五洲大道楊高北路立交3×30m魚腹式連續梁設計的工學論文

五洲大道楊高北路立交3×30m魚腹式連續梁設計的工學論文

　　摘要：本文根據五洲大道楊高北路立交工程中主線3×30m魚腹式連續粱設計，簡述選擇魚腹式連續梁的原因，并對結構構造擬定、結構計算以及施工方法等進行了簡要闡述，為今后魚腹式連續粱的廣泛使用積累一些經驗。

　　關鍵詞：五洲大道工程；揚高北路立交；3×30m魚腹式連續梁；結構設計

　　1、工程概況

　　五洲大道工程是上海道路交通骨架網絡系統“三環十連”的重要組成部分，全長7.09km，按全封閉、全立交形式的城市快速路標準建設，總投資約20億元。工程西起翔殷路隧道出口，橫穿浦東北部與在建的長江隧橋相連。全線主要由地面道路、立交和高架組成，共設有浦東北路簡易互通式立交、張楊北路下立交、楊高北路互通式立交、申江路——日櫻南路組合式立交和外環線互通式立交五大立交。楊高北路立交橋由雙向分離式主線橋與6條匝道橋組成，主線共有連續梁14聯，其中標準段3×30m魚腹式連續梁6聯，、其他連續梁由于順接匝道或避讓地面道路等均為非標準跨徑。

　　2、基本設計數據

　　道路等級城市快速路；主線設計行車速度80km/h：主線設計車道：雙向6車道；縱坡：≤4％：橫坡：2％。橋梁結構設計基準期：100年；設計安全等級：一級；車輛荷載城一A級；抗震設防：地震動峰值加速度0.10g。

　　3、連續梁設計要點

　　3．1預應力混凝土的運用

　　3．1．1預應力混凝土具有可靠的強度、剛度以及抗裂性能。

　　3．1．2預應力混凝土橋梁的施工方法已達到相當先進的水平，現代化技術的應用使它的施工周期縮短，顯示巨大的經濟效益。

　　3．1．3預應力混凝土橋梁可充分利用材料的可塑性特點，通過結構豐富的表現潛力，易達到與周圍環境和諧、統一的美感。

　　3．2跨徑的選取

　　主線橋梁一般為直線橋，采用相對較小的跨徑，橋下墩柱林立，整體景觀效果較差：采用30m的預應力連續箱梁，橋墩數量較少，梁下墩柱簡潔、有序，梁下空間開闊，能夠產生良好的視覺通透效果，同時也能夠較好的避開地下管線。

　　3．3截面的選取

　　由于箱形截面具有較好的抗彎和抗扭性能，因此箱形截面就成為預應力混凝土連續梁的主要截面形式，箱形截面常用的形式有直腹板截面、斜腹板截面以及魚腹形截面。直腹板截面、斜腹板截面在已經建成的預應力混凝土連續箱梁中采用較多，本工程采用魚腹式截面形式。魚腹形截面梁底由圓曲線及懸臂端反向曲線構成，懸臂端部較薄，梁底弧形線圓順，富有變化，梁體也顯得更加輕盈，同時楊高路立交魚腹式斷面也可以說是曲線化的大傾角斜腹板箱形截面，豐富了預應力連續箱梁的斷面形式。

　　3．4上部的協調

　　主線橋墩為“Y”形墩，墩的外型以曲線過渡，線條曲率圓滑，與上部魚腹式斷面弧線相呼應，整體協調順暢。同時使連續梁結構顯得輕巧、新穎、美觀，頗具時代性、藝術性、觀賞性。

