本发明涉及跨座式单轨交通的简支轨道梁桥设计和施工，特别涉及一种走行面连续的简支轨道梁桥及施工方法。
背景技术：
1、跨座式单轨为车体釆用橡胶轮胎骑跨在轨道梁上运行、轨道梁同时起到支撑、导向和稳定列车车辆运行的交通制式，一般应用于中低运量的城市轨道交通中。如图1所示，跨座式单轨的轨道梁顶面供跨座式单轨车辆的走行轮行驶、侧面供导向轮和稳定轮行驶，其轨道梁既是承重结构又是走行轨道，因此要求在水平和竖向均达到毫米级的预制、架设和成桥线形精度，而现场现浇施工难以保证轨道梁精度要求，故一般以“工厂预制、现场装配、部分现浇”的施工方式为主。
2、目前跨座式单轨仅在重庆、银川、柳州、芜湖等地建成或运营数条线路，其桥跨结构的结构体系包括简支梁体系、连续梁体系、连续刚构体系三种，但各体系均存在一些长久未获解决的问题而限制了跨座式单轨的推广应用。经分析，对各体系的优点和现存不足总结如下：
3、一、简支梁体系的优点是：(1)基础沉降、混凝土收缩徐变、温度等作用下不产生次内力；(2)现场架设时的线形控制难度低，且线形调整较方便，成桥后可针对每孔梁调整线形；(3)现场施工难度低、施工工序少、施工速度快，非常适合于预制装配化建造。其不足为：(1)整体性较差，刚度小，抗震、抗侧倾和抗扭能力较差；(2)伸缩缝装置多且单价高，行车舒适性差，轮胎磨耗大；(3)简支梁梁端转角大导致跨度相对连续梁较小，桥墩较密、不利于避让地下管线，景观性一般；(4)伸缩缝装置和支座多，养护、检修工作量大。
4、二、连续梁体系的优点是：(1)整体性较好，刚度较大，具备一定的抗震和抗扭能力；(2)梁缝少，行车舒适性好，轮胎磨耗小；(3)跨度适中，桥墩高度与跨度协调性较好；(4)伸缩缝装置少、支座较少，养护维修工作量适中。其不足为：(1)基础不均匀沉降作用下会产生次内力；(2)需在中墩墩顶现浇钢筋和钢束密集的刚性湿接头，钢筋连接作业量大，预制装配化建造效率较低；(3)轨道梁承受的活载占比过大导致负弯矩区拉应力控制难度大，如负弯矩区开裂后维修难度大且严重影响行车舒适性；(4)支座布置未精细分析和计算时，可能出现单个桥墩承受的水平力远大于其它桥墩的情况、导致墩顶水平位移过大影响行车平顺性。
5、三、连续刚构体系的优点是：(1)整体性好，刚度大，具备很强的抗震和抗扭能力；(2)梁缝少，行车舒适性好，轮胎磨耗小；(3)跨度适中，桥墩高度与跨度协调性较好；(4)伸缩缝装置少、支座少，养护维修工作量较小；(4)纵向水平力由多个墩柱共同承担，可减少墩顶水平位移和下部桩基数量。其不足为：(1)结构体系受基础不均匀沉降、混凝土收缩徐变、温度等作用影响大；(2)需在中墩墩顶现浇钢筋和钢束密集的刚性湿接头，钢筋连接作业量大，预制装配化建造效率较低；(3)轨道梁承受的活载占比过大导致负弯矩区拉应力控制难度大，如负弯矩区开裂后维修难度大且严重影响行车舒适性；(4)线形控制要求很高，需在成桥前一次性调整到位，成桥后线形无法调整。
技术实现思路
1、理论上，简支梁体系具有更快的施工速度和更低的工程造价，是适用于跨座式单轨交通的桥跨结构装配化建造的最经适桥型，因此，针对上述现有简支梁体系长久未获解决的上述问题，本发明提供了一种走行面连续的简支轨道梁桥及施工方法，从桥梁整体结构体系这一根源性问题出发，一并解决了现有简支梁体系的四大不足，并具有更高的可靠性、适用性和经济效益。
