王力欣
中交河北土木工程有限公司 052160
摘要：通过对该跨铁路立交桥主桥的设计，为预应力砼刚构-连续箱梁桥的设计拓展了思路，提供了一种新的桥型和设计方法。
关键词：桥梁工程；预应力砼刚构-连续箱梁桥；低矮桥墩
该立交桥处于国道与铁路交汇处，交角为17°34′42″。根据此处交通量分析及桥址处现状，确定对该处交通道路进行改造，建设上跨铁路的立交桥。立交桥由主桥、引桥、引道三部分组成。主桥上部结构为双幅变截面刚构-连续箱梁组合体系，引桥为后张法简支小箱梁，引道两侧采用挡墙。主桥桥跨布置：左幅为36m+58m+90m+58m,右幅为58m+90m+58m+36m；主桥长242m，下部薄壁墩，桩基础。
一、桥型设计
该处道口北端为33.0m宽城市道路，南端为40.0m宽城市道路，而铁路路基宽20.22m，在路基范围内不能设墩。若完全一次性跨越至少要160m的跨径，不但造价高，而且施工工序多，结构受力亦相对较复杂，与桥址处景观不甚协调，而预应力砼连续刚构的经济跨径为80～150m，这种桥型受力明确，下部结构简洁，施工工艺成熟，工程造价相对较低，近年来越来越普遍地被采用，而且不影响铁路通车，因此，预应力砼连续刚构成为首先桥型。经过多种跨径方案比较，以满足铁路通车净空的要求，同时考虑安全、经济、美观、实用的原则，在跨越铁路时，左右幅分错开布置，主跨采用90m，边跨58m，次边跨36m，主跨、边跨及次边跨之比为1：0.64：0.40。如下图
二、桥梁结构特点
上部结构采用变截面箱形梁，下部主墩采用双薄壁墩，墩顶与主梁固结；边跨墩顶设滑动支座，与主梁为铰接，形成连续刚构与连续梁组合体系。选用这种桥型主要是从连续刚构受力特点受到启发，连续刚构中墩梁固结，桥墩的高度对结构的内力和位移是有影响的，因此一般都在桥墩高度较高的时候选用这种桥型。以利用墩身的柔度来适应结构的变形，因此主跨跨径90m连续刚构，在墩身高度较矮的情况下，只要墩身刚度适当，温度变化及砼收缩等产生的二次内力的影响是较小的情况下，这种桥型的构思是可以成立的。经过多次计算比较，墩身厚度从0.8m～1.2m,墩身距离从3.0～4.0m的多种组合，通过大量的计算工作，选取结构的主要内力-弯距和结构位移进行分析，主要有如下特点：
1.高度相同的情况下，桥墩的刚度不同所引起的结构内力和位移不同；随着桥墩墩身刚度的减少，主梁跨中截面正弯距和主梁支点截面负弯距更接近相应跨径的连续梁桥的弯距；
2.桥墩根部截面的负弯距随着墩身刚度的降低而减小，跨中正弯距随着增大；
3.桥墩墩顶的水平位移随着墩身刚度的降低而增大；
根据计算结果分析以及借鉴国内许多成功的范例，为利用墩身的柔性的特点来适应桥梁由于荷载因素引起的墩顶水平位移，拟定本桥的上下部结构尺寸。这种桥型主要有以下特点：
1.左右幅错开布置，利用次边跨调整：不致影响桥梁的总体美观，同时又达到了较小跨径跨越的目的；
2.墩梁固结：既保留了连续梁桥的受力特点，同时又具有刚构的受力特点，墩梁固结：可避免由于体系转换而产生的二次内力;可减小由于桥下正常行车对砼浇筑的影响；可节省大吨位支座和养护费用；
3.双薄璧主墩：可减小主墩墩顶的负弯距峰值；有利于主梁悬臂施工时抵抗各种不利因素对主梁内力的影响；同时为安全施工提供了可靠的保证。
4.墩身厚度较薄：利用墩身的柔性变位有利于减少温度变化、砼收缩徐变产生的二次内力；
5.适当增加顶板及翼板根部的厚度，取消了顶板横向预应力钢束简化了施工工序。
三、主桥箱梁构造设计
预应力砼梁桥随着跨径的增大，自重荷载占其总荷载的比例较大，如何使截面构造轻型化以减轻上部构造的自重，从而节省工程造价，同时还要保证结构的安全，是拟定上部结构主要尺寸的一个主要原则。
