济南市北园大街高架桥梁设计

　　北园大街位于济南市主城区北部，现为主城区内铁路以北地区一条全线贯通的东西向交通干道，是济南市区一条重要的对外通道，向东连接工业北路，向西规划连接京沪高速铁路客运站。北园大街作为铁路以北重要干道，长期以来由于受到铁路的分隔，路网不成系统，两侧用地布局混乱、建设无序、环境较差，道路交通等基础设施条件相对薄弱，无法成为东西两翼发展的纽带。该工程建设可加速东西两翼建设、带动济南北部地区的发展、改善城市环境、调整用地布局、提升城市品质。

　　2北园大街高架桥设计

　　北园大街功能定位为分段式、多功能交通走廊，采用快速路和快速公交“双快”组合模式。本次高架道路设计范围西起济齐路西侧东至电建路，全长11.55公里。

　　本着技术先进、经济合理与周围环境协调，具有良好的景观效果的原则设计人员对桥位进行了认真测量，调查收集了大量相关资料和外业数据，参考吸收了国内外桥梁建设的成功经验，反复比较、论证各种适宜的桥型方案，提出了以主线预应力砼连续箱梁和钢-砼叠合梁为主的组合桥型设计方案。桥梁结构设计主要包括北园大街高架主线及两侧平行匝道。

　　2.1设计原则

　　(1)高架道路线形标准满足《城市道路设计规范》的要求;

　　(2)与周围环境协调，具有良好的景观效果;满足城市规划、防火、环保等要求;

　　(3)高架结构应满足耐久性要求;

　　(4)桥梁墩跨布置满足地面交通组织需求，尽量避让地下管线，减小管线迁移和工程施工难度;

　　(5)高架道路平面设计符合技术要求的条件下尽量减少拆迁量;

　　(6)高架道路纵断面设计综合考虑远期设置人行天桥预留条件、匝道接地长度、景观效果等因素。

　　2.2总体布置

　　2.2.1平面设计

　　主线全线设置12个折点，平曲线半径最小为600米，平曲线长度最小为140米,缓和曲线最小长度50米。

　　匝道平曲线半径最小为54米,缓和曲线最小长度30米。

　　2.2.2、纵断面设计

　　高架道路全线最小凸竖曲线半径1200米，最小凹形竖曲线半径为1600米。

　　匝道纵断面设计主要控制因素是落地点距交叉口的距离、跨越主要相交路口的净高、匝道长度等，上匝道最大纵坡为4.5%，下匝道最大纵坡为4%。

　　2.2.3、横断面设计

　　高架道路标准段全宽24米，双向六车道，两块板形式，中央及两侧防撞护栏均宽0.5米。匝道全宽8米，单向单车道，一块板形式，两侧防撞护栏宽0.5米。

　　由于受道路用地限制，地面道路中央分隔带宽度取6.5米，高架墩柱均布置在分隔带内。

　　2.2.4桥梁跨径布置

　　主线上部结构跨径一般在30m～35m左右，采用预应力混凝土连续箱梁，三跨至五跨一联。在济齐路、黄岗路、济洛路、三孔桥跨铁路处、历黄路和历山路大型交叉路口，均采用跨径40~50米不等三跨钢-混凝土结合连续梁。

　　匝道桥宽为8m，跨径在25~35m左右，平曲线半径较小处采用钢筋混凝土连续箱梁;其余采用预应力混凝土连续箱梁，三跨至五跨一联。

　　2.3结构设计

　　2.3.1结构计算

　　桥梁结构设计本着安全、经济、美观、方便施工的原则进行，桥梁荷载标准考虑高架桥上禁止通行大型货车选取。“桥梁博士”程序按平面杆系进行内力和应力计算，采用“MIDAS”空间计算程序进行内力和应力复核，模拟施工和运营过程，考虑结构自重、桥面铺装、防撞墙、基础不均匀沉降、混凝土收缩和徐变、温度力、预应力、汽车荷载等恒载和活载的作用。综合各种计算结果，以最不利荷载组合控制全桥设计。

　　计算结果的控制：对于预应力砼连续梁，按A类构件进行应力控制，在组合I下,箱梁上下翼缘不出现拉应力，并保证不小于0.5MPa的压应力，在其他组合下，箱梁下缘不出现拉应力，支点处箱梁的上缘拉应力不超过规范容许值。

　　2.3.2上部构造设计

　　主梁结构的特点是类型多，是设计的难点，也是本文要重点介绍的内容。采用主线预应力砼连续箱梁、钢-砼叠合梁，匝道连续箱梁。

　　(1)主线预应力砼连续箱梁

　　箱梁采用后张法预应力混凝土结构，采用圆弧形梁底，薄壁、少肋单箱多室断面，纵、横桥向预应力钢束由Φs15.2高强度低松弛钢绞线和优质群锚组成，塑料波纹管成孔，施工采用一次落架成形。标准跨径组合为3x30m，标准段梁高2.2m，标准段顶面宽为24m，跨中腹板厚0.4，支座附近腹板厚0.6～0.7m;顶板厚0.22m;跨中底板厚0.2m，支座附近厚0.4m。在距分孔线7.5到横隔梁处为腹板、底板厚度过渡段。室宽(腹板中心线~中心线)一般不大于5.5m。

