城市立交桥桥梁设计研究

戴伟

摘要：在城市基础性设施建设中，立交桥是解决交通问题的有效手段，它在缓解交通压力，避免交通堵塞中起到了重要作用；立交桥也因此成为城市交通设计的重点对象。设计立交桥桥梁是一项复杂的系统工程，涉及多个环节多个专业，规划、设计及施工各个方面都要受到重视。本文围绕城市立交桥桥梁的设计展开论述，对设计中的重点问题进行了探讨，供相关专业人员参考。

关键词：公路立交桥 设计方案 结构选型

0 引言

随着我国城市化建设步伐的加快以及交通运输业的蓬勃发展，建设城市快速路成为迫切要求。受到地形、地物以及城市道路的影响，城市立交桥的设计及施工具有自己的特点：为了保证城市正常的交通，在跨越已经建成的城市主干道上建设立交桥时，要求其抗扭刚度大、强度高、整体性好及架设工期短，因此应该尽量采用钢箱梁结构；受环境限制，为了实现立交桥的多功能要求，立交匝道桥应该尽量采用较小半径的弯、坡、斜桥，其超高值要大；为了实现与周围环境的协调，达到造型优美和线性流畅的效果，应该使用独柱式桥墩等等。本文结合城市立交桥桥梁的特点，对其设计方面的问题进行了探讨。

1 城市立交桥桥梁设计特点

为应对我国城市交通拥堵问题，大力兴建公路立交桥，优化立交桥的设计方案，提高立交桥的整体功能性就成为了当前市政建设的重要内容。城市立交桥桥梁设计具备了下述几个特点：1）为了不影响原有主干道的通行能力，在进行设计时需要使立交桥跨越在原有道路上，这就要求立交桥需要具备较强的抗扭刚度和强度，并且整体性要好。2）因为公路立交桥的施工范围有限，受地形、道路以及建筑等影响，应当以较小的半径，多设置弯道、坡度以及斜桥等结构形式来实现车辆转向分流的目的。3）在设计中要考虑到所设计的公路立交桥是否能够满足城市景观需求，以及其是否与城市整体环境的规划设计相协调。4）在设计中就要充考虑采用工期较短的设计手法，通常会运用等跨径的桥跨设计方式，并且尽可能的将每个桥跨之间的结构形式设计成统一的形式。

2 桥梁位置的选择

立交桥桥梁位置的选定设计内容广泛，是制约立交线形及其他工程的重要因素，一般在立交设计之前就应该基本确定。立交区内的跨线桥是指主线和被交路相交而设的跨越性桥梁， 其位多由主线及被交路的位置而定。当被交路存在规划、改建等内容时，要考虑被交路移位的可能性，应能使建起的跨线桥在设计年限内满足主线及被交路的使用要求。匝道桥是指匝道与主线或被交路相交而设的桥梁，在选定匝道线形时就要注意桥梁实施的可能性与经济性。立交区内其他桥梁是根据地形、地物及路网的布局要求而设的，如跨越河、渠的桥梁、非机动车道专用通道桥等。

3 桥梁跨径及结构的选择

通常情况下，立交桥的跨径应选择25～30m为宜。如果跨径过大，就会增高梁高，同时抬高道路纵断，会增加占地面积，相应的投资也会增加；如果跨径过小，需要的桥墩数量增加，这不仅会影响到交通组织，同时还会造成立交桥的凌乱感。一旦桥墩对交通视线造成影响，应该尽量增大桥梁的跨径，从而提高桥下的通透性。为了满足安全性要求，桥梁结构在型式的选择上要保证安全、可靠、耐久。此外，要充分考虑到经济性、合理性和先进性并且要易于施工，在施工期间，要对交通进行合理组织。桥型设计应同时兼顾简洁、美观的外部造型。桥梁结构一般采用预应力混凝土连续箱梁桥。该桥型技术成熟，跨越能力大、经济合理。但预应力混凝土连续箱梁通常采用满堂支架施工，施工周期较长，施工期间对交通的影响较大。为解决桥梁施工期间对交通的影响问题，近年城市立交桥设计中，在桥梁跨越底层道路部分，愈来愈多地采用了钢箱梁结构和钢、混组合箱梁结构。这两种结构与预应力混凝土箱梁相比有两方面的优势，一是跨越能力更大，梁高较小，在主线上有净空限制时，可以进一步减短立交桥的长度；二是由于钢结构部分在工厂预制、现场安装，施工时只需在拼装位置设置临时桥墩，施工方便，施工周期较短，施工期间对桥下交通的影响很小。当桥梁施工对桥下道路交通干扰较大或需要采用大跨径桥梁时，采用钢箱梁及钢、混组合箱梁的方法有较大的优越性，值得推广。