1、箱梁尺寸的拟定：国内外许多工程实例证明，箱形截面整体性好，承受正负弯距及抗扭能力强，是一种经济合理的截面形式。该桥次边、边跨、中跨之比为0.40：0.64：1.0，36m次边跨为等截面箱梁，梁高2.3m，高跨比为1/15.65，主跨边跨为变截面双向预应力单箱单室断面，边跨为58m，主跨为90m，箱顶宽11.24m，底宽6.2m，翼板悬臂长2.52m，箱顶横坡为1.5%，底板水平，中支点梁高5.0m，高跨比为1/18，跨中和边跨支点梁高2.30m，边跨12.15m和次边跨36m等截面箱梁，梁底按二次抛物线线型变化。箱梁断面顶板厚25cm，底板厚50～25cm，腹板厚80～40cm，翼板端部厚16cm，根部加厚至60cm。
箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲剪力和扭转剪力所引起的主拉应力。腹板设有下弯钢束及部分设置竖向预应力，使剪应力和主拉应力值相对减小。本箱梁0#块腹板厚80cm在中支点两侧5.25m～27.35m腹板厚60cm，并均设置竖向预应力。在过渡墩墩顶和梁端横隔板相接处腹板也增厚至80cm，以减小局部应力，其余均为等厚度40cm，因钢束管道布置在腹板内，一部分钢束锚固在腹板附近，锚下局部应力较大；另外等厚度腹板可以简化内模构造，方便施工。
箱梁横隔板的基本作用是增加截面的横向刚度，限制箱梁的畸变应力。支承处的横隔梁还担负着承受和分布较大支承反力的作用，将上部构造的荷载传递给下部，箱形截面本身的抗扭刚度比较大，根据以往的成功范例，该桥在零号块将双薄璧墩深入零号块顶板处，在支座墩设设置实体式刚性横隔梁，在边跨不平衡段端和过墩墩顶处，将上下底板和腹板厚度加大，形成加强的框架，以起到柔性横隔板的作用，满足受力的需要。在腹板与顶板、底板接头处均设置了承托，提高了截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变应力。桥面板在支承处的刚度加大后，吸引了负弯距，从而减少了桥面板的跨中弯距。同时力线过渡也比较平缓，减小了次应力。此外，利用承托提供的空间
布置纵向预应力钢束，为减薄底板和顶板的厚度提供了构造上的保证。
2、纵向预应钢束
纵向预应力钢束是刚构-连续梁桥主要的受力材料。为减少顶板的厚度，尽量较少顶板钢束，腹板下弯钢束参照近几年我省做了的多座预应力砼连续梁桥。“T”构负弯距钢束的以满足各悬臂施工阶段抵抗自重和施工荷载为主要指导思想，因此，顶板负弯距钢束比以往设计的同类桥梁有所减少，这样有利于减薄顶底板的厚度提供更好的保证。
3、横向预应力钢束
考虑到半幅桥宽为11.24m，又为薄璧墩固结或双支承，横向的正、负弯距都比较大，设置顶板横向预应力钢束，只能克服负弯距，对于正弯距起着相反的作用，因此，本桥取消了顶板横向预应力钢束，改为增加顶板和翼板根部的厚度。
4、竖向预应力
同样考虑到半幅桥宽为11.24m，又为薄璧墩或双支承，在大于1/3主跨梁段，主梁的剪应力和主拉应力值与次边跨的等截面梁段相近，而36m边跨为等截面箱梁，因此，本桥取消了该梁段的竖向预应力束，在1/3跨以内考虑到为变截面箱梁设置竖向预应力束，主要是考虑到底板上锚固有正弯距钢束，设置竖向预应力钢束可以较小主梁的剪应力和主拉应力值。
5、桥墩设计
桥墩设计一改过去立交桥都设计为圆柱的习惯，该立交桥根据上部构造的要求，主墩设计为双薄璧墩，其余设计为薄璧墩，既简洁大方，又体现了现代城市的风格。该立交桥主桥的设计所采用的预应力砼刚构—连续箱梁桥组合体系，以及错孔布置的桥跨组合，为同类桥的设计提供了新的思路。