韩 军 朱尔玉

(北京交通大学土木建筑工程学院，100044，北京∥第一作者，硕士研究生)

韩国大邱市轨道交通3号线采用跨坐式单轨交通，这在韩国是首次。3号线全长23.95 km，共设有30个车站，还设计有一个车辆段和一个存车场。大邱轨道交通3号线在线路设计上分为8个标段，由不同的设计单位进行轨道梁的标准图设计。

1 跨坐式单轨交通轨道梁截面和跨度

1.1 韩国大邱的轨道梁截面和跨度

目前，世界上已运营的和在建的跨坐式单轨交通中，轨道梁普遍采用预应力混凝土简支梁，常用的标准跨度为20 m、22 m和24 m。在韩国大邱市跨坐式单轨交通中，PC(预应力混凝土)轨道梁最大跨度达到了30 m，这在世界上是首创。轨道梁跨度增加到30 m，而截面宽度由于受车辆跨座限制仍保持0.85 m不变。跨度的增大使得恒载作用下跨中弯矩也大大提高，原有的截面高度已不能满足结构设计要求，因此，轨道梁高度增加到1.8 m。

预应力简支轨道梁的设计计算和单轨工程实践证明，在轨道梁横截面高度1.5 m、宽度0.85 m不变的前提下，所采用的简支梁最大跨度一般为22 m(中国重庆轨道交通2号线一期)和24 m(中国重庆轨道交通2号线二期)。图1为中国重庆和韩国大邱的标准轨道梁的跨中截面图。

图1 我国重庆和韩国大邱的标准轨道梁跨中截面图

中国重庆在轨道梁截面保持1.5 m(高)×0.85 m(宽)的前提下，对25 m跨度的直线轨道梁进行了动静力试验，但是为了确保安全性，没有在实际运营线路中采用25 m跨度的轨道梁。

在韩国大邱市轨道交通3号线中，PC轨道梁共计1 284榀，主要标准跨度为30 m和25 m，此外还有非标准的调整梁段，其轨道梁最小跨度为12 m。按照跨度对韩国大邱轨道交通3号线的标准轨道梁进行统计，结果见表1。由表1可见，跨度变化范围较大。但是，为了简化设计工作和便于轨道梁在预制场进行工厂化生产，轨道梁的标准断面尺寸统一采用1.8 m(高)×0.85 m(宽)。

表1 大邱市轨道交通3号线轨道梁按跨度统计表

1.2 对韩国轨道梁截面和跨度的评价

韩国大邱市轨道交通3号线工程中主要采用30 m和25 m跨度的PC轨道梁，占全线轨道梁总数的81.8%。采用大跨度轨道梁减少了每公里桥墩的数量，在一定程度上降低了桥墩林立的感觉，增加了高架桥下的通透感。PC轨道梁跨度变大不仅减少了轨道梁和下部结构的数量，降低了土建工程的造价，同时也相应减少了支座、指行板等构件的数量和后期架梁的工作量。

对于小于25 m跨度的轨道梁来说，根据日本和我国重庆的经验，采用1.5 m(高)×0.85 m(宽)截面就可以满足结构计算要求。而韩国的25 mm及以下跨度轨道梁截面采用1.8 m(高)×0.85 m(宽)，就显得浪费材料、不经济。因此，在轨道梁布置时应尽量少用小跨度轨道梁。

2 我国和韩国的轨道梁混凝土强度等级标准

韩国大邱的轨道梁设计采用C45级混凝土，中国重庆轨道梁规定采用C60级以上的高性能混凝土。中韩两国的混凝土强度等级的定义不同。中国的混凝土强度等级按立方体试件(边长为150 mm)抗压强度标准值确定，用符号fcu，k表示;而韩国采用混凝土圆柱体试件(高 h=300 mm，直径 d=150 mm)来确定混凝土轴心抗压强度，记为f'c;欧洲混凝土协会、国际预应力混凝土协会标准 CEBFIPMC－90给出了对C60混凝土的圆柱体抗压强度f'c和立方体抗压强度标准值fcu，k之间的关系为f'c=0.833fcu，k(1)

