(整理)预应力溷凝土连续弯箱梁桥设计
- 格式:doc
- 大小:20.00 KB
- 文档页数:3
浅析预应力混凝土连续梁桥的发展及设计流程一、研究概况及发展趋势预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种,它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好,特别是主梁变形挠曲线平缓,桥面伸缩缝少,行车舒适等优点。
由于悬臂施工方法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。
60年代初期在中等跨径预应力混凝土连续梁中,应用了逐跨架设法与顶推法;60年代中期在德国莱茵河建成的本多夫(Bendorf)桥,采用了悬臂浇筑法。
随着悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法的不断改进、完善和推广应用,在跨度为40—200米范围内的桥梁中,连续梁桥逐步占据了主要地位。
目前,无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥,还是跨河大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了其独特的优势,成为优胜方案。
我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥,至今已有40多年的历史,比欧洲起步晚,但近对年来发展迅速,在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异,预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。
近20年来,我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径90m 的哈尔滨松花江大桥、跨径120m的湖南常德沅水大桥、主跨125m 的宜昌乐天溪桥、跨径154m的云南六库怒江大桥等。
下表是我国目前建成的部分主要大跨径预应力混凝土连续梁桥。
我国已建成的部分主要大跨径混凝土连续梁桥序号桥名主桥跨径(m)桥址1 南京长江二桥北汊桥90+165*3+90 江苏2 六库怒江大桥85+154+85 云南3 黄浦江奉浦大桥85+125*3+85 上海4 常德阮水大桥84+120*3+84 湖南5 东明黄河公路大桥75+120*7+75 山东6 风陵渡黄河大桥87*5+87+114*7+87 山西7 沙洋汉江大桥63+111*6+63 湖北8 珠江三桥80+110+80 广东二、生产需求状况虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展,然而与国际先进水平仍存在一定差距。
预应力混凝土连续梁桥的设计1.1总体布置结构总体设计主要包括桥梁跨径分配、主梁截面形式的拟定以及梁高等方面的内容。
1.1.1跨径布置目前,设计工程师认为预应力混凝土连续梁桥的最大理论跨度为250~300m,经济跨度为100~240m。
–布置原则:减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求–不等跨布置——大部分大跨度连续梁边中跨比为0.5~0.8,最好为0.65–等跨布置——中小跨度连续梁–短边跨布置——特殊使用要求1.1.2主梁截面–板式截面——实用于小跨径连续梁–肋梁式——适合于吊装–箱形截面——适合于节段施工–其它1.1.3箱梁梁高梁高——与跨径、施工方法有关等高度梁——实用于中、小跨径连续梁,一般跨径在50~60米以下变高度梁——实用于大跨径连续梁,100米以上,90%为变高度连续梁桥型公路桥铁路桥支点梁高(m)跨中梁高(m)支点梁高(m)跨中梁高(m)等高梁(1/15~1/25)l(1/16~1/18)l变高(折线)梁(1/16~1/20)l(1/22~1/28)l(1/12~1/16)l(1/22~1/28)l变高(曲线)梁(1/16~1/25)l(1/30~1/50)l(1/12~1/16)l(1/30~1/50)l对于变高梁,一般对于公路桥,支点梁高是跨中梁高的2~3倍;对于铁路桥,支点梁高是跨中梁高的1.5~2倍。
