合肥市包公大道橋梁工程總體設(shè)計(jì)及現(xiàn)澆魚腹梁計(jì)算簡(jiǎn)析

付勁松

(合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

0 引 言

長(zhǎng)三角區(qū)域一體化上升為國(guó)家戰(zhàn)略后，合肥作為安徽融入長(zhǎng)三角的橋頭堡，迎來(lái)了新一輪發(fā)展機(jī)遇。包公大道位于合肥“1331”城市東進(jìn)戰(zhàn)略的重要支撐軸線，作為快速路網(wǎng)中重要的一橫，是城市對(duì)外交通快速轉(zhuǎn)換的紐帶，是兼具貨運(yùn)、公共交通、沿線集散功能的景觀大道?，F(xiàn)狀包公大道燈控交口眾多、客貨交通混雜、人文關(guān)懷不足。本文主要結(jié)合包公大道快速化改造中橋梁工程的設(shè)計(jì)，提出相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)現(xiàn)澆魚腹梁的計(jì)算特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

1 工程概況

包公大道(二十埠河—龍興大道)工程全長(zhǎng)約15.5 km，道路紅線寬為55～60 m，規(guī)劃為城市快速路，全線設(shè)置3處互通立交，分別與新海大道、橋頭集路、龍興大道實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，如圖1所示。

圖1 工程位置圖

工程范圍內(nèi)包公大道沿線相交道路眾多，其中不乏快速路與主干路。結(jié)合道路兩側(cè)用地規(guī)劃及相交鐵路限制，擬定以云錦路交口為界，西段工程采用地面快速路，主線雙向六車道(局部雙向八車道)，輔道改造，東段工程采用高架快速路。

2 橋梁工程總體設(shè)計(jì)方案

2.1 主線橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主線高架橋梁共長(zhǎng)約11.8 km，共計(jì)124聯(lián)橋。橋梁上部結(jié)構(gòu)主要采用施工工藝成熟、景觀效果好且在合肥市應(yīng)用廣泛的魚腹式現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，如圖2所示。橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30 m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為25 m。該種結(jié)構(gòu)形式受力合理，行車條件好，跨越能力大，造型輕盈簡(jiǎn)潔，能適應(yīng)各種平面線形和橋?qū)挼淖兓?。由于本工程周邊環(huán)境對(duì)施工期的要求不甚苛刻，在合理安排施工順序、加強(qiáng)施工組織管理的條件下，現(xiàn)澆施工連續(xù)箱梁也可以做到快速施工，保證工期。

圖2 主線橋梁效果圖及斷面圖

主線跨越交口處橋梁跨徑適當(dāng)加大，多為50 m、60 m及70 m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，部分交口跨線橋梁采用預(yù)制吊裝施工的鋼箱梁。鋼箱梁在斷面形式上與主線混凝土梁保持一致，美觀舒適。

主線橋梁下部結(jié)構(gòu)采用與環(huán)境協(xié)調(diào)的雙柱花瓶式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2.2 立交橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程3座立交橋梁共計(jì)14條轉(zhuǎn)向匝道，匝道橋梁布跨限制因素眾多，設(shè)計(jì)中主要遵守以下原則：

(1)減小匝道橋扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，小半徑匝道跨徑盡量取小。

(2)跨越地面道路及下層匝道的匝道，根據(jù)地面交通組織和下層匝道寬度及角度確定其跨徑。

(3)匝道墩柱盡量與主線高架橋墩柱對(duì)齊，以減少柱林效果。

匝道橋梁上部結(jié)構(gòu)形式主要分為三種：對(duì)于小半徑小跨徑曲線匝道橋梁，多采用普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁；對(duì)于30米左右跨徑限制因素較少的匝道橋，采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁；對(duì)于跨度較大或限制因素較多的匝道橋，采用預(yù)制吊裝的鋼箱梁。匝道橋梁下部結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)頭式花瓶橋墩，如圖3所示，既加大了墩頂支座間距，也減少了橋下占地空間。

圖3 匝道橋梁斷面圖

2.3 節(jié)點(diǎn)橋梁設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀包公大道采用橋梁形式跨越店埠河及定光河，現(xiàn)狀橋梁跨徑分別為3×30 m及3×20 m。結(jié)合高架橋梁布置方案，在兩處橋梁分別采用獨(dú)塔斜拉橋及懸澆橋形式跨越現(xiàn)狀橋梁，如圖4所示。兩種橋型均跨越整座老橋，無(wú)須在河中設(shè)墩施工，對(duì)現(xiàn)狀橋梁影響小，施工期對(duì)交通的干擾小。其中店埠河節(jié)點(diǎn)橋的橋塔造型采用“新月”的意向，與包公大道路名貼合，景觀效果良好。

