双幅斜交正做预应力混凝土连续梁的设计
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[内容提要]金寨路高架桥工程预应力砼斜腹板连续箱梁是高架桥设计的重要组成部分之一。本文主要介绍主线与匝道共同斜跨地面道路时该桥梁上部结构型式的设计理念、设计构思及施工方法。
[关键词]斜交正做 跨径组合 分幅 桥面连续 小横隔梁
1.概述
金寨路高架桥工程南起于312国道北侧，北至一环南路北侧，路线总长度约8km，高架道路起迄桩号为K3+975~K11+157，总长度约7.2km。沿线主要横向道路有习友路、祁门路、二环东流路、休宁路、望江路、太湖路、黄山路以及一环南路等众多的路口，所以跨路口处桥梁方案设计尤为重要。在结合城市景观和道路交通功能、经济、满足建设进度的原则以及高架桥结构受力性能和地质条件等因素考，选用合适的桥梁跨径，既满足高架桥结构技术和经济要求，又能给人以通透、舒适感。
根据总体方案的布置，对适应高架结构的各种结构方案进行了详尽的结构受力、技术经济、施工及景观等的分析比较。预制先张空心板梁结构是目前城市采用较多的高架桥梁的结构形式，其结构高度低，工厂化程度高，运输、吊装方便，对地面交通影响较小，工程造价低，施工便利，但该结构跨径布置受到限制。T梁结构也是较为常用的结构形式，其设计和施工经验成熟，跨径较大，最大跨径达50m左右，主梁为预制构件，可在工厂和施工现场预制，待主梁安装完毕后，浇筑现浇段把桥面连成整体。但其桥梁建筑高度较高，从桥下仰视梁底，纵、横梁密布，比较凌乱，景观稍差。连续梁结构也是比较成熟的结构形式，混凝土整体性能好，抗扭刚度大，能适应各种平面线型和桥宽的变化，跨越能力也较大，在25～45m左右，可较好满足一般城市立交桥和高架路的使用要求。采用大挑臂斜腹板箱梁结构，可以从视觉上降低梁高。箱梁结构简洁、轻盈，线条流畅，桥下视觉较通透开阔，行车平稳，总体上较为美观舒适，是跨路口处最佳方案。
为了达到桥下通透的效果，以及便于交叉口渠化设计和转向交通的安全，设计时考虑一跨而过的方式，采用三跨连续梁结构。本桥梁处在R=4500m圆曲线上，主线与匝道同时上跨地面道路，与下穿地面道路斜交31.8°，桥墩采用斜交正做，上部梁体主线与匝道分幅，主线箱梁梁宽24.8m，匝道箱梁梁宽8.15m，（详见图一）。
图一
其中主线采用单箱三室，（35+50+35）m的跨径组合，悬臂3.9m，梁高由跨中的2.2m渐变到中墩顶的3.2m；顶板厚度25cm，主要考虑满足桥面板横向弯矩的要求；腹板厚度由跨中的40cm渐变到中墩顶的60cm，边墩顶腹板厚度75cm；底板厚度由跨中的22cm渐变到中墩顶的40cm，以适应梁体下部混凝土受压要求。匝道采用单箱单室，（45.42+50.173+24.031）m的跨径组合，悬臂2.15m，梁高由跨中的2.2m渐变到中墩顶的3.2m；顶板厚度25cm；腹板厚度由跨中的40cm渐变到中墩顶的60cm；底板厚度由跨中的25cm渐变到中墩顶的40cm。
为实现主线与匝道桥面连续，在主线与匝道相邻悬臂处留出50cm间距的混凝土后浇，这样可以消除主线与匝道梁身自重产生的沉降差。然后再铺设80mm钢筋混凝土及90mm沥青混凝土，使主线与匝道连成一整体。由于主线与匝道跨径组合不同，主线的中横梁与匝道的中横梁相互错开有10.42m，主线与匝道在同个地方刚度相差很大，当梁上有车行驶时，主线与匝道相互间的挠度差值很大，有可能导致在主线与匝道相接处产生裂缝，考虑结构的安全性和经济性，所以本设计采取了两种方法来增强主线与匝道间的连接，其一：在主线中横梁处设置1.0m宽、高2.2m的横梁与匝道相接，见图二。其二：在主线和匝道相邻悬臂处设置小横隔梁，本设计采用了两种方法进行了方案比较，方案一，小横隔梁1.5m高，45cm厚，每5m设置一道；方案二，小横隔梁1.0 m高，40cm厚，每3m设置一道，见图三。
图二
方案一
方案二
图三
设置小横隔梁后内力比较见下图。
方案一(KN.M)
方案二(KN.M)
经以上比较，本设计采用方案一。
3.预应力钢束设计及施工顺序
梁采用纵向预应力体系，横梁及横隔梁配置横向预应力。
控制张拉力：钢绞线：σcon＝0.75 fpk；σcon为锚下控制应力（即计算输入应力）。纵向预应力钢束采用15.24高强度低松弛钢绞线，标准强度＝1860MPa（ASTM416-92标准）。腹板采用12-15.24预应力钢束，顶板采用9-15.24、7-15.24预应力钢束，底板采用9-15.24、7-15.24预应力钢束。主梁顶板及底板均配置有通长钢束。横梁采用9-15.24、12-15.24预应力钢束。
施工采用支架现浇法。
满堂支架现浇法在工程建设中已有成熟经验。主梁（主线与匝道）横截面可分两次浇筑，第一次浇筑底板和箱肋部分，第二次浇筑顶板部分。两次浇筑的接茬部位按施工缝处理，每孔先浇筑跨中部分，由跨中向两侧支点扩展，以减少支架沉降的影响。当主梁（主线与匝道）浇筑完成及混凝土达到100％强度后，拆除支架，这样在主梁自身重量下可完成一定沉降，然后再在主线与匝道相接处搭设支架，浇筑中间50cm后浇混凝土，待达到设计强度后落架，张拉预应力。
4．结束语
斜交正做、不同跨径组合、斜腹板、变高度的双幅桥，以上几种情况同时涉及到，这在桥梁设计上不是很多。主线和匝道先各自支架现浇，落架后再通过后浇混凝土连接两幅桥，形成连续桥面，然后在两幅桥间设置小横隔梁，增加两幅桥的刚度及连接，这样可以使两幅桥更好地形成整体。通过此工程设计，给以后有类似的设计作为参考。
参考文献
[1] 范立础，桥梁工程，人民交通出版社
[2] 范立础，预应力混凝土连续梁桥，人民交通出版社
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