曲线箱梁设计方法
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小半径曲线预应力砼箱梁计算分析摘要:文章通过一座预应力砼曲线梁桥实例,详细介绍了小半径曲线梁桥的结构受力特性,对小半径曲线梁桥设计过程中普遍存在的问题和加固方案进行了简述,希望可以为同行人士提供参考。
关键词:曲线梁桥;计算分析;加固方案1、引言随着国民经济和社会的发展,公路和城市中大量兴建互通式立交桥,由于受到交通功能的要求和地形条件的限制,立交桥上诸多匝道桥采用曲线构造。
这些桥梁线型变化多端,结构受力比较复杂,特别是小半径曲线梁桥,设计中应予以重视。
2、曲线梁桥特点小半径曲线梁桥主要有以下几个特点:1)由于曲率的关系,垂直荷载作用在曲线梁上时,同时产生弯矩、剪力和扭矩,并彼此互为影响,在曲线梁桥上的竖向挠度为弯曲与扭转两者竖向挠度的迭加。
2)通常桥梁宽度与曲率半径之比增长越大,则箱梁断面内力之差就越大。
3)对于曲线梁桥,由于扭矩的作用,曲线外侧腹板内力大于内侧腹板,做单梁模型计算分析时应考虑足够的安全系数。
4)曲线桥与一般直线桥相比,需要加大箱梁横向刚度,增加横梁构造。
5)曲线梁桥的反力与直线梁桥相比,有外梁变大,内梁变小的趋势,因此在内梁中有产生负反力的可能。
6)下部受力计算复杂,由于内外侧支座反力相差较大,使各墩柱所受垂直力也不同,弯桥下部结构墩顶水平力,除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外,还存在离心力和预应力张拉产生的径向力。
3、设计实例某立交匝道中3孔1联预应力混凝土连续箱梁,沿道路中心线孔跨布置(34+42+33)m,其平面位于曲线上,道路中心线曲线半径R=66m,横向箱梁中心线距离道路中心线1.75m;箱梁端支座均采用双支座,支座间距3.6m;中间墩一个固结,一个墩顶设单向活动支座,均外偏箱梁中心线0.15m;箱梁平面线形及支座布置见图1。
图1 曲线箱梁平面布置图3.1 设计标准荷载标准:公路I级,2车道,40Km/h3.2 主梁构造主梁构造为单箱双室截面,梁高1.8m,顶板宽12.2m,底板宽8.057m,悬臂长度1.75m,腹板厚度0.45~0.65 m,顶板厚度0.25m,底板厚度0.22m,梁端支座顶设置端横梁,横梁厚度1.0m,中墩顶设置中横梁,横梁厚度2.2m,每孔箱梁跨中设置厚度0.25m厚横隔板。
小半径曲线桥梁设计的要点摘要:小半径曲线梁桥,除承受弯矩、剪力外,还有较大扭矩和翘曲双力矩的作用。
曲线桥具有增添城市景观、使桥梁服从路线布置、提高交通枢纽使用功能等优点,因此在城市建设中应用越来越广泛。
小半径曲线梁桥的设计越来越引起人们的重视,当务之急是我国现行相关技术规范和设计理论有待进一步研究和完善。
本文首先分析了曲线梁桥的力学特性,然后详细阐述了小半径曲线梁桥的设计的要点。
关键词:小半径;曲线桥梁;支座;防崩钢筋;箱梁一、曲线梁桥力学特性曲线梁桥在竖向荷载作用下,由于曲率半径的影响,必然产生扭转,而扭转又导致挠曲变形,这样梁体不仅受弯矩作用,同时还受扭矩作用,这称之为弯扭藕合作用。
弯扭耦合作用导致曲线箱梁桥具有以下几点力学特性。
(一)梁内外侧受力不均由于扭矩的作用会造成外梁超载、内梁卸载等问题,致使弯梁桥外边缘弯曲应力大于内边缘,外边缘挠度大于内边缘,内梁和外梁受力不均,反应到箱梁上则是内外腹板受力不均。
当活载偏置时,内梁支点甚至可能产生负反力,甚至会出现梁体与支座脱离的问题发生。
(二)挠曲变形曲线箱梁桥的挠曲变形一般要比相同跨径的直线桥大,弯桥的挠曲变形是弯曲和扭转的迭加。
(三)横向水平力汽车在曲线梁桥上行驶时会对桥梁产生水平方向的离心力。
预应力、混凝土收缩徐变及温度变化等不仅对桥梁会产生纵向水平力,也会产生横向水平力。
外荷载对桥梁产生的横向水平力会增大梁体截面扭矩和桥墩弯矩,并有可能造成横向的位移或者是桥梁在平面的转动。
(四)翘曲与畸变对于弯箱桥梁,由于在弯扭耦合的作用下会出现综合截面应力相对直线桥梁而言较大的问题,特别是在截面扭转以及畸变作用下,这一问题更突出。
但其数值往往只占基本弯曲应力和纯扭转剪应力的5% ~ 10%,经过初步的估算,在设计过程中可以采取增设横隔板的设计处理方式,尽可能的控制截面畸变变形。
