无桥台斜腿刚构桥在高速公路天桥中的应用

摘要：无桥台斜腿刚构桥作为一种近十多年出现的新颖桥型，根据其受力特点，非常适合使用在高速公路天桥中。其外观和受力特点方面兼有拱桥和连续梁桥的特点，施工简便，造价低廉。

关键词：无桥台斜腿刚构桥，沉降，抗裂性

中图分类号：F540.3 文献标识码：A

1、前言

在高速公路跨线天桥的设计中，应结合自然条件、规划情况、区域定位，要求桥型方案造型美观，总体与周围环境协调，并且要尽量节省投资。要综合考虑地形地貌，土质情况，已有线路的走向，往来人员的流向等综合因素。因此高速公路天桥设计的合理性至关重要。

无桥台斜腿刚构桥作为21世纪初出现的桥型，由于其受力合理、施工简单、造价低廉、桥型美观。越来越被广泛应用到桥梁建设中去。而高速公路跨线桥由于其本身处理挖方或者高填方路段，横跨高速公路，使其对美观性和施工难易性的要求较高，因此该类桥梁非常适用于使用无桥台斜腿刚构桥。

2、结构特点及方案对比分析

2.1、结构特点

无桥台斜腿刚构桥在受力上兼备连续刚构桥和拱桥的受力特点。上部结构在中跨部分所产生的轴力可以起到预应力的作用，但是并不产生次内力，跨中部分相当于拱顶，产生负弯矩作用趋势，抵消恒载和活载的内力，因此在构造尺寸上可以取得更小。边跨较连续梁产生的内力要小，边支点处由于边斜杆的作用，可以不设计桥台，如若边支点处产生较大的反力时，边斜杆为了平衡反力产生的分力，必须设置为较大结构尺寸，经济性上反倒不合理，因此这就决定了无桥台斜腿刚构桥不能用于跨径较大、荷载较重的桥梁中。

无桥台斜腿刚构桥受力特点上，关键是省略了桥台，不会因为边支点的横向位移和沉降，对结构产生影响。而高速公路跨线桥由于要跨越高速公路，一般台后填土较高，工后沉降很容易发生，因此无桥台斜腿刚构桥相对于普通连续梁桥受力更为合理，使用阶段更为安全，耐久性也较高。

2.2、桥梁方案对比分析

无桥台斜腿刚构桥与现浇连续梁桥、上承式拱桥详细对比分析如下表所示。

项目 无桥台斜腿刚构桥 现浇连续梁 上承式砼拱桥

经济指标 约5200元/m2 约5800元/m2 约5500元/m2

景观效果 线形优美、刚劲有力，与环境结合较好。 线形单调、下穿道路中央分隔带设置桥墩影响美观。 曲线优美，与环境结合较好。拱形肋略显笨重。

受力特点 不需支座，兼有连续刚构桥和拱桥的受力特点，需要预应力钢束配置较少。上部结构产生的水平推力可以自平衡一部分，下部相对拱桥方案工程量少。 整体现浇，结构连续，梁高较大，桥墩桥台都需设置支座，预应力钢束需要较多。 不需支座，拱肋为受压构件，不需预应力钢束，上部结构自重大，存在水平推力，下部结构工程量大。

施工工艺 支架施工，工期短，无桥台，施工工期最短。 支架施工，有桥台及支座安装施工，工期稍长。 支架施工，工期短，无预应力钢束，拱肋曲线变化对模板要求较高。

3、工程实例

3.1、桥梁概况

本天桥为某高速上的跨线桥，共有5座，均采用预应力砼无桥台斜腿刚构结构形式，天桥桥宽为5.5m或8.5m。跨径为14.5+26+14.5m，梁高采用变截面的形式，支点处高度为1.9m，跨中为1m。采用肋型梁形式，肋板厚度45cm，间距2.3m。边斜杆与斜腿角度为45°。在两桥头搭板与主梁间设5cm宽无缝式伸缩缝。与路堤连接的边斜杆之间采用15cm预制六棱块护坡。

