合肥市包公大道橋梁工程總體設計及現澆魚腹梁計算簡析

付勁松

(合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

0 引 言

長三角區域一體化上升為國家戰略后，合肥作為安徽融入長三角的橋頭堡，迎來了新一輪發展機遇。包公大道位于合肥“1331”城市東進戰略的重要支撐軸線，作為快速路網中重要的一橫，是城市對外交通快速轉換的紐帶，是兼具貨運、公共交通、沿線集散功能的景觀大道?，F狀包公大道燈控交口眾多、客貨交通混雜、人文關懷不足。本文主要結合包公大道快速化改造中橋梁工程的設計，提出相關設計要點，并對現澆魚腹梁的計算特點進行了簡要分析。

1 工程概況

包公大道(二十埠河—龍興大道)工程全長約15.5 km，道路紅線寬為55～60 m，規劃為城市快速路，全線設置3處互通立交，分別與新海大道、橋頭集路、龍興大道實現快速轉換，如圖1所示。

圖1 工程位置圖

工程范圍內包公大道沿線相交道路眾多，其中不乏快速路與主干路。結合道路兩側用地規劃及相交鐵路限制，擬定以云錦路交口為界，西段工程采用地面快速路，主線雙向六車道(局部雙向八車道)，輔道改造，東段工程采用高架快速路。

2 橋梁工程總體設計方案

2.1 主線橋梁結構設計

主線高架橋梁共長約11.8 km，共計124聯橋。橋梁上部結構主要采用施工工藝成熟、景觀效果好且在合肥市應用廣泛的魚腹式現澆混凝土連續箱梁，如圖2所示。橋梁標準跨徑為30 m，標準寬度為25 m。該種結構形式受力合理，行車條件好，跨越能力大，造型輕盈簡潔，能適應各種平面線形和橋寬的變化。由于本工程周邊環境對施工期的要求不甚苛刻，在合理安排施工順序、加強施工組織管理的條件下，現澆施工連續箱梁也可以做到快速施工，保證工期。

圖2 主線橋梁效果圖及斷面圖

主線跨越交口處橋梁跨徑適當加大，多為50 m、60 m及70 m。結合現場施工條件，部分交口跨線橋梁采用預制吊裝施工的鋼箱梁。鋼箱梁在斷面形式上與主線混凝土梁保持一致，美觀舒適。

主線橋梁下部結構采用與環境協調的雙柱花瓶式橋墩，鉆孔灌注樁基礎。

2.2 立交橋梁結構設計

本工程3座立交橋梁共計14條轉向匝道，匝道橋梁布跨限制因素眾多，設計中主要遵守以下原則：

(1)減小匝道橋扭轉效應，小半徑匝道跨徑盡量取小。

(2)跨越地面道路及下層匝道的匝道，根據地面交通組織和下層匝道寬度及角度確定其跨徑。

(3)匝道墩柱盡量與主線高架橋墩柱對齊，以減少柱林效果。

匝道橋梁上部結構形式主要分為三種：對于小半徑小跨徑曲線匝道橋梁，多采用普通鋼筋混凝土現澆箱梁；對于30米左右跨徑限制因素較少的匝道橋，采用預應力混凝土現澆箱梁；對于跨度較大或限制因素較多的匝道橋，采用預制吊裝的鋼箱梁。匝道橋梁下部結構采用擴頭式花瓶橋墩，如圖3所示，既加大了墩頂支座間距，也減少了橋下占地空間。

圖3 匝道橋梁斷面圖

2.3 節點橋梁設計

現狀包公大道采用橋梁形式跨越店埠河及定光河，現狀橋梁跨徑分別為3×30 m及3×20 m。結合高架橋梁布置方案，在兩處橋梁分別采用獨塔斜拉橋及懸澆橋形式跨越現狀橋梁，如圖4所示。兩種橋型均跨越整座老橋，無須在河中設墩施工，對現狀橋梁影響小，施工期對交通的干擾小。其中店埠河節點橋的橋塔造型采用“新月”的意向，與包公大道路名貼合，景觀效果良好。

圖4 節點橋梁效果圖

3 現澆魚腹梁簡析

本項目體量巨大，其中使用最多的上部結構形式為魚腹式現澆預應力混凝土箱梁。由于出入口及平行上下匝道設置眾多，結合道路線形，現澆魚腹混凝土箱梁多為變寬橋。

3.1 現澆魚腹梁結構特點

箱梁按整幅布置，采用單箱多室魚腹式斷面，設雙向2.0%結構橫坡，頂底板平行布置，最常用梁高為等高2.2 m。箱梁懸臂板長3 m，端部厚25 cm，根部厚64 cm；箱梁標準段頂板厚25 cm，底板厚23 cm，腹板厚度45～80 cm；箱梁支點處設置橫梁，中支點橫梁厚2.5 m，端支點橫梁厚2.0 m。

主線橋箱梁采用縱、橫雙向預應力體系。其中縱向預應力鋼束布置在腹板及頂底板內，橫向預應力鋼束布置在箱梁頂板上，間距為50 cm，橫梁根據計算設置預應力，預應力材料采用φs15.2鋼絞線、塑料波紋管及配套錨具。

3.2 現澆魚腹梁結構設計原則

(1) 為保證景觀效果的統一，變寬段箱梁懸臂、翼緣寬度及邊腹板斜率均保持不變，通過增大腹板間距、設置中腹板實現加寬。結合過往項目經驗，變寬箱梁箱室劃分寬度控制在5 m內，能較好地平衡經濟性指標與結構安全性。

(2) 預應力鋼束布置以通長鋼束為主，局部在支點及跨中范圍內對應的頂板、底板設置短束；鋼束一般采用兩段張拉，特殊情況下在鋼束長度不超過60 m的條件下可采用單端張拉。梁端錨槽設置深度為0.5 m(錨固面至梁端)、高度為1.5 m(梁頂至梁底)的后澆錨槽，為相鄰箱梁預留足夠的張拉空間。

(3) 變寬橋梁主梁按A類預應力混凝土構件設計，橋梁縱向模型采用有限元仿真軟件建立，主要系數包括但不限于：車輛荷載采用城市—A級，影響面加載法；支座不均勻沉降按5 mm考慮；主梁成橋溫度為15～25℃，體系升溫19℃，體系降溫28℃；預應力鋼束與管道壁摩擦系數為0.17，管道每米局部偏差對摩擦影響系數為0.001 5。

(4) 魚腹式箱梁橫梁計算較為復雜，傳統的恒載剪力分配方法主要有腹板剪力法、均布荷載法和等效重量法。受道路綠化帶布置及道路紅線寬度限制，本項目中箱梁橫梁支座間距多為6 m，大部分變寬箱梁橫梁處為三支點或四支點超靜定體系，采用預應力結構。不同計算方法對計算結果及預應力鋼束布置影響顯著。查閱資料并結合計算軟件對比結果后，橫梁剪力加載模式簡化為腹板恒載占全斷面剪力的70%，懸臂板均布荷載占比1%，頂板(扣除懸臂板寬度)均布荷載占比29%，如圖5所示。

圖5 橫梁有限元模型

4 結束語

為了進一步緩解城市擁堵，完善“都市圈-市域-中心城區”三個層次的高快速路網，網格型快速路網建設仍然是一段時間內合肥市交通發展的重點方向。包公大道橋梁工程體量巨大，項目的研究設計耗時長久，本文主要介紹了包公大道橋梁工程總體設計及其中現澆魚腹梁設計原則，可供未來類似項目參考及優化。