城市高架桥的几种结构形式与构造特点

铁道勘测与设计 2 0 0 4 年第 3期总第 一 3 5期 城市高架桥的几种结构形式与构造特点 鞠 三 〔摘 要 〕 〔关键词〕 引言 城市高架桥和立交枢纽 _L 程是解决现代城市交通问题的有效途径 , 本文结合笔 者的部分设计实例 , 对高架桥的几种常用结构形式及特点进行归纳 , 供桥 梁设计人员参考 。 城市 高架桥 结构设计 的不同 , 在构造上也相 应有其许 多特点 。 城市高架桥和立交枢纽是解决现代城 市交通问题的有效途径 , 由于交通功能的要求 和地形条件的限制 , 其上构多采用曲线桥和异 形变宽桥或岔道桥 , 这些桥梁线型变化多端 , 结构 受力复杂 , 除承受弯矩 、 剪力外 , 还有较 大扭矩和翘 曲双力矩的作用 。 故在情况许可 时 , 采用整体性好 、 抗扭刚度大的就地浇注的 连续箱形梁桥比较有利 。 这种箱梁结构高跨比 的线型满足建筑高度低 (箱梁高跨比的线型满 足城市 高架桥一般 12/ 0 上 下 , 特殊情 况 1/ 25 一 12/ 7 的使用要求 ) , 两侧带有悬挑的大 伸臂 , 特别适用于城市弯 、 坡 、 斜异形桥 。 对 城市交通要道 , 施工期间不能中断交通 , 也可 采用预制装配的预应力空心板梁 。 近年来由于 快速施工的需要 , 还有采用构件重量轻 、 安装 架 设方便的钢与混凝土组合箱形梁与正交异 性板的钢箱梁 。 本文将结合笔者设计的几座互 通式立交 , 对高架桥的桥梁结构几种常用类型 及特点进行归纳总结 , 供设计参考 。 在支承形式 _ L , 曲线桥通常采用 的有全部 为抗扭支承 、 中间设单支点铰支承 , 以及 中间既有 单支 点铰支承 , 又有抗扭支承的 混合式支承三种 。 与一般的直线箱梁相 比 , 曲线桥承受有较大弯扭藕合作用 , 要求的 刚度增大 , 横 隔板 的设 置可防 止箱梁 断而 畸变 , 保持全桥稳定和受力均匀 。 图 1 所示为上海市济阳路立交中的 L D 匝 道桥第五联截面 , 为 3 跨曲线预应力混凝上连 续箱梁 , 处在半径为 15Om 圆曲线 _匕 跨径为 (2 +5 30 十 25 )m , 联长为 85 m , 单箱单室 , 桥 而宽度 .9 5m , 梁高 1 . 6m 。 箱梁翼板悬臂长度 为 .2 Om , 箱梁顶底板厚度从跨中段至支座段 分别由 22 e m 加厚到 52 e m , 腹板则从 50 e m 逐渐过渡到 80c m 。 横隔板布置除在每支座处 设置端横梁外 , 还在跨中设置中横隔板 。 2 城市高架桥的几种结构形式与构造特点 2 . 1 曲线预应力混凝土连续箱形梁 曲线预应力混凝 土箱形梁 的构造形 式 与直线预应力混凝上箱形梁有不少相似之 处 , 但 由于它是 曲线桥 , 根据其结构受力 车车 l二~~~ 掀曦曦}}}}}}}}}}}}}...走走走走 投稿 f注期 : 2 0 0 2 一 1 2 · 9 图 1 本 曲线箱 梁端墩均 采用 双支 点的独柱 墩 , 中墩则采用单支点或双支点的独柱墩 , 单支点独柱墩为满足曲线桥各向变形的受力 要求 , 全部采用大吨位圆形板式橡胶支座 , 并通过改变支座高度的方法 , 调整箱梁下部 结构水平力的分配问题 。 刘 于多跨曲线连续梁桥 , 全部为抗扭支承 与中间为点铰支承的 , 两者在荷载作用下的弯 知和剪力值差别甚小 , 而 日`曲率的变化对弯知 值的影响也较小 , 但对扭矩的影响 , 则随曲率 的增大而加大 。 