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大跨度连续组合箱梁桥设计构思

日期: 2017-01-13
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   【摘要】近年来在高等级公路和城市道路建设工程中,很普遍应用到连续组合箱梁的构造形式,这种形式的梁整体性能好、施工简单、质量可靠。本文将结合具体的工程实例,对大跨度连续组合箱梁桥的设计思路进行探讨,主要从结构布置、负弯矩区设计以及主梁构造方面进行论述,希望能够对相类似工程起到借鉴的作用。
中国论文网 http://www.xzbu.com/6/view-4900492.htm
  【关键词】连续组合箱梁;结构布置;负弯矩区设计 
  1.工程概况 
  本工程位于河道中间,受水文环境的影响较大,因此在设计时为了减小水文的影响,考虑采用大跨度桥梁。经过分析,最终确定采用钢与混凝土连续组合箱梁。本桥梁的主跨长度为105m,两联全长为1400m。桥梁为6车道公路,并按照2线轨道交通的标准进行设计。设计标准中的要求包括:汽车荷载为公路Ⅰ级,列车荷载按每次来48t、长度16.5、10辆编组考虑。设计时荷载的确定需要考虑桥梁全线通行的情况,包括6辆汽车和2线列车的荷载。同时,还应考虑轨道系和维修、逃生通道的荷载,分别为66KN/m和10KN/m。因此,本桥梁不仅具有较大的跨度,而且规模大、施工难度高等。下面,本文将从结构布置、负弯矩区设计以及主梁构造方面对连续组合箱梁的设计思路进行阐述。 
  2.结构布置 
  本桥梁全宽一共分为两幅,单幅箱梁桥面板的宽度有17.5m,采用梁高5m的等高梁。在进行结构形式的设计时,要考虑多方面的因素。结合工程实践经验,尤其是重点考虑到了多箱梁易于运输到施工现场,同时安装方便,但鉴于多箱梁结构分散,因此进行箱梁设计时要多加考虑横向联结问题,因此难以在本大跨度桥梁中应用。如果从另外一个角度来分析,考虑采用整幅桥面的话,则会受到桥面宽度的限制,加上本工程的桥梁设计宽度达到35m,如果设计上采用整幅桥面在本桥梁的条件下,对上部结构的施工会造成一定的困难,而且同时受到主航道分离钢箱截面形式的影响,本桥梁桥面需要在增加10m,因此也不适合应用整幅桥面的形式。另外鉴于本桥梁位于江上,顶推法和节段拼装法在经济上都无法满足要求,都失去了应用的可能。本桥梁将两幅桥分开进行施工建设,每一幅的桥宽为17.15m,截面的形式为单箱单室形式,将截面组合起来荷载能达到1900t,用于截面吊装的起重设备可以考虑用于混凝土箱梁的吊装,这样综合考虑能够有一定的经济优势,同时在桥面的整修时,方便进行车辆的转移。 
  本桥梁在结构形式布置设计时综合考了结构受力以及桥梁景观等因素,边跨的长度为90m,介于105m的中跨和107的斜拉桥边跨之间,这种连续组合箱梁的形式不仅仅是有效地满足了桥梁合理受力的要求,同时又符合桥梁对于景观的要求。本工程中采用了梁高5m的等高梁,这样在经济上节约了材料的成本,又易于施工制造与安装。 
  3.负弯矩区设计 
  3.1设计原则 
  由于本桥梁采用的是连续组合箱梁结构,因此要考虑负弯矩的作用,通常在中间墩附近存在负弯矩,这样使得上缘混凝土处于受拉状态。施工中的混凝土板或满足开裂要求,或进行预防开裂处理,或允许裂缝的出现但对其宽度有一定的规范限制。由于本工程桥梁的跨度大,在其中使用的结构钢梁较为强大,本桥梁预防开裂的主要措施是通过采取预应力束施加预应力,但在本桥梁中需要较多的预应力束,这些施加的预应力都是有钢梁承担的,通过后期预应力损失较大,这不仅造成效率低,而且大量预应力束的锚固也存在着困难与不利影响。不管是在混凝土板内锚固还是在钢梁上锚固,都会给联结件造成不利影响,还可能引起局部受力复杂。因此,经过综合的考虑,本桥梁采取的负弯矩区设计方案为不采取预应力束,而只是提高钢筋的配筋率,同时允许桥面在限定范围内开裂。 
  3.2减小负弯矩的措施 
