城市高架桥梁的下部结构设计方法与要点

冯英

摘要：随着我国城市化大力发展，各类资源在城市高度集中，城市交通基础设施也需要不断完善以满足人们出行和物资运输需求。髙架桥梁充分利用了城市空间资源，是城市交通运输重要平台。由于城市用地紧张，建筑物复杂，路线的规化与常规公路工程显着不同，高架桥梁下部结构设计需要考虑诸多因素。

关键词：高架桥梁;下部结构;设计方法;要点

一、桥梁结构计算设计

（一）柱基的计算

工程当中的柱基通常都是按照群桩来进行计算，同时使用“m”法。计算柱基的过程当中，应当对恒载、活载、制动力、支座摩阻力及温度力最为不利的结合进行严格的检算，并对墩身的强度与裂缝宽度相应的验算工作。

（二）盖梁纵向的计算

在对普通钢筋混凝土结构的桥墩来说，其盖梁纵向钢筋的抗弯配筋行设计的过程当中，一般能够使用平面杆系有限元的软件来对其计算。在有关计算的过程当中运用纵向抗剪设计，记录有关剪力方面的数据，然后再按照高架桥梁的有关要求来对斜筋及箍筋的进行配备普通钢筋，最后检验是否能够达到有关规范的要求。

（三）盖梁横向的计算

双柱式的预应力混凝土盖梁主要是为了确保预应力钢束可以有弯起的高度，因此梁截面通常运用倒T的钢束布置形式，如此能够使得桥梁截面的高度得到相应的提升，还可以节省混凝土的用料。从盖梁底部伸出的墩柱部位是盖梁截面相对而言较为薄弱的部位，对该部位应当展开全方位的验算工作，并进行配筋加强处理。

（四）墩柱和承台的计算

针对墩柱横纵向截面来说，应对其强度与裂缝宽度进行相应的验算。墩柱作为产生偏心受压的物体，若墩柱的高度相对较高时，则需要对纵向弯曲系数所致使的偏心增大系数进行考虑。在具体的施工当中，因为受到现场施工条件的约束，使墩柱遭受了巨大的弯矩，特别是高架桥梁的上部结构的跨径度较大时，则需要运用某些临时措施，如在墩柱的附近搭建满堂钢管支架。除此之外，针对承台的横纵向截面来说，针对强度与裂缝宽度的验算也是十分重要的，承台是由墩柱结构传下来的承载力用于验算，通常弯矩取桩截面的中心位置至墩柱结构边缘位置的距离。

二、城市轨道交通高架桥梁设计荷载的特点

（一）轨道对桥梁的荷载作用

由于轨道发生变形，导致桥梁产生了断轨力、挠曲力及伸缩力等荷载。其中，断轨力是由于长钢轨发生折断，导致钢轨和桥梁发生相对位移而生成的纵向力;挠曲力指的是在竖向荷载的作用之下，桥梁和钢轨发生挠曲的时候，二者间存在错动趋势，进而生成的纵向力;伸缩力则是因为受到温度变化的影响而致使钢轨产生了相对位移，进而受到桥梁的束缚而产生的纵向力。由于钢轨对高架桥梁产生的作用力均为通过桥梁的轴向力施加于桥墩之上的，因此在对桥梁墩台进行设计的过程中，应当对该种纵向力所产生的作用加以计算分析。轨道对于桥梁的产生作用力主要是因为钢轨的结构而导致的，以往运用多接头短轨轨道这一结构时，该种力的作用便相对较小。对于轨道纵向力，在《地铁设计规范》（GB50157-2013）、《铁路桥涵设计规范》（TB10002-2017）等规范中有相应的计算方法。

（二）列车荷载

对于城市轨道交通的列车荷载而言，其主要特点为：对荷载进行设计的过程中，应当按照具体使用的车辆及有可能形成的最大轴重来进行严格的检算，即使用不同的轴数、轴距和车型，其设计的荷载通常是不一样的。相较于轨道交通高架桥梁的设计荷载，铁路桥梁的荷载更大。就干线铁路来说，主要考虑的是客货的混跑，运用的主要为ZKH荷载形式（中一活载），这属于一个相对简化的荷载。对这种荷载形式来说，不仅需要对已经消逝的某种系列荷载进行相应的模拟，同时还需要对设计荷载的未来发展趋势给以分析，因此相较于当前实际的运营荷载而言，活载要大得多。而对于公路荷载而言，因为车辆本省具备多样性，车辆行驶过程中的车距、及其轴距与轴重都是随机的。就中小跨度的桥梁而言，轴距、轴重以及排列相对较为规律的荷载也是致使桥梁发生竖向振动的主要因素。

