天津市中心城区快速路南仓道立交桥总体设计
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天津市中心城区快速路南仓道立交桥总体设计
李敬增 , 李
黎
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文章编号 : 1003- 4722( 2007) 04- 0049- 04
天津市中心城区快速路南仓道立交桥总体设计
李敬增, 李 黎
( 铁道第三勘察设计院, 天津 300142) 摘 要 : 南仓道立交桥跨越铁路南仓编组站 、 铁路京山线和在建的京津城际铁路等重要国家 铁路干线, 受规划及建设条件限制 , 主桥采用联塔分幅独塔 4 索面预应力混凝土斜拉桥, 引桥采用 预应力混凝土连续梁 。着重介绍跨越铁路部分桥梁的方案和结构设计特点 。 关键词 : 立交桥; 跨线桥 ; 斜拉桥; 桥梁设计 中图分类号 : U448. 17 文献标识码: A
5. 2 下部结构构造 塔墩承台尺寸为 53 m 25. 5 m 5. 5 m 。基础 采用 50 根 2 m 钻孔灌注桩。边墩每幅 设 2 个墩 柱 , 尺寸为 2. 5 m 2. 5 m, 四角设 30 cm 30 cm 倒 角 , 1 个墩柱采用 4 根 1. 5 m 钻孔灌注桩, 承台厚 2 m, 单幅桥承台之间采用 2 m 5. 3. 1 2 m 系梁连接。 5. 3 主体结构计算方法和主要结果 结构纵向静力计算和主要结果 结构纵向静力采用平面杆系综合分析程序进行 计算, 计入了斜拉索垂度效应, 以理论纵曲线为基准 进行结构离散, 全桥共划分为 171 个单元, 130 个节 点。梁与塔在塔下横梁处固接, 与过渡墩为纵向活 动、 竖向约束铰支承; 成桥后梁与过渡墩均为纵向活 动、 竖向约束铰支承 ( 计入了支座摩阻 ) 。按施工进 程 , 将整个结构的形成划分为 92 个阶段。 静力计算主要结果 : 成桥阶段主梁上缘最大压 应力 11. 3 M Pa, 下缘为 13. 2 M Pa 。在主要组合工 况下, 主梁 上缘压 应力 1. 9( 塔 梁固 接处 ) ~ 14. 1 M Pa, 下缘为 0. 69( 跨中) ~ 15. 0 M Pa 。主要组合下 斜拉索最大索力 3 576 kN, 最小 3 540 kN; 斜拉索 恒载最大应力 707 M Pa, 主要组合下为 734 M Pa; 最 大应力幅值 79. 0 M Pa 。各斜拉索安全系数均大于 2. 5, 应力幅度均小于 200 M Pa 。 5. 3. 2 索塔横向平面计算 根据施工及成桥阶段的受力特点, 索塔结构计 算时主要分裸塔阶段、 最大悬臂阶段、 成桥阶段。在 各阶段均进行纵 桥向、 横 桥向及纵横向耦 合计算。 在计算工况选择时 , 除按相关规范选取外 , 还对施工 阶段可能出现的不利受力情况进行了分析。 索塔横向平面计算考虑了结构自重 ( 包括主塔 自身重量、 拉索及通过斜拉索传来的主梁桥面系重 量) 、 活载、 风力、 地震力等荷载因素引起的内力, 还
150 m 联塔分幅的独塔 4
索面预应力混凝土斜拉桥, 采用塔梁固结形式。除 塔梁固结区, 其他部分左右幅分离。斜拉索采用扇 形布置 , 梁 上索距 6 m 。 每幅 主梁采 用预 应力 混凝
天津市中心城区快速路南仓道立交桥总体设计
李敬增 , 李
黎
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图2
南仓道立交桥桥型布置
土边主梁 截面, 主梁 顶面 全宽 22. 5 m, 顶 面双 向 1. 5% 横坡 , 梁高 2. 5 m 。边主梁底板宽 3 m, 2 个箱 梁间距 8 m , 箱梁外侧悬臂宽 1. 25 m 。主梁纵向预 应力钢筋分为精轧螺纹粗钢筋和高强钢绞线束。精 轧螺纹粗钢筋在悬臂施工阶段分次锚固在箱梁各个 正断面。纵向预应力钢绞线钢束分段布置在箱梁顶 板与底板内, 腹板竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋。 顺桥向根据拉索间距设置预应力横梁。由于结构对 称, 图 3 只给出 1 幅主梁的构造尺寸。
