河百高速百色北枢纽A匝道桥桥梁设计

河百高速百色北枢纽A匝道桥桥梁设计

谭浩

中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

摘要：在设计与运营中的道路交叉的跨线桥时，桥型选取和设计工作至关重要，好的桥梁设计既能减少对运营道路的干扰，且还经济美观。本文以河百高速百色北枢纽A匝道桥设计为例，论述跨线桥设计过程，并采用结构计算软件对桥型进行建模计算。

关键词：跨线桥；桥型分析；建模计算

Abstract:Whendesignaoverpassbridgethatcrosswiththeroadintheoperation,whichconfigurationcanminimizethedisturbancetotheoperationway,andbemoreeconomicandbeautiful,it’savaluableproblem.BasedontheArampbridgeinHebai-highway,comparesamongthreekindsofoverpassbridgeincommon,analysistheadvantagesanddisadvantagesofthem,finallyanalysisbymakingafiniteelementmodelwithstructuralcalculationsoftware.

Keywords:overpassbridge;analysisoftheconfiguration;modelingcalculation

一、工程概况

1引言

随着我国公路网的快速发展，跨线桥已经越来越多的出现在公路设计中，也为我们设计人员带来了以下新的问题：

1）如何减少对已运营道路交通的干扰；

2）如何提高跨线桥的美观性，减少车辆下穿时的压抑感；

3）如何减少对被交道路未来扩建的影响。

2项目概述

汕昆高速广西境河池至百色公路工程项目位于广西壮族自治区中西部地区，路线起点位于河池市金城江区北香圩村，项目终点位于百色市右江区。终点处设百色北枢纽互通与隆百高速相接，互通采用A型单喇叭+Y型复合式枢纽，其中A匝道在AK0+768.719处与隆百高速斜交，右偏角为140.20°，标高相差12.376m。

3方案比选

根据现场地形地貌和被交路位置，提出三种桥型进行方案设计和估算：1）（41+56+41）m等截面预应力混凝土现浇箱梁。2）（39+60+39）m变截面预应力混凝土现浇箱梁。3）（4×33.5）m斜转正预应力混凝土现浇箱梁。

根据表1的对比情况方案二虽然建安费较贵，但该方案对隆百路运营影响较小、景观性较好，且不影响隆百高速后期的扩建，在与专家、业主多次交流沟通后确定采用方案二作为最终方案。

二、主要技术标准

1）设计计算行车速度：60公里/小时；

2）汽车荷载等级：公路-Ⅰ级；

3）地震动峰值加速度：0.1g；

4）桥梁安全等级：一级；

5）恒载：一期恒载：主梁混凝土容重取26kN/m3；二期恒载：10cm厚沥青混凝土桥面铺装+防撞护栏，取45kN/m；

6）预应力体系：锚具变形与钢束回缩值（一端）△L＝6mm；钢束锚下控制张拉力1395MPa，管道摩阻系数μ＝0.17，管道偏差系数κ＝0.0015；

7）车道荷载横向分布系数：按3车道计算，车道荷载横向分布系数=3×0.78×1.2=2.808，汽车荷载冲击系数取值0.145。

8）温度场：体系升温20℃，体系降温15℃，箱梁计算温度场：T14/5.5℃；

9）地基及基础不均匀沉降：15mm。

三、桥梁设计

本桥上部结构采用为39+60+39m变截面预应力混凝土连续箱梁，桥面单向横坡，箱梁顶面全宽10.5m。主桥现浇箱梁采用单箱单室横断面的预应力混凝土变截面箱形连续梁，跨中梁高1.9m，根部梁高3.6m，桥面横坡由箱梁顶、底板旋转形成，腹板按铅垂设计。腹板厚度为50～70厘m，顶板厚度为28厘m，底板厚度为25～50厘m，箱梁悬臂长度为2m，悬臂端部厚度为18厘m，悬臂根部厚度为45厘m。梁高及底板厚度均按1.8次抛物线变化，梁高变化方程为:H=0.004361643X1.8+1.9，底板顶面方程h=0.003720225X1.8+1.65。箱梁标准横断面见图1图2，箱梁立面见图3图4。

结合本桥桥型结构特点，箱梁结构共离散为148个主梁单元（对应149个节点）、149个支撑杆元（含146个临时支撑杆元）。

1）箱梁上部结构施工阶段计算，结合箱梁结构型式、施工顺序和工艺等实际情况，考虑了四个施工阶段：

第一阶段：整体支架现浇混凝土箱梁；

第二阶段：张拉预应力钢束，拆除支架；

第三阶段：施工护栏、铺装等二期荷载；

第四阶段：运营阶段。

2）上部结构使用阶段静力分析采用《桥梁博士V3.0》进行，分别包括成桥状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移、温度变化等荷载作用的计算。计算中按有关规范规定对各种荷载进行不同的荷载组合，对结构的刚度和应力进行验算。

四、结构分析

本文采用现行的设计规范及标准，使用桥梁博士对桥梁上部进行建模计算，上部箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计。

1、施工阶段箱梁应力计算

验算时对主梁在施工过程的各个工况都进行了模拟，计算结果表明，箱梁混凝土正应力范围为3.8～8.7MPa（未出现拉应力），均可满足规范要求。本文对各施工工况计算结果不予详示。成桥阶段箱梁的截面正应力见下图5。

正常使用极限状况允许值：

最大压应力：0.5fck=0.7x32.4=16.20Mpa

最大拉应力：0Mpa

最大主压应力：0.6fck=0.6x32.4=19.44Mpa

最大主拉应力：0.4fck=0.4x2.65=1.06Mpa

故本桥正常使用极限状况下能满足应力要求。

3、承载能力计算结果

故本桥能满足承载力要求。

4、挠度验算

按JTGD62-2004规定，挠度应按荷载短期效应组合进行计算并考虑长期效应的影响。使用阶段的挠度长期增长系数ηθ＝1.45-0.1/40×(50-40)＝1.425。

主桥跨中75号节点长期挠度计算值为18.4mm<L0/600＝100mm，故主梁刚度满足规范要求。

按JTGD62-2004规定，计算使用阶段预加力反拱值时，预应力钢筋的预加力应扣除全部预应力损失，长期增长系数取2.0。

主桥跨中75号节点反拱值为22mm，大于长期挠度计算值18.4mm，故主梁不需设置预拱度。

五、结论

1）桥梁设计中要突出“以人为本，服务本地经济发展、改善区域交通”的理念。本项目在工程规模基本相当的前提下，方案选取即考虑了对被交路交通的影响，又为被交路以后的改扩建预留了一定的空间，能很好的适应当地交通和经济的发展。

2）本项目跨线桥的外观线性轻盈流畅，与周围环境景观协调和统一，避免了笨拙、呆板和压抑的感觉。

3）从结构分析中可看出，该桥跨截面梁高的变化根据弯矩影响线而变化，结构受力合理，即减轻结构自重，同时节约建造成本。

4）（39+60+39）m跨径，边中跨比为0.65，从各种工况组合受力分析中看出，边中跨受力较均匀，再次证明好的边中跨比对结构受力至关重要。

参考文献：

[1]JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范[S]

[2]JTGD62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]

[3]范立础.《桥梁工程》[M].北京：人民交通出版社，1996.09

作者信息：

谭浩：（1984-），男，四川泸州人，2006年毕业于重庆交通大学桥梁工程专业，本科，工程师，主要从事桥梁勘察设计工作。