高速公路斜腿刚构天桥设计体会

何湘峰，何艳芳

(1.广东省公路勘察规划设计院股份有限公司;2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司)

1 概述

随着我国高速公路建设的迅猛发展，公路交通网络的不断加密，跨越高速公路的天桥日益多。天桥的设置不仅连通了高速公路线两侧的道路，方便了行人和汽车交通，因地制宜、造型美观的天桥还是高速公路上的一道亮丽风景。斜腿刚构天桥作为天桥的一种，因具有着外形尺寸小，桥下净空大，视野开阔，施工便捷等优点而越来越多地被采用。结合江门至罗定高速公路斜腿刚构天桥的设计实例，综合考虑经济适用，结构安全，桥型美观等方面，针对此类天桥设计中一些关键点进行了总结和探讨。

2 设计原则

(1)符合国家及行业现行标准、规范和规程，桥下净空等各项指标满足规范要求。

(2)满足高速路两侧居民现状通行需求、符合当地远期路网规划。

(3)安全可靠、适用耐久、造价经济、外形美观。(4)短距离顺接原被交路。

3 桥型特点

斜腿刚构桥是漂亮的桥型结构之一，它无需在下行高速公路中央分隔带设置墩柱，实现一跨跨越高速公路，对于减少高速公路行车视线障碍，防止天桥结构受高速汽车撞击，提高公路行车安全具有重要意义。

斜腿刚构桥上部箱梁和下部斜腿结构的连续性使得它兼有梁和拱的特点，整体受力。相对于常规梁式桥，斜腿刚构桥减小了中跨跨度，增加了斜柱长度，因而其中跨弯矩减小，水平支反力增加。两个边孔像两个窗口，不但结构通透，减轻了上部结构自重、阻风面积，而且转移了跨中的正弯矩，使桥梁的整体结构的受力更合理、构件尺寸更小。当挖方高度合适时，桥梁长度可以做到最短，因而经济性较高。

斜腿刚构桥的缺点是两斜腿水平推力较大，因而对地基相对较高。地基不但要有足够的承载力，而且要有足够的抗滑稳定性。另外，斜腿刚构桥为多次超静定结构，温度作用、支点沉降、混凝土及收缩徐变都会在结构中产生较大的次内力，若基础发生较大的不均匀沉降或顺桥向滑移，使桥的上部结构产生破坏，将影响天桥的使用安全和寿命。因此这种结构形式适用于地质条件比较好的挖方路段。

4 实例介绍

4.1 总体介绍

江罗高速K112+352汽车天桥桥型布置如图1所示。该桥上部采用(16+33+16)m变截面预应力混凝土斜腿刚构，下部桥台为混凝土重力式桥台，刚性扩大基础。桥面布置 0.5 m(防撞护栏)+4.5 m(车行道)+0.5 m(防撞护栏)。设计荷载:汽车荷载为公路–Ⅱ级，人群荷载集度取3.0 kN/m2。桥面横坡:单向坡1%。箱梁顶宽5.5 m，底宽3.3 m，悬臂宽1.1 m。腹板在边支点附近宽度为65 cm，其余处腹板宽均为45 cm。箱梁梁高按二次抛物线变化。箱梁在斜腿顶点处截面高1.8 m，在跨中及边支点处截面高1.0 m。斜腿为等宽变厚实体钢筋混凝土结构，斜腿宽度3.3 m，厚度0.6 ～0.99 m;斜腿轴线与水平线夹角成 45°;斜腿与基础采用钢筋混凝土铰铰接。桥台与斜腿设整体式扩大基础，隐埋于挖方边坡。天桥采用现场支架浇筑施工。

图1 K112+352汽车天桥

4.2 结构分析

上部结构采用Midas/Civil 2010程序按平面杆系进行计算(考虑活载的偏载作用)。上部箱梁采用C50混凝土，斜腿采用C40混凝土，混凝土加载龄期为7 d，主筋采用HRB335钢筋。计算中考虑了结构自重、整体温度变化、截面温度梯度、支座不均匀沉降及汽车、人群活载等作用。其中整体温差按升、降温25℃考虑，温度梯度按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中相关规定取用。按规范进行承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。分析结果表明，承载能力及正常使用状态均满足规范要求。

5 几个关键点

(1)斜腿与地面夹角对结构轴力有较大影响，一般为40°～50°，本例为45°;边中跨比 L1/L2 是影响结构内力的主要因素，L1/L2 一般为(0.45 ～0.55)，本例为 0.48;跨中梁高与中跨比为(1/25～1/35)，本例为1/33;根部梁高为跨中梁高的(1.5 ～2.0)倍，本例为1.8 倍。

(2)由于斜腿刚构是超静定结构，预应力、混凝土收缩徐变、温度变化、支座不均匀沉降都会在结构内产生次内力，为了尽量减少超静定约束的影响，同时又能保持足够的刚度，在梁端设置活动支座，腿趾处设置铰支座而使其成为三次超静定结构是一种可行措施。

(3)斜腿刚构中跨与斜腿形成类似拱，承受较大的轴向压力，可以按偏压构件设计计算;边跨支承对中跨有卸载作用，边跨可按受弯构件对强度、裂缝宽度等进行验算。

(4)斜腿刚构天桥桥面净宽一般不大，天桥总体模型可以按平面杆系来建模分析;对于采用箱形截面天桥，横桥向可按框架分析箱梁受力;斜腿腿趾下基础受较大的集中压力，应按规范进行局部承压验算。

(5)一般情况下，边跨梁端支座对主梁的上翘是没有约束的，所以要尽量避免梁端出现负反力。实例中，天桥边跨梁端4 m范围内采用混凝土实心截面，增加了边跨梁端压重，计算结果显示运营阶段梁端单个支座最小压力55 kN，因而支座不会脱空。

(5)梁腿相交处受力复杂，是结构强度及应力主要控制点，宜加强配筋，必要时进行细部分析，确保安全耐久。

6 结束语

斜腿刚构桥具有较大的跨越能力及较高的承载能力，特别是对中跨梁段能提供轴力，因而梁的截面尺寸相对较小，混凝土、预应力材料用量较低，结构轻巧。同时因其无需中墩，视野开阔，构件简练而外形美，在中等跨径单跨跨线桥梁中，该桥型得到了广泛的应用。依据通行需求、勘察资料，基于设计原则，制定出合理的设计方案是设计师需要做的第一步。明确该桥型的受力特点及适用范围，拟定合理的结构尺寸，充分考虑该桥型的优缺点、扬长避短，因地制宜，设计出安全经济的桥梁是设计师需要做的第二步。总结归纳该桥型设计的关键点、控制点，则需要设计师在工作中不断积累与提高，认真体会，在确保设计质量的同时还能提高工作效率。

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［1］刘效尧，赵立成.梁桥(下册)［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］徐光辉.桥梁计算示例集(预应力混凝土刚架桥)［M］.北京:人民交通出版社，1995.