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五洲大道楊高北路立交3×30m魚腹式連續(xù)梁設(shè)計(jì)的工學(xué)論文
摘要：本文根據(jù)五洲大道楊高北路立交工程中主線3×30m魚腹式連續(xù)粱設(shè)計(jì)，簡述選擇魚腹式連續(xù)梁的原因，并對結(jié)構(gòu)構(gòu)造擬定、結(jié)構(gòu)計(jì)算以及施工方法等進(jìn)行了簡要闡述，為今后魚腹式連續(xù)粱的廣泛使用積累一些經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：五洲大道工程；揚(yáng)高北路立交；3×30m魚腹式連續(xù)梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、工程概況
五洲大道工程是上海道路交通骨架網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)“三環(huán)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(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，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(shè)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(huán)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(xù)梁14聯(lián)，其中標(biāo)準(zhǔn)段3×30m魚腹式連續(xù)梁6聯(lián)，、其他連續(xù)梁由于順接匝道或避讓地面道路等均為非標(biāo)準(zhǔn)跨徑。
2、基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
道路等級城市快速路；主線設(shè)計(jì)行車速度80km/h：主線設(shè)計(jì)車道：雙向6車道；縱坡：≤4％：橫坡：2％。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；設(shè)計(jì)安全等級：一級；車輛荷載城一A級；抗震設(shè)防：地震動峰值加速度0.10g。
3、連續(xù)梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3．1預(yù)應(yīng)力混凝土的運(yùn)用
3．1．1預(yù)應(yīng)力混凝土具有可靠的強(qiáng)度、剛度以及抗裂性能。
3．1．2預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工方法已達(dá)到相當(dāng)先進(jìn)的水平，現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用使它的施工周期縮短，顯示巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
3．1．3預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁可充分利用材料的可塑性特點(diǎn)，通過結(jié)構(gòu)豐富的表現(xiàn)潛力，易達(dá)到與周圍環(huán)境和諧、統(tǒng)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(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，橋墩數(shù)量較少，梁下墩柱簡潔、有序，梁下空間開闊，能夠產(chǎn)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(jīng)建成的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(gòu)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(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的斷面形式。
3．4上部的協(xié)調(diào)
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(yīng)，整體協(xié)調(diào)順暢。同時使連續(xù)梁結(jié)構(gòu)顯得輕巧、新穎、美觀，頗具時代性、藝術(shù)性、觀賞性。
4、連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)橋梁設(shè)計(jì)方案選用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁后，首先需要確定的就是連續(xù)梁的跨徑布置和結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。連續(xù)梁的跨徑布置和構(gòu)造除考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、跨越性質(zhì)和水文、地質(zhì)等條件外，還與施工方法密切相關(guān)，合理的選擇連續(xù)梁的跨徑和結(jié)構(gòu)構(gòu)造對減輕橋梁的重量、節(jié)約材料、簡化施工、合理配置預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用等截面布置，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30m＋30m＋30m＝90m,標(biāo)準(zhǔn)斷面為0.5m＋1225m＋0.5m＝13.25m。車行道兩側(cè)設(shè)置防撞欄桿，防撞欄桿外包15cm，采用現(xiàn)場澆注形成，箱梁頂板實(shí)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(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)。每一聯(lián)在跨中支點(diǎn)處設(shè)置厚2m的中橫梁，在邊支點(diǎn)處設(shè)置厚1.2m的端橫梁。
箱形截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負(fù)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(yù)應(yīng)力鋼束的要求。本連續(xù)梁頂板厚取值為0.2m，滿足以上兩點(diǎn)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(fù)彎矩的增大而逐漸加厚至墩頂，以適應(yīng)受壓要求，本連續(xù)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(jié)構(gòu)受力要求。
箱梁腹板的主要功用是承受結(jié)構(gòu)的彎曲剪應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力所引起的主拉應(yīng)力，腹板的設(shè)置要滿足計(jì)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(jīng)過分析比較本連續(xù)梁腹板厚為0.4m-0.8m變化，并按最不利計(jì)算結(jié)果在跨徑三分之一點(diǎn)確定腹板變化長度。
5、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析
5．1計(jì)算過程簡述
結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析的目的是合理配置預(yù)應(yīng)力鋼束，使結(jié)構(gòu)在適當(dāng)?shù)钠�、斜、彎空間曲線鋼束的作用下受力均衡、安全經(jīng)濟(jì)。本次結(jié)構(gòu)計(jì)算按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，采用平面桿系與空間有限元兩種算法相結(jié)合的方式進(jìn)行計(jì)算，主要內(nèi)容為施工階段、成橋狀態(tài)下的恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、橋墩強(qiáng)迫位移、溫度變化等。
連續(xù)梁采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系�？紤]到縱向預(yù)應(yīng)力束長度較長，預(yù)應(yīng)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(shù)，實(shí)踐證明，效果較好，不僅未出現(xiàn)孔道阻塞現(xiàn)象，而且張拉過程順利，與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)吻合較好�？v向腹板鋼束在端橫梁外側(cè)、箱梁頂部張拉，保證各聯(lián)箱梁同時施工，不延長工期。為適應(yīng)邊墩支點(diǎn)處箱梁的抗剪要求，縱向底板鋼束彎起并通過支點(diǎn)，為此底板鋼束采用單側(cè)張拉，固定端彎起。
5．2主要結(jié)論
經(jīng)過跨徑比選、細(xì)部構(gòu)造尺寸優(yōu)化及預(yù)應(yīng)力鋼束反復(fù)調(diào)試，使全橋在施工過程、使用階段箱梁截面上下緣均不出現(xiàn)拉應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果表明，上緣最大壓應(yīng)力為15.15MPa、最小壓應(yīng)力為1.07MPa，下緣最大壓應(yīng)力為11.7MPa、最小壓應(yīng)力為0.89MPa。均滿足規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力值。
6、施工方法
連續(xù)梁施工通常采用滿堂支架現(xiàn)澆、預(yù)制節(jié)段拼裝、移動模架法現(xiàn)澆等施工方法。根據(jù)上海地區(qū)工程實(shí)例，本次工程范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用滿堂支架方案。該方法橋梁整體性好，施工技術(shù)成熟，施工簡便可靠，對機(jī)具和起重能力要求不高，并且結(jié)構(gòu)在施工中不出現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換的問題，不引起恒載徐變二次矩。在跨越道路時可根據(jù)交通流量的實(shí)際情況，設(shè)置適當(dāng)寬度的預(yù)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(jié)束語
經(jīng)過為期14個月的建設(shè)，五洲大道楊高北路立交已經(jīng)建成通車。建成后的效果表明，設(shè)計(jì)構(gòu)思正確，橋梁景觀表現(xiàn)也達(dá)到了預(yù)期的要求。楊高北路立交3×30m魚腹式連續(xù)梁設(shè)計(jì)也為今后魚腹式連續(xù)梁的廣泛使用積累了一些經(jīng)驗(yàn)。
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