2、为实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种走行面连续的简支轨道梁桥，包括搭设在桥墩上相邻的第一轨道梁和第二轨道梁，及走行轮与导向轮处的刚性刚接结构，第一轨道梁及第二轨道梁均为预制混凝土结构，第一轨道梁内和第二轨道梁内分别预埋并锚固有预制预应力束；第一轨道梁和第二轨道梁的梁宽b≤100cm，刚性刚接结构设在第一轨道梁和第二轨道梁之间的第一结构缝的中上部位，第一结构缝顺桥向尺寸f1≥30cm；刚性刚接结构的顶面与第一轨道梁和第二轨道梁的顶部平齐，刚性刚接结构分别与第一轨道梁、第二轨道梁刚性连接，且连接面的最大竖向尺寸h4满足：h4≤max(h1, h2)/4，h1为第一轨道梁最大梁高，h2为第二轨道梁最大梁高；第一轨道梁和第二轨道梁内沿顺桥向分别预设有连通至两端的现张预应力组件；现张预应力组件包括现张预应力束、张拉端，现张预应力束设于第一轨道梁、第二轨道梁的内置管道内，现张预应力束在第一轨道梁和第二轨道梁的任意横截面处均位于横截面沿横桥向的中性轴下方，张拉端为现张预应力束的端部，张拉端位于第一结构缝处且张拉端在轨道梁预制时伸出第一轨道梁或第二轨道梁的端面，待走行轮及导向轮处的刚性刚接结构施做后，通过张拉端进行现张预应力束的张拉和锚固。其中，桥墩分为连续墩和分联墩，简支轨道梁桥包括多段轨道梁，相邻的轨道梁分别标记为第一轨道梁和第二轨道梁；轨道梁顶面供跨座式单轨车辆的走行轮行驶，轨道梁的侧面供导向轮和稳定轮行驶，稳定轮在竖向位于导向轮的下方；第一结构缝为位于两跨轨道梁之间的间隙且其上部设有走行轮及导向轮处刚性刚接结构，第一结构缝下方为连续墩；第二结构缝为后期浇筑混凝土后刚性刚接结构中下部与第一轨道梁、第二轨道梁之间形成的间隙；第三结构缝为位于简支轨道梁桥两端的相邻两跨轨道梁之间的间隙，且第三结构缝上方无走行轮及导向轮处刚性刚接结构，第三结构缝下方为分联墩；走行轮及导向轮处刚性刚接结构待其两端轨道梁架设后在现场施做，该刚性连接结构的顶面、侧面与其两端轨道梁的顶面、侧面分别对应平齐，并为走行轮、导向轮和稳定轮驶过第三结构缝提供行驶面和支撑。
4、上述
技术实现要素：
的技术原理和效果为：(1)走行轮及导向轮处刚性刚接结构可使第一轨道梁和第二轨道梁之间仅走行面附近的竖向区域连续而其它竖向区域断开，形成介于简支梁和连续梁之间的受力状态，从而兼具了简支梁体系和连续梁体系的优点；(2)走行轮及导向轮处刚性刚接结构可有效降低简支梁的梁端转角和翘起效应，实现了两跨轨道梁间的平顺过渡、避免了在该处发生跳车现象，从而解决了简支梁体系跨度不能做大的缺点，可实现等同于连续梁和连续刚构体系的桥墩密度和景观性，也实现了减少了梁缝而提升行车舒适性、降低轮胎磨耗、降低养护维修工作量的效果；(3)走行轮及导向轮处刚性刚接结构主要负责承受列车活载等竖向荷载和传递整体升降温、牵引力和制动力等水平荷载，同时将其两端轨道梁连为整体后整联桥的侧弯刚度大大提升，并加强了整联桥的抗震、抗扭和抗侧倾性能；(4)设置第一结构缝，方有足够的空间进行现张预应力组件的张拉和锚固作业，同时亦确保了人员有足够的操作空间施做走行轮及导向轮处刚性刚接结构，并减少了轨道梁总长和计算跨径、显著节约了轨道梁混凝土和钢材用量；(5)经计算分析，当h4≤max(h1, h2)/4时，相邻轨道梁在列车活