城市高架橋設(shè)計(jì)相關(guān)問題探析

　　通過結(jié)合實(shí)例分析城市中高架橋的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提出高架橋設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到城市建筑物以及路線的限制， 同時(shí)提出高架橋設(shè)計(jì)其重點(diǎn)之一就是橋梁的選型考慮，就選型考慮要點(diǎn)以及梁式橋截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入探討，為同類工程提供參考借鑒。

　　《橋梁建設(shè)》現(xiàn)由中國(guó)鐵路工程總公司主管，中鐵大橋局集團(tuán)有限公司主辦，中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司出版。

　　1引言

　　隨著城市用地發(fā)展的過度緊張，加上城市道路拓寬難度加大，為了使城市交通得到緩解，顯然建設(shè)多條線路已經(jīng)不切實(shí)際，而高架橋則很好地解決了道路難于拓寬而且土地緊張的問題，有效地緩解了城市交通擁擠。對(duì)于高橋架合理的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行深入探討。

　　2高架橋設(shè)計(jì)的特殊性

　　對(duì)于高架橋在路線平、縱面線形組合設(shè)計(jì)時(shí)，就平、縱面線形可能的組合進(jìn)行了研究，努力使路線同視覺相協(xié)調(diào),，以確保高架橋上行車行駛的舒適和安全。同時(shí)，在確保平、縱面各自線形平順、流暢的前提下，盡可能使兩者的技術(shù)指標(biāo)保持均衡和協(xié)調(diào)。在空間位置布置上，遵照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免規(guī)范中要求避免的各種不良線形搭配和組合;在條件許可時(shí)，應(yīng)盡量選用從視覺要求所需的豎曲線半徑，以求達(dá)到良好的視覺效果和行車安全。

　　另外，對(duì)于高架橋設(shè)計(jì)來說，其設(shè)計(jì)中由于必須考慮到城市建筑物以及路線的限制，通常都設(shè)計(jì)成比較多的彎橋或者坡橋。高架橋的上部結(jié)構(gòu)一般較少采用懸臂梁而較多地采用剛架連續(xù)梁或者簡(jiǎn)支梁，在采用簡(jiǎn)支梁時(shí)，為了有效地保證高架橋上車輛通順行駛，一般都設(shè)計(jì)成連續(xù)的簡(jiǎn)支梁。而上部結(jié)構(gòu)的板厚通常設(shè)計(jì)成板式結(jié)構(gòu)，板的厚度可以沿橫橋方向改變或者不變板厚;對(duì)于跨度較大的則可設(shè)計(jì)成肋式或箱形截面。箱梁截面一般其兩側(cè)伸出橋梁以有效地?cái)U(kuò)大橋面面積，對(duì)于下部則采用窄墩，這種上部結(jié)構(gòu)形式對(duì)于高要求的城市設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛。

　　對(duì)于城市高架橋的橋墩，為了能提高美觀性，其多采用柱式、樁式、剛架式和薄壁式墩。柱式橋墩多設(shè)計(jì)城單柱式，樁式橋墩則多采用多根并列，對(duì)于樁頂設(shè)計(jì)的楣梁可采取外露或出于美觀需要而隱蔽于上部結(jié)構(gòu)之內(nèi)。

　　3高架橋的結(jié)構(gòu)選型

　　對(duì)于高架橋設(shè)計(jì)來說，其重點(diǎn)之一就是橋梁的選型考慮。通過結(jié)合實(shí)踐，筆者認(rèn)為對(duì)于高架橋的選型關(guān)鍵是滿足受力的情況下多考慮橋梁的美學(xué)問題?？偟膩碚f，高架橋的結(jié)構(gòu)形式必須結(jié)合橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)理念，選取合理的橋梁線形以及高寬比和高跨比等，確保橋梁的整個(gè)結(jié)構(gòu)造型中各部位尺寸比例協(xié)調(diào)，保證橋梁結(jié)構(gòu)舒展流暢，而部構(gòu)造又可簡(jiǎn)潔輕巧、通透性好。同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到高架橋與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，例如對(duì)于人口密集區(qū)則應(yīng)當(dāng)考慮采用槽形梁，以有效地降低車輛在使用時(shí)的噪聲影響;基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)可以減小振動(dòng)向遠(yuǎn)距離的傳播;采用抗振動(dòng)性能好的板式支座能減小列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)噪音。

　　4實(shí)例分析

　　通過以上關(guān)于高架橋設(shè)計(jì)的大概思路，現(xiàn)結(jié)合某高架橋設(shè)計(jì)實(shí)例來進(jìn)行深入探討。本項(xiàng)目高架橋梁總長(zhǎng)包括主線及四條匝道結(jié)構(gòu)計(jì)1052.4m，引道總長(zhǎng)計(jì)253.85m。高架橋的上部結(jié)構(gòu)采用等高預(yù)應(yīng)力鋼筋砼連續(xù)箱梁以及普通鋼筋砼連續(xù)箱梁，橋梁下部結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)方案采用四跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)112m。連續(xù)梁橋有做成三跨或者四跨一聯(lián)的，也有做成多跨一聯(lián)的，但一般不超過六跨。對(duì)于橋孔分跨，應(yīng)當(dāng)要考慮如下因素：橋址地形、墩臺(tái)、基礎(chǔ)、支座構(gòu)造以及力學(xué)要求等。若采用三跨不等的橋孔布置，一般邊跨長(zhǎng)度可取為中跨的0.5-0.8倍，這樣可使中跨跨中不致產(chǎn)生異號(hào)彎矩，此外，邊跨跨長(zhǎng)與中跨跨長(zhǎng)之比還與施工方法有著密切的聯(lián)系，對(duì)于采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的橋梁，邊跨長(zhǎng)度取為中跨長(zhǎng)度的0.8倍是經(jīng)濟(jì)合理的。但是若采用懸臂施工法，則不能得到預(yù)期效果。經(jīng)研究決定，本設(shè)計(jì)跨度取4*28m。