按式(1)计算，韩国采用的C45级混凝土相当于中国规范中的C55级混凝土。中国和韩国的轨道梁，其混凝土强度和弹性模量的设计值见表2。

表2 中国和韩国的轨道梁混凝土参数表

3 轨道梁预应力设计

3.1 韩国大邱PC轨道梁预应力设计

3.1.1 预应力钢筋的布置

韩国大邱轨道交通3号线PC轨道梁采用韩国规范的KSD7002 SWPC7B(φ12.7 mm)低松弛钢绞线，这与中国规范中的1×7公称直径12.7 mm、截面积为98.7 mm2的钢绞线相对应。韩国为了减少预应力孔道对截面的削弱作用，在30 m标准跨度轨道梁上进一步减少了预应力孔道，采用2列4孔布置，如图2所示。

图2 韩国大邱30 m跨度轨道梁的端部预应力布置图

在预应力钢筋设计时，根据轨道梁构造特点及受力模式的特殊性，梁体内预应力钢筋宜采用多孔分散布置。中国重庆轨道交通2号线一期工程中，为了减小锚头下混凝土局部压应力，预应力孔道设置较多，22 m跨度的轨道梁采用2列6孔布置;在后期的重庆轨道交通2号线二期工程以及重庆轨道交通3号线一期和二期工程中，在满足钢束张拉时局部承压安全性的前提下，最多采用2列5孔布置。

韩国大邱的轨道梁截面高度增加至1.8 m，空间上满足多孔分散锚固的条件，预应力钢筋布置可以采用2列6孔形式。但在设计时，韩国大邱的轨道梁预应力孔道最多为2列4孔布置，这使单个预应力孔道中钢绞线数量增加，单孔总张拉力增大，锚头下混凝土局部压应力也增大。因此，其对锚垫板和端部混凝土的振捣质量要求更严格。

3.1.2 预应力张拉程序

韩国大邱轨道交通3号线是韩国第一条单轨交通线，因此在进行单轨交通轨道梁设计时，没有设计经验，仍沿用以前的桥梁设计理念。在韩国大邱的轨道梁设计图纸中，没有指明张拉批次，只是把钢束编号作为张拉序号进行张拉，对分批张拉时混凝土需要达到的强度、弹性模量和张拉龄期都未给出规定值。而对预应力的张拉有如下几点规定:张拉时，混凝土的强度应达到设计强度的85%;设计图中没有明确采取初张拉和终张拉，而是按照图2中钢束编号进行依次张拉;张拉时也采用“双控”原则，即按张拉应力控制和伸长量校核，现场实测最终伸长量和设计伸长量的差值按±5%来控制。

建议韩国在以后的预应力设计时，应对初张拉、终张拉和张拉顺序作出明确规定。例如，在中国的《重庆跨坐式单轨交通PC轨道梁生产技术条件(修正版)》中对初张拉、终张拉和张拉顺序作出了明确规定，如表3所示。

表3 重庆轨道交通3号线22 m跨度轨道梁预应力张拉程序表

3.2 对韩国大邱轨道梁预应力设计的评价

韩国大邱PC轨道梁的截面高度为1.8 m，可以采用增加预应力孔道数量，来达到改少应力集中的目的。但是，在大邱轨道交通3号线预应力设计中却减少了预应力孔道数量(最多8孔)，而通过增加每孔中预应力钢束的数量来满足总的预应力值要求。这样做会造成梁端锚固区局部应力过大，对锚具和混凝土浇筑质量要求更高;且随着单孔张拉力的增加，可能会发生轨道梁张拉时压碎和侧弯现象。此外，在韩国大邱的轨道梁预应力设计时，没有明确初张拉和终张拉。按照重庆经验，采用初张拉能提高模板台车的周转率。因此，建议韩国在设计图纸中明确初张拉和终张拉的时间，并对混凝土强度、弹性模量和钢束张拉顺序等都要作出明确的要求。

