城市高架桥上部结构梁型综合比较分析

李健，杜秋

（1.大连市市政公用事业服务中心，辽宁 大连 116021；2.大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116021）

0 引言

随着经济的高速发展，建设者对城市桥梁形式的选择越来越多，除了功能要求外，桥梁外形也越来越受到重视，要求城市桥梁能与周边建筑物相协调。

1 桥梁结构设计原则

在满足使用功能和建设单位要求的前提下，确定桥梁结构设计原则如下：

（1）桥梁设计遵循安全、耐久、适用、环保、经济、美观的原则。

（2）桥梁结构设计应满足公路、城市道路的净空要求，并结合沿线城市规划道路、周围环境、管线及工程地质、水文等条件。

（3）充分采用新技术、新工艺、新材料，使适用性和经济性结合最佳。结构的设计做到技术合理、先进，施工便利，便于维修与养护。

（4）在确保结构满足安全和交通功能的前提下，注重桥墩排列有序、通透、线条流畅；使桥梁结构造型与环境协调。

（5）高架桥的地面道路通常是城市路网中的主要交通路线，所以选择桥梁形式及施工方案应全面考虑桥梁施工时期地面道路的交通组织，应确保不能中断地面交通，对交通的影响降到最低。同时，结合近年来国内外城市高架桥建设的最新理念，降低施工能耗，减少环境污染，从而实现经济、绿色、节能、低碳的建设目标。

（6）处理好桥面伸缩缝及桥面附属设施等，满足桥梁使用阶段行车顺畅、平稳、安全的需求。

（7）应充分考虑拟建工程建设条件，选择合适的桥型方案与施工方法。

2 桥梁标准段上部结构选型

城市高架桥梁上部结构主要以梁式桥为主，按材质可分混凝土梁、钢梁以及钢混组合梁。钢梁由于其造价比较高，一般仅在跨越道路或其他桥梁等特殊节点上使用；大部分上部结构主要采用混凝土梁和钢混组合梁[1-4]。

2.1 预制空心板梁

预制空心板梁是公路和城市桥梁建设中广泛采用的结构形式，跨径通常不大于20m，采用三跨一联或者四跨一联布置，结构简支、桥面连续的结构体系。板梁采用在工厂进行预制，在施工现场进行组装的形式，空心板梁之间主要通过设置铰缝形成横向联系。预制空心板梁结构见图1。

图1 预制空心板

优点：结构厚度小，工厂预制或现场预制，吊装、运输方便，对现有交通影响较少，费用低，施工快捷。

缺点：纵向设有铰缝，预拱度不易控制，容易造成板梁形成错台；结构刚度小、整体性能差；跨越能力小，跨径一般不大于20m，景观效果一般。

2.2 预制T形梁

T形梁结构也是经常采用的一种结构形式，其设计经验和施工经验都比较丰富。T形梁跨径一般在25～50m，主梁为预制构件，可在工厂和施工现场预制，等主梁吊装到位后，通过后浇带把单个T形梁连成整体。T形梁结构见图2。

图2 预制T形梁

优点：费用相对较低，预制吊装施工，运输及吊装方便；通过横隔梁连接，结构横向整体性较好；跨越能力强，变宽适应性一般。

缺点：结构厚度较大，从桥底观看，纵、横梁交错分布，有凌乱感，景观效果较差。

2.3 预制预应力混凝土小箱梁

预制预应力小箱梁结构简单，设计和施工经验都比较丰富，最近20～30年来在全国各省市高架桥梁中被大量使用。预制小箱梁一种方式采用简支结构，另一种方式是采用先简支后结构连续结构。可在工厂或施工现场预制，待小箱梁吊装到位后，通过后浇带把小箱梁连成整体。从工厂预制、运输、安装设备等考虑，小箱梁的重量一般不超过150t为宜。小箱梁吊装可采用龙门吊机、履带吊机或者大型架桥机，吊装方式灵活。预制预应力小箱梁结构见图3。

图3 预制预应力混凝土小箱梁

优点：小箱梁刚度较大，单个箱为封闭截面，其抗扭性能较好；跨径通常25～40m，梁高适中，对于变宽段有一定适应性；利于采用机械化施工，预制小箱梁施工速度快，上部结构和下部结构可以同时施工，可有效缩短工期。大规模高架桥使用架桥机施工时经济指标低。对周边环境和现状道路通行干扰较小，符合环保要求；简支结构，沉降控制要求较连续结构低。

缺点：桥底美观性略低。通过造型优化以及盖梁造型设计及特色构造处理，既保证了快速施工的优势，同时避免了盖梁对桥梁景观的削弱作用。

2.4 现浇预应力混凝土箱梁

连续箱梁结构采用单箱多室或二箱、三箱结构，可较好满足正常城市立交桥和高架桥梁的建设需求。箱梁的施工方法有支架现浇法；也可采用活动模板逐孔浇筑。连续箱梁结构见图4。

图4 现浇预应力混凝土箱梁

优点：混凝土连续箱梁整体性能好，抗扭刚度大，能适应各种平面线形和桥宽的变化，跨越能力也较好，城市高架一般跨度在30～40m左右。箱梁结构断面形式多，外形流畅，桥下视觉较通透开阔，桥上行车平稳，总体上较为美观舒适，结构耐久性好。