　　4.1截面形式分析

　　(1)縱截面設(shè)計(jì)。從高架橋中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁受力特點(diǎn)來看，連續(xù)梁的立面應(yīng)采取變高度布置為宜;在恒、活載作用下，支點(diǎn)截面將出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩，從絕對(duì)值來看，支點(diǎn)截面的負(fù)彎矩往往大于跨中截面的正彎矩，因此，采用變高度梁能較好地符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律;而且變高度梁可有效地使梁體外形和諧，節(jié)省材料并增大橋下凈空。但是為了施工便利，一般采用等高度梁。等高度梁的缺點(diǎn)是：在支點(diǎn)上不能利用增加梁高而只能增加預(yù)應(yīng)力束筋用量來抵抗較大的負(fù)彎矩，材料用量多，但是其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單、線形簡(jiǎn)潔美觀、預(yù)制定型、施工方便。

　　(2)橫截面設(shè)計(jì)。對(duì)于高架橋的橫截面的設(shè)計(jì)主要是確定橫截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁間距、主梁各部尺寸;它與梁式橋體系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美觀要求以及經(jīng)濟(jì)用料等等因素都有關(guān)系。

　　當(dāng)橫截面的核心距較大時(shí)，軸向壓力的偏心可以愈大，也就是預(yù)應(yīng)力鋼筋合力的力臂愈大，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用。箱形截面就是這樣的一種截面。通過工程實(shí)踐表明，箱形截面是高架橋中大、中跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁最適宜的橫截面形式。經(jīng)綜合考慮，本高架橋設(shè)計(jì)采用的橫截面形式為單箱雙室。

　　(3)梁高設(shè)計(jì)。對(duì)于高架橋中采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋時(shí)，其中支點(diǎn)主梁高度與其跨徑之比通常在1/15-1/25之間，而跨中梁高與主跨之比一般為1/40—1/50之間。當(dāng)建筑高度不受限制時(shí)，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樵龃罅焊咧皇窃黾痈拱甯叨龋炷劣昧吭黾硬欢?，卻能顯著節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量。而本設(shè)計(jì)采用等高度的直線梁，支點(diǎn)處梁高為1.8m，跨中梁高為1.8m。

　　4.2高架橋細(xì)部尺寸設(shè)計(jì)

　　(1)頂板與底板。對(duì)于采用箱形截面的高架橋設(shè)計(jì)，由于其頂板和底板是高架橋結(jié)構(gòu)承受正負(fù)彎矩的主要工作部位，尺寸主要由受力要求和構(gòu)造兩個(gè)方面來控制。同時(shí)對(duì)于高架橋的支墩處底版還要承受很大的壓應(yīng)力，因此高架橋的變截面的底板厚度也隨梁高變化，墩頂處底板為梁高的1/10-1/12，跨中處底板一般為200-250。底板厚最小應(yīng)有120。箱梁頂板厚度應(yīng)滿足橫向彎矩的要求和布置縱向預(yù)應(yīng)力筋的要求。本高架橋設(shè)計(jì)中采用雙面配筋，且底板由支點(diǎn)處以拋物線的形式向跨中變化。底板在支點(diǎn)處設(shè)計(jì)為50cm,在跨中厚20cm，頂板厚22cm。

　　(2)腹板和其它細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于箱梁的高架橋，其腹板主要是承受截面的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力。在高架橋預(yù)應(yīng)力梁中，因?yàn)閺澥鴮?duì)外剪力的抵消作用，所以剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力的值比較小，腹板不必設(shè)得太大;同時(shí)，腹板的最小厚度應(yīng)考慮力筋的布置和混凝土澆筑要求，根據(jù)筆者對(duì)高架橋的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：腹板內(nèi)無預(yù)應(yīng)力筋時(shí)適宜采用200mm，腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋管道時(shí)適宜采用250-300mm，腹板內(nèi)有錨頭時(shí)適宜采用250-300mm。對(duì)于大跨度的高架橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，腹板厚度可從跨中逐步向支點(diǎn)加寬，以承受支點(diǎn)處較大的剪力，一般采用300-600mm，甚至可達(dá)到1m左右。本高架橋設(shè)計(jì)支座處腹板厚取45cm，跨中腹板厚取45cm。

　　(3)橫隔梁。橫隔梁可以增強(qiáng)高架橋的整體性和良好的橫向分布，同時(shí)還可以限制畸變;支承處的橫隔梁還起著承擔(dān)和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭剛度很大，一般可以比其它截面的橋梁少設(shè)置橫隔梁，甚至不設(shè)置中間橫隔梁而只在支座處設(shè)置支承橫隔梁。因此本設(shè)計(jì)沒有加以考慮，而且由于中間橫隔梁的尺寸及對(duì)內(nèi)力的影響較小，在內(nèi)力計(jì)算中也可不作考慮。截面示意圖如圖1所示。

　　5結(jié)語

　　通過工程實(shí)踐表明，對(duì)于高架橋設(shè)計(jì)來說，其重點(diǎn)之一就是橋梁的選型考慮。高架橋的結(jié)構(gòu)形式必須結(jié)合橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)理念，選取合理的橋梁線形以及高寬比和高跨比等，確保橋梁的整個(gè)結(jié)構(gòu)造型中各部位尺寸比例協(xié)調(diào)，保證橋梁結(jié)構(gòu)舒展流暢，而部構(gòu)造又可簡(jiǎn)潔輕巧、通透性好。

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