　　4、連續梁結構設計

　　當橋梁設計方案選用預應力混凝土連續梁后，首先需要確定的就是連續梁的跨徑布置和結構的構造。連續梁的跨徑布置和構造除考慮技術經濟指標、跨越性質和水文、地質等條件外，還與施工方法密切相關，合理的選擇連續梁的跨徑和結構構造對減輕橋梁的重量、節約材料、簡化施工、合理配置預應力和普通鋼筋以及橋梁景觀等都有重要意義。   楊高路立交橋主線橋預應力混凝土連續梁采用等截面布置，標準跨徑為30m＋30m＋30m＝90m,標準斷面為0.5m＋1225m＋0.5m＝13.25m。車行道兩側設置防撞欄桿，防撞欄桿外包15cm，采用現場澆注形成，箱梁頂板實際寬度為13.25m-0.3m=12.95m。梁高選用1.9m，介于1/15～1/25之間，有利于縱向預應力的設計。每一聯在跨中支點處設置厚2m的中橫梁，在邊支點處設置厚1.2m的端橫梁。

　　箱形截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位。確定箱形截面頂板厚度一般考慮兩個因素：①滿足橋面板橫向彎矩要求；②滿足布置縱向預應力鋼束的要求。本連續梁頂板厚取值為0.2m，滿足以上兩點要求。箱形截面底板除承受自身荷載外，還受一定的施工荷載作用，底板厚度一般隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚至墩頂，以適應受壓要求，本連續梁根部底板厚度為0.65m，跨中底板厚度為0.25m，滿足配置鋼束和鋼筋的空間要求和結構受力要求。

　　箱梁腹板的主要功用是承受結構的彎曲剪應力與扭轉剪應力所引起的主拉應力，腹板的設置要滿足計算要求，同時還要考慮鋼束管道的布置與混凝土澆注的要求，經過分析比較本連續梁腹板厚為0.4m-0.8m變化，并按最不利計算結果在跨徑三分之一點確定腹板變化長度。

　　5、結構計算分析

　　5．1計算過程簡述

　　結構計算與分析的目的是合理配置預應力鋼束，使結構在適當的平、斜、彎空間曲線鋼束的作用下受力均衡、安全經濟。本次結構計算按照相關規范規定，采用平面桿系與空間有限元兩種算法相結合的方式進行計算，主要內容為施工階段、成橋狀態下的恒載、活載、預應力、混凝土收縮徐變、橋墩強迫位移、溫度變化等。

　　連續梁采用縱、橫向預應力體系。考慮到縱向預應力束長度較長，預應力鋼束彎曲段較多，因此全部采用了塑料波紋管及真空輔助壓漿技術，實踐證明，效果較好，不僅未出現孔道阻塞現象，而且張拉過程順利，與設計數據吻合較好。縱向腹板鋼束在端橫梁外側、箱梁頂部張拉，保證各聯箱梁同時施工，不延長工期。為適應邊墩支點處箱梁的抗剪要求，縱向底板鋼束彎起并通過支點，為此底板鋼束采用單側張拉，固定端彎起。

　　5．2主要結論

　　經過跨徑比選、細部構造尺寸優化及預應力鋼束反復調試，使全橋在施工過程、使用階段箱梁截面上下緣均不出現拉應力。計算結果表明，上緣最大壓應力為15.15MPa、最小壓應力為1.07MPa，下緣最大壓應力為11.7MPa、最小壓應力為0.89MPa。均滿足規范規定允許應力值。

　　6、施工方法

　　連續梁施工通常采用滿堂支架現澆、預制節段拼裝、移動模架法現澆等施工方法。根據上海地區工程實例，本次工程范圍內預應力混凝土連續梁采用滿堂支架方案。該方法橋梁整體性好，施工技術成熟，施工簡便可靠，對機具和起重能力要求不高，并且結構在施工中不出現體系轉換的問題，不引起恒載徐變二次矩。在跨越道路時可根據交通流量的實際情況，設置適當寬度的預留孔，并通過合理的地面交通組織、可以減小施工期間對交通的影響。

　　7、結束語

　　經過為期14個月的建設，五洲大道楊高北路立交已經建成通車。建成后的效果表明，設計構思正確，橋梁景觀表現也達到了預期的要求。楊高北路立交3×30m魚腹式連續梁設計也為今后魚腹式連續梁的廣泛使用積累了一些經驗。

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