简述城市高架桥结构选型与设计

简述城市高架桥结构选型与设计

作者：文庆

来源：《建筑与装饰》2018年第06期

摘要为了能够在有限的城市公共空间中有效解决交通堵塞问题，高架桥建设成为改善城市交通的一种重要方式。基于城市高架桥特殊性，从高架桥主梁、墩柱选型的基本原则和结构类型两个方面进行了分析阐述，在满足使用功能的基础上，提升了城市高架桥的美观性。

关键词城市交通；高架桥；选型设计

1 引言

伴随社会经济快速发展，加速了城市的现代化进程，交通出行逐渐成为代表城市发展水平的重要指标。为了适应快速变化的社会发展形势，城市道路建设也需与时俱进，高架桥建设事必成为有效利用城市空间、缓解城市拥堵的重要途径。由于目前我国在高架桥建设方面起步较晚，相关建设经验匮乏，在早期发展阶段，仅能在一定程度上满足正常交通运行的基本需求，难以满足密集型交通运行等要求。近年来，随着城市高架桥建设水平逐步提升，各种交通运输需求基本得以满足，在此基础上外观问题逐步受到社会关注，城市高架桥的选型与设计受到了越来越多的瞩目[1]。

2 城市高架桥的特殊性

城市交通是社会经济发展的枢纽，高架桥发挥着沟通、疏导交通的重要作用。城市高架桥的路线设计不仅要科学运用平纵面设计指标，还要能保证行车安全与舒适，满足视觉协调的需求。高架桥建设需同时具有工程性与服务性双重特点，要努力将力学与建筑学结合起来。空间布局上，高架桥要严格遵守相关设计规范，避免不良线形组合，要以充分满足行车人员的视觉享受与行车安全为目标。在高架桥设计过程中，须从高架桥周围建筑物以及路线安排限制条件等方面加以考虑，可采用弯桥、斜桥以及开叉桥等形式[2]。

3 高架桥结构选型与设计

高架桥结构选型与设计既是基础性工作，也是一项关键性工作。高架桥结构选型既要满足正常使用需求，也要综合考虑其外形美观性。高架桥结构选型要符合桥梁设计基本的审美标准，在高度、宽度以及跨度等方面要充分协调，同时还要保证桥梁结构的流畅性，达到简洁美观的标准。在高架桥建设中，需考虑桥梁与周围环境间的协调性，比如依据人口的密集程度来选择桥梁结构，在保证交通出行方便的同时避免对周围居民产生过度的噪声污染。此外，高架桥桥墩的合理设计可有效减少车辆行驶过程中产生的振动噪音，对桥体振动传播存在十分关键的影响。总而言之，城市高架桥结构选型与设计需要注重主梁选型与墩柱选型两个方面。

3.1 主梁选型

（1）主梁结构选型的基本原则

高架桥主梁是桥梁重要部位之一，在设计过程中强调水平上的延伸感。在实际中，主梁的水平尺度要远远大于竖直尺度。主梁的这一特点决定了主梁的造型设计必然是以水平为主。等高度主梁在充分强调水平延伸感时可以有效彰显桥体的力度感，而变高度梁在充分强调水平延伸感时，还融入了跳跃、活泼的韵味。直线梁与曲线梁各具特色，要想将两者结合运用就必须对桥梁两侧的实际地形地貌进行综合考察。

在对主梁选型时还要充分考虑视觉层面的连续性。连续性不仅需要在造型、装饰以及色彩方面保持协调，还需要科学处理好各个梁段间的有效过渡。这种连续性在实际中往往利用墩柱选型来实现。在主梁造型设计过程中，尤其要避免形成一种压迫的感觉。

对城市高架桥而言，除非对桥体跨径要求十分严格，可优先选择等截面梁。通常可以利用调整梁高的方式来体现主梁截面的不同内力，但是由于在梁高上难以形成连续的变化，因此需要通过特殊途径来进一步丰富主梁结构的造型。