根据研究资料 , 三跨等曲率曲 线连续梁 , 当各跨圆心角大于 30 时 , 中间设单 支点铰支承的扭矩控制值比全部为抗扭支承的 扭知控制值要小 10% 以 _ 1几。 囚此采用中间点铰 支承的曲线连续梁不仅具有布局 _卜美观 、 结构 _卜紧凑 、 通透性好的优越性 , 同时在内力分布 _上也是合理的 。 图 2 为江西新余 _卜新立交 E 卜互 道桥扭矩图 , 利用中间单点铰支承向曲线外侧 偏心 0 . 巧司 . 2m , 调整后两端抗扭支承扭矩仅为 原来值的 85 % , 取得显著效果 。 吊装拼接 , 构件重量轻 , 安装周期短 , 十分 适 于快速施上 。 近年来 , 这种形式桥梁在城 市高架桥和立交桥建设中得到了推 ) ’ 一应用 。 队不不又不不不又雀莽工再再琢琢又闷 钾 自 对曲线连续箱梁 , 凸凹两侧弧长存在较大 差异 , 因而梁体的重心轴将偏离截而形心轴 , 向外侧偏移 一 定题离 。 这会导致各施工段梁端 膺架凸 、 四侧边受力的不均匀 , 因此在拆除己 完成施工段的部分膺架时 , 容易造成局部膺架 因超载而失稳 , 弓{起梁体侧倾 , 故应注意设置 强劲的临时抗扭支承墩 , 以策安全 。 .2 2 正交异性板钢连续箱形梁 城市立交桥多位 于交叉口 , 是城市交通要 道 , 施 上期间通常要求不能中断交通 。 跨径 超过 3 0m 的桥梁采用正交异性板钢或钢与混 凝 上组合连续箱形梁具有一定的优越性 , 这 种结构抗扭刚度大 , 整体性好 , 两侧大悬臂 川, 出长 , 建筑高度小 , 外型简洁美观 。 正交 异性板钢箱梁山于可以沿其纵向和横向分段 1 0 0 图 3 图 3 所示 _卜海卢浦大桥越护l 上程济阳路 立交 LC 匝道桥正交异性板钢连续箱形梁断 而图 , 孔径为 ( 3 3 . 0 8 1+ 2 5+ 3 5+ 3 5 )m 。 钢箱梁 梁高 1 . 6m , 底宽 s m , 顶板全宽 10 m 。 桥而 采用正交异性板 , U 形闭口截而纵肋 , 每附 3m 设一道普通横隔板 。 钢箱梁采用 16 M qll 钢全焊结构 , 底板厚度为 14 mi n , 顶板厚度 为 16 1l l n l , 桥而横向坡度 3% 。 钢箱梁在支承横隔板处设支承加劲肋 , 并设 4 个亿 6 0~ 锚栓埋入支墩内 。 为了加强正交异性板两侧悬臂端的竖 向 刚度 , 在箱梁顶板两端沿全桥竖向配有适当 高度的挂檐板 , 它 与正交异性板桥而相协调 , 使整个钢箱梁线条流畅 , 轻巧美观 。 该箱梁为了运输和 吊装方便 , 在横桥方 向分成三段 , 运至工地安装后采用 自动焊接 联成整体 。 在 _ L地安装期间 , 没有中断交通 。 2 . 3 钢与混凝土组合连续箱形梁 钢与混凝 上组合连续箱形梁多采用多箱单 室分离式断而 , 由于跨越能力大井 _门.可以分箱 运输安装 , 构件重量轻 , 吊装简便 , 有利 j飞快 速施 上 , 近年来在城市高架桥建设, }1受到欢迎 。 ~~~廿 , ~ ~ ~ -一 , ``` ~ 刁一 网一. . ~ , 、、 叫 2一口口 - 、 卜卜一卞一~~~~~ - 廿内` 户 、 一一. 一 ___ ,, 山户 J IIIII 日` . 七 J刁 ~~~~~~~~~~~ ~ . ` 」` 卜卜 图 4 图 4为某立交钢与混凝 上组合连续箱形 梁高架桥断而 , 该桥桥而行车道和人行道净 宽 18 m , 采用四箱单室分离式断而 , 每箱宽 度 2 . s nr , 跨径为 ( 2 1+ 4 2 . 