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城市立交桥梁结构设计与分析

日期：2015-1-30 17:44:23　来源：互联网　浏览数：
　

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一、主要参数以及水文地质条件
    以位于市区的某立交桥为例，此立交桥为五线三层互通式立交桥梁。底板为地面道路，中层为中环线直行车道。
    1.主要技术参数
    设计载荷汽车为-20 级，挂车为-100 验算；地震烈度按照7 级地震烈度设防；设计主桥车速为每小时100 千米，匝道车速为每小时50 千米；平面线匝道半径设计为65 米；两条车道匝道桥梁总宽度、交汇段三车道匝道总宽度、立交桥变段桥梁总宽度分别设计为10.5 米、14.0米和14.0 到30.5 米之间；桥梁最大纵坡小于5%，横坡小于6%；排水标准方面，重现期1a，集水时间10 分钟，径流系数和延缓系数分别为1.0 和2.0。
    2.水文地质条件
    依据桥址处 18 个取土孔和22 个静力触深孔的资料，地质结构分为7 层。第1 层为人工填土，第5 层为细砂至中砂，剩下的5 层为粉土或粉质粘土，第5 层的细砂之中砂厚度要在15.2 到17.9 米之间。实测各土层的剪切波速，得到平均值为每秒228 米，可判定场地土为Ⅲ类土。地下水一般为SO4-Na 型或Cl-Na 型水，对砼会有一定程度的侵蚀。
    二、城市立交桥梁设计规划与设计原则
    在城市立交桥的设计规划过程中要把考虑的重点放在交通组成、交通量、设计车速、城市景观、拆迁可能性和将来的远景发展。本文所举立交桥在设计方面重点考虑了以下几点：立交范围内地面道路要相互连通，形成网络，确保能达到缓解沿线地方单位进出交通的状况，达到组织公共交通的目的；立交桥梁应向空间方向发展，从而节约用地，减少拆迁范围；要满足交叉口所要求的交通功能，使交叉口能与立交性质、等级、任务以及交通量相适应，主要道路和次要道路的交通流向要与次要交通流向相结合；立交桥梁的造型要美观，能与所处地形和环境相适应，避免“灰色地带”的产生。
    三、桥梁上部结构设计
    1.结构选型
    本文所举立交桥具有交通量大、无断交条件的特点，且曲线桥和异型段桥占全桥总面积比例七成以上，工期方面的要求也是尽量短。在经过多次优化比选之后，在主跨25 米以上的曲线桥和异型段桥采取浇预应力砼连续箱梁的方式，而25 米以下的则采取现浇普通钢筋砼连续箱梁的方式，至于直线桥，则采取预制预应力砼大空心简支板梁并设桥面连接板。
    2.结构计算
    依照平面杆系有限元程序计算箱梁内力，并运用三维有限元分析程序进行验算。通过计算结果的数据选择合理、最优的设计，使配置的预应力束与受力特征更合理，并能减少4 成以上的钢绞线。预应力砼构件的计算，可按全预应力构件来考虑。有些截面要按a 类受弯构件来考虑，在恒载条件下不允许出现拉应力，营运阶段的最大拉应力值也应该控制在砼的极限拉应力内。预应力束与孔道壁的阻系数采用0.20，束位置偏差系数为0.002。因考虑了支座对箱体的约束效应，内支点负弯矩时，采用0.95 的折减系数。
    2.1 钢筋混凝土箱型连续梁的设计计算
    该类箱梁包括曲线梁和异形梁，梁体分别用单箱单室、单箱双室及单箱三室的截面。跨度在18 到30 米之间，梁高在1.2 米和1.6 米之间，取4 孔为一联。最小平面半径为45 米。箱梁顶、底板纵向布置直径为25 和32 的钢筋。异形梁为保证外观整洁，采用单箱多室处理。对于分离式基础，为减小横向刚度，要在顶板上设构造缝。采用PKPM连续梁计算程序来进行箱梁的结构分析，并按照施工、运营阶段进行内力和抗裂性能的计算并依照计算结果配置普通钢筋。由于桥墩台不均匀下沉可能对梁体产生不利影响，荷载组合要选取偏安全的组合，并按相对位移2 厘米来计算。箱梁横向计算时，要采用框架结构分析计算方法。
    2.2 预应力混凝土槽梁及空心板梁
    槽形梁及板梁跨度在18 到30 米之间，采用架设速度快且预制质量好的简支梁结构。主筋则采用冷拉双控Ⅳ级粗钢筋，标准强度为750兆帕。在架设时为了形成平面变宽度的匝道线形，采用变化铰接缝宽度的方法。
    3.结构措施
    为了使内应力分布更为合理，可以把箍筋间距加密至10 厘米；将中墩单支点向外弧侧的偏心距预调8 到11 厘米；每联端支点采用抗扭双支座并将其间距加大到3.6 米，并将端横隔梁加长至与桥同宽。
    四、桥梁下部结构设计
    1.盖梁
    预应力砼大空心板，要采用倒T 形盖梁。跨径在10.0 到12.8 米范围内，悬跨比为0.34 到0.37 之间，部分独柱悬臂长8.1 米，盖梁高度在2.31 到2.61 米之间，宽度在2.5 到2.6 米之间，牛腿最小高度为l.l米。对于相邻孔的主梁跨径不等的盖梁，为抵衡不平衡弯矩可采用支座偏位法。为了适应弯桥空心板的布置需要，盖梁宽度应采用大小头的扇形状。长度大于17.5 米的独柱双悬臂盖梁要采用预应力硷结构，而其余部分均可采用普通钢筋硅结构。主筋方面，预应力混凝土采用直径为15.24 毫米的高强度、低松弛钢绞线，普通钢筋混凝土用Ⅱ级钢。盖梁混凝土中预应力采用混凝土C50，普通钢筋采用混凝土C30。
    2.墩柱
    设计立交桥最高柱身为14.923 米，一般柱高为3 到11 米之间，柱身采用倒棱矩形截面。柱高大于11 米时用140 乘以200 厘米的截面；柱高小于11 米时采用110 乘以150 厘米的截面，角棱处则采用15 乘以15 厘米的正方形截面。柱子主筋采用Ⅱ级钢，配筋率要控制在1%以内，柱身混凝土采用普通混凝土即可。
    3.桩基础
    基础采用40 乘以40 厘米的钢筋混凝土打入桩，中心最小横向和纵向间距分别为1.0 米和1.2 米。钢筋混凝土承台厚度为1.5 米，并根据具体需要在底、顶部铺设受力钢筋网。简支梁结构桩长24 米，考虑不均匀沉降的影响，桩长可采用30 米。为了确保地下管道的安全性，还采用了钻孔桩，桩长最大40 米，并使其进入了暗绿色粉质粘土持力层或草黄色粉质粘土。
    五、桥面结构
    桥面铺装层设8 厘米厚的C30 混凝土垫层，并设直径为8 钢筋网，间距为15 厘米。在垫层之上的负弯矩处涂防水涂料并铺设5 厘米厚的沥青混凝土。桥面采用橡胶板式伸缩缝。全桥采用矩形、圆形板式橡胶支座及四氟板式橡胶支座。机动车道两侧设钢筋混凝土墙，并加连续润管的复合式防撞墙，同时，在非机动车道桥面两侧设人行栏杆。
    结论：
    城市立交桥是城市交通的有力保证，城市立交桥梁的设计则是城市立交桥建设的根本。因此在设计阶段就要注意总体规划设计的工作，这样才能保证城市立交桥梁在城市交通中的积极作用。