城市快速路高架桥结构设计研究

杨 松

（新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830006）

引言

近年来，随着我国经济的不断发展，城市高架桥的建设和改造不断进行，其中高架桥的结构设计对于桥梁的施工稳定性至关重要。对此，国内学者进行了一些研究，姜群和张碧[1-2]以某城市高桥钢桥的发展历程作为引入点，详细阐述了钢桁梁结构桥梁的设计和施工全过程，并对设计和施工过程中的主要问题进行了探讨。张久鹏等[3-5]以城市高架桥为研究对象，结合当前桥梁工程建设存在的问题，重点对桥梁下部结构的施工进行了分析。顾国海等[6-8]分析城市目前发展过程中交通存在的问题，以某高架桥为研究对象，对桥梁的上部结构施工和结构验算等进行了细致分析。

1 工程概况

某城市快速路上跨高架桥起点桩号K9+461，终点桩号K9+679，全桥共3联：（3×30） m预应力现浇连续箱梁＋（30+45+30） m钢板组合梁＋（4×30） m预应力现浇连续箱梁，正交布孔，全桥共长317 m，桥台耳墙接道路挡墙。下部墩台采用钻孔灌注桩基础。桥梁平面包含圆曲线和缓和曲线。桥梁外侧设SS级防撞护栏，中央分隔带设防撞钢栏杆，桥梁两侧设置声屏障。本桥第5跨跨越某城市主干道（道路宽39 m，桥下净空不小于5.0 m）。桥面宽度0.5 m（护栏）+11.25 m（行车道）+0.5 m（护栏）+11.25 m（行车道）+0.5 m（护栏），全宽24 m。

2 城市快速路高架桥结构设计

2.1 钢板组合梁

高架桥第二联采用（30+45+30）m钢板组合梁，梁体以路线中心为轴，双向1.5%横坡，整联组合梁位于缓和曲线上，主梁结构形式同上。综合考虑钢梁及混凝土桥面板受力、节段运输及起吊重量等因素，横向布置8片工字钢梁。钢梁在钢结构制造工厂加工成若干节段，运输至桥位。根据现场实际情况布置临时支墩，采用汽车吊或者其他可靠吊装设备架设钢梁节段，节段间及横向联系均采用高强螺栓现场连接。钢板组合梁立面的布置见图1。

图2 钢板组合梁断面布置/cm

2.2 现浇连续箱梁

现浇连续箱梁的梁高为1.8 m，桥面及底板的宽度分别为24 m、16.1 m。箱梁为单箱四室斜腹板断面的结构形式，底板厚度为0.24～0.4 m，腹板厚度为0.4～0.6 m，顶板厚度为0.26 m；悬臂的根部按圆弧过渡，悬臂长度为2.75 m，端部厚度为0.2 m。预应力混凝土现浇连续箱梁的支座间距为8.1 m，布置形式见图3。

图3 预应力混凝土现浇连续箱梁布置/cm

2.3 下部结构

下部结构桥台采用柱式台，路基设置挡墙，桥台耳墙与挡墙相接，台帽尺寸为2.0 m（宽）×1.8 m（高）×24 m（长），基础采用4根 D150 桩基础（桩间距6.5 m）。桥墩墩采用柱式花瓶墩，桥墩尺寸为1.7 m×l.7 m，对于墩高大于2.5 m的桥墩墩顶设置花瓶扩头及系梁，双柱间距为7.3 m；对于墩高小于2.5 m的桥墩采用直柱布置，双柱间距为8.1 m。考虑本桥承台为圆形桩转换为矩形墩的过渡结构，为轴心受力构件，与一般承台为深梁抗弯构件受力形式完全不同，故承台厚度满足构造和配筋需要，其厚度采用1倍桩径（2 m）。基础采用 D200 钻孔嵌岩桩基。