二、小半径曲线桥梁的设计要点(一)箱梁的设计1、箱梁跨径的选择弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系:弯扭刚度比越大,由曲率因素而导致的扭转弯形越大,因此,对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下,应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。
曲线桥梁的设计计算摘要:随着贵阳市的快速发展和道路等级的提高,曲线桥梁的应用越来越广泛,结合工程实践,对曲线桥梁设计计算进行分析,叙述箱梁构造,对几个重要荷载做计算以及结果分析、总结,以期为后续类似工程提供参考。
关键词:曲线桥梁;设计;计算1.工程概况贵阳市新建林城东路延伸段的立交节点—新添大道立交匝道桥,本匝道桥采用螺旋形,内外幅设置,本文以外幅第一联27.963+2x27m为工程实例,本联平曲线为半径50m的圆曲线加缓和曲线,竖曲线为凸曲线,上部结构为预应力混凝土现浇箱梁,中支墩固结,边支点采用支座,中支墩高度为70m和77m,桥墩采用3x5m矩形空心墩,承台桩基础。
1.结构计算上部结构箱梁按单箱单室设计,顶板宽10.2m,底板宽5.35m,悬臂长2m,腹板倾角76°,箱梁顶、底板平行设置,梁高2.2m。
端横梁宽度为1.2m,中横梁宽度为3.0m。
采用Midas/civil计算,并以《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)为标准,按部分预应力(A类)混凝土结构进行验算。
横断面尺寸图2.1 本文针对在设计过程中的几个荷载做计算分析:1.风荷载由于桥墩最大墩高为77m,风荷载对上部结构箱梁和下部桥墩影响较大,现以此桥墩墩高计算。
根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01-2018)规定,横桥向风作用下主梁单位长度上的顺风向等效静阵风荷载为,1)——空气密度,2)——等效静阵风风速,,——等效静阵风系数,本联水平加载长度L=27.963+2x27=82m,根据本匝道桥的建设地点,地表类别判定为C类,根据表5.2.1, =1.465;——桥梁或构件基准高度Z处的设计基准风速,或——抗风风险系数,基本风速 =28m/s,根据表4.2.6-1, =1.02, Z=77+2.2=79.2m;根据表4.2.1,, ,根据表4.2.4,,,得出,;——地形条件系数,取 =1.2,——地表类别转换及风速高度修正系数,根据表4.2.6-2,得出, =1.238,得出,,取大值,3)——主梁横向力系数,可按下式计算,,B——主梁的特征宽度,B=10.2m,D——主梁梁体的投影高度,D=3.38m,得出, =1.8;桥梁的主梁截面带有斜腹板时,横向力系数可根据腹板倾角角度折减,横向力系数的腹板倾角角度折减系数可按下式确定:,=14°,得出, =0.93。
桥梁工程中小半径曲线梁桥的设计要点摘要:随着我国城市交通压力的不断增加,大量的高架桥和立交桥被兴建,但是由于城市交通功能的要求和地形环境的诸多限制,这些桥梁多采用的是曲线型构造。
曲线型结构的桥梁受力比较复杂,其中以小半径梁桥最为特别,除了一般的受力外,还要承受扭矩和翘曲双力矩的共同作用,所以小半径曲线梁桥出现的问题较多。
本文就小半径曲线梁桥出现的问题做了相应的说明,并就这些问题进行了深入的探讨并着重说明了设计中要注意的要点。
关键词:桥梁工程;小半径曲线梁桥;设计要点Abstract: Along with the urban traffic increase of pressure, a lot of viaduct and flyovers be built, but because the city traffic function requirements and terrain environment many of the limitations of the Bridges take the form of a curve type structure. The structure of