城市高架立交橋梁上部結(jié)構(gòu)類型研究

李君鳳

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

城市高架立交橋梁上部結(jié)構(gòu)類型研究

李君鳳

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，城市高架立交橋梁結(jié)構(gòu)形式也趨于多樣。結(jié)合鄭州市南三環(huán)東延線工程，對預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁、現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁、預(yù)制波形鋼腹板連續(xù)梁、預(yù)制小箱梁等結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行造價、施工工藝、后期養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行比較，確定主線采用預(yù)制小箱梁為主的結(jié)構(gòu)形式，在跨路口等需要大跨橋梁的節(jié)點采用現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁橋，為城市高架立交橋梁上部結(jié)構(gòu)類型的選用提供了有益的參考。

城市高架橋；波形鋼腹板；現(xiàn)澆；預(yù)制

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展與科技的進(jìn)步，城市高架立交橋梁結(jié)構(gòu)形式也越來越受到各方面的重視。橋梁結(jié)構(gòu)形式選擇不僅要考慮安全可靠、外形美觀、造價經(jīng)濟(jì)以及施工的便捷性和安全性，還要考慮結(jié)構(gòu)的技術(shù)含量，進(jìn)行綜合比選，最終選擇出各方面均較為恰當(dāng)并具有標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)形式，以充分展現(xiàn)高速發(fā)展的現(xiàn)代化城市魅力。

城市高架立交橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為簡支結(jié)構(gòu)、先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)以及連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。簡支結(jié)構(gòu)如簡支T梁或簡支箱梁，雖工程造價較低，但因其在結(jié)構(gòu)的耐久性及外觀上的欠缺，一般在現(xiàn)代化城市中不被采用；鋼箱梁由于其造價較高，一般僅在跨越道路或其他橋梁等特殊節(jié)點上使用；先簡支后連續(xù)小箱梁、現(xiàn)澆連續(xù)大箱梁以及目前較新穎并具有新技術(shù)的波折鋼腹板大箱梁結(jié)構(gòu)則是城市高架立交橋梁上部結(jié)構(gòu)使用較多的結(jié)構(gòu)形式。

本文以鄭州市南三環(huán)東延線工程為工程實例，對橋梁上部結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行造價、施工工藝、后期養(yǎng)護(hù)等方面的比較，得出主線上部結(jié)構(gòu)以小箱梁為主，在跨路口等需要大跨橋梁的節(jié)點采用現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁橋的結(jié)論。

1 工程概況

鄭州市南三環(huán)東延線工程位于中心城區(qū)東南部，起于南臺路，規(guī)劃與南三環(huán)中州大道立交相接，向東至107輔道，在鄭西客專、石武客專西側(cè)落地（見圖1）。

采用高架線路，路段全長約6.5km。

全線共分兩個標(biāo)段：

（1）第一標(biāo)段：南三環(huán)東延線工程（南臺路至經(jīng)開第五大街），全長約4km。

（2）第二標(biāo)段：南三環(huán)東延線工程（經(jīng)開第五大街至107輔道），全長約2.5km。

南三環(huán)東延線工程（南臺路至107輔道段）共設(shè)置三對上下橋匝道，分別位于文治路西側(cè)、經(jīng)開第五大街西側(cè)及東側(cè)；經(jīng)開第三大街北側(cè)設(shè)置一條右轉(zhuǎn)上橋匝道；在南三環(huán)東延高架橋與機(jī)場高速互通立交之間設(shè)置一條西向南右轉(zhuǎn)匝道，一條南向西左轉(zhuǎn)匝道；與107輔道設(shè)置半互通式立交。

主線標(biāo)準(zhǔn)寬度為25.5 m（見圖2）、32.5 m；邊寬處寬度為25.5～51.5 m；匝道標(biāo)準(zhǔn)寬度為8 m、9 m。主線標(biāo)準(zhǔn)段采用30 m左右的標(biāo)準(zhǔn)跨徑，在跨越路口處采用大跨徑結(jié)構(gòu)；匝道在大曲線半徑處采用30 m左右的標(biāo)準(zhǔn)跨徑，小曲線半徑處采用20 m左右的標(biāo)準(zhǔn)跨徑，跨越路口采用大跨徑結(jié)構(gòu)。

由于本工程立交橋梁結(jié)構(gòu)面積較大，所選擇的結(jié)構(gòu)形式必須要綜合考慮結(jié)構(gòu)的安全、造價經(jīng)濟(jì)性及施工便捷性等因素，選擇最適合的結(jié)構(gòu)。

