武漢市岳家嘴立交設(shè)計

武漢市岳家嘴立交設(shè)計

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條供各路口車輛左轉(zhuǎn)的高架匝道,地面層設(shè)中北路直行車道和4條右轉(zhuǎn)匝道。地鐵4號線在中北路下方,并與中北路及延長線相同的線位向前推進,在岳家嘴路口有一大型車站,該立交范圍將來人流量大,公交站點較多,車流集中,客流換乘量大。所以本立交的建成,除要為機動車提供直接、順暢、高速、舒適的行車條件外,還要為行人和非機動車提供安全、便捷的交通條件。2長根據(jù)隧道設(shè)計(1)匝道道路等級:快速路連接道;(2)設(shè)計車速:50km/h;(3)A匝道橋?qū)?全寬9m,單向2車道;B、C、D匝道橋?qū)?全寬7.5m,單車道;(4)設(shè)計活載:城-A級,不計人群荷載;(5)設(shè)計凈空:不小于4.5m;(6)地震基本設(shè)計烈度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,對景觀要求較高。(2)根據(jù)經(jīng)濟實用原則,在滿足功能的前提下采用經(jīng)濟跨徑作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(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)在滿足橋下凈孔高度的前提下,為減少高架橋梁的長度,結(jié)構(gòu)高度要盡可能小。(6)結(jié)構(gòu)構(gòu)造要簡潔,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,每聯(lián)1個中墩采取墩梁固結(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(1)由于地形條件、車道數(shù)目和規(guī)劃構(gòu)造物的限制,各個匝道很難做到跨徑、截面統(tǒng)一,況且有的區(qū)域跨度相差較大,但為了滿足景觀要求,同時兼顧經(jīng)濟實用原則,每個匝道考慮1個橋梁高度(采用經(jīng)濟跨度梁高),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-混組合梁來實現(xiàn)降低梁高;相鄰兩聯(lián)之間設(shè)計牛腿(圖1)進行過渡,牛腿長度為0.9m。從外觀上看,整個上部結(jié)構(gòu)線形連續(xù)、自然暢通,無隔斷感,做到經(jīng)濟實用和美觀雙贏。(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無收縮混凝土,鋼箱梁與橋面板間采用剪力釘連接。該類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,而且線條簡潔流暢,既美觀又實用。(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)計為圓截面的獨柱墩身,由于受力和支座布置空間需要,墩頂設(shè)一圓端形擴大墩帽(圖4),基礎(chǔ)采用2根鉆孔樁。獨柱結(jié)構(gòu)占地少,通透性好,壓抑感也較小,同時也方便施工。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。為使計算結(jié)果更接近實際,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)的測定彎梁橋的結(jié)構(gòu)自重相對于橋軸線并不是對稱的,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)計中要考慮這種自重扭矩的影響,在支座偏心設(shè)計中更不能忽略。(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)其作用點位于主梁截面剪切中心以上或以下時,鋼束徑向力就會對主梁產(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)生則與壓力無關(guān),在實際結(jié)構(gòu)中,二者與溫度應(yīng)變混雜在一起的。本設(shè)計中,預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件由于隨時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,收縮對曲線橋的平面變形影響較大,徐變對平面變形影響較小,對豎向撓度影響大。(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,前者作用是長期的、緩慢的,作為均勻溫度考慮,其主要對結(jié)構(gòu)的變形和固結(jié)墩的內(nèi)力有影響外,對主梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響很小。后兩者作用變化快,作用時間短,作為梯度溫度考慮。其對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移影響都較大,也是引起主梁開裂和支座脫空的主要因素之一,設(shè)計時不能忽視。本橋梯度溫度按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)第4.3.10條計算。由于模型結(jié)構(gòu)沒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;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)計在本曲線梁橋的設(shè)計中,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道影響線模擬,能夠滿足設(shè)計的精度要求。偏心車道單元采用規(guī)范規(guī)定的橫向最不利位置定義。從計算結(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其上下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響較大,常見支承形式有兩種:抗扭支承和點鉸支承?？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,造成梁端扭矩過大,支承反力大而不均;針對本橋在聯(lián)與聯(lián)之間采用牛腿過渡,牛腿處梁部截面削弱大、難滿足設(shè)計要求的特點,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,荷載在各個支承截面位置引起的扭矩是一定的,也就是說內(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。對于前者,當(dāng)支座不能承受拉力時,支座與主梁就會脫離,即產(chǎn)生“支座脫空”現(xiàn)象;對于后者,不但在支座的選擇上造成浪費,而且對獨柱墩受力也不合理。本立交曲線梁設(shè)計中,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,對支座進行預(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