the bridge type curve stress is more complex, among them with small radius of the most special bridge, in addition to the stress of the general, but also bear torque and warp the joint action of double moment, so small radius of the problem of the curved girder Bridges is more. This paper is small radius of the problem of the curved girder Bridges related instructions, and these problems thoroughly discussed and the focus on the design to the main points of attention.Key Words: Bridge engineering; Small radius curve beam bridge; Design key points of the小半径曲线梁桥,虽说在现实生活中有了很广泛的应用,但是由于其承载量,预应力及温差引起的弯矩、扭矩等作用力的受力较复杂,因此很容易产生设计考虑不全面,支座脱空、移位甚至崩塌的问题,给人民生命财产安全带来了极大的隐患。
公路小曲线半径预制小箱梁线形控制技术摘要:结合自贡至内江快速通道(自贡境一期)大堰塘大桥25简支小箱梁施工,总结了小曲线半径预制小箱梁线形在整个施工过程中的控制方法。
Combined with the construction of 25m simply supported small box girder of Dayantang bridge of Zigong Neijiang Expressway (Zigong first phase), this paper summarizes the control method of small curve radius prefabricated small box girder alignment in the whole construction process关键字:预制小箱梁;小曲线半径;线形控制引言随着桥梁的快速发展,桥梁工程对线路平面线形要求越来越高,在条件不充裕的情况下,往往会设置小曲线半径。
小曲线半径桥梁无法直接做到“以折代曲”来适应线形的变化,因此必须对每片边梁的弦高进行加密、中梁长度的变化以适应线形的变化,这样可以达到桥梁整体线形顺畅,经济美观,相比常规台座布点测量的方法,提高了工作效率,减少了投入成本,现场实施简单易操作。
1.工程概况自贡至内江快速通道(自贡境一期)大堰塘大桥主线两幅,辅道两幅,均为25m跨径装配式预应力混凝土简支小箱梁,主线由6片小箱梁组成,辅道由5片小箱梁组成,上部结构采用5*25m简支结构桥面连续的装配式预应力混凝土简支小箱梁,全桥共一联,共有预制小箱梁110榀。
图1桥梁典型布置图1.小箱梁概况本工程大堰塘大桥桥长132m,主线桥面宽17.7m,辅道桥面宽度13.85m,其中左辅道每跨5片小箱梁,共5跨25片小箱梁,左辅道平面分别位于A=134.164m,半径R=300m的右偏的缓和曲线和圆曲线上;A=113.137m,半径R=320m的左偏的缓和曲线和圆曲线上,见图2图2大堰塘大桥左辅道桥型布置图1.预制安装的关键控制点3.1梁长由于本项目工程下穿既有川南城际铁路及在建成自泸高铁,路线平面线需要绕过铁路桥墩,因此平面线形为曲线布置,其中左辅道设计为S型曲线(图2),且曲线半径较小,所以从曲线外缘往曲线内缘,同一跨的每一榀箱梁梁长都不同,不同跨的箱梁长度也不同,且见图3图3其中最大梁长为25.558m,最小梁长为24.486m,差值为1.072m,桥梁沿线路径向布置,每一跨梁端、梁尾与线路的夹角不尽相同,梁长通过CAD平面图布置后量取及EXCEL表格计算复核再对照图纸得来的,见图4图4梁长布置图由于梁端首尾存在夹角,所以梁顶及梁底梁长不一,计算步骤如下:1.通过CAD量取箱梁中心梁长,对比图纸进行复核,确认无误后进行下一步计算。