高架、立交結(jié)構(gòu)形式中，小箱梁、現(xiàn)澆大箱梁結(jié)構(gòu)是較為常見的結(jié)構(gòu)形式，而波折鋼腹板大箱梁結(jié)構(gòu)是目前較為新穎且有一定科技含量的橋梁結(jié)構(gòu)。因此，本文進(jìn)行了深入調(diào)研，并進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計算，得出波折鋼腹板大箱梁的特性。

圖1 項目總平面圖

圖2 主線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(單位：m)

針對本項目情況，考慮各種結(jié)構(gòu)形式的適用性，選擇主線標(biāo)準(zhǔn)段，跨度為3×30 m，寬度為25.5 m的結(jié)構(gòu)，分別選擇上述的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較，其外形及施工方案情況見表1。

2 各方案比較

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁

主梁采用等截面單箱四室結(jié)構(gòu)（見圖3），梁高2.0 m，箱梁頂板橫向?qū)?5.3 m，箱底寬16.6 m，箱室寬度約4 m，翼緣懸臂長2.776 m，頂板，橫坡與道路橫坡一致。

圖3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

主梁采用C50混凝土，頂板厚度250 mm，底板厚度220 mm，跨中截面腹板厚度450 mm。邊橫梁厚度1.5 m，中橫梁厚度2.5 m。

上部結(jié)構(gòu)設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力和橫梁預(yù)應(yīng)力。

施工工藝：采用滿堂支架現(xiàn)澆施工

2.2 現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁[1,2,3]

主梁采用等截面單箱四室結(jié)構(gòu)（見圖4），設(shè)5道波紋鋼腹板，梁高2.0 m，頂板厚250 mm，底板厚220 mm。箱梁頂板橫向?qū)?5.3 m，箱室寬度約5 m，翼緣懸臂長2.4 m。

圖4 現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

其外形與現(xiàn)澆大箱梁一致。

主梁頂、底板采用C55混凝土。

主橋上部構(gòu)造縱橋向按預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計，采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，橫梁采用預(yù)應(yīng)力體系。

波形鋼腹板采用Q345D鋼；全橋波形不變，均采用1 200型（波長1.2 m，波高200 mm）。鋼板厚度t采用16 mm、12 mm兩種，對應(yīng)的彎折內(nèi)徑R采用15 t。

各跨箱梁跨中設(shè)置采用混凝土橫隔板，以保證主梁的抗扭剛度。

波形鋼腹板與箱梁的混凝土頂板之間連接采用T w in-P B L的抗剪連接件，與箱梁的混凝土底板之間連接采用剪力釘?shù)目辜暨B接件。箱梁端部設(shè)置混凝土橫梁，波紋鋼腹板通過P B L剪力鍵和剪力釘橫梁連接。

施工工藝：搭設(shè)滿堂支架，施工底模及鋼筋，架設(shè)波形鋼腹板，現(xiàn)澆底板混凝土，搭設(shè)頂板模板并澆筑混凝土；張拉縱橫向預(yù)應(yīng)力。

2.3 預(yù)制波形鋼腹板連續(xù)梁[1,2,3]

主梁采用等截面單箱七室結(jié)構(gòu)（見圖5），設(shè)8道波紋鋼腹板，梁高2.0 m，因腹板間距較小，故頂板厚200 mm，底板厚180 mm。箱梁頂板橫向?qū)?5.3 m，箱室寬度約3.1 m，翼緣懸臂長1.8 m。主梁采用分片預(yù)制，吊裝就位后橫向、縱向連接的工法。中間的單片預(yù)制梁寬度2.3 m，兩側(cè)的單片預(yù)制梁寬度3.25 m。

圖5 預(yù)制波形鋼腹板連續(xù)梁標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

其外形與現(xiàn)澆大箱梁一致。

主梁頂、底板采用C55混凝土。

結(jié)構(gòu)形式為先簡支后連續(xù)大箱梁結(jié)構(gòu)，預(yù)支結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

主橋上部構(gòu)造縱橋向按預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計，采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，橫梁采用預(yù)應(yīng)力體系。預(yù)應(yīng)力均為體內(nèi)束。

波形鋼腹板采用Q345D鋼；全橋波形不變，均采用1 200型（波長1.2 m，波高200 mm）。鋼板厚度t采用10 mm、8 mm兩種，對應(yīng)的彎折內(nèi)徑R采用15 t。

