异型桥梁结构的优化分析
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模型四 模型五 模 型六
模型～ 模型二 模型三
左右 ； 同时 从 偏 载 一 和 偏 载 二 中 数值 可 知 ， 由 最 不
图１ ４ 构型的最大弯矩对 比图
－
９
目 一８
利偏 载 产生 的横 向位 移都 较 小 ，最 大值 为 ０ ． ６ ２ ｍ ｍ， 不足 １ ｍｍ， 因此 ， 曲线 结 构产 生 的横 向位 移 主 要是 由整体温度变化所引起的。
图 ３ 结构型式 ２
（ ３ ） 第 三种 ， 将分叉 点选取 在第 一 、 二 跨 间 支 点处 ， 分 叉 长度 ｌ ４ ｍ（ 见图 ４ ） ；
１ 构 型方 案
以上述箱梁作 为原 始依据 ，将分叉点 和分叉
图 ４ 结构模式 ３
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ８ — ０ ２ 作 者简 介： 宋磊（ １ ９ ７ ６ 一） ， 男， 江苏 睢宁人 ， 工 程师 ， 从事 桥梁 工 程 的设计 与研 究工 作 。
（ ４ ） 第 四种 ， 将 分叉点选 取在 第一 、 二跨 间支 点处 ， 分叉长度 ２ ｍ（ 见图 ５ ） ；
２ ０ １ ３ 年４ 月第 ４ 期
城 市 道 桥 与 防 洪
桥梁结构 ７ ７
９ ８ ５ ７
：
４
３ ２ １ ０
舶
比较 表 ２及 图 １ ７中各 项数 据 可 发 现 ，整 体 温 度 变化会 给全桥 结构 带来 较大的横 向位移 ，其 中 以计 算模型五最 为突 出 ， 最大 可达 ５ ． ８ ２ ｍ ｍ； 将模 型一 和二 、 模 型三和 四 、 模型 五和六作对 比， 可知 当 曲线 匝道 的长 度 越 短 ， 结 构 横 桥 向位 移 越 少 ， 匝 道长度 １ ４ ｍ与 ２ ｍ相 比 ， 横 向位 移 能减 小 １ ． ５ ｍｍ
：
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嚣 一 ｚ
模 型一 模型二 模型三 模型四 模型五 模型六
图１ ５ 构型的最小弯矩对 比图
比较表 １ 及图 １ ４ 、 图１ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ５中 ６ 个计算模型各数 据项可发现 ， 在结构 自重作 用下 ， 结构最 大负弯矩 出现在模型三 中其值 为 一 ４ ． ０ ９ ×１ ０ 。 ｋ Ｎ・ ｍ， 最大正 弯 矩 也 出现 在 模 型 三 中 其 值 为 ２ ． ８ ７×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ， 结 构最小 负弯矩 出现在 模型一 中其值 为 一 ３ ． １ ６ × １ ０ ， ｋ Ｎ・ ｍ，结构最 小正弯矩 出现在模 型四中其值 为一 ２ ． ３ ３ ×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ。其 中最大负弯矩与最小负弯 矩 之 间绝 对 差值 为 ９ ＿ ３×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ， 相 对 差 值 百 分 比约为 ２ ３ ％，最 大正弯矩 与最小正 弯矩之 间绝对 差值 为 ５ ． ４×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ，相 对 差 值 百 分 比 约 为 １ ９ ％。同理 ， 可 比较表 １ 中结构极 限使用状态及支 座沉 降（ ５ ｍ ｍ） 条件下 的 内力值 ， 可发现组合后 计 算模型二 、 计算模型五和计算模型六的内力值相对 较少 ， 支座沉 降所产生 的次 内力对计算模 型一 、 计 算 模 型 五 的影 响较 少 。 比较表 １中模 型一 、 三 和 五 分别在结构 自重 、结构极 限使用状态及支座沉 降 （ ５ ｍｍ） 条 件 下 的 内力 值 ， 可 发 现 对 于此 类 相 同分 叉长度 的异 型结构模 型五 即分叉点选择在第二跨 跨 中时 ， 结构 内力值相对较少 ， 同样条件下 比较模 型二 、 四和 六 ， 可 知 模 型六 结 构 内力值 相 对 较 少 。 横 桥 向位 移 方 向及 结 构 偏 载 布 置 如 图 １ ６所
