２０１４年５月第５期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ９３ 城市道路斜腿刚构立交桥的设计与施工 王鹏，白兴蓉 （中交公路规划设计院有限公司贵州分公司，贵州贵阳５５０００３） 摘 要：以实际市政道路工程项目中分离式立交桥的设计与施工为依托，从主粱构造、钢束布置、基础型式、支承传力等方面介 绍了斜腿刚构立交桥的设计原则和设计方法；并通过主梁、斜腿、基础阻滑体系的结构设计及有限元分析，阐述了斜腿刚构立交 桥的结构计算方法。结合项目设计与工程实践，总结了斜腿刚构立交桥设计方法与优缺点，有关经验可供相关专业人员参考。 关键词：分离式立交；斜腿刚构；阻滑体系；有限元分析 中图分类号：Ｕ４４８．２３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１４）０５—００９３—０３ １项目概况 贵州省毕节市环东路立交桥位于毕节市百里 杜鹃大道主干路上，跨越毕节市环东路，是连接毕 底宽１７ ｍ，箱高１．５ ｍ，悬臂长度为１．５ ｍ，边腹板 宽度为１．３ ｍ，其余腹板宽度为２．２ ｍ，人孔尺寸为 １．１２ ｍ×０．６ ｍ（宽×高）。根部单幅箱梁尺寸：顶宽 ２０ ｍ，底宽１７ ｍ，箱高２．５ ｍ，为实心断面。桥墩 节七星关区及德溪新区的重要通道。为贯彻国家相 关法规和公路技术，本着结构形式及建筑造型 应与城市景观协调，桥下空间利用应防止可能产生 的对交通的干扰，墩台的布置应考虑桥下空间的净 空利用…等原则性要求，设计采用２０ ｍ＋４０ ｍ＋２０ ｍ 的预应力混凝土变截面箱形斜腿刚构跨越环东 路。 （斜腿）中心距两侧边、中跨主梁截面变化点的水 平距离均为８．４６ ｍ，箱梁截面为线性变化，墩顶实 心段长度为２．５ ｍ。环东路斜腿刚构立交桥桥型布 置见图１。 ２设计要点 ２．１技术标准 设计荷载：汽车荷载为城Ａ级；人群荷载为 ３．５ ｋＮ／ｍ ；桥面净空：６．５ ｍ（人行道）＋１１．５ ｍ（行车 图１斜腿刚构立交桥桥型布置图Ｉ单位：ｃｍ） 道）＋４．０ ｍ（分隔带）＋１１．５ ｍ（行车道）＋６．５ ｍ （人行道及栏杆），全宽４０ ｍ；桥头引道：城市主干 路ＩＩ级，计算行车速度４０ ｋｍ／ｈ；地震作用：地震动 峰值加速度小于０．０５ ｇ，抗震设防措施等级为Ⅶ 级。 ２．３下部结构 斜腿与主梁固结，与基础铰接，斜腿底部及基 础弧形凹槽顶面分别设置厚度２０ ｍｍ的弧形钢 板。为满足斜腿铰的自由转动，施工时在两弧形钢 ２．２上部结构 环东路立交桥分双幅设置，单幅箱宽２０ ｍ，双 幅全宽４０ ｍ。为了减小剪力滞效应，单幅箱采用单 箱五室，悬臂长度为１．５ ｍ。考虑到双幅箱梁横向 在均匀温度作用下会产生伸缩，为克服伸缩对箱 梁横向产生的相互作用，施工时在分隔带对 应的两悬臂端之间用１ ｅｍ厚的油毛毡隔开。跨中 单幅箱梁尺寸：顶宽２０ ｍ，底宽１７ ｍ，箱高１．５ ｍ， 悬臂长度为１．５ ｍ，腹板宽度为０．４ ｍ，共６道，单箱 板接触面上涂抹黄油，掺人聚四氟乙烯粉，并使其 分布均匀。两斜腿间净跨度为４９．５ ｍ，斜腿倾角为 ５０。。１号斜腿从墩顶中心至铰心度为８．５ ｍ， 墩顶处有效高度为２ ｍ，铰心处有效高度为１ ｍ；２ 号斜腿从墩顶中心至铰心度为７．５ ｍ，墩顶处 有效高度为１．８４ ｍ，铰心处有效高度为１ ｍ。单幅 桥横向共４肢斜腿，单肢横向宽度为１．２ ｍ，每两 肢斜腿的中心间距为５．２ ｍ，为加强横向稳定性， 在斜腿从墩顶中心至铰心处的中心设置一道横系 梁，横系梁截面尺寸为１ ｍＸ １ ｍ。斜腿承台与桥 台承台（或基础）之间分幅设置纵、横向贯通的阻 滑板，以抵抗斜腿的水平推力。 ２．４主要材料 室宽度为２．９２ ｍ。端部单幅箱梁尺寸：顶宽２０ ｍ， 收稿日期：２０１４—０１—０８ 作者简介：王鹏（１９８１一），男，甘肃天水人，工程师，从事桥梁 工程设计工作。 