分离立交跨径型式的选择及安全性分析

2017-10-29刘会清

山西交通科技 2017年4期

刘会清

（河北省交通规划设计院，河北石家庄 050011）

在高速公路的设计中，往往要跨越铁路、高等级公路等，这样就要根据相交干线的功能、等级、交角、是否有规划等多种因素来设置分离式立体立交[1]。分离式立体交叉设置中除满足功能性要求、安全性要求外，尽可能地采用标准跨径，但在一些特殊情况下，标准跨径无法满足跨越，就要灵活采用跨径布置满足跨越条件。京昆高速公路石太北线的胡庄分离立交采用左右幅错孔布置不等跨联配孔及一跨简支梁配孔的方法，成功地解决了京昆高速公路与大宋铁路及陕京二线的跨越问题。

1 工程实例

胡庄分离立交位于京昆高速公路石太北线的第一部分K0—K14段，中心桩号为K13+567.899，起点桩号K13+227.298，终点桩号K13+908.5，全长681.202 m，与路线前进方向右角为90°。本分离立交主要跨越陕京天然气管线（二线）及大宋铁路。

京昆高速公路与陕京天然气管线（陕京二线）交叉，交叉位置：K13+498.093，管线与路线交角35°，且根据北京输气管理处【2010】02号文，陕京管线跨越要求：桥墩桩与管线净距大于等于5 m，梁底距地面交叉大于等于1.8 m。

大宋铁路为货运铁路（现状单线、复线规划），隶属河北省铁路管理局，交叉位置铁路路基高约5.3 m，铁路单轨间距为1.5 m，铁路路基顶宽8.0 m、下底宽约为22.3 m。京昆高速公路上跨大宋铁路，交叉桩号为K13+561.78，铁路与路线交角41°；且大宋铁路与陕京二线沿路线方向的距离仅为64 m。

2 设计难点

本分离立交以大宋铁路为主要控制点来进行主桥的布跨；根据铁路的规划要求主桥采用65 m钢混组合梁结构，由于路线与大宋铁路交叉角度较小，因此在布跨过程中决定采用左右幅错孔布置的型式。

本桥梁的设计难点在于引桥采用标准30 m跨径跨越陕京二线这条大的干线难度很大，主要原因是陕京管线与大宋铁路沿路线方向的距离较短，且陕京管线与路线交叉角度仅为35°。施工图设计桥梁方案采用局部错孔布置和特殊跨径跨越。

3 特殊跨径型式选择

以大宋铁路为主要控制点主跨采用65 m钢混组合梁结构左右幅错孔布置。以分联情况计，从第八跨开始，左幅采用（30+30+21.202）m+65 m+18 m，右幅采用（30+24.91+30）m+14.292 m+65 m，即左右不等跨联为：左幅（30+30+21.202）m 联、右幅（30+24.91+30）m联；两跨简支结构18 m、14.292 m。优化后的全桥桥跨结构为：左幅跨径为：7×30 m+（30+30+21.202）m+65 m+18 m+10×30 m，右幅跨径为：7×30 m+（30+24.91+30）m+14.292 m+65 m+10×30 m。本桥9～12跨平面图见图1。

4 结构安全性分析

图1 胡庄分离立交平面图（单位：m）

由于选取了不同跨径和结构型式的上部结构，就要分别对上部的不等跨连续结构及简支T梁结构进行结构分析计算，以保证上部结构的安全性。用“桥梁博士”软件进行计算分析，分别对（30+30+21.202）m、（30+24.91+30）m 两种不等跨联及 18 m、14.292 m两种简支跨径进行断面拟定和配置钢束，断面均采用标准30 m T梁的截面尺寸，通过增减钢束的束数及钢束的股数来进行配束设计并进行验算；对上部4种跨径组合分别进行了两种极限状态下的计算[2]，即正常使用极限状态下的短期效应组合、长期效应组合及基本组合的应力验算；承载能力极限状态下的正截面强度验算。

4.1 结构计算

下面仅将（30+24.91+30）m不等跨联的计算结果报告附后，来作为范例进行分析。

对本联桥进行单元划分，结构离散时，共划分104个单元，端跨梁33个单元，中跨梁34个单元，每个墩顶湿接缝为两个单元，以便进行支座的体系转换。然后填写钢束信息、输入施工阶段、输入活载等一系列荷载模拟程序后，本联桥的计算结果如下。

表1 正常使用极限状态下的短期效应组合 MPa

a）正常使用极限状态下的短期效应组合、长期效应组合及基本组合分别见表1、表2、表3（仅截取出现最大应力的单元号）。

表2 正常使用极限状态下的长期效应组合表 MPa

表3 正常使用极限状态下的基本组合 MPa

对于计算结果，均满足正常使用极限状态下的应力验算[3]，即上部结构的短期效应组合正截面抗裂验算满足规范A类预应力混凝土受弯构件要求；使用阶段混凝土的压应力和主应力满足要求。长期效应组合正截面、斜截面抗裂验算满足规范A类预应力混凝土受弯构件要求。

由以上计算结果，对于支点部位34、35、71号单元出现拉应力，建议在湿接缝上下缘及桥面铺装层内增加一定数量的非预应力钢筋来加强，避免出现裂缝。

b）承载能力极限状态下的正截面强度验算见表4（仅截取支点处、第一跨跨中、第二跨跨中单元列表说明）。由计算，本联桥的所有单元在承载能力极限状态下的正截面强度均满足要求。

表4 承载能力极限状态下的正截面强度验算

4.2 计算结果分析

对上部4种跨径组合结构：（30+30+21.202）m、（30+24.91+30）m、18 m、14.292 m 跨径分别进行预应力钢束的配置后进行了两种极限状态下的计算，计算结果表明在正常使用极限状态下上部结构短期效应组合正截面抗裂验算满足规范A类预应力混凝土受弯构件要求；使用阶段混凝土的压应力和主应力满足要求。

长期效应组合正截面、斜截面抗裂验算满足规范A类预应力混凝土受弯构件要求；承载能力极限状态下的正截面强度验算均满足要求。

由计算结果可知，上述4种跨径组合结构的预应力钢束的配置在正常使用极限状态下和承载能力极限状态下均满足使用要求，说明预应力束的配置是合理可行的，以上4种上部结构组合均是安全的。