五洲大道杨高北路立交3×30m鱼腹式连续梁设计的工学论文
摘要：本文根据五洲大道杨高北路立交工程中主线3×30m鱼腹式连续粱设计，简述选择鱼腹式连续梁的原因，并对结构构造拟定、结构计算以及施工方法等进行了简要阐述，为今后鱼腹式连续粱的广泛使用积累一些经验。
关键词：五洲大道工程；扬高北路立交；3×30m鱼腹式连续梁；结构设计
1、工程概况
五洲大道工程是上海道路交通骨架网络系统“三环十连”的重要组成部分，全长7.09km，按全封闭、全立交形式的城市快速路标准建设，总投资约20亿元。工程西起翔殷路隧道出口，横穿浦东北部与在建的长江隧桥相连。全线主要由地面道路、立交和高架组成，共设有浦东北路简易互通式立交、张杨北路下立交、杨高北路互通式立交、申江路——日樱南路组合式立交和外环线互通式立交五大立交。杨高北路立交桥由双向分离式主线桥与6条匝道桥组成，主线共有连续梁14联，其中标准段3×30m鱼腹式连续梁6联，、其他连续梁由于顺接匝道或避让地面道路等均为非标准跨径。
2、基本设计数据
道路等级城市快速路；主线设计行车速度80km/h：主线设计车道：双向6车道；纵坡：≤4％：横坡：2％。桥梁结构设计基准期：100年；设计安全等级：一级；车辆荷载城一A级；抗震设防：地震动峰值加速度0.10g。
3、连续梁设计要点
3．1预应力混凝土的运用
3．1．1预应力混凝土具有可靠的强度、刚度以及抗裂性能。
3．1．2预应力混凝土桥梁的施工方法已达到相当先进的水平，现代化技术的应用使它的施工周期缩短，显示巨大的经济效益。
3．1．3预应力混凝土桥梁可充分利用材料的可塑性特点，通过结构丰富的表现潜力，易达到与周围环境和谐、统一的美感。
3．2跨径的选取
主线桥梁一般为直线桥，采用相对较小的`跨径，桥下墩柱林立，整体景观效果较差：采用30m的预应力连续箱梁，桥墩数量较少，梁下墩柱简洁、有序，梁下空间开阔，能够产生良好的视觉通透效果，同时也能够较好的避开地下管线。
3．3截面的选取
由于箱形截面具有较好的抗弯和抗扭性能，因此箱形截面就成为预应力混凝土连续梁的主要截面形式，箱形截面常用的形式有直腹板截面、斜腹板截面以及鱼腹形截面。直腹板截面、斜腹板截面在已经建成的预应力混凝土连续箱梁中采用较多，本工程采用鱼腹式截面形式。鱼腹形截面梁底由圆曲线及悬臂端反向曲线构成，悬臂端部较薄，梁底弧形线圆顺，富有变化，梁体也显得更加轻盈，同时杨高路立交鱼腹式断面也可以说是曲线化的大倾角斜腹板箱形截面，丰富了预应力连续箱梁的断面形式。
3．4上部的协调
主线桥墩为“Y”形墩，墩的外型以曲线过渡，线条曲率圆滑，与上部鱼腹式断面弧线相呼应，整体协调顺畅。同时使连续梁结构显得轻巧、新颖、美观，颇具时代性、艺术性、观赏性。
4、连续梁结构设计
当桥梁设计方案选用预应力混凝土连续梁后，首先需要确定的就是连续梁的跨径布置和结构的构造。连续梁的跨径布置和构造除考虑技术经济指标、跨越性质和水文、地质等条件外，还与施工方法密切相关，合理的选择连续梁的跨径和结构构造对减轻桥梁的重量、节约材料、简化施工、合理配置预应力和普通钢筋以及桥梁景观等都有重要意义。 杨高路立交桥主线桥预应力混凝土连续梁采用等截面布置，标准跨径为30m＋30m＋30m＝90m,标准断面为0.5m＋1225m＋0.5m＝13.25m。车行道两侧设置防撞栏杆，防撞栏杆外包15cm，采用现场浇注形成，箱梁顶板实际宽度为13.25m-0.3m=12.95m。梁高选用1.9m，介于1/15～1/25之间，有利于纵向预应力的设计。每一联在跨中支点处设置厚2m的中横梁，在边支点处设置厚1.2m的端横梁。
箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：①满足桥面板横向弯矩要求；②满足布置纵向预应力钢束的要求。本连续梁顶板厚取值为0.2m，满足以上两点要求。箱形截面底板除承受自身荷载外，还受一定的施工荷载作用，底板厚度一般随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶，以适应受压要求，本连续梁根部底板厚度为0.65m，跨中底板厚度为0.25m，满足配置钢束和钢筋的空间要求和结构受力要求。
箱梁腹板的主要功用是承受结构的弯曲剪应力与扭转剪应力所引起的主拉应力，腹板的设置要满足计算要求，同时还要考虑钢束管道的布置与混凝土浇注的要求，经过分析比较本连续梁腹板厚为0.4m-0.8m变化，并按最不利计算结果在跨径三分之一点确定腹板变化长度。
5、结构计算分析
5．1计算过程简述
结构计算与分析的目的是合理配置预应力钢束，使结构在适当的平、斜、弯空间曲线钢束的作用下受力均衡、安全经济。本次结构计算按照相关规范规定，采用平面杆系与空间有限元两种算法相结合的方式进行计算，主要内容为施工阶段、成桥状态下的恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、桥墩强迫位移、温度变化等。
连续梁采用纵、横向预应力体系。考虑到纵向预应力束长度较长，预应力钢束弯曲段较多，因此全部采用了塑料波纹管及真空辅助压浆技术，实践证明，效果较好，不仅未出现孔道阻塞现象，而且张拉过程顺利，与设计数据吻合较好。纵向腹板钢束在端横梁外侧、箱梁顶部张拉，保证各联箱梁同时施工，不延长工期。为适应边墩支点处箱梁的抗剪要求，纵向底板钢束弯起并通过支点，为此底板钢束采用单侧张拉，固定端弯起。
5．2主要结论
经过跨径比选、细部构造尺寸优化及预应力钢束反复调试，使全桥在施工过程、使用阶段箱梁截面上下缘均不出现拉应力。计算结果表明，上缘最大压应力为15.15MPa、最小压应力为1.07MPa，下缘最大压应力为11.7MPa、最小压应力为0.89MPa。均满足规范规定允许应力值。
6、施工方法
连续梁施工通常采用满堂支架现浇、预制节段拼装、移动模架法现浇等施工方法。根据上海地区工程实例，本次工程范围内预应力混凝土连续梁采用满堂支架方案。该方法桥梁整体性好，施工技术成熟，施工简便可靠，对机具和起重能力要求不高，并且结构在施工中不出现体系转换的问题，不引起恒载徐变二次矩。在跨越道路时可根据交通流量的实际情况，设置适当宽度的预留孔，并通过合理的地面交通组织、可以减小施工期间对交通的影响。
7、结束语
经过为期14个月的建设，五洲大道杨高北路立交已经建成通车。建成后的效果表明，设计构思正确，桥梁景观表现也达到了预期的要求。杨高北路立交3×30m鱼腹式连续梁设计也为今后鱼腹式连续梁的广泛使用积累了一些经验。
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