　　在支点处设置横梁，端横梁宽1.0~1.45m，中横梁宽2.0~3.0m。

　　在分、合流口桥面变宽处，按箱体变，圆弧形底曲线长度不变处理，以保证桥梁结构外轮廓的连续性。

　　(2)主线钢-砼叠合梁

　　主线钢-砼叠合梁的外形相邻预应力混凝土连续梁一致，底板、腹板采用钢板拼接而成，顶板采用主梁腹板支承形式的钢筋混凝土结构，横梁处施加横向预应力。钢主梁横断面为槽形钢箱梁等截面结构，腹板中心线之间的宽度为3.0米，上翼缘板和底板均外伸25厘米，断面全宽3.5米，腹板高度由桥面横坡及梁底弧线确定，从1.03~1.97米不等。每隔4.5米设一道钢横隔板，腹板和底板按构造要求设置加劲肋。

　　钢横梁为变高度箱形梁，单箱单室结构，边横梁箱全宽1.16米，腹板间距0.9米，中横梁箱全宽2.4米，腹板间距2.0米，箱梁每隔1.5米设一道横隔板，腹板、顶板和底板均按构造要求设置加劲肋，在预应力锚具固定端，顶板预留锚固的凹槽。

　　主梁纵向连接接头采用M24高强螺栓按钢梁底板、腹板、翼缘板的强度在现场支架上连接。

　　主梁之间的横向连接采用每隔4.5米设置一道与主梁横隔板对应的横向连接板，主梁之间梁底透空部分采用厚度为6mm的钢板连接，形成完整的大弧形梁底。

　　桥面板厚度为22cm，在钢梁翼缘板、横梁处厚度为28.5cm。预制板采用C40钢筋混凝土，现浇板采用C50无收缩纤维混凝土，预制板与钢梁结合部位采用M10水泥砂浆座浆。

　　(3)匝道连续箱梁

　　匝道桥桥宽8.0m，断面为圆弧形薄壁、少肋单箱多室断面，平曲线半径较小处采用钢筋混凝土连续箱梁;除小半径的曲梁设置跨间横隔板外，其余均在支点处设置横梁，一次落架成形，梁高采用158.6厘米。其余采用预应力混凝土连续箱梁，三跨至五跨一联。预应力混凝土连续梁设纵向预应力，横桥向不设预应力。后张法预应力混凝土结构，预应力钢束由Φj15.24高强度低松弛钢绞线和优质群锚组成，塑料波纹管成孔。桥面宽为7.5m，跨中腹板厚0.3~0.4m，支座附近腹板厚0.6~0.7m;顶板等厚0.2m;跨中底板厚0.2m，支座附近厚0.4m。在距分孔线6～9.75m到横隔梁处为腹板、底板厚度过渡段。

　　2.3.3下部结构

　　(1)桥墩

　　曲线桥墩造型优美，大量应用于城市立交和高架桥中。但曲线墩与其传力路径不协调，受力情况比较复杂，在连接处会产生应力集中。为了综合考虑结构的合理受力与美观的造型，避免应力集中现象，找出造价低、美感好、受力合理的最佳形式，设计时通过大型有限元软件ANSYS对曲线墩进行了受力仿真分析，并对曲线墩设计进行了优化。

　　主线标准桥墩采用弧形双立柱，立柱之间设置预应力混凝土系梁以平衡外力，立柱为矩形断面，根部断面尺寸1.75米×1.75米，四周设R15厘米圆角。

　　匝道桥墩采用独柱形式，矩形断面，柱的上端横桥向两侧向外弧;根部断面尺寸1.6米×1.6米;边墩立柱在顶部展开，以满足支座边缘尺寸不小于15厘米的要求。

　　(2)基础

　　设计中通过有限差分软件FLAC模拟群桩(或单排桩)，考虑桩基变形、墩桩联合受力、桩土共同作用等因素，更加合理的选定方案，确定断面尺寸。

　　全线高架桥梁基础采用钢筋砼扩大基础和钻孔灌注桩基础两种形式。根据地质报告，主线桥墩P39-P64及A、B匝道桥墩地质情况较好，岩层埋深较浅，一般为0.5-4米，采用钢筋砼扩大基础形式;在地质情况复杂，岩层埋深较深处采用钻孔灌注桩基础，钻孔灌注桩采用端承桩和摩擦桩两种形式，主线桥墩桩基础采用6根Ф1.2m或4根Ф1.5m钻孔灌注桩;匝道桥墩桩基础采用2根Ф1.2米或单根Ф2.25米，匝道桥台桩基础采用2根Ф1.5米。

　　3结语

　　北园大街高架桥是济南市北园大街道路(快速路、快速公交)及环境建设工程的控制性工程之一，施工工期短、施工场地受限制，上下部构造复杂是该桥的特点也是设计和施工的难点，通过精心设计，努力创新，大胆采用新技术、新工艺使该桥上下部结构尺寸合理比例协调，工程整体气势宏大、庄重沉稳又不失轻盈美观，符合安全、经济、适用、美观的原则。随着高等级城市道路的建设和发展，对道路线形的要求越来越高，也必定会出现更多的曲线桥梁。不同的桥梁，不同的结构，不同的特点，只有在工作中不断的总结和积累点滴的经验，才能更好地为工程建设提供结构合理。安全经济，施工简便，可操作性强的设计方案，确保工程建设的顺利进行。本工程对类似高架桥工程日后的设计和施工具有一定的参考借鉴价值。

　　参考文献

　　[1]JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范[S]

　　[2]JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]

　　[3]CJJ37—90城市道路设计规范[S]

　　[4]小飒工作室.最新经典ANSYS及Workbench教程[M].北京：电子工业出版社，2004.

　　[5]王文涛.刚构一连续组合梁桥[M].北京：人民交通出版社，1997.

　　[6]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1996.

　　[7]刘效尧，赵立成.梁桥[M].北京：人民交通出版社，1996.

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