预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸
co1425950161524
2015年06月25日 10:50:41
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连续刚构桥的适用范围PC连续刚构桥主跨跨径超过200m后,不仅主梁因梁高较大导致恒载过大、受力不好,而且经济指标也不好。主跨超过200m时,PC部分斜拉桥(也称矮塔斜拉桥)优于连续刚构桥,因为其主梁根部高度约为连续刚构桥主梁根部高度的一半,桥梁景观也较好。主跨在200m~300m之间,应首选部分斜拉桥。即使跨径在150m~200m之间时,也应对这两种桥型进行比较,择优选用。 以上系指按三跨对称布置的连续刚构桥或部分斜拉桥。当为两跨等跨布置时,则成为单T刚构桥或独塔部分斜拉桥。单T刚构桥的跨径一般不宜大于130m;两跨部分斜拉桥适用跨径为100m~180m。

连续刚构桥的适用范围

PC连续刚构桥主跨跨径超过200m后,不仅主梁因梁高较大导致恒载过大、受力不好,而且经济指标也不好。主跨超过200m时,PC部分斜拉桥(也称矮塔斜拉桥)优于连续刚构桥,因为其主梁根部高度约为连续刚构桥主梁根部高度的一半,桥梁景观也较好。主跨在200m~300m之间,应首选部分斜拉桥。即使跨径在150m~200m之间时,也应对这两种桥型进行比较,择优选用。


以上系指按三跨对称布置的连续刚构桥或部分斜拉桥。当为两跨等跨布置时,则成为单T刚构桥或独塔部分斜拉桥。单T刚构桥的跨径一般不宜大于130m;两跨部分斜拉桥适用跨径为100m~180m。



连续刚构与连续梁的混合体系

国内已建成的连续刚构桥的连续总长度已突破1000m。重庆黄花园大桥为137+3×250+137≈1024m;东明黄河大桥为75+7×120+75=990m。所以,连续刚构桥的连续长度可以达到1000m。但是,连续长度过大,靠两边的几个桥墩因远离温度变形0点,将产生较大的水平位移,桥墩受力很不利。国内外一些较长的大跨度梁桥,采用中间区段为连续刚构,两边区段为连续梁的混合体系,结构受力合理,称为刚构—连续梁。缺点是连续梁部分要设置大吨位支座,使用期需进行更换。



墩高对连续刚构桥的影响

连续刚构桥为高次超静定结构,温度与砼收缩、徐变将产生次弯矩。当主墩较矮或抗推刚度较大时,对纵向地震影响不利,在墩顶还会出现较大的拉应力。需要利用桥墩较小的抗推刚度(双壁墩bh3E/(2L3))来降低上述次弯矩。一般情况下,墩身高度宜大于主跨跨径的1/10,否则应采取措施降低次弯矩。例如:


1.1 在满足抗弯和稳定的前提下,减小墩身顺桥向厚度;

1.2采用群桩基础,计入桩基柔度对墩身的影响;

1.3利用边跨合拢前后的刚度变化对主梁进行加卸载,以改善墩身的受力;

1.4将中跨底板预应力长索分三段锚固。其中两段在中跨合拢前锚固,一段在合拢后锚固,以减小底板束产生的次弯矩和砼收缩、徐变内力;

1.5对于个别很矮的桥墩,不用墩梁固结,采用墩上设置活动支座。

矮墩连续刚构桥的实例:

跨190m华南大桥,主墩墩身高度为11m,东明黄河大桥主墩高度9.1m~12.3m;某城市立交桥,跨径为36+58+90+58m,主墩高度为7.25m~8.18m;湖北翟家河大桥,跨径为85+160+85m,两个主跨高度分别为16m和95m。




孔跨布置

三跨连续刚构

设中跨为L,边跨为L1及L2。L1= L2时为对称布置,L1≠L2时为非对称布置。正常情况下,一般可取L1=/L(及L2 /L)=0.52~0.60较为合适。边跨大或小各有利弊,分述如下。

