城市高架橋設計相關問題探析

　　通過結合實例分析城市中高架橋的設計標準，提出高架橋設計應考慮到城市建筑物以及路線的限制， 同時提出高架橋設計其重點之一就是橋梁的選型考慮，就選型考慮要點以及梁式橋截面設計要點進行深入探討，為同類工程提供參考借鑒。

　　《橋梁建設》現(xiàn)由中國鐵路工程總公司主管，中鐵大橋局集團有限公司主辦，中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司出版。

　　1引言

　　隨著城市用地發(fā)展的過度緊張，加上城市道路拓寬難度加大，為了使城市交通得到緩解，顯然建設多條線路已經(jīng)不切實際，而高架橋則很好地解決了道路難于拓寬而且土地緊張的問題，有效地緩解了城市交通擁擠。對于高橋架合理的設計相當重要，現(xiàn)對其進行深入探討。

　　2高架橋設計的特殊性

　　對于高架橋在路線平、縱面線形組合設計時，就平、縱面線形可能的組合進行了研究，努力使路線同視覺相協(xié)調,，以確保高架橋上行車行駛的舒適和安全。同時，在確保平、縱面各自線形平順、流暢的前提下，盡可能使兩者的技術指標保持均衡和協(xié)調。在空間位置布置上，遵照規(guī)范要求進行設計，避免規(guī)范中要求避免的各種不良線形搭配和組合;在條件許可時，應盡量選用從視覺要求所需的豎曲線半徑，以求達到良好的視覺效果和行車安全。

　　另外，對于高架橋設計來說，其設計中由于必須考慮到城市建筑物以及路線的限制，通常都設計成比較多的彎橋或者坡橋。高架橋的上部結構一般較少采用懸臂梁而較多地采用剛架連續(xù)梁或者簡支梁，在采用簡支梁時，為了有效地保證高架橋上車輛通順行駛，一般都設計成連續(xù)的簡支梁。而上部結構的板厚通常設計成板式結構，板的厚度可以沿橫橋方向改變或者不變板厚;對于跨度較大的則可設計成肋式或箱形截面。箱梁截面一般其兩側伸出橋梁以有效地擴大橋面面積，對于下部則采用窄墩，這種上部結構形式對于高要求的城市設計中應用較為廣泛。

　　對于城市高架橋的橋墩，為了能提高美觀性，其多采用柱式、樁式、剛架式和薄壁式墩。柱式橋墩多設計城單柱式，樁式橋墩則多采用多根并列，對于樁頂設計的楣梁可采取外露或出于美觀需要而隱蔽于上部結構之內。

　　3高架橋的結構選型

　　對于高架橋設計來說，其重點之一就是橋梁的選型考慮。通過結合實踐，筆者認為對于高架橋的選型關鍵是滿足受力的情況下多考慮橋梁的美學問題。總的來說，高架橋的結構形式必須結合橋梁美學設計理念，選取合理的橋梁線形以及高寬比和高跨比等，確保橋梁的整個結構造型中各部位尺寸比例協(xié)調，保證橋梁結構舒展流暢，而部構造又可簡潔輕巧、通透性好。同時應當考慮到高架橋與周圍環(huán)境的協(xié)調，例如對于人口密集區(qū)則應當考慮采用槽形梁，以有效地降低車輛在使用時的噪聲影響;基礎采用樁基礎可以減小振動向遠距離的傳播;采用抗振動性能好的板式支座能減小列車運行時產(chǎn)生的振動噪音。

　　4實例分析

　　通過以上關于高架橋設計的大概思路，現(xiàn)結合某高架橋設計實例來進行深入探討。本項目高架橋梁總長包括主線及四條匝道結構計1052.4m，引道總長計253.85m。高架橋的上部結構采用等高預應力鋼筋砼連續(xù)箱梁以及普通鋼筋砼連續(xù)箱梁，橋梁下部結構采用樁基礎。本設計方案采用四跨一聯(lián)預應力混凝土等截面連續(xù)梁結構，全長112m。連續(xù)梁橋有做成三跨或者四跨一聯(lián)的，也有做成多跨一聯(lián)的，但一般不超過六跨。對于橋孔分跨，應當要考慮如下因素：橋址地形、墩臺、基礎、支座構造以及力學要求等。若采用三跨不等的橋孔布置，一般邊跨長度可取為中跨的0.5-0.8倍，這樣可使中跨跨中不致產(chǎn)生異號彎矩，此外，邊跨跨長與中跨跨長之比還與施工方法有著密切的聯(lián)系，對于采用現(xiàn)場澆筑的橋梁，邊跨長度取為中跨長度的0.8倍是經(jīng)濟合理的。但是若采用懸臂施工法，則不能得到預期效果。經(jīng)研究決定，本設計跨度取4*28m。