Abstract: T he Nancang dao Int erchange spans several import ant nat ional art erial railw ay lines like t he Nancang M arshalling St ation, Beijing - Shanhaiguan Railw ay and Beijing - T ainjin Int ercity Railw ay t hat is now under const ruction. Rest rict ed by t he planning and const ruct io n conditions, the m ain bridg e of t he Int erchang e is desig ned as a single py lon and f our cable plane prest ressed concr et e cable - st ay ed bridg e t hat features a jo int pylon and separat ed girders, w hile t he appr oach bridges are desig ned as t he prest ressed co ncrete continuo us girder s. In t his paper, t he conceptual design and st ruct ural desig n feat ures of t he part of t he Int er chang e spanning the railw ay lines are mainly present ed. Key words: int erchange; o verpass bridge; cable - st ay ed bridg e; bridg e desig n 1 前 言 南仓道立交为天津市中心城区快速环线西北半 环与东纵相交的互通立 交, 属西北 半环的一部分。 该立交为 3 层互通立交, 1 层为朝阳路 , 2 层为东纵 , 西北半环在第 3 层, 先后跨越朝阳路、 南仓道铁路编 组站、 京山线、 在建城际铁路、 东纵, 然后降至地面。 西北半环起点接京津公路立交修筑终点 , 终点接东 外环南仓道立交修筑起点 , 全长 3 850 m, 主线桥即 为跨铁路的南仓道立交桥。桥位平面见图 1 。 南仓道立交桥跨越了铁路南仓编组站、 京nterchange on Rapid Road Through Downtown in Tianjin City
LI Jing -z eng, LI Li
( T he 3rd Survey & Desig n I nstit ute o f China Railw ays, T ianjin 300142, China)
桥梁建 设
2007 年第 4 期
雨量的 65% 。常年最多风向是西南风 , 全年各月平 均风速为 3. 3 m/ s, 最大风速 33 m/ s 。 地基土主要为全 新统和上更新统沉积的粘性 土。场地地震基本烈度为 7 度, 设计地震动峰值加 速度为 0. 15g, 设计地震分组为 第一组。桥址处不 存在可液化土层等不良地质现象, 场地土类型为中 硬场地土, 建筑场地类别为Ⅲ类。 场地地下水对混凝土结构存在结晶类腐蚀 , 腐 蚀等级为弱腐蚀。相应部位的混凝土应采取防结晶 腐蚀措施。最大冻结深度 0. 7 m 。 4 桥梁方案设计 控制设计的主要 因素是快速路和所跨越的铁 路。控制桥梁跨度的主要是铁路股道、 铁路建筑物 和设备的现状及发展要求。制约桥梁高度的主要是 快速路的纵断面和铁路股道现状及发展要求。以上 控制因素不仅决定了桥梁孔跨, 还决定了桥梁结构 形式和施工方法。 