1.2细部设计主梁细部设计包括顶板、底板、腹板等部位尺寸的拟定,横隔板的设置,齿块和承托等构件的设计等。
1.2.1顶板、底板及腹板箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。
当悬臂施工时,箱梁底板特别是靠近桥墩附近的底板将承受很大的压应力。
在发生变号弯矩的截面中,顶板和底板也都应各自发挥承压的作用。
(1)顶板顶板厚度一般考虑两个因素:满足桥面板横向弯矩的要求;满足布置纵向预应力钢束和横向预应力钢束的构造要求。
另外传统的设计理念认为,顶板厚度与腹板间距相关。
桥面板的悬臂长度也是调节板内弯矩的重要参数,在布置横向预应力时可考虑桥面板的横向坡度和板截面的变高度,以发挥预应力束的偏心效应。
大跨径预应力混凝土连续梁桥设计分析摘要:大跨径预应力混凝土连续梁桥具有跨越能力大,施工工艺成熟、工程造价低,桥型简单,维修保养方便的优点。
本文结合工程实例,分析了大跨径预应力混凝土连续梁桥的设计。
关键词:大跨径;连续梁桥;桥梁设计连续箱梁结构具有变形小、刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、抗震能力强等优点。
目前在40~150m跨度范围内,无论是城市桥梁、公路桥梁,还是铁路桥梁中都具有较大的优势,是一种广泛使用的桥型。
现就某路进行拓宽建设中的桥梁设计进行探讨。
一、工程概况某桥主桥拟采用大跨径预应力混凝土连续梁,引桥拟采用预应力混凝土简支t梁。
主桥桥型布置见图1所示图1桥型布置图该桥主桥主要技术标准:桥面宽度:0.5m+15m+0.5m;设计荷载:城市a级;设计车速:80km/h;通航净空:航道标准为ⅲ级,最高通航水位73.00m,通航净空不小于70m×7m;温度荷载:箱梁体系温度10~45℃,合拢温度15℃。
二、总体设计主桥方案从技术先进性、施工方便性、经济合理性、环境景观协调性等方面考虑,选定了大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁方案,预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一,该桥跨径布置为45m+80m+45m,箱梁顶宽16m,底宽8m,为单箱单室截面。
根部梁高4.5m,跨中梁高2m,箱梁梁高、底板厚度均按照二次抛物线变化,既满足了结构受力需要,又使得梁体线形显得匀称流畅。
三、连续箱梁设计1尺寸拟定本着安全可靠、经济适用的原则,考虑结构受力要求、预应力钢束布置、施工技术水平等因素,主梁结构尺寸拟定:主桥横断面采用单箱单室箱形截面,根部梁高为4.5m,高跨比为1/17.8;跨中梁高2.0m,高跨比为1/40.0。
箱梁顶板宽16.0m,底板宽8.0m,翼缘板悬臂长4.0m。
箱梁高度从距墩中心1.75m处到跨中合拢段处按二次抛物线变化,除墩顶。
斜交转正交现浇预应力斜交转正交现浇预应力混凝土混凝土混凝土连续箱梁桥设计连续箱梁桥设计连续箱梁桥设计张忠效1 张建勋2(1中交通力建设股份有限公司 西安 7100002深圳市市政设计研究院有限公司郑州分公司 郑州450000)【摘要摘要】】随着国家经济的发展,业主对公路设计的要求不断提高,受主线与被交路(或河流流向)斜交及邻近联跨桥梁布孔影响,桥梁支点斜向布置转为正交布置这种斜转正受力形式的桥梁必将越来越多。
本文结合一座斜转正桥梁的设计实例,提出了一些较为可行的思路和方法,对该型桥梁结构受力特点及结构分析中应注意一些事项,供今后类似桥梁设计参考。
【关键词关键词】】公路桥梁 斜交转正交 布孔方案 结构分析 The d The design of PC continuous Box esign of PC continuous Box esign of PC continuous Box--girder Bridge Transferring skew intoO rthogonal rthogonality ity ityZhang Zhongxiao 1 Zhang Jianxun 2(1 Zhongjiao Tongli construction Co. ,Ltd Xian 710000 2 Zhengzhou branch of Shenzhen