4 曲线梁桥设计

4.1 平面布置

就目前来看，曲线桥梁的平面形状样式较多，扇形布置是常用的方式。其各个桥墩轴线与曲率方向重合，可以用一般理论进行分析。布置类似直桥中的斜桥形式，其受力比较复杂，分析也比较困难。但是在跨线桥中，由于受被交路线形限制，应用较多。

图1 曲线桥平面布置

4.2 曲线梁桥计算

与传统直线桥梁的受力相比，曲线桥梁受力有较大不同。合理确定曲线桥梁的支撑体系和支座位置、活载内力、偏载对结构受力等十分关键。在计算中，应用较多的是变分原理的解析法、梁格系分析法和基于数值分析的有限元法。实际计算中，梁格法具有易于理解和程序化、操作简便等特点，因此得到了广泛应用；其主要思路是：将桥梁上部结构作为一个刚度近似等效的梁格体系，对其进行分析后将结果还原到原来的计算结果中。这种分析方法无法考虑到截面翘曲，有限元法弥补其了其不足，在结构复杂的系统中应用十分适宜，它能够对箱梁的空间受力性能和剪力滞、扭转、畸变等现象进行分析[3]。在设计时，通常是采用多种计算方法相结合，达到尽可能掌握运营荷载受力情况的目的。

4.3 横梁及支座的作用分析

曲线桥横梁具有重要作用，它不仅联系着主梁，加强横向刚度，同时也是抵抗扭转、保持全桥稳定的重要构件。设置合理的横梁，不仅能够保证主梁截面的形状，防止变形，同时也有利于荷载的分布，从而满足运输要求。连接上下部结构的部件是桥梁支座，受各种变形的影响，曲线桥中存在各种扭矩，会在支座支承方向产生不均匀的力。当扭矩较大时，各支座的反力值相差会很大，有时甚至会产生反方向的力。同时，对同一支座，由于活载在横截面的位置不同，不仅扭矩的符号要发生变化，且反力值会相差很大。所以，设置具有一定弹性的支座，就可以通过支座之间不同的弹性变形来减小其有害影响，不仅较大的反力将由邻近支座所分担，从而减小该支座的最大反力值，还可以降低支座附近梁板内由于剪力和扭转形成的剪应力。在支承形式上，曲线梁桥通常有 3 种布置形式：全部采用抗扭支承、两端设置抗扭支承，中间设单支点铰支承[4]。其中，两端设置抗扭支承中间既有单支点铰支承，又有抗扭支承的混合式支承，下部墩柱应当与之相匹配。

4.4 預应力对曲线桥的作用

小半径曲线梁桥的纵向预应力钢束沿箱梁腹板平面曲线线型变化而布置成水平曲线， 预应力钢束对混凝土产生较大的径向力，它除对相邻两预应力束之间的混凝土产生局部承压作用外，还对预力束与箱梁内弧侧之间的混凝土产生崩弹作用，这种径向力对箱梁腹板的受力是不利的。为了解决这个问题，在钢束布置时，相邻两预应力钢束之间应留有一定的混凝土厚度，箱梁腹板也应留有足够的混凝土厚度保护层来抵抗这种侧向崩弹力，同时在腹板内设置防崩钢筋。

5 结束语

综上所述，在进行城市立交桥桥梁设计时，要充分认识到其质量不仅是影响城市整体交通运行的重要因素，同时也是决定工程造价及使用寿命的决定因素。另外，从城市自然景观和人文环境的角度出发，立交桥的设计工作也是不容小觑的。合理选择桥型、科学设计其结构、综合分析计算是重点；此外，要随时根据施工现场条件作出合理的设计调整和变更，动态跟踪建设，才能使城市立交桥的设计趋于完美，促进城市建设的快速发展。

参考文献：

[1]张数.城市立交桥设计的几点体会[J].中国科技纵横.2010（2）

[2]崔巍.城市立交桥设计分析.《建筑设计管理》2010，3.

[3]方志杨.城市立交桥桥梁设计浅析.《城市建设理论研究（电子版）》.2011，17.

[4]刘晓苹，李申杰，朱波.复杂环境中城市立交桥设计与施工.《中国市政工程》.2011，5.