5+ 2 1)m , _卜翼缘 板厚度为 2 0~ , 下翼缘板厚度为 25 ~ , 腹板厚度 为 1 6~ , 纵 向布置为满足净空要 求 , 采用具有抛物线梁腋的变截而箱梁 , 梁 高 1 . 2 4一 1 . 85 m , 如图 5 所示 , 结构造型美观 。 暇门 板向奋 臼韶〔 图 5 钢与混凝 上组合箱形梁如何防 l上桥而板 混凝 上开裂和裂缝发 展是设计 中的关键问 题 。 为了改善钢与混凝 上组合箱梁 _ !几缘混凝 上桥 I爪负弯矩区 _上作条件 , 使混凝 上与钢箱 梁很好地共 同 上作 , 在连续梁中间支座附近 负弯矩区配置预应力钢束 , 使其刘一 中支点附 近桥而板混凝 上产生预压力 , 从而改善 了组 合截而 _ }几缘混凝上板的应力状态 , 防止裂缝 出现 , 并增强 了钢箱梁与桥而混凝 上板联成 整体的共同受力性能 。 剪力键是设置在钢梁 _卜缘与棍凝 上桥而 板之间结合而上用以传递纵向剪力的重要部 件 。 剪力键的静力强度 、 疲劳强度的规定各 国有所不同 , 我国参照 《公路桥涵钢结构及 木结构设计 》 ( J T J 0 2 5 一 8 6) 和 《铁路结 合梁设计规定 》 (T B J 2 4 一 8 9) 作为依据 , 容 许极限剪应力 d[ l取用 85 M Pa , 剪力键间距 按设计中的最大剪应力分段选定 。 2 . 4 预应 力混凝土空心板梁 预制装配空心板梁在城市跨线桥中比较 流行 , 这种结构构造简单 , l _ 厂制作容易 , _ L 地吊装重量小 , 桥梁外形光洁 , 轻巧美观 , 特别适合 十城市土丁{1道施 1_期间不能中断交 通的直线桥土 。 跨径一般可做到 2 5一 3 0m 。 但对曲线桥和异形变宽桥 , 线 型变化繁 多 , 如采用预制装配预应力混凝 上空心板梁 结构 , 构件种类差异多 , 模板尺 寸变化大 、 施 L 复杂 、 L 程造价增大 。 如杭宁高速公路 秋山互通立交桥 , 由于施 L 期不能中断交通 , 在这种弯坡斜桥 卜采用 了 16 m 一25 m 跨径预 制装配空心板梁结构 , 空心板梁的尺 寸变化 有 10 0 多种 ( 见图 6 ) 。 妹买吐妙期期 ,漂噩{靡高嘉乒一一图 6 三与后张预应力混凝 上空心板梁比较 , 先张预应力混凝 上空心板梁具有施 L简便 、 造价低的优点 , 但先张预制板山于受到张拉台座吨位的限制 , 在应用 卜受到了影响 。 当前先 张预 应混 凝 上空 心板 梁 最大 跨径 己 达3Om , 在有张拉台座条件的采用很多 。 应用在变宽平曲线 卜时 , 中板可全部采用先张预应力混凝 上空心板 , 边板因预制装配构件种类多 , 则宜采用不规则变宽的后张预应力混凝 上空心板 。 .2 5 异形变宽桥城市高架桥和立交桥在主桥通往 lflj 道 ,或匝道通往主桥的分岔联接段为异形桥梁结构 。 根据道路线型布置的要求以及道路纵 、横向坡度的变化特点 , 在桥梁总体布局设计中 , 应尽可能把哑道联接处复杂的 、 异形区段简化成线型规则的异形变宽曲线桥 , 就像两条以上多匝道相联的异形叉道桥或异形变宽桥 。 这种异形桥梁结构跨径为 20 ~ 4 0m ,通常采用现浇连续的异形多室箱梁结构 , 它10 1 具有整体性好 , 箱梁翼缘伸臂长 , 结构抗扭 刚度大 , 外观简洁 , 建筑高度小和便于按格 子梁系的优点 , 在城市弯 、 坡 、 斜异形 桥中比较适用 。 