城市高架立交橋梁上部結構類型研究

李君鳳

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092）

城市高架立交橋梁上部結構類型研究

李君鳳

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092）

隨著經濟和社會的發展，城市高架立交橋梁結構形式也趨于多樣。結合鄭州市南三環東延線工程，對預應力鋼筋混凝土連續梁、現澆波形鋼腹板連續梁、預制波形鋼腹板連續梁、預制小箱梁等結構形式進行造價、施工工藝、后期養護等方面進行比較，確定主線采用預制小箱梁為主的結構形式，在跨路口等需要大跨橋梁的節點采用現澆波形鋼腹板連續梁橋，為城市高架立交橋梁上部結構類型的選用提供了有益的參考。

城市高架橋；波形鋼腹板；現澆；預制

0 引言

隨著經濟和社會的發展與科技的進步，城市高架立交橋梁結構形式也越來越受到各方面的重視。橋梁結構形式選擇不僅要考慮安全可靠、外形美觀、造價經濟以及施工的便捷性和安全性，還要考慮結構的技術含量，進行綜合比選，最終選擇出各方面均較為恰當并具有標志性的結構形式，以充分展現高速發展的現代化城市魅力。

城市高架立交橋梁上部結構的主要形式，可分為簡支結構、先簡支后連續結構以及連續梁結構。簡支結構如簡支T梁或簡支箱梁，雖工程造價較低，但因其在結構的耐久性及外觀上的欠缺，一般在現代化城市中不被采用；鋼箱梁由于其造價較高，一般僅在跨越道路或其他橋梁等特殊節點上使用；先簡支后連續小箱梁、現澆連續大箱梁以及目前較新穎并具有新技術的波折鋼腹板大箱梁結構則是城市高架立交橋梁上部結構使用較多的結構形式。

本文以鄭州市南三環東延線工程為工程實例，對橋梁上部結構形式進行造價、施工工藝、后期養護等方面的比較，得出主線上部結構以小箱梁為主，在跨路口等需要大跨橋梁的節點采用現澆波形鋼腹板連續梁橋的結論。

1 工程概況

鄭州市南三環東延線工程位于中心城區東南部，起于南臺路，規劃與南三環中州大道立交相接，向東至107輔道，在鄭西客專、石武客專西側落地（見圖1）。

采用高架線路，路段全長約6.5km。

全線共分兩個標段：

（1）第一標段：南三環東延線工程（南臺路至經開第五大街），全長約4km。

（2）第二標段：南三環東延線工程（經開第五大街至107輔道），全長約2.5km。

南三環東延線工程（南臺路至107輔道段）共設置三對上下橋匝道，分別位于文治路西側、經開第五大街西側及東側；經開第三大街北側設置一條右轉上橋匝道；在南三環東延高架橋與機場高速互通立交之間設置一條西向南右轉匝道，一條南向西左轉匝道；與107輔道設置半互通式立交。

主線標準寬度為25.5 m（見圖2）、32.5 m；邊寬處寬度為25.5～51.5 m；匝道標準寬度為8 m、9 m。主線標準段采用30 m左右的標準跨徑，在跨越路口處采用大跨徑結構；匝道在大曲線半徑處采用30 m左右的標準跨徑，小曲線半徑處采用20 m左右的標準跨徑，跨越路口采用大跨徑結構。

由于本工程立交橋梁結構面積較大，所選擇的結構形式必須要綜合考慮結構的安全、造價經濟性及施工便捷性等因素，選擇最適合的結構。

高架、立交結構形式中，小箱梁、現澆大箱梁結構是較為常見的結構形式，而波折鋼腹板大箱梁結構是目前較為新穎且有一定科技含量的橋梁結構。因此，本文進行了深入調研，并進行了詳細的分析和計算，得出波折鋼腹板大箱梁的特性。

圖1 項目總平面圖

圖2 主線標準橫斷面圖(單位：m)

針對本項目情況，考慮各種結構形式的適用性，選擇主線標準段，跨度為3×30 m，寬度為25.5 m的結構，分別選擇上述的結構形式進行比較，其外形及施工方案情況見表1。

2 各方案比較

2.1 預應力鋼筋混凝土連續梁

主梁采用等截面單箱四室結構（見圖3），梁高2.0 m，箱梁頂板橫向寬25.3 m，箱底寬16.6 m，箱室寬度約4 m，翼緣懸臂長2.776 m，頂板，橫坡與道路橫坡一致。

圖3 預應力混凝土連續梁標準斷面（單位：mm）

主梁采用C50混凝土，頂板厚度250 mm，底板厚度220 mm，跨中截面腹板厚度450 mm。邊橫梁厚度1.5 m，中橫梁厚度2.5 m。

上部結構設置縱向預應力和橫梁預應力。

施工工藝：采用滿堂支架現澆施工

2.2 現澆波形鋼腹板連續梁[1,2,3]

主梁采用等截面單箱四室結構（見圖4），設5道波紋鋼腹板，梁高2.0 m，頂板厚250 mm，底板厚220 mm。箱梁頂板橫向寬25.3 m，箱室寬度約5 m，翼緣懸臂長2.4 m。

圖4 現澆波形鋼腹板連續梁標準斷面（單位：mm）

其外形與現澆大箱梁一致。

主梁頂、底板采用C55混凝土。

主橋上部構造縱橋向按預應力混凝土A類構件設計，采用縱向預應力體系，橫梁采用預應力體系。

波形鋼腹板采用Q345D鋼；全橋波形不變，均采用1 200型（波長1.2 m，波高200 mm）。鋼板厚度t采用16 mm、12 mm兩種，對應的彎折內徑R采用15 t。

