武漢市岳家嘴立交設(shè)計(jì)

武漢市岳家嘴立交設(shè)計(jì)

1地面下高架匝道武漢市岳家口交叉口位于徐東街與中北路交匯處，為三層互通性交叉口。第三層為徐東大街直行高架,第二層為4條供各路口車(chē)輛左轉(zhuǎn)的高架匝道,地面層設(shè)中北路直行車(chē)道和4條右轉(zhuǎn)匝道。地鐵4號(hào)線在中北路下方,并與中北路及延長(zhǎng)線相同的線位向前推進(jìn),在岳家嘴路口有一大型車(chē)站,該立交范圍將來(lái)人流量大,公交站點(diǎn)較多,車(chē)流集中,客流換乘量大。所以本立交的建成,除要為機(jī)動(dòng)車(chē)提供直接、順暢、高速、舒適的行車(chē)條件外,還要為行人和非機(jī)動(dòng)車(chē)提供安全、便捷的交通條件。2長(zhǎng)根據(jù)隧道設(shè)計(jì)(1)匝道道路等級(jí):快速路連接道;(2)設(shè)計(jì)車(chē)速:50km/h;(3)A匝道橋?qū)?全寬9m,單向2車(chē)道;B、C、D匝道橋?qū)?全寬7.5m,單車(chē)道;(4)設(shè)計(jì)活載:城-A級(jí),不計(jì)人群荷載;(5)設(shè)計(jì)凈空:不小于4.5m;(6)地震基本設(shè)計(jì)烈度6度,設(shè)防烈度7度;(7)橋面最大縱坡:±4%;(8)橋面橫坡:1.5%～4%的單向坡,箱梁橫坡采用結(jié)構(gòu)剛性旋轉(zhuǎn)形成。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1鎮(zhèn)中心區(qū)交通走廊(1)徐東路既是內(nèi)環(huán)線的組成部分,同時(shí)又與東湖路一起是武漢市迎賓路的一部分,而內(nèi)環(huán)線是聯(lián)系主城三鎮(zhèn)中心區(qū)的快速客運(yùn)通道,是三鎮(zhèn)中心區(qū)的主要的交通走廊,是中心區(qū)重要的景觀性道路,對(duì)景觀要求較高。(2)根據(jù)經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則,在滿(mǎn)足功能的前提下采用經(jīng)濟(jì)跨徑作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。(3)地下管線比較復(fù)雜,下部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能采取避讓設(shè)置,減少管線拆遷工程量。(4)在滿(mǎn)足橋下凈孔高度的前提下,為減少高架橋梁的長(zhǎng)度,結(jié)構(gòu)高度要盡可能小。(6)結(jié)構(gòu)構(gòu)造要簡(jiǎn)潔,形式盡可能要統(tǒng)一,提高施工設(shè)備效率。3.2a.中墩固結(jié)裝置2個(gè)中墩匝道橋多處位于小半徑曲線上(Rmin=100m),一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu),2～4跨1聯(lián),標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30m,對(duì)于受條件限制的大跨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼-混組合梁?？紤]曲線梁“爬移”的特點(diǎn),每聯(lián)1個(gè)中墩采取墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)形式。具體跨度布置如下:A匝道3×30m+(30+2×45+30)m+3×30m;B匝道2×30m+3×30m+(32+41.75+32)m+3×30m;C匝道4×25m+(25+30+25)m+3×30m;D匝道(2×28+42+26)m+(28+2×34+28)m+(38+47.5+38)m+2×30m。其中,(30+2×45+30)m、(32+41.75+32)m、(2×28+42+26)m、(38+47.5+38)m為預(yù)應(yīng)力鋼-混組合梁,其余均為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)。3.3下建構(gòu)下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)由于地形條件、車(chē)道數(shù)目和規(guī)劃構(gòu)造物的限制,各個(gè)匝道很難做到跨徑、截面統(tǒng)一,況且有的區(qū)域跨度相差較大,但為了滿(mǎn)足景觀要求,同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則,每個(gè)匝道考慮1個(gè)橋梁高度(采用經(jīng)濟(jì)跨度梁高),A、D匝道梁高為1.7m,B、C匝道梁高為1.6m,大跨度結(jié)構(gòu)利用鋼-混組合梁來(lái)實(shí)現(xiàn)降低梁高;相鄰兩聯(lián)之間設(shè)計(jì)牛腿(圖1)進(jìn)行過(guò)渡,牛腿長(zhǎng)度為0.9m。