城市高架桥设计主要特点分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇城市高架桥设计主要特点分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要 本文主要论述在高架桥设计过程中，需要注意和研究的若干问题。从道路空间利用的角度分析了高架桥敷设方式及各自优缺点，总结了高架桥结构形式与施工方法，论述了高架桥的结构受力特点、结构分析方法和抗震设计方法。

关键词 高架桥；空间；结构形式；结构分析；抗震

中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：

随着机动车拥有量的快速增加，城市交通量快速增长，交通拥堵成为困扰城市管理者的一道难题。在主要交叉路口设置分离式立交或互通式立交，只能在一定程度上缓解交通拥堵状况。高架桥的建设使在现有有限宽度的道路上实现大运量和快速交通成为可能，因此在国内大中等城市，其数量增长迅速，尽管城市高架桥的建设也带来诸如环境影响等方面的负面因素。高架桥已成为城市快速路的主要敷设形式之一。城市高架桥作为一类特殊的桥梁，与公路高架桥、公路立交桥、跨河跨线桥有许多共同点，同时又具有许多自己的特点。

1 高架桥布设方式

城市高架桥的建设目的是道路向空中延伸，在一定平面区域，通过多层次道路建设，用以满足日益增长的交通需求。道路空间的合理、高效利用是选择高架布设方式的重要因素。其中顺桥向桥下空间的合理使用，是高架桥总体设计的关键点。高架桥与地面道路是主路与辅路的关系，通过增加断面的车道数量，扩大断面通行能力，或者增加绿化和设施空间，是高架桥设计的主要目的。合理的高架布设方式，可以将空间利用最优化，使高架桥面的快速交通与地面交通通过匝道有机地衔接起来。高架桥面一般距地面8～10m，制约高架桥桥下空间利用的因素主要为桥墩，常用的桥墩布置形式主要有以下几种形式：第一种形式是地面道路设置在桥墩两侧，第二种形式是地面道路设置在桥墩中间，第三种形式是在桥墩两侧和中间均设置有地面道路。不同的布设方式各有优缺点（见表1），选择时需要对多种因素综合比较。

表1 高架布设方式的比较

合理选择跨径，拓展桥下交叉口空间，满足道路宽度、视距、美观等多方面的要求。如某高架桥跨主干道交口采用一跨简支结合梁，跨径为60m，跨二环交口采用三跨连续梁，主跨跨径为66m，不仅保证了相交道路直行方向的通行，而且桥下地面道路左转和掉头顺畅、视野开阔，非机动车和行人的通行安全。平行匝道是地面道路和高架道路之间联系和沟通，根据交通服务功能选定其位置时需要对地面道路的布置作出合理安排。互通立体交叉空间利用，更为复杂一些。根据相交道路等级的不同，互通立交的类型可分为枢纽型立交和一般立交。立交的基本形式多种多样，主要取决于左转匝道的形式。左转匝道的形式主要有定向、Y型定向（左转匝道采用左出）、迂回定向、迂回（苜蓿叶）、环形（各左转匝道平交，存在交织）等。路线是否短捷、通行能力、线形标准、立交层次、占地面积、是否存在交织、桥梁结构面积是衡量立交是否合理的重要因素。立交形式选择还受到自然条件和环境条件的制约。地形、地质、水文、气候是自然条件，用地规划、用地现状、建筑物及市政设施现状和各种保护区是环境条件。经济和社会条件也是立交形式选择的重要条件。在上述条件的制约下，选择可行的立交形式解决交通问题，对有限空间的分隔使用具有很强的技术性和艺术性。

对于完全不能作为通行道路路面利用的地面剩余空间，可以根据其平面位置，设置停车场、绿化和市政服务设施。城市高架桥的总体布置，还应该考虑远期情况，预留一定的结构空间和地面空间，满足远期道路交通的拓展需要。

2 结构形式与施工方法

为适应不同路段的交通情况，根据所需跨径的不同，曲线半径的差异、施工条件的优劣、造型是否优美等因素合理选取不同的结构形式。预制梁板式桥梁以其较高的经济性和施工方便性在城市跨河跨线桥上得到广泛使用，这种结构形式的缺点难以适应平面弯曲线形，难以实现桥梁变宽，同时桥墩和盖梁形式使桥下空间难以利用，景观性较差。因此预制梁板式桥梁在高架桥建设应用受到很大限制。而预应力混凝土连续梁作为一种相对比较经济、成熟的结构形式成为高架桥的主要结构形式。当现浇混凝土梁或预制拼装混凝土梁无法满足施工期间的交通组织或无法满足预定工期的情况下，可以采用钢结构桥梁，如简支（连续）钢箱梁和简支(连续)钢-混凝土结合梁。缺点是造价较高，钢桥面铺装受力复杂，容易损坏。此外，为了在一定的梁高下获得较大的跨径，中跨部分为钢箱梁、其余部分为预应力混凝土箱梁的混合梁技术也得到应用。

桥跨在40m以下通常采用等高度梁，适用更大的跨径的结构形式有变截面连续梁、下承式拱桥、斜拉桥等。其中预应力混凝土变截面连续梁和连续钢箱梁应用最为广泛，下承式拱桥、斜拉桥一般适用于百米以上的跨径。有时受现场条件制约，要求截面高度控制在最小的范围，可以布置较小跨径时可以选择简支板或连续板，同时要求大跨径时一般只能采用下承式桥梁。由于与主体结构型式不同，需要注意总体结构外观的连续性，一般可通过梁高的渐变来实现。

