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PART1。
連續剛構橋特點
跨越能力大,受力合理,結構整體效能好,抗震能力強,抗扭潛力大,造型簡單,維護方便。主樑連續、梁墩固結,既保持了連續梁無伸縮縫、行車平順的優點,又保持了T型剛構橋不設支座、施工時不需臨時固結的優點,便於懸臂施工,且具有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度,能很好地滿足較大跨徑橋樑的受力要求。另外,雙薄壁墩的柔性對橋樑承受溫度變形、減小墩身材料、削減墩頂負彎矩及增加施工穩定性都有一定的益處。跨徑在200m~300m範圍內,連續梁橋在跨越能力方面,拱橋在施工簡易方面以及斜拉橋和吊橋在經濟指標方面都明顯不如連續剛構橋。
優缺點如下:
大跨徑連續剛構橋採用雙柱式橋墩的優點
現將雙柱式墩抗彎、抗扭、抗推剛度與單柱式墩對比如下。為便於對比採用實心矩形截面,設單柱式墩截面尺寸為B×2H,雙柱式墩為B×H,墩高均為L。
1、抗推剛度
對單柱式橋墩,其順橋向抗推剛度為:
對雙柱式橋墩,其順橋向抗推剛度為:
由式(1)和式(2)可見雙柱墩的抗推剛度僅為單柱墩的1/4,因此雙柱墩的連續剛構能有效的較小溫度、混凝土收縮徐變和順橋向地震的影響。
2、抗彎剛度
單柱式墩的順橋向慣性矩為:
雙柱式墩的順橋向慣性矩為:
令r=1H、2H、3H、4H帶入(4)式得:
Jb分別為1。167BH3 、4。167BH3、9。167BH3、16。167BH3
其中Jb分別為Ja的1。75、6。25、13。75、24。25倍,因此雙柱式墩能有效的保證特大跨徑橋樑在懸臂施工時的安全性。
3、抗扭
設單柱式墩和雙柱式墩在橫橋向受到扭矩Mt之後產生的扭角為θ,分析如下:
(1)單柱式墩
單柱式墩受扭後產生的角度,墩頂也產生相應的角度,從而只產生抵抗扭矩M〞T。
(2)雙柱式墩
雙柱式墩除各柱分別向單柱墩一樣扭轉外,同時各柱還產生橫橋向的位移,因此其抗扭能力由兩部分組成,一是柱身扭轉產生的抵抗扭矩扭矩M〞Tb,二是由於柱身橫橋向位移產生的橫橋向水平力Qb,由此產生抵抗扭矩M′Tb=Qb×2r。
抵抗扭矩的總和為:MTb= M′Tb+2M〞Tb= 2r Qb+2M〞Tb
式中2r Qb遠大於2M〞Tb,是雙柱墩的主要抵抗扭矩,它與r成正比。由此可見雙柱式墩的橫向抗扭能力遠大於單柱式墩,因此能保證特大跨徑的橫向抗風要求
大跨徑連續剛構橋配索之痛
通常配索:頂、底板索,下彎索、彎起索和連續索。
洛溪橋:取消了彎起索,象徵性的配了點下彎索。
虎門大橋輔航道橋:只採用頂、底板索。
大跨徑連續剛構橋構造最佳化之痛
考慮到預應力混凝土梁式橋跨徑在150~300米範圍內時,結構自重產生的彎矩佔總彎矩的70%~90%,其有效的承載能力僅為10%~30%,大部分承載能力被自重消耗掉,設計界開始考慮最佳化上部構造,減輕結構自重。
(1)箱梁根部梁高由L/18發展到L/20。廣州華南大橋主橋主跨190米,箱梁根部梁高為9。5米。
(2)跨中腹板厚度由50釐米發展到35~40釐米。虎門大橋輔航道橋主跨為270米,跨中腹板厚度僅40釐米;廣州華南大橋主跨跨中腹板厚度僅35釐米。
(3)箱梁根部底板厚度由L/150發展到L/190~L/210,跨中箱梁底板厚度由32釐米發展到25釐米。