從外觀上看,整個(gè)上部結(jié)構(gòu)線形連續(xù)、自然暢通,無(wú)隔斷感,做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用和美觀雙贏。(2)小半徑曲線梁處于彎、剪、扭的復(fù)合受力狀態(tài)下,特別是彎扭耦合顯著,由于存在較大的扭矩,通常會(huì)出現(xiàn)外梁超載、內(nèi)梁卸載現(xiàn)象,這就要求梁部截面不僅具有較大的抗彎剛度還需要較大抗扭剛度。本橋所有匝道均采用了魚(yú)腹式箱形結(jié)構(gòu),混凝土箱梁為單箱三室截面(圖2),頂板厚22cm、底板厚22cm、腹板厚45cm。鋼箱梁裸梁高148cm(圖3),底板、腹板鋼板厚20mm,翼板鋼板厚28mm,材質(zhì)為Q345D鋼,橋面板厚22cm,為C60無(wú)收縮混凝土,鋼箱梁與橋面板間采用剪力釘連接。該類(lèi)型截面大大減小了箱梁翼緣的懸臂部分,使得箱梁翼緣的有效寬度增加、剪滯效應(yīng)得到較好的改善,抗扭性能也較一般箱形結(jié)構(gòu)提高,因此該結(jié)構(gòu)不僅受力較合理,而且線條簡(jiǎn)潔流暢,既美觀又實(shí)用。(3)牛腿的采用省去了交接墩的設(shè)置,便于橋墩的結(jié)構(gòu)形式的統(tǒng)一,本匝道橋均設(shè)計(jì)為圓截面的獨(dú)柱墩身,由于受力和支座布置空間需要,墩頂設(shè)一圓端形擴(kuò)大墩帽(圖4),基礎(chǔ)采用2根鉆孔樁。獨(dú)柱結(jié)構(gòu)占地少,通透性好,壓抑感也較小,同時(shí)也方便施工。4結(jié)構(gòu)分析4.1曲線梁的校核本匝道所有曲線梁有限元模型均采用空間桿系單元進(jìn)行模擬,用有限元程序MIDAS建模,大橋局曲線梁軟件校核。為使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際,單元離散度較密。墩梁固結(jié)與支座偏心采用虛擬剛臂模擬,同時(shí)考慮橡膠支座的彈性作用。在鋼-混組合梁中,采用施工聯(lián)合截面模擬前期鋼結(jié)構(gòu)單獨(dú)承載和澆筑混凝土橋面板后期鋼-混結(jié)構(gòu)共同承載。4.2負(fù)荷效應(yīng)分析(1)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的測(cè)定彎梁橋的結(jié)構(gòu)自重相對(duì)于橋軸線并不是對(duì)稱(chēng)的,而是曲線外側(cè)大于內(nèi)側(cè),使主梁產(chǎn)生背離圓心方向的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),半徑越小,效果越明顯。因此,在小半徑曲線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮這種自重扭矩的影響,在支座偏心設(shè)計(jì)中更不能忽略。(2)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生效應(yīng)在預(yù)應(yīng)力混凝土曲線梁中,由于預(yù)應(yīng)力存在著平面徑向彎曲和沿高度方向的豎向彎曲,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力徑向力的作用總是沿著梁高度方向在變化。當(dāng)其作用點(diǎn)位于主梁截面剪切中心以上或以下時(shí),鋼束徑向力就會(huì)對(duì)主梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用;位于剪切中心以上的鋼束徑向力產(chǎn)生的扭矩方向與位于剪切中心以下的相反,兩者的扭矩之和就構(gòu)成了預(yù)應(yīng)力鋼束對(duì)曲線梁的整體扭轉(zhuǎn)作用。在本橋混凝土曲線梁中,預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生效應(yīng)表現(xiàn)為使主梁背離圓心方向的扭轉(zhuǎn);而在鋼-混組合梁中,由于預(yù)應(yīng)力位于組合梁上層的現(xiàn)澆混凝土板內(nèi),預(yù)應(yīng)力的空間效應(yīng)表現(xiàn)為在各截面產(chǎn)生向圓心方向的扭轉(zhuǎn)。(3)混凝土構(gòu)件抗拉力性能混凝土的收縮徐變是作為黏滯彈性體的兩種與時(shí)間有關(guān)的變形性質(zhì)。徐變是在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的,收縮的產(chǎn)生則與壓力無(wú)關(guān),在實(shí)際結(jié)構(gòu)中,二者與溫度應(yīng)變混雜在一起的。