天水市渭滨路立交桥梁设计.docx
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1、天水市渭滨路立交桥梁设计 刘学琪 刘金平 【摘 要】 天水市渭滨路互通式立交是一座由多跨径、多结构、小半径弯梁桥组成的城市立交。本文对其在施工图设计阶段从桥型方案选定、结构受力分析及计算、设计图纸绘制等方面进行了深入细致的阐述,并对此类位于旅游城市及旅游公路中的桥梁在美学效果、景观设计方面做了一些的探讨和尝试。【关键词】 渭滨路立交 多跨径 多结构 小半径弯桥 受力分析 结构验算 中国四大石窟艺术之一的麦积山坐落在距天水市30公里处的叠嶂山峦中。现只有一条服役多年的三级公路连接麦积山与市区,穿村越镇、坡陡弯急,给麦积山文化、风景旅游业的快步发展带来了诸多限制。2003年9月,我院第二设计所承担
2、了该旅游公路的施工图勘察设计任务,本项目路线起始于北道区社棠路与风动路的交叉中心,终止于贾家河村旧310国道与麦积山公路T型交叉中心,路线全长23.84Km。全线划分城市主干道I级、一级公路、二级公路三个技术等级。位于城市主干道上的渭滨路互通式立交是全线唯一一处互通式立交,由于立交处于城区又跨越渭河,为了减少占地拆迁,跟已有城市干道、城市规划衔接和跨河需要,立交设置主要由桥梁和挡土墙组成。该立交是连接北道区、老城区和天水市经济技术开发区的主要纽带,它的建成对解决北道区南北方向交通拥挤的状况,改善渭河一号桥 的交通压力,加强秦城与北道的联系,缓解城市及出口交通压力等方面将发挥重要的作用,对天水市
3、投资环境的改善,促进经济和旅游业的发展对城市建设将起到积极的作用。 1、工程概况 渭滨路互通式立交设置于渭河一级阶地上,地形平坦,立交布设受天水风动工具厂生活区建筑群及渭滨北路和国道310的限制,可用空间较小。为了尽量减少占地拆迁,渭河北岸与渭滨北路交叉处采用A型单喇叭,ZDA上跨渭滨北路;路线跨渭河后在渭河南岸与310国道相交,其形式按部分互通设计,主线上跨310国道,设置2个右转匝道与310国道衔接,匝道设计车速V=25Km/h。 立交主线最大纵坡3.8%,凸曲线最小半径4142.758m,凹曲线最小半径5000m,匝道最小平曲线半径33m,最小缓和参数A值为29,所有匝道均无加宽,匝道超
4、高按全缓和段超高。路基超高段有: ZDA K0+150.218K0+227.243, ZDB K0+000K0+78.799, ZDC K0+105.530K0+152.281, ZDF K0+161.203K0+210。匝道最大纵坡4.9%,凸曲线最小半径1900m,凹曲线最小半径900m。交叉处桥下净空按大于5.0m设计。 路基横断面设计,ZDA采用对向双车道,路基宽11m; ZDB、ZDC、ZDD、ZDE、ZDF、ZDG均采用单向单车道,路基宽8(或11)m。主线跨河桥桥面净宽18米,两侧人行道宽3米。路基横断面布置: 单向单车道 0.5+1.0+3.5+2.5+0.5+(3)=8(11
5、)m (括号内表示有人行道时路基宽) 对向双车道(ZDA) 0.5+5.0+5.0+0.5=11m 主线渭河桥 3.0+9.0+9.0+3.0=24.0m ZDA K0+019.50设2进2出的收费口,由于处在桥上,设计时对收费广场做了特殊设计,收费岛宽2.2m,中间车道宽3.2m,边车道宽4.7m,两侧人行道宽4.20米(见图1)。 2、结构分析、受力计算 、结构分析 (1)、原始资料搜集整理阶段 外业勘察时,对立交范围及渭河大桥桥位进行了认真细致的勘测,测绘了立交范围1:2000比例的地形图,对地形地物的位置进行了准确的定位,搜集了详尽的桥位水文、地质资料,为路线纵面、桥梁桥面标高和桥梁桩