(4)箱梁根部腹板厚度由L/257發展到L/345~L/450。虎門大橋輔航道270米連續剛構根部腹板厚度僅60釐米,為跨徑的L/450。
(5)箱梁頂板橫向懸臂長度最大已達到5。5米。廣東金沙大橋。
大跨徑連續剛構橋腹板開裂、中跨下撓之痛
第一批設計的大跨徑連續剛構在建成通車10~15年的期間內,除廣東洛溪大橋外幾乎全部出現了腹板斜裂縫、中跨下撓的病害。
原因分析:
(1)汽車超載;
(2)對主應力的控制過於樂觀,腹板厚度過小,過度依賴豎向預應力;
(3)對收縮徐變認識不足(規範透過對撓度的限制修正了這一問題);
(3)為了減少預應力材料的使用,在懸臂澆築時是以懸臂段箱梁下緣的壓應力進行控制,過渡的節約了預應力鋼束的用量,導致合攏後中跨上拱過小。
加固維修手段:
普遍採用了增大腹板厚度和增加體外連續鋼束的辦法。
低墩連續剛構的奇蹟
連續剛構的墩高在通常設計條件下應不小於L/8。而跨徑190米的華南大橋是在整個下部基礎已建成的基礎上進行最佳化設計,在無法改變下部結構尺寸,墩身高度僅11米(為跨徑的1/17。3)的情況下,採取如下措施:
(1)計入樁基的柔度影響;
(2)利用邊跨合攏前後的剛度變化進行加解除安裝。
邊跨現澆段施工工藝的改進
連續梁橋和連續剛構橋一般邊中跨比值採用0。6,這樣能保證邊墩支座有足夠的壓力,同時配束計算時比較容易透過。
但是這樣設定的缺點是導致邊跨有較長的現澆段,如洛溪大橋,為了將邊墩置於岸上,邊中跨比值採用0。61,使邊跨現澆段長達22米,不得不使用落地式滿堂支架現澆,使施工難度驟增。特別是在超高墩的情況下,施工難度幾乎達到了施工單位的極限。
解決方案:
邊中跨比採用0。54~0。55,此時邊墩支座還有相當的向下正壓力,而不出現負反力。
(1)對於主跨小於等於120米的剛構,邊跨現澆段長度在5。8~7。0之間,施工時可將掛籃前推澆築邊跨現澆段。
(2)對於跨徑在120米~270米的剛構,邊跨現澆段長度在11。8~14。5之間,施工時可採用導梁法澆築,這種措施在設計和施工中是完全可行的。
雙薄壁墩無承臺設計的實踐
無承臺設計的實踐,杜絕了水上施工必須設定施工圍堰的繁瑣工藝,其特點是:
(1)樁與墩身直接相接;
(2)樁頂設定在施工水位以上1。0米,確保幹施工;
(3)為了美觀在墩底四周設定裙板,且裙板伸入最低水位以下0。5米。
目前已經在70~120米連續剛構上進行了實踐,取得了比較好的效果。
大跨徑連續剛構橋的設計細節
大跨徑連續剛構橋設計最需要注意的三點:
① 在懸臂施工時,在頂板預應力張拉的時候,儘量使懸臂端抬頭,即以箱梁底板的拉應力控制短暫狀況的設計;
② 需要控制除收縮徐變之外的恆載撓度,儘量將其控制在不小於L/4000;
③ 主拉應力的控制需考慮橫向的影響,即考慮箱梁內外至少5℃的溫差。
一、連續剛構橋總體佈置
1、結構體系
根據橋墩的高度,經計算確定是採用連續梁還是連續剛構,原則上儘量採用剛構體系,對於橋墩較矮、多跨或墩高相差較大的,可採用連續體系或連續——剛構組合體系。
2、跨徑
預應力混凝土連續梁、連續剛構橋主跨一般不宜大於200米,主跨大於200米時應與其他橋型進行充分的比選論證;一般情況下邊、中跨比不小於0。55,在過渡墩較高、邊跨現澆段難以採用落地支架現澆時,邊中跨比最小可採用0。53,以保證結構在最不利荷載作用下邊墩支座有一定壓力。
二、連續剛構橋構造尺寸
1、梁高