构又是立交 中易于 出现病害 的地方 ，这些病 害的 出现 严 重 影 响 桥 梁 结 构 的 安 全 和 整 个 立 交 桥 的运 营 。因此 ， 立交 曲线 异 型结 构 的优 化分 析 对 指 导设 计 人 员 进 行 桥 梁 设 计 ，从 根 本 上 消 除 病 害 具 有 重
要 的现 实 意 义 。
图 ２ 结构型式 １
本 文 以西 安 市 枣 园路 立 交 为 工 程 依 托 ，基 于 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ软件对其 存在 的异型桥梁 结构进行 分析 ， 研 究 异 型 桥 分叉 的长 短 与分 叉 的位 置 问题 。 枣 园 路 立 交 为 ４层 全 互 通 式 立 交 ，共 包 含 西 三环和枣 园路 ２条主线及 ｌ ｌ 条匝道 ， 总 占地面积 ５ ４ １ 亩。其 中 Ｋ匝道第 一联为 ３ Ｘ ２ ５ ｍ预应力混
２ ０ １ ３ 年 ４月第 ４ 期
城 市 道桥 与 防 洪
桥梁结构 ７ ５
异型桥 梁 结构 的优化 分析
宋 磊
（ 西 安市 政设计 研究 院有 限公 司 ， 陕西西 安 ７ １ ０ ０ ６ ８ ） 摘 要 ： 立交 桥多属 于跨线 构造物 ， 为满足道路 线型要 求 ， 立交 桥多包 含有 曲线异 型变宽 的桥型结 构 ， 其 跨径组合 往往不 能按结 构 的合理跨径 进行布 置 ， 使得 桥梁 的受 力状态 复杂 。针对 西安枣 园路立交 中的异型 桥梁 ， 拟定 ６ 种构 型方 案 ， 应用 梁格法 理论构
０ 引 言
随着经 济的高速发展 ，高速公路 和城 市快速 路成 为现代化交通运输 的重要标志 ，而立 体交叉 是 高速公路 和城市道路不可缺少 的组成部 分 。为 了有 效 解 决 城 市 及 高 速 公 路 繁 忙 的交 通 问题 ， 城 市 高 架 桥 和 立 交 枢 纽 工 程 应 运 而 生 ，以满 足 道 路 之 间 空 间交 叉 和 行 车方 向 的转换 。在 此类 桥 梁 中 ， 由于 线 型 的需 要 ， 必 然 有很 多 曲线 匝 道 ， 曲线 匝 道 又 要 和 主 梁 相 接 ，这 样 主 梁 与 匝道 相 接 处 就 会 出
（ ２ ） 第 二种 ， 将 分叉点 选取在 第一跨跨 中 ， 分 叉长度 ２ ｍ（ 见图 ３ ） ；
凝 土连续箱梁 ， 设计荷载为公路 一Ｉ 级； 主线主梁 为单 箱 双 室 截 面 ， 分离后都为单箱单室截面 ， 主 线 主梁 单箱 双 室截 面处 按双 车 道 布设 ， 匝道 主梁 单 箱 单室截面处按单车道布设 （ 如图 １ 所示 ） 。 箱梁主要 结构 尺寸如下 ： 梁高 １ ． ４ ｍ， 箱 梁顶板 全宽 由主线 的１ ０ ｍ变化 到匝道 的 ８ ｍ， 分叉最 宽处 为 １ ６ ． ８ ２ ｍ。
建其 有限元模 型 ， 分 析 了在不 同工况下 ６种构 型的静力及基 频 ， 确定 出最优 方案 ， 进 而确定 出该 立交桥 匝道 的分叉 点及分 叉箱梁
的长 度 。
关键 词 ： 立交 桥 ； 异 型连续箱梁 ； 梁格法 ； 结构 优化
中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． １ ７ 文 献标识 码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ７ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ７ ５ — ４ ０
现 各 式 各 样 的异 型 结 构 ，而 连 续 曲线 异 型 桥 梁 结
图１ Ｋ匝 道 第 一 联 平 、 立面图（ 单位 ： ｃ ｍ）
长 度分 别 布 置 为 ３种 不 同结 构 型 式 ：
（ １ ） 第一种 ， 将分叉 点选取在 第一跨 跨 中 ， 分 叉 长度 １ ４ ｍ（ 见图 ２ ） ；