缺点：工程费用高，满堂支架现浇施工对周边环境及交通影响较大，施工步骤多，施工工期略长；连续结构，沉降控制要求高。

2.5 节段拼装预应力混凝土箱梁

节段拼装箱梁是指将梁体纵向或者横向分为若干节段，在加工区预制完成后运至桥位进行拼装，通过施加预应力将每个节段拼装成整桥的一种上部结构形式。节段拼装箱梁通常为等高度结构，采用纵、横向预应力体系，常用标准跨径30～40m，按三跨一联或者四跨一联布置。桥梁施工现场采用架桥机进行节段拼装。节段拼装箱梁见图5。

图5 节段拼装预应力混凝土箱梁

优点：结构刚度大、整体性好，行车舒适性好；断面外形较丰富，景观效果较好；节段工厂预制，现场拼装，施工对现状交通及环境影响较小；节段尺寸较小，运重及吊重较小，运输及吊装方式较灵活。

缺点：预制厂规模相对较大，投入较高；节段匹配预制，精度要求高，工艺较复杂；对变宽适应能力较差；节段多，运输及吊装量次多，运输费用高，施工速度相对预制小箱梁较慢。

2.6 钢混组合简支小箱梁

钢混组合简支小箱梁的外形与预应力混凝土简支小箱梁基本相同，充分发挥了钢材的抗拉与混凝土抗压的材料优势，在国外，已经作为标准结构在城市高架桥中推广使用，并获得了较好的经济效益。现阶段在我国国内，钢混组合简支小箱梁普遍用于跨越道路交叉口或跨越河道等跨径略大的桥梁中。钢混组合简支小箱梁见图6。

图6 钢混组合梁小箱梁

优点：单个钢混组合小箱梁自重轻（按35m跨径计，钢箱梁+混凝土桥面板，单个小箱梁重约80t），运输和吊装都比较方便；上部结构恒载小，盖梁设计时相较于混凝土小箱梁，盖梁高度更低，桥下景观效果有所改善；跨越能力强，跨径较大（通常25～60m），梁高适中，对于曲线段和不等宽段均有较好的适应能力；利于采用机械化施工，钢混组合小箱梁施工速度快，上部结构和下部结构可以同时施工，可有效缩短工期。较长的高架桥使用架桥机施工时经济指标低。对周边环境和现状道路通行干扰较小，符合环保要求。

缺点：对桥下景观效果同混凝土小箱梁；工程费相对较高，后期运营和养护费用也高。

3 桥梁上部结构综合比选

选取常用于城市高架的4种上部结构跨径组合：20m空心板、30m现浇箱梁、35mT梁、35m小箱梁、40m节段拼装箱梁，从技术经济、施工难易程度及景观效果等多方面进行综合分析比较，见表1[3-4]。

表1 综合分析比较

空心板梁因跨径较小，桥墩间距紧凑，总体景观效果不佳，且在重载交通条件下，病害较多，通常不作为城市高架的推荐形式，仅在跨径较小和景观要求不高的桥梁中使用。

T形梁由于其形状上的不美观，通常不用作主线高架的推荐结构，但因单片T梁轻，易吊装，多采用在跨越道路交叉点所需大跨结构中。

钢混组合小箱梁虽在施工速度等条件上比预应力混凝土小箱梁好，但由于建设费用及运营养护费用比较高，通常不在全线高架桥梁中采用。

节段拼装箱梁具有箱梁的优点，即结构刚度大、桥上通行顺畅，景观整体性好的优点，同时摒弃了现浇箱梁满堂支架施工工作量大、环境及交通影响大的特点，目前在国内外城市高架桥梁建设中逐步得到了应用。但其造价相对较高，且施工精度要求高、工艺较为复杂，相比预制装配小箱梁及现浇箱梁，（目前）其在大规模城市高架建设的应用范围相对较小。

小箱梁有经济性好、施工工期短、工厂模具化高等优点，但存在景观效果差等缺点。

现浇箱梁结构性能好，受力合理；箱梁结构断面形式多，外形流畅，桥下视觉较通透开阔，桥上行车平稳，总体上较为美观舒适，结构耐久性好。支架法现浇施工对桥宽变化的适应性强，施工期间采取措施能够满足地面交通的通行需求，但施工期间环境及交通影响还是比较大。

4 结语

通过上述分析可知每种上部结构梁形都有其优缺点，选取时应综合对比分析。但在实际建设的城市高架桥中由于景观要求预制空心板梁和预制T形梁很少采用；由于适应曲线和变宽适应能力较差，在复杂路线线形的高架桥中节段拼装预应力混凝土箱梁受到先天的制约；由于经济性和线形适应能力强采用现浇预应力混凝土箱梁在现阶段城市高架桥中居多，但对环境及交通影响较大；在大力推动装配化施工的趋势下，高架桥的上部结构宜按照便于装配化施工的原则进行设计，同时还应考虑到施工单位现有梁厂及运输等资源，此时可考虑上部结构采用预制预应力混凝土小箱梁和钢混组合简支小箱梁进行设计。