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初步設(shè)計中,互通匝道橋設(shè)計控制要點(diǎn)有哪些?
互通匝道橋具有斜、彎、坡、異形等特點(diǎn),屬于不規(guī)則橋梁,其設(shè)計需"服從整體線形布置要求",橋梁平面布置和縱坡應(yīng)服從路線線形。核心依據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)、《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》(JTG/T D21-2014)、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362-2018)等。初設(shè)階段應(yīng)重點(diǎn)控制以下要點(diǎn):
一、匝道橋的特點(diǎn)(決定控制要點(diǎn)的基礎(chǔ))
- 橋面寬度較窄:一般匝道寬度在 6~11m 左右,多為一或兩車道
- 多為小半徑曲線梁橋:平曲線最小半徑可在 30~60m 左右,且往往設(shè)置較大超高值
- 縱坡較大:受占地和轉(zhuǎn)向功能限制,匝道橋往往設(shè)置較大縱坡
- 單跨跨徑受限:需跨越主線、其他匝道或非機(jī)動車道,單跨跨徑不能隨意減小
二、線形控制要點(diǎn)(與匝道線形專題銜接)
1. 平面線形
- 橋梁平面布置基本服從整體線形布置要求,橋梁縱坡服從路線縱坡
- 平曲線半徑?。≧<70m)時,荷載及預(yù)應(yīng)力對主梁扭轉(zhuǎn)作用大,需注意結(jié)構(gòu)受力
2. 縱斷面與合成坡度
- 匝道橋縱坡一般較大,需控制最大、最小坡度:建議匝道最小縱坡采用0.5%或1.0%,集散互通主流匝道最大縱坡采用2.5%或3.5%,次流匝道最大縱坡采用3.5%或4.5%
- 合成坡度制約圓曲線半徑:一般潮濕地區(qū)只有當(dāng)超高達(dá)到7%或8%、且縱坡不小于4.12%或5.66%時才可能超限(對應(yīng)設(shè)計速度一般不大于50km/h);合成坡度超限時應(yīng)加大平曲線半徑或降低設(shè)計速度,特別困難時可適當(dāng)減小超高值
3. 超高設(shè)置
匝道橋多為小半徑曲線梁橋,需設(shè)置較大超高值。超高設(shè)置常見三種方式:
- 通過梁高調(diào)整
- 梁高相同時采用墩高和墊塊調(diào)整
- 采用鋪裝層調(diào)整,或鋪裝層與墩帽共同調(diào)整
為構(gòu)造簡單、方便施工,主梁可做成等高度,超高橫坡由墩臺頂面形成。
三、上部結(jié)構(gòu)控制要點(diǎn)
1. 截面形式與剛度
- 由于存在彎扭耦合作用,需采用抗扭剛度較大的截面,整體性要好
- 小半徑曲線匝道橋宜采用箱形截面(跨度較大時)或?qū)嵭慕孛妫缍容^小時)
- 為增加剛度和穩(wěn)定性,上部結(jié)構(gòu)宜采用結(jié)構(gòu)連續(xù)(連續(xù)箱梁或連續(xù)實(shí)心板)
- 自上而下優(yōu)選箱梁,應(yīng)盡可能避免采用多梁式開口截面
2. 受力特點(diǎn)(設(shè)計關(guān)鍵)
- 彎扭耦合作用:曲梁在外荷載下同時產(chǎn)生彎矩和扭矩并相互影響,是曲梁獨(dú)有特點(diǎn),截面主拉應(yīng)力比相應(yīng)直梁橋大得多
- 內(nèi)外梁受力不均:存在較大扭矩,通常使外梁超載、內(nèi)梁卸載(寬橋時更顯著)
- 梁體變位不同于直梁:主梁外側(cè)豎向撓度大于內(nèi)側(cè);梁端截面可能出現(xiàn)翹曲;溫度作用下梁體有向彎道外側(cè)"爬移"趨勢
