互通立交中的桥梁设计:几种结构形式和设计方法
fedpbcwi
fedpbcwi Lv.2
2021年05月31日 16:00:24
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互通立交桥已经成为高速公路上一道风景,将 各个路口的车辆汇入其中,解决了各个方向车辆汇 集而引起的车辆避让的问题。互通立交中桥梁设计 的好坏,直接影响着整个交通的畅通、工程造价和 桥梁的使用寿命、自然美观、人文环境等。在整个 设计中,桥型选择是关键,结构设计是中心,科学 合理的计算分析是保证。影响桥型选择的因素很多, 如道路的等级、路面的宽度、路基和路堑的填挖高 度、桥址的地形、地质条件、资源环境、设计水平、 当地运输条件等

互通立交桥已经成为高速公路上一道风景,将 各个路口的车辆汇入其中,解决了各个方向车辆汇 集而引起的车辆避让的问题。互通立交中桥梁设计 的好坏,直接影响着整个交通的畅通、工程造价和 桥梁的使用寿命、自然美观、人文环境等。在整个 设计中,桥型选择是关键,结构设计是中心,科学 合理的计算分析是保证。影响桥型选择的因素很多, 如道路的等级、路面的宽度、路基和路堑的填挖高 度、桥址的地形、地质条件、资源环境、设计水平、 当地运输条件等




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互通立交中的地形设计

互通立交根据交通量和分流方向的需求,占地 规模相差很大,设计人员应该根据道路的等级、地形地势和交通量的大小合理的布设线形,满足当地政府的长期规划,并且注重人文环境和自然环境的保护,避免造成互通立交周围的环境破坏和环境污 染。对于互通范围内的地形地物已经遭受破坏的情况,尽量将其恢复到原貌。如图1所示的某互通立交 桥,地形设计比较合理,将周围的环境融为一体, 错落有致,形成了一幅美丽的画卷。



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互通立交中的桥型选择

1. 桥面宽度的确定

根据交通量的大小和道路的等级确定护栏或人行道的宽度、跨线桥的行车宽度,再根据当地政府的长期规划,计算确定跨线桥的桥梁宽度。 一般情况下,跨线桥的行车宽度和它所连接的道路行车宽度相同

W=Wx+Sz+Sy+Whz+Why+Bz+By (1)

式中:W——桥梁的设计宽度;

Wx——桥上的行车道 宽度;

Sz、Sy——行车道左、右路缘带宽度;

Whz、Why —— 桥上左、右侧护栏宽度;

Bz、By—— 桥梁的外侧附 带宽度。它包括悬索的锚固宽度,人行道或检修道 的宽度等其它需要的桥梁宽度部分。


2. 纵坡设计

由于要考虑跨线桥的建筑高度和行车的净空应该大于5m ,因此,跨线桥的控制点高度要满足最低要求。

H=Hg+hj+hs+E+a (2)

式中:H—跨线桥与高速公路交点处的最小设计 标高;

Hg—高速公路与跨线桥交点处的路面设计标 高;

hj— 高速公路的行车净空;hs—跨线桥上部结 构的建筑高度;

E—被交道纵截面在该处的外矩,如果该点不在变坡点的切线范围内时,该值取零;

a —由高速公路、跨线桥的纵坡和横坡影响而需要的调整值。


3. 桥梁跨径的选择

桥梁的跨径主要是根据匝道桥或跨线桥需要跨越的道路宽度、跨线桥与被交道的夹角来确定桥墩 的位置和跨线桥的跨径。要节约工程造价,应该尽可能的减小桥梁的跨径。 可以在高速公路的中央分隔带处,设立中蹲,一边一孔跨越高速公路,大大减小桥梁主跨的跨径,使得桥梁结构比较经济合理。 但是中间设桥墩,影响美观而且影响行车路线。因此,随着对桥梁美学的重视,力求桥梁与环境的协调,确保视野开阔,提高的行车舒适度 ,多采用大跨径连续梁桥


在确定了跨线桥的主跨以后,根据两侧连接线的填土高度和周围环境的协调情况,确定两侧引桥的桥梁长度和桥梁跨径。 桥梁的分联长度,一般情况下桥梁的联长在60~200m。分联越少,一联的长度就 越大,受温度变化、混凝土收缩徐变产生的纵向累积 位移、需要的伸缩缝也就越大,结构也就越复杂。 分联过多,桥面的伸缩缝也就越多,行车的舒适性就越 差,不利于高速行驶。桥梁的纵向伸缩长度的增大, 加大了桥墩的温度纵向变量, 亦加大了对桥墩支座和桥墩的影响。 合理的联长可以合理地布置桥梁的 跨径组合,使桥梁的上下部结构设计合理。

对于有主跨的桥,桥梁的边跨一般为主跨的 0.5~0.8倍,这样的桥孔布置使桥梁的结构受力合 理,减小桥梁的建筑高度,节省建设费用 。同时主次 分明,受力合理。 对于没有主跨的桥梁,一般采用同等跨径的桥梁布设 ,这样的结构外观整齐大方,并且有利于施工控制。所以, 在大部分的互通立交中,除了跨越主要道路的主桥以外一般采用等跨的桥梁布置形式。