边跨较小的优点

⑴ 边跨现浇段长度较短,对施工有利。当边墩台较高时,可用导梁、托架或挂篮前推作为支架,现浇段可以不用落地支架。


⑵ 边跨主梁端附近主拉应力较小,对防止箱梁腹板出现斜裂缝有利。


⑶ 边跨满布活载,中跨空载时,对中跨受力有利。


⑷ 当中跨长度一定时,边跨较小,则主桥长度较短。


边跨较小的缺点


⑴ 边跨过小时,如边支承出现负反力,需采用拉压式支座或在边跨主梁内加配重的措施,边墩台的受力不好。

⑵ 边跨较小时,主墩靠岸一侧的单柱轴力较小,另一单柱轴力较大。故外立柱的偏心距大,将产生较大拉应力。但可采取下述措施克服这个缺点:


①边跨合拢前,在边跨大悬臂端加压重,边跨合拢后卸载。结构分析表明,卸载后,外立柱仍可获得因加压增加压力的90%。

②中跨合拢前顶推主梁,使主墩向岸方向产生水平位移,然后锁定中跨合拢段,再浇边跨和中跨的合拢段砼。顶推力应根据计算确定。

③改变中跨底板纵向预应力钢束的张拉程序。一般是在中跨合拢后才张拉中跨跨中附近的底板钢束,这时将引起墩身弯矩,此弯矩与恒载墩身弯矩方向相同,对墩身受力不利。改为将部分底板钢束在中跨合拢前张拉,可减小墩身的弯矩。

边跨较大时的优缺点,与上述边跨较小的优缺点相反。

两跨T构

两跨T构多采用等跨布置,对结构受力有利,也方便进行对称施工。例如贵州省贵毕公路小阁丫大桥,跨径138.1+138.1m。0号梁段长16m,挂篮悬浇梁段长度为110.5m(一侧)靠桥台16.6m长为现浇梁段,合拢段长3m。



有时受地形限制,也可以采用不等跨布置。小跨与大跨跨径之比,不宜过小,否则对桥墩受力不利。一般宜大于0.8。例如贵州省崇遵公路两岔河大桥,由于某种特殊原因,跨径为132m+126m。小跨与大跨之比0.955。0号梁段长16m在托架上现浇,2×105.5m用挂篮悬浇施工,先合拢小跨端部12.5m梁段,然后再将大跨悬浇一个4.5m的梁段,最后浇筑大跨合拢段(亦为现浇段)长14m。


两跨T构,由于悬臂浇筑施工过程,悬臂长度大,主梁根部负弯矩大,导致主梁梁高较大。在三跨正常布孔其中跨跨径与两跨T构跨径相同的情况下,后者主梁根部高度约为前者的1.6倍。所以,如果桥长相等,后者往往造价较高。对于两跨T构方案,要注意进行经济技术分析。


多跨连续刚构

四跨或四跨以上,可以对称布置,也可以非对称布置。中间1跨或几跨为主跨,跨径相等。边跨跨径一般逐渐减小。相邻两跨如跨径不等时,小跨与大跨之比,正常情况下不宜小于0.52。上限则比较灵活,有的桥达到0.8。以下是几座四跨或四跨以上连续刚构的孔跨情况,可供参考。


广东洛溪大桥:65m+125m+180m+110m,连续长度480m;

贵阳小关大桥:69m+125m+160m+160m+112m,连续长度626m;

福建石崆山高架桥:60m+115m+155m+115m+115m+115m+65m,连续长度740m。

四跨或四跨以上连续刚构的一个重要特点就是:大跨与小跨对应的悬臂施工T构的长度不相等,出现大T和小T,设计和施工都更复杂一些。

小边跨连续刚构

有时受地形或其他条件限制,可能出现很小的边跨,其跨径与相邻较大跨径之比小于0.5。对桥墩和主梁受力不利,设计有下述两种处理措施:

当小边跨梁端的负反力较大,难以消除时,采用基础锚碇的方法平衡负反力。例如:

四川省泸州长江二桥,孔跨布置为145m+252m+54.75m,小边跨箱梁通过5.25m长的合拢段与桥台刚性连接。按锚碇桥台设计,布置18根方形锚桩,通过设在锚桩内的竖向预应力束将桥台可靠地锚于基岩中。桥台长26m,与箱梁结构一致,两端加隔板,箱内用浆砌石填心,小边跨的纵向预应力束锚于台尾。桥台为三向预应力结构。桥台构造见图1。


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贵州省关兴公路落拉河大桥,孔跨布置为40m+166.5m+97m。40m小边跨采用大截面等高度箱梁,并在梁端布置4排预应力锚杆。锚杆用32精轧螺纹钢筋,锚入基岩内10m,在梁顶张拉。锚杆纵向间距100cm,横向间距180cm,每根锚杆张拉力320KN。


当小边跨跨径不是很小时,采用大、小T和调整边跨构造尺寸的方法协调恒载分布,以改善边主墩的受力。例如:

云南省三界怒江大桥,孔跨布置为55+138+95m,小边跨55m与中跨138m的比值为0.399。设计采取的协调措施是:主桥由一个100m小T和一个176m大T组成,使小边跨端部不出现负反力。小边跨箱梁仍按正常情况进行结构设计。


贵州省思南岩头河大桥,孔跨布置为53.5m+128.5m+92m,小边跨53.5m与中跨128.5m的比值为0.416。设计亦采用大、小T的方式协调内力。小边跨端部为正反力,箱梁按正常情况进行设计。靠小边跨的主墩较矮,墩顶截面出现不大于3MPa的拉应力,布置竖向预应力筋。



主梁构造与尺寸
箱梁高度

连续刚构桥几乎都采用变高度箱型断面,故仅对箱型断面进行论述。

三跨对称布置时的主梁高度

主梁根部高度

早期设计的连续刚构桥,主梁根部高度多为L/18~L/20(L为中跨跨径,下同)。

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近年连续刚构桥出现了一些病害,主要是箱梁腹板产生斜裂缝和跨中挠度过大,箱梁根部高度有增大的趋势,大约在L/16~L/17之间。

⑵ 主梁跨中高度

主梁跨中高度大约在L/45~L/60之间。当跨径较小时,从构造和方便施工考虑,跨中梁高一般不宜小于2m。

两跨T构的主梁高度

国内外已建成的两跨T构桥很少。主要原因是主梁高度大,不经济。贵州省已建成的两座两跨T构桥:小阁丫大桥跨径138.1m+138.1m,主梁根部高度为13.4m,两岔河大桥跨径为132+126m,主梁根部高度为13.4m。主梁根部高度约为L/10。两座桥主梁端部梁高均为4.1m,约为L/34~L/32。


孔跨非对称布置时的主梁高度

孔跨非对称布置时,一般情况下会出大、小T。例如:

⑴ 云南省三界怒江大桥,孔径为55m+138m+95m,主桥由1个100m的小T和1个176m的大T组成。小T的主梁根部高度为6.5m,大T主梁根部高度为9.5m,中跨跨中梁高为3.5m。


⑵ 贵州省思南岩头河大桥,孔径为53.5m+128.5m+92m。主桥由1个87m的小T和1个170m的大T组成。小T的主梁根部高度为6.25m,大T主梁根部高度为9.5m,中跨跨中梁高为3.2m。


大、小T的根部梁高应按结构计算控制。作为初步拟定尺寸,下述两点可供参考:

⑴ 大T的根部梁高约为大T边跨跨径的1/10;

⑵ 小T的根部梁高约为(2h-h1),式中h=L/16~L/17;L为中跨跨径,h1为大T根部梁高。

中跨最小梁高约为中跨跨径的1/40。

主梁高度变化曲线


主梁高度的变化曲线,常用的有三种:按二次抛物线变化,按正弦曲线变化和按半立方抛物线变化。

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图2表示主梁从根部高度ha变化到跨中高度hb。几种变化曲线主梁高度hj的计算公式如下:


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早期的设计多采用二次抛物线变化。近期由于多座连续刚构桥产生腹板斜裂缝,且常出现在L/4附近,为了增大该区段的主梁高度,采用半立方抛物线变化有利于减小主拉应力。但有的论文则认为,从增大底板下缘曲率半径以减小预应力束径向力考虑,建议采用二次抛物线。


箱梁顶、底板和腹板厚度

顶板厚度


根据箱的宽度和是否布置横向预应力筋,顶板跨中厚度在25cm~35cm之间变化。一般情况下不小于25cm。0号梁段和边跨现浇段梁端的顶板应加厚,一般加厚至50~70cm。顶板两侧的根部要布置承托,其尺寸应根据顶板预应力钢束构造要求确定。


箱梁两侧的悬臂板,其端部厚度一般为15~20cm。当布置横向预应力筋时,多用20cm,根部设置承托,尺寸由顶板钢束构造要求确定。


边跨梁端因设置伸缩缝,顶板厚度(含两侧悬臂板)要满足预埋锚固钢筋的要求。


底板厚度


跨中底板厚度一般取25~35cm。主梁根部底板厚度一般取根部梁高的1/8~1/10。0号梁段底板应加厚,一般取根部梁高的1/6~1/7。边跨现浇段梁端的底板厚度应按端横隔板的构造要求确定。


从箱梁根部至跨中,底板厚度应采用渐变,其变化曲线多采用半立方抛物线或二次抛物线。


腹板厚度


腹板厚度主要取决于布置预应力筋和浇注砼必要的间隙等构造要求。从箱梁根部至跨中,根据跨径的大小,可分为不同厚度的二段或三段。一般在80~40cm之间取值。当腹板内设置下弯钢束和竖向预应力筋时,腹板厚度按构造要求确定。沿纵向腹板厚度不宜突变,可安排在一个梁段内完成渐变。


0号梁段的腹板要加厚,根据跨径的大小,一般在80cm~140cm之间取值。

边跨主梁端部附近应结合端横隔板设计,加大腹板厚度,并设置一渐变段与一般梁段的腹板厚度衔接。

箱梁横隔板

通常的做法是,在0号梁段对应于主墩墩柱位置布置横隔板,其厚度与桥墩两壁的厚度一致;另外还在边跨支承处布置端横隔板,其厚度可根据边跨跨径的大小,在0.8~2m之间取值。其余梁段不设横隔板。


近年有的连续刚构桥曾发生底板崩裂的事故。当箱梁较宽时,为了减小底板钢束径向力的不利影响,有的设计在主梁跨中布置横隔板。


当边跨跨径较大,箱梁较窄时,为了提高梁端支承的抗扭能力,必要时可将端横隔板延伸至箱外(至腹板的外侧),梁端支承相应移至腹板之外。


所有横隔板都应设孔洞,以保证箱内通道全桥贯通。孔洞大小,应方便管养人员及小型机具通过。



主墩构造与尺寸

设计原则


在满足抗弯、抗压强度和压杆稳定的前提下,桥墩应具有较小的抗推刚度,使温度、砼收缩、徐变和顺桥向地震的不利影响降至最低限度。


墩身结构型式及尺寸

一般多采用双柱式(顺桥向双柱,下同),如图3所示。从已建成的连续刚构桥可以看到,随着主桥跨径和墩高的不同,b、c值变化较大。b值大约在100cm~400cm之间,c值大约在200cm~800cm,个别桥c值达到900cm~1000cm。


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当主跨L≥120m时,墩身宜采用箱形断面。箱壁顺桥向厚度一般可取墩柱横向宽度的1/12~1/14;箱壁横桥向厚度,一般大于顺桥向壁厚30~40cm。箱内不设或设置少量横隔板。有的桥为了减小施工阶段的墩身应力,提高稳定安全系数,墩身下段做成实体,上段为箱形断面。实体段的高度视跨径大小和墩高而定。


