城市快速路高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

楊 松

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市高架橋的建設(shè)和改造不斷進(jìn)行，其中高架橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于橋梁的施工穩(wěn)定性至關(guān)重要。對此，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些研究，姜群和張碧[1-2]以某城市高橋鋼橋的發(fā)展歷程作為引入點，詳細(xì)闡述了鋼桁梁結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計和施工全過程，并對設(shè)計和施工過程中的主要問題進(jìn)行了探討。張久鵬等[3-5]以城市高架橋為研究對象，結(jié)合當(dāng)前橋梁工程建設(shè)存在的問題，重點對橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)行了分析。顧國海等[6-8]分析城市目前發(fā)展過程中交通存在的問題，以某高架橋為研究對象，對橋梁的上部結(jié)構(gòu)施工和結(jié)構(gòu)驗算等進(jìn)行了細(xì)致分析。

1 工程概況

某城市快速路上跨高架橋起點樁號K9+461，終點樁號K9+679，全橋共3聯(lián)：（3×30） m預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁＋（30+45+30） m鋼板組合梁＋（4×30） m預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，正交布孔，全橋共長317 m，橋臺耳墻接道路擋墻。下部墩臺采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁平面包含圓曲線和緩和曲線。橋梁外側(cè)設(shè)SS級防撞護(hù)欄，中央分隔帶設(shè)防撞鋼欄桿，橋梁兩側(cè)設(shè)置聲屏障。本橋第5跨跨越某城市主干道（道路寬39 m，橋下凈空不小于5.0 m）。橋面寬度0.5 m（護(hù)欄）+11.25 m（行車道）+0.5 m（護(hù)欄）+11.25 m（行車道）+0.5 m（護(hù)欄），全寬24 m。

2 城市快速路高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 鋼板組合梁

高架橋第二聯(lián)采用（30+45+30）m鋼板組合梁，梁體以路線中心為軸，雙向1.5%橫坡，整聯(lián)組合梁位于緩和曲線上，主梁結(jié)構(gòu)形式同上。綜合考慮鋼梁及混凝土橋面板受力、節(jié)段運輸及起吊重量等因素，橫向布置8片工字鋼梁。鋼梁在鋼結(jié)構(gòu)制造工廠加工成若干節(jié)段，運輸至橋位。根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置臨時支墩，采用汽車吊或者其他可靠吊裝設(shè)備架設(shè)鋼梁節(jié)段，節(jié)段間及橫向聯(lián)系均采用高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場連接。鋼板組合梁立面的布置見圖1。

圖2 鋼板組合梁斷面布置/cm

2.2 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁

現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的梁高為1.8 m，橋面及底板的寬度分別為24 m、16.1 m。箱梁為單箱四室斜腹板斷面的結(jié)構(gòu)形式，底板厚度為0.24～0.4 m，腹板厚度為0.4～0.6 m，頂板厚度為0.26 m；懸臂的根部按圓弧過渡，懸臂長度為2.75 m，端部厚度為0.2 m。預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的支座間距為8.1 m，布置形式見圖3。

圖3 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁布置/cm

2.3 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)橋臺采用柱式臺，路基設(shè)置擋墻，橋臺耳墻與擋墻相接，臺帽尺寸為2.0 m（寬）×1.8 m（高）×24 m（長），基礎(chǔ)采用4根 D150 樁基礎(chǔ)（樁間距6.5 m）。橋墩墩采用柱式花瓶墩，橋墩尺寸為1.7 m×l.7 m，對于墩高大于2.5 m的橋墩墩頂設(shè)置花瓶擴(kuò)頭及系梁，雙柱間距為7.3 m；對于墩高小于2.5 m的橋墩采用直柱布置，雙柱間距為8.1 m。考慮本橋承臺為圓形樁轉(zhuǎn)換為矩形墩的過渡結(jié)構(gòu)，為軸心受力構(gòu)件，與一般承臺為深梁抗彎構(gòu)件受力形式完全不同，故承臺厚度滿足構(gòu)造和配筋需要，其厚度采用1倍樁徑（2 m）。基礎(chǔ)采用 D200 鉆孔嵌巖樁基。