4. 桥梁结构形式的选择

在确定桥梁的基本跨径和桥面宽度后,根据桥 梁所处的位置、周围的环境、结合施工方案、经济合理的原则进行桥梁结构形式的选择。 常见的结构形式有如下几种:简支梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T型刚构、连续—刚构桥、斜拉桥、悬索桥等。

(1)简支梁桥。 简支梁桥是静力结构,可以应用在地基较差的情况下,建筑高度主要是受正弯矩 的作用,跨度增加,跨中恒载按几何速度增加,结构尺寸增大。简支梁桥外形简单,可以预制,施工 费用较低,是一种应用较广泛的桥型。 但是互通立交中跨线桥的上部结构一般不采用简支梁桥结构,在互通立交的引桥中简支板桥或简支梁桥的应用还 是比较多的。

(2)连续梁桥。 连续梁桥具有结构刚度大、建筑高度小、动力性能好、变形小、主梁变形曲线平缓等特点,而且不需要设置墩帽,美观,而且节约建筑材料,工程造价降低,因此,预应力混凝土连续梁桥是互通立交中应用最广的一种桥型。

(3)悬臂梁桥。 将简支梁桥的梁体加长,越过支点就形成了悬臂梁桥。悬臂梁桥具有的优点,连续梁桥都具有,因此,在互通立交中很少应用。

(4)T 型刚构。 T 型刚构是从桥墩上伸出悬臂, 在跨中用铰或简支挂梁组合的桥梁结构形式,跨径一般在60~200m,但是因为受力特点,使得墩柱比较粗大,伸缩缝较多,影响高速行车的舒适度, 因此,在互通立交中应用较少。

(5)连续——刚构桥。 连续——刚构桥综合了连续梁和刚构桥的优点,保持了连续梁的特性, 改善了结构在水平荷载作用下的受力性能,在比较高的大跨径桥中应用比较广泛。



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桥梁上部结构截面的设计

高速公路互通立交桥在确定桥型、跨径、桥面 宽度后,需要进一步确定截面的形式,对于 T 梁、 预制板桥等截面,可以参照全国通用图, 对于整体现浇的连续梁桥,跨径小于20m,梁高小于1.2m 的 连续梁桥,一般采用空心板截面 ,空心板的空洞可 以在满足结构受力需要的同时,减少桥梁自身重量, 节省建筑材料,降低工程造价。在中小跨径的连续梁桥中空心板桥是一种应用非常普遍,效果良好的截面形式。但是随着建筑高度的增加、桥梁跨径的增大, 箱形截面往往取代了空心板结构 ,箱形截面能够有效的抵抗正负弯矩,满足配筋的要求,最大限度地减少桥梁结构的自重,节省建筑材料,降低工程造价。

箱形截面的基本形式分为:单箱双室、单箱单 室、双箱单室、单箱多室和多箱多室等形式。主要是根据桥面宽度和桥梁的建筑高度来选择截面形式,当桥梁宽度小于10m 时, 一般采用单箱单室截面。桥面宽度越大,单箱单室的内截面跨度越大。

可以采用在桥面板内设置横向预应力筋,或是采用加厚悬臂板或在悬臂上增加加劲梁 。悬臂的增加要根据桥梁的具体情况,结合相邻桥梁的悬臂长 度和周围的环境条件而定。对于桥梁宽度较大时, 可以采用单箱双室结构。 若桥梁宽度很大时,一般根据车道的布置情况,将桥分幅,减小桥梁宽度 。箱梁截面可以采用直腹板或斜腹板,对于等梁高的箱梁一般采用斜腹板,斜腹板使下部底板变小,减小荷载自重,同时斜腹板使箱梁截面线形流畅,造型美观。 但是,在采用变梁高的箱梁截面时,一般不采用斜腹板,因为变梁高的箱梁截面若采用相同的斜率,桥梁的顶面或底边将不能保持一致;若将箱 梁的顶、底面宽度不变,箱梁截面的斜率就不同, 这样增加了施工的控制难度。



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桥墩结构形式的设计

桥墩是连接着桥梁上部结构和下部基础的主要 部分,将上部结构的作用力传递给基础,桥墩形式 的选择,对桥梁的造型有着重要的影响。主要有空心式桥墩、重力式桥墩、柱式墩、桩柱式桥墩、薄壁式桥墩等,每一种桥墩形式都有着自身的特点,重力式桥墩、桩柱式桥墩、柱式桥墩是比较常见的 桥墩形式。桩柱式桥墩是墩柱和桩基础合为一体的 结构形式。桩柱式墩既能节约建筑材料,减轻桥墩重 量,又轻巧美观,可以根据桥梁的宽度设置不同的根 数,在桥墩形式中,是最常见的一种形式。

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