　　4.1截面形式分析

　　(1)縱截面設計。從高架橋中預應力混凝土連續(xù)梁受力特點來看，連續(xù)梁的立面應采取變高度布置為宜;在恒、活載作用下，支點截面將出現(xiàn)較大的負彎矩，從絕對值來看，支點截面的負彎矩往往大于跨中截面的正彎矩，因此，采用變高度梁能較好地符合梁的內力分布規(guī)律;而且變高度梁可有效地使梁體外形和諧，節(jié)省材料并增大橋下凈空。但是為了施工便利，一般采用等高度梁。等高度梁的缺點是：在支點上不能利用增加梁高而只能增加預應力束筋用量來抵抗較大的負彎矩，材料用量多，但是其優(yōu)點是結構構造簡單、線形簡潔美觀、預制定型、施工方便。

　　(2)橫截面設計。對于高架橋的橫截面的設計主要是確定橫截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁間距、主梁各部尺寸;它與梁式橋體系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美觀要求以及經(jīng)濟用料等等因素都有關系。

　　當橫截面的核心距較大時，軸向壓力的偏心可以愈大，也就是預應力鋼筋合力的力臂愈大，可以充分發(fā)揮預應力的作用。箱形截面就是這樣的一種截面。通過工程實踐表明，箱形截面是高架橋中大、中跨預應力連續(xù)梁最適宜的橫截面形式。經(jīng)綜合考慮，本高架橋設計采用的橫截面形式為單箱雙室。

　　(3)梁高設計。對于高架橋中采用預應力混凝土連續(xù)梁橋時，其中支點主梁高度與其跨徑之比通常在1/15-1/25之間，而跨中梁高與主跨之比一般為1/40—1/50之間。當建筑高度不受限制時，增大梁高往往是較經(jīng)濟的方案，因為增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，卻能顯著節(jié)省預應力鋼束用量。而本設計采用等高度的直線梁，支點處梁高為1.8m，跨中梁高為1.8m。

　　4.2高架橋細部尺寸設計

　　(1)頂板與底板。對于采用箱形截面的高架橋設計，由于其頂板和底板是高架橋結構承受正負彎矩的主要工作部位，尺寸主要由受力要求和構造兩個方面來控制。同時對于高架橋的支墩處底版還要承受很大的壓應力，因此高架橋的變截面的底板厚度也隨梁高變化，墩頂處底板為梁高的1/10-1/12，跨中處底板一般為200-250。底板厚最小應有120。箱梁頂板厚度應滿足橫向彎矩的要求和布置縱向預應力筋的要求。本高架橋設計中采用雙面配筋，且底板由支點處以拋物線的形式向跨中變化。底板在支點處設計為50cm,在跨中厚20cm，頂板厚22cm。

　　(2)腹板和其它細部結構設計。對于箱梁的高架橋，其腹板主要是承受截面的剪應力和主拉應力。在高架橋預應力梁中，因為彎束對外剪力的抵消作用，所以剪應力和主拉應力的值比較小，腹板不必設得太大;同時，腹板的最小厚度應考慮力筋的布置和混凝土澆筑要求，根據(jù)筆者對高架橋的設計經(jīng)驗：腹板內無預應力筋時適宜采用200mm，腹板內有預應力筋管道時適宜采用250-300mm，腹板內有錨頭時適宜采用250-300mm。對于大跨度的高架橋預應力混凝土箱梁橋，腹板厚度可從跨中逐步向支點加寬，以承受支點處較大的剪力，一般采用300-600mm，甚至可達到1m左右。本高架橋設計支座處腹板厚取45cm，跨中腹板厚取45cm。

　　(3)橫隔梁。橫隔梁可以增強高架橋的整體性和良好的橫向分布，同時還可以限制畸變;支承處的橫隔梁還起著承擔和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭剛度很大，一般可以比其它截面的橋梁少設置橫隔梁，甚至不設置中間橫隔梁而只在支座處設置支承橫隔梁。因此本設計沒有加以考慮，而且由于中間橫隔梁的尺寸及對內力的影響較小，在內力計算中也可不作考慮。截面示意圖如圖1所示。

　　5結語

　　通過工程實踐表明，對于高架橋設計來說，其重點之一就是橋梁的選型考慮。高架橋的結構形式必須結合橋梁美學設計理念，選取合理的橋梁線形以及高寬比和高跨比等，確保橋梁的整個結構造型中各部位尺寸比例協(xié)調，保證橋梁結構舒展流暢，而部構造又可簡潔輕巧、通透性好。

　　參考文獻：

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