主跨L在80m~120m之间时,可采用实体双柱式,顺桥向厚度约为60cm~150cm。墩身断面常用矩形和工字形。


跨径小于80m时,可采用单柱式箱形断面墩身。横桥向墩身宽度a1,一般取等于箱梁的底板宽度a0,即a1=a0。如果主梁箱宽过小,桥墩较高,或者为造型美观,也可使a1>a0,(a1-a0)大约在150cm~250cm之间,参阅图4。


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分析计算表明,施工过程当主梁为T构大悬臂状态时,稳定安全系数最小。当跨径较大,桥墩较高时,为了提高墩身的稳定安全系数,在双柱之间设置横系梁。横系梁的高度一般为100cm~200cm。经计算,如果使用阶段不需要横系梁,可以按临时构件设计,例如用钢结构。全桥合拢后便可拆除。横系梁受力较大,尤其是在两柱发生不均匀变形时,横系梁两端出现很大的弯应力。当两端为铰接时,横系梁对墩柱的稳定无贡献。应采取措施确保横系梁两端承载力满足规范要求,限制砼的裂缝宽度,使之达到刚接状态。


墩身设计参数的优化

墩身设计参数为双柱的中距S=2e和壁厚b(参阅图3),影响S和b的主要因素是主跨跨径L和墩高H。三滩黄河大桥(78+140+78m连续刚构)设计中,采用有限元计算和参数回归分析,得到以下初步结论:


⑴ 随着b值的减小,桥墩整体稳定安全系数λ减小,桥墩所受弯矩、轴力显著减小;

⑵ 随着s值的减小,桥墩整体稳定安全系数λ减小,桥墩所受弯矩减小,桥墩所受轴力增大;反之亦然。

⑶ 针对三滩黄河大桥,不同墩高时,S与b值的优化结果如表2。

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部分连续刚构桥主墩S值和b值

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桥墩防撞设计

位于通航河流或有漂流物的河流上的桥墩,设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用。撞击作用标准值及计算方法按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)第4.4.2条执行。

桥墩抗渗设计

位于水中或变动水位区域的桥墩应进行抗渗设计。应按《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》(JTG D62-2004)第1.0.10条的规定,根据最大作用水头与墩身砼壁厚之比确定设计采用的抗渗等级。设计应对抗渗砼的配合比及主要技术措施提出要求。




其他方面
箱梁的管养、检修通道

箱梁内应设置贯通全桥的管养、检修通道。进出口尽可能布置在边跨梁端的桥台(或桥墩)上,一般情况下不宜布置在箱梁的底板上。箱内所有的横隔板要设置孔洞,其尺寸至少要满足人员通行。

箱内泄水孔

为了排除施工期箱内雨水,可在箱梁最低处(根部底板上)布置2~4个直径为100mm~120mm的泄水管,竖向贯穿底板。

箱内通气孔

为了降低箱内外的温差,应在每一梁段的底板或腹板上设置6~8个直径为60mm~80mm的通气孔。
梁段结合面上设剪力齿

悬浇梁段之间的施工缝,为箱梁的薄弱断面,影响主梁的整体性,为了提高梁段接缝传递剪力的能力,
应在已浇梁段的端面设置剪力齿。如图5所示。

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预留更换支座的空间

支座使用寿命远小于箱梁,使用期更换支座是不可避免的。布置支座的墩台,设计时要预留更换支座操作的空间。



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免费打赏
加倍努力
2015年06月25日 16:05:42
2楼
好资料,谢谢楼主!
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luochongchong
2015年06月26日 09:31:48
3楼

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qq_1396600088796
2015年06月26日 10:15:42
4楼
装逼的说:温故而知新。
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lrg005
2015年06月26日 10:17:41
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谢谢楼主,好资料,学习了!
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hgyuiytirfi3214655
2015年06月26日 10:25:34
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希望楼主有更多的资料和大家分享。
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2015年06月26日 10:29:29
7楼
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lkjh12345321545
2015年06月26日 10:31:02
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tfytfky15456563
2015年06月26日 10:36:12
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tydftyydf54853
2015年06月26日 10:43:59
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装饰家族
2015年06月26日 11:12:29
11楼
好东西。。。。。。。。。。。
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