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[摘 要] 国外的高速公路特别是发达国家比较注意高速公路的环保和景观效果,跨高速公路分离式立交桥的结构型式多样,尤其是在一些景区的分离式立交桥的外形很有个性,非常注重结构外形的建筑风格和效果,但对分离式立交桥的结构型式和景观效果还鲜见的有专门的研究。本文结合笔者对“王坑分离立交”的设计,提出应在实用的基础上,对结构进行美化设计,并针对跨线桥桥型选择及设计中的一些问题进行探讨。
1、概述
国内桥梁的设计一直注重结构的安全、可靠,除少数城市桥梁外,极少注意桥梁的结构型式与景观效果,也不像工业与民用建筑有专门的建筑师和结构工程师,各负其责并互相配合,国内高等院校除少数开有桥梁美学的选修课外,对于桥梁建筑学基本上还是空白,随着我国公路交通事业的发展,近年来互通式立交桥和跨线高架桥越来越多。这些立交桥和高架桥不仅是公路交通的枢纽,而且已经成为现代的标志性建筑。一个好的桥型设计,能使立交桥在发挥其自身通行能力的同时,体现出对周围环境的美化作用,有的甚至被看作是现代建筑中的艺术品。因而在选择桥型时,既要考虑实施的可行性,符合经济实用的原则;同时,又要考虑建筑造型艺术,满足美观要求。这一点已经被当今越来越多的设计者所重视,并且成为现代工程设计的一个重要特征。
2、实例桥简介
“王坑分离立交”桥(以下称为“实例桥”)是国网济广高速江西鹰瑞高速公路K441+250处的一座上跨主线的分离式跨线高架桥,与高速公路正交。桥面宽度为:净—4.5m,全宽5.5m。本桥上部采用等截面悬链线无铰板肋拱结构。设计荷载:公路II级,人群荷载:3.0KN/m2。
3、桥型选择
选择跨线桥桥型时更多的应根据附近地形地貌,结合地质情况,综合考虑实用、美观、经济合理以及设计施工的难易程度等因素,进行桥型方案分析,以最终确定工程实施方案。对于跨线高架桥而言,目前所采用的型式分梁式桥、刚构桥、各式拱橋、单塔斜拉桥等其他桥型。
笔者认为,在跨线桥高于主线>12m以上时(主线两侧为高边坡),应优先考虑拱桥形式。一个对的设计思路可以造就一个优质的作品。随着我国综合实力的不断增长和可持续发展的要求,对桥梁的外观与景观效果的研究会越来越受到重视。如今的设计师应该顺应这种要求,在对结构本身强度进行设计的同时,也应该对结构进行美化设计。作为跨线高架桥,就更为引人注目。因而要尽量减少横向墩的数量,加强下部空间的透视度,这对整个跨线高架桥是否美观,起着很重要的作用。而就这一点来说,当采用拱桥方案时很容易达到美观要求,并与现场环境自然融合。考虑到结构造型与各部位尺寸比例应相互协调:例如跨径与梁高及桥下净空比例,墩柱直径与高度及桥梁跨径的比例,主桥箱梁翼缘板悬挑长度与梁高的比例等。在这些方面,对实例桥而言,采用板肋拱式结构做得非常成功,避免了高墩墩柱尺寸与墩高的比例困难选择、更加避免了阻碍下行视线的通透感,板拱式桥梁结构简洁流畅,纤细轻巧,“虹桥卧波”,连续和谐。
图1
4、横截面设计
一般应根据桥的宽度和施工方便性来决定。对实例桥来说,采用等截面的结构形式,方便施工。用支架法现场浇筑施工时。实例桥采用1m宽的弧形翼板挑出,增强了实例桥的美观效果,同时也考虑到要充分利用拱桥的受力特性的变化情况,减小拱底宽度以适当提高正弯区截面重心,充分发挥拱底板受力筋的作用,减轻拱桥的自重。
图2
5、结构设计
上部结构采用1-46m等截面悬链线钢筋砼无铰板拱。地基及基础不均匀沉降(强迫位移):考虑拱脚竖向1.0cm,水平1.0cm;并由桥博自动进行最不利组合;计入弹性压缩、徐变的影响。相对湿度:0.8;整体均匀温度考虑:升温温差25℃,降温温差15℃;平均20℃。梯度温度:根据通规有:T1=25℃;T2=6.7℃(水泥混凝土铺装);并考虑温差负效应;横向分布系数1.15;汽车荷载冲击系数0.07;汽车荷载局部加载的冲击系数:1.3;结构共划分94个单元,95个节点。主拱圈单元共44个,从23#～66#单元;立墙单元共6个,从89#～94#单元;拱上连续板共44个单元,左跨从1#～22#,右跨从67#～88#。
