斜交转正交现浇预应力砼连续箱梁桥设计.pdf

斜交转正交现浇预应力斜交转正交现浇预应力斜交转正交现浇预应力斜交转正交现浇预应力混凝土混凝土混凝土混凝土连续箱梁桥设计连续箱梁桥设计连续箱梁桥设计连续箱梁桥设计 张忠效 1 张建勋2 1 中交通力建设股份有限公司 西安 710000 2 深圳市市政设计研究院有限公司郑州分公司 郑州 450000 摘要摘要摘要摘要 随着国家经济的发展 业主对公路设计的要求不断提高 受主线与被交路 或河流流向 斜交及邻近联跨桥梁布孔影响 桥梁支点斜向布置转为正交布置这种斜转正受力形式的桥梁必将越来越 多 本文结合一座斜转正桥梁的设计实例 提出了一些较为可行的思路和方法 对该型桥梁结构受力特 点及结构分析中应注意一些事项 供今后类似桥梁设计参考 关键词关键词关键词关键词 公路桥梁 斜交转正交 布孔方案 结构分析 The dThe dThe dThe design of PC continuous Boxesign of PC continuous Boxesign of PC continuous Boxesign of PC continuous Box girder Bridge Transferring skew into girder Bridge Transferring skew into girder Bridge Transferring skew into girder Bridge Transferring skew into O O O Orthogonalrthogonalrthogonalrthogonalityityityity Zhang Zhongxiao 1 Zhang Jianxun 2 1 Zhongjiao Tongli construction Co Ltd Xian 710000 2 Zhengzhou branch of Shenzhen municipal design and research institute Co Ltd Zhengzhou 45000 Abstract Abstract Abstract Abstract With the development of national economy the owner s requirements for highway bridge design continually increase Due to the influence of skew of main line and cross road as well as adjacent bridge opening arrangements such bridge whose support is not skew but orthogonal with cross road will become more and more popular in the future Based on a design example of this kind of bridge this paper provides some feasible ideas and methods to conduct force analysis of such bridge for designers reference Key words highway bridge Transferring skew into Orthogonality bridge opening arrangements Structural Analysis 1 1 1 1 概述概述概述概述 从莞高速公路东莞段樟木头互通主线左线桥 以下简称 本桥 或 该桥 跨径组成为 28 45 28 2 25 2 23 m 全桥三联 该桥第一联上跨石新大道 与被交路斜交 135 为顺适现 状 1 2 墩采用斜 120 布置 其余墩台均为沿路线曲线径向布置 因此 第一联上部结构 整体 现浇 PC 连续箱梁出现了支点斜向布置转为正交布置的复杂受力状态 给结构受力分析及构造处理带来 一定的难度 随着国家经济的发展 