高速公路斜腿剛構(gòu)天橋設(shè)計(jì)體會(huì)

何湘峰，何艷芳

(1.廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司;2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司)

1 概述

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路交通網(wǎng)絡(luò)的不斷加密，跨越高速公路的天橋日益多。天橋的設(shè)置不僅連通了高速公路線兩側(cè)的道路，方便了行人和汽車交通，因地制宜、造型美觀的天橋還是高速公路上的一道亮麗風(fēng)景。斜腿剛構(gòu)天橋作為天橋的一種，因具有著外形尺寸小，橋下凈空大，視野開闊，施工便捷等優(yōu)點(diǎn)而越來越多地被采用。結(jié)合江門至羅定高速公路斜腿剛構(gòu)天橋的設(shè)計(jì)實(shí)例，綜合考慮經(jīng)濟(jì)適用，結(jié)構(gòu)安全，橋型美觀等方面，針對(duì)此類天橋設(shè)計(jì)中一些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和探討。

2 設(shè)計(jì)原則

(1)符合國(guó)家及行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程，橋下凈空等各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

(2)滿足高速路兩側(cè)居民現(xiàn)狀通行需求、符合當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)期路網(wǎng)規(guī)劃。

(3)安全可靠、適用耐久、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、外形美觀。(4)短距離順接原被交路。

3 橋型特點(diǎn)

斜腿剛構(gòu)橋是漂亮的橋型結(jié)構(gòu)之一，它無需在下行高速公路中央分隔帶設(shè)置墩柱，實(shí)現(xiàn)一跨跨越高速公路，對(duì)于減少高速公路行車視線障礙，防止天橋結(jié)構(gòu)受高速汽車撞擊，提高公路行車安全具有重要意義。

斜腿剛構(gòu)橋上部箱梁和下部斜腿結(jié)構(gòu)的連續(xù)性使得它兼有梁和拱的特點(diǎn)，整體受力。相對(duì)于常規(guī)梁式橋，斜腿剛構(gòu)橋減小了中跨跨度，增加了斜柱長(zhǎng)度，因而其中跨彎矩減小，水平支反力增加。兩個(gè)邊孔像兩個(gè)窗口，不但結(jié)構(gòu)通透，減輕了上部結(jié)構(gòu)自重、阻風(fēng)面積，而且轉(zhuǎn)移了跨中的正彎矩，使橋梁的整體結(jié)構(gòu)的受力更合理、構(gòu)件尺寸更小。當(dāng)挖方高度合適時(shí)，橋梁長(zhǎng)度可以做到最短，因而經(jīng)濟(jì)性較高。

斜腿剛構(gòu)橋的缺點(diǎn)是兩斜腿水平推力較大，因而對(duì)地基相對(duì)較高。地基不但要有足夠的承載力，而且要有足夠的抗滑穩(wěn)定性。另外，斜腿剛構(gòu)橋?yàn)槎啻纬o定結(jié)構(gòu)，溫度作用、支點(diǎn)沉降、混凝土及收縮徐變都會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，若基礎(chǔ)發(fā)生較大的不均勻沉降或順橋向滑移，使橋的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，將影響天橋的使用安全和壽命。因此這種結(jié)構(gòu)形式適用于地質(zhì)條件比較好的挖方路段。

4 實(shí)例介紹

4.1 總體介紹

江羅高速K112+352汽車天橋橋型布置如圖1所示。該橋上部采用(16+33+16)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土斜腿剛構(gòu)，下部橋臺(tái)為混凝土重力式橋臺(tái)，剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面布置 0.5 m(防撞護(hù)欄)+4.5 m(車行道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)。設(shè)計(jì)荷載:汽車荷載為公路–Ⅱ級(jí)，人群荷載集度取3.0 kN/m2。橋面橫坡:單向坡1%。箱梁頂寬5.5 m，底寬3.3 m，懸臂寬1.1 m。腹板在邊支點(diǎn)附近寬度為65 cm，其余處腹板寬均為45 cm。箱梁梁高按二次拋物線變化。箱梁在斜腿頂點(diǎn)處截面高1.8 m，在跨中及邊支點(diǎn)處截面高1.0 m。斜腿為等寬變厚實(shí)體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜腿寬度3.3 m，厚度0.6 ～0.99 m;斜腿軸線與水平線夾角成 45°;斜腿與基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉸鉸接。橋臺(tái)與斜腿設(shè)整體式擴(kuò)大基礎(chǔ)，隱埋于挖方邊坡。天橋采用現(xiàn)場(chǎng)支架澆筑施工。

