簡述城市高架橋結構選型與設計

文慶

重慶市設計院 重慶 400015

1 引言

伴隨社會經濟快速發展，加速了城市的現代化進程，交通出行逐漸成為代表城市發展水平的重要指標。為了適應快速變化的社會發展形勢，城市道路建設也需與時俱進，高架橋建設事必成為有效利用城市空間、緩解城市擁堵的重要途徑。由于目前我國在高架橋建設方面起步較晚，相關建設經驗匱乏，在早期發展階段，僅能在一定程度上滿足正常交通運行的基本需求，難以滿足密集型交通運行等要求。近年來，隨著城市高架橋建設水平逐步提升，各種交通運輸需求基本得以滿足，在此基礎上外觀問題逐步受到社會關注，城市高架橋的選型與設計受到了越來越多的矚目[1]。

2 城市高架橋的特殊性

城市交通是社會經濟發展的樞紐，高架橋發揮著溝通、疏導交通的重要作用。城市高架橋的路線設計不僅要科學運用平縱面設計指標，還要能保證行車安全與舒適，滿足視覺協調的需求。高架橋建設需同時具有工程性與服務性雙重特點，要努力將力學與建筑學結合起來。空間布局上，高架橋要嚴格遵守相關設計規范，避免不良線形組合，要以充分滿足行車人員的視覺享受與行車安全為目標。在高架橋設計過程中，須從高架橋周圍建筑物以及路線安排限制條件等方面加以考慮，可采用彎橋、斜橋以及開叉橋等形式[2]。

3 高架橋結構選型與設計

高架橋結構選型與設計既是基礎性工作，也是一項關鍵性工作。高架橋結構選型既要滿足正常使用需求，也要綜合考慮其外形美觀性。高架橋結構選型要符合橋梁設計基本的審美標準，在高度、寬度以及跨度等方面要充分協調，同時還要保證橋梁結構的流暢性，達到簡潔美觀的標準。在高架橋建設中，需考慮橋梁與周圍環境間的協調性，比如依據人口的密集程度來選擇橋梁結構，在保證交通出行方便的同時避免對周圍居民產生過度的噪聲污染。此外，高架橋橋墩的合理設計可有效減少車輛行駛過程中產生的振動噪音，對橋體振動傳播存在十分關鍵的影響。總而言之，城市高架橋結構選型與設計需要注重主梁選型與墩柱選型兩個方面。

3.1 主梁選型

（1）主梁結構選型的基本原則

高架橋主梁是橋梁重要部位之一，在設計過程中強調水平上的延伸感。在實際中，主梁的水平尺度要遠遠大于豎直尺度。主梁的這一特點決定了主梁的造型設計必然是以水平為主。等高度主梁在充分強調水平延伸感時可以有效彰顯橋體的力度感，而變高度梁在充分強調水平延伸感時，還融入了跳躍、活潑的韻味。直線梁與曲線梁各具特色，要想將兩者結合運用就必須對橋梁兩側的實際地形地貌進行綜合考察。

在對主梁選型時還要充分考慮視覺層面的連續性。連續性不僅需要在造型、裝飾以及色彩方面保持協調，還需要科學處理好各個梁段間的有效過渡。這種連續性在實際中往往利用墩柱選型來實現。在主梁造型設計過程中，尤其要避免形成一種壓迫的感覺。

對城市高架橋而言，除非對橋體跨徑要求十分嚴格，可優先選擇等截面梁。通常可以利用調整梁高的方式來體現主梁截面的不同內力，但是由于在梁高上難以形成連續的變化，因此需要通過特殊途徑來進一步豐富主梁結構的造型。

（2）常用主梁結構類型

基于上述選型原則，對于常用的主梁結構類型有箱型梁、T型梁、槽型梁以及空心板梁等，下面進行具體介紹。

①箱梁。箱梁適用于建筑高度適中的高架橋，這種主梁結構抗扭性能優異，經常用于斜橋與曲線梁橋的建設。不僅可以作為標準的區段，還可以用于變寬與分岔的區段。箱梁結構的高架橋外觀較為美觀、流線非常流暢，而且設計與施工經驗較為成熟。常見的箱梁形式有以下幾種：

a.梯形箱梁。梯形箱梁通常可以分為單箱多室型的大箱梁與雙箱單室的小箱梁，如圖1所示。單箱多室型大箱梁的特點是具有一定的整體性、抗彎剛度大、適用場景廣，而且外形十分美觀，現實中可以選擇現澆或者節段預制的方法；而雙箱單室型小箱梁的特點就是整體結構受力明確，剛度與動力性能較好，在現實中可以選擇廠房預制、二次現澆等施工方法，這種箱梁的施工工期較短、建設成本較低，而且不會對既有道路產生太大影響。