3 城市快速路高架桥结构验算及分析

为了保证快速化改造工程中的上跨高架桥结构的安全与稳定，分别对其上、下部结构进行了验算分析。

3.1 计算荷载及作用组合

城市快速路高架桥结构验算过程中计算荷载取值：（1）恒载：结构自重（梁段自重采用程序自动计算）；二期恒载为桥面铺装（9 cm沥青混凝土容重24 kN/m2）、护栏（单侧防撞栏杆自重12 kN/m）。（2）混凝土收缩徐变：收缩徐变龄期按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）取值。混凝土的收缩徐变作用时间为10 a。（3）车辆荷载：采用公路-I级双向六车道荷载，各系数按《城市桥梁设计规范》（CJJ11—2016）取值。（4）温度荷载：整体升降温分别取值30 ℃、-30 ℃，主梁梯度温度根据《城市桥梁设计规范》（CJJ11—2016）取值。（5）基础沉降：各支座都考虑5 mm不均匀沉降。

荷载作用组合均根据规范要求进行选取，组合梁的承载力及稳定性在承载能力极限状态下进行计算，荷载作用组合采用基本组合，且组合梁结构中各材料性能均采用其强度的设计值。组合梁的抗裂、裂缝宽度和挠度验算在正常使用极限状态进行计算，其荷载作用组合根据规范5.2.2条的规定采用作用频遇组合、准永久组合。

3.2 结构验算及分析

通过在承载能力极限状态和正常使用极限状态下对45 m钢板组合梁进行验算，得到其应力计算结果见图4。

图4 钢板组合梁应力计算结果

由图4可知：（1）钢板组合梁边跨跨中、中支点、中跨跨中截面的钢梁正应力分别为152 MPa、236 MPa、186 MPa，均低于规范限值的270 MPa。（2）组合梁边跨跨中、中支点、中跨跨中截面的钢梁剪应力分别为49 MPa、77 MPa、51 MPa，均处于规范限值（≤155 MPa）范围内。（3）组合梁边跨跨中、中支点、中跨跨中截面的折算应力分别为174 MPa、271 MPa、206 MPa，均未超过规范限值（≤297 MPa）。综合可知，在承载能力极限状态和正常使用极限状态下，钢板组合梁结构的受力满足规范要求。

承载能力极限状态和正常使用极限状态下45 m钢板组合梁的裂缝宽度和长期挠度计算结果见表1。

表1 组合梁裂缝宽度和长期挠度计算结果

根据表1数据可知，该高架桥钢板组合梁的桥面板裂缝宽度、长期挠度均处于规范限值范围内，说明钢板组合梁结构变形在承载能力极限状态和正常使用极限状态下符合规范的要求。

现浇连续箱梁在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的计算结果见表2。

表2 3×30 m现浇箱梁主要计算结果

由表2可知，现浇连续箱梁的抗弯抗剪强度、应力、抗裂均在规范限值范围内，说明现浇连续箱梁结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范的要求。

通过对该高架桥下部结构进行验算，得到承载能力极限状态和正常使用极限状态下的承载力、裂缝宽度计算结果，见表3。

表3 高架桥下部结构计算结果

由表3可知，该高架桥下部结构静力计算计入温度水平力、制动力、支座摩阻力以及上部荷载偏心影响，按照规范进行强度、应力和裂缝验算，承载能力极限状态和正常使用极限状态下下部构造的强度、应力、裂缝等均满足规范的相关要求。

结合高架桥钢板组合梁、现浇连续箱梁、下部结构的计算结果可知，该高架桥结构均符合现行规范的要求，安全可行。

4 结语

（1）在承载能力极限状态和正常使用极限状态下，高架桥组合梁的承载力、裂缝宽度及挠度均满足规范要求。（2）现浇连续箱梁结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的抗弯抗剪强度、应力、抗裂均满足规范的要求。（3）下部结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的强度、应力、裂缝等均满足规范的相关要求。（4）综合高架桥结构验算可知，该高架桥安全可行，符合规范标准要求。