广东罗信高速组合钢板梁设计.pptx

2017年合肥公路钢结构桥梁技术研讨会广东省交通规划设计研究院股份有限公司万志勇二0一七年四月七日 广东罗信高速组合钢板梁设计 汇报内容 2 一 概述 1 1 项目简况罗信高速为四车道高速公路 路线总长129 8km 是广东省高速公路网规划的 48联 即云浮罗定至茂名信宜 粤桂界 高速公路 是 纵9线 怀集至阳江海陵岛高速与 纵10线 包茂国家高速公路粤境段之间的一条联络线 往西对接广西规划的浦北至北流 清湾 高速公路 是珠江三角地区通往广西新增加的一条出省通道 项目分三个设计合同段 设计单位分别为公规院 广东省院 安徽省院 其中广东省院为总体设计单位 同济大学设计院为钢桥专项咨询单位 3 4 项目设计期间 恰逢 国务院关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见 国发 2016 6号 交通运输部关于推进公路钢结构桥梁的指导意见 交公路发 2016 115号文件发布 依据文件精神广东省交通运输厅及省交通集团 要求项目设计单位依据项目工程特点 分析比选钢结构桥梁应用方案 1 2 应用背景 一 概述 5 经初步设计评审及定测验收评审 选定了广东省院 安徽省院设计合同段的高台大桥 老屋村大桥试点采用40m跨钢板组合梁 高台大桥 桥长648m 跨径组合17x40m 左幅 15x40m 右幅 最大墩高68m 老屋村大桥 桥长448m 跨径组合11x40m 一 概述 1 3 应用桥梁概况 6 高台大桥桥型布置图 桥面纵坡无变化 均为 2 5 桥面横坡变化范围 4 3 一 概述 1 3 应用桥梁概况 汇报内容 7 二 钢结构桥梁应用方案分析 8 本项目为山区高速公路 中等跨径的桥梁比例高 因此钢结构桥梁的应用方向 就选择了中等跨径的桥梁结构 在进一步的比选中 按照桥梁设计16字原则进行 9 依据相关研究资料 对于中等跨径桥梁 钢混组合结构能充分发挥两种材料的优势 具有更好的经济性 钢板组合梁适用范围为35 130m 经济范围为40 90m钢箱组合梁适用范围为50 150m 经济范围为70 120m 二 钢结构桥梁应用方案分析 钢混组合梁类型比选 二 钢结构桥梁应用方案分析 10 11 组合钢板梁桥在国外的发展中 通过减少主梁数量 降低工程费用 提高桥梁的耐久性 降低维护管理费用 使其更显优势 从而得到广泛应用 组合钢板梁发展 二 钢结构桥梁应用方案分析 12 组合钢板梁应用图片 二 钢结构桥梁应用方案分析 13 组合钢板梁应用图片 二 钢结构桥梁应用方案分析 14 40 60m跨径组合钢板梁与40m预应力砼T梁造价对比分析 含上下部 二 钢结构桥梁应用方案分析 组合钢板梁桥经济性分析 汇报内容 15 16 组合钢板梁桥结构总体安全性分析组合钢板梁桥面板抗裂措施分析组合钢板梁桥施工方案分析 三 组合钢板梁设计 本节主要内容 17 汽车荷载分析 组合钢板梁桥在国内缺少实桥使用经验 且国内车辆超载情况突出 咨询单位同济大学设计院在 云茂高速公路项目钢板组合梁桥施工图设计方案审查咨询报告 中提出了相应的验算荷载 该验算荷载参考了2016年我院与同济大学联合进行的 广东省云梧高速预制梁桥独柱墩在实际车辆荷载下的安全性研究 该报告对省内7条高速近期实际通行车辆荷载 进行了统计及可靠度分析 结构类比 将组合钢板梁上部结构 与同跨径成熟的预应力混凝土结构进行结构安全度对比分析 三 组合钢板梁设计 3 1组合钢板梁桥结构总体安全性分析 18 三 组合钢板梁设计 3 1 1主梁的构造尺寸 19 三 组合钢板梁设计 3 1 1主梁的构造尺寸 三 组合钢板梁设计 20 钢结构Mises应力 竖向挠度 砼主拉应力 成桥阶段结构的挠度和应力计算 3 1 2结构计算 整体计算 三 组合钢板梁设计 21 竖向挠度 砼主拉应力 规范荷载下结构挠度和应力计算 钢Mises应力 钢Mises应力 3 1 2结构计算 整体计算 三 组合钢板梁设计 22 验算荷载下结构挠度和应力计算 3 1 2结构计算 整体计算 钢结构Mises应力 竖向挠度 砼主拉应力 三 组合钢板梁设计 考虑到组合钢板梁为新型结构 其结构安全度参考成熟的40m预应力混凝土T梁 通过计算对比分析 在规范荷载下 控制应力在约160MPa时 与40mT梁安全度大致相当 23 钢板组合梁 与预应力混凝土结构安全度对比 3 1 3结构安全度对比分析 三 组合钢板梁设计 24 3 2组合钢板梁桥面板抗裂措施分析 墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 桥面板横向抗裂分析 三 组合钢板梁设计 25 成桥状态混凝土横桥向应力 顶面 底面 桥面板设置横向预应力 成桥阶段顶面有9MPa的横桥向压应力 跨中底面有10MPa的横桥向压应力 3 2 1桥面板横向抗裂分析 三 组合钢板梁设计 26 顶面 底面 3 2 1桥面板横向抗裂分析 验算荷载作用下混凝土桥面板横桥向应力 在验算荷载作用下 运营阶段顶面有2MPa的横桥向压应力 跨中底面有1 