根据铁路股道、 铁路建筑物和设备的现状及规 划 , 主桥跨度至少为 145 m + 150 m; 根据快速路纵 断面和铁路 股道 现状及 规划 , 主桥 梁高 不得 大于 2. 59 m 。这样可供选择的主要有下承式桁架梁、 斜 拉桥、 中下承式拱桥、 悬索桥等建筑高度低的桥梁结 构形式。 本着功能完善、 安全可靠、 和谐发展、 竭力创新、 技术先进、 经济耐用的设计原则, 结合桥址区场地、 施工方法和工程造价等因素进行多个桥式方案的比 选 , 最后确定主桥采用 2 150 m 预应力混凝土独 塔斜拉桥 , 梁高 2. 5 m, 引桥采用预应 力混凝土箱 梁。全桥孔跨布置为: 3 30 m + ( 35+ 52+ 35) m + 3 30 m + 4 30 m+ ( 34+ 50+ 34+ 35) m+ 2 150 m 独 塔 斜拉 桥 + ( 44 + 52 + 44) m + ( 24 + 20. 771) m 。主桥采用挂篮悬浇和支架现浇相结合 的方法施工 , 以悬浇为主; 受规划限制 , 2 幅桥间净 距 3 m, 如采用前支点挂篮同步悬浇施工 , 则桥之间 净距不够, 为满足挂篮构造、 走行要求 , 施工时 2 幅 桥前后错开 2 个节段。主桥桥型布置见图 2 。
图1
南仓道立交桥主桥桥位平面
收稿日期 : 2007- 02- 26 作者简介 : 李敬增 ( 1966- ) , 男 , 高级工程师 , 1988 年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业 , 工学学士。
50 南曹联络线、 站场预留线、 在建京津城际铁路、 预留 京沪高速铁路在内的共 52 条铁路股道。由于京山 线等国家铁路干线运输繁忙, 编组场内铁路股道与 设备众多 , 现场施工空间狭窄 , 致使铁路运营安全、 远期发展、 养护维修等成为控制桥梁设计和施工的 主要因素。受规划道路及建设条件限制, 主桥采用 悬浇施工的联塔分幅独塔 4 索面预应力混凝土斜拉 桥, 跨越京山线的引桥采用顶推施工的预应力混凝 土连续梁 , 兼顾了各方的需求。 2 设计标准 ( 1) 道路等级 : 城市快速路; ( 2) 计算行车速度 : 80 km/ h; ( 3) 设计荷载 : 城- A 级; ( 4) 桥梁标准横断面: 双向 8 车道, 上下行分幅 布置 , 2 幅桥净距 3. 0 m, 横断面布置为 2 ( 0. 5 m 防撞栏杆 + 18. 75 m 车行道 + 0. 5 m 防撞栏杆 + 1. 5 m 分隔带) ; ( 5) 坡 度: 纵坡 3. 5% 、 - 2. 5% , 竖曲 线半 径 6 000 m; 桥 上 横 坡 每 幅桥 行 车 道 均 为 1. 5% 单 面坡 ; ( 6) 平面 : 全桥位于直线上; ( 7) 抗震设计及 设防标准 : 按照《公路抗震 规 范 》 ( JT J 004- 89) , 本桥按Ⅷ度设计、 Ⅷ度设防。根 据 《 铁路抗震规范 》 ( 报批稿 ) 规定 , 应不低于所跨铁 路的抗震设防标准。本桥是跨 越铁路线的枢 纽工 程, 其抗震性能分析采用京津城际轨道交通工程抗 震设防标准, 即采用 50 年 10% 、 50 年 2% 两个概率 水平的地震加速度反应谱进行主桥抗震性能分析 ; ( 8) 限界: 应满足 SJX- JD 电力牵引的双层 集装箱运输基本建 筑限界 , 即宽 高 = 4. 88 m 7. 96 m, 同时宽度上应满足站场调车安全距离 3. 5 m, 高度上考虑调坡、 换轨、 梁体下挠和基础沉降等 因素, 净高应适当留有余量。跨越朝阳路桥下净高 4. 5 m , 规划宽度为 40 m 。 3 自然条件 天津属暖湿带半湿润大陆季风气候 , 四季分明 , 全年以冬季最长。全年平均气温 13. 1 , 全年最冷 5 主桥结构设计 为 1 月份 , 月平均气温为 - 3. 9~ 5. 7 , 最低气温 为- 12. 8 , 夏季最热月为 7 月份, 平均气温 25. 6 ~ 26. 4 , 最热高达 39. 6 。年平均降雨量 500~ 700 mm, 四季降水分布很不均匀 , 夏季降水量最多 , 集中在 7、 8 月份 , 平均降雨量为 390 mm , 占全年降 5. 1 上部结构构造 主桥采用跨度为 2