载等竖向荷载作用下传递至第一结构缝处的负弯矩效应相比连续梁体系大幅降低，相邻轨道梁竖向受力接近于简支梁的状态；(6)虽然上述负弯矩效应较小，但走行轮及导向轮处刚性刚接结构的h4较小导致其截面抗弯刚度较小，故负弯矩效应在其上缘产生的拉应力仍然较大、特别是与其两端轨道梁的接触界面上更易产生耐久性和疲劳问题，上述耐久性和疲劳问题在跨座式单轨列车的车轮冲击下将进一步恶化，故需对该处结构施加足够的预压力方可控制住负弯矩区拉应力的影响，而待其两端轨道梁架设完成并施做完走行轮及导向轮处刚性刚接结构后，通过现张预应力组件的张拉锚固可使相邻轨道梁均发生上拱、从而实现间接挤压走行轮及导向轮处刚性刚接结构使其在成桥状态下具备一定的预压力，并将其运营状态的拉应力控制在材料抗拉强度范围内，不易发生开裂而影响轨道梁竖向线形和连续墩处的行车平顺性；(7)现张预应力束本就是轨道梁运营阶段承力体系的一部分，既可主要用于抵抗列车活载等竖向作用产生的正弯矩、同时兼顾抵抗连续墩处的负弯矩效应，其预制时可预埋于轨道梁内、其现场张拉并未增加总的张拉作业工作量，也基本上未增加预应力束的总材料用量；(8)因跨座式单轨轨道梁的梁宽b≤100cm，梁宽很窄，使得工作人员能够在第一结构缝处从轨道梁侧面完成刚性刚接结构的施做和所有现张预应力组件的张拉锚固操作。
5、在本发明较佳的实施方案中，上述刚性刚接结构为现浇钢筋混凝土结构，包括预埋钢筋、连接钢筋和后浇砼块，第一轨道梁和第二轨道梁的相对端分别预制有预埋钢筋，上述位置相对端的预埋钢筋通过连接钢筋绑扎固定，沿顺桥向方向，后浇砼块与其两端的第一轨道梁、第二轨道梁的刚性连接部分宽度大于非刚性连接部分的宽度，后浇砼块的底面低于或等高于跨座式单轨车辆稳定轮行驶面的下边线。
6、上述发明内容的技术原理和效果为：通过在后浇砼块内设置预埋钢筋和连接钢筋，增强了刚性刚接结构与两端轨道梁的连接强度，由于后浇砼块仍受到一定的拉力，刚接连接部确保了受力要求，非刚性连接部分便于对导向轮支撑。
7、在本发明较佳的实施方案中，上述后浇砼块的上部与其两端的第一轨道梁、第二轨道梁刚接，后浇砼块的中下部位与其两端的第一轨道梁、第二轨道梁之间分别设有第二结构缝。
8、上述发明内容的技术原理和效果为：上述后浇砼块的结构确保了后浇砼块既与其两端的第一轨道梁和第二轨道梁有刚接的区域、又有断开的区域，由于第一轨道梁梁端产生转角变形后会带动后浇砼块发生转动，导致后浇砼块下端可能压于第二轨道梁的端面处或发生碰撞，设置第二结构缝能够避免发生该情况。
9、在本发明较佳的实施方案中，上述后浇砼块与其两端轨道梁刚性连接部分的接触面的下缘，低于或等高于跨座式单轨车辆导向轮行驶面的下边线。
10、上述发明内容的技术原理和效果为：上述构造可保证跨座式单轨车辆导向轮在梁缝处的平顺过渡。
11、在本发明较佳的实施方案中，上述简支轨道梁桥，施做第二结构缝前预埋弹性隔断板，弹性隔断板设在第二结构缝，弹性隔断板在后浇砼块的现浇混凝土初凝后取出。
12、上述发明内容的技术原理和效果为：弹性隔断板即可避免所在区域的后浇砼块与轨道梁直接相连，取出后即形成第二结构缝。
13、在本发明较佳的实施方案中，上述第二结构缝的最小顺桥向尺寸f4≥y1*sin[max(β1, β2)]，y1为梁端上缘距支座截面中性轴的竖向距离，β1、β2分别为第一、第二轨道梁在按平截面假定和现行桥梁规范的最不利竖向荷载作用组合下产生的支座中心线以外梁段的中性轴轴面转角。