宽幅三角挂篮悬灌箱型曲线连续梁工法执笔人:戴维赵云峰中铁一局桥梁处二二年二月四日变宽曲线连续箱梁悬灌施工工法目录、、,、. 刖訂_ .、工法特点三、适用范围四、挂篮设计及工艺原理五、施工工艺(」)、施工工艺流程图-(二)、施工工序及要点-六、机械设备七、劳动力组织八、质量控制九、安全措施十、效益分析卜一、工程实例一、前言目前采用挂篮悬灌箱型连续梁已在桥梁施工中普遍采用,而且挂篮的结构型式也趋于多样化,常见的有斜拉式、轻型多弦式、桁架式及菱型式挂篮。
最近几年又出现了结构简单、施工方便、轻巧安全的三角挂篮。
随着高速公路建设的不断发展,挂篮的适应能力也不断增强。
首先由直线到曲线;其次,梁体截面由单箱单室到单箱双室,梁体顶面最大宽度由到米,并且在主桥与匝道桥的过渡段,出现了腹板位置遂段变化的情况。
我处在甘肃省兰州市施工的天水路黄河大桥,正是在总结和吸收国内外各种挂篮优点的基础上,结合该桥设计结构,如:单箱双室截面,梁体宽度较大(顶板宽米,底板宽米),匝道起点位于主桥悬灌段上,底板位置加宽量由米到米,桥面由米加宽到米。
边跨端位于缓和曲线上,依靠梁体自身结构尺寸来调整横坡实现曲线外侧超高(调整范围一-)等特点,研制出一种结构简单,操作方便,移动灵活,并满足箱梁整体施工的宽幅三角挂篮,详见挂篮总体结构图。
该挂篮在施工中取得了显著的效果,并通过了专家评审,由此形成本工法。
侧面图二、特点、挂篮结构简单,不需要特殊材料和设备,易加工,无需平横重。
、挂篮通用性强,可随着箱梁的曲率变化或箱梁顶、底板宽度的变化,适当调整滑道,调整桁片数量或间距,即可满足施工要求。
3、篮重量轻,仅为灌筑梁段重量的%%,不但降低了梁部的施工荷载,而且降低了运输安装费用和桥梁造价,缩短了施工工期。
、挂篮结构合理,受力明确,变形量小,桥面标高易控制。
、挂篮设有走行装置,移动方便,内、外侧模、底模可一次拆除,便于整体抽、主要作业施工限制在挂篮内进行,可设顶棚及养生设备,不受气候条件影响,确保施工质量。
通工程中,并且取得了很好的使用效果。
再者,由于钢箱梁自重较轻,同等跨径时可采用较小的梁高,梁体外观轻盈,可取得较好的景观效果。
1连续曲线钢箱梁的主要特征根据以往城市立交桥设计经验,跨径30~60 m 连续钢箱梁时一般可满足立交桥的总体布置要求,对于这些中等跨径的钢箱梁可采用等高度断面[1]。
与混凝土连续箱梁不同,连续钢箱梁有以下一些明显的特点:①钢结构的自重质量较轻,其单位面积质量要远远低于混凝土连续结构;②钢材凭借其较强的抗拉压性能,可通过调整钢板的厚度来满足受力需求。
③钢箱梁采用工厂加工制作,临时墩支撑,分段吊车安装就位,施工方便快捷,对现况道路交通影响小。
④钢箱梁梁高较小,可取得较好的景观效果。
尽管钢箱梁优点众多,但其加工复杂,技术要求高,需要专业的加工队伍,且造价和后期维护费用较高。
2小半径曲线钢箱梁的常见病害及成因小半径曲线钢箱梁作为曲线梁的一种,自然继承了曲线梁的不足和缺点,同时因其自身的特殊性,其常见病害表现在如下几个方面[2]。
(1)梁体向曲线外侧径向侧移。
曲线匝道桥一般都是单向行驶,在活载的离心力和制动力作用下,主梁容易产生向曲线外侧及汽车制动力方向的水平错位。
当支座布置不合理时,在上述径向力和切线力作用下,严重时可使主梁滑落。
(2)梁体曲线内侧支座脱空及整体倾覆。
钢箱梁相对混凝土梁自重较轻,当支座设置不合理时,可提供的抗扭能力低,在车辆活载作用下曲线内侧的支座往往会出现脱空现象。
在极端偏载情况下甚至可能出现梁体整体倾覆的现象。
现实中经常出现重车列队偏载在一侧行驶或停车的情况,最终导致梁体整体倾覆。
摘要 对于受地形、地表及地下构筑物限制的城市桥梁,曲线钢箱梁因交通影响小且施工工期较短而成为首选。
曲线钢箱梁受力复杂,与直线桥梁相比更具设计难度,一旦设计不合理,将会对后续使用产生一系列后果。
本文通过分析曲线钢箱梁的受力特征、常见病害及成因,结合某小半径曲线钢箱梁的实际设计案例,对其设计要点进行探讨,以期为同类型曲线钢箱梁的设计提供借鉴和参考。