李敬增 , 李
黎
49
文章编号 : 1003- 4722( 2007) 04- 0049- 04
天津市中心城区快速路南仓道立交桥总体设计
李敬增, 李 黎
( 铁道第三勘察设计院, 天津 300142) 摘 要 : 南仓道立交桥跨越铁路南仓编组站 、 铁路京山线和在建的京津城际铁路等重要国家 铁路干线, 受规划及建设条件限制 , 主桥采用联塔分幅独塔 4 索面预应力混凝土斜拉桥, 引桥采用 预应力混凝土连续梁 。着重介绍跨越铁路部分桥梁的方案和结构设计特点 。 关键词 : 立交桥; 跨线桥 ; 斜拉桥; 桥梁设计 中图分类号 : U448. 17 文献标识码: A
5. 2 下部结构构造 塔墩承台尺寸为 53 m 25. 5 m 5. 5 m 。基础 采用 50 根 2 m 钻孔灌注桩。边墩每幅 设 2 个墩 柱 , 尺寸为 2. 5 m 2. 5 m, 四角设 30 cm 30 cm 倒 角 , 1 个墩柱采用 4 根 1. 5 m 钻孔灌注桩, 承台厚 2 m, 单幅桥承台之间采用 2 m 5. 3. 1 2 m 系梁连接。 5. 3 主体结构计算方法和主要结果 结构纵向静力计算和主要结果 结构纵向静力采用平面杆系综合分析程序进行 计算, 计入了斜拉索垂度效应, 以理论纵曲线为基准 进行结构离散, 全桥共划分为 171 个单元, 130 个节 点。梁与塔在塔下横梁处固接, 与过渡墩为纵向活 动、 竖向约束铰支承; 成桥后梁与过渡墩均为纵向活 动、 竖向约束铰支承 ( 计入了支座摩阻 ) 。按施工进 程 , 将整个结构的形成划分为 92 个阶段。 静力计算主要结果 : 成桥阶段主梁上缘最大压 应力 11. 3 M Pa, 下缘为 13. 2 M Pa 。在主要组合工 况下, 主梁 上缘压 应力 1. 9( 塔 梁固 接处 ) ~ 14. 1 M Pa, 下缘为 0. 69( 跨中) ~ 15. 0 M Pa 。主要组合下 斜拉索最大索力 3 576 kN, 最小 3 540 kN; 斜拉索 恒载最大应力 707 M Pa, 主要组合下为 734 M Pa; 最 大应力幅值 79. 0 M Pa 。各斜拉索安全系数均大于 2. 5, 应力幅度均小于 200 M Pa 。 5. 3. 2 索塔横向平面计算 根据施工及成桥阶段的受力特点, 索塔结构计 算时主要分裸塔阶段、 最大悬臂阶段、 成桥阶段。在 各阶段均进行纵 桥向、 横 桥向及纵横向耦 合计算。 在计算工况选择时 , 除按相关规范选取外 , 还对施工 阶段可能出现的不利受力情况进行了分析。 索塔横向平面计算考虑了结构自重 ( 包括主塔 自身重量、 拉索及通过斜拉索传来的主梁桥面系重 量) 、 活载、 风力、 地震力等荷载因素引起的内力, 还
150 m 联塔分幅的独塔 4
索面预应力混凝土斜拉桥, 采用塔梁固结形式。除 塔梁固结区, 其他部分左右幅分离。斜拉索采用扇 形布置 , 梁 上索距 6 m 。 每幅 主梁采 用预 应力 混凝
天津市中心城区快速路南仓道立交桥总体设计
李敬增 , 李
黎
51
图2
南仓道立交桥桥型布置
土边主梁 截面, 主梁 顶面 全宽 22. 5 m, 顶 面双 向 1. 5% 横坡 , 梁高 2. 5 m 。边主梁底板宽 3 m, 2 个箱 梁间距 8 m , 箱梁外侧悬臂宽 1. 25 m 。主梁纵向预 应力钢筋分为精轧螺纹粗钢筋和高强钢绞线束。精 轧螺纹粗钢筋在悬臂施工阶段分次锚固在箱梁各个 正断面。纵向预应力钢绞线钢束分段布置在箱梁顶 板与底板内, 腹板竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋。 顺桥向根据拉索间距设置预应力横梁。由于结构对 称, 图 3 只给出 1 幅主梁的构造尺寸。