14、上述发明内容的技术原理和效果为：第二结构缝的最小顺桥向尺寸满足f4≥y1*sin[max(β1, β2)]时，即可保证后浇砼块转动后其下端的水平位移小于f4，具体推导如下（结合图7轨道梁下挠后的梁端上缘水平压缩值分析图）：因列车竖向活载作用下支座中心线至第一结构缝范围内的梁段（即支座中心线以外梁段）其截面上基本无正应力，即该梁段范围内基本无水平压缩变形，故梁端上缘水平压缩值△x1≈支座截面上缘水平压缩值△x2，根据小角度近似原理可知支座截面上缘水平压缩值△x2≈y1*tanθ≈y1*sinθ、θ为支座截面转角，考虑到支座中心线以外梁段的竖弯刚度较大、故该梁段中性轴轴面可认为近似绕支座截面处中性轴按圆弧轨迹向上转动，根据平截面假定和三角形相似关系可知θ=支座中心线以外梁段的中性轴轴面转角β，联立以上公式可证得f4≥△x1≈y1*sin[max(β1, β2)]。
15、在本发明较佳的实施方案中，上述现张预应力束对第一轨道梁或第二轨道梁的张拉力f满足：|σf+|≤|σg-|-|σp+|，σf+为现张预应力束的张拉力f所产生的轨道梁跨中截面上缘拉应力和1/4跨截面上缘拉应力中的最大值，σg-为轨道梁自重g所产生的轨道梁跨中截面上缘压应力和1/4跨截面上缘压应力中的最小值，σp+为预制预应力束所产生的轨道梁跨中截面上缘拉应力和1/4跨截面上缘拉应力中的最大值。
16、上述发明内容的技术原理和效果为：现张预应力组件的张拉力设计时应确保轨道梁上缘在成桥状态下基本不产生拉应力，可按上述公式简化设计。
17、在本发明较佳的实施方案中，上述同一现张预应力束的两端均为张拉端，张拉端位于连续墩的上方；或同一现张预应力束的两端分别为张拉端、锚固端，锚固端位于分联墩的上方，锚固端在预制时通过锚固装置锚固在第一轨道梁或第二轨道梁内。
18、上述发明内容的技术原理和效果为：连续墩处设张拉端，分联墩上设锚固端，便于现张预应力束张拉和锚固，第三结构缝位于分联墩上，该处一般设有伸缩缝装置，故该结构缝顺桥向尺寸一般不超过16cm，无法在架梁后进行张拉作业，因此现张预应力组件靠近分联墩的一端设计为锚固端，在轨道梁预制时即通过锚固装置锚固于轨道梁内。
19、一种走行面连续的简支轨道梁桥的施工方法，采用上述的走行面连续的简支轨道梁桥，施工方法包括以下步骤：
20、s1、在不同桥墩上架设简支轨道梁桥，轨道梁包括相邻布置的第一轨道梁和第二轨道梁，第一轨道梁和第二轨道梁内分别预制有顺桥向的预制预应力束，分联墩上的轨道梁之间形成第三结构缝，连续墩上的轨道梁之间形成第一结构缝，在第一结构缝处，第一轨道梁和第二轨道梁的预埋钢筋位置相对，同时预制预应力束从轨道梁的两端伸出，在轨道梁两端张拉锚固，现张预应力束的张拉端伸出轨道梁的端部；
21、s2、将位置相对的预埋钢筋通过连接钢筋绑扎固定，在第一轨道梁和第二轨道梁的对接端分别设置弹性隔断板，支护刚性刚接结构的模板，然后浇筑混凝土，形成后浇砼块，待后浇砼块的现浇混凝土初凝后取出弹性隔断板；
22、s3、在现张预应力束的张拉端进行张拉，并将张拉端进行锚固，最后在现张预应力束所处的管道内灌浆固定。
