上跨高速立交桥设计要点分析

王金磊

安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230000

随着地方经济发展，国省道修建快速发展，与既有高速公路交叉不可避免，如何合理确定桥型方案，既做到经济性，又不能阻碍高速公路发展，同时降低对被交高速公路运营期的干扰，以安徽省六安市国道105中一座上跨G35济广高速立交桥为实例，通过对方案确定、结构尺寸、预应力钢束布设、结构受力性能进行了相关分析，为后期国省道上跨既有高速公路桥梁设计提供思路，确保达到结构合理、安全、经济的目的。

1 工程概况

国道105上跨G35济广高速立交桥，该立交桥位于六安市裕安区内，桥梁跨径布置为：3.0m(桥台)+11×30m（预制小箱梁）+(35+60+35)m变截面连续梁+11×30m（预制小箱梁）+3.0m(桥台)。

2 技术标准

（1）标准车速：80km/h。

（2）标准荷载：公路-I级。

（3）桥面宽度：单幅12m。

（4）地震烈度：根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），本场地的地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

（5）标准洪水频率：1/100。

3 主桥结构设计

3.1 桥梁方案设计

路线于K39+524处与G35济广高速交叉（交叉点处高速公路养护桩号K687+292），交叉角度90°。与路线交叉处济广高速公路六潜段路基宽26m，中央分隔带宽2m，双向四车道，沥青混凝土路面，设计时速100km/h。

桥梁孔径布置及桥长主要受交叉处济广高速六潜段路基断面宽度、净空要求以及济广高速六潜段远期改造所需空间控制。

在交叉处本项目平面为直线；交叉处本项目纵坡为2.83%，凸形竖曲线半径为12000m，满足视觉所需要的竖曲线半径值。

本桥主桥跨径布置为（35+60+35）m，为济广高速远期八车道升级改建预留空间。主墩承台及墩身均设置于现状四车道高速排水沟外侧。其中承台距离坡脚最小距离为3.4m，墩身距离坡脚最小距离为6.1m。交叉处净空高度不小于5.5m。高速未来扩建八车道如按正常放坡，高速边坡、排水沟将侵入上跨桥承台范围内，为避免未来高速扩建占压承台，可在交叉处高速公路两侧设置挡墙以避开上跨桥承台。上跨桥与高速交叉位置图见图1。

图1 上跨桥与高速交叉位置图

3.2 上跨桥安全设计

3.2.1 护栏设计

上跨桥内侧采用SB级墙式防撞护栏、外侧采用SA级墙式防撞护栏，并将上跨桥影响范围内济广高速外侧波形梁护栏升级改造（改造范围为上跨处两侧各24m）。此外，在桥梁两端设置完善的指路及警告标志，同时在桥梁迎流面设置立面标记和限高标志，并在两侧桥墩处粘贴立面标记，提醒驾驶员注意安全行驶。

3.2.2 防落网及集中排水设计

按照规范要求上跨桥在上跨高速范围内设置防护网，桥梁护网的设置高度大于1.8m，长度为济广高速的边界沿上跨桥走向向外侧延长10 m，护网网孔面积0.25cm。

本桥第13跨跨越济广高速，按照规范要求上跨高速范围内上跨桥设置集中排水系统，排水管采用PVC200mm管，跨线桥及其引道的桥面雨水，通过管道引至桥下公路的排水沟。泄水管侧面布置图如图2所示。

图2 集中排水管构造图

3.3 主梁截面

结合桥宽及更加方便的进行施工，主桥箱梁采用单箱单室直腹板变断面，强度等级为C55的预应力混凝土连续箱梁，箱梁顶板宽12m，箱梁底板宽6.5m。主墩箱梁墩顶根部梁高3.5m，长4m，向中、边跨方向24m范围内梁高变化采用2次抛物线，其余为等高梁段，梁高1.8mm。墩顶箱梁底板厚90cm，箱梁跨中底板厚度为30m，在距离墩中心线2m处，向中、边跨方向27m范围内底板厚变化采用2次抛物线由60cm变化至30cm，0号块顶板厚95cm，其余部位顶板厚度为28cm，悬臂端顶板厚度为18cm。

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4 主桥结构计算分析

4.1 模型建立

本桥平面位于直线上；本桥结构计算采用同济大学开发的桥梁博士有限元软件，施工阶段如下：墩台下构施工，在支架上完成0号块浇筑后，其他梁梁进行悬浇施工，并逐段张拉各节段预应力钢束后，先浇筑边跨合拢段，完成体系转换后，再浇筑中跨合拢段，完成后期顶、底板钢束张拉。最后进行桥面铺装、桥梁护栏施工。1/2跨结构模型如图3所示。

依据上述施工流程，验算各施工阶段的内力、应力、变形，每个悬浇施工阶段包含：挂篮安装、浇筑混凝土、张拉预应力及挂篮移动等四个主要施工阶段。成桥后验算工可包含恒载、汽车荷载、支座沉降、温度荷载等组合工况（按文献[2]进行承载能力极限状态、正常使用极限状态组合）。

图3 1/2跨结构模型

4.1.1 计算参数

永久作用：持久状况永久作用，除考虑了结构自重、收缩及徐变作用、预应力等作用外，还考虑了支座沉降作用，支座沉降按主墩-2cm，边墩-1.2cm。

可变作用：汽车荷载、支座沉降等。

温度效应考虑了整体升温25℃，整体降温25℃，以及按文献[1]第4.3.12条考虑梯度温度效应。

4.2 计算结果

4.2.1 持久状况下正常使用正应力验算

（1）正截面抗裂验算（MPa）（图4）。

图4 正应力图

（2）斜截面抗裂验算（MPa）（图5）。

图5 斜截面主拉应力图

（3）混凝土主应力检算（MPa）（图6）。

图6 主压应力图

4.2.2 承载能力验算（图7）。

图7 截面最大抗力与内力图（kN·m）

图示计算结果表明，主桥上构承载能力及应力指标均满足文献[2]规定值。

5 结语

通过对国道105上跨G35济广高速公路一座上跨桥进行了方案、结构受力性能分析，为以后同类桥梁设计提供了参考依据。