municipal design and research institute Co., Ltd Zhengzhou 45000) Abstract : With the development of national economy, the owner’s requirements for highway bridge design continually increase. Due to the influence of skew of main line and cross road, as well as adjacent bridge opening arrangements, such bridge, whose support is not skew but orthogonal with cross road, will become more and more popular in the future. Based on a design example of this kind of bridge, this paper provides some feasible ideas and methods to conduct force analysis of such bridge for designers’ reference.Key words : highway bridge; Transferring skew into Orthogonality ; bridge opening arrangements; Structural Analysis1 1 概述概述从莞高速公路东莞段樟木头互通主线左线桥(以下简称“本桥”或“该桥”),跨径组成为(28+45+28)+(2×25)+(2×23)m,全桥三联。
斜交转正交现浇预应力混凝土连续箱梁桥设计【摘要】随着国家经济的发展,业主对公路设计的要求不断提高,受主线与被交路(或河流流向)斜交及邻近联跨桥梁布孔影响,桥梁支点斜向布置转为正交布置这种斜转正受力形式的桥梁必将越来越多。
本文结合一座斜转正桥梁的设计实例,提出了一些较为可行的思路和方法,对该型桥梁结构受力特点及结构分析中应注意一些事项,供今后类似桥梁设计参考。
【关键词】公路桥梁斜交转正交布孔方案结构分析The design of PC continuous Box-girder Bridge Transferring skew into OrthogonalityZhang Zhongxiao 1Zhang Jianxun 2(1 Zhongjiao Tongli construction Co. ,LtdXian 7100002 Zhengzhou branch of Shenzhen municipal design and research institute Co., LtdZhengzhou 45000)Abstract : With the development of national economy, the owner’s requirements for highway bridge design continually increase. Due to the influence of skew of main line and cross road, as well as adjacent bridge opening arrangements, such bridge, whose support is not skew but orthogonal with cross road, will become more and more popular in the future. Based on a design example of this kind of bridge, this paper provides some feasible ideas and methods to conduct force analysis of such bridge for designers’reference.Key words : highway bridge; Transferring skew into Orthogonality ;bridge opening arrangements;Structural Analysis1 概述从莞高速公路东莞段樟木头互通主线左线桥(以下简称“本桥”或“该桥”),跨径组成为(28+45+28)+(2×25)+(2×23)m,全桥三联。
