潍坊进港公路跨济青高速公路分离立交桥设计＊

2015-12-31刘湘江

潍坊学院学报 2015年6期

王荣，刘湘江

（潍坊学院，山东潍坊 261061；潍坊市公路管理局，山东潍坊 261061）

1 工程设计概况

潍坊进港公路是连接潍坊与潍坊北港的重要公路，是潍坊市公路网的重要组成部分，路线与济青高速公路相交，且相交处填挖方较小，故适宜做上跨立交桥，立交桥的跨径及桥型选择十分重要，既要经济合理，又要考虑公路两侧群众的生活方便，并符合地方的长远规划要求［1］。

1.1 孔跨确定及主要构造

潍坊进港公路跨济青高速公路分离立交桥位于潍坊市经济技术开发区内，桥位处济青高速公路现有路基宽度为29.5m，考虑济青高速公路将来拓宽改造的需要，又兼顾济青高速公路的路基稳定和通视良好的要求，跨济青高速公路立交桥的主跨径采用55m，使桥墩位于高速公路现状隔离栅之外。高速公路路面至主梁梁底净高大于5.5m，保证施工时高速公路能顺利行车。立交桥全桥跨径布置形式为3×（30+30+30）m+（35+55+35）m+4×（30+30+30）m，结构型式选用预应力混凝土连续-刚构桥。

分离立交桥主联（第四联）采用35+55+35m 变截面预应力混凝土连续刚构，主梁采用箱型断面，整个截面由两个独立的单箱三室箱梁并列组成，两箱翼缘间留2cm 净距。跨中及边跨端部处梁高1.6m，高跨比h／L=1／34.4，中支点处梁高为3.2m，高跨比h／L=1／17.2［2-3］，梁底按抛物线变化，主梁跨中箱梁截面图如图1所示，支座处截面如图2所示。

图1 箱梁跨中截面

图2 箱梁支座处截面

其余各联均采用3x30m 等截面预应力混凝土连续刚构，主梁采用箱型断面，整个截面由两个独立的单箱三室箱梁并列组成，两箱翼缘间留2cm 净距。主梁高度全跨相同，主梁截面如图1所示。

桥墩采用钢筋混凝土矩形墩，桥台采用桩基U 台，双排桩，桩径1.5m。主桥主墩为固结墩，采用双排桩，桩径为1.8m，其它所有共用墩及固结墩均采用单排桩，桩径为1.8m。桥墩造型简洁，与上部构造协调，保证了良好的通视条件，增强了下部空间的透视度［4］。

分离立交桥场区地形北低南高，坡度较缓，地面高程15.93～22.5m。场区内各岩土层为第四系昌潍冲洪积，地层分布较连续，厚度较稳定，物理力学性质较均匀，无不良地质作用。场地主要由亚砂土、粉细砂、亚砂土、中粗砂、亚粘土、姜石、亚粘土、粗砾砂等组成。

1.2 设计和计算要点

（1）施工采用满布支架现浇混凝土工艺。施工顺序为先浇筑第四联中跨和部分边跨混凝土，两端张拉第一批纵向预应力钢束，再浇筑边跨混凝土，两端张拉第二批纵向通长预应力钢束，然后再浇筑两侧各联混凝土，施工方向由中间向桥台两侧进行。

（2）设计计算有关参数的取用：管道摩阻系数μ=0.23；偏差系数K=0.0015；一端锚具变形引起的钢束回缩量为6mm；钢绞线松弛率0.035；箱梁顶底板升降温均按5℃考虑；桥梁整体升降温按25℃考虑；支座不均匀沉降按1.5cm 考虑［3］。

（3）桥面铺装采用10cm 沥青混凝土。

（4）桥墩结构受力分析时，各墩所受的水平力按其刚度进行分配，基桩按“m”法进行计算，并按摩擦桩进行设计。

2 结构模型及考虑因素（以主联为例）

2.1 结构模型

主联为35+55+35m 变截面预应力混凝土连续-刚构桥，结构的几何模型见图3（只显示一半结构），采用桥梁博士软件建立有限元模型进行结构分析计算。

图3 结构几何模型

2.2 施工过程模拟

进行结构分析计算时，现浇混凝土施工过程完全模拟真实的满布支架，施工阶段流程见表1。

表1 主联施工流程

支架须有足够的刚度及稳固的基础，支架的搭设要求稳定可靠并进行等载（上部自重）预压，以消除支架的非弹性变形，并测量其弹性变形值，根据支架的弹性变形设置预拱。

2.3 预应力筋作用

考虑预应力张拉、锚固、压浆和混凝土形成组合截面的过程，预应力损失同步计入，预应力损失计算中，一端锚具回缩考虑6mm，张拉预应力筋时，按混凝土强度达到85%的设计强度［5］考虑。

2.4 混凝土徐变、收缩影响

根据结构施工步骤，按每一节段混凝土加载龄期、构造尺寸和荷载变化过程分别考虑徐变、收缩影响。使用阶段混凝土徐变、收缩影响从施工阶段连续计算求得。

3 设计计算结果（以主联为例）

3.1 桥梁上部结构设计计算

主联上部结构总体分析按施工阶段及使用阶段考虑，分别按规范要求计算：施工阶段按施工步骤及工况逐阶段分析计算和验算；使用阶段考虑了恒载、汽车、挂车、收缩徐变、温度、基础沉降等效应，并按规范要求进行验算。纵向计算时汽车荷载由四车道控制，考虑偏载系数1.15后，再按车道进行折减。主联使用阶段荷载组合情况下箱梁上下缘最大、最小包络正应力和箱梁包络主应力见图4、图5。

图4 箱梁上下缘正应力

图5 箱梁主应力

由图4、图5可知，主联箱梁混凝土包络正应力变化范围为2.6Mpa～14.9Mpa，最大压应力出现在固结墩左右6米范围，混凝土应力满足全预应力混凝土构件的要求。主桥箱梁混凝土包络主应力范围为-0.8Mpa～10.6Mpa，最大主压应力出现在边跨靠近端支座大约12m 处，最大主拉应力出现在主墩墩顶处，混凝土的主应力满足预应力混凝土受弯构件的要求。

3.2 桥梁上部结构局部受力设计计算

上部结构局部受力考虑桥面板受力及箱梁横梁计算。箱梁横向简化成刚性支承的框架图式进行分析。箱梁横向分析时，按纵桥向单位长度箱型框架考虑，进行箱梁桥面板强度计算。截面分别取具有代表性的、高度较小的跨中和边墩附近截面（h=2.0）进行计算，计算结果表明，跨中的截面相对于墩顶截面安全。箱梁横梁计算包括横梁正截面强度及裂缝宽度计算，计算结果表明，箱梁横梁强度及裂缝宽度均满足规范要求。