三、下部结构的设计方法与要点

（一）桥梁基础的设计方法与要点

城市环境修建高架桥梁，必然对周边居民生产和生活造成一定程度的影响，为了尽量减少这种影响所造成的经济损失，同时避免桥梁基础施工对周边市政基础设施和建筑结构的影响，应该首先选择较好的基础结构型式，然后在施工中进行有效的监测和控制。城市髙架桥梁采用钻孔灌注桩基础结构型式可以尽量减少施工噪声污染，钻孔桩打人过程中需要选择桩打入的方式，避免打入过程中过大的环境噪声。同时选择适宜的循环方式进行？清洗和渣土运出，废土应该运输到指定区域堆积，避免造成高边坡失稳问题。桥梁基础施工过程中，需要对周边重要建筑进行观测，避免基础施工影响地下岩土特性，使周围区域出现沉陷而产生不良影响。要跟踪监测施工过程，出现相关问题，及时寻找原因、进行解决，这是桥梁基础设计需要考虑的重点之一。

（二）桥墩的设计方法与要点

髙架桥梁下部结构设计重要体现在桥墩的设计构造上，桥墩结构型式会影响占地面积。目前，桥梁结构中主要采用桩柱式桥墩。这类桥墩对下部占地面积大，且桥墩之间的土地受到很大的影响，如果下部是道路结构，则往往桩柱式桥墩没法提供足够的桥下净空，使得桥梁与道路或者其它桥梁的穿插存在问题。但是，桩柱式桥墩的结构稳定性好，设计的安全储备足。另外，一种目前高架桥梁建设中应用较为广泛的是花瓶式桥墩或接近独柱的桥墩。这类桥墩占用土地面积小，因此，可以极大地利用下部空间，在施工中对下部土地和空间的影响也更小。但此类桥梁存在横向稳定问题，目前多座桥梁坍塌都是这种接近直线的独柱式桥墩的桥梁培±易。从上述分析来看，对于桥墩的设计需要兼顾结构稳定与安全，同时考虑环境保护效益，结合特定项目的具体特点选择最适宜的设计解决方案。

（三）下部结构的生态景观设计

随着生态景观设计理念的影响，作为城市重要基础设施和风景线的高架桥梁，其生态景观设计也越来越受关注。城市高架桥梁下部结构的生态景观设计主要体现在桥墩造型和照明绿化等方面。桥墩造型可以采用多种型式，例如板式、Y形和花瓶式。板式桥墩通过具有各种棱角外形体现层次感，一方面具有较好的抗弯和抗扭性能，能够抵抗荷载作用，具有较好的安全性;另一方面，棱角使得桥墩具有刚劲有力的美感。花瓶式或者流线形构造使得桥墩具有柔性美感，使得桥墩不至于突兀而与周边环境具有较好的过渡。Y形桥墩则是轻型构造型式，保障了上部结构的横向双点支撑，提髙了横向稳定性，同时，下部通过单墩柱与基础连接，节省了下部用地空间，具有轻型美观特点。上述桥墩构造型式都在城市髙架桥梁中设计使用，具体采用何种构造型式，需要结合高架桥梁周边环境特点进行确定。照明、绿化也是城市高架桥梁重点。由于城市用地紧张，因此绿化面积可能较小，可以通过在桥墩位置设置藤蔓型植物，使得藤蔓生長在桥墩上，一方面可以避免桥墩突兀造型影响城市道路美观，另一方面通过绿化可以很好地过渡，不仅提供下部舒适空间，还能通过绿化植物净化城市空气，再结合照明设施，使得髙架桥墩在夜晚具有很好的风景，成为城市亮丽风景线之一。

四、结语：

综上所述，城市轨道交通中的高架桥梁作为一道十分独特的风景线，而对此类桥梁设计而言，其结构设计与美观设计均是十分重要的，这两种设计直接影响着高架桥梁的视觉效果和利用成效。所以，在设计城市轨道高架桥梁的过程当中，不仅需要考虑到视觉上的协调，还需要对其结构设计更为重视，如此方可使高架桥梁的施工和后期维护得到更好的保障。

参考文献：

[1]贺辉，张冰成，王舒芬.轧钢电气自动化控制系统改造技术探讨[J].工程技术，2016（4）：274.

[2]张坤平.连铸机电气自动化控制系统的设计与研究[J].山东工业技术，2017（10）：172.