城市立交橋橋梁設(shè)計(jì)研究

戴偉

摘要：在城市基礎(chǔ)性設(shè)施建設(shè)中，立交橋是解決交通問題的有效手段，它在緩解交通壓力，避免交通堵塞中起到了重要作用；立交橋也因此成為城市交通設(shè)計(jì)的重點(diǎn)對象。設(shè)計(jì)立交橋橋梁是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)多個(gè)專業(yè)，規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工各個(gè)方面都要受到重視。本文圍繞城市立交橋橋梁的設(shè)計(jì)展開論述，對設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題進(jìn)行了探討，供相關(guān)專業(yè)人員參考。

關(guān)鍵詞：公路立交橋 設(shè)計(jì)方案 結(jié)構(gòu)選型

0 引言

隨著我國城市化建設(shè)步伐的加快以及交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，建設(shè)城市快速路成為迫切要求。受到地形、地物以及城市道路的影響，城市立交橋的設(shè)計(jì)及施工具有自己的特點(diǎn)：為了保證城市正常的交通，在跨越已經(jīng)建成的城市主干道上建設(shè)立交橋時(shí)，要求其抗扭剛度大、強(qiáng)度高、整體性好及架設(shè)工期短，因此應(yīng)該盡量采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)；受環(huán)境限制，為了實(shí)現(xiàn)立交橋的多功能要求，立交匝道橋應(yīng)該盡量采用較小半徑的彎、坡、斜橋，其超高值要大；為了實(shí)現(xiàn)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，達(dá)到造型優(yōu)美和線性流暢的效果，應(yīng)該使用獨(dú)柱式橋墩等等。本文結(jié)合城市立交橋橋梁的特點(diǎn)，對其設(shè)計(jì)方面的問題進(jìn)行了探討。

1 城市立交橋橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)

為應(yīng)對我國城市交通擁堵問題，大力興建公路立交橋，優(yōu)化立交橋的設(shè)計(jì)方案，提高立交橋的整體功能性就成為了當(dāng)前市政建設(shè)的重要內(nèi)容。城市立交橋橋梁設(shè)計(jì)具備了下述幾個(gè)特點(diǎn)：1）為了不影響原有主干道的通行能力，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要使立交橋跨越在原有道路上，這就要求立交橋需要具備較強(qiáng)的抗扭剛度和強(qiáng)度，并且整體性要好。2）因?yàn)楣妨⒔粯虻氖┕し秶邢蓿艿匦?、道路以及建筑等影響，?yīng)當(dāng)以較小的半徑，多設(shè)置彎道、坡度以及斜橋等結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向分流的目的。3）在設(shè)計(jì)中要考慮到所設(shè)計(jì)的公路立交橋是否能夠滿足城市景觀需求，以及其是否與城市整體環(huán)境的規(guī)劃設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。4）在設(shè)計(jì)中就要充考慮采用工期較短的設(shè)計(jì)手法，通常會(huì)運(yùn)用等跨徑的橋跨設(shè)計(jì)方式，并且盡可能的將每個(gè)橋跨之間的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的形式。

2 橋梁位置的選擇

立交橋橋梁位置的選定設(shè)計(jì)內(nèi)容廣泛，是制約立交線形及其他工程的重要因素，一般在立交設(shè)計(jì)之前就應(yīng)該基本確定。立交區(qū)內(nèi)的跨線橋是指主線和被交路相交而設(shè)的跨越性橋梁， 其位多由主線及被交路的位置而定。當(dāng)被交路存在規(guī)劃、改建等內(nèi)容時(shí)，要考慮被交路移位的可能性，應(yīng)能使建起的跨線橋在設(shè)計(jì)年限內(nèi)滿足主線及被交路的使用要求。匝道橋是指匝道與主線或被交路相交而設(shè)的橋梁，在選定匝道線形時(shí)就要注意橋梁實(shí)施的可能性與經(jīng)濟(jì)性。立交區(qū)內(nèi)其他橋梁是根據(jù)地形、地物及路網(wǎng)的布局要求而設(shè)的，如跨越河、渠的橋梁、非機(jī)動(dòng)車道專用通道橋等。

3 橋梁跨徑及結(jié)構(gòu)的選擇

通常情況下，立交橋的跨徑應(yīng)選擇25～30m為宜。如果跨徑過大，就會(huì)增高梁高，同時(shí)抬高道路縱斷，會(huì)增加占地面積，相應(yīng)的投資也會(huì)增加；如果跨徑過小，需要的橋墩數(shù)量增加，這不僅會(huì)影響到交通組織，同時(shí)還會(huì)造成立交橋的凌亂感。一旦橋墩對交通視線造成影響，應(yīng)該盡量增大橋梁的跨徑，從而提高橋下的通透性。為了滿足安全性要求，橋梁結(jié)構(gòu)在型式的選擇上要保證安全、可靠、耐久。此外，要充分考慮到經(jīng)濟(jì)性、合理性和先進(jìn)性并且要易于施工，在施工期間，要對交通進(jìn)行合理組織。橋型設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)兼顧簡潔、美觀的外部造型。橋梁結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。該橋型技術(shù)成熟，跨越能力大、經(jīng)濟(jì)合理。但預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁通常采用滿堂支架施工，施工周期較長，施工期間對交通的影響較大。為解決橋梁施工期間對交通的影響問題，近年城市立交橋設(shè)計(jì)中，在橋梁跨越底層道路部分，愈來愈多地采用了鋼箱梁結(jié)構(gòu)和鋼、混組合箱梁結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁相比有兩方面的優(yōu)勢，一是跨越能力更大，梁高較小，在主線上有凈空限制時(shí)，可以進(jìn)一步減短立交橋的長度；二是由于鋼結(jié)構(gòu)部分在工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝，施工時(shí)只需在拼裝位置設(shè)置臨時(shí)橋墩，施工方便，施工周期較短，施工期間對橋下交通的影響很小。當(dāng)橋梁施工對橋下道路交通干擾較大或需要采用大跨徑橋梁時(shí)，采用鋼箱梁及鋼、混組合箱梁的方法有較大的優(yōu)越性，值得推廣。