图3
拱轴系数的验算
两者之差小于半级(即<0.0025),符合规范要求,所以可以确定本桥取定的拱轴系数m=2.514。悬链线作空腹拱的拱轴线可采用“五点重合法”即:在拱顶、跨径1/4及拱脚处使拱轴线与恒载压力线重合;
遵循规范规定将从拱顶、拱跨3/8、拱跨1/4和拱脚这四个截面进行验算,主拱圈的各个截面的配筋是基本相同的。各荷载组合说明如下:
组合1-MAX——承载能力极限状态最大;恒+汽+温;
组合1-MIN——承载能力极限状态最小;恒+汽+温;
组合2-MAX——正常使用短期效应组合最大;恒+汽+温;
组合2-MIN——正常使用短期效应组合最小;恒+汽+温;
组合3-MAX——正常使用长期效应组合最大;恒+汽+温;
组合3-MIN——正常使用长期效应组合最小;恒+汽+温;
表1
分别对主拱圈正截面抗压、斜截面抗剪、主拱圈稳定性、连续板强度、立墙强度进行验算,符合规范及设计要求。
6、结构施工
实例桥跨拱圈施工,因下跨高速公路,其现浇支架不得影响主线施工及大吨位机械通行,施工干扰大,决定了其施工的难度,对施工技术要求高。主要施工技术:基础小药量弱爆破,现浇支架的计算及架设,拱圈施工预拱度的预留,拱圈施工测量监控及拱圈混凝土施工。基础石方开挖都采用小药量、弱爆破的施工方法即手风钻打孔,密眼爆破法,以达到减少对拱座基础影响及安全的目的。
7、结束语
⑴在进行跨线高架桥设计时,应该把对结构的美化设计放在突出位置;在考虑结构自身强度的同时,应注重桥梁造型艺术。
⑵结构造型与各部位尺寸比例应相互协调,梁体结构要舒展流畅,讲究其线型,下部构造要简洁轻巧,通透性好,强调与自然景观的和谐过渡。
⑶拱桥结构形式多样变化,采用钢筋砼拱,既延续了我国悠久的拱桥结构形式、又具有现代建筑风格和特色。在支架法就地浇筑可以实现的情况下,应将其作为跨线高架桥优先考虑的桥型。
参 考 文 献
[1] 崔志伟 崔治 孙家驷 高速公路跨线桥景观设计《湖南城市学院学报(自然科学版)》2009年02期
[2] JTGD60-2004 公路桥涵设计通用规范[S]
[3] JTGD62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]■
1、概述
国内桥梁的设计一直注重结构的安全、可靠,除少数城市桥梁外,极少注意桥梁的结构型式与景观效果,也不像工业与民用建筑有专门的建筑师和结构工程师,各负其责并互相配合,国内高等院校除少数开有桥梁美学的选修课外,对于桥梁建筑学基本上还是空白,随着我国公路交通事业的发展,近年来互通式立交桥和跨线高架桥越来越多。这些立交桥和高架桥不仅是公路交通的枢纽,而且已经成为现代的标志性建筑。一个好的桥型设计,能使立交桥在发挥其自身通行能力的同时,体现出对周围环境的美化作用,有的甚至被看作是现代建筑中的艺术品。因而在选择桥型时,既要考虑实施的可行性,符合经济实用的原则;同时,又要考虑建筑造型艺术,满足美观要求。这一点已经被当今越来越多的设计者所重视,并且成为现代工程设计的一个重要特征。
2、实例桥简介
“王坑分离立交”桥(以下称为“实例桥”)是国网济广高速江西鹰瑞高速公路K441+250处的一座上跨主线的分离式跨线高架桥,与高速公路正交。桥面宽度为:净—4.5m,全宽5.5m。本桥上部采用等截面悬链线无铰板肋拱结构。设计荷载:公路II级,人群荷载:3.0KN/m2。
3、桥型选择
选择跨线桥桥型时更多的应根据附近地形地貌,结合地质情况,综合考虑实用、美观、经济合理以及设计施工的难易程度等因素,进行桥型方案分析,以最终确定工程实施方案。对于跨线高架桥而言,目前所采用的型式分梁式桥、刚构桥、各式拱橋、单塔斜拉桥等其他桥型。