曲线刚箱梁的设计与计算发表时间:2018-06-01T10:49:20.107Z 来源:《防护工程》2018年第2期作者:刘小刚[导读] 近年来,城市交通日趋繁忙,城市快速路或主干道在城市交通中发挥着举足轻重的作用,重要节点或者路段多采用立交方案。
广州市市政工程设计研究总院广州 560010摘要:城市立交桥由于受施工条件、施工工期、桥下地面交通的布置和桥梁总体美观等限制,连续钢箱梁方案具备优势。
连续梁一般在曲线段上成为连续弯梁。
本文根据连续曲线钢箱梁的特点,就设计中应注意的若干问题,通过计算复核,使连续曲线钢箱梁设计安全、合理、经济。
关键词:曲线钢箱梁偏心疲劳设计1前言近年来,城市交通日趋繁忙,城市快速路或主干道在城市交通中发挥着举足轻重的作用,重要节点或者路段多采用立交方案。
在城市立交桥中,桥梁结构布置的难点一般在匝道曲线段上的桥梁结构。
对于城市匝道桥,半径较小,且桥下净空富余较小,桥梁多采用中小跨梁桥。
分跨布置时,不仅要考虑匝道桥的合理分跨,而且要考虑施工时地面道路的交通疏解,留出位置布置地面车道。
常规混凝土连续弯梁采用现浇施工,箱梁结构高度大、支架施工所需施工作业面大,周期长,难以满足城市用地和交通的需要,因此预制拼装的连续曲线钢箱梁方案成为唯一选择。
2曲线钢箱梁的特点对于曲线梁,桥梁跨度受到曲线半径影响。
匝道桥中小等跨径的桥梁可选用等截面的箱梁断面。
其主要有以下几个特点。
(1)钢结构自重较轻,30m左右跨度的钢梁,每平方米重450kg左右,远小于混凝土连续结构。
(2)钢结构对复杂桥位的适应性好。
(3)钢结构强度较高,容许应力大,应力往往不控制设计。
(4)连续曲线钢箱梁中,由于扭转效应的存在,双支座会产生不均匀的反力,应采取必要的措施避免由此带来的不利影响。
本文以某调头匝道为例,结合曲线钢箱梁的特点,就设计关心的几个问题,展开设计计算,并指导工程设计。
3工程简介某快速路设一对调头匝道。
A匝道桥跨组合为4x20+3x20+(20+26+20)+4x20m;B匝道桥跨径组合为3x20+(20+25+2x20)+(20+25+20)m。
曲线现浇箱梁弧形底面木模一次成型施工工法一、前言曲线现浇箱梁弧形底面木模一次成型施工工法是一种高效且具有较高施工质量的施工工法。
通过对该工法的详细介绍和分析,可以使读者了解到该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施,以及经济技术分析等内容。
二、工法特点曲线现浇箱梁弧形底面木模一次成型施工工法的主要特点如下:1. 施工速度快:采用现浇模板一次成型的方式,避免了二次拆模、重新浇注的过程,大大提高了施工效率。
2. 施工质量高:现浇模板在生产过程中可以精确制作,保证了梁底面的弧度和表面平整度,可以满足工程设计要求。
3. 适应性强:该工法适用于梁底面曲线度较大、弧形底面的装饰要求较高、且施工现场条件限制较多的工程项目。
4. 施工成本较低:相比于传统的二次拆模施工工法,该工法省去了二次拆模的材料和人力成本,从而降低了施工成本。
三、适应范围曲线现浇箱梁弧形底面木模一次成型施工工法适用于需要实现弧形底面的箱梁工程,尤其是那些要求弧度较大、装饰要求较高、且施工限制较多的项目。
例如交通隧道、桥梁主梁等。
四、工艺原理该工法的实际应用与工艺原理密切相关,以下为具体分析:施工工法与实际工程之间的联系:该工法采用现浇模板一次成型的方式,通过精确制作的木模板将混凝土一次性浇注而成,实现了弧形底面的箱梁结构。
通过数学建模和工程测量,将设计要求转化为具体的制作工艺和尺寸要求。
采取的技术措施:1. 制作精确的木模板:制作木模板时,需要根据设计要求和实际条件进行精确制作,如采用数控机床进行加工,确保模板的弧度和均匀性。
2. 底模施工:在底模上按照设计要求进行混凝土浇筑,要保证浇筑质量和均匀度,防止出现漏筑、缺口等问题。
3. 模板拆卸:混凝土凝固后,进行模板拆卸,需要轻拆轻放,避免对混凝土表面造成损坏。
五、施工工艺1. 建立基坑和地基处理:根据设计要求,在基坑内进行地基处理,确保地基平整度和承载力。
探析曲线箱梁设计方法摘要:针对城市高架桥和立交桥设计中经常采用的曲线箱梁桥进行分析,笔者结合曲线箱梁的特点,从多个方面探讨了渠梁的设计方法,并介绍了曲梁的构造措施,可供相关设计人员参考。
关键词:曲线箱梁、结构设计、构造措施1 曲线箱梁结构的受力特点我们知道,直桥中,荷载不偏心的话,梁是不会产生扭转的。