4 曲線梁橋設(shè)計(jì)

4.1 平面布置

就目前來看，曲線橋梁的平面形狀樣式較多，扇形布置是常用的方式。其各個(gè)橋墩軸線與曲率方向重合，可以用一般理論進(jìn)行分析。布置類似直橋中的斜橋形式，其受力比較復(fù)雜，分析也比較困難。但是在跨線橋中，由于受被交路線形限制，應(yīng)用較多。

圖1 曲線橋平面布置

4.2 曲線梁橋計(jì)算

與傳統(tǒng)直線橋梁的受力相比，曲線橋梁受力有較大不同。合理確定曲線橋梁的支撐體系和支座位置、活載內(nèi)力、偏載對結(jié)構(gòu)受力等十分關(guān)鍵。在計(jì)算中，應(yīng)用較多的是變分原理的解析法、梁格系分析法和基于數(shù)值分析的有限元法。實(shí)際計(jì)算中，梁格法具有易于理解和程序化、操作簡便等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用；其主要思路是：將橋梁上部結(jié)構(gòu)作為一個(gè)剛度近似等效的梁格體系，對其進(jìn)行分析后將結(jié)果還原到原來的計(jì)算結(jié)果中。這種分析方法無法考慮到截面翹曲，有限元法彌補(bǔ)其了其不足，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)中應(yīng)用十分適宜，它能夠?qū)ο淞旱目臻g受力性能和剪力滯、扭轉(zhuǎn)、畸變等現(xiàn)象進(jìn)行分析[3]。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常是采用多種計(jì)算方法相結(jié)合，達(dá)到盡可能掌握運(yùn)營荷載受力情況的目的。

4.3 橫梁及支座的作用分析

曲線橋橫梁具有重要作用，它不僅聯(lián)系著主梁，加強(qiáng)橫向剛度，同時(shí)也是抵抗扭轉(zhuǎn)、保持全橋穩(wěn)定的重要構(gòu)件。設(shè)置合理的橫梁，不僅能夠保證主梁截面的形狀，防止變形，同時(shí)也有利于荷載的分布，從而滿足運(yùn)輸要求。連接上下部結(jié)構(gòu)的部件是橋梁支座，受各種變形的影響，曲線橋中存在各種扭矩，會(huì)在支座支承方向產(chǎn)生不均勻的力。當(dāng)扭矩較大時(shí)，各支座的反力值相差會(huì)很大，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生反方向的力。同時(shí)，對同一支座，由于活載在橫截面的位置不同，不僅扭矩的符號(hào)要發(fā)生變化，且反力值會(huì)相差很大。所以，設(shè)置具有一定彈性的支座，就可以通過支座之間不同的彈性變形來減小其有害影響，不僅較大的反力將由鄰近支座所分擔(dān)，從而減小該支座的最大反力值，還可以降低支座附近梁板內(nèi)由于剪力和扭轉(zhuǎn)形成的剪應(yīng)力。在支承形式上，曲線梁橋通常有 3 種布置形式：全部采用抗扭支承、兩端設(shè)置抗扭支承，中間設(shè)單支點(diǎn)鉸支承[4]。其中，兩端設(shè)置抗扭支承中間既有單支點(diǎn)鉸支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱應(yīng)當(dāng)與之相匹配。

4.4 預(yù)應(yīng)力對曲線橋的作用

小半徑曲線梁橋的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束沿箱梁腹板平面曲線線型變化而布置成水平曲線， 預(yù)應(yīng)力鋼束對混凝土產(chǎn)生較大的徑向力，它除對相鄰兩預(yù)應(yīng)力束之間的混凝土產(chǎn)生局部承壓作用外，還對預(yù)力束與箱梁內(nèi)弧側(cè)之間的混凝土產(chǎn)生崩彈作用，這種徑向力對箱梁腹板的受力是不利的。為了解決這個(gè)問題，在鋼束布置時(shí)，相鄰兩預(yù)應(yīng)力鋼束之間應(yīng)留有一定的混凝土厚度，箱梁腹板也應(yīng)留有足夠的混凝土厚度保護(hù)層來抵抗這種側(cè)向崩彈力，同時(shí)在腹板內(nèi)設(shè)置防崩鋼筋。

5 結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行城市立交橋橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，要充分認(rèn)識(shí)到其質(zhì)量不僅是影響城市整體交通運(yùn)行的重要因素，同時(shí)也是決定工程造價(jià)及使用壽命的決定因素。另外，從城市自然景觀和人文環(huán)境的角度出發(fā)，立交橋的設(shè)計(jì)工作也是不容小覷的。合理選擇橋型、科學(xué)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)、綜合分析計(jì)算是重點(diǎn)；此外，要隨時(shí)根據(jù)施工現(xiàn)場條件作出合理的設(shè)計(jì)調(diào)整和變更，動(dòng)態(tài)跟蹤建設(shè)，才能使城市立交橋的設(shè)計(jì)趨于完美，促進(jìn)城市建設(shè)的快速發(fā)展。

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