Abstract: T he Nancang dao Int erchange spans several import ant nat ional art erial railw ay lines like t he Nancang M arshalling St ation, Beijing - Shanhaiguan Railw ay and Beijing - T ainjin Int ercity Railw ay t hat is now under const ruction. Rest rict ed by t he planning and const ruct io n conditions, the m ain bridg e of t he Int erchang e is desig ned as a single py lon and f our cable plane prest ressed concr et e cable - st ay ed bridg e t hat features a jo int pylon and separat ed girders, w hile t he appr oach bridges are desig ned as t he prest ressed co ncrete continuo us girder s. In t his paper, t he conceptual design and st ruct ural desig n feat ures of t he part of t he Int er chang e spanning the railw ay lines are mainly present ed. Key words: int erchange; o verpass bridge; cable - st ay ed bridg e; bridg e desig n 1 前 言 南仓道立交为天津市中心城区快速环线西北半 环与东纵相交的互通立 交, 属西北 半环的一部分。 该立交为 3 层互通立交, 1 层为朝阳路 , 2 层为东纵 , 西北半环在第 3 层, 先后跨越朝阳路、 南仓道铁路编 组站、 京山线、 在建城际铁路、 东纵, 然后降至地面。 西北半环起点接京津公路立交修筑终点 , 终点接东 外环南仓道立交修筑起点 , 全长 3 850 m, 主线桥即 为跨铁路的南仓道立交桥。桥位平面见图 1 。 南仓道立交桥跨越了铁路南仓编组站、 京nterchange on Rapid Road Through Downtown in Tianjin City
LI Jing -z eng, LI Li
( T he 3rd Survey & Desig n I nstit ute o f China Railw ays, T ianjin 300142, China)
桥梁建 设
2007 年第 4 期
雨量的 65% 。常年最多风向是西南风 , 全年各月平 均风速为 3. 3 m/ s, 最大风速 33 m/ s 。 地基土主要为全 新统和上更新统沉积的粘性 土。场地地震基本烈度为 7 度, 设计地震动峰值加 速度为 0. 15g, 设计地震分组为 第一组。桥址处不 存在可液化土层等不良地质现象, 场地土类型为中 硬场地土, 建筑场地类别为Ⅲ类。 场地地下水对混凝土结构存在结晶类腐蚀 , 腐 蚀等级为弱腐蚀。相应部位的混凝土应采取防结晶 腐蚀措施。最大冻结深度 0. 7 m 。 4 桥梁方案设计 控制设计的主要 因素是快速路和所跨越的铁 路。控制桥梁跨度的主要是铁路股道、 铁路建筑物 和设备的现状及发展要求。制约桥梁高度的主要是 快速路的纵断面和铁路股道现状及发展要求。以上 控制因素不仅决定了桥梁孔跨, 还决定了桥梁结构 形式和施工方法。 根据铁路股道、 铁路建筑物和设备的现状及规 划 , 主桥跨度至少为 145 m + 150 m; 根据快速路纵 断面和铁路 股道 现状及 规划 , 主桥 梁高 不得 大于 2. 59 m 。