模型～ 模型二 模型三
左右 ； 同时 从 偏 载 一 和 偏 载 二 中 数值 可 知 ， 由 最 不
图１ ４ 构型的最大弯矩对 比图
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目 一８
利偏 载 产生 的横 向位 移都 较 小 ，最 大值 为 ０ ． ６ ２ ｍ ｍ， 不足 １ ｍｍ， 因此 ， 曲线 结 构产 生 的横 向位 移 主 要是 由整体温度变化所引起的。
图 ３ 结构型式 ２
（ ３ ） 第 三种 ， 将分叉 点选取 在第 一 、 二 跨 间 支 点处 ， 分 叉 长度 ｌ ４ ｍ（ 见图 ４ ） ；
１ 构 型方 案
以上述箱梁作 为原 始依据 ，将分叉点 和分叉
图 ４ 结构模式 ３
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ８ — ０ ２ 作 者简 介： 宋磊（ １ ９ ７ ６ 一） ， 男， 江苏 睢宁人 ， 工 程师 ， 从事 桥梁 工 程 的设计 与研 究工 作 。
（ ４ ） 第 四种 ， 将 分叉点选 取在 第一 、 二跨 间支 点处 ， 分叉长度 ２ ｍ（ 见图 ５ ） ；
２ ０ １ ３ 年４ 月第 ４ 期
城 市 道 桥 与 防 洪
桥梁结构 ７ ７
９ ８ ５ ７
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３ ２ １ ０
舶
比较 表 ２及 图 １ ７中各 项数 据 可 发 现 ，整 体 温 度 变化会 给全桥 结构 带来 较大的横 向位移 ，其 中 以计 算模型五最 为突 出 ， 最大 可达 ５ ． ８ ２ ｍ ｍ； 将模 型一 和二 、 模 型三和 四 、 模型 五和六作对 比， 可知 当 曲线 匝道 的长 度 越 短 ， 结 构 横 桥 向位 移 越 少 ， 匝 道长度 １ ４ ｍ与 ２ ｍ相 比 ， 横 向位 移 能减 小 １ ． ５ ｍｍ
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模 型一 模型二 模型三 模型四 模型五 模型六
图１ ５ 构型的最小弯矩对 比图
比较表 １ 及图 １ ４ 、 图１ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ５中 ６ 个计算模型各数 据项可发现 ， 在结构 自重作 用下 ， 结构最 大负弯矩 出现在模型三 中其值 为 一 ４ ． ０ ９ ×１ ０ 。 ｋ Ｎ・ ｍ， 最大正 弯 矩 也 出现 在 模 型 三 中 其 值 为 ２ ． ８ ７×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ， 结 构最小 负弯矩 出现在 模型一 中其值 为 一 ３ ． １ ６ × １ ０ ， ｋ Ｎ・ ｍ，结构最 小正弯矩 出现在模 型四中其值 为一 ２ ． ３ ３ ×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ。其 中最大负弯矩与最小负弯 矩 之 间绝 对 差值 为 ９ ＿ ３×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ， 相 对 差 值 百 分 比约为 ２ ３ ％，最 大正弯矩 与最小正 弯矩之 间绝对 差值 为 ５ ． ４×１ ０ ｋ Ｎ・ ｍ，相 对 差 值 百 分 比 约 为 １ ９ ％。同理 ， 可 比较表 １ 中结构极 限使用状态及支 座沉 降（ ５ ｍ ｍ） 条件下 的 内力值 ， 可发现组合后 计 算模型二 、 计算模型五和计算模型六的内力值相对 较少 ， 支座沉 降所产生 的次 内力对计算模 型一 、 计 算 模 型 五 的影 响较 少 。 比较表 １中模 型一 、 三 和 五 分别在结构 自重 、结构极 限使用状态及支座沉 降 （ ５ ｍｍ） 条 件 下 的 内力 值 ， 可 发 现 对 于此 类 相 同分 叉长度 的异 型结构模 型五 即分叉点选择在第二跨 跨 中时 ， 结构 内力值相对较少 ， 同样条件下 比较模 型二 、 四和 六 ， 可 知 模 型六 结 构 内力值 相 对 较 少 。 横 桥 向位 移 方 向及 结 构 偏 载 布 置 如 图 １ ６所