图1桥梁立面布置图

3.3、作用（或效应）组合

按照施工图中的截面形式和预应力钢束布置形式建立结构计算模型，以《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规定的作用效应组合进行箱梁的结构分析，并验证结构的安全性。根据规范要求，并结合本桥的结构特点，主要验算内容包括：

1）持久状况承载能力极限状态

2）持久状况正常使用极限状态

3）持久状况构件应力计算

3.4、计算模式

本桥纵向计算分析采用国内通用的结构分析软件MIDAS/ Civil 2012软件进行。计算模式采用单梁模式，考虑桩基础与土的共同作用。本桥共划分331个单元，335个节点。

图2 计算模型渲染图

3.5、持久状况承载能力极限状态验算

a.正截面抗弯强度验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.2.2条规定的正截面抗弯承载能力进行强度验算。

从上图可知，中跨跨中正弯矩控制设计，现将Midas里的验算结果在Excel中加以整理，结果如下图所示。

图3 主梁正截面抗弯验算表（单位KN.m）

b.斜截面抗剪强度验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.2.7条规定的正截面抗弯承载能力进行强度验算。

图4 主梁斜截面抗剪验算表（单位KN）

上述结果表明各截面抗弯承载能力和斜截面抗剪承载能力均满足规范要求。

3.6、持久状况正常使用极限状态抗裂性验算

a正截面抗裂性验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第6.3.1条规定的关于A类部分预应力混凝土现浇构件的规定进行验算。

正常使用极限状态短暂效应组合下上缘应力图如下：

图5 正常使用极限状态短暂效应组合下上缘应力图

正常使用极限状态短暂效应组合下下缘应力图如下：

图6 正常使用极限状态短暂效应组合下下缘应力图

从上表可知，除了在钢束锚固位置模拟失真导致正截面拉应力较大外，其它截面持久状况正常使用极限状态正截面抗裂性验算均满足要求。

b斜截面抗裂性验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第6.3.1条规定的关于A类部分预应力混凝土现浇构件的规定进行验算。

图7主梁使用阶段斜截面抗裂验算

验算表明，除了在钢束锚固位置模拟失真导致斜截面拉应力较大外，其它截面斜截面抗裂验算均满足规范要求。

3.7、持久状况构件应力验算

a混凝土正截面压应力验算

图8主梁使用阶段正截面压应力验算

从表中看出，标准组合下，最大正压应力为11.64MPa，满足规范要求。

b混凝土斜截面主压应力验算

图9主梁使用阶段斜截面主压应力验算

从表中看出，标准组合下，最大主压应力为9.42MPa，满足规范要求。

3.8、持久状况正常使用极限状态挠度验算

图10可变荷载作用下竖向位移图

可见在可变荷载作用下，主梁最大竖向位移出现在边跨跨中，位移值为1.73cm。根据JTG D62-2004第6.5.3条规定：采用C50混凝土时，挠度长期增长系数插值得1.425，故1.73×1.425=2.47cm

4、结论

本文以某高速公路上跨线天桥为例，根据该类桥型的特点和本项目的空间软件计算结果。结论如下：

1、无桥台斜腿刚构桥作为一种新颖桥梁，其外观和受力特点方面兼有拱桥和连续梁桥的特点，在经济性和美观性方便非常适用于使用在高速公路跨线桥梁之中。

2、根据对某实际高速公路天桥的计算模拟结果，可得出如下结论：

根据合理的配筋，能够使该类桥梁较好的满足在承载能力极限状态下的抗弯和抗剪强度要求，在正常使用极限状态下，正应力和主应力都能很好的满足规范要求。由于斜腿和边支腿的作用，跨中产生较小的挠度，更适应边中跨比例较小的情况。

3、无桥台斜腿刚构桥采用满堂支架法施工，简单方便快捷，由于省略了桥台构造，对台背工后沉降的敏感性大大降低，如若在山区地质条件较好时，主墩基础可采用扩大基础形式，更能发挥处其特点。