各跨箱梁跨中設置采用混凝土橫隔板，以保證主梁的抗扭剛度。

波形鋼腹板與箱梁的混凝土頂板之間連接采用T w in-P B L的抗剪連接件，與箱梁的混凝土底板之間連接采用剪力釘的抗剪連接件。箱梁端部設置混凝土橫梁，波紋鋼腹板通過P B L剪力鍵和剪力釘橫梁連接。

施工工藝：搭設滿堂支架，施工底模及鋼筋，架設波形鋼腹板，現澆底板混凝土，搭設頂板模板并澆筑混凝土；張拉縱橫向預應力。

2.3 預制波形鋼腹板連續梁[1,2,3]

主梁采用等截面單箱七室結構（見圖5），設8道波紋鋼腹板，梁高2.0 m，因腹板間距較小，故頂板厚200 mm，底板厚180 mm。箱梁頂板橫向寬25.3 m，箱室寬度約3.1 m，翼緣懸臂長1.8 m。主梁采用分片預制，吊裝就位后橫向、縱向連接的工法。中間的單片預制梁寬度2.3 m，兩側的單片預制梁寬度3.25 m。

圖5 預制波形鋼腹板連續梁標準斷面（單位：mm）

其外形與現澆大箱梁一致。

主梁頂、底板采用C55混凝土。

結構形式為先簡支后連續大箱梁結構，預支結構采用先張法預應力結構。

主橋上部構造縱橋向按預應力混凝土A類構件設計，采用縱向預應力體系，橫梁采用預應力體系。預應力均為體內束。

波形鋼腹板采用Q345D鋼；全橋波形不變，均采用1 200型（波長1.2 m，波高200 mm）。鋼板厚度t采用10 mm、8 mm兩種，對應的彎折內徑R采用15 t。

各跨箱梁跨中設置采用混凝土橫隔板，以保證主梁的抗扭剛度。

波形鋼腹板與箱梁的混凝土頂板之間連接采用T w in-P B L的抗剪連接件，與箱梁的混凝土底板之間連接采用剪力釘的抗剪連接件。箱梁端部設置混凝土橫梁，波紋鋼腹板通過P B L剪力鍵和剪力釘橫梁連接。

施工工藝：采用先簡支后連續結構形式，在橋墩兩側設置支架，架設波形鋼腹板的預制梁（見圖6），利用預制梁吊模施工底板混凝土，再用吊模施工頂板混凝土，最后澆筑橫梁處混凝土進行體系轉換，并張拉縱橫向預應力。

2.4 預制小箱梁

圖6 預制波形鋼腹板連續梁施工示意圖

預應力混凝土小箱梁（見圖7）采用國家標準結構制作，根據工程的實際情況，對其部分構造進行優化、加強。對于25.5 m橋梁寬度，橫向需要布置9片小箱梁，箱梁間距約2.8 m。

圖7 預制小箱梁標準斷面（單位：mm）

小箱梁采用預制、吊裝、橫向連接、張拉墩頂處預應力鋼束等工序進行施工。

3 方案比較

上部結構方案比選見表2。

4 結語

通過上述的分析可知：

（1）預應力混凝土連續梁，造價適中，適應性強，外觀整齊，施工工藝成熟，后期維護費用低。

（2）現澆波形鋼腹板連續梁，造價稍高，適應性略差，外觀整齊，施工工藝相對較復雜，后期維護費用稍高；跨徑較大時，造價則相對同跨徑現澆連續梁便宜。

（3）預制波形鋼腹板連續梁，造價略便宜，適應性略差，梁底外觀受施工質量影響較大，技術先進但施工稍復雜，后期維護費用稍高。需要安排預制場地，要考慮運輸的可達性。

（4）預制小箱梁，造價便宜，適應性較差，工藝成熟，外觀較連續梁稍差，后期維護費用低。需要安排預制場地，要考慮運輸的可達性。

綜上所述，波形鋼腹板連續梁技術含量較高，采用先預制后連續的波形鋼腹板連續梁的工程造價相對于現澆連續箱梁稍有優勢（不計入預制場造價），但在曲線匝道和主線變寬段中，波形鋼腹板的結構受力要求尚未成熟，而曲線預制梁的運輸和施工難度增加很大，因此不建議在上述部分中采用。而在主線直線等寬段及大跨徑等寬段橋梁范圍中，波形鋼腹板結構連續梁可以提升整個工程的技術含量和外觀造型，建議采用。由于本工程中，主線直線部分標準跨徑橋梁結構的面積較大，采用預制與現澆相結合的波形鋼腹板在施工上增加了一定的施工工序（如頂、底板的濕接頭等），可能會增加施工時間，施工時需事先制定計劃，合理安排，保證工程完工時間。考慮到本工程距城市核心區有一定距離，故其主線采用小箱梁為主的結構形式，在跨路口等需要大跨橋梁的節點采用現澆波形鋼腹板連續梁橋。

表2 上部結構方案比選表[4,5,6]

[1]徐強,萬水.波形鋼腹板P C組合箱梁橋設計與應用[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2]陳宜言.波形鋼腹板預應力混凝土橋設計與施工[M].北京:人民交通出版社,2009.

[3]DB41/T643-2010,公路波形鋼腹板預應力混凝土箱梁橋設計規范[S].

[4]余杰,韓勇,王文林,等.潑河大橋的構造與施工[J].交通科技，2005(6):45-47.

[5]董曉.波形鋼腹板連續剛構與P C連續剛構的對比研究[D].重慶：重慶交通大學,2010.

[6]陳寶春,黃卿維.波形鋼腹板P C箱梁應用綜述[J].公路,2005(7): 45-53.

U448.17

B

1009-7716（2017）06-0122-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.035

2017-3-15

李君鳳（1985-），女，河南內黃人，工程師，從事橋梁設計工作。