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装配式简支梁桥设计探讨

日期: 2017-02-28
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    摘要: 结合工作实践经验论述了采用装配式的施工方法不但可以节约大量支架和模板,降低劳动强度,加快施工进度,确保工程质量。因此,目前国内外对于中小跨径的桥梁,装配式钢筋混凝土简支梁桥或预应力混凝土简支梁桥成为首选。为今后类似工程提供参考资料。
中国Abstract: Combining with practical work experience, this paper presents that the assembled construction method can not only save a lot of brackets and template, but also reduce labor intensity, and speed up the construction progress to ensure project quality. Therefore, for small and medium span bridges at home and abroad, the Fabricated simply supported beam bridge and prefabricated reinforced concrete simply supported beam bridge is preferred, providing a reference for future similar projects.
  关键词: 桥梁工程;装配式;简支梁;设计;控制措施
  Key words: bridge engineering;fabricated;simply supported beam;design;control measures
  引言
  装配式钢筋混凝土简支梁桥属于单孔静定结构,它受力明确、构造简单、施工方便。工程实践证明,装配式简支梁桥的结构尺寸易于设计标准化,这就有利于在工厂内或工地上采用工业化施工,组织大规模的工业化预制生产,并用现代化的起重设备进行安装。已建造的钢筋混凝土简支梁桥,以T形梁桥最为普遍。我国已拟定了标准跨径为10m,13m,16m,20m,公路梁桥标准设计由几根T形截面的主梁和与主梁相垂直的横隔梁组成,主梁包括梁肋和行车适板,通过设在横隔梁下方和横隔梁翼缘板处的焊接钢板连接成整体。
  1 装配式简支梁桥的构造
  装配式钢筋混凝土简支梁桥,考虑到起重设备的能力和预制安装的方便,一般多采用多梁式结构,主梁的间距通常在2.2m以内。随着起重能力的提高、高强度材料的应用,加大主梁的间距,减少主梁的片数,会使设计更加经济合理。根据跨径的大小、是否施加预应力、运输和施工条件等方面的不同,装配式钢筋混凝土简支梁桥应采用不同构造类型。装配式钢筋混凝土肋梁桥采用最多的横截面形式。T形梁的翼板构成桥梁的行车道板,直接承受车辆和人群荷载的作用,又是主梁的受压翼缘。T形梁的优点是:外形简单、制造方便,梁内配筋可做成刚劲的钢筋骨架,主梁之间借助横隔梁连接,整体性较好,接头连接方便。对于预应力混凝土T形梁,可在肋底部做成马蹄形。T形梁的截面形状不够稳定,运输和安装比较复杂,横向接头正好位于桥面板的跨中,对板的受力不利。装配式钢筋混凝土T形梁的常用跨径为7.5~20m。箱形截面梁由于受拉区的混凝土不参与工作,多余的底板陡然增大了构件自重,所以一般不适用于钢筋混凝土简支梁桥。然而对于全截面参与受力的预应力混凝土梁则完全不同。箱形截面简支梁的最大优点是抗扭能力大,其抗扭惯性矩约为相应T形梁的几十倍,因此在横向偏心荷载作用下,箱形梁桥的受力要比T形梁桥均匀。
  2 装配式简支梁桥的构造
  装配式钢筋混凝土简支梁桥,以T形梁桥应用最为普遍,上部构造由几根T形截面的主梁,横隔梁及通过设在横隔梁下方和隔梁翼缘顶板处的焊接钢板连成整体。
