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预应力砼连续刚构桥总体设计概述

日期: 2017-01-10
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     摘要:本文结合工程设计经验,简要阐述预应力砼连续刚构桥的设计原则截、面尺寸的确定、预应力钢束的布置及桥墩的设计,并对可能出现的病害提出一些经验措施。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-5634515.htm
  关键词:连续刚构;截面尺寸;预应力体系;桥墩设计 
  连续刚构作为一种轻型桥梁,由于其结构美观、受力合理、行车平稳舒适、易养护、费用低等优点,在我国桥梁建设中被广泛采用。 
  1、连续刚构桥的特点 
  连续刚构桥是在T构和连续梁的基础上演变而来,其结构特点是梁体连续,墩梁固结。这样既保持了连续梁无伸缩缝,行车平顺的优点,又保持了T型钢构不设支座,不需要转换体系的优点。构造简单,施工方便。 
  连续刚构桥的主梁与桥墩固结,上、下部结构协同受力,使得墩顶处箱梁截面的负弯矩减小,有利于减少梁高;桥墩高而柔,顺桥向抗推刚度小,能有效的减少温度和混凝土收缩、徐变的影响;结构整体性能好,抗震性能优,顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大,能满足特大跨径桥梁的受力要求。 
  2、孔跨布置 
  预应力砼连续刚构桥主跨跨径超过200m后,不仅主梁因梁高较大而产生恒载过大、受力不好,而且经济指标也不好。连续刚构桥的边中跨比一般取0.52~0.58较为合适,以保证结构在最不利荷载作用下边墩支座不会出现负反力。有时受地形或其他条件限制,可能出现很小的边跨,对桥墩和主梁受力不利,设计有下述两种处理措施: 
  (1)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: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。锚杆锚入基岩内10m,在梁顶张拉。 
  (2)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。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。 
  3、主梁的构造与尺寸 
  连续刚构桥一般都采用变高度箱型断面,箱型断面具有较好的整体性,较大的结构刚度,承受正负弯矩、抗剪能力强,各部分结构受力明确的特点。本文仅对箱型断面进行论述。 
  3.1箱梁高度 
  早期设计的连续刚构桥,主梁根部高度多为L/18~L/20。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。主梁跨中梁高多为L/35~L/60。考虑到施工因素,跨中梁高一般宜不小于1.8m,多以2m以上控制。 
  3.2箱梁的顶、底板和腹板厚度 
  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。 
  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。 
  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。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衔接。 
  3.3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。当箱梁较宽时,为了减小底板钢束径向力的不利影响,可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,梁端支承相应移至腹板之外。 
  在拟定箱梁断面尺寸时,要充分考虑箱梁的受力特点,在受力复杂且难以掌握受力状态的区域,应特别注意构造设计,如采取增大断面尺寸,增加普通钢筋的含筋率和有效配置预应力钢束等措施,确保主梁构造和结构的实际受力要求相符合。 
  4、预应力体系 
  4.1纵向预应力钢束 
  目前箱梁趋向轻型化,预应力束应尽量采用大吨位,大吨位预应力体系所需布束面积少,布置简单,受力明确。顶、底板纵向预应力束应尽量靠近腹板位置布设,这样可以尽快将预应力传递到全断面,也有利于减少在传递过程中因局部预应力产生的不利影响。 
  增加纵向预应力下弯束。由于竖向预应力的施工质量很难完全达到设计要求,适当增设腹板下弯束,对克服腹板内的主拉应力和剪应力有利,同时下弯束应弯至截面高度的2/3以下。 
  按全预应力构件设计时,最不利荷载组合下,正截面最大压应力不宜大于规范限值的0.9倍,最小压应力储备应控制在1MPa左右。 
  4.2竖向预应力钢束 
  适当的配置竖向预应力束,与纵向预应力束配合使用,可控制箱梁的主拉应力。一般情况下,竖向预应力宜作为安全储备,不参与主拉应力计算,必要时,可考虑0.5倍的竖向预应力效应。 
  对于跨径较大的桥梁,梁高大于6m的梁段竖向预应力宜采用钢绞线。采用精轧螺纹钢筋时应明确要求采用二次张拉工艺,以保证其有效性。 
  4.3横向预应力钢束 
  对于宽翼缘或是较宽的箱梁而言,布设横向预应力束是很有必要的。横向预应力束采用扁锚体系,采用一端张拉一端轧花固定的锚固方式,有条件时应两端交叉锚固。 
  总之,为了使箱梁混凝土始终处于受压状态,在箱梁中应尽量设置三向预应力,以确保桥梁的耐久性。 
  5、主墩的构造与尺寸 
  主墩的设置原则是在满足抗弯、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。 
  在墩柱较矮(一般在20~30m之间)的情况下,双柱柔性墩是最好的结构形式。它提供的反力能削弱梁体的力矩峰值,双柱之间保持一定的距离,构成很大的整体抗弯刚度。同时其纵向抗推刚度较小,可减少墩柱对中跨梁体的约束。 
  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。 
  当主跨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。 
  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。 
  6、结束语 
  近年来,预应力砼连续刚构桥在我国发展迅速,但是随着桥跨的不断增大,这类桥梁在使用中跨中下挠、腹板斜裂缝、底板裂缝等问题日益凸显,甚至危及行车安全。这就要求我们在平时的设计工作中,总结经验教训,扬长避短,努力提高桥梁的设计质量和使用寿命。 
  参考文献: 
  [1] JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 
  [2] 范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京:人民交通出版社,1999 
  [3] 王文涛.刚构连续箱梁桥梁.北京:人民交通出版社,1997

      原文地址:http://www.xzbu.com/1/view-5634515.htm


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