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关于预应力混凝土连续梁桥设计的问题探讨
摘要:随着路桥行业在迅猛发展,结合桥梁设计工作的经验,本文对在连续梁在设计过程中需要考虑及注意的问题进行探讨分析。结合实际工程的应用,选择适宜的桥型方案保证桥梁设计更合理、施工更方便以及经济和美观。
关键词:连续梁;桥跨布设;连续梁设计要点;
连续梁是高等级公路常用的结构型式,设计和施工技术较成熟,整体性好,抗扭刚度大,跨越能力强,适应能力强,能适应各种平面线形的要求,构造处理简便,结构简洁、清盈,线条流畅。但连续箱梁对施工机具、支架要求多,施工工期长,对环境和桥下交通有一定的影响。探讨其设计要点及施工过程中应注意的相关问题。
一、采用连续梁设计工程实例
本人在工作中负责设计项目实例,路线全长2.26公里,为一级公路,双向四车道,水泥砼路面结构,项目为旧路扩建工程。其中对现状大桥右幅进行加固后利用,左幅桥梁进行新建设计,新建的桥宽12m,桥长603m;跨径组合:3×25+7×32+(30.5+45+30.5)+6×32m。桥梁纵坡与路线一致,横向坡度采用2.0%。
本桥桥位桥位地层较复杂,第四系为冲积粉质黏土覆盖层、淤泥质土、中~粗砂、圆砾,残积土,基底为燕山期花岗岩及其风化层组成,地震动峰值加速度值为0.10g,地震动反应谱特征周期为0.35s,抗震设防烈度为7度。地下水稳定水位埋深为0.50~2.55m。平均埋深为 1.56m。
本桥分为主桥和引桥两部分,引桥上部采用25m和32m预制小箱梁,梁高1.4m和1.8m,主桥上部采用变截面连续箱梁+挂篮施工,单箱双室,梁高1.6~2.8m,主墩处支座组合高度为40cm,其余墩台处支座组合高度30cm。
引桥桥墩按水中墩和岸上墩分为两类,桩柱组合分别为D1.8+D1.6和D1.6+D1.4,主墩采用6.6×1.8m的板墩,承台厚3.0m,基础采用4根D1.6m钻孔灌注桩。
二、公路连续梁设计要点
1、桥梁的一般布设
桥型一般选择遵循 “技术先进、经济适用、安全耐久、可靠合理”的设计原则,兼顾美观与周围景观协调,桥跨根据地区的自然条件、地勘资料、施工条件和使用要求等因素进行设计。
1)桥梁方案设计:桥梁根据公路等级、功能定位、防洪评价、运行能力、通航等级,结合地质条件、水文条件、环境要求等进行桥梁方案选择。
2)注意景观环保:桥型先考虑桥孔布跨的合理性,然后重视对周围自然环境的协调和影响,力求桥型的美观。
3)强化方案比较:在各阶段坚持桥型方案多方案比较,力求采用的桥型经济、合理;合理确定桥台高度及桥长,以控制桥梁工程规模。
4)确保行车舒适、耐久:上部构造尽可能采用结构连续,原则上30m以上跨径采用结构连续,30m及以下采用桥面连续。以利于桥面平整,保证行车的舒适性;注重耐久性设计,使用寿命,便于养护。
5)桥型上部方案设计时,充分考虑施工场地安排情况、运输条件、施工工艺及工期,同时尽量采用同一结构形式的预制结构,避免过多采用非标准模板。
6)桥型下部方案设计时,考虑桥梁结构特点、桥下美观要求、空间利用等选择合理的下部方案。
2、连续梁桥的结构设计
(1)设计步骤
1)收集资料,分析整理桥梁的建设条件及初步选择合适的桥型。2)结合工程情况,选择各个部位的截面尺寸及合适的桥梁高跨比,对其进行组合效应与内力的计算。3)拟定杆件的弯矩分布图形,对预应力筋进行确定,再结合预应力损失进行计算,验算挠度控制限制。4)按承载能力要求对选定的预应力筋极限应力进行计算,完善钢筋用量。
(2)具体设计
1)桥孔分跨,桥孔分跨主要受地质水文条件,基础,通航要求,力学要求等的影响,对于采用现浇桥梁边跨长度与中跨之比为0.8倍为宜,此外,对于不等的桥孔边跨长度一般采用中跨的0.5~0.8倍较为经济合理。
2)截面形式,箱型截面有的优点:a、抗扭刚度大,在施工中冶能抵抗较大的扭矩,便于施工的安全;b、能有效抵抗正负弯矩的徐变变形。
对于箱梁截面的布置原则如下:a、小于12米采用单箱单室;b、大于12米小于16米采用单箱双室;c、大于16米采用分离的两箱,每箱为单室,考虑悬臂法施工时,为两箱分开施工后相连。
3)主梁高度。标准设计中的高跨比约在1/18~1/19,主梁高度与起跨径之比通常在1/15~1/25之间,当主梁高度不受限时,可增大梁高为经济的方案以节省预应力钢束用量,加大梁高仅需增厚腹板。结合桥下通航情况,美观要求等,使高跨比符合相关规定要求。
4)细部尺寸。
①顶板与底板。箱型截面结构承受正负弯矩的主要工作部位是顶板和底板,顶板和底板中部厚度应大于板净跨径的1/30。底板厚度为墩顶梁高的1/10~1/12,底板厚最小120mm,跨中处底板需设置束筋和钢筋,其厚度为200~250mm。箱梁顶板厚度宜结合计算进行确定。
②箱梁腹板厚度。腹板主要承受结构的扭转剪应力和弯曲剪应力。其设计要求为:a、腹板内无预应力筋时采用0.2m;b、腹板内有预应力筋时采用0.25~0.30m;c、腹板内有锚头时采用0.25~0.3m。较大跨径连续梁桥为提高承受支点位置较大的剪力,其腹板厚度从跨中往支点逐步加宽,正常采用0.3~0.6m,最厚可达1m左右。
三、连续梁桥施工要点
1、应重视施工期间对箱梁的观测和控制,做好各项参数和数据的试验和采集,做到准确的控制分析和调整,确保箱梁的线型及受力情况在允许范围内,箱梁合拢时各合拢段相对高程误差需小于1.0厘米,轴线偏差不得大于1.0厘米。
2、挂篮应设有调整±6cm竖向挠度的功能同时控制挂篮自重不得大于设计的3%,以便调整立模标高。进行挂篮设计时应加设挂篮后支点预埋件,并注意其设计和安装,不得采用竖向预应力钢绞线作为挂篮后锚点。
3、水中主墩承台采用钢吊箱或其他稳妥方法施工,钻桩时必须采取有效措施以防塌孔影响桩身质量和河堤稳定,同时钻桩接近中风化或者微风化岩层时须采用反循环回旋钻施工,严禁采用冲孔施工工艺,施工时间应尽量避开洪水期。
四、结束语
设计的过程中根据连续梁设计要求以及地质条件、技术先进等诸多因素选择合适的桥跨,解决好连续梁的构造特点、设计理论方法及施工要点等问题,能更好的指导桥梁的设计和施工。在工程中不断积累经验,对设计规范的运用及施工技术上的不断创新,争取做到桥梁设计及施工的更合理性及经济性。
参考文献
[1]交通部标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015
[2] 交通部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG 3363-2019
[3] 徐岳.预应力混凝土连续梁桥设计 人民交通出版社,2000

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