圖1 K112+352汽車天橋

4.2 結(jié)構(gòu)分析

上部結(jié)構(gòu)采用Midas/Civil 2010程序按平面桿系進(jìn)行計(jì)算(考慮活載的偏載作用)。上部箱梁采用C50混凝土，斜腿采用C40混凝土，混凝土加載齡期為7 d，主筋采用HRB335鋼筋。計(jì)算中考慮了結(jié)構(gòu)自重、整體溫度變化、截面溫度梯度、支座不均勻沉降及汽車、人群活載等作用。其中整體溫差按升、降溫25℃考慮，溫度梯度按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)中相關(guān)規(guī)定取用。按規(guī)范進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明，承載能力及正常使用狀態(tài)均滿足規(guī)范要求。

5 幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

(1)斜腿與地面夾角對(duì)結(jié)構(gòu)軸力有較大影響，一般為40°～50°，本例為45°;邊中跨比 L1/L2 是影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的主要因素，L1/L2 一般為(0.45 ～0.55)，本例為 0.48;跨中梁高與中跨比為(1/25～1/35)，本例為1/33;根部梁高為跨中梁高的(1.5 ～2.0)倍，本例為1.8 倍。

(2)由于斜腿剛構(gòu)是超靜定結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、溫度變化、支座不均勻沉降都會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生次內(nèi)力，為了盡量減少超靜定約束的影響，同時(shí)又能保持足夠的剛度，在梁端設(shè)置活動(dòng)支座，腿趾處設(shè)置鉸支座而使其成為三次超靜定結(jié)構(gòu)是一種可行措施。

(3)斜腿剛構(gòu)中跨與斜腿形成類似拱，承受較大的軸向壓力，可以按偏壓構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算;邊跨支承對(duì)中跨有卸載作用，邊跨可按受彎構(gòu)件對(duì)強(qiáng)度、裂縫寬度等進(jìn)行驗(yàn)算。

(4)斜腿剛構(gòu)天橋橋面凈寬一般不大，天橋總體模型可以按平面桿系來建模分析;對(duì)于采用箱形截面天橋，橫橋向可按框架分析箱梁受力;斜腿腿趾下基礎(chǔ)受較大的集中壓力，應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行局部承壓驗(yàn)算。

(5)一般情況下，邊跨梁端支座對(duì)主梁的上翹是沒有約束的，所以要盡量避免梁端出現(xiàn)負(fù)反力。實(shí)例中，天橋邊跨梁端4 m范圍內(nèi)采用混凝土實(shí)心截面，增加了邊跨梁端壓重，計(jì)算結(jié)果顯示運(yùn)營(yíng)階段梁端單個(gè)支座最小壓力55 kN，因而支座不會(huì)脫空。

(5)梁腿相交處受力復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及應(yīng)力主要控制點(diǎn)，宜加強(qiáng)配筋，必要時(shí)進(jìn)行細(xì)部分析，確保安全耐久。

6 結(jié)束語(yǔ)

斜腿剛構(gòu)橋具有較大的跨越能力及較高的承載能力，特別是對(duì)中跨梁段能提供軸力，因而梁的截面尺寸相對(duì)較小，混凝土、預(yù)應(yīng)力材料用量較低，結(jié)構(gòu)輕巧。同時(shí)因其無需中墩，視野開闊，構(gòu)件簡(jiǎn)練而外形美，在中等跨徑單跨跨線橋梁中，該橋型得到了廣泛的應(yīng)用。依據(jù)通行需求、勘察資料，基于設(shè)計(jì)原則，制定出合理的設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)師需要做的第一步。明確該橋型的受力特點(diǎn)及適用范圍，擬定合理的結(jié)構(gòu)尺寸，充分考慮該橋型的優(yōu)缺點(diǎn)、揚(yáng)長(zhǎng)避短，因地制宜，設(shè)計(jì)出安全經(jīng)濟(jì)的橋梁是設(shè)計(jì)師需要做的第二步。總結(jié)歸納該橋型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)、控制點(diǎn)，則需要設(shè)計(jì)師在工作中不斷積累與提高，認(rèn)真體會(huì)，在確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)還能提高工作效率。

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［1］劉效堯，趙立成.梁橋(下冊(cè))［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］徐光輝.橋梁計(jì)算示例集(預(yù)應(yīng)力混凝土剛架橋)［M］.北京:人民交通出版社，1995.