这样可供选择的主要有下承式桁架梁、 斜 拉桥、 中下承式拱桥、 悬索桥等建筑高度低的桥梁结 构形式。 本着功能完善、 安全可靠、 和谐发展、 竭力创新、 技术先进、 经济耐用的设计原则, 结合桥址区场地、 施工方法和工程造价等因素进行多个桥式方案的比 选 , 最后确定主桥采用 2 150 m 预应力混凝土独 塔斜拉桥 , 梁高 2. 5 m, 引桥采用预应 力混凝土箱 梁。全桥孔跨布置为: 3 30 m + ( 35+ 52+ 35) m + 3 30 m + 4 30 m+ ( 34+ 50+ 34+ 35) m+ 2 150 m 独 塔 斜拉 桥 + ( 44 + 52 + 44) m + ( 24 + 20. 771) m 。主桥采用挂篮悬浇和支架现浇相结合 的方法施工 , 以悬浇为主; 受规划限制 , 2 幅桥间净 距 3 m, 如采用前支点挂篮同步悬浇施工 , 则桥之间 净距不够, 为满足挂篮构造、 走行要求 , 施工时 2 幅 桥前后错开 2 个节段。主桥桥型布置见图 2 。
图1
南仓道立交桥主桥桥位平面
收稿日期 : 2007- 02- 26 作者简介 : 李敬增 ( 1966- ) , 男 , 高级工程师 , 1988 年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业 , 工学学士。
50 南曹联络线、 站场预留线、 在建京津城际铁路、 预留 京沪高速铁路在内的共 52 条铁路股道。由于京山 线等国家铁路干线运输繁忙, 编组场内铁路股道与 设备众多 , 现场施工空间狭窄 , 致使铁路运营安全、 远期发展、 养护维修等成为控制桥梁设计和施工的 主要因素。受规划道路及建设条件限制, 主桥采用 悬浇施工的联塔分幅独塔 4 索面预应力混凝土斜拉 桥, 跨越京山线的引桥采用顶推施工的预应力混凝 土连续梁 , 兼顾了各方的需求。 2 设计标准 ( 1) 道路等级 : 城市快速路; ( 2) 计算行车速度 : 80 km/ h; ( 3) 设计荷载 : 城- A 级; ( 4) 桥梁标准横断面: 双向 8 车道, 上下行分幅 布置 , 2 幅桥净距 3. 0 m, 横断面布置为 2 ( 0. 5 m 防撞栏杆 + 18. 75 m 车行道 + 0. 5 m 防撞栏杆 + 1. 5 m 分隔带) ; ( 5) 坡 度: 纵坡 3. 5% 、 - 2. 5% , 竖曲 线半 径 6 000 m; 桥 上 横 坡 每 幅桥 行 车 道 均 为 1. 5% 单 面坡 ; ( 6) 平面 : 全桥位于直线上; ( 7) 抗震设计及 设防标准 : 按照《公路抗震 规 范 》 ( JT J 004- 89) , 本桥按Ⅷ度设计、 Ⅷ度设防。根 据 《 铁路抗震规范 》 ( 报批稿 ) 规定 , 应不低于所跨铁 路的抗震设防标准。本桥是跨 越铁路线的枢 纽工 程, 其抗震性能分析采用京津城际轨道交通工程抗 震设防标准, 即采用 50 年 10% 、 50 年 2% 两个概率 水平的地震加速度反应谱进行主桥抗震性能分析 ; ( 8) 限界: 应满足 SJX- JD 电力牵引的双层 集装箱运输基本建 筑限界 , 即宽 高 = 4. 88 m 7. 96 m, 同时宽度上应满足站场调车安全距离 3. 5 m, 高度上考虑调坡、 换轨、 梁体下挠和基础沉降等 因素, 净高应适当留有余量。跨越朝阳路桥下净高 4. 5 m , 规划宽度为 40 m 。 3 自然条件 天津属暖湿带半湿润大陆季风气候 , 四季分明 , 全年以冬季最长。全年平均气温 13. 1 , 全年最冷 5 主桥结构设计 为 1 月份 , 月平均气温为 - 3. 9~ 5. 7 , 最低气温 为- 12. 8 , 夏季最热月为 7 月份, 平均气温 25. 6 ~ 26. 4 , 最热高达 39. 6 。年平均降雨量 500~ 700 mm, 四季降水分布很不均匀 , 夏季降水量最多 , 集中在 7、 8 月份 , 平均降雨量为 390 mm , 占全年降 5. 1 上部结构构造 主桥采用跨度为 2