  2.1 T形简支梁桥布置:T形简支梁桥的构造布置,主要是指主梁的布置和横隔梁布置,这是T形梁设计和施工的主题,关系到整个桥梁的安全。对于一定跨径和桥面宽度的T形梁桥,确定出其适当的主梁间距或片数,是构造布置中首先要解决的问题。它不仅与钢筋和混凝土材料用量及构件的吊装重量有关,而且还涉及翼板的刚度等因素。很显然,主梁的间距越大,主梁片数就越少,预制工作量减轻,对于跨径较大的桥梁,如果建筑高度不受限制,钢筋混凝土的用量减少,桥梁造价也降低;但构件的吊装重量增大,使运输和架设工作趋于复杂,构件的受力也会处于不利状态。根据工程实践经验,装配式钢筋混凝土简支T形梁桥,其主梁的间距一般可以控制在1.5~2.3m。当运输和吊装能力允许时,最好采用1.8~2.2m。我国在《公路桥涵设计图》中所采用的主梁间距为2.2m。横隔梁在装配式T形梁桥中起着保证各根主梁相互连接成整体的作用,它的刚度越大,桥梁的整体性就越好,各主梁就能更好地共同工作。但是,设置横隔梁使主梁模板制作变得复杂,横隔梁的焊接接头需要在桥下专门工作架上进行,给施工带来麻烦。一般来说,端部横隔梁是必须安设置的,跨内的横隔梁随跨径的增大可设1~3道,间距以5~6m为宜。跨内横隔梁的高度通常做成主梁高度的3/4左右;梁肋下部呈马蹄形加宽时,横隔梁延伸至马蹄的加宽处。横隔梁的肋宽一般为12~16cm。
  2.2 T形简支梁截面尺寸拟定:T形梁主梁的合理高度,主要与主梁跨径、活载大小等因素有关。工程经济分析表明,梁高与跨径之比的经济范围约为1/18~1/11,跨径大时取用偏小的比值。我国标准设计为10m、13m、16m和20m四种跨径,其梁高分别为0.8~0.9m、0.9~1.0m、1.0~1.1m和1.1~1.3m。当主梁高度受限制时,高跨比就要适当减小,这样会使钢筋用量增加。主梁梁肋的宽度,在满足拉应力和抗剪强度要求的前提下应适当减薄,以减小构件的重量。但从保证梁肋屈曲稳定及不使混凝土捣固困难方面考虑,梁肋也不能做得太薄。目前,为了提高结构的耐久性,主张适当增加保护层厚度,常采用160~240mm,一般不应小于140mm,且不小于梁肋高度的1/15。具体还应根据梁内主钢筋直径和钢筋骨架的片数而定。为便于T形梁的预制施工,钢筋混凝土简支梁一般沿跨径方向设计成等截面的形式。在一般情况下,装配式主梁翼板的宽度视主梁间距而定,在实际预制的过程中,翼板的宽度应比主梁间距小2cm,以便在安装时易于调整T形梁的位置和制作上的误差。在中小跨径的钢筋混凝土简支T形梁中,翼板的厚度主要应满足桥面板承受车辆局部荷载的要求,另外还应满足构件最小尺寸的要求。根据受力特点,翼板通常做成变厚度的,即端部比较薄,向其根部逐渐加厚。为了保证翼板与梁肋连接的整体性,翼板与梁肋衔接处的厚度应不小于主梁高度的1/10。翼板悬臂端的厚度一般不应小于100mm,横向采用整体现浇混凝土连接的预制T形截面梁,悬臂端的厚度不应小于140mm。但当铺装层作为承重结构的一部分参与受力时,悬臂端的厚度也可以在此基础上减少15~25cm。横隔梁的宽度一般可取12~20cm,工程中最常用的为15~18cm,且做成上宽下窄和内宽外窄的楔形,以便于制作时脱模。   2.3 T形简支梁截面配筋构造:装配式T形简支梁桥的钢筋,主要可分为纵向主钢筋、架立钢筋、弯起钢筋、分布钢筋和箍筋等几种。T形简支梁承受正弯矩作用,所以抵抗拉力的主钢筋设置在梁肋的下缘。随着弯矩向支点截面减小,主钢筋可在跨间的适当位置处弯起。为保证主钢筋在梁端有足够的锚固长度和加强支撑部分的强度,在《公路桥涵设计通用规范》中规定,至少有两根且不少总数的20%的下层受拉主钢筋通过支撑截面。两外侧钢筋应伸出支点截面以外,并弯成直角顺梁高延伸至顶部,与顶层纵向架立钢筋相连。由主钢筋弯起的斜向钢筋用来增强梁体的抗剪强度,当无主钢筋可供弯起时,还需配置专门焊主钢筋和架立钢筋上的斜钢筋,斜向钢筋与主梁的轴线一般布置成45°角。弯起钢筋应按圆弧弯折,圆弧半径不得小于弯起钢筋直径的10倍。为了防止梁肋侧面因混凝土收缩及温度变化等原因而导致裂缝,需要设置直径6~8mm的纵向防裂分布钢筋。