城市快速路高架橋結構設計研究

楊 松

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

引言

近年來，隨著我國經濟的不斷發(fā)展，城市高架橋的建設和改造不斷進行，其中高架橋的結構設計對于橋梁的施工穩(wěn)定性至關重要。對此，國內學者進行了一些研究，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，詳細闡述了鋼桁梁結構橋梁的設計和施工全過程，并對設計和施工過程中的主要問題進行了探討。張久鵬等[3-5]以城市高架橋為研究對象，結合當前橋梁工程建設存在的問題，重點對橋梁下部結構的施工進行了分析。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，對橋梁的上部結構施工和結構驗算等進行了細致分析。

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預應力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁＋（30+45+30） m鋼板組合梁＋（4×30） m預應力現(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。橋梁平面包含圓曲線和緩和曲線。橋梁外側設SS級防撞護欄，中央分隔帶設防撞鋼欄桿，橋梁兩側設置聲屏障。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（護欄）+11.25 m（行車道）+0.5 m（護欄）+11.25 m（行車道）+0.5 m（護欄），全寬24 m。

2 城市快速路高架橋結構設計

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，主梁結構形式同上。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。鋼梁在鋼結構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備架設鋼梁節(jié)段，節(jié)段間及橫向聯(lián)系均采用高強螺栓現(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構形式，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。預應力混凝土現(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 預應力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁布置/cm

2.3 下部結構

下部結構橋臺采用柱式臺，路基設置擋墻，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），基礎采用4根 D150 樁基礎（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的橋墩墩頂設置花瓶擴頭及系梁，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?？紤]本橋承臺為圓形樁轉換為矩形墩的過渡結構，為軸心受力構件，與一般承臺為深梁抗彎構件受力形式完全不同，故承臺厚度滿足構造和配筋需要，其厚度采用1倍樁徑（2 m）。基礎采用 D200 鉆孔嵌巖樁基。

3 城市快速路高架橋結構驗算及分析

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

3.1 計算荷載及作用組合

城市快速路高架橋結構驗算過程中計算荷載取值：（1）恒載：結構自重（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）、護欄（單側防撞欄桿自重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應力混凝土橋涵設計規(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)《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ11—2016）取值。（5）基礎沉降：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)下進行計算，荷載作用組合采用基本組合，且組合梁結構中各材料性能均采用其強度的設計值。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、準永久組合。

3.2 結構驗算及分析

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鋼板組合梁進行驗算，得到其應力計算結果見圖4。

圖4 鋼板組合梁應力計算結果

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力分別為49 MPa、77 MPa、51 MPa，均處于規(guī)范限值（≤155 MPa）范圍內。（3）組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的折算應力分別為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，鋼板組合梁結構的受力滿足規(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果見表1。

表1 組合梁裂縫寬度和長期撓度計算結果

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，說明鋼板組合梁結構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)下的計算結果見表2。

表2 3×30 m現(xiàn)澆箱梁主要計算結果

由表2可知，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的抗彎抗剪強度、應力、抗裂均在規(guī)范限值范圍內，說明現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結構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構進行驗算，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、裂縫寬度計算結果，見表3。

表3 高架橋下部結構計算結果

由表3可知，該高架橋下部結構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)范進行強度、應力和裂縫驗算，承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下下部構造的強度、應力、裂縫等均滿足規(guī)范的相關要求。

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

4 結語

（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)箱梁結構在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的抗彎抗剪強度、應力、抗裂均滿足規(guī)范的要求。（3）下部結構在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的強度、應力、裂縫等均滿足規(guī)范的相關要求。（4）綜合高架橋結構驗算可知，該高架橋安全可行，符合規(guī)范標準要求。