一、概述
运平至三门峡高速公路是国道主干线209(二连浩特至河口)公路山西境内的一部分,是山西省“大”字型公路主骨架的重要组成部分,是晋煤外运主要通道之一。
老龙沟二号桥位于209国道运城至平陆段内的山岭重丘区,跨越老龙沟,为双幅分离式高速公路大桥,桥梁全宽20.5m。
两幅桥之间的分离带为50cm。
设计行车速度为60km/h。
桥梁中心桩号为K17+930,起点中心桩号为K17+825,终点桩号为K18+035。
该桥位于平曲线为圆曲线内,路线中心线半径为25lm,左幅桥中心线半径为256.25m,右幅桥中心线半径为245.75m。
桥梁纵断面部分位于半径为R=13000m的竖曲线内。
竖曲线两边纵坡分别为3.8%和3%,竖曲线半径为R=13000m,T=117m,E=0.526m。
横桥向设有5%的超高。
桥梁结构体系为单箱单室等截面预应力混凝土连续弯梁桥。
二、技术及工程用材(表1)
设计荷载:汽车-超20级挂车-120。
地震基本烈度:Ⅶ度。
温度:极端最高温度43℃,最低温度-13.2℃,常年平均温度14.6℃。
支座沉降:0.015m。
三、桥址区自然概况
1、地形、地貌
老龙沟二号桥位于山岭重丘区,跨越老龙沟,沟谷呈“V”字型,地形起伏很大,山岭陡峭,沟谷幽深,属中条山脉西南段的低山重丘区,地层上部为坡积物,下伏为太古界二长花岗片麻岩,高差达80m。
2、气象
桥址区属温带大陆性季风气候,一年四季分明,夏季干热多雨,冬季寒冷干燥,春秋季风较温和。
年平均气温14.6℃,最冷一月平均气温-1℃,极端最低气温-13.2℃,最热平均气温27.6℃,极端最高气温43℃。
最大冻深33cm,最大积雪厚14cm,平均风速3.5m/s,最大风速18m/s,主导风向为东风。
3、水文
桥梁跨越老龙沟为V字型沟,两边基岩裸露,灌木荆棘丛生,沟壁陡峭,沟底平常只有一股细流流淌,水量受季节控制,雨季洪水时,流量增大,最深水位达1~1.5m,枯水期流量减少,水位只有1.5~0.8m左右。
洪水主要由两边区域的山坡降雨汇流而成。
4、工程地质
桥址区分布的主要是太古界涑水群的变粒岩和后期燕山期泥合花岗岩以及由于热液变质作用形成的花岗片麻岩。
其中夹有多层片麻岩。
该区处于构造发育区,且中条山前大断裂至今仍在活动。
使得岩石风化变质严重、节理、裂隙发育,岩石破碎。
四、主要材料
1、混凝土
上部结构主桥箱梁采用50号混凝土;防撞护栏采用30号混凝土。
下部结构桥墩采用40号混凝土;基础采用25号混凝土;桥头搭板、桥台耳墙、背墙均采用25号混凝土。
2、钢材
钢筋:直径≥12mm者,均采用Ⅱ级(20MnSi)热扎螺纹钢筋;直径<12mm者,采用Ⅰ级(A3)光圆钢筋。
钢板:应符合GB700-65规定的A3钢材。
3、其他
锚具及管道成孔:主桥箱梁锚具采用OVM15-12型,OVM15-12型连接器及其配套的相关配件,管道成孔采用
内径为90mm的钢波纹管。
支座均采用KPZ系列抗震型盆式橡胶支座。
伸缩缝采用J-75D80B型伸缩装置。
桥面铺装采用沥青混凝土桥面铺装。
五、设计要点
由于老龙沟二号桥位于高山峻岭之中,受地形条件限制因素较多,在不得已的情况下,桥梁位于平曲线内,且半径较小,预制结构很难适应小半径线形的变化,因此该桥系用现浇施工方案,以保证线形的顺畅。
该桥的设计有如下几个特点:其一是预应力混凝土弯箱梁在设计难度较大的情况下,设置了斜腹板,导致了预应力钢束空间线形布设的难度更加繁复化。
其二是该桥的桥面超高达5%,导致了内外腹板高差较大,增加了箱梁自身的扭矩。
其三是该桥纵断面位于3%的纵坡内,使桥梁的构造处理进一步复杂化。
其四是该桥跨越深谷,桥墩高度达66m,为了保证桥墩形状线条简洁,其外形尺寸保守一致,内侧腹板由上向下逐渐加厚。
对以上诸条不利因素,在本次施工图设计中都得到了很好的解决。
1、上部构造
上部构造采用梁高为2m(以箱中心为准)的等截面斜腹板单箱单室预应力混凝土连续梁。
桥梁横坡由两腹板调节而成。
内侧(圆心侧)腹板高度为147.5cm,外侧腹板高度为172.5cm。