业主对公路设计的要求不断提高 这种斜转正受力形式的桥梁必将 越来越多 本文结合该桥实例 对斜转正桥梁方案拟定及设计过程中的一些重点 难点进行探讨和总结 供今后类似桥梁设计参考 2 2 2 2 常用的布孔常用的布孔常用的布孔常用的布孔方案方案方案方案 受被交路及互通位置所限 本桥桥位及与被交路交角均不可调 唯有根据被交路现状拟定合适的桥 梁型式 在初步方案拟定时 主要考虑了以下几种可能的桥型方案 2 1 2 1 2 1 2 1 斜转正跨越方案斜转正跨越方案斜转正跨越方案斜转正跨越方案 本项目业主要求 跨线桥应采用斜交方式 尽量避免斜桥正做 以利桥下视觉通畅及桥下美观 根 据上述指示精神 本方案被交路两侧桥墩采用斜 120 布置 适当加大跨径 避免斜交角度过大使边跨 最短梁肋长度与主跨跨径之比不小于 0 5 为方便后继联跨设计及施工 3 桥墩采用正交布置 考 虑桥跨的对称性及桥台与路基的顺适衔接 0 桥台亦采用正交布置 该方案平 立面布置如附图 1 所示 附图附图附图附图 1 1 1 1 该方案上部结构采用一联整体支架现浇等截面预应力砼连续箱梁 梁高 2 5m 三柱式墩台 每墩台 对应桩基位置设置盆式橡胶支座 2 2 2 2 2 2 2 2 加大跨径正交跨越方案加大跨径正交跨越方案加大跨径正交跨越方案加大跨径正交跨越方案 适当加大跨径斜交正做跨越方案避免了斜桥的诸多不利因素 因而被广泛采用 为尽可能减小主跨 跨径和利于桥下美观 被交路两侧的桥墩常采用上宽下窄的花瓶式墩或带长悬臂的预应力盖梁薄壁墩 桥宽较窄时多采用单幅独柱墩 该方案平 立面布置如附图 2 所示 附图附图附图附图 2 2 2 2 为与附近其它桥梁风格统一及简化施工 图中采用等截面预应力砼连续箱梁 梁高 2 8m 如不受上 述限制 采用变截面连续梁美观效果更佳 2 3 2 3 2 3 2 3 全桥斜交斜做方案全桥斜交斜做方案全桥斜交斜做方案全桥斜交斜做方案 除以上两种布孔方案外 设计中还常采用全桥斜交斜做方案 平面布置如附图 3 所示 附图附图附图附图 3 3 3 3 该方案常用于三跨分离式跨线桥 因本桥后继联跨较多 全桥斜做显然不太合适 3 3 3 3 主梁主梁主梁主梁分体分体分体分体预制预制预制预制安装施工安装施工安装施工安装施工的的的的可行性可行性可行性可行性 对于中小跨径的斜转正桥梁上部结构 除采用整体现浇施工方案外 在特殊情况下 如工期紧张 无支架条件 不允许中断被交路交通等 也可以考虑采用分体预制安装施工 此时需注意边跨梁长变化 很大 应按不同梁长逐根主梁进行结构验算和配筋 附图 4 所示为分体预制先简支后连续 PC 小箱梁布 梁方案图 可供设计参考 附图附图附图附图 4 4 4 4 4 4 4 4 箱梁箱梁箱梁箱梁普通钢筋布置普通钢筋布置普通钢筋布置普通钢筋布置 预应力斜转正箱梁普通钢筋构造 纵向钢筋基本与正交或纯斜交桥相同 横向钢筋有以下几点值得 注意 4 1 4 1 4 1 4 1 顶顶顶顶 底底底底板横向板横向板横向板横向外侧外侧外侧外侧主主主主受力受力受力受力钢筋布置钢筋布置钢筋布置钢筋布置 顶板顶层和底板底层横向钢筋为主受力钢筋 布置时应首选全联整体正置方案 能极大地方便施工 且能有效避免与正置的腹板箍筋相互干扰问题 详见附图 5 特殊情况可以考虑扇形渐变布置方案 详 见附图 6 如本桥就因按业主要求 顶板底层横向受力钢筋在梁肋位置采取了半数弯起的构造措施 为 避免与斜向横梁钢筋冲突 而最终采用了扇形渐变方案 采用扇形渐变方案时 需注意控制梯形短边钢 筋最小间距及长边最大钢筋间距 使满足施工及设计要求 本桥因桥面较宽 梯形长 短边相差悬殊 长边钢筋间距过大 无法满足桥面板及悬臂板受力要求 故在长边采用了短钢筋加密处理 附图附图附图附图 5 5 5 5 附图附图附图附图 6 6 6 6 4 4 4 4 2 2 2 2 顶顶顶顶板底层和板底层和板底层和板底层和底板底板底板底板顶层顶层顶层顶层横向钢筋布置横向钢筋布置横向钢筋布置横向钢筋布置 顶板底层横向钢筋为主受力钢筋 底板顶层横向钢筋为构造钢筋 两者均存在与斜向横梁钢筋冲突 的问题 故一般需按扇形渐变布置 