本設(shè)計(jì)中,預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件由于隨時(shí)間變化的收縮徐變受到內(nèi)部配筋的約束引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布,同樣在鋼梁與就地澆筑的混凝土板組成的結(jié)合梁中,由于預(yù)制部件和現(xiàn)澆部件之間的不同徐變收縮值也引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布。在變形方面,收縮對(duì)曲線橋的平面變形影響較大,徐變對(duì)平面變形影響較小,對(duì)豎向撓度影響大。(4)橋面板溫度和正梯度溫度溫度效應(yīng)包括年溫溫度、日照溫度和驟然降溫3種形式,前者作用是長(zhǎng)期的、緩慢的,作為均勻溫度考慮,其主要對(duì)結(jié)構(gòu)的變形和固結(jié)墩的內(nèi)力有影響外,對(duì)主梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響很小。后兩者作用變化快,作用時(shí)間短,作為梯度溫度考慮。其對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移影響都較大,也是引起主梁開(kāi)裂和支座脫空的主要因素之一,設(shè)計(jì)時(shí)不能忽視。本橋梯度溫度按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60—2004)第4.3.10條計(jì)算。由于模型結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮鋪裝層的厚度,橋面板溫度應(yīng)扣除9cm鋪裝層溫差。正梯度溫度相當(dāng)于主梁作用一正彎矩,頂板受壓,中間橋墩內(nèi)側(cè)出現(xiàn)支座反力,有向外扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì);變形與均勻溫度相同,都是順橋向膨脹。負(fù)梯度溫度效應(yīng)剛好與之相反。(5)活載加載設(shè)計(jì)在本曲線梁橋的設(shè)計(jì)中,由于結(jié)構(gòu)截面的橫向?qū)挾榷疾淮?與跨度相比,屬于“窄橋”范圍,活載加載采用空間桿系單元的偏心車(chē)道影響線模擬,能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的精度要求。偏心車(chē)道單元采用規(guī)范規(guī)定的橫向最不利位置定義。從計(jì)算結(jié)果看出,活載偏置工況下,結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移和支座反力相比其他荷載效應(yīng)都占到很大的比重,也是支座出現(xiàn)負(fù)反力的重要因素。5支架預(yù)備配置5.1抗扭農(nóng)業(yè)法曲線橋采用不同的支承方式對(duì)其上下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響較大,常見(jiàn)支承形式有兩種:抗扭支承和點(diǎn)鉸支承?？古ぶС锌捎行岣咧髁旱臋M向抗扭性能,保證其橫向穩(wěn)定;點(diǎn)鉸支承不能傳遞扭矩,其抗扭性能差,徑向變位不易控制,并且扭矩傳遞到兩端,造成梁端扭矩過(guò)大,支承反力大而不均;針對(duì)本橋在聯(lián)與聯(lián)之間采用牛腿過(guò)渡,牛腿處梁部截面削弱大、難滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn),在支承形式上選擇前者。5.2應(yīng)盡量選用“合成事”或“先占主梁”支座預(yù)偏在受力上只是起到內(nèi)力重分布的作用,不能最終抵消外扭矩,在采用抗扭支座的情況下,荷載在各個(gè)支承截面位置引起的扭矩是一定的,也就是說(shuō)內(nèi)外側(cè)支座的合力矩不變。如果不設(shè)置預(yù)偏,在恒載的情況下,內(nèi)、外側(cè)支座的反力相差較大,再加上活載偏置和離心力的共同作用,會(huì)引起一側(cè)支座出現(xiàn)負(fù)反力,另一側(cè)支座的豎向反力很大現(xiàn)象。對(duì)于前者,當(dāng)支座不能承受拉力時(shí),支座與主梁就會(huì)脫離,即產(chǎn)生“支座脫空”現(xiàn)象;對(duì)于后者,不但在支座的選擇上造成浪費(fèi),而且對(duì)獨(dú)柱墩受力也不合理。本立交曲線梁設(shè)計(jì)中,預(yù)應(yīng)力在混凝土梁和鋼-混結(jié)合梁中布置位置不同,其效應(yīng)剛好相反,導(dǎo)致在永久恒載作用下,混凝土梁支座反力外側(cè)大于內(nèi)側(cè),而鋼-混結(jié)合梁則是內(nèi)側(cè)大于外側(cè),且相差較大。為避免“支座脫空”和選擇支座不必要的浪費(fèi),對(duì)支座進(jìn)行預(yù)偏設(shè)置,設(shè)置的原則是在永久荷載的作用下,曲梁內(nèi)外側(cè)支座反力盡量相差不大。本橋中鋼