四、支承體系與下部結(jié)構(gòu)控制要點(diǎn)(核心風(fēng)險點(diǎn))
1. 支座設(shè)置原則
曲線梁橋的不同支承方式對其上下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響很大,支座設(shè)計需遵循:
- 梁端支座布置在滿足承載力前提下橫向支座不宜多于2個,以免支座脫空
- 墩高較大的獨(dú)柱式中墩宜采用"墩-梁固結(jié)"構(gòu)造,利用橋墩柔性適應(yīng)變形;墩較矮時設(shè)固定支座防止過大徑向位移
- 支座間距應(yīng)盡量設(shè)大;構(gòu)造上應(yīng)設(shè)置強(qiáng)大的水平限位措施
2. 支座預(yù)偏心
- 調(diào)整支座橫向位置,使支座向與扭矩相反方向偏移,讓曲線梁達(dá)到類似直梁的平衡狀態(tài)
- 偏心值需根據(jù)實(shí)際計算分析得到,經(jīng)驗(yàn)值 = (梁高+鋪裝)×橫坡
- 可有效防止墩頂開裂、側(cè)向位移、支座脫空等病害
3. 支承方式選擇(按橋?qū)捄颓拾霃剑?/h3>- 寬橋、曲率半徑較大(B>12m,R>70m):宜在中墩處采用抗扭較強(qiáng)的多柱或多支座支承
- 窄橋、曲率半徑較小(B<12m,R<70m,如匝道橋):中支座處適宜采取單點(diǎn)支承,通過放松扭轉(zhuǎn)約束減少箱梁扭轉(zhuǎn)內(nèi)力
4. 獨(dú)柱墩風(fēng)險防控
- 獨(dú)柱墩抗扭性能差,在小半徑曲線橋梁設(shè)計中應(yīng)加以避免,應(yīng)優(yōu)先選用雙柱墩
- 獨(dú)柱支承曲線梁橋受力復(fù)雜,必須用空間分析程序對上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的計算
5. 跨間橫梁
- 半徑小于240m時應(yīng)設(shè)置跨間橫梁;曲線上匝道橋橫隔板設(shè)置要比相應(yīng)直橋加強(qiáng)
五、抗傾覆控制要點(diǎn)(重中之重)
匝道橋具有橋面寬度小、恒載占比小、抗傾覆能力弱的特點(diǎn),設(shè)計時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注抗傾覆問題。小半徑曲線匝道橋在基本組合作用下,支反力最小值位于邊墩內(nèi)側(cè)支座,抗傾覆設(shè)計重點(diǎn)是防止邊墩內(nèi)側(cè)支座脫空。
主要措施:
- 支座調(diào)偏:全橋支座沿橋梁結(jié)構(gòu)中心線的法線向曲線外側(cè)平移(如200mm),保證內(nèi)外側(cè)支座在恒載下受力均勻
- 壓重:對邊墩范圍內(nèi)鋼梁填充壓重混凝土,增加邊墩支座恒載反力
- 增強(qiáng)抗扭剛度截面并加強(qiáng)橫隔梁強(qiáng)度,合理設(shè)置支座偏心
?? 警示案例:鄂東長江公路大橋匝道側(cè)翻事故(花湖互通D匝道)中,匝道按極限值最小半徑700m選取,支座采用盆式橡膠支座、下部為雙柱式橋墩和單柱式橋墩,暴露出彎道匝道橋抗傾覆設(shè)計的風(fēng)險,需高度重視。
六、跨徑布置與分聯(lián)控制要點(diǎn)
- 布跨應(yīng)合理,有條件時盡量選用小跨徑,分聯(lián)長度不宜過長,減少曲線曲率的影響
- 平面曲線半徑大時跨徑可適當(dāng)加大;半徑較小時應(yīng)適當(dāng)減小跨徑,減少扭矩引起的內(nèi)力
- 小半徑曲線梁橋梁高大于跨徑的1/18時較經(jīng)濟(jì)
七、構(gòu)造與預(yù)應(yīng)力控制要點(diǎn)