高架桥上部结构通常采用满堂支架法施工。高架桥建筑高度较小，通常在8m到10m，少部分匝道相对较高，基本上也在20m高度之内；在既有道路路面和陆地上搭设支架比较方便，支架基础处理费用低，需要解决相交道路临时交通时可设龙门架。满堂支架法优点是工法成熟、简单，缺点是支架模板需要量较大，在同一个工程中重复利用率相对较低。满足条件的情况下也可采用预制节段拼装法。优点是采用工厂制造质量稳定，缺点是难以适应异形桥梁，当桥面较宽时构件在城市里运输也很困难。总的来说，城市高架桥的结构形式与施工方法多种多样，选择的原则是因地制宜。

3 结构受力特点与结构分析

城市高架桥主线桥一般跨径不大，桥面较宽，宽跨比较大。对于主线双向六车道桥，桥宽约为25m，在上下行匝道入口处，加上两侧匝道岔梁主梁宽度达到40m左右，宽跨比为1.33。对于主线双向八车道桥，桥宽约为33m，在上下行匝道入口处，加上两侧匝道岔梁主梁宽度达到48m左右，宽跨比达到1.6。此时下部结构通常由双柱变为3柱或4柱，即使位于直线上，结构仍具有明显的空间受力特点。在结构分析中，平面计算模型或采用空间单梁单元计算模型已不能满足要求，设计中常采用梁格单元法计算，实体单元或板壳单元法辅助计算。

变宽梁和分岔梁在高架主线桥和立交匝道中大量存在。变宽梁和分岔梁的受力分析是高架桥结构分析中的重点和难点。选择合适的计算软件和计算模型非常重要。对于高架桥中大量存在的钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土以及钢箱梁异形梁，通常采用梁格单元模型和板壳单元模型进行结构计算。

弯曲匝道小半径曲线箱梁根据所用材料划分有钢筋混凝土箱梁、预应力混凝土箱梁、 钢箱梁、 钢箱-混凝土结合梁等类型。 通过采用抗扭支座（双支座）和支座向外侧偏心，改变内外侧支座的反力分配，使永久作用下内外侧支座反力接近，梁端处内侧支座在荷载最不利组合下不出现拉力、扭矩分布较均匀而且正负扭矩峰值较为接近。必要时进一步加大抗扭支座的间距、或设置抗拉支座，确保支座不脱空。减少一联的总长度和总转角可以改善箱梁受力和减小变形，降低径向爬移、扭曲变形、支座脱空和固结墩损坏发生的可能性。弯桥固定支座和部分单向支座所受径向水平力很大，对支座和桥墩的受力不利。

局部应力分析容易被忽视，应引起重视。对于局部承压如锚下混凝土、锚前锚后梁段混凝土，支座垫石、支承牛腿、梁上柱节点区域必要时应通过三维块体单元进行计算。如采用ANSYS的SOLID65单元进行有限元分析，该类型单元是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元，它可以模拟混凝土中的加强钢筋，以及材料的拉裂和压溃现象。对于受力复杂的构件，桥梁设计规范中没有包含的，可以参考国外有关规范或国标《混凝土设计规范》和《钢结构设计规范》。

城市高架桥的设计荷载等级与高架的服务功能相关。一般情况下，仅仅服务客运的可采用城-B级；兼有货运要求的可采用城-A级。

为避免桥梁在地震作用下出现结构破坏，桥梁抗震设计应得到重视。根据城市高架桥的结构特点，选择合理的抗震体系。一般情况下可分别采用延性抗震体系或减、隔震体系进行结构抗震设计。不同的下部结构其抗震能力有着显著的区别。对于双柱式桥墩，通过墩顶设置横向联系梁可以改善受力，增强抗震能力。优化截面形式和配筋形式，合理设置塑性铰位置，满足延性设计要求。设置纵横向弹性限位装置，限制地震时上部结构的大位移，减小地震力，是必须的抗震构造措施。选择合适的软件和适当的计算模型，计算结构在E1、E2地震作用下的效应。

4 结语

在城市高架桥的设计过程中，辅助设施的设计非常重要。通过完善交通标志、标线系统、交通监控来传递道路交通信息，管理交通、指示行车方向和保证道路畅通与行车安全；防撞护栏、防护网、防眩设施、诱导设施、减速带、消防设备等交通安全设施应设置齐全；杆管线的迁建和保护，对高架桥布线和基础形式均有很大影响，在设计的方案阶段就需要考虑。附属工程应与主体工程同时设计，一并施工。

此外，城市高架桥还有其他特点，如美化、绿化、亮化等等，限于篇幅，不再赘述。本文分析了城市高架桥设计的一些主要特点，可以对该类桥梁的总体设计和细部设计提供借鉴。

参考文献：

[1]管仲国. 李建中. 城市高架桥合理抗震体系选择与经济性对比[J].地震工程与工程振动2011(03)

[2] 薛彦波. 高架桥下空间利用的限制与挑战[J]. 城市环境设计. 2008(03)

[3] 范立础. 现代化城市桥梁抗震设计若干问题[J]. 同济大学学报(自然科学版). 1997(02)