但是,在曲线桥中,即使是对称荷载,同样会产生扭转,一般情况下回出现“外梁超载、内梁卸载”现象,尤其是当曲率半径较小,而桥面又比较宽的情况下,这种现象会更加明显。
这样一来,梁的截面设计就显得非常复杂了,造成设计不合理,即断面尺寸和配筋不合理。
此外,曲线桥梁还会出现内、外梁的支点反力相差很大的现象,当有活载属于偏心时,内梁有可能会有负反力的产生。
2 曲线箱梁的结构设计分析2.1 箱梁曲率半径的影响曲线桥梁中主梁的弯曲程度对桥梁的影响是非常大的。
我们知道曲率半径不能等同于弯曲程度,因为曲率半径一定的情况下,梁跨径越大弯曲程度也会越大,因此,要分析主梁的弯曲程度就必须考虑跨长同曲率半径两者的比值,即我们常说的主梁圆心角。
简支曲线梁的挠度影响线公式为:η= r3×(c10+ k×c11)/(e×i)式中,c11是与扭转相关的系数;k为弯扭刚度比。
且c11在圆心角ψ≤30º时,c11=0,故当ψ≤30º时可以忽略扭转对挠度的影响;当ψ≤50º时,也可以足够精确的用跨径为l= r ψ的直线梁来计算。
另外,我们从挠度影响公式来分析, 挠度与弯扭刚度比是成正比的,所以,曲线桥梁必须在保证抗弯刚度ei的情况下,尽可能的增大截面的抗扭刚度,只有这样才能有效防止扭转变形的发生。
2.2 支承方式的设计(1)在曲线梁桥中,梁端的桥台或者墩顶可以采用两点、多点的支承方式, 这样有助于提高曲梁的横向抗扭能力,提高稳定性。
(2)在曲线梁桥中,中墩的支承方式是很多的,可以采用支承方式主要有:1)双柱形式的中墩, 或者采用矩形墩同时采取双点支承方式。
公路曲线预制小箱梁桥面横坡的调整方法摘要:本文将与工程实例相结合,首先分析各种公路曲线预制小箱梁桥面横坡的调整方法,然后对比各种调整方法的优缺点,希望能够为相关人员开展工作提供一定的借鉴意义。
关键词:桥面横坡;公路曲线;预制小箱梁;调整方法前言:预制小箱梁由于其工期短、造价低、施工技术成熟等优势在中小跨径桥梁中得到了较为广泛的应用。
出于促进标准化生产、减少预制模板种类的目的,交通运输部明确规定了预制小箱梁的底板水平,顶板横坡为2%的标准横坡。
但是公路桥梁在平面线形指标的影响下,桥面横坡的2%标准横坡段存在双向坡、超高段、渐变段,所以在设计预制小箱梁的结构时,应该保证其能够与公路桥梁不断变化的横坡相适应。
1.工程概况广州从化至清远连州高速公路TJ13标,位于清远市连州市境内,起止里程桩号为K186+368~K209+800,线路全长2861km,主线大中桥梁共5.387km/15座,互通式立交交叉桥梁105m/2座。
桥梁上部结构为预制箱梁、预制T梁,桥梁拥有25.5m的宽度,分为左右两幅,单幅拥有12.5m的宽度,拥有每小时120km的设计车速和0.5m的中央分隔带,主梁桥跨以25m、40m为主,部分桥梁处于超高段和超高渐变段。
1.常见的预制小箱梁桥面横坡调整方法为了方面后续的论述,本文将对3个不同的横坡概念做出如下约定:1.i%为桥面设计横坡,就是某桩号处桥梁桥面铺装顶部的设计横坡值。
在公路桥梁设计中i%的取值范围为±2%;2.j%为小箱梁顶板预制横坡,也就是在预制梁厂时某片预制小箱梁设定的顶板预制横坡值;3.k%为安装小箱梁后的顶板横坡,就是吊装到盖梁后某片预制小箱梁顶板的横坡值。
若安装小箱梁时没有进行整体旋转,则j%和k%数值相同。
根据设计图纸基本原则,桥梁设计线路前进方向单幅桥左低右高时,上述三者的取值为正数,若是左高右低,三者的取值为负数[1]。
预制小箱梁桥面横坡拥有较多的调整方法,通过总结主要分为以下三种类型:桥面铺装调整法、整体旋转法、顶板模板调整法。
应用技术与设计2018年第18期631 项目概述由于平面线型的限制,上跨主桥初步为25m+36m+ 36m+25m 预应力混凝土连续曲线箱梁,曲线半径为80m。
2 设计标准(1)设计载荷:城-A 级。
(2)温度荷载:结构体系温差为±22℃,温度梯度为10cm 沥青路面参数。
(3)桥宽:8.0m。
(4)设计车速:40km/h。
3 设计参数3.1 箱梁结构桥梁上部结构为四跨预应力混凝土连续曲线箱梁,位于圆弧曲线上,曲线平缓,最小半径为80m。
分跨布置为:25m+36m+36m+25m=122m。