為提高箱梁的承載能力,改善主樑的應力狀況,箱梁應有足夠的高度。箱梁根部高度宜控制在主跨跨度的1/16~1/18,,跨中梁高宜控制在主跨跨度的1/30~1/55,考慮到新的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》的實施和荷載標準的調整,在淨空不受限制的條件下可適當增加梁高,梁高宜按二次拋物線變化。
2、腹板厚度
箱梁腹板厚度一般為40~80cm,為方便施工,腹板厚度變化宜在1~2個節段完成。
3、頂、底板寬度及厚度
單箱單室截面箱梁底板寬度宜控制在8米以內,翼緣板懸臂長度宜控制在4。0m以內,否則採用單箱雙室截面。
箱梁頂板厚度宜採用25~32cm,具體厚度根據箱梁寬度確定,以滿足橋面橫向受力和縱、橫向預應力鋼束的構造要求。
底板厚度自跨中至墩頂隨負彎矩的增大而逐漸加厚,墩頂箱梁底板厚度一般為箱梁高度的1/10~1/12,跨中厚度一般為30~35cm。厚度一般按二次拋物線變化。
4、橫隔板:箱梁應設端橫隔板、墩頂橫隔板、中跨跨中橫隔板,橫隔板應設檢修人孔。
5、調平層:箱梁頂面混凝土調平層厚度宜為6~8cm。
6、橋墩
對於連續剛構橋,在強度和穩定滿足規範要求的前提下,橋墩的抗推剛度不宜過大,以減少混凝土收縮徐變、溫度等作用對結構的不利影響。
為方便施工,橋墩宜按等截面設計,在強度和穩定難以滿足要求的情況下,可採用雙面變坡,但不宜採用四面變坡。
雙薄壁墩之間宜按不設定系梁進行設計,施工階段的穩定問題可採取臨時支撐等適宜的措施來解決。
三、連續剛構橋縱向預應力體系
應配置適當的腹板下彎束,以改善箱梁腹板的主拉應力。腹板下完束宜對稱於腹板佈置,其錨固位置距箱梁頂面宜置於截面高度2/3位置。
宜適當增加負彎矩鋼束,以減少跨中正彎矩鋼束。
底板鋼束應儘量靠近腹板佈置,鋼束應平彎靠近腹板腹板錨固,錨固齒板應與腹板連成一體,底板齒板不宜做成橫向貫通貫通齒板。
波紋管淨距原則上不宜小於7cm。
按全預應力構件設計時,最不利荷載組合下,正截面最大壓應力不宜大於規範限值的0。9倍,最小壓應力儲備宜控制在1Mpa左右。
跨中底板應預留連續束數量的10%並不少於2孔的備用孔道,作為運營期備用束孔道。
四、連續剛構橋豎向預應力體系
一般情況下,豎向預應力宜作為安全儲備,不參與主拉應力計算,必要時,可考慮0。5倍豎向預應力效應。
豎向預應力宜對稱於腹板佈置,對於跨徑較大的橋樑,對於梁高大於6m的梁段宜採用鋼絞線。採用精軋螺紋鋼筋時應明確要求採用二次張拉工藝,以保證其有效性。
豎向預應力滯後2~3節段張拉。
五、連續剛構橋橫向預應力體系
橫向預應力採用扁錨體系,採用一端張拉、一端扎花固定的錨固方式,有條件時應兩端交叉錨固。
橫向預應力應滯後2~3節段張拉。
六、連續剛構橋普通鋼筋
(1)腹板、齒板應配置閉合箍筋。
(2)底板應配置防止底板崩裂的受力鋼筋,防崩鋼筋在有連續鋼束的節段採用閉合箍筋,且在節段線兩側80cm範圍內宜適當加強,在無連續鋼束的節段可採用135°彎鉤的鉤筋,要求箍(鉤)筋住底板最外層鋼筋。在設計圖中應示出鋼筋之間相互關係的大樣圖。
(3)鋼束定位鋼筋採用“井”字型,對於直線段鋼束,間距不宜大於80cm,對於曲線段鋼束,間距不宜大於50cm。
(4)對於高度較高、截面尺寸較大的橋墩及箱梁0號節段,表面宜配置帶肋鋼筋網,以防止溫度及收縮裂縫。
素材來源:路橋工程設計
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