  本桥梁允许桥面开裂,但是裂缝如果过大的话,会影响桥梁的耐久性和使用性,因此必须采取有效的措施减少负弯矩裂缝的开裂,通过降低负弯矩的大小。本桥梁施工中钢和混凝土的空间与时间的不同搭配,会对桥梁受力产生不同的影响,印象进过综合的考虑,本桥梁采取负弯矩区桥面板滞后结合于支点升级的方法来降低中支点负弯矩。选用整孔吊装方案,施工中先进行孔梁、80m区段钢梁以及混凝土板的组合,吊装完成之后进行钢梁和桥面板的安装,最后浇筑成截面。这样的施工程序,后结合的中点支点桥面避免承担负弯矩作用,使其处于有利的受力状态。同时在负弯矩区桥面板结合前,钢梁联结后,先在支点对梁顶升,等到桥面施工完成之后在回落。这些措施都有效的改善了桥面的负弯矩的受力状态,使桥面是荷载作用下产生的裂缝宽度能够在限制范围之内,保证了桥面的耐久性和使用性能。 
  4.主梁构造 
  4.1构造形式 
  根据是否开口,可以将钢结构的形式分为槽形截面和闭合截面。槽形截面结构简单,受力明确,而闭合截面的使用需要在混凝土板无渗漏的情况下,并且对抗扭要求高。考虑到本桥梁采用的是整装吊装方案,大部分构件都是在现场进行预制的,大部分梁段均为组合截面,因此考虑采用槽形截面的钢结构。桥面与钢梁的结合形式有纵向和纵横双向两种。采用纵向结合的方式,混凝土板的横向受力易于控制,可以通过预应力的作用进行控制板厚。而采用纵横双向结合方式,增加了钢筋的使用量,其板厚不仅仅有横向力控制,因此可以减少本桥梁的桥面板厚。经过分析研究,本桥梁的桥面宽度为17.15m,配置一定量的横向预应力束,桥面的板厚取为30~50cm,桥面的厚度设置同时满足了横向受力和纵向受力的要求,因此最终考虑将结合形式确定为纵向结合方式。 
  4.2钢梁及加劲结构 
  本桥梁为连续梁,主要上下翼缘受到弯剪作用,腹板纵向加劲肋在其中不起抗弯作用,仅为增加稳定。对于本桥梁,在正弯矩区,大部分的腹板都受到拉力作用,这样受力状态可以减少加劲肋的使用。因此,本桥梁仅采用简单的板式加劲肋即可。在跨中上缘、支点下缘分别布置两道加劲肋,在弯矩变化的区域,根据弯矩的大小合理增加或减少加劲肋。腹板竖向加劲肋的布置还应考虑到间距的大小,这关系到桥梁的局部稳定。在下翼缘布置加劲肋的作用于腹板不同,它不仅可以起到抗弯的作用,还可以在受压区起到增加稳定的作用。因此经过考虑,本桥梁连续布置6道T形加劲肋,间距为1.0m,同时上翼缘应进行加厚处理,大部分厚度为24mm。为了满足施工的要求,应在箱梁中布置加劲杆件,在桥面的施工过程中,对于槽形钢梁的施工,应进行加强处理,采用的是在横向加劲肋的位置设置型钢杆件,间距为5m,在支点处采用实腹式横隔板进行代替。在本桥梁的施工过程中,大部分桥面板是在施工现场进行预制的,与顶推法相比,受力情况简单明确,易于控制。 
  5.结语 
  文章通过结合预应力组合箱梁桥设计实例,针对本桥梁不仅具有较大的跨度,而且规模大、施工难度高等特点,在结构形式布置设计时综合考了结构受力以及桥梁景观等因素,边跨的长度为90m、梁高5m的等高梁,这种连续组合箱梁的形式不仅仅是有效地满足了桥梁合理受力的要求,同时又符合桥梁对于景观的要求,在经济上节约了材料的成本,又易于施工制造与安装,值得同类工程所参考借鉴。 
  参考文献 
  [1]任红伟,陈海波,宋建永.波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析[J].公路交通科技,2009(25):30-31. 
  [2]杨洋,苏国荣.部分预应力混凝土组合箱梁设计[J].铁道标准设计,2006(21):28-34. 
  [3]邵长宇.大跨连续组合箱梁桥的概念设计[J].桥梁建设,2005(02):115-117.

      原文地址:http://www.xzbu.com/6/view-4900492.htm


师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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