主梁是单箱单室截面。
梁高在第一跨内从1.4m 逐渐变为2.0m,并在第三跨中从2.0m 进一步变为1.4m,梁高是跨径的1/17。
顶板宽度8.0m,底版宽度4.0m,箱梁翼板悬臂2.0m,腹板厚度50cm,底板厚度20厘米。
支点处有横隔梁,中横隔梁宽2.0m,端横隔梁宽1.0m,横隔梁位于支点处。
3.2 预应力布置箱梁采用单向预应力系统。
纵向预应力筋采用高强度,低松弛的股绳(12-7ф5和7-7ф5)。
箱梁跨中预应力钢束布置见图 1图1 箱梁跨中横截面(单位:cm)3.3 崩钢筋设置小半径曲线桥的纵向预应力钢绞线沿箱梁腹板的平面曲线水平排列。
预应力钢绞线对混凝土产生较大的径向力,将相邻的两根预应力钢绞线分开。
除了对混凝土施加局部压力外,预应力梁与箱梁内部弧面之间的混凝土也受到崩弹作用,因此该径向力对箱梁的受力非常不利。
为了解决这个问题,当布置钢梁时,在两个相邻的预应力钢梁之间留下14cm 的混凝土厚度,并且在箱梁腹板上留下18cm 的混凝土厚度保护层以抵抗这种侧向崩弹力,同时在腹板内设置防崩钢筋。
防崩钢筋示意图见图2。
图2 防崩钢筋示意图4 设计要点(1)由于曲线梁桥比直线梁桥的受力复杂,对结构的抗弯、抗扭性能要求高于同跨径的直线梁桥,故采用整体性好、抗扭刚度大就地浇注的连续箱形梁桥比较好。
(2)影响曲线桥和线形桥受力的主要因素有:中心角(反映主梁弯曲程度),桥宽与曲率半径的比值,比值弯曲扭转刚度和扇区EI ω的惯性矩。
预应力连续梁桥是一种简洁.美j观、经济.技术成熟的桥型,本文介绍l了上海五洲大道预应力连续梁桥弧形连{续箱梁的设计理念.设计构思和结构分j析,对今后弧形连续箱梁的应用有一定;的借鉴意义。
工程概述五洲大道工程是上海道路交通骨架7网络系统。
三环十射”的重要组成部分.}全长7.09公里.按城市快速路标准建!设,总投资约20"f Z .元。
该工程西起翔殷路隧道出口.横穿浦东北路.与在建的1长江隧桥相连。
全线主要由地面道路.;立交和高架组成,共设有浦东北路简易。
互通立交.张扬北路下立交.杨高北路;互通立交.申江路至日樱南路组合式立j 交和外环线互通立交5大立交。
外环线互通立交采用迂回定向+苜蓿叶形式,{主线上跨外环线,两条主线采用8条定{向匝道连通。
外环立交主线桥梁采用预应力混凝土弧形连续箱梁,双向6车道,分南北双幅桥,接匝道处设加减速:车道,左幅为等宽13.25米,右幅宽度l 由1325米增至23.991米,两幅桥之间j为5米的分隔带。
下部结构标准段采用:“Y “型墩。
技术标准高架道路等级为城市快速路.设计车速为80公里每小时;主线桥面宽度为315米.双向6车道;纵坡≤4%;横坡2%:净空高度≥55米;荷载等级为城一A 级:抗震标准要求以i 'E 震基本烈度70,结构重要性修正系数为1.3。
总体设计主线桥梁一般为直线桥梁,若采用相对较小的跨径.桥下墩柱林立,整体景观效果欠佳。
五洲大道在跨径选取上采用跨径30米跨预应力连续箱梁,桥墩数量较少.使得桥梁外形简洁.整体轻盈.柔和,线条流畅.桥下视觉较为通透和开阔。
由于箱形截面轻巧.整体性能好,抗扭刚度大,具有良好的稳定性和动力特性,因此业界常将箱形截面设计为预应力混凝土连续梁箱形截面形式。
箱形截面常用的有直腹板截面.斜腹板截面及弧形截面.本工程采用弧形截面。
弧形箱梁较为新颖.弧形箱梁通过弧形底板的圆顺过渡,从视觉上大大弱化了箱梁的结构高度.从而强化了箱梁的整体性与轻盈感。
探析曲线箱梁设计方法
摘要:针对城市高架桥和立交桥设计中经常采用的曲线箱梁桥进行分析,笔者结合曲线箱梁的特点,从多个方面探讨了渠梁的设计方法,并介绍了曲梁的构造措施,可供相关设计人员参考。
关键词:曲线箱梁、结构设计、构造措施
1 曲线箱梁结构的受力特点
我们知道,直桥中,荷载不偏心的话,梁是不会产生扭转的。
但是,在曲线桥中,即使是对称荷载,同样会产生扭转,一般情况下回出现“外梁超载、内梁卸载”现象,尤其是当曲率半径较小,而桥面又比较宽的情况下,这种现象会更加明显。
这样一来,梁的截面设计就显得非常复杂了,造成设计不合理,即断面尺寸和配筋不合理。
此外,曲线桥梁还会出现内、外梁的支点反力相差很大的现象,当有活载属于偏心时,内梁有可能会有负反力的产生。
2 曲线箱梁的结构设计分析
