交通部T梁通用图