高速公路斜腿剛構天橋設計體會

何湘峰，何艷芳

(1.廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司;2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司)

1 概述

隨著我國高速公路建設的迅猛發展，公路交通網絡的不斷加密，跨越高速公路的天橋日益多。天橋的設置不僅連通了高速公路線兩側的道路，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景。斜腿剛構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，施工便捷等優點而越來越多地被采用。結合江門至羅定高速公路斜腿剛構天橋的設計實例，綜合考慮經濟適用，結構安全，橋型美觀等方面，針對此類天橋設計中一些關鍵點進行了總結和探討。

2 設計原則

(1)符合國家及行業現行標準、規范和規程，橋下凈空等各項指標滿足規范要求。

(2)滿足高速路兩側居民現狀通行需求、符合當地遠期路網規劃。

(3)安全可靠、適用耐久、造價經濟、外形美觀。(4)短距離順接原被交路。

3 橋型特點

斜腿剛構橋是漂亮的橋型結構之一，它無需在下行高速公路中央分隔帶設置墩柱，實現一跨跨越高速公路，對于減少高速公路行車視線障礙，防止天橋結構受高速汽車撞擊，提高公路行車安全具有重要意義。

斜腿剛構橋上部箱梁和下部斜腿結構的連續性使得它兼有梁和拱的特點，整體受力。相對于常規梁式橋，斜腿剛構橋減小了中跨跨度，增加了斜柱長度，因而其中跨彎矩減小，水平支反力增加。兩個邊孔像兩個窗口，不但結構通透，減輕了上部結構自重、阻風面積，而且轉移了跨中的正彎矩，使橋梁的整體結構的受力更合理、構件尺寸更小。當挖方高度合適時，橋梁長度可以做到最短，因而經濟性較高。

斜腿剛構橋的缺點是兩斜腿水平推力較大，因而對地基相對較高。地基不但要有足夠的承載力，而且要有足夠的抗滑穩定性。另外，斜腿剛構橋為多次超靜定結構，溫度作用、支點沉降、混凝土及收縮徐變都會在結構中產生較大的次內力，若基礎發生較大的不均勻沉降或順橋向滑移，使橋的上部結構產生破壞，將影響天橋的使用安全和壽命。因此這種結構形式適用于地質條件比較好的挖方路段。

4 實例介紹

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變截面預應力混凝土斜腿剛構，下部橋臺為混凝土重力式橋臺，剛性擴大基礎。橋面布置 0.5 m(防撞護欄)+4.5 m(車行道)+0.5 m(防撞護欄)。設計荷載:汽車荷載為公路–Ⅱ級，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。箱梁在斜腿頂點處截面高1.8 m，在跨中及邊支點處截面高1.0 m。斜腿為等寬變厚實體鋼筋混凝土結構，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°;斜腿與基礎采用鋼筋混凝土鉸鉸接。橋臺與斜腿設整體式擴大基礎，隱埋于挖方邊坡。天橋采用現場支架澆筑施工。

圖1 K112+352汽車天橋

4.2 結構分析

上部結構采用Midas/Civil 2010程序按平面桿系進行計算(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。計算中考慮了結構自重、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《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)中相關規定取用。按規范進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行設計。分析結果表明，承載能力及正常使用狀態均滿足規范要求。

5 幾個關鍵點

(1)斜腿與地面夾角對結構軸力有較大影響，一般為40°～50°，本例為45°;邊中跨比 L1/L2 是影響結構內力的主要因素，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)由于斜腿剛構是超靜定結構，預應力、混凝土收縮徐變、溫度變化、支座不均勻沉降都會在結構內產生次內力，為了盡量減少超靜定約束的影響，同時又能保持足夠的剛度，在梁端設置活動支座，腿趾處設置鉸支座而使其成為三次超靜定結構是一種可行措施。

(3)斜腿剛構中跨與斜腿形成類似拱，承受較大的軸向壓力，可以按偏壓構件設計計算;邊跨支承對中跨有卸載作用，邊跨可按受彎構件對強度、裂縫寬度等進行驗算。

(4)斜腿剛構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;斜腿腿趾下基礎受較大的集中壓力，應按規范進行局部承壓驗算。

(5)一般情況下，邊跨梁端支座對主梁的上翹是沒有約束的，所以要盡量避免梁端出現負反力。實例中，天橋邊跨梁端4 m范圍內采用混凝土實心截面，增加了邊跨梁端壓重，計算結果顯示運營階段梁端單個支座最小壓力55 kN，因而支座不會脫空。

(5)梁腿相交處受力復雜，是結構強度及應力主要控制點，宜加強配筋，必要時進行細部分析，確保安全耐久。

6 結束語

斜腿剛構橋具有較大的跨越能力及較高的承載能力，特別是對中跨梁段能提供軸力，因而梁的截面尺寸相對較小，混凝土、預應力材料用量較低，結構輕巧。同時因其無需中墩，視野開闊，構件簡練而外形美，在中等跨徑單跨跨線橋梁中，該橋型得到了廣泛的應用。依據通行需求、勘察資料，基于設計原則，制定出合理的設計方案是設計師需要做的第一步。明確該橋型的受力特點及適用范圍，擬定合理的結構尺寸，充分考慮該橋型的優缺點、揚長避短，因地制宜，設計出安全經濟的橋梁是設計師需要做的第二步。總結歸納該橋型設計的關鍵點、控制點，則需要設計師在工作中不斷積累與提高，認真體會，在確保設計質量的同時還能提高工作效率。

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［1］劉效堯，趙立成.梁橋(下冊)［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］徐光輝.橋梁計算示例集(預應力混凝土剛架橋)［M］.北京:人民交通出版社，1995.