23、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)本发明的施工方法专用于跨座式单轨交通所特有的窄高截面轨道梁，其现场钢筋连接、混凝土现浇和预应力束张拉锚固作业可方便从轨道梁两侧或顶部的操作空间完成；(2)采用本发明的施工方法，相比连续梁和连续刚构体系，省去了墩顶负弯矩束穿束张拉和墩顶湿接头处有限空间内大量且密集的钢筋连接作业这两大耗时的工序，而现张预应力束本就是轨道梁运营阶段承力体系的一部分、其预制时可预埋于轨道梁内、其现场张拉并未增加总的张拉作业工作量，可见本发明显著减小了总体施工难度、节省了施工措施费并缩短了工期。
24、与现有技术的简支梁体系、连续梁体系、连续刚构体系相比，针对其在背景技术中所述长久未获解决的各项不足，本发明中简支轨道梁桥的有益效果总结如下：
25、一、更好的力学性能：本发明通过走行轮及导向轮处刚性刚接结构将两轨道梁连为了整体，整联桥的侧弯刚度显著提升，同时加强了整联桥的抗震、抗扭和抗侧倾性能；并通过现张预应力组件的巧妙应用，使相邻轨道梁上拱挤压走行轮及导向轮处刚性刚接结构，使该结构及与其两端轨道梁的接触界面在成桥状态下具备一定的预压力，从而确保了其耐久性能和抗疲劳性能，可见现张预应力组件巧妙实现了兼顾抵抗跨中正弯矩和支点负弯矩；因此，本发明的力学性能显著好于现有技术的简支梁体系。
26、二、更好的行车舒适性：本发明通过走行轮及导向轮处刚性刚接结构和现张预应力组件的配合使用，实现了两跨轨道梁间的平顺过渡，大幅减少了走行轮、稳定轮和导向轮处昂贵的特制伸缩缝装置数量，避免了伸缩缝处的跳车效应，减少了轮胎磨耗；因此，本发明的行车舒适性显著好于现有技术的简支梁体系。
27、三、更美的桥梁景观性：本发明通过走行轮及导向轮处刚性刚接结构和现张预应力组件有效降低了轨道梁的梁端转角和翘起效应，使简支轨道梁不再受限于梁端转角和行车平顺性所致的跨度不能做大之问题，可实现与现有连续梁体系同等的桥墩密度和桥下通透性；因此，本发明的桥梁景观性显著美于现有技术的简支梁体系。
28、四、更优的经济效益：本发明减小了轨道梁总长和计算跨径、显著节约了轨道梁混凝土和钢材用量、节约了桥梁的直接建造成本；相比简支梁体系还大幅减少了昂贵的特制伸缩缝装置使用量、养护和检修工作量，节约了间接运维成本；相比连续梁和连续刚构体系还避免了负弯矩束的张拉，从而显著降低了线形控制精度要求，节省了施工措施费；因此，本发明的经济效益显著优于现有技术的简支梁体系、连续梁体系、连续刚构体系。
29、本发明的施工方法还具有以下有益效果：
30、一、更快的建造速度：采用本发明的简支轨道梁桥的施工方法，省去了负弯矩束穿束张拉和墩顶湿接头处有限空间内大量且密集的钢筋连接作业这两大耗时的工序，而现张预应力束本就是轨道梁运营阶段承力体系的一部分，其预制时可预埋于轨道梁内，其现场张拉并未增加总的张拉作业工作量，故显著减小了总体施工难度，节省了施工工期，故相比现有技术的连续梁体系、连续刚构体系具有更快的建造速度。
31、二、更优的社会环境效益：采用本发明的简支轨道梁桥的施工方法，缩短了建设周期，从而减小了对桥下既有交通和邻近居民的干扰，更适应于跨座式单轨这类城市轨道交通桥梁的建造环境和建设要求，故相比现有技术的连续梁体系、连续刚构体系，具有更优的社会环境效益。
32、综上可见，本发明是相比现有技术更为安全、经济、适用、美观的新型简支轨道梁桥及施工方法，在各类中小跨径的跨座式单轨桥跨结构中均可广泛应用。