笔者认为,在跨线桥高于主线>12m以上时(主线两侧为高边坡),应优先考虑拱桥形式。一个对的设计思路可以造就一个优质的作品。随着我国综合实力的不断增长和可持续发展的要求,对桥梁的外观与景观效果的研究会越来越受到重视。如今的设计师应该顺应这种要求,在对结构本身强度进行设计的同时,也应该对结构进行美化设计。作为跨线高架桥,就更为引人注目。因而要尽量减少横向墩的数量,加强下部空间的透视度,这对整个跨线高架桥是否美观,起着很重要的作用。而就这一点来说,当采用拱桥方案时很容易达到美观要求,并与现场环境自然融合。考虑到结构造型与各部位尺寸比例应相互协调:例如跨径与梁高及桥下净空比例,墩柱直径与高度及桥梁跨径的比例,主桥箱梁翼缘板悬挑长度与梁高的比例等。在这些方面,对实例桥而言,采用板肋拱式结构做得非常成功,避免了高墩墩柱尺寸与墩高的比例困难选择、更加避免了阻碍下行视线的通透感,板拱式桥梁结构简洁流畅,纤细轻巧,“虹桥卧波”,连续和谐。
图1
4、横截面设计
一般应根据桥的宽度和施工方便性来决定。对实例桥来说,采用等截面的结构形式,方便施工。用支架法现场浇筑施工时。实例桥采用1m宽的弧形翼板挑出,增强了实例桥的美观效果,同时也考虑到要充分利用拱桥的受力特性的变化情况,减小拱底宽度以适当提高正弯区截面重心,充分发挥拱底板受力筋的作用,减轻拱桥的自重。
图2
5、结构设计
上部结构采用1-46m等截面悬链线钢筋砼无铰板拱。地基及基础不均匀沉降(强迫位移):考虑拱脚竖向1.0cm,水平1.0cm;并由桥博自动进行最不利组合;计入弹性压缩、徐变的影响。相对湿度:0.8;整体均匀温度考虑:升温温差25℃,降温温差15℃;平均20℃。梯度温度:根据通规有:T1=25℃;T2=6.7℃(水泥混凝土铺装);并考虑温差负效应;横向分布系数1.15;汽车荷载冲击系数0.07;汽车荷载局部加载的冲击系数:1.3;结构共划分94个单元,95个节点。主拱圈单元共44个,从23#～66#单元;立墙单元共6个,从89#～94#单元;拱上连续板共44个单元,左跨从1#～22#,右跨从67#～88#。
图3
拱轴系数的验算
两者之差小于半级(即<0.0025),符合规范要求,所以可以确定本桥取定的拱轴系数m=2.514。悬链线作空腹拱的拱轴线可采用“五点重合法”即:在拱顶、跨径1/4及拱脚处使拱轴线与恒载压力线重合;
遵循规范规定将从拱顶、拱跨3/8、拱跨1/4和拱脚这四个截面进行验算,主拱圈的各个截面的配筋是基本相同的。各荷载组合说明如下:
组合1-MAX——承载能力极限状态最大;恒+汽+温;
组合1-MIN——承载能力极限状态最小;恒+汽+温;
组合2-MAX——正常使用短期效应组合最大;恒+汽+温;
组合2-MIN——正常使用短期效应组合最小;恒+汽+温;
组合3-MAX——正常使用长期效应组合最大;恒+汽+温;
组合3-MIN——正常使用长期效应组合最小;恒+汽+温;
表1
分别对主拱圈正截面抗压、斜截面抗剪、主拱圈稳定性、连续板强度、立墙强度进行验算,符合规范及设计要求。
6、结构施工
实例桥跨拱圈施工,因下跨高速公路,其现浇支架不得影响主线施工及大吨位机械通行,施工干扰大,决定了其施工的难度,对施工技术要求高。主要施工技术:基础小药量弱爆破,现浇支架的计算及架设,拱圈施工预拱度的预留,拱圈施工测量监控及拱圈混凝土施工。基础石方开挖都采用小药量、弱爆破的施工方法即手风钻打孔,密眼爆破法,以达到减少对拱座基础影响及安全的目的。
7、结束语
⑴在进行跨线高架桥设计时,应该把对结构的美化设计放在突出位置;在考虑结构自身强度的同时,应注重桥梁造型艺术。
⑵结构造型与各部位尺寸比例应相互协调,梁体结构要舒展流畅,讲究其线型,下部构造要简洁轻巧,通透性好,强调与自然景观的和谐过渡。
⑶拱桥结构形式多样变化,采用钢筋砼拱,既延续了我国悠久的拱桥结构形式、又具有现代建筑风格和特色。在支架法就地浇筑可以实现的情况下,应将其作为跨线高架桥优先考虑的桥型。
参 考 文 献
[1] 崔志伟 崔治 孙家驷 高速公路跨线桥景观设计《湖南城市学院学报(自然科学版)》2009年02期
[2] JTGD60-2004 公路桥涵设计通用规范[S]
[3] JTGD62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]■