6、基标高确定提供了充分的依据。 立交平面、纵面设计完成后,对桥型方案,桥跨布置进行了认真细致的分析研究。拟定桥梁上部结构采用箱形结构,因为箱形截面具有良好的结构性能,其主要优点是: 截面抗扭刚度大,结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性; 顶板和底板具有较大的混凝土面积,能有效的抵抗正负弯矩,并满足配筋的要求,适应具有正负弯矩的结构,如连续梁等; 适应现代化施工方法的要求; 承重结构与传力结构相结合,使各部件共同受力,达到经济效果,同时截面效率高; 适合于修建曲线桥,具有较大的适应性; 能很好的布设管线等公共设施;确定了桥梁上部结构采用箱形结构后,设计人员进一步熟悉箱形梁设计理论,特别是弯梁桥
7、的设计方法,参考了很多的相关资料及兄弟设计院的结构设计图纸,力争做到本次设计方案更优、投资更省、造型更美。并且要求设计人员对桥梁博士、桥梁通等软件认真掌握、熟悉。以便在设计中高效的完成设计任务。 (2)、结构的受力分析阶段 在城市中的立交桥工程,由于房屋比较密集,各种公共设施和管线密布,因而在设计立交桥时,其桥墩几乎都是预先设在指定位置,线形的曲折几乎是不可避免的。在城市中弯梁桥的半径一般都很小,且有一定的纵坡要求,要求桥梁的控制标高也比较严格,因而在城市立交工程中经常会选用弯、坡、斜桥方案。 曲线桥梁的计算中应充分考虑各种因素: 对弯梁桥,经分析,当圆心角0较小时(022.530)可以忽略扭
8、转作用对挠度的影响,此时容许把曲梁近似地当直梁处理。当0在50以下时,截面的纵向弯矩可足够精确的取跨径为L=0的直线梁进行计算。 在曲线梁桥的设计时,充分考虑桥梁宽度的因素,借鉴加拿大安大略省公路桥梁设计规范(简称OHBDC)中采用L2/bR1.0作为判别是否可以按直线桥梁设计的条件,式中L 为桥梁轴线弧长,R为曲线桥梁的半径,b为桥梁的半宽。在OHBDC中规定,如果曲线梁桥的半径R超过90m时,对于纵向弯矩的计算,可近似地按直线梁桥处理,但对于纵向扭矩仍需按有关方法进行结构分析。 曲线桥梁中横梁的功能,除具有直线桥梁的功能外,还担负着保持全桥稳定性的作用,增设横隔板是减小截面畸变形的最优方案
9、。 位于曲线上的桥梁,当曲率半径等于或小于250m时,需考虑车辆的离心力作用。离心力等于车辆荷载乘以离心力系数C,即: H=CP 其中C=V2/127R V计算行车速度(Km/h),应按桥梁在道路等级的规定采用; R曲率半径(m)。 在计算四车道的离心力时,应考率车道折减系数,汽车荷载可折减30%,离心力的着力点在桥面以上1.2m处。 弯梁桥的墩台构造,与直梁桥中的墩台型式无本质的差异,但根据弯梁桥的受力特点在设计时应予考虑: 必须合理地布置抗扭约束的墩台。例如,采用多孔连续弯梁桥方案时,常在桥台上设置抗扭约束,而在中墩位置布置成独柱构造。因而可以认为中墩对上部结构没有(或很小)抗扭约束,也就
10、意味着上部结构的抗扭跨径增大。 由于弯梁桥内、外侧梁的受力不均,故在墩台设计时,注意墩台在横桥向的受力不均。 由于桥面上作用着离心力和横向力矩,故对横向刚度较小的独柱墩构造,尤其应注意此项横向荷载的作用影响; 如采用悬臂法施工连续弯梁桥时,其墩台设计时都应考虑施工过程的抗扭约束,应充分注意由弯梁桥恒载产生的弯扭影响。以确保施工期间墩台的稳定性。 相对直线桥布设而言,弯桥受弯、扭耦合效应的影响,其受力更加复杂,曲梁的扭矩比直梁要大许多。过大的扭矩给曲线桥的上部结构和支座的设计带来困难,并且使得桥梁的建设投资增加。曲梁桥支座多于一个时,只有较强的抗扭约束能力,而中间独柱点铰式支座如果沿着梁的剪力中
11、心线设置,就没有抗扭约束能力,这样的支座使得上部结构的扭矩最大值较大,且沿着梁桥纵向分布极不均衡,引起材料的投资加大。沿着曲线桥的径向向外调节独柱墩的位置,使其偏离梁的剪力中心线,可改善曲线梁桥内力,节约材料,配筋更合理。 本次匝道桥的设计中,桥梁的中墩均为独柱墩点铰支承构造,对处于曲线上的墩,支点设计时设置预偏心L0=1020cm(具体中墩偏心数据以计算确定),使静载扭矩沿梁长方向趋于均匀,同时使桥台的支点反力也更趋于均匀,增加了全桥的侧向稳定性。 对于曲率半径较小的弯连续桥进行分析计算,目前主要有两种方法: 一是取曲梁单元,用桥梁设计专用程序计算。 二是选取板单元,用大型通用有限元程序计算
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