各跨箱梁跨中設(shè)置采用混凝土橫隔板，以保證主梁的抗扭剛度。

波形鋼腹板與箱梁的混凝土頂板之間連接采用T w in-P B L的抗剪連接件，與箱梁的混凝土底板之間連接采用剪力釘?shù)目辜暨B接件。箱梁端部設(shè)置混凝土橫梁，波紋鋼腹板通過P B L剪力鍵和剪力釘橫梁連接。

施工工藝：采用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)形式，在橋墩兩側(cè)設(shè)置支架，架設(shè)波形鋼腹板的預(yù)制梁（見圖6），利用預(yù)制梁吊模施工底板混凝土，再用吊模施工頂板混凝土，最后澆筑橫梁處混凝土進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，并張拉縱橫向預(yù)應(yīng)力。

2.4 預(yù)制小箱梁

圖6 預(yù)制波形鋼腹板連續(xù)梁施工示意圖

預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁（見圖7）采用國家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)制作，根據(jù)工程的實際情況，對其部分構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化、加強。對于25.5 m橋梁寬度，橫向需要布置9片小箱梁，箱梁間距約2.8 m。

圖7 預(yù)制小箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

小箱梁采用預(yù)制、吊裝、橫向連接、張拉墩頂處預(yù)應(yīng)力鋼束等工序進(jìn)行施工。

3 方案比較

上部結(jié)構(gòu)方案比選見表2。

4 結(jié)語

通過上述的分析可知：

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，造價適中，適應(yīng)性強，外觀整齊，施工工藝成熟，后期維護(hù)費用低。

（2）現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁，造價稍高，適應(yīng)性略差，外觀整齊，施工工藝相對較復(fù)雜，后期維護(hù)費用稍高；跨徑較大時，造價則相對同跨徑現(xiàn)澆連續(xù)梁便宜。

（3）預(yù)制波形鋼腹板連續(xù)梁，造價略便宜，適應(yīng)性略差，梁底外觀受施工質(zhì)量影響較大，技術(shù)先進(jìn)但施工稍復(fù)雜，后期維護(hù)費用稍高。需要安排預(yù)制場地，要考慮運輸?shù)目蛇_(dá)性。

（4）預(yù)制小箱梁，造價便宜，適應(yīng)性較差，工藝成熟，外觀較連續(xù)梁稍差，后期維護(hù)費用低。需要安排預(yù)制場地，要考慮運輸?shù)目蛇_(dá)性。

綜上所述，波形鋼腹板連續(xù)梁技術(shù)含量較高，采用先預(yù)制后連續(xù)的波形鋼腹板連續(xù)梁的工程造價相對于現(xiàn)澆連續(xù)箱梁稍有優(yōu)勢（不計入預(yù)制場造價），但在曲線匝道和主線變寬段中，波形鋼腹板的結(jié)構(gòu)受力要求尚未成熟，而曲線預(yù)制梁的運輸和施工難度增加很大，因此不建議在上述部分中采用。而在主線直線等寬段及大跨徑等寬段橋梁范圍中，波形鋼腹板結(jié)構(gòu)連續(xù)梁可以提升整個工程的技術(shù)含量和外觀造型，建議采用。由于本工程中，主線直線部分標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的面積較大，采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的波形鋼腹板在施工上增加了一定的施工工序（如頂、底板的濕接頭等），可能會增加施工時間，施工時需事先制定計劃，合理安排，保證工程完工時間。考慮到本工程距城市核心區(qū)有一定距離，故其主線采用小箱梁為主的結(jié)構(gòu)形式，在跨路口等需要大跨橋梁的節(jié)點采用現(xiàn)澆波形鋼腹板連續(xù)梁橋。

表2 上部結(jié)構(gòu)方案比選表[4,5,6]

[1]徐強,萬水.波形鋼腹板P C組合箱梁橋設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2]陳宜言.波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土橋設(shè)計與施工[M].北京:人民交通出版社,2009.

[3]DB41/T643-2010,公路波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋設(shè)計規(guī)范[S].

[4]余杰,韓勇,王文林,等.潑河大橋的構(gòu)造與施工[J].交通科技，2005(6):45-47.

[5]董曉.波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)與P C連續(xù)剛構(gòu)的對比研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2010.

[6]陳寶春,黃卿維.波形鋼腹板P C箱梁應(yīng)用綜述[J].公路,2005(7): 45-53.

U448.17

B

1009-7716（2017）06-0122-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.035

2017-3-15

李君鳳（1985-），女，河南內(nèi)黃人，工程師，從事橋梁設(shè)計工作。