城市高架立交桥梁上部结构类型研究
2017-06-26李君凤
李君凤
(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海市200092)
城市高架立交桥梁上部结构类型研究
李君凤
(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海市200092)
随着经济和社会的发展,城市高架立交桥梁结构形式也趋于多样。结合郑州市南三环东延线工程,对预应力钢筋混凝土连续梁、现浇波形钢腹板连续梁、预制波形钢腹板连续梁、预制小箱梁等结构形式进行造价、施工工艺、后期养护等方面进行比较,确定主线采用预制小箱梁为主的结构形式,在跨路口等需要大跨桥梁的节点采用现浇波形钢腹板连续梁桥,为城市高架立交桥梁上部结构类型的选用提供了有益的参考。
城市高架桥;波形钢腹板;现浇;预制
0 引言
随着经济和社会的发展与科技的进步,城市高架立交桥梁结构形式也越来越受到各方面的重视。桥梁结构形式选择不仅要考虑安全可靠、外形美观、造价经济以及施工的便捷性和安全性,还要考虑结构的技术含量,进行综合比选,最终选择出各方面均较为恰当并具有标志性的结构形式,以充分展现高速发展的现代化城市魅力。
城市高架立交桥梁上部结构的主要形式,可分为简支结构、先简支后连续结构以及连续梁结构。简支结构如简支T梁或简支箱梁,虽工程造价较低,但因其在结构的耐久性及外观上的欠缺,一般在现代化城市中不被采用;钢箱梁由于其造价较高,一般仅在跨越道路或其他桥梁等特殊节点上使用;先简支后连续小箱梁、现浇连续大箱梁以及目前较新颖并具有新技术的波折钢腹板大箱梁结构则是城市高架立交桥梁上部结构使用较多的结构形式。
本文以郑州市南三环东延线工程为工程实例,对桥梁上部结构形式进行造价、施工工艺、后期养护等方面的比较,得出主线上部结构以小箱梁为主,在跨路口等需要大跨桥梁的节点采用现浇波形钢腹板连续梁桥的结论。
1 工程概况
郑州市南三环东延线工程位于中心城区东南部,起于南台路,规划与南三环中州大道立交相接,向东至107辅道,在郑西客专、石武客专西侧落地(见图1)。
采用高架线路,路段全长约6.5km。
全线共分两个标段:
(1)第一标段:南三环东延线工程(南台路至经开第五大街),全长约4km。
(2)第二标段:南三环东延线工程(经开第五大街至107辅道),全长约2.5km。
南三环东延线工程(南台路至107辅道段)共设置三对上下桥匝道,分别位于文治路西侧、经开第五大街西侧及东侧;经开第三大街北侧设置一条右转上桥匝道;在南三环东延高架桥与机场高速互通立交之间设置一条西向南右转匝道,一条南向西左转匝道;与107辅道设置半互通式立交。
主线标准宽度为25.5 m(见图2)、32.5 m;边宽处宽度为25.5~51.5 m;匝道标准宽度为8 m、9 m。主线标准段采用30 m左右的标准跨径,在跨越路口处采用大跨径结构;匝道在大曲线半径处采用30 m左右的标准跨径,小曲线半径处采用20 m左右的标准跨径,跨越路口采用大跨径结构。
由于本工程立交桥梁结构面积较大,所选择的结构形式必须要综合考虑结构的安全、造价经济性及施工便捷性等因素,选择最适合的结构。
高架、立交结构形式中,小箱梁、现浇大箱梁结构是较为常见的结构形式,而波折钢腹板大箱梁结构是目前较为新颖且有一定科技含量的桥梁结构。因此,本文进行了深入调研,并进行了详细的分析和计算,得出波折钢腹板大箱梁的特性。
图1 项目总平面图
图2 主线标准横断面图(单位:m)
针对本项目情况,考虑各种结构形式的适用性,选择主线标准段,跨度为3×30 m,宽度为25.5 m的结构,分别选择上述的结构形式进行比较,其外形及施工方案情况见表1。
2 各方案比较
2.1 预应力钢筋混凝土连续梁
主梁采用等截面单箱四室结构(见图3),梁高2.0 m,箱梁顶板横向宽25.3 m,箱底宽16.6 m,箱室宽度约4 m,翼缘悬臂长2.776 m,顶板,横坡与道路横坡一致。
图3 预应力混凝土连续梁标准断面(单位:mm)
主梁采用C50混凝土,顶板厚度250 mm,底板厚度220 mm,跨中截面腹板厚度450 mm。边横梁厚度1.5 m,中横梁厚度2.5 m。
上部结构设置纵向预应力和横梁预应力。
施工工艺:采用满堂支架现浇施工
2.2 现浇波形钢腹板连续梁[1,2,3]
主梁采用等截面单箱四室结构(见图4),设5道波纹钢腹板,梁高2.0 m,顶板厚250 mm,底板厚220 mm。箱梁顶板横向宽25.3 m,箱室宽度约5 m,翼缘悬臂长2.4 m。
图4 现浇波形钢腹板连续梁标准断面(单位:mm)
其外形与现浇大箱梁一致。
主梁顶、底板采用C55混凝土。