（2）常用主梁结构类型

基于上述选型原则，对于常用的主梁结构类型有箱型梁、T型梁、槽型梁以及空心板梁等，下面进行具体介绍。

①箱梁。箱梁适用于建筑高度适中的高架桥，这种主梁结构抗扭性能优异，经常用于斜桥与曲线梁桥的建设。不仅可以作为标准的区段，还可以用于变宽与分岔的区段。箱梁结构的高架桥外观较为美观、流线非常流畅，而且设计与施工经验较为成熟。常见的箱梁形式有以下几种：

a.梯形箱梁。梯形箱梁通常可以分为单箱多室型的大箱梁与双箱单室的小箱梁，如图1所示。单箱多室型大箱梁的特点是具有一定的整体性、抗弯刚度大、适用场景广，而且外形十分美观，现实中可以选择现浇或者节段预制的方法；而双箱单室型小箱梁的特点就是整体结构受力明确，刚度与动力性能较好，在现实中可以选择厂房预制、二次现浇等施工方法，这种箱梁的施工工期较短、建设成本较低，而且不会对既有道路产生太大影响。

另一种梯形箱梁的形式是大悬臂窄箱梁，这种箱梁的特点是整体结构较轻、外观比较美观，桥下空间大，但是主梁结构受力十分复杂，对施工工艺的要求比较高。

b.弧形箱梁。弧形箱梁最显著的特点就是具有较好的整体性与抗弯刚度，外观比较美观，而且结构形式非常新颖，在现实中，通常选择现浇施工的方法。比较常见的弧形箱梁可以分为鱼腹形箱梁与蝙蝠形箱梁，如图2所示。

②T形梁。T形梁适用于高架桥上部结构，建筑高度是所有高架桥结构中最高的一种，这种桥体结构比较适合于预制吊装法施工，不适用于城市道路立体交叉施工。T形梁的底板为网格状，美观程度最低，在两块T形梁之间采用铰接方式，使得桥梁整体的受力性能变差。

（3）空心板梁

空心板梁与T形梁同样采用铰接方式，因而整体受力性能较差，在长期承受交通荷载的情况下，通常为了避免铰缝处形成裂缝，会对铰缝处的构造进行极其复杂的设计。此外，空心板梁的刚度比较小，不适合用于桥体变宽段的结构。

（4）槽形梁

槽型梁适用于建筑高度较低的高架桥建设，这种主梁类型可以大大降低桥体总高度，而且主梁两侧可以发挥出一定的隔离噪声的作用，对周围环境的影响较小。根据桥梁线路要求，槽型梁的肋数可以设为二肋或者三肋。槽型梁可以采用先预制吊装，后现浇底板的方法，施工周期较短，能够较好的保证主梁质量。

3.2 墩柱选型

（1）墩柱选型的一般原则

桥墩是高架桥的重要组成部位，支承着桥体上部结构并将上部结构的荷载传递到桥梁基础上，同时也需要在对桥墩进行造型设计时，桥墩的流线要与主梁保持协调。

桥墩选型过程中通常要表现出一定的轻巧感、稳定感以及运动感。对于桥墩比较高的高架桥，桥墩表现出来的轻巧感能够大大改善高架桥的景观效果。当桥墩显得又高又厚重时，就会给人一种非常压抑的感觉。作为高架桥的重要基础，桥墩给人的稳定感是一种最为安全心理暗示，因此在桥墩造型上可以采用适当降低重心的方式来增强桥梁的稳定感。桥梁的运动感可以采用斜线的方式体现出来，而且随着桥体斜线的逐渐相交，桥体的速度感也会逐渐增强，因此在选择桥墩造型时，可以适当增加桥体中的斜线要素来加深桥体的运动感。

（2）常见墩柱造型

①T型墩。T型墩适用于梁部支承点较远的桥梁结构类型，如分离式箱梁。由于T型墩存在托盘，所以通常在满足支承需求的前提下，可以适当缩小墩柱的尺寸，降低桥墩重量。T型墩的优点主要在于受力均匀，但由于墩柱过渡段存在转折，外观造型一般。