城市立交桥梁结构设计与分析

摘要：随着我国城市现代化脚步的加快，城市立交桥梁成为了提升城市交通能力、缓解城市交通压力的重要建筑。在汽车保有量不断增加的今天，城市立交桥梁为城市交通做出了杰出的贡献。多年的城市立交桥梁的施工给施工企业带来了宝贵的经验，结构设计水平也得到了有效提升。本文结合具体实例介绍了城市立交桥梁的设计流程。

关键词：城市立交桥梁；结构设计；结构分析

随着城市化进程的不断加快，城市人口激增的同时车辆也日益增多，这给城市交通带来了莫大的压力，平面交叉的道口经常会发生车辆堵塞和拥挤。因此，为了提升城市的交通能力，很多城市开始兴建立交桥梁。现如今，城市立交桥梁已经广泛用于城市交通中的交通繁忙地段，城市立交桥梁也成为衡量城市现代化的重要标准。

一、主要参数以及水文地质条件

以位于市区的某立交桥为例，此立交桥为五线三层互通式立交桥梁。底板为地面道路，中层为中环线直行车道。

1.主要技术参数

设计载荷汽车为-20级，挂车为-100验算；地震烈度按照7级地震烈度设防；设计主桥车速为每小时100千米，匝道车速为每小时50千米；平面线匝道半径设计为65米；两条车道匝道桥梁总宽度、交汇段三车道匝道总宽度、立交桥变段桥梁总宽度分别设计为10.5米、14.0米和14.0到30.5米之间；桥梁最大纵坡小于5%，横坡小于6%；排水标准方面，重现期1a，集水时间10分钟，径流系数和延缓系数分别为1.0和2.0。

2.水文地质条件

依据桥址处18个取土孔和22个静力触深孔的资料，地质结构分为7层。第1层为人工填土，第5层为细砂至中砂，剩下的5层为粉土或粉质粘土，第5层的细砂之中砂厚度要在15.2到17.9米之间。实测各土层的剪切波速，得到平均值为每秒228米，可判定场地土为Ⅲ类土。地下水一般为SO4-Na型或Cl-Na型水，对砼会有一定程度的侵蚀。

二、城市立交桥梁设计规划与设计原则

在城市立交桥的设计规划过程中要把考虑的重点放在交通组成、交通量、设计车速、城市景观、拆迁可能性和将来的远景发展。本文所举立交桥在设计方面重点考虑了以下几点：立交范围内地面道路要相互连通，形成网络，确保能达到缓解沿线地方单位进出交通的状况，达到组织公共交通的目的；立交桥梁应向空间方向发展，从而节约用地，减少拆迁范围；要满叉口所要求的交通功能，使交叉口能与立交性质、等级、任务以及交通量相适应，主要道路和次要道路的交通流向要与次要交通流向相结合；立交桥梁的造型要美观，能与所处地形和环境相适应，避免“灰色地带”的产生。

三、桥梁上部结构设计

1.结构选型

本文所举立交桥具有交通量大、无断交条件的特点，且曲线桥和异型段桥占全桥总面积比例七成以上，工期方面的要求也是尽量短。在经过多次优化比选之后，在主跨25米以上的曲线桥和异型段桥采取浇预应力砼连续箱梁的方式，而25米以下的则采取现浇普通钢筋砼连续箱梁的方式，至于直线桥，则采取预制预应力砼大空心简支板梁并设桥面连接板。

2.结构计算

依照平面杆系有限元程序计算箱梁内力，并运用三维有限元分析程序进行验算。通过计算结果的数据选择合理、最优的设计，使配置的预应力束与受力特征更合理，并能减少4成以上的钢绞线。预应力砼构件的计算，可按全预应力构件来考虑。有些截面要按a类受弯构件来考虑，在恒载条件下不允许出现拉应力，营运阶段的最大拉应力值也应该控制在砼的极限拉应力内。预应力束与孔道壁的阻系数采用0.20，束位置偏差系数为0.002。因考虑了支座对箱体的约束效应，内支点负弯矩时，采用0.95的折减系数。

