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高架橋
來源:互聯網

高架橋(英文名:Overpass或Viaduct,又稱:高架道路),是為了解決城市平面道路交通干擾,提高道路通行能力,用多段連續橋梁架構出的一種高出地面的現代交通構筑設施。

1928年,世界上第一座高架橋出現在美國新澤西州伍德布里奇。20世紀60年代前后,美國、英國和歐洲其他一些國家的城市建成為數不多的高架道路。1964年,日本為舉辦奧運會修建大量高架橋。1972年,中國臺灣出現以市中心的光華路高架橋為代表的幾座跨越鐵路的高架橋。中國大陸第一座城市高架橋是1986年建成的廣州環市路東西走向的小北、大北高架路。此后,中國各大城市紛紛建設城市高架橋。截至2018年,中國高架橋的總長度超過30萬千米。

高架橋的設計原則是安全、功能、經濟、美觀。廣義的高架橋包括高架城市快速路、立交橋、跨線橋和供有軌機動車行駛的高架軌道,甚至包括人行橋、管道高架水槽等設施。狹義的高架橋則指專供汽車通行的高架道路、高架路橋。按建筑材料,高架橋可分為鋼筋混凝土橋和鋼橋;依據受力構件,分為拱橋梁式橋和剛性框架橋。

歷史沿革

世界上第一座高架橋于1928年出現在美國新澤西州伍德布里奇,它是一座每晝夜平均通行6.25萬輛汽車的完全互通的紫苜蓿葉式高架橋。20世紀60年代前后,美國、英國歐洲其他一些城市建成為數不多的高架道路。1964年,日本為舉辦奧運會修建大量高架橋,東京都區部內50%以上的快速干道是高架。由于城市用地緊張,東京還封閉圍合部分城市高架橋下空間,營造成一系列功能性很強的室內餐飲、商場等空間。

1972年,中國臺灣出現以市中心的光華路高架橋為代表的幾座跨越鐵路的高架橋,其支承結構上部為預應力混凝土鐵Ⅰ型梁,下部為鋼筋混凝土雙墩矩形基柱。橋下空間多開辟為小型車停車場、商場、消防單位、養護單位、居民活動中心等。

中國大陸第一座城市高架橋是1986年建成的廣州環市路東西走向的小北、大北高架路。它在建成后的一段時間內,有效地疏通了區莊廣州火車站一帶的車行交通。1987年建成的人民高架橋和六二三高架橋分別從南北向和東西向貫通舊城區,連接廣州火車站到人民大橋和黃沙大道(過江隧道出入口),改善了該地段的城市交通。此后,中國各大城市紛紛建設城市高架橋。截至2018年,中國高架橋的總長度超過30萬千米。

分類

按材料分類

高架橋依據建筑材料能夠分為鋼筋混凝土橋與鋼橋

按受力構件分類

拱橋

拱橋由一系列拱組成。不同場合采用不同的拱幅,一般情況下,拱幅寬10m、高7m,可以用石頭或混凝土制作。拱橋的優點是跨越能力強,外形美觀,構造簡單,易于掌握;能充分做到就地取材,耐久性好,養護維修費用少。拱橋的缺點是自重較大,相應的水平推力大;支架多,施工工序多,不便于機械化施工,施工周期長;多孔拱橋需設單向推力墩;上承式拱橋建筑高度大。

梁橋

梁橋由安裝在一系列混凝土立柱上的梁所組成,立柱的間隔通常在10米左右,其經濟跨徑大約在30米左右。混凝土梁相互連接,從而形成一個連續的梁體,最終構建成高架橋。梁橋的造價相較于連續剛性框架橋要低。

梁橋具有諸多優勢,它能夠就地取材,可實現工業化施工,耐久性良好,適應性較強,整體性佳且外觀美觀,這種橋型在設計理論以及施工技術方面均已發展得較為成熟。然而,梁橋也存在一定的局限性,其結構自重大,占全部設計荷載的30%至60%,這在很大程度上限制了它的跨越能力。

剛性框架橋

剛性框架橋由單個建造的梁和立柱構成,彼此獨立。剛性框架橋主要材料為鋼筋混凝土,中小跨徑,常用于需要較大的橋下凈空和建筑高度受到限制的情況。剛性框架橋具有外形尺寸小、橋下凈空大、橋下視野開闊、混凝土用量少等優點,但是其基礎造價較高,鋼筋的用量較大,且為超靜定結構,會產生次內力。

