北京市西四环复兴路立交变截面 连续钢组合梁设计

一、工程概况
复兴路立交位于北京市西四环跨复兴路处，为避免施工时交通中断，并且保证一跨跨过复兴路，以保持桥下良好的视野，本桥采用一联三跨变截面钢组合梁，跨径为 34＋ 48＋ 34m。本桥宽35.7m，分为两幅，两幅中间间隔2cm，每幅布置两个4.5m宽钢箱，中跨跨中梁高1.47m，墩顶梁高2.57m，箱梁底按抛物线布置。
本桥设计荷载为：汽－超20．挂－120；地震基本烈度8度，桥梁按9度采用抗震措施。


二、钢组合梁撞断面及制段长度设计
根据笔者以往多座钢组合梁桥的设计经验，本桥拟定根段面见图1，箱宽4.5m，悬臂2m，混凝土桥面板在腹板顶处为0.4m，桥面板内配置预应力钢束，混凝土桥面板与钢箱连接处设置剪力钉抗剪，以使桥面板与钢箱协调变形，共同受力。
本桥全长116m，根据起吊重量和运输条件的限制，分为22＋24＋24＋24＋22m共五个制作段（见图2），待各个制作段吊装到位后用高强螺栓栓接。


三、撞向分配系数计算
为了计算每一个箱子在全桥长度上的横向分配系数，接等代刚度法将本桥等代成34＋48＋34m三跨等截面简支梁，再以简支梁作为受力模型，用刚结板法计算每个箱子的横向分配系数，然后，将各跨的横向分配系数综合起来得到每一个箱子在全桥长度上的横向分配系数，具体使用程序为本院正交预应力混凝土简文梁桥设计计算程序《SBBD》，计算结果见图3。


四、钢组合某纵向预应力计算
本桥使用平面杯系结构程序将一个箱子作为分析对象，动荷载按照一列车乘以横向分配系数考虑，具体使用程序为本院的'综合程序"，荷载考虑恒载、汽车、挂车，两组温度，两组位移组合成七种荷载组合，施工阶段分为制作段吊装，检接，拆水平临时支架，浇筑桥面板，张拉预应力钢束，拆剩余临时支架，桥面铺装，正常使用共八个阶段，本桥钢材采用16Mn，混凝土采用50号，最大控制应力根据桥梁规范和设计经验定为：
施工阶段混凝土最大压应力20.OMPa
混凝土最大拉应力1.6MPa
使用阶段钢最大拉、压应力150.0MPa
混凝土最大压应力15.OMPa
混凝土最大拉应力1.OMPa
最后的纵向预应力计算结果如图4所示，预应力钢束采用9-7φ5钢绞线R＝1860MPa，ck=1302MPa

五、变截面钢组合梁设计心得

（1）变截面钢组合梁充分利用钢材抗拉强度高、混凝土抗压强度高的特点，具有高跨比较小（本文设计中跨跨中为1/32.7），跨度适中（笔者曾设计过的钢组合梁跨径最大到72m，联长最长为219.16m，涵盖弯、斜、坡桥），桥型轻盈，曲线简洁流畅的优点，并且采用制作段工厂化制造，现场拼装的施工过程，因而可不间断交通，工期较短，特别适合于城市中心区跨径较大，梁高较低，不能中断交通，且要求桥型美观，色彩讲求变化的城市立交桥，缺点是造价比预应力混凝土连梁稍贵，需定期养护。
（2）变截面钢组合梁采用平面杆系结构程序进行计算，当桥较宽、采用多箱定结构时，先将连梁按照等代刚度法比拟成相同跨径的等截面简支梁，再按刚接板法计算一个箱子的横向分配系数，此横向分配系数即为作用在一个箱子上的车列数，在计算抗弯截面模量时先将混凝土桥面板部分的宽度乘以1/7（混凝土的弹性模量是钢的1/7），等代成钢结构，然后与钢箱一同计算其抗弯截面模量，最后，根据顶、底板的拉、压应力要求，在桥面板中适当配制预应力钢束（一般要求有通长束）。
（3）构造方面，钢箱一般宽3～5.6m，与混凝土桥面板相接处的翼板宽60～120cm，翼板上面设制剪力钉，一般横向间距10m，纵向间距25m，多箱室结构箱问须设制模向连接，各制作段门采用高强螺栓栓接。
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