构又是立交 中易于 出现病害 的地方 ，这些病 害的 出现 严 重 影 响 桥 梁 结 构 的 安 全 和 整 个 立 交 桥 的运 营 。因此 ， 立交 曲线 异 型结 构 的优 化分 析 对 指 导设 计 人 员 进 行 桥 梁 设 计 ，从 根 本 上 消 除 病 害 具 有 重
要 的现 实 意 义 。
图 ２ 结构型式 １
本 文 以西 安 市 枣 园路 立 交 为 工 程 依 托 ，基 于 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ软件对其 存在 的异型桥梁 结构进行 分析 ， 研 究 异 型 桥 分叉 的长 短 与分 叉 的位 置 问题 。 枣 园 路 立 交 为 ４层 全 互 通 式 立 交 ，共 包 含 西 三环和枣 园路 ２条主线及 ｌ ｌ 条匝道 ， 总 占地面积 ５ ４ １ 亩。其 中 Ｋ匝道第 一联为 ３ Ｘ ２ ５ ｍ预应力混
２ ０ １ ３ 年 ４月第 ４ 期
城 市 道桥 与 防 洪
桥梁结构 ７ ５
异型桥 梁 结构 的优化 分析
宋 磊
（ 西 安市 政设计 研究 院有 限公 司 ， 陕西西 安 ７ １ ０ ０ ６ ８ ） 摘 要 ： 立交 桥多属 于跨线 构造物 ， 为满足道路 线型要 求 ， 立交 桥多包 含有 曲线异 型变宽 的桥型结 构 ， 其 跨径组合 往往不 能按结 构 的合理跨径 进行布 置 ， 使得 桥梁 的受 力状态 复杂 。针对 西安枣 园路立交 中的异型 桥梁 ， 拟定 ６ 种构 型方 案 ， 应用 梁格法 理论构
０ 引 言
随着经 济的高速发展 ，高速公路 和城 市快速 路成 为现代化交通运输 的重要标志 ，而立 体交叉 是 高速公路 和城市道路不可缺少 的组成部 分 。为 了有 效 解 决 城 市 及 高 速 公 路 繁 忙 的交 通 问题 ， 城 市 高 架 桥 和 立 交 枢 纽 工 程 应 运 而 生 ，以满 足 道 路 之 间 空 间交 叉 和 行 车方 向 的转换 。在 此类 桥 梁 中 ， 由于 线 型 的需 要 ， 必 然 有很 多 曲线 匝 道 ， 曲线 匝 道 又 要 和 主 梁 相 接 ，这 样 主 梁 与 匝道 相 接 处 就 会 出
（ ２ ） 第 二种 ， 将 分叉点 选取在 第一跨跨 中 ， 分 叉长度 ２ ｍ（ 见图 ３ ） ；
凝 土连续箱梁 ， 设计荷载为公路 一Ｉ 级； 主线主梁 为单 箱 双 室 截 面 ， 分离后都为单箱单室截面 ， 主 线 主梁 单箱 双 室截 面处 按双 车 道 布设 ， 匝道 主梁 单 箱 单室截面处按单车道布设 （ 如图 １ 所示 ） 。 箱梁主要 结构 尺寸如下 ： 梁高 １ ． ４ ｍ， 箱 梁顶板 全宽 由主线 的１ ０ ｍ变化 到匝道 的 ８ ｍ， 分叉最 宽处 为 １ ６ ． ８ ２ ｍ。
建其 有限元模 型 ， 分 析 了在不 同工况下 ６种构 型的静力及基 频 ， 确定 出最优 方案 ， 进 而确定 出该 立交桥 匝道 的分叉 点及分 叉箱梁
的长 度 。
关键 词 ： 立交 桥 ； 异 型连续箱梁 ； 梁格法 ； 结构 优化
中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． １ ７ 文 献标识 码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ７ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ７ ５ — ４ ０
现 各 式 各 样 的异 型 结 构 ，而 连 续 曲线 异 型 桥 梁 结
图１ Ｋ匝 道 第 一 联 平 、 立面图（ 单位 ： ｃ ｍ）
长 度分 别 布 置 为 ３种 不 同结 构 型 式 ：
（ １ ） 第一种 ， 将分叉 点选取在 第一跨 跨 中 ， 分 叉 长度 １ ４ ｍ（ 见图 ２ ） ；