图 7 、 图 8 所示为之l二西新余上新互通立交 梁横断而山单箱 3 室组成 , 并在曲线分岔处 中采用的异形变宽桥的 、「而示意图与其剖而 另设 一 室共计 4 室 。 图 。 桥跨布置为 2 x 2 6+ 2 5+ 3 6+ 2 5+ 2 x 2 6m 。 箱 粕梁断面尺寸图 一一一 1」超生盔 ;;;尸尸~ ~ ~ ~ , 如~~ ~ 户~ ~ ~ ~ ~ - - ~ , . 一 - - - - ~ 一 - ~ 一----- 一一 ) . ,厂一枯念一 - ) . 。 ` 州州卜卜 J 夕 , 叹一一牛舟一 .尸 . 贬~ 上一止— 夕 ””!!! 一 公 ) , 、、 图 8 异形多室箱梁高度主要决定 于带有悬臂 的边室粕梁的高度 , 考虑到全桥各跨度不一 , 为使栋梁外形平整美观 , 而多采用箱梁各室 高度 致 。 梁顶道路中心线两侧设有横坡 , 横坡的设置方法大体上有结构调坡和铺装调 坡两种 。 当采用结构调坡时 , 可通过使异形 多室箱梁顶底板平行布置 、 各室顶板变厚或 腹板变高等方法调整横坡 。 考虑到异形变宽箱梁桥为平而形状不规则 的桥梁 , 结构受力十分复杂 , 故其支座布置应 相应增多 。 木桥采用圆形板式橡胶支座 , 其中 每 1支承横截而设置 2一3 个支座 , 另外在岔道 处又增设 2 个支座 。 对 于多室箱梁 , 支座通常 布置在各室腹板的下端 , 但 由于支座处横隔板 设置比较强大 , 考虑到构造需要 , 也可布置在 箱室的中心 。 根据异形多室箱梁伸臂大的构造 特点与承受偏心扭转荷载的受力要求 , 异形箱 梁腹板靠外侧的厚度设计得较厚 , 而靠内侧的 腹板 、 与岔道箱梁连接的腹板厚度则较薄 。 横 隔板的布置对于保证箱梁各室的共同工作与 防止多室箱梁横断而的畸变关系甚大 , 本桥在 连续梁两中间支座处设计强劲的横隔板 , 而在 两端部支座处的横隔板厚度则可略为减小 。 由于异形多室箱梁的建筑高度往往受到 城市 己有线路标高 以及桥下道路净空的限 制 , 不容许设置多个墩柱 , 对结构形式宽扁 1 0 2 平 , 又是大曲率 、 长伸臂的异形结构 , 为了 改善结构的受力条件 , 可在两侧长伸臂与多 室箱梁顶板内设置横向预应力束 。 对异形多室箱梁的结构设计 , 特别对 于 桥而很宽的多室异形箱梁桥的活载横向分配 与受扭分析问题还缺少研究 。 本桥结构设计 时 主要通 过梁 格法 分析 , 采 用桥 梁博 一 L v .2 9 5 计算 , 并辅以应用 S A P 结构分析程序 检查 , 两者计算结果基本接近 。 3 .结语 城市高架桥除了以 _卜介绍的中的几种常 见结构形式外 , 尚有装配式 T 梁 、 格子梁 、 斜腿刚架桥 、 展翅式梁等 。 此外 , 根据情况 的不同 , 异形变宽桥也可采用异形无梁板式 结构或异形 T 梁 。 当在城市内建桥 上期要求 紧迫时 , 也有采用部分预制 、 部分现浇的组 合式结构 。 其中预制部分多采用等宽度 T 梁 和大跨度空心板梁等简支结构 ; 而现浇部分 则采用单箱多室变宽箱梁连续结构或板梁连 续结构 。 在具体的设计实践中 , 应充分考虑 各种结构形式的特点 , 并结合工程实际 , 选 用合理的结构形式 , 以满足城市高架桥美观 、 实用 、 经济等方而要求 。 ( 专业评审 : 彭卫 国 ; 责任编辑 : 邓 富甲 )