- 防崩鋼筋:曲線梁橋預(yù)應(yīng)力鋼束徑向力很大(小半徑時更顯著),須考慮其對主梁腹板曲線內(nèi)側(cè)混凝土的壓力,可能引起腹板崩裂和鋼束崩出,需在腹板內(nèi)設(shè)置足夠數(shù)量的防崩鋼筋
- 保護(hù)層厚度:預(yù)應(yīng)力構(gòu)件曲線平面內(nèi)外管道的最小混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)符合 JTG 3362 規(guī)定
- 抗扭配筋:箱梁底板上下層橫向筋、頂板上下層橫向筋及腹板箍筋相互搭接,構(gòu)成封閉抗扭構(gòu)造;腹板側(cè)面布置較多受力鋼筋
- 負(fù)彎矩區(qū)抗裂(鋼-混組合梁):可采用正負(fù)彎矩區(qū)橋面板分批澆筑、抗拔不抗剪剪力釘、加強(qiáng)負(fù)彎矩區(qū)橋面板配筋等措施
八、抗震概念設(shè)計要點(diǎn)
匝道橋?qū)俨灰?guī)則橋梁,地震響應(yīng)特殊,曲線梁橋具有較高地震易損性,抗震概念設(shè)計尤為重要:
- 上部結(jié)構(gòu)宜采用結(jié)構(gòu)連續(xù),采用抗扭剛度大的箱形截面,提高抗震性能
- 下部結(jié)構(gòu):小半徑匝道橋地震作用下橋墩可能產(chǎn)生較大扭矩,墩身宜采用抗扭剛度較大且整體性好的結(jié)構(gòu)(獨(dú)柱實(shí)心墩或空心墩);采用雙柱式墩時應(yīng)進(jìn)行全橋空間地震響應(yīng)分析
九、初設(shè)階段應(yīng)重點(diǎn)核對的控制清單
| 控制項(xiàng) | 要點(diǎn) |
|---|---|
| 線形協(xié)調(diào) | 橋位線形服從路線總體,平面、縱坡一致;核對平曲線半徑、超高、縱坡及合成坡度 |
| 結(jié)構(gòu)選型 | 優(yōu)選抗扭剛度大的箱梁,結(jié)構(gòu)連續(xù);按半徑、跨徑、墩高合理選型 |
| 支承體系 | 支座布置數(shù)量、間距、預(yù)偏心、墩梁固結(jié)方式;避免支座脫空 |
| 抗傾覆 | 邊墩內(nèi)側(cè)支座反力核算,采用支座調(diào)偏、壓重措施 |
| 跨徑分聯(lián) | 小半徑時減小跨徑、控制分聯(lián)長度 |
| 構(gòu)造 | 防崩鋼筋、抗扭配筋、保護(hù)層厚度 |
| 抗震 | 概念設(shè)計,下部結(jié)構(gòu)抗扭選型 |
| 專業(yè)協(xié)調(diào) | 與橋梁、交通工程、房建、景觀等專業(yè)協(xié)調(diào),控制用地與造價 |
參考規(guī)范與手冊:
- 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)
- 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362-2018)
- 《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》(JTG/T D21-2014)
- 《互通式立體交叉設(shè)計指導(dǎo)手冊》
核心結(jié)論:初步設(shè)計中互通匝道橋的控制要點(diǎn),可歸納為——"線形服從路線、結(jié)構(gòu)抗扭連續(xù)、支承防脫可靠、抗傾覆優(yōu)先、構(gòu)造防崩加強(qiáng)、抗震概念設(shè)計"。其中小半徑曲線梁橋的彎扭耦合受力、支座脫空與抗傾覆問題是設(shè)計中最關(guān)鍵、最易出風(fēng)險的環(huán)節(jié),必須在初設(shè)階段通過空間分析程序全面核算。
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