2.1 箱梁曲率半径的影响
曲线桥梁中主梁的弯曲程度对桥梁的影响是非常大的。
我们知道曲率半径不能等同于弯曲程度,因为曲率半径一定的情况下,梁跨径越大弯曲程度也会越大,因此,要分析主梁的弯曲程度就必须考虑跨长同曲率半径两者的比值,即我们常说的主梁圆心角。
简支曲线梁的挠度影响线公式为:
η= r3×(c10+ k×c11)/(e×i)
式中,c11是与扭转相关的系数;k为弯扭刚度比。
且c11在圆
心角ψ≤30º时,c11=0,故当ψ≤30º时可以忽略扭转对挠度的影响;当ψ≤50º时,也可以足够精确的用跨径为l= r ψ的直线梁来计算。
另外,我们从挠度影响公式来分析, 挠度与弯扭刚度比是成正比的,所以,曲线桥梁必须在保证抗弯刚度ei的情况下,尽可能的增大截面的抗扭刚度,只有这样才能有效防止扭转变形的发生。
2.2 支承方式的设计
(1)在曲线梁桥中,梁端的桥台或者墩顶可以采用两点、多点的支承方式, 这样有助于提高曲梁的横向抗扭能力,提高稳定性。
(2)在曲线梁桥中,中墩的支承方式是很多的,可以采用支承方式主要有:1)双柱形式的中墩, 或者采用矩形墩同时采取双点支承方式。
2)设立独立柱中墩, 墩顶设置成铰支座, 铰支座同时装有偏心设置。
3)独立柱墩顶与梁采用固结方式,这样一来桥墩的柔性能承担一部分的曲梁扭矩, 对曲梁的扭转起到一定约束作用。
依据过往曲线梁桥的设计经验,在曲线梁桥选择支承方式时: (1)当桥面比较宽且曲线半径比较大的情况下,因为主梁受到弯扭耦合作用是比较小的, 因而不适宜设置多跨的中间独立柱墩的点铰支承,而应该采用具备抗扭能力强的多支座来支承,也可以采用墩柱与梁相互固结的支承方式。
(2)当桥面比较窄且曲线半径比较小的情况下,比较适宜采用独立柱墩,支承结构方式的选择还要看墩柱的高度来确定。
对于较高的墩可采用墩柱与梁固结的结构支承形式。
对于较低的墩可采用
具有较弱抗扭能力的单点支承的方式。
(3)受扭转梁的跨度不要太长, 也就是抗扭梁支承之间总的跨长不要太长, 如果在中间墩设置铰支承, 偏心活载作用下所产生
的扭矩就会被传递到相邻孔, 因而中孔累计的扭矩都会转移到抗
扭支承上,这种不均匀的受力分配对于桥梁工程是非常不利的。
2.3 水平温度力特点以及减小水平力的措施
当温度变化时,混凝土的收缩会使曲梁桥产生水平方向的位移,而这类位移是弧线的, 它仅仅与曲率的半径有关,与圆心角无关。
温度是升高,混凝土的收缩都会使曲线梁桥在平面内产生内力, 除了水平弯矩和轴向力,还会产生径向水平剪力。
1) 温度发生变化后曲线梁桥通常会产生水平方向的内力。
研究表明,当桥面较宽、半径较小,同时在支座的作用下,能较好对水平位移进行约束。
2) 温度变化,但是梁的支座处位移却很小。
因此,在支座设计时,可以把它的横向位移固定,只容许一点点横向位移的发生,这样就能有效减小支座和梁所受的温度力。
3) 在曲线梁桥中各支座处的径向约束力沿梁轴的切线方向会产生分力,也就是说,即便顺着桥向设置了很多的自由滑动式支座,梁内部仍然会存在很大的轴向力。
4)曲线梁桥中尽量不要在同一个墩台上面设置几个自动支座,否则墩台会产生较大的水平转动力矩,甚至还可能造成支座发生剪坏破坏。
3 曲线箱梁的结构构造特点
一般情况下曲线箱梁是要加预应力的,而加了预应力后,梁体
外侧的扭转变形会更加明显,因此在预应力曲线箱梁设计时,当箱梁截面的抗扭刚度不够时, 可以采用加大箱梁宽度的办法,这样就能有效增加箱梁的抗扭能力。
曲线梁桥中横梁对于抵抗扭转,保持桥梁稳定的一个非常重要构件,因而它的刚度比直线桥要大很多。
通常情况下,箱梁的端部都会设置横隔板,如果曲梁的内半径较小,还应该在跨中设置横隔板, 用以避免畸变应力的产生。
曲线梁桥的温度位移因为曲梁的缘故,不是直线变化的,因此,两端的伸缩缝既要保证纵向伸缩有要保证横向伸缩,且伸缩量要比相同跨径直桥要大。
4 结束语
曲线梁桥与直线梁桥比较起来,主要在于其容易产生扭转,这样就存在了弯曲扭转的耦合,而这种耦合也使得曲线桥梁的设计复杂起来,因此,设计人员必须在综合考虑各影响因素的情况下,结合工程实际情况,按照规范精心设计,才能确保曲线桥梁的安全可靠。
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