单幅桥箱梁顶板宽度为10m,底板宽度为4.0m。
悬臂板长度为2.5m。
箱梁在跨中断面其顶、底板厚度分别为25cm和20cm。
腹板宽度为40cm。
lm过渡段之后,其腹加厚至60cm,余均不变。
再过渡到底板厚50cm。
边跨梁端顶、底板厚度分别为50cm及80cm。
为了便于施工,在悬臂板与腹板的交接处设R=10cm的圆弧,以利于脱模。
为增加桥梁的美观性,箱梁断面采用斜腹的形式。
为了满足锚具布置的需要,箱梁内侧在端部附近加厚,腹板内预应力钢束除竖向弯曲外,在主梁加厚段尚有平弯,与此相应,锚固面应相应倾斜,使预应力钢束张拉时垂直于锚固端面。
因本桥位于路线中心线半径R=25lm的平曲线上,内、外幅半径不同。
为抵消弯箱梁因扭矩产生的不平衡支反力,本桥在桥台处向路线左侧设置了15cm支座预偏心。
在桥墩处设置了6.5cm支座预偏心。
由于预应力引起的径向力(崩出力)的作用,腹板箍筋予以加强,从而起到增添防崩箍筋的作用,为方便施工,可不专门设置防崩筋。
2、下部构造
用于承受上部荷载的主墩采用 4m * 3.5m的空心薄壁墩,由于桥位跨越的老龙沟地势陡峭,落差较大,最高的桥墩达68.0m,为减少墩顶产生过大位移,满足规范要求,将薄壁墩的外形上做成等截面,内侧壁厚由上部的0.5m至下逐渐加厚到下部的lm。
墩底设3m的实心段,从而达到加强桥墩整体刚度的目的。
根据地质资料显示,桥位处沟谷两侧的基岩强度存较大差异,且存在一条死断层,运城岸基岩风化严重,且较软弱,所以,桥墩基础在运城岸采用钻孔灌注桩,双排桩桩径为150cm,承台厚200cm。
三门峡岸基础采用钢筋混凝土扩大基础,分为三层,每层厚度1.5m,最下层平面尺寸为10m*9.7m的矩形,襟边宽度横桥向取为1m,顺桥向取为1.2m。
运城岸桥台采用扶壁式,基础采用直径为φ120cm钻孔灌注桩,梅花形布置。
三门峡岸桥台采用重力式U 型台,两侧台高分别为5.00m和2.99m。
U型台肋厚为0.5~2.34m。
基础横桥向长设为21.30m。
3、结构分析
上部结构静力分析,采用有限元专用程序进行计算。
计算荷载考虑了恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移、地震力及温度变化等。
施工阶段计算共分七个阶段,用三孔万能杆件支撑梁搭设施工平台进行梁体浇筑施工,全桥支撑梁用三孔进行周转。
由于该桥桥墩较高,为了保证结构物的可靠性,在静力分析的同时,还采用空间有限元通用程序,对结构、动力静力特性进行了分析。
箱梁横向桥面板计算分别按框架和简支板考虑固端影响两种方法进行分析,择其大者进行截面配筋设计。
六、施工要点
1、上部施工
(1)由于本桥为跨越老龙沟险要地形及施工采用在墩顶架设施工平台支架的施工方法,支架架设前应对支架平台进行认真设计及试验,以保证支架平台的支承力及弹性、非弹性变形控制在允许范围内。
每孔支架平台应在全跨内架设,全桥共设有三孔支架进行周转。
(2)主桥上部箱梁施工。
采用在支架平台上逐孔现浇施工的方法,施工程序如下:
a.完成第一、二跨支架平台搭设及预压后,安装第一孔箱梁梁段模板及钢筋至第二孔的0.2L处(第一个施工缝),然后浇筑混凝土。
浇筑时,应保证钢束连接器处混凝上端面与钢束中心线垂直,待箱梁混凝土达到85%的设计标号后,方可按设计图所示,对称张拉相应钢束并接长钢束,接长钢束应通至第三施工缝处。
而在第一施工缝处不张拉的预应力钢束的长度应从梁端留至第二施工缝处。
b.安装第三孔箱梁梁段模板及钢筋至第三孔的0.2L处(第二个施工缝)浇筑工序及要求同前。
然后浇筑箱梁混凝土,接长钢束的长度应通至第四施工缝处,而在施工缝处不张拉的预应力钢束的长度应留至第三施工缝处。
c.重复以上两步骤直至第五跨,待第五跨箱梁混凝土强度达到85%的设计标号后,方可在梁端对称张拉所有钢束。
预应力张拉以张拉吨位和伸长量双控,以伸长量为主,若伸长量低于-5%和超过+10%时,应停止张拉,分析检查出原因并处理完后方可继续张拉。
2、下部施工
下部构造墩身施工,由于本桥跨越深沟,墩身高度大,所以采用矩形薄壁空心墩。
施工时利于滑摸爬升施工法,并严格控制墩身中心线的垂直性。
在施工到墩顶部位时,注意预埋支架平台所需的承重构件。
上、下部构造施工时,应注意为下道工序预埋构件或预留孔、槽,并确保其位置准确。