青山枢纽立交B匝道桥设计浅析

王希超

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

青山枢纽立交B匝道桥设计浅析

王希超

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

主要介绍了青山枢纽立交B匝道桥上、下部设计方案，以及采用MIDAS程序计算预应力箱梁的过程、独柱墩双向受力计算及抗倾覆稳定性计算，可为此类预应力箱梁设计提供一些借鉴。

箱梁；抗倾覆；双向受力薄壁墩；MIDAS

青山枢纽互通立交位于贵遵复线起点与杭瑞高速交叉处，贵遵复线改扩建工程对青山枢纽立交进行了改造，在贵遵复线改扩建施工过程中根据贵州省路网规划，兰海高速崇溪河至遵义段扩容工程终点段利用遵义外环高速与贵遵复线青山立交直接对接，在现状 Y 型枢纽立交基础上，增设与贵阳方向连接的 4 条匝道，其中青山枢纽立交B匝道桥为跨越贵遵复线及村道而设，桥梁设计角度为90°，桥梁中心桩号为BK0+212，桥孔布置为2×30m+(30+37+30)m+2×30m。全桥平面分别位于R=200m右偏圆曲线及缓和曲线上，设计为预应力混凝土等高连续箱梁，桥长为220m，墩台径向布置。第二联中第4、5孔跨越贵遵复线(见图1)，匝道轴线与贵遵复线设计线交角45°，要求净高不小于5.0m；第1孔跨越村道改路，交角94°。

本桥采用等截面预应力混凝土连续箱梁。桥面宽0.5 m(防撞墙) +11.5 m(行车道) +0.5 m(防撞墙)，地震基本烈度Ⅵ度，本桥设计荷载等级为公路-Ⅰ级，1～3、5、6号桥墩采用双圆柱墩，Φ1.6m墩身，Φ1.8m嵌岩桩基础；4号墩位于贵遵复线分离式路基主线中分带上，桥墩设计交角65°。设计为矩形薄壁墩，承台接Φ1.8m桩基础。

1 预应力箱梁主梁设计

本桥共分三联，均为预应力混凝土箱梁，由于本桥为项目开工两年后期增加的变更桥梁设计，剩余工期紧张，为保证三联箱梁能同时施工，第一、三联箱梁设计为单端张拉，第二联箱梁设计为顶板张拉，4号墩位于贵遵复线分离式路基中分带内，桥墩处中分带宽4.7m，B匝道与贵遵复线实际交角45°，若采用斜桥方案内外侧腹板长度差值大，纵梁及横梁受力均较复杂，设计方案拟充分利用贵遵复线中分带空间，4号墩设计为近双支点薄壁墩，斜置25°，上部箱梁按正桥设计，4号墩顶横梁加宽。

箱梁横截面为单箱双室截面，梁高为2.1m，箱梁顶板宽12.5m，底板宽8.5m，两侧翼缘悬臂长度2m，箱梁顶、底板在墩台顶厚45cm，跨中段厚25cm，顶板变宽段通过1.5m过渡，底板变宽段通过7m过渡，跨中附近梁段范围内腹板宽度为50cm，第二联设计为顶板张拉，为满足腹板钢束保护层厚度及顶板开槽尺寸，联端腹板设4m长80cm等厚段，接4m渐变段至跨中，箱梁中支点腹板设7m渐变段过渡，断面结构尺寸详见图2。

预应力箱梁按A类预应力构件设计，箱梁混凝土标号为C50，腹板竖向设3排预应力钢束，共计18束Φs15.2-12钢束，腹板束均为双端张拉，张拉锚固于顶板，顶板张拉槽间距1.8m，底板设齿板束，布置Φs15.2-10短束共16束，底板束为单端张拉，梁端为锚固端，张拉端位于梁体内，中跨底板钢束横向交替布置，间距20cm，钢束布置见图3、图4。

4号墩中横梁支座正距3.172m较小，经计算采用钢筋混凝土结构不满足结构安全要求，对4号墩施加横向预应力，考虑横梁钢束长度较小，为减小钢束预应力损失，钢束张拉方式采用单端张拉，横梁宽3.5m，竖向布置一排钢束，共计6束Φs15.2-11，钢束布置见图5，利用主梁纵向模型计算得到恒载及活载支反力，对于横梁两侧一半箱宽加横梁宽加一半箱宽范围内的恒载重量按均布荷载加载在箱宽上，其余恒载支反力按三个集中力加载在箱梁腹板中心处，活载可在全箱宽范围内动态加载，横梁计算结果满足规范要求。

主梁计算程序采用空间程序MIDAS 2015进行计算分析，单元模型见图6，纵梁计算时根据施工阶段受力情况，共计划分4个施工阶段，其中第一阶段为浇注并张拉纵向预应力钢束，第二阶段为浇注混凝土桥面铺装及防撞墙，第三阶段为浇筑沥青混凝土桥面铺装，第四阶段为成桥十年使用阶段。支座不均匀沉降按隔墩5mm考虑，考虑沥青混凝土铺装的影响，竖向日照正温差计算的温度基数T1取14℃，T2取5.5℃，负温差计算的温度基数T1取-7.0℃，T2取-2.75℃。