如施工时精心处理 能有效解决与横梁钢筋干扰问题 也可以考虑 采用正置方案 4 4 4 4 3 3 3 3 悬臂悬臂悬臂悬臂桥面桥面桥面桥面板底面横向分布钢筋布置板底面横向分布钢筋布置板底面横向分布钢筋布置板底面横向分布钢筋布置 不管其它横向钢筋正置还是斜置 悬臂桥面板底面横向分布钢筋均应正置 这既符合悬臂板受力特 点 又不存在任何钢筋干扰问题 还能节约钢材 4 4 4 4 4 4 4 4 斜向横梁钢筋布置斜向横梁钢筋布置斜向横梁钢筋布置斜向横梁钢筋布置 斜向横梁钢筋布置与纯斜桥横梁钢筋一样 需注意弯起钢筋的弯起斜度应按斜置横梁计算 例如常 规正置横梁的起弯角度为 45 斜度为 1 1 斜 30 横梁弯起钢筋的斜度则应换算为 1 tan45 cos30 1 1 155 如外侧腹板设计为斜腹板 则横梁侧面弯起钢筋的起弯角度需同时考虑腹 板斜度和横梁斜度 4 4 4 4 5 5 5 5 钝角补强钢筋布置钝角补强钢筋布置钝角补强钢筋布置钝角补强钢筋布置 因桥面板在支承处钝角区域受力状态复杂 内力变化剧烈 特别是连续式斜梁桥 在中间支承区域 内影响是明显的 1 补强钢筋的布置范围及方式可按桥涵设计规范 JTG D62 2004 相关规定执行 本桥钝 角补强钢筋布置如附图 7 所示 列出供读者参考 附图附图附图附图 7 7 7 7 5 5 5 5 箱梁箱梁箱梁箱梁结构受力分析结构受力分析结构受力分析结构受力分析方法方法方法方法与与与与预应力钢束预应力钢束预应力钢束预应力钢束布置布置布置布置 5 15 15 15 1 结构受力分析结构受力分析结构受力分析结构受力分析方法方法方法方法 由于本桥结构布置较特殊 给结构分析带来一定的难度 采用传统的单梁模型已无法准确模拟结构 的受力情况 若采用壳单元或实体单元模型 则目前有限元程序都存在计算速度慢 无法考虑收缩徐变 预应力损失等缺点 用于工程实践有很大的局限性 本桥采用基于剪力 柔性梁格理论的梁格模型进行 结构受力分析 能充分考虑斜 弯桥的受力特性 使梁格节点与实际结构重合的点承受相同挠度和转角 由此梁格产生的内力局部静力近似等效于结构内力 2 用二维的梁格模型代替单梁模型 由于实际结构 和梁体系在结构特性上的差异 这种等效只是近似的 但对一般的设计 梁格法的计算精度是足够的 5 2 5 2 5 2 5 2 预应力钢束布置预应力钢束布置预应力钢束布置预应力钢束布置 预应力钢束的布置和本桥施工顺序密切相关 为加快施工速度和简化施工程序 本桥预应力钢束均 采用腹板束 由于边跨斜交角度的因素造成内侧腹板与外侧腹板长度差异较大 本桥最大相差 8 6 米 而中跨相同位置的腹板长度为等值 为保证中跨受力能满足结构要求 边跨和中跨钢束均采用通长钢束 且钢束根数相同 因此 边跨侧钢束偏多 为充分利用钢束效应 一部分钢束从箱梁顶板通过 另一部 分钢束根据计算结果在边跨跨中适当向上缘移动 从左往右 按腹板长度大小 边跨各腹板 F2 F3 钢 束高度依次上移 既保证了结构受力需要 又不至于因钢束太多而造成顶板受拉 腹板 F1 F3 采用 17 S15 2mm 规格 F4 采用 15 S15 2mm 规格 张拉控制力分别为 3297KN 和 2909KN 边跨和中跨钢筋束 立面布置见附图 8 10 中腹板钢束形状与此相似 F1 F2 F3 钢束高度渐变 附图附图附图附图 8 8 8 8 第一第一第一第一跨跨跨跨左边左边左边左边腹板腹板腹板腹板钢束立面布置钢束立面布置钢束立面布置钢束立面布置 附图附图附图附图 9 9 9 9 中跨腹板钢束立面布置中跨腹板钢束立面布置中跨腹板钢束立面布置中跨腹板钢束立面布置 附图附图附图附图 10101010 第三跨左边腹板钢束立面布置第三跨左边腹板钢束立面布置第三跨左边腹板钢束立面布置第三跨左边腹板钢束立面布置 6 6 6 6 结束语结束语结束语结束语 斜转正这种结构类型的桥梁在条件适宜时能以较小的代价获得更多的整桥利好 但因其构造相对复 杂 设计和施工的难度较大 应经充分技术和经济论证可行后采用 设计过程中 应做到反复求证 大 胆创新 在确保结构安全的前提下 更多地考虑施工的方便性和可行