3 城市快速路高架橋結(jié)構(gòu)驗算及分析

為了保證快速化改造工程中的上跨高架橋結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，分別對其上、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗算分析。

3.1 計算荷載及作用組合

城市快速路高架橋結(jié)構(gòu)驗算過程中計算荷載取值：（1）恒載：結(jié)構(gòu)自重（梁段自重采用程序自動計算）；二期恒載為橋面鋪裝（9 cm瀝青混凝土容重24 kN/m2）、護(hù)欄（單側(cè)防撞欄桿自重12 kN/m）。（2）混凝土收縮徐變：收縮徐變齡期按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）取值。混凝土的收縮徐變作用時間為10 a。（3）車輛荷載：采用公路-I級雙向六車道荷載，各系數(shù)按《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ11—2016）取值。（4）溫度荷載：整體升降溫分別取值30 ℃、-30 ℃，主梁梯度溫度根據(jù)《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ11—2016）取值。（5）基礎(chǔ)沉降：各支座都考慮5 mm不均勻沉降。

荷載作用組合均根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行選取，組合梁的承載力及穩(wěn)定性在承載能力極限狀態(tài)下進(jìn)行計算，荷載作用組合采用基本組合，且組合梁結(jié)構(gòu)中各材料性能均采用其強(qiáng)度的設(shè)計值。組合梁的抗裂、裂縫寬度和撓度驗算在正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計算，其荷載作用組合根據(jù)規(guī)范5.2.2條的規(guī)定采用作用頻遇組合、準(zhǔn)永久組合。

3.2 結(jié)構(gòu)驗算及分析

通過在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下對45 m鋼板組合梁進(jìn)行驗算，得到其應(yīng)力計算結(jié)果見圖4。

圖4 鋼板組合梁應(yīng)力計算結(jié)果

由圖4可知：（1）鋼板組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的鋼梁正應(yīng)力分別為152 MPa、236 MPa、186 MPa，均低于規(guī)范限值的270 MPa。（2）組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的鋼梁剪應(yīng)力分別為49 MPa、77 MPa、51 MPa，均處于規(guī)范限值（≤155 MPa）范圍內(nèi)。（3）組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的折算應(yīng)力分別為174 MPa、271 MPa、206 MPa，均未超過規(guī)范限值（≤297 MPa）。綜合可知，在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下，鋼板組合梁結(jié)構(gòu)的受力滿足規(guī)范要求。

承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下45 m鋼板組合梁的裂縫寬度和長期撓度計算結(jié)果見表1。

表1 組合梁裂縫寬度和長期撓度計算結(jié)果

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，該高架橋鋼板組合梁的橋面板裂縫寬度、長期撓度均處于規(guī)范限值范圍內(nèi)，說明鋼板組合梁結(jié)構(gòu)變形在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下符合規(guī)范的要求。

現(xiàn)澆連續(xù)箱梁在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的計算結(jié)果見表2。

表2 3×30 m現(xiàn)澆箱梁主要計算結(jié)果

由表2可知，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的抗彎抗剪強(qiáng)度、應(yīng)力、抗裂均在規(guī)范限值范圍內(nèi)，說明現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下均滿足規(guī)范的要求。

通過對該高架橋下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗算，得到承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的承載力、裂縫寬度計算結(jié)果，見表3。

表3 高架橋下部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

由表3可知，該高架橋下部結(jié)構(gòu)靜力計算計入溫度水平力、制動力、支座摩阻力以及上部荷載偏心影響，按照規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度、應(yīng)力和裂縫驗算，承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下下部構(gòu)造的強(qiáng)度、應(yīng)力、裂縫等均滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

結(jié)合高架橋鋼板組合梁、現(xiàn)澆連續(xù)箱梁、下部結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果可知，該高架橋結(jié)構(gòu)均符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，安全可行。

4 結(jié)語

（1）在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下，高架橋組合梁的承載力、裂縫寬度及撓度均滿足規(guī)范要求。（2）現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的抗彎抗剪強(qiáng)度、應(yīng)力、抗裂均滿足規(guī)范的要求。（3）下部結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的強(qiáng)度、應(yīng)力、裂縫等均滿足規(guī)范的相關(guān)要求。（4）綜合高架橋結(jié)構(gòu)驗算可知，該高架橋安全可行，符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。