組成結構

高架橋按空間組成分為引橋、正橋、主跨三部分。從結構上考察分為上部橋面及其附屬設施、中部梁及墩柱支承設施、地下基礎三部分。上部橋面及其附屬設施指路面橋板及以上的附屬設施,如鋪裝、排水防水設施、防護欄桿,電力照明設施、隔聲板、交通指示與警示設施牌等;中部梁及墩柱支承設施由橋跨結構(也叫承重結構)的橋板、墩柱組成,直接承受結構及其上部交通荷載;地下基礎指橋梁位于支座以下的地下承重部分,包括橋臺、墩臺及其基礎,是支承上部結構、向下傳遞荷載的結構物。從功能上高架橋可分為交通附屬設施、交通路面、橋體、地面。

橋墩結構

常用高架橋墩臺的基礎形式有以下幾種。

倒梯形橋墩

倒梯形橋墩構造簡單,施工方便,受力合理,具有較大的強度、剛度和穩定性,對于單箱單室箱梁和脊梁來說,選用倒梯形橋在外觀和受力上均較合理。倒梯形橋墩

T型橋墩

T型橋墩占地面積小,是城鎮輕軌鐵路高架橋最常用的橋墩形式。這種橋墩既為橋下交通提供最大的空間,又能減輕身重量,節約圬工材料。特別適用于高架橋和地面道路斜交的情況。墩身一般為普通鋼筋混凝土結構,圓形、矩形或六角形,具有較大的強度和剛度,與上部結構的輪線過渡平順,受力合理。大伸臂蓋梁,承受較大的彎矩和剪力,可采用預應力混凝土結構。墩身高度一般不超過8~10m。

雙柱式橋墩

雙柱式橋墩在橫向形成鋼筋混凝土剛架,受力情況清晰,穩定性好,其蓋梁的工作條件較T型橋墩的蓋梁有利,無須施加預應力,其使用高度一般在30m以內。

Y型橋墩

Y型橋墩結合了工型橋墩和雙柱式墩的優點,下部成單柱式,占地少,有利于橋下交通,透空性好,而上部成雙柱式,對蓋梁工作條件有利,無須施加預應力,造型輕巧,比較美觀。

橋梁斷面結構

槽形梁結構

槽形梁由車道板、主梁、端橫梁三大部分組成,其建筑高度只取決于橋寬而與跨度無關,因此跨度越大,越有利。橋梁建筑高度低,便于城市道路間立體交叉,壓低線路標高,節約總投資;且兩側主梁可兼起防噪屏作用,景觀程度很好。但需布置多向預應力鋼筋。施工復雜,進度慢,造價較高,且設計、施工經驗少。

預應力混凝土箱梁結構

箱梁結構分上承式和下承式。上承式在箱梁頂板帶小懸臂車道板,適用于建筑高度不受限制的場合。下承式是在箱梁底板帶大懸臂車道板,也稱脊梁式結構。

上承式箱梁結構。

上承式箱梁結構的受力性能比脊梁結構合理,其上翼板位于箱梁的受壓區,懸臂長度比脊梁結構的懸臂板要小得多,橫向無須施加預應力,是城市軌道交通橋梁常用的結構。上承式箱梁橫截面有多種形式。其中,單室雙箱梁適合作標準區間梁使用,適用于景觀要求高、施工能力強的城市。單室單箱及雙室單箱梁材料用量少,外形可做成流線型,造型美觀,景觀效果好,但預制施工困難。

下承式脊梁結構

下承式脊梁結構主要靠脊梁來承受縱向彎矩,懸臂板作為行車道板,并作為傳力結構將荷載傳到脊梁上。擋墻主要用于防止噪聲和進行車輛傾覆保護,同時也可以作為結構的一部分(邊梁)改善懸板的受力。下承式脊梁翼板式結構的橫截面由脊梁、大懸臂翼板和邊梁三部分組成。其總寬度為8.70~9.50m,梁高隨跨徑在1.60~2.70m范圍內變化,相應的高跨比(h/1)在1/20~1/15之間變化。由于脊梁的寬度較通常的上承式箱梁小,因此梁高較大。

設計原則

安全

永久性城市高架橋結構需依據100年的設計使用年限進行建造。在制造、運輸、安裝以及使用過程中,要具備符合力學要求與規范規定的強度、剛度、穩定性,擁有與所處環境條件相適配的耐久性,具有充足的抗風、抗震以及抗偶然作用的性能,安全附屬設施完備,以確保結構安全、可靠。

功能

施工期間應盡可能降低并縮短對周邊環境產生的影響。建成之后,橋上與橋下的交通功能需滿足總體要求,運行保持順暢,養護維修便捷。在結構處于持久狀況時,變形、裂縫、耐久性等方面要滿足正常使用極限狀態的要求,各項功能均契合既定的總體目標。

經濟

經由多方案對比篩選,選定結構合理、構造簡易、技術先進、施工便利,在材料、人工、設備、養護等方面綜合效益最優的方案,從而充分發揮工程效益,削減工程造價,使國民經濟效益評價合理合規。