主桥上部构造纵桥向按预应力混凝土A类构件设计,采用纵向预应力体系,横梁采用预应力体系。
波形钢腹板采用Q345D钢;全桥波形不变,均采用1 200型(波长1.2 m,波高200 mm)。钢板厚度t采用16 mm、12 mm两种,对应的弯折内径R采用15 t。
各跨箱梁跨中设置采用混凝土横隔板,以保证主梁的抗扭刚度。
波形钢腹板与箱梁的混凝土顶板之间连接采用T w in-P B L的抗剪连接件,与箱梁的混凝土底板之间连接采用剪力钉的抗剪连接件。箱梁端部设置混凝土横梁,波纹钢腹板通过P B L剪力键和剪力钉横梁连接。
施工工艺:搭设满堂支架,施工底模及钢筋,架设波形钢腹板,现浇底板混凝土,搭设顶板模板并浇筑混凝土;张拉纵横向预应力。
2.3 预制波形钢腹板连续梁[1,2,3]
主梁采用等截面单箱七室结构(见图5),设8道波纹钢腹板,梁高2.0 m,因腹板间距较小,故顶板厚200 mm,底板厚180 mm。箱梁顶板横向宽25.3 m,箱室宽度约3.1 m,翼缘悬臂长1.8 m。主梁采用分片预制,吊装就位后横向、纵向连接的工法。中间的单片预制梁宽度2.3 m,两侧的单片预制梁宽度3.25 m。
图5 预制波形钢腹板连续梁标准断面(单位:mm)
其外形与现浇大箱梁一致。
主梁顶、底板采用C55混凝土。
结构形式为先简支后连续大箱梁结构,预支结构采用先张法预应力结构。
主桥上部构造纵桥向按预应力混凝土A类构件设计,采用纵向预应力体系,横梁采用预应力体系。预应力均为体内束。
波形钢腹板采用Q345D钢;全桥波形不变,均采用1 200型(波长1.2 m,波高200 mm)。钢板厚度t采用10 mm、8 mm两种,对应的弯折内径R采用15 t。
各跨箱梁跨中设置采用混凝土横隔板,以保证主梁的抗扭刚度。
波形钢腹板与箱梁的混凝土顶板之间连接采用T w in-P B L的抗剪连接件,与箱梁的混凝土底板之间连接采用剪力钉的抗剪连接件。箱梁端部设置混凝土横梁,波纹钢腹板通过P B L剪力键和剪力钉横梁连接。
施工工艺:采用先简支后连续结构形式,在桥墩两侧设置支架,架设波形钢腹板的预制梁(见图6),利用预制梁吊模施工底板混凝土,再用吊模施工顶板混凝土,最后浇筑横梁处混凝土进行体系转换,并张拉纵横向预应力。
2.4 预制小箱梁
图6 预制波形钢腹板连续梁施工示意图
预应力混凝土小箱梁(见图7)采用国家标准结构制作,根据工程的实际情况,对其部分构造进行优化、加强。对于25.5 m桥梁宽度,横向需要布置9片小箱梁,箱梁间距约2.8 m。
图7 预制小箱梁标准断面(单位:mm)
小箱梁采用预制、吊装、横向连接、张拉墩顶处预应力钢束等工序进行施工。
3 方案比较
上部结构方案比选见表2。
4 结语
通过上述的分析可知:
(1)预应力混凝土连续梁,造价适中,适应性强,外观整齐,施工工艺成熟,后期维护费用低。
(2)现浇波形钢腹板连续梁,造价稍高,适应性略差,外观整齐,施工工艺相对较复杂,后期维护费用稍高;跨径较大时,造价则相对同跨径现浇连续梁便宜。
(3)预制波形钢腹板连续梁,造价略便宜,适应性略差,梁底外观受施工质量影响较大,技术先进但施工稍复杂,后期维护费用稍高。需要安排预制场地,要考虑运输的可达性。
(4)预制小箱梁,造价便宜,适应性较差,工艺成熟,外观较连续梁稍差,后期维护费用低。需要安排预制场地,要考虑运输的可达性。
综上所述,波形钢腹板连续梁技术含量较高,采用先预制后连续的波形钢腹板连续梁的工程造价相对于现浇连续箱梁稍有优势(不计入预制场造价),但在曲线匝道和主线变宽段中,波形钢腹板的结构受力要求尚未成熟,而曲线预制梁的运输和施工难度增加很大,因此不建议在上述部分中采用。而在主线直线等宽段及大跨径等宽段桥梁范围中,波形钢腹板结构连续梁可以提升整个工程的技术含量和外观造型,建议采用。由于本工程中,主线直线部分标准跨径桥梁结构的面积较大,采用预制与现浇相结合的波形钢腹板在施工上增加了一定的施工工序(如顶、底板的湿接头等),可能会增加施工时间,施工时需事先制定计划,合理安排,保证工程完工时间。考虑到本工程距城市核心区有一定距离,故其主线采用小箱梁为主的结构形式,在跨路口等需要大跨桥梁的节点采用现浇波形钢腹板连续梁桥。
表2 上部结构方案比选表[4,5,6]
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U448.17
B
1009-7716(2017)06-0122-04
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.035
2017-3-15
李君凤(1985-),女,河南内黄人,工程师,从事桥梁设计工作。