愈靠近梁的下缘,混凝土的拉应力愈大,所以,分布钢筋应按“下密上疏”方式排列布置,其间距在受拉区不应大于腹板宽度,且不应大于200mm,在受压区不应大于300mm。在支点附近剪应力较大区段或预应力混凝土梁锚固区段,腹板两侧纵向钢筋的截面面积应予增加,间距宜为100~150mm。架立钢筋布置在梁肋的上缘,这是为满足构造上或施工上的要求而设置的定位钢筋。其作用是把主要的受力钢筋固定在正确的位置上,并与主钢筋连成钢筋骨架,从而充分发挥各自的受力特性,同时也起到一定的抗剪作用。T形梁中的架立钢筋直径一般在10~14mm。箍筋的主要作用也是增强主梁的抗剪强度,也起到固定其他钢筋、组成钢筋骨架的作用。其直径不小于8mm且不小于1/4主钢筋直径。中心向跨径方向长度相当于不小于一倍梁高范围内,箍筋间距不应大于100mm。近梁端第一根箍筋,应设置在距端面一个混凝土保护层距离处。为了防止钢筋受到大气影响而锈蚀,并保证钢筋与混凝土之间有足够的黏结力,钢筋到混凝土边缘需要设置保护层。根据有关规定,主钢筋的最小保护层厚度:I类环境条件为30mm;Ⅱ类环境条件为40mm;Ⅲ、Ⅳ类环境条件为45mm。在装配式钢筋混凝土T形梁中,根据力学计算和构造要求,钢筋配置的数量众多。为了尽可能地减小梁肋的尺寸,通常将主钢筋叠置,并与弯起钢筋、架立钢筋一起通过侧面焊缝焊接成钢筋骨架。试验证明,焊接钢筋骨架的整体性好,刚度比较大,能有效减小梁肋尺寸,钢筋的重心位置较低,还可避免大量的钢筋绑扎工作。但是,经过焊接后的主钢筋与混凝土的黏结面积减小,从而削弱了其抗裂性,所以应限制焊接骨架的钢筋层数,一般不多于6层,并要选用直径不大于32mm的钢筋。有条件时还可将箍筋与主钢筋接触处点焊牢固,以增大其黏结强度,从而改善其抗裂性能对于装配式钢筋混凝土T形梁桥而言,其横隔梁近似弹性支撑于各根主梁上的连续梁,承受正弯矩和负弯矩的作用。因此,靠近其下缘应布置承受正弯矩的钢筋,而在其上缘应配置承受负弯矩的钢筋。当采用焊接钢板进行连接时,受力钢筋焊接钢板及锚固钢筋焊在一起做成钢筋骨架。横隔梁半一般不需要配置斜钢筋,剪力可由箍筋承担。装配式T形梁的翼缘板,是构成桥梁行车道板的构件,直接承受车辆和人群荷载的作用。根据主梁间横向连接的方式不同,翼缘板可能成为悬臂板或铰接悬臂板,也可能成为连续板。受力主钢筋应沿横向布置在板的受拉区,以承受板内的弯矩作用。板内主钢筋的直径不小于10mm,间距不应大于200mm。在垂直于主钢筋方向,还应布置适量的分布钢筋。分布钢筋设置在主钢筋的内侧,其直径不小于8mm,间距不大于200mm,截面面积不小于板的截面面积的0.1%。在有横隔梁的部位分布钢筋的截面面积应增加1倍,以承受集中轮载作用下的局部负弯矩,所增加的分布钢筋每侧应从横隔梁轴线伸出l/4的长度。
  2.4 装配式梁桥主梁的横向连接:装配式T形梁桥通常均借助横隔梁和桥面板的接头,把单片的主梁连接成整体。接头要有足够的强度,以确保桥梁结构的整体性,并使其在使用过程中不致因荷载反复作用和冲击作用而发生松动。装配式T形梁桥主梁的横向连接,常用的接头形式有钢板接头、扣环接头、企口铰接和螺栓接头等。头钢板分别设在横隔梁靠近下缘的两侧和T形梁翼缘板上,预埋钢板与横隔梁的受力钢筋焊在一起做成安装骨架。当T形梁安装就位后,即可在预埋焊接钢板上加焊盖接钢板使其联成整体。
  3 结束语
  装配式T形梁桥结构施工现在得到了广泛应用,公路装配式简支梁桥的整体承载能力,与各片主梁的承载能力密切相关。横向联系对整体承载能力影响很大。分析表明,公路装配式简支梁桥刚度较大,空间受力分配实测规律与加载位置及施上质量等因素有关,在设计中要加强横向联系和构造措施,提高整体承载能力。
  参考文献:
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      原文地址:http://www.xzbu.com/7/view-3727824.htm


师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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