城市快速路高架橋結構設計研究

楊 松

（新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

引言

近年來，隨著我國經濟的不斷發展，城市高架橋的建設和改造不斷進行，其中高架橋的結構設計對于橋梁的施工穩定性至關重要。對此，國內學者進行了一些研究，姜群和張碧[1-2]以某城市高橋鋼橋的發展歷程作為引入點，詳細闡述了鋼桁梁結構橋梁的設計和施工全過程，并對設計和施工過程中的主要問題進行了探討。張久鵬等[3-5]以城市高架橋為研究對象，結合當前橋梁工程建設存在的問題，重點對橋梁下部結構的施工進行了分析。顧國海等[6-8]分析城市目前發展過程中交通存在的問題，以某高架橋為研究對象，對橋梁的上部結構施工和結構驗算等進行了細致分析。

1 工程概況

某城市快速路上跨高架橋起點樁號K9+461，終點樁號K9+679，全橋共3聯：（3×30） m預應力現澆連續箱梁＋（30+45+30） m鋼板組合梁＋（4×30） m預應力現澆連續箱梁，正交布孔，全橋共長317 m，橋臺耳墻接道路擋墻。下部墩臺采用鉆孔灌注樁基礎。橋梁平面包含圓曲線和緩和曲線。橋梁外側設SS級防撞護欄，中央分隔帶設防撞鋼欄桿，橋梁兩側設置聲屏障。本橋第5跨跨越某城市主干道（道路寬39 m，橋下凈空不小于5.0 m）。橋面寬度0.5 m（護欄）+11.25 m（行車道）+0.5 m（護欄）+11.25 m（行車道）+0.5 m（護欄），全寬24 m。

2 城市快速路高架橋結構設計

2.1 鋼板組合梁

高架橋第二聯采用（30+45+30）m鋼板組合梁，梁體以路線中心為軸，雙向1.5%橫坡，整聯組合梁位于緩和曲線上，主梁結構形式同上。綜合考慮鋼梁及混凝土橋面板受力、節段運輸及起吊重量等因素，橫向布置8片工字鋼梁。鋼梁在鋼結構制造工廠加工成若干節段，運輸至橋位。根據現場實際情況布置臨時支墩，采用汽車吊或者其他可靠吊裝設備架設鋼梁節段，節段間及橫向聯系均采用高強螺栓現場連接。鋼板組合梁立面的布置見圖1。

圖2 鋼板組合梁斷面布置/cm

2.2 現澆連續箱梁

現澆連續箱梁的梁高為1.8 m，橋面及底板的寬度分別為24 m、16.1 m。箱梁為單箱四室斜腹板斷面的結構形式，底板厚度為0.24～0.4 m，腹板厚度為0.4～0.6 m，頂板厚度為0.26 m；懸臂的根部按圓弧過渡，懸臂長度為2.75 m，端部厚度為0.2 m。預應力混凝土現澆連續箱梁的支座間距為8.1 m，布置形式見圖3。

圖3 預應力混凝土現澆連續箱梁布置/cm

2.3 下部結構

下部結構橋臺采用柱式臺，路基設置擋墻，橋臺耳墻與擋墻相接，臺帽尺寸為2.0 m（寬）×1.8 m（高）×24 m（長），基礎采用4根 D150 樁基礎（樁間距6.5 m）。橋墩墩采用柱式花瓶墩，橋墩尺寸為1.7 m×l.7 m，對于墩高大于2.5 m的橋墩墩頂設置花瓶擴頭及系梁，雙柱間距為7.3 m；對于墩高小于2.5 m的橋墩采用直柱布置，雙柱間距為8.1 m。考慮本橋承臺為圓形樁轉換為矩形墩的過渡結構，為軸心受力構件，與一般承臺為深梁抗彎構件受力形式完全不同，故承臺厚度滿足構造和配筋需要，其厚度采用1倍樁徑（2 m）。基礎采用 D200 鉆孔嵌巖樁基。

3 城市快速路高架橋結構驗算及分析

為了保證快速化改造工程中的上跨高架橋結構的安全與穩定，分別對其上、下部結構進行了驗算分析。

3.1 計算荷載及作用組合

城市快速路高架橋結構驗算過程中計算荷載取值：（1）恒載：結構自重（梁段自重采用程序自動計算）；二期恒載為橋面鋪裝（9 cm瀝青混凝土容重24 kN/m2）、護欄（單側防撞欄桿自重12 kN/m）。（2）混凝土收縮徐變：收縮徐變齡期按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018）取值。混凝土的收縮徐變作用時間為10 a。（3）車輛荷載：采用公路-I級雙向六車道荷載，各系數按《城市橋梁設計規范》（CJJ11—2016）取值。（4）溫度荷載：整體升降溫分別取值30 ℃、-30 ℃，主梁梯度溫度根據《城市橋梁設計規范》（CJJ11—2016）取值。（5）基礎沉降：各支座都考慮5 mm不均勻沉降。

荷載作用組合均根據規范要求進行選取，組合梁的承載力及穩定性在承載能力極限狀態下進行計算，荷載作用組合采用基本組合，且組合梁結構中各材料性能均采用其強度的設計值。組合梁的抗裂、裂縫寬度和撓度驗算在正常使用極限狀態進行計算，其荷載作用組合根據規范5.2.2條的規定采用作用頻遇組合、準永久組合。

3.2 結構驗算及分析

通過在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下對45 m鋼板組合梁進行驗算，得到其應力計算結果見圖4。

圖4 鋼板組合梁應力計算結果

由圖4可知：（1）鋼板組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的鋼梁正應力分別為152 MPa、236 MPa、186 MPa，均低于規范限值的270 MPa。（2）組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的鋼梁剪應力分別為49 MPa、77 MPa、51 MPa，均處于規范限值（≤155 MPa）范圍內。（3）組合梁邊跨跨中、中支點、中跨跨中截面的折算應力分別為174 MPa、271 MPa、206 MPa，均未超過規范限值（≤297 MPa）。綜合可知，在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下，鋼板組合梁結構的受力滿足規范要求。

承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下45 m鋼板組合梁的裂縫寬度和長期撓度計算結果見表1。

表1 組合梁裂縫寬度和長期撓度計算結果

根據表1數據可知，該高架橋鋼板組合梁的橋面板裂縫寬度、長期撓度均處于規范限值范圍內，說明鋼板組合梁結構變形在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下符合規范的要求。

現澆連續箱梁在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的計算結果見表2。

表2 3×30 m現澆箱梁主要計算結果

由表2可知，現澆連續箱梁的抗彎抗剪強度、應力、抗裂均在規范限值范圍內，說明現澆連續箱梁結構在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下均滿足規范的要求。

通過對該高架橋下部結構進行驗算，得到承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的承載力、裂縫寬度計算結果，見表3。

表3 高架橋下部結構計算結果

由表3可知，該高架橋下部結構靜力計算計入溫度水平力、制動力、支座摩阻力以及上部荷載偏心影響，按照規范進行強度、應力和裂縫驗算，承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下下部構造的強度、應力、裂縫等均滿足規范的相關要求。

結合高架橋鋼板組合梁、現澆連續箱梁、下部結構的計算結果可知，該高架橋結構均符合現行規范的要求，安全可行。

4 結語

（1）在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下，高架橋組合梁的承載力、裂縫寬度及撓度均滿足規范要求。（2）現澆連續箱梁結構在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的抗彎抗剪強度、應力、抗裂均滿足規范的要求。（3）下部結構在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的強度、應力、裂縫等均滿足規范的相關要求。（4）綜合高架橋結構驗算可知，該高架橋安全可行，符合規范標準要求。