5MPa的横桥向拉应力 三 组合钢板梁设计 27 重点对以下抗裂措施进行了分析 措施一 设置纵向预应力钢束措施二 负弯矩区采用超高性能混凝土 UHPC 措施三 跨中压重 支座顶升 措施四 加强配筋 控制裂缝宽度 3 2组合钢板梁桥面板抗裂措施分析 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 三 组合钢板梁设计 28 措施一 设置预应力钢束 28 预应力与非预应力对比 预应力组合钢板梁耐久性略优 设置纵向预应力钢束 增加了施工工序 施工略复杂 采用预应力后 主梁造价增加1 4 综合造价增加0 7 预应力钢束张拉端截面应力突变需处理 相关资料及计算显示 墩顶预应力损失约在50 以上 考虑布束空间限制及损失后 大约只能使墩顶砼拉应力下降2 2MPa 由于墩顶砼拉应力 7MPa 仍不能使结构达到预应力混凝土A类构件的要求 同时锚固处交接面应力突变也需处理 难以很好地解决开裂问题 三 组合钢板梁设计 29 措施二 采用超高性能混凝土 UHPC 超高性能混凝土 简称UHPC Ultra HighPerformanceConcrete 是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料 实现工程材料性能的大跨越 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 三 组合钢板梁设计 30 组合工况下桥面板顶面应力 1 普通混凝土 max 6 23MPa2 全断面UHPC max 7 17MPa3 顶面10cm厚UHPC max 7 81MPa 普通混凝土 全断面UHPC 顶面10cm厚UHPC 措施二 采用超高性能混凝土 UHPC 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 三 组合钢板梁设计 31 1 普通混凝土 max 4 76MPa2 全断面UHPC max 5 34MPa3 顶面10cm厚UHPC max 4 21MPa 普通混凝土 全断面UHPC 顶面10cm厚UHPC 组合工况下桥面板顶面以下10cm处应力 措施二 采用超高性能混凝土 UHPC 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 三 组合钢板梁设计 32 1 普通混凝土 1 3 2 6MPa2 全断面UHPC 1 5 3 0MPa3 顶面10cm厚UHPC 1 0 2 3MPa 普通混凝土 全断面UHPC 顶面10cm厚UHPC 组合工况下桥面板底面处应力 措施二 采用超高性能混凝土 UHPC 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 三 组合钢板梁设计 33 混凝土主拉应力断面布置图 单位 N m2 鉴于桥面板拉应力沿高度变化大 在板顶设置一层UHPC来提高耐久性是合理的 由于用量少 造价增加也较小 措施二 采用超高性能混凝土 UHPC 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 三 组合钢板梁设计 34 措施三 施工阶段水袋压重 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 34 采用90t水袋跨中压重 可引起中墩顶桥面板拉应力降低1 4MPa 效果显著 且对成桥后钢梁应力 及挠度影响不大 水袋压重 max 4 82MPa 无水袋压重 max 6 23MPa 三 组合钢板梁设计 35 组合梁的发展与裂缝控制密不可分 根据欧洲的相关资料 从上世纪八十年代开始 桥面板纵向抗裂基本不采用预应力筋 而采用限制裂缝宽度的设计方法 控制裂缝的方法主要有三个指标 1 限制钢筋应力 2 规定最小配筋量 3 限制裂缝宽度 措施四 负弯矩区采用强配筋 3 2 2墩顶负弯矩区桥面板抗裂分析 钢主梁施工方案 吊装 顶推 架设 架桥机 三 组合钢板梁设计 桥面板施工方案 预制 现浇 3 3组合钢板梁桥施工方案分析 36 根据对法国双主梁钢板组合梁施工方案的统计 主梁架设大多采用顶推法 顶推最大跨径达124m 单个方向最大顶推长度1000m 桥面板大多采用滑动模架现浇 法国双主梁组合结构施工方案汇总表 小横梁体系 三 组合钢板梁设计 3 3组合钢板梁桥施工方案分析 37 顶推施工资料照片 三 组合钢板梁设计 38 钢主梁的顶推与桥面板现浇施工 39 三 组合钢板梁设计 现浇混凝土桥面板施工时需要设置模板 然后在模板上现场浇筑混凝土 现浇混凝土桥面板整体性好 容易满足各种桥面的截面要求 对于变横坡的桥梁适应性较好 但模板工程量和现场湿作业量大 施工速度慢 对周边环境影响略大 我们选定的高台大桥处于S形曲线段 运输条件不佳 更倾向采用顶推 移动模板现浇的施工方法 但移动模板现浇在国内尚处于起步阶段 缺少相应的设备与经验 正开展专题研究工作 钢主梁的顶推与桥面板现浇施工 汇报内容 40 41 四 组合钢