城市高架橋分聯(lián)端梁高銜接設(shè)計(jì)方法

查文斗

(合肥市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230041)

0 引 言

城市橋梁，特別是位于主城區(qū)的跨線橋和高架橋，在符合安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理等基本原則的前提下，應(yīng)充分考慮外形美觀，與環(huán)境協(xié)調(diào)?？缇€橋和高架橋的橋墩，是城市街區(qū)建筑的一部分，應(yīng)充分考慮城市景觀的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)力學(xué)與美學(xué)的有機(jī)結(jié)合，使建筑與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)、與地域文化相交融，從而讓建筑物更有文化性和生命力[1]。

橋梁過渡墩，本文是指前后聯(lián)的主梁高度不同的分聯(lián)墩。處理過渡墩處主梁之間的高差的設(shè)計(jì)方法應(yīng)體現(xiàn)自然、和諧的風(fēng)格，避免突兀、生硬的構(gòu)造，從而達(dá)到良好的視覺效果[2]。本文結(jié)合合肥市暢通二環(huán)(西二環(huán)-合武鐵路)工程高架橋的實(shí)際應(yīng)用和合肥市繁華大道(將軍嶺路—杭埠路)段引江濟(jì)淮接線工程主道橋的設(shè)計(jì)工作，以不同情況的過渡墩為研究對(duì)象，為類似的橋梁過渡墩設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。

1 主梁加高法

主梁加高法，是指過渡墩處較矮的主梁加高至較高主梁的相同高度。主梁加高后通過在梁底沿縱橋向設(shè)置過渡段順接。此方法適用于主梁之間高差較小的情況，梁底過渡段的高差和長度均較小，對(duì)橋梁立面的整體感觀影響較小。端橫梁和主梁均進(jìn)行了加高，增加了恒載，承載能力亦得到了提高，保證了主梁的結(jié)構(gòu)安全。主梁加高立面示意如圖1所示。

圖1 主梁加高立面示意(單位：cm)

圖1中的梁底的縱橋向過渡段可以理解為“縱橋向承托”，其構(gòu)造要求應(yīng)符合《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362—2018)第9.3.2條第4款的規(guī)定，即承托豎向與縱向之比不宜大于1/6，并按照第4.3.6條規(guī)定的支點(diǎn)設(shè)有承托的等高度連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。主梁加高后的支點(diǎn)截面慣性矩與跨徑中點(diǎn)截面慣性矩之比小于2，計(jì)算作用效應(yīng)時(shí)可以不考慮截面高度變化的影響，即“縱橋向承托”對(duì)主梁的整體結(jié)構(gòu)受力體系的影響可以忽略不計(jì)。

2 橫梁加高法

橫梁加高法，是指過渡墩處較矮主梁的端橫梁加高但主梁不加高，即端橫梁的上端與梁頂齊平，下端低于梁底。此方法適用于主梁之間高差較大的情況，加高的端橫梁與較高主梁有相同高度，避免了墩頂出現(xiàn)折線構(gòu)造，盡量減小對(duì)橋墩立面外觀的影響。端橫梁加高增加了恒載，承載能力亦得到了提高，可以保證主梁的結(jié)構(gòu)安全。橫梁加高立面示意如圖2所示。

圖2 橫梁加高立面示意(單位：cm)

圖2中的橫梁加高后，仍需按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362—2018)第8.3條的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。支座處橫隔梁應(yīng)進(jìn)行橫橋向受力計(jì)算，可采用隔離體簡化模型，假定跨內(nèi)荷載由腹板傳遞至橫隔梁。加高后橫梁的寬高比Bw/h<2，可按應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)進(jìn)行計(jì)算。Bw為橫梁處腹板中心線之間的距離，h為橫梁的高度。

3 L形墩帽法

L形墩帽法，亦稱高低蓋梁法，是指過渡墩處的主梁高差通過在墩頂設(shè)置高低臺(tái)階的方法進(jìn)行處理，兩側(cè)主梁的高度不變。這種設(shè)計(jì)方法的梁底和墩頂均出現(xiàn)臺(tái)階折線構(gòu)造，造成橋梁立面外形不美觀，視覺效果較差，而且主梁高差越大，臺(tái)階越高，影響越明顯。高差較大的L形墩帽屬于異型結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜，其局部承載力和穩(wěn)定性要求較高[3]。L形墩帽立面示意如圖3所示。

圖3 L形墩帽立面示意(單位：cm)

