山区高速公路双层高架桥梁设计研究

山区高速公路双层高架桥梁设计研究

于超

乌海市公路工程有限公司 内蒙古自治区乌海市海勃湾区 016000

摘要：近年来，随着我国经济的不断发展，山区高速公路双层高架桥梁的建设和改造不断进行，其中双层高架桥梁设计对于桥梁的施工稳定性至关重要。

关键词：山区高速公路;双层高架桥梁设计

引言

双层高架桥梁是路桥工程建设中常用的一种桥梁形式，当下已经广泛应用于城市立交桥等路桥工程中，但是在复杂的地势与环境条件的山区中其应用难度比较大，必须进行仔细的设计。

1合理选择双层高架桥梁结构的形式

1.1合理选择桥梁结构体系

在选择与设计双层高架桥梁结构体系时，为了增强桥梁结构整体的耐久性与舒适性，一般会将其设计成预应力连续结构。不同于一般的高速公路桥梁结构体系设计中常用的“简支-连续-钢构”组合体系、简支转连续体系、简支结构桥面连续体系等体系形式，双层高架桥梁结构体系设计中更适宜分别确定上部桥梁和下部桥梁的结构体系，这使得它们在组合受力情况下的结构设计更加复杂，具体需要结合山区地区高速公路建设实际情况选择桥梁结构体系。

1.2合理选择上部构造形式

在明确双层高架桥结构体系的基础上，设计人员要合理地选择桥梁上部构造形式，具体选择要点在如下。(1)合理选择桥梁跨径。当下，山区高速公路建设中的上部桥梁结构-般主要采取装配式结构，其中双层高架桥梁结构的最佳跨径适宜控制在20~40m,避免过大或过小。过大的跨径会增大桥梁桥墩横截面积，影响整体桥梁结构的协调性,同时过大的路拱横坡会影响行车的安全性。而过小的跨径则需要相应地设置比较多的桥墩，会对下层桥梁的行车视线造成干扰。针对工程建设实践与相关研究可知，山区地区的双层高架桥梁结构的最佳跨径一般主要有25m、30m、35m等规格，可以在满足高速公路建设经济性的基础上，增强桥梁结构的美观性。(2)选择恰当的上部结构类型。在选择上部构造形式期间，要结合山区高速公路建设的实际情况，综合考虑结构设计的经济性与受力特性等,灵活地选择组合“T”形梁或组合小箱梁等上部结构类型，这些结构形式的工厂化生产工艺比较成熟。

1.3合理选择下部桥墩形式

当下，国内在建设高速公路中，下部桥墩结构中有许多类型的桥墩，例如空心墩结构形式、薄壁墩结构形式、柱式墩结构形式、"Y"形墩结构形式、花瓶墩结构形式等,空心薄壁墩结构形式和柱式墩结构形式最为常用。通常而言，桥墩结构的高度一般小于50m,如果桥墩结构对强度具有较高的设计要求，那么实际选择桥墩结构形式的时候适宜采用柱式墩结构形式;如果桥墩结构高度大于50m,那么更加适宜采用基于稳定控制设计理念的空心薄壁墩机构形式。此外，对山区的高速公路建设项目而言，适宜结合山区的一-些特殊地形条件等，灵活地选择-些特殊结构形式的桥墩结构。例如，可以有效地利用山区地区凸出来的独立山包或岩嘴等，科学地设计门架式或悬臂式桥墩结构形式等。如果双层高架桥梁的桥墩结构整体不高，那么不宜应用空心薄壁墩结构形式，而分离式部分桥梁桥墩结构设计中则适宜应用柱式墩结构形式。如果部分桥梁结构存在上下叠置部分,那么此时更加适合应用双层框架式桥墩结构形式，从而确保下部桥墩机构形式设计的质量。

2山区高速公路双层高架桥梁设计的要点

2.1荷载组合设计的要点

当下，在设计双层高架桥梁的过程中还没有形成特定的设计细则，尤其是针对上层结构与下层结构的活载组合取值还缺乏具体、明确的规定。-般依据上层桥梁与下层桥梁两层桥梁结构开展荷载组合，具体就是将上层桥梁与下层桥梁机构的各自最不利荷载组合集中整合在一个桥墩上，之后分别设计各部分的构造。针对双层框架桥墩机构而言,-般可以将其当成一个空间框架开展结构分析，其中上、下两层桥梁结构的汽车制动力具有相反的方向，要分别进行设计。例如，针对上层桥梁结构设计而言，要考虑冰雪荷载、汽车离心力、汽车冲击系数等要素;靠河侧或靠山侧的桥梁墩柱结构要分别考虑河道滚石等撞击荷载或山坡滚石冲击荷载;下层桥梁防护栏设计中要考虑汽车撞击荷载，避免其对框架墩柱带来不利的影响，同时要注意结合山区高速公路建设的实际情况，对框架桥墩的实际受力情况进行全面分析。

2.2结构抗震设计的要点

在当下的高速公路设计中，结构抗震设计也是非常关键的一个环节。在对双层高架桥梁结构开展抗震设计期间，一般需要依据三级抗震设防原则开展三阶段抗震设计:首先，要基于抗震概念设计的合理运用，科学、合理地进行结构布局，精准地选择出地震中可能出现弯曲塑性铰的具体位置，确保可以使结构在地震力下形成一个恰当的塑性耗能机制，同时要科学设计其延性和强度，确保塑性铰区域截面具有良好的延性性能。其次，依据能力设计原则，通过科学设计可以使结构体系中的能力保护构件或延性构件都能够构成强度等级差异，避免所设计桥梁结构的构件不会出现脆性破坏问题。针对双层高架桥梁结构设计而言,其塑性铰区域---般位于上、下墩柱的底部和顶部，所以可以将上、下墩柱当成延性构件进行结构设计，确保墩柱的极限弯矩、剪力与轴力等相关指标满足实际设计要求与规定。最后，依据三级设防的抗震设计原则，在地震作用下适合应用反应谱法验算立柱的强度，还要灵活地运用非线性时程方法验算上、下部之间的连接构件，确保它们可以在地震作用下保持良好的弹性，避免出现脆性破坏问题。此外，要注意结合双层高架桥梁设计需求，做好抗震构造细节设计工作。

2.3陡坡桥墩设计的要点

在山区的双层高架桥梁机构设计中，桥墩一般常常会处于陡边坡上，地形差的存在常常使得同一桥墩两墩柱的高度具有比较大的悬殊。墩柱的高度差使得下部结构容易出现受力不均匀的情况，甚至会极大地增加其中一个墩柱的受力值。如果墩柱具有明显的高度差，那么它们之间的受力差也比较大，此时在设计相应桥墩结构期间可以在较矮桥墩的地面下合理地设置一定长度的套筒结构，以此增加矮墩的高度，或者也可以采取在较高高度的桥墩地面上一-定长度范围内适当地增加横截面积，这样可以起到减小高墩结构高度和两墩柱的刚度差的作用。此外，陡坡边上桥墩结构下部的桩基抗力-般相对较弱,具体与桩基的埋深度有关，所以在设计桥梁结构的时候，要对陡坡部位桥墩部位处的桩基长度进彳科学的设计，确保其可以满足实际的承载需求，避免因为桩基承载不足而影响上部桥墩结构的整体稳定性。

结束语

总之，双层高架桥梁是当下山区高速公路建设中比较常用的一种桥梁形式，实际的设计中首先需要选择双层高架桥梁结构的形式，然后要注意做好荷载组合设计、结构抗震设计和陡坡桥墩设计等设计工作，力求全面确保双层高架桥梁结构设计的质量。

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