4 轨道梁普通钢筋设计

4.1 韩国大邱PC轨道梁普通钢筋设计

韩国大邱轨道交通3号线在线路设计时分为8个标段，由8家不同的设计单位进行轨道梁设计，因此轨道梁设计图纸不统一。其中，普通钢筋布置的差别也较大;在8个标段的轨道梁纵向钢筋设计中，纵向钢筋的数量和直径没有统一的标准。对韩国大邱的PC轨道梁标准设计图中轨道梁纵向钢筋布置进行统计发现，纵向主筋数量有40根、44根和46根三种。纵向钢筋配置的统计结果见表4。图3为纵向主筋为40根和44根的截面布置图。

图3 韩国大邱轨道梁的纵向钢筋布置图

表4 韩国大邱每榀轨道梁纵向钢筋配置统计表

根据表4中的数据，在1、3、5标段的设计中，轨道梁纵向钢筋的布置在各自标段内是统一的。按照3标段的设计，纵向钢筋最少，总面积仅为8 437 mm2，截面配筋率只是8标段的54%，相差太大。由此可见，不同标段的纵向主筋配置差别较大。

在其余5个标段中，纵向钢筋的配置同轨道梁的跨度和线路的平面曲线半径有关。如在2标段内，跨度为30 m、半径为1 200 m的轨道梁纵向钢筋配置为44根(38φ22 mm+6φ13 mm);跨度为23 m、半径为1 200 m的轨道梁纵向钢筋总面积减少，配置纵向主筋44根(38φ16 mm+6φ13 mm)。

在重庆市的跨坐式单轨线路设计中，一条线路一般由一个设计单位进行设计，因此同一条线的轨道梁设计图纸比较规范和统一，普通钢筋布置也一致;纵向钢筋布置的数量和直径仅在不同线路时有所区别(重庆轨道交通2号线轨道梁的纵向钢筋有36根，重庆轨道交通3号线轨道梁的纵向钢筋有50根，见表5所示)。

表5 重庆市轨道梁纵向钢筋组成表

表5中的数据说明，在经过重庆轨道交通2号线的设计和工程检验后，3号线的设计更加成熟，其纵向钢筋总面积减少了12%，更加经济。此外，为了设计和施工方便，纵向钢筋的配置与跨度大小无关，如3号线中跨度为24 m和14 m的轨道梁纵向钢筋的布置间距相同，数量都为50根。

4.2 对韩国大邱轨道梁普通钢筋设计的建议

韩国大邱轨道交通3号线轨道梁设计时，由于分为8个标段分别设计，普通钢筋布置没有统一性，因此建议韩国再进行类似设计时，应对同一条线普通钢筋进行统一设计，对箍筋布置的间距、纵向钢筋组成、箍筋和纵筋直径等进行统一规定。这样不仅统一了普通钢筋的设计，也方便现场施工。

根据表1和表4的统计数据，可以对大邱轨道交通3号线轨道梁的纵向钢筋配置按照跨度进行优化(见表6)，以减少纵向钢筋配置的种类。

表6 韩国大邱轨道交通3号线轨道梁的纵向钢筋配置优化

5 结语

大邱轨道交通3号线是韩国第一次采用跨坐式单轨的交通系统，其PC轨道梁标准断面尺寸在宽度保持0.85 m的前提下，高度增加到1.8 m，采用了最大跨径30 m的简支轨道梁。桥梁跨度的加大减少了每公里桥墩数量，增加了高架桥的景观效果。

由于韩国没有相应的跨坐式单轨交通的设计规范，其设计参照了日本和中国的设计规范，因此还有很多不完善的地方。根据中国的设计经验和工程实践，现对韩国跨坐式单轨交通提出如下建议:

1)在桥跨布置时，应优先采用30 m和25 m较大跨径的轨道梁，减少25 m跨度以下轨道梁的数量;

2)可以考虑增加预应力孔道数量，以降低单孔张拉力和预应力集中的问题;

3)在设计图纸上需对预应力钢束初张拉、终张拉和张拉顺序作出明确规定;

4)在同一条线路上应统一预应力和普通钢筋的配置设计，以方便现场施工;

5)由于轨道梁截面和跨度的加大造成了梁体自重加大，故应对轨道梁的架运设备和线形调整提出更高的要求。

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