圖1 梯形箱梁

另一種梯形箱梁的形式是大懸臂窄箱梁，這種箱梁的特點是整體結構較輕、外觀比較美觀，橋下空間大，但是主梁結構受力十分復雜，對施工工藝的要求比較高。

b.弧形箱梁。弧形箱梁最顯著的特點就是具有較好的整體性與抗彎剛度，外觀比較美觀，而且結構形式非常新穎，在現實中，通常選擇現澆施工的方法。比較常見的弧形箱梁可以分為魚腹形箱梁與蝙蝠形箱梁，如圖2所示。

圖2 弧形箱梁

②T形梁。T形梁適用于高架橋上部結構，建筑高度是所有高架橋結構中最高的一種，這種橋體結構比較適合于預制吊裝法施工，不適用于城市道路立體交叉施工。T形梁的底板為網格狀，美觀程度最低，在兩塊T形梁之間采用鉸接方式，使得橋梁整體的受力性能變差。

（3）空心板梁

空心板梁與T形梁同樣采用鉸接方式，因而整體受力性能較差，在長期承受交通荷載的情況下，通常為了避免鉸縫處形成裂縫，會對鉸縫處的構造進行極其復雜的設計。此外，空心板梁的剛度比較小，不適合用于橋體變寬段的結構。

（4）槽形梁

槽型梁適用于建筑高度較低的高架橋建設，這種主梁類型可以大大降低橋體總高度，而且主梁兩側可以發揮出一定的隔離噪聲的作用，對周圍環境的影響較小。根據橋梁線路要求，槽型梁的肋數可以設為二肋或者三肋。槽型梁可以采用先預制吊裝，后現澆底板的方法，施工周期較短，能夠較好的保證主梁質量。

3.2 墩柱選型

（1）墩柱選型的一般原則

橋墩是高架橋的重要組成部位，支承著橋體上部結構并將上部結構的荷載傳遞到橋梁基礎上，同時也需要在對橋墩進行造型設計時，橋墩的流線要與主梁保持協調。

橋墩選型過程中通常要表現出一定的輕巧感、穩定感以及運動感。對于橋墩比較高的高架橋，橋墩表現出來的輕巧感能夠大大改善高架橋的景觀效果。當橋墩顯得又高又厚重時，就會給人一種非常壓抑的感覺。作為高架橋的重要基礎，橋墩給人的穩定感是一種最為安全心理暗示，因此在橋墩造型上可以采用適當降低重心的方式來增強橋梁的穩定感。橋梁的運動感可以采用斜線的方式體現出來，而且隨著橋體斜線的逐漸相交，橋體的速度感也會逐漸增強，因此在選擇橋墩造型時，可以適當增加橋體中的斜線要素來加深橋體的運動感。

（2）常見墩柱造型

①T型墩。T型墩適用于梁部支承點較遠的橋梁結構類型，如分離式箱梁。由于T型墩存在托盤，所以通常在滿足支承需求的前提下，可以適當縮小墩柱的尺寸，降低橋墩重量。T型墩的優點主要在于受力均勻，但由于墩柱過渡段存在轉折，外觀造型一般。

②倒梯形墩。倒梯形墩適用于梁部支承點較遠的橋梁結構，如單箱單室箱梁。對于外腹板微微傾斜的箱梁，當墩柱高度適宜時，可以將腹板與墩柱邊線的斜度保持一致，使墩柱上下部渾然一體，進而美化外觀造型。雖然倒梯形墩在受力方面比較合理，但浪費材料，投資成本增加，同時在墩柱高度相差較大時，較難保持橋梁整體造型的協調性。

③Y型墩。Y型墩與T形墩類似，均適用于梁部支承點較遠的橋梁結構類型，但是與T形墩相比，節省材料，墩柱受力更為合理。

④單柱墩。單柱墩適用于梁部支承點相距比較近的橋梁結構，整體上顯得挺拔有力，能夠較好的適應墩高的變化[3]。

4 結束語

隨著城市現代化進程的不斷推進，城市高架橋將逐漸發揮緩解城市交通擁堵的重要作用。作為緩解交通擁堵和推進經濟發展的樞紐，城市高架橋的建設不僅要注重交通運行功能，同時還要注重橋梁外觀與周圍環境的融合，充分體現人文自然理念。綜上所述，積極加強城市高架橋結構的選型與設計，讓城市高架橋滿足多樣化的需求，能有效推動城市建設與經濟發展。

參考文獻

[1] 燕迎新.淺談城市軌道交通高架橋的選型及研究[J].四川建材,2016,42(3):142-144.

[2] 熊榮輝,周偉.橋梁下部結構選型及設計分析[J].交通世界,2017,(30):84-85.

[3] 趙威,安邦,高海彥.北京新機場主進出場路的高架橋工程設計[J].建筑施工,2017,39(10):67-68.