美觀

橋梁建筑不但是交通工程里的關鍵建筑物,更是城市環境與景觀不可或缺的重要組成部分。伴隨城市建設理念的持續演進,人們對于城市高架橋的景觀要求愈發注重。城市高架橋的線形與外形設計應兼具美觀性與實用性,橋梁結構需精煉,線條要流暢,尺寸應纖細輕巧,橋下空間要開敞明亮,最大限度地促使其與城市環境相互協調,為城市增添一抹獨特的景致。

特點

城市軌道交通高架橋具有以下特點。

基本布局和環境影響

線路平面通常沿市政道路兩旁綠化帶或市政道路中間綠化帶設置,其線路走向需服從城市規劃;于線路立面上而言,橋梁高度并不高,墩高一般在8米左右。橋面寬度相對較窄。雙線梁橋面寬度一般約為9米,單線梁橋面寬度一般約為5米,在選擇梁型時需考慮這一特性。會穿過居民區,有時甚至會穿越對噪聲、振動極為敏感的區域以及需要重點保護的名勝古跡等地。

規模和結構特點

橋梁長度較長而工期較短。如同市政高架橋,城市軌道交通高架橋長度短則數千米,長則數十千米;并且城市軌道交通多是用于解決較為緊迫的公共交通問題,工期往往很短,從設計到通車常常僅有三四年時間。除少數特殊情形外,城市軌道交通高架橋一般不會跨越大江大河,主要是跨越城市道路、市政管線等,屬于陸地橋梁,因此需要占用城市中緊缺且寶貴的土地資源。存在大量坡橋與彎橋。城市軌道交通高架橋因要跨越市政道路、高架橋、立交橋,甚至鐵路等,致使線路起伏較多,從而出現大量坡橋。又由于線路需服從城市規劃并避讓部分城市建筑物,所以城市軌道交通高架橋有眾多彎橋。不過,城市軌道交通高架橋的坡度相較于市政高架橋要小,其最大坡度一般不超過30%;最小半徑比市政高架橋大,通常為250米。

性能和設計要求

景觀與環境要求高。人們在享受快捷便利交通的同時,對交通設施的審美期待也日益提升,期望城市軌道交通結構能夠與城市建筑相互融合,進而提升城市的整體景觀形象。設計最高時速較低。軌道交通設計最高速度一般為80千米/小時,且因站距一般在1至1.5千米之間,實際平均速度僅為30至40千米/小時。一般城市高架道路設計速度也是80千米/小時,而鐵路設計最高速度已超300千米/小時。活載較大。城市軌道交通高架橋結構設計應當依據結構特性,按照規定的荷載,針對其可能出現的最不利組合展開計算。對后期變形要求極小。如今多采用無砟無縫軌道結構,這就要求橋梁結構的后期變形、基礎后期沉降都很小,預應力結構因收縮徐變引發的變形和撓度不得大于10毫米,在設計時考慮到離散性,應將其控制在7毫米以下。受力狀況復雜。無縫軌道會對橋梁結構尤其是下部結構產生附加力,例如軌道對橋梁產生撓曲力、伸縮力、斷軌力等。此外,還需考量車輛的脫軌荷載、接觸網荷載等的作用。

相關文件

2017年12月1日,《公共服務領域英文譯寫規范》正式實施,規定高架橋標準英文名為Overpass(指城市中的高架橋)或Viaduct(指橫跨河流或山谷的高架橋)。

相關事件

2017年1月12日20時50分左右,河南鄭州農業路沙口路高架橋一處施工中的橋面發生坍塌事故,造成一人死亡,兩人重傷,六人輕傷,事故系舊橋拆除時支架坍塌引起。2019年6月24日,河南鄭州北四環一高架橋在施工過程中突然坍塌,事故未造成人員傷亡。2021年12月18日15時36分,G50上海-重慶高速公路湖北鄂州段境內一段高架橋垮塌,橫砸在橋下高速路上,事故造成4人死亡、8人受傷。2022年9月24日上午9時13分左右,廣東省中山市一在建高架橋鋼箱梁突然坍塌。事故導致一輛貨車被壓,現場一名作業工人受傷。

參考資料 >

公共服務領域英文譯寫規范第2部分:交通.fj.2024-11-21

中國內地第一座城市高架橋:見證改革開放精神.央視網.2024-10-16

高架橋“上天”,監管不能“掉到地上”.光明網.2024-11-21

從天而降!高架橋突發扭轉垮塌!已致4人死亡,8人受傷!.澎湃新聞.2024-11-21

突發!一在建高架橋坍塌,有車被砸中掩埋.光明網.2024-11-21

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