小半径预应力曲线桥易出现支座脱空，上部计算过程中结合桥宽偏载布置了3个车道，最外侧行车道中心线距防撞墙内缘1.4m，各偏载工况组合中全桥最小支座反力为1170kN，未出现支座脱空，应力也满足规范要求，其主要计算结果见表1。

表1 主梁主要计算结果

通过计算结果可得，纵向箱梁顶板张拉箱梁拉应力主要出现在端支点，中支点可通过调整束形解决应力问题，由于采用顶板张拉，梁端无腹板束通过，仅有底板束通过，端支点拉应力较大，设计中可加大底板束起弯角，增加锚固点距梁底距离来改善应力分布，构造设计中宜加大端横梁附近底板厚度，满足钢束保护层厚度；另外，第一排顶板张拉槽口位置距横梁距离也宜适当，过近对横梁主筋破坏严重，不利横梁受力，距离过远对端支点应力不利，此类箱梁端横梁计算应留有适当安全度，考虑槽口对横梁的削弱，支座间距宜合理选择，必要时可增加支座数量，以改善端横梁受力。顶板开槽尺寸不宜过大，张拉千斤顶采用轻量化型，可采用分批张拉，钢束与顶板夹角不宜过小，以减小锚下应力，避免结构出现劈裂破坏。

2 双向受力薄壁墩计算分析

受贵遵复线中分带宽度限制，4号墩斜置25°，薄壁墩横桥向底宽3.5m，顺桥向宽1.5m，为加大支点间距，墩顶设横向加宽至5m，支座间距3.5m，墩立、平面图详见图7、图8。

下部结构的计算根据全联桥墩刚度进行分配各墩纵、横向力，4号墩按照双向受力构件计算，其抗弯贯矩及受力按斜交角进行分解，支座传递的竖向力通过上部模型计算结果取用，经验算4号墩为小偏心受压构件，墩柱计算长度系数偏安全地按一端自由一端固结取用，墩柱裂缝计算结果见表2。

表2 4号墩裂缝计算结果

3 结构抗倾覆稳定性计算分析

第二联箱梁位于R=200m的右偏圆曲线及缓和曲线上，2、3、5号墩为双园柱间距6.5m，4号墩支座正距3.172m，考虑曲线半径小及4号墩支座间距较小，对上部结构进行了抗倾覆验算，抗倾覆计算中选取倾覆轴是很关键的，依据倾覆轴外侧再无支座支撑及倾覆轴与桥梁曲线外边缘所围面积最大两个原则，确定倾覆轴为3、4号墩外侧支座连线，主要计算两种工况，工况一为公路-I级荷载；考虑实际运行车辆存在超载情况，工况二为重车自定义车辆荷载，按公路桥涵设计通用规范《JTG D60-2015》55t车辆荷载车列密集布置，取前后车轴距3.2m布置，横桥向局部最多可布置两列重车，倾覆示意详见图9。

抗倾覆弯矩主要由梁体自重产生，倾覆弯矩主要由倾覆轴外侧汽车偏载产生，抗倾覆稳定系数为二者之商，两种工况抗倾覆稳定系数计算结果见表3，本桥抗倾覆计算结果富余量较大，远大于规范要求值，设计方案满足桥梁抗倾覆稳定性安全要求。

表3 抗倾覆稳定系数主要计算结果

4 结论

通过青山立交B匝道桥上部顶板张拉箱梁及下部结构计算分析，供以后相近桥梁设计提供一些借鉴:

(1)顶板张拉箱梁可满足多联预应力箱梁桥同时施工，需合理设置顶板槽口与端横梁的距离，钢束束数不宜过大，腹板束与箱梁顶板起弯角不宜过小。

(2)对与墩柱斜置的箱梁桥宜按双向受力构件计算下部结构。

[1] 中华人民共和国交通运输部．JTG D60-2015公路桥涵设计通用规范[S]．北京：人民交通出版社，2015．[2] 中华人民共和国交通部．JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．

[3] 中华人民共和国交通运输部.JTG B01-2014公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2014．

[4] 黄侨，王永平．桥梁混凝土结构设计原理计算示例[M]. 北京：人民交通出版社，2005．

[5] 王希超.新丰公公分离式预应力连续箱梁设计浅析[J].北方交通，2012(4).

[6] 王希超.4-25m预应力连续箱梁设计浅析[J].北方交通，2011(4).

[7] 王超.高台子互通式立交A匝道桥的设计与施工注意事项[J].北方交通，2007(12).

Brief Analysis on Design of Ramp Bridge for Qingshan Hub Interchange B

WANGXi-chao

(Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute Co.,Ltd.，Shenyang 110166,China)

The design schemes for upper and lower parts of Ramp Bridge for Qingshan Hub Interchange B, and process of calculating the prestressed box beam by adopting MIDAS procedure, bidirectional stress calculation of single-column pier and calculation of stability against overturning are introduced mainly, thus providing some reference for the design of such a kind of prestressed box beam.

Box beam; Against overturning; Bidirectional stress thin-wall pier; MIDAS

1673-6052(2016)11-0001-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.001

U442.5+3

B