箱梁、斜腿：Ｃ５０混凝土；斜腿基础：Ｃ３５混凝 ９４ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１４年５月第５期 土；阻滑板：Ｃ２５片石混凝土；预应力钢束采用 。ｌ５．２０钢绞线，张拉控制应力为０．７５ｆ￣＝１ ３９５ ＭＰａ， Ｅ＝１９５ ＧＰａ。桥台台口处采用板式橡胶支座，ＥＦ８０Ａ 型仿毛勒伸缩缝。 ３结构计算 ３．１主梁配束及刚构支承情况 全桥配束５组，每组６束，对称分布于箱室各 腹板内，根据受力、施工和锚固等需要，将１组边 跨短束锚固于墩顶横梁处，其余４组通常束锚固 于梁端。梁端设置橡胶支座，计算按链杆支承考 虑。斜腿与基础铰结，可以适应预应力、混凝土收 缩、徐变及基础变位产生的次内力和变形，减少了 超静定次数，调整内力分配，使斜腿基脚处的地基 应力相对均匀 。 ３。２主梁及斜腿计算 计算采用Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ ２００６对全桥进行全过程 空间静力仿真分析，并用桥梁博士Ｖ３．２．０进行平 面计算，模型按实际纵坡建立，箱梁按部分预应力 混凝土Ａ类构件设计，斜腿按钢筋混凝土构件计 算。全桥主梁共８２个单元，８３个节点。计算中考虑 的荷载及作用包括：结构自重、预应力荷载、均匀 升降温、温度梯度正反温差、活载、汽车制动力、二 期恒载、基础变位。结构离散见图２。 图２斜腿刚构立交桥结构离散图 计算荷载值的选用及模型计算的要点如下： （１）钢筋混凝土及预应力混凝土收缩、徐变， 箱梁剪力滞效按规范［３】计算。 （２）主桥荷载计算考虑横向折减系数，冲击系 数、汽车制动力按规范ｆ 计算。 （３）主桥合龙温度控制在１０％～１５℃，参照规 范【３］，均匀升温、均匀降温分别按２４￣Ｃ、一１８ ｏＣ计算。 梯度温度取值参照规范 ，仅考虑行车道范围内梯 度温差作用；人行道及分隔带部位的箱梁位 于人行道板及填土下，温度较均匀，故此范围内不 考虑梯度温度。 （４）斜腿基础竖向为嵌岩桩基础，采用人工挖 孑Ｌ，故计算不考虑竖向变位；基础水平方向为阻滑 板，计算考虑５ ｍｍ的水平变位。 （５）连续梁中间支承处设有横梁，计算截面采 用横梁侧面的连续梁截面，横梁作为荷载施加于 墩顶节点上。 ３．３阻滑板计算 ３号台台背为强风化石灰岩，地基应力满足设 计要求，以０号台阻滑控制计算，其阻滑板纵向立 面见图３。图中有效阻滑板０为０号台台身底部及 承台模拟，有效阻滑板ｌ为中间传力板，有效阻滑 板２为１号斜腿座模拟。 图３阻滑板纵向立面示惹图（单位：ｃｍ） 计算荷载包括：斜腿处的最大竖向力或最大 水平力作用下的水平力和竖向力、斜腿自重、台身 及填土重量、台后土压力。与０号阻滑板之上的台 身相当的土柱要参与阻滑，但从安全考虑，高度取 ４ ｍ。参照规范Ｉ ５ｌ，分别计算各个阻滑板水平抗推刚 度、０桥台桩侧土弹性刚度、１号斜腿桩侧土弹性 刚度，再建模计算桩基水平变位、分析桩基承载 力。计算模型见图４，共６６个单元，１３６个节点。承 台采用刚臂模拟，桩侧土、阻滑板水平抗推刚度采 用弹性支座模拟，斜腿座和桥台之间采用主从约 束连接，只传递内力，不传递弯矩。荷载均作用于 承台匕。 ｔｔ●－ｌ ■■ ｒ．｜－■●１｜ｔ 唧● ．、●■＿｜ｒ１ ｌ１■●●－．ｒ－■－． ｒ． 图４阻滑计算模型 ４施工要点 施工左岸桥台及两斜腿桩基础并浇筑承台一 施工右岸桥台扩基一浇筑两岸阻滑板一施工两岸 桥台台身至台帽底 施工台帽及台帽高度处台 身一填实两岸桥台台背且台后路基已施工长度不 小于１５ ｍ（抵抗主梁传递给斜腿基础的水平推力） 一搭设满堂支架浇筑主梁斜腿至主梁底部一搭设 浇筑主梁用满堂支架并预压（主梁可全断面一次 性浇筑，也可先浇底板、腹板再浇顶板）一浇筑主 梁并在设计温度范围内合龙一主梁强度及养护 满足要求后张拉钢束及孔道灌浆一主梁按照拟定 ２０１４年５月第５期 城市道桥与防洪 桥梁结构９５ 卸架程序逐步脱架 施工台帽以上部分台身 施 工桥面系。 