2.1钢筋混凝土箱型连续梁的设计计算

该类箱梁包括曲线梁和异形梁，梁体分别用单箱单室、单箱双室及单箱三室的截面。跨度在18到30米之间，梁高在1.2米和1.6米之间，取4孔为一联。最小平面半径为45米。箱梁顶、底板纵向布置直径为25和32的钢筋。异形梁为保证外观整洁，采用单箱多室处理。对于分离式基础，为减小横向刚度，要在顶板上设构造缝。采用PKPM连续梁计算程序来进行箱梁的结构分析，并按照施工、运营阶段进行内力和抗裂性能的计算并依照计算结果配置普通钢筋。由于桥墩台不均匀下沉可能对梁体产生不利影响，荷载组合要选取偏安全的组合，并按相对位移2厘米来计算。箱梁横向计算时，要采用框架结构分析计算方法。

2.2预应力混凝土槽梁及空心板梁

槽形梁及板梁跨度在18到30米之间，采用架设速度快且预制质量好的简支梁结构。主筋则采用冷拉双控Ⅳ级粗钢筋，标准强度为750兆帕。在架设时为了形成平面变宽度的匝道线形，采用变化铰接缝宽度的方法。

3.结构措施

为了使内应力分布更为合理，可以把箍筋间距加密至10厘米；将中墩单支点向外弧侧的偏心距预调8到11厘米；每联端支点采用抗扭双支座并将其间距加大到3.6米，并将端横隔梁加长至与桥同宽。

四、桥梁下部结构设计

1.盖梁

预应力砼大空心板，要采用倒T形盖梁。跨径在10.0到12.8米范围内，悬跨比为0.34到0.37之间，部分独柱悬臂长8.1米，盖梁高度在2.31到2.61米之间，宽度在2.5到2.6米之间，牛腿最小高度为l.l米。对于相邻孔的主梁跨径不等的盖梁，为抵衡不平衡弯矩可采用支座偏位法。为了适应弯桥空心板的布置需要，盖梁宽度应采用大小头的扇形状。长度大于17.5米的独柱双悬臂盖梁要采用预应力硷结构，而其余部分均可采用普通钢筋硅结构。主筋方面，预应力混凝土采用直径为15.24毫米的高强度、低松弛钢绞线，普通钢筋混凝土用Ⅱ级钢。盖梁混凝土中预应力采用混凝土C50，普通钢筋采用混凝土C30。

2.墩柱

设计立交桥最高柱身为14.923米，一般柱高为3到11米之间，柱身采用倒棱矩形截面。柱高大于11米时用140乘以200厘米的截面；柱高小于11米时采用110乘以150厘米的截面，角棱处则采用15乘以15厘米的正方形截面。柱子主筋采用Ⅱ级钢，配筋率要控制在1%以内，柱身混凝土采用普通混凝土即可。

3.桩基础

基础采用40乘以40厘米的钢筋混凝土打入桩，中心最小横向和纵向间距分别为1.0米和1.2米。钢筋混凝土承台厚度为1.5米，并根据具体需要在底、顶部铺设受力钢筋网。简支梁结构桩长24米，考虑不均匀沉降的影响，桩长可采用30米。为了确保地下管道的安全性，还采用了钻孔桩，桩长最大40米，并使其进入了暗绿色粉质粘土持力层或草黄色粉质粘土。

五、桥面结构

桥面铺装层设8厘米厚的C30混凝土垫层，并设直径为8钢筋网，间距为15厘米。在垫层之上的负弯矩处涂防水涂料并铺设5厘米厚的沥青混凝土。桥面采用橡胶板式伸缩缝。全桥采用矩形、圆形板式橡胶支座及四氟板式橡胶支座。机动车道两侧设钢筋混凝土墙，并加连续润管的复合式防撞墙，同时，在非机动车道桥面两侧设人行栏杆。

结论：

城市立交桥是城市交通的有力保证，城市立交桥梁的设计则是城市立交桥建设的根本。因此在设计阶段就要注意总体规划设计的工作，这样才能保证城市立交桥梁在城市交通中的积极作用。

参考文献

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