4 具體項(xiàng)目的應(yīng)用分析

4.1 合肥市暢通二環(huán)(西二環(huán)-合武鐵路)工程高架橋的實(shí)際應(yīng)用

合肥市暢通二環(huán)(西二環(huán)-合武鐵路)工程的主線高架橋采用混凝土箱梁和鋼箱梁兩種上部主梁型式，針對(duì)主梁高差大小的不同情況，過渡墩處分別采用主梁加高法和橫梁加高法處理主梁之間的高差。二標(biāo)段已于2020年10月通車，經(jīng)工程實(shí)踐證明，主線高架橋在過渡墩處采用主梁加高法和橫梁加高法，可以保證結(jié)構(gòu)安全兼顧外形美觀，取得了良好的使用效果。

4.2 合肥市繁華大道(將軍嶺路—杭埠路)段引江濟(jì)淮接線工程主道橋的設(shè)計(jì)

合肥市繁華大道(將軍嶺路—杭埠路)段引江濟(jì)淮接線工程主道橋共五聯(lián)，第一、二聯(lián)采用等高度連續(xù)鋼箱梁，第三、四、五聯(lián)采用等高度混凝土連續(xù)箱梁，其中第二聯(lián)跨越方興大道高架。第二聯(lián)和第三聯(lián)之間的過渡墩(Pm6)處主梁高度相差較大(2 m)，在工程設(shè)計(jì)過程中，我們分別按照主梁加高法、橫梁加高法和L形墩帽法等三種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行綜合分析比選。

4.2.1 Pm6采用主梁加高法的不利因素

若Pm6采用主梁加高法，梁底過渡段的高差和長度都很大，美觀性較差。主梁截面變化很大，導(dǎo)致主梁的整體結(jié)構(gòu)受力體系被改變，并且恒載增加較多，對(duì)主梁的結(jié)構(gòu)安全不利，因此，這種情況不應(yīng)采用主梁加高法。

4.2.2 Pm6采用橫梁加高法進(jìn)行分析計(jì)算

橫梁加高法不改變主梁的整體結(jié)構(gòu)受力體系，僅在端橫梁處增加了集中恒載；端橫梁通過加高之后，截面高度大幅增加，承載能力隨之大幅增強(qiáng)。橫梁加高之后，對(duì)主梁整體的結(jié)構(gòu)安全有利，雖然與其主梁存在較大高差，但與另一側(cè)主梁高度相同，對(duì)過渡墩處立面的整體美觀效果影響很小。

端橫梁加高之后的截面高度和截面面積增加較多，其承載能力大幅提高，采用鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，由于0.5<寬高比Bw/h<2，單室箱梁的橫隔梁可按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362—2018)第8.3.2條的規(guī)定進(jìn)行頂部橫向受拉部位的抗拉承載力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362—2018)第5.2條、7.2.4條和7.2.5條規(guī)定，經(jīng)過計(jì)算，橫梁的抗彎承載力、施工階段應(yīng)力、裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

4.2.3 Pm6采用L形墩帽法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

Pm6若采用L形墩帽法，不改變主梁的整體受力狀態(tài)，但端橫梁按照鋼筋混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算不能通過，需配置較多的橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋才能保證結(jié)構(gòu)在施工階段、使用階段的應(yīng)力、極限承載力符合規(guī)范要求，而較多的橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋與主梁的縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋之間避讓難度很大。

墩帽的臺(tái)階構(gòu)造高差較大(約2 m)，屬于異型結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜，需分別進(jìn)行橋墩整體驗(yàn)算和墩帽局部驗(yàn)算。橋墩立面的折線臺(tái)階構(gòu)造突兀、生硬，給人不自然、不和諧的感受。因此，Pm6采用L形墩帽法的力學(xué)狀態(tài)和美觀效果均較差。

5 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)文化水平的快速提升和城鎮(zhèn)化建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，人們對(duì)城市環(huán)境品質(zhì)的要求逐漸提高。城市高架橋是服務(wù)于大眾的，是人們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境的一部分，不同于公路及鐵路橋梁，應(yīng)更加注重細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，本著“以人為本”的原則，讓人可以和橋親近、互動(dòng)，其感官要精致、細(xì)膩[4]。過渡墩處主梁之間高差的處理方式就屬于精細(xì)化的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)范疇。

L形墩帽法由于構(gòu)造突兀、生硬，立面景觀效果較差，在城市高架橋中不推薦采用。主梁加高法和橫梁加高法可分別根據(jù)過渡墩處主梁高差大小的不同情況采用，并且已經(jīng)在實(shí)際的工程項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境景觀效果。