建成后的环东路立交桥见图５。 合主梁和斜腿的结构计算，分析地基应力是否满 足设计要求；若不满足，还须对斜腿基础进行阻滑 体系设计。 主梁和斜腿的交接处是斜腿刚构受力较复杂 的部位，主梁、斜腿、墩顶横梁在构造上应进行合 理设计，必要时应进行局部应力分析。 对于一般大桥以及中小跨径的斜腿刚构而 言，主梁截面一般采用扁箱结构，设计时应注意预 应力钢束的配置和锚固，将主梁端部顶、底板加 厚，腹板加宽，以抵抗该处较大的剪力，并满足锚 图５建成后的斜腿刚构立交桥 固要求。对扁箱截面的施工可采取先施工底板、腹 ５结语 板，再施工顶板的工艺，但须注意施工质量控制， 防止混凝土局部脱空以及龄期过长诱发截面开裂 斜腿刚构具有梁拱两种桥梁结构形式的力学 等安全隐患的发生。 特征，斜腿和中跨梁体的组合结构具有拱式结构 的力学特征，而两侧边跨具有梁式结构的力学特 参考文献 征。斜腿刚构的斜腿支承处可刚接也可铰接，主要 ［１】ＣＪＪ １１－２０１１，城市桥梁设计规范［ｓ］．２０１２． 根据斜腿的刚度而定，如斜腿刚度小，可采用固 ［２】徐光辉．预应力混凝土刚架桥【Ｍ】．北京：人民交通出版社，１９９５． 结，反之可采用铰接，最终由结构计算控制。 ［３］ＪＴＧ Ｄ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 斜腿基础要承担斜腿传递下来的竖向力和水 ［Ｓ】．２００４． 【４］ＪＴＧ Ｄ６０—２００４，公路桥涵设计通用规范［Ｓｔ．２００４． 平推力，工程实践中需要根据桥址处地质情况，结 ［５】ＪＴＧ Ｄ６３—２００７，公路桥涵地基与基础设计规范［ｓ］．２００７． （上接第９２页） 式中： 、 、 分别为升力、阻力及扭矩的气动导 洞实验经济得多，因此实际工程建议均采用三维 纳函数； 、 、 分别为升力系数、阻力系数、扭矩 模拟。 系数的曲线斜率；Ｓｚ、Ｓａ、Ｓ 分别为升力、阻力、扭矩 同时现阶段气动导纳的尝试在低频区域比较 的功率谱；Ｓ 、Ｓｗ分别为水平向风速和竖向风速的 好，对高频区域较差，可分析其原因并结合试验及 功率谱。 、 可靠度给出经验修正系数。随着以后计算机和数 将风速功率谱代人上式即可得到各个力的气 值风洞的发展，这个问题会轻松解决，相信不远的 动导纳函数。 将来ＣＦＤ会以它极佳的性价比和较短的周期取代 采用ＦＬＵＥＮＴ基于动网格建立非定常模型， 风洞试验应用于桥梁、建筑抗风乃至航空、航天等 也很容易求出升力、阻力、扭矩。限于篇幅不列举 领域。 本次的的计算结果，如读者需要可见笔者的其他 论文。 参考文献 …１ ＪＴＧ／Ｔ Ｄ６０一Ｏ１—２０ｏ４，公路桥梁抗风设计规范【ｓ］． ４结论 ［２］项海帆．现代桥梁抗风理论与实践［Ｍ】．北京：人民交通出版社， ２ｏ０５． 本文基于ＣＦＤ对加劲梁的空气动力学性能进 【３］Ｊａｎｊｉｃ，Ｄｏｒｉａｎ．Ｌｏｎｇ Ｓｐａｎ Ｂｒｉｄｇｅｓ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｗｉｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ［Ｚ］， 行了模拟，可以清楚地意识到ＣＦＤ比风洞实验更 ２ｏ０６． 经济、更效率。但需要说明的是ＬＥＳ模拟三分力系 ［４］陈艾荣，艾辉林．计算桥梁空气动力学［Ｍ】．北京：人民交通出版 数、气动导数、气动导纳时，三维要比二维更为准 社，２０１０． 确，但三维计算成本较高。尽管如此，仍然要比风 ［５］许志豪．紊流风对大跨度分离双箱梁桥梁的作用［ＤＪ．上海：同济 大学，２００６．