圖4 節(jié)點(diǎn)橋梁效果圖

3 現(xiàn)澆魚腹梁簡(jiǎn)析

本項(xiàng)目體量巨大，其中使用最多的上部結(jié)構(gòu)形式為魚腹式現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。由于出入口及平行上下匝道設(shè)置眾多，結(jié)合道路線形，現(xiàn)澆魚腹混凝土箱梁多為變寬橋。

3.1 現(xiàn)澆魚腹梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

箱梁按整幅布置，采用單箱多室魚腹式斷面，設(shè)雙向2.0%結(jié)構(gòu)橫坡，頂?shù)装迤叫胁贾茫畛Ｓ昧焊邽榈雀?.2 m。箱梁懸臂板長(zhǎng)3 m，端部厚25 cm，根部厚64 cm；箱梁標(biāo)準(zhǔn)段頂板厚25 cm，底板厚23 cm，腹板厚度45～80 cm；箱梁支點(diǎn)處設(shè)置橫梁，中支點(diǎn)橫梁厚2.5 m，端支點(diǎn)橫梁厚2.0 m。

主線橋箱梁采用縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力體系。其中縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置在腹板及頂?shù)装鍍?nèi)，橫向預(yù)應(yīng)力鋼束布置在箱梁頂板上，間距為50 cm，橫梁根據(jù)計(jì)算設(shè)置預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力材料采用φs15.2鋼絞線、塑料波紋管及配套錨具。

3.2 現(xiàn)澆魚腹梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

(1) 為保證景觀效果的統(tǒng)一，變寬段箱梁懸臂、翼緣寬度及邊腹板斜率均保持不變，通過(guò)增大腹板間距、設(shè)置中腹板實(shí)現(xiàn)加寬。結(jié)合過(guò)往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，變寬箱梁箱室劃分寬度控制在5 m內(nèi)，能較好地平衡經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與結(jié)構(gòu)安全性。

(2) 預(yù)應(yīng)力鋼束布置以通長(zhǎng)鋼束為主，局部在支點(diǎn)及跨中范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的頂板、底板設(shè)置短束；鋼束一般采用兩段張拉，特殊情況下在鋼束長(zhǎng)度不超過(guò)60 m的條件下可采用單端張拉。梁端錨槽設(shè)置深度為0.5 m(錨固面至梁端)、高度為1.5 m(梁頂至梁底)的后澆錨槽，為相鄰箱梁預(yù)留足夠的張拉空間。

(3) 變寬橋梁主梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，橋梁縱向模型采用有限元仿真軟件建立，主要系數(shù)包括但不限于：車輛荷載采用城市—A級(jí)，影響面加載法；支座不均勻沉降按5 mm考慮；主梁成橋溫度為15～25℃，體系升溫19℃，體系降溫28℃；預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁摩擦系數(shù)為0.17，管道每米局部偏差對(duì)摩擦影響系數(shù)為0.001 5。

(4) 魚腹式箱梁橫梁計(jì)算較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的恒載剪力分配方法主要有腹板剪力法、均布荷載法和等效重量法。受道路綠化帶布置及道路紅線寬度限制，本項(xiàng)目中箱梁橫梁支座間距多為6 m，大部分變寬箱梁橫梁處為三支點(diǎn)或四支點(diǎn)超靜定體系，采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。不同計(jì)算方法對(duì)計(jì)算結(jié)果及預(yù)應(yīng)力鋼束布置影響顯著。查閱資料并結(jié)合計(jì)算軟件對(duì)比結(jié)果后，橫梁剪力加載模式簡(jiǎn)化為腹板恒載占全斷面剪力的70%，懸臂板均布荷載占比1%，頂板(扣除懸臂板寬度)均布荷載占比29%，如圖5所示。

圖5 橫梁有限元模型

4 結(jié)束語(yǔ)

為了進(jìn)一步緩解城市擁堵，完善“都市圈-市域-中心城區(qū)”三個(gè)層次的高快速路網(wǎng)，網(wǎng)格型快速路網(wǎng)建設(shè)仍然是一段時(shí)間內(nèi)合肥市交通發(fā)展的重點(diǎn)方向。包公大道橋梁工程體量巨大，項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)耗時(shí)長(zhǎng)久，本文主要介紹了包公大道橋梁工程總體設(shè)計(jì)及其中現(xiàn)澆魚腹梁設(shè)計(jì)原則，可供未來(lái)類似項(xiàng)目參考及優(yōu)化。