城市高架桥分联端梁高衔接设计方法

查文斗

(合肥市规划设计研究院，安徽 合肥 230041)

0 引 言

城市桥梁，特别是位于主城区的跨线桥和高架桥，在符合安全可靠、经济合理等基本原则的前提下，应充分考虑外形美观，与环境协调。跨线桥和高架桥的桥墩，是城市街区建筑的一部分，应充分考虑城市景观的设计理念，实现力学与美学的有机结合，使建筑与周边环境相协调、与地域文化相交融，从而让建筑物更有文化性和生命力[1]。

桥梁过渡墩，本文是指前后联的主梁高度不同的分联墩。处理过渡墩处主梁之间的高差的设计方法应体现自然、和谐的风格，避免突兀、生硬的构造，从而达到良好的视觉效果[2]。本文结合合肥市畅通二环(西二环-合武铁路)工程高架桥的实际应用和合肥市繁华大道(将军岭路—杭埠路)段引江济淮接线工程主道桥的设计工作，以不同情况的过渡墩为研究对象，为类似的桥梁过渡墩设计提供借鉴与参考。

1 主梁加高法

主梁加高法，是指过渡墩处较矮的主梁加高至较高主梁的相同高度。主梁加高后通过在梁底沿纵桥向设置过渡段顺接。此方法适用于主梁之间高差较小的情况，梁底过渡段的高差和长度均较小，对桥梁立面的整体感观影响较小。端横梁和主梁均进行了加高，增加了恒载，承载能力亦得到了提高，保证了主梁的结构安全。主梁加高立面示意如图1所示。

图1 主梁加高立面示意(单位：cm)

图1中的梁底的纵桥向过渡段可以理解为“纵桥向承托”，其构造要求应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第9.3.2条第4款的规定，即承托竖向与纵向之比不宜大于1/6，并按照第4.3.6条规定的支点设有承托的等高度连续梁进行计算。主梁加高后的支点截面惯性矩与跨径中点截面惯性矩之比小于2，计算作用效应时可以不考虑截面高度变化的影响，即“纵桥向承托”对主梁的整体结构受力体系的影响可以忽略不计。

2 横梁加高法

横梁加高法，是指过渡墩处较矮主梁的端横梁加高但主梁不加高，即端横梁的上端与梁顶齐平，下端低于梁底。此方法适用于主梁之间高差较大的情况，加高的端横梁与较高主梁有相同高度，避免了墩顶出现折线构造，尽量减小对桥墩立面外观的影响。端横梁加高增加了恒载，承载能力亦得到了提高，可以保证主梁的结构安全。横梁加高立面示意如图2所示。

图2 横梁加高立面示意(单位：cm)

图2中的横梁加高后，仍需按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第8.3条的规定进行计算。支座处横隔梁应进行横桥向受力计算，可采用隔离体简化模型，假定跨内荷载由腹板传递至横隔梁。加高后横梁的宽高比Bw/h<2，可按应力扰动区进行计算。Bw为横梁处腹板中心线之间的距离，h为横梁的高度。

3 L形墩帽法

L形墩帽法，亦称高低盖梁法，是指过渡墩处的主梁高差通过在墩顶设置高低台阶的方法进行处理，两侧主梁的高度不变。这种设计方法的梁底和墩顶均出现台阶折线构造，造成桥梁立面外形不美观，视觉效果较差，而且主梁高差越大，台阶越高，影响越明显。高差较大的L形墩帽属于异型结构，受力复杂，其局部承载力和稳定性要求较高[3]。L形墩帽立面示意如图3所示。

图3 L形墩帽立面示意(单位：cm)

4 具体项目的应用分析

4.1 合肥市畅通二环(西二环-合武铁路)工程高架桥的实际应用

合肥市畅通二环(西二环-合武铁路)工程的主线高架桥采用混凝土箱梁和钢箱梁两种上部主梁型式，针对主梁高差大小的不同情况，过渡墩处分别采用主梁加高法和横梁加高法处理主梁之间的高差。二标段已于2020年10月通车，经工程实践证明，主线高架桥在过渡墩处采用主梁加高法和横梁加高法，可以保证结构安全兼顾外形美观，取得了良好的使用效果。

4.2 合肥市繁华大道(将军岭路—杭埠路)段引江济淮接线工程主道桥的设计

合肥市繁华大道(将军岭路—杭埠路)段引江济淮接线工程主道桥共五联，第一、二联采用等高度连续钢箱梁，第三、四、五联采用等高度混凝土连续箱梁，其中第二联跨越方兴大道高架。第二联和第三联之间的过渡墩(Pm6)处主梁高度相差较大(2 m)，在工程设计过程中，我们分别按照主梁加高法、横梁加高法和L形墩帽法等三种设计方法进行综合分析比选。

4.2.1 Pm6采用主梁加高法的不利因素

若Pm6采用主梁加高法，梁底过渡段的高差和长度都很大，美观性较差。主梁截面变化很大，导致主梁的整体结构受力体系被改变，并且恒载增加较多，对主梁的结构安全不利，因此，这种情况不应采用主梁加高法。

4.2.2 Pm6采用横梁加高法进行分析计算

横梁加高法不改变主梁的整体结构受力体系，仅在端横梁处增加了集中恒载；端横梁通过加高之后，截面高度大幅增加，承载能力随之大幅增强。横梁加高之后，对主梁整体的结构安全有利，虽然与其主梁存在较大高差，但与另一侧主梁高度相同，对过渡墩处立面的整体美观效果影响很小。

端横梁加高之后的截面高度和截面面积增加较多，其承载能力大幅提高，采用钢筋混凝土受弯构件，由于0.5<宽高比Bw/h<2，单室箱梁的横隔梁可按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第8.3.2条的规定进行顶部横向受拉部位的抗拉承载力计算，计算结果满足规范要求。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第5.2条、7.2.4条和7.2.5条规定，经过计算，横梁的抗弯承载力、施工阶段应力、裂缝宽度均满足规范要求。

4.2.3 Pm6采用L形墩帽法的优缺点分析

Pm6若采用L形墩帽法，不改变主梁的整体受力状态，但端横梁按照钢筋混凝土受弯构件进行结构安全验算不能通过，需配置较多的横向预应力钢筋才能保证结构在施工阶段、使用阶段的应力、极限承载力符合规范要求，而较多的横向预应力钢筋与主梁的纵向预应力钢筋之间避让难度很大。

墩帽的台阶构造高差较大(约2 m)，属于异型结构，受力复杂，需分别进行桥墩整体验算和墩帽局部验算。桥墩立面的折线台阶构造突兀、生硬，给人不自然、不和谐的感受。因此，Pm6采用L形墩帽法的力学状态和美观效果均较差。

5 结束语

随着我国经济文化水平的快速提升和城镇化建设的稳步推进，人们对城市环境品质的要求逐渐提高。城市高架桥是服务于大众的，是人们日常生活环境的一部分，不同于公路及铁路桥梁，应更加注重细节的设计，本着“以人为本”的原则，让人可以和桥亲近、互动，其感官要精致、细腻[4]。过渡墩处主梁之间高差的处理方式就属于精细化的细节设计范畴。

L形墩帽法由于构造突兀、生硬，立面景观效果较差，在城市高架桥中不推荐采用。主梁加高法和横梁加高法可分别根据过渡墩处主梁高差大小的不同情况采用，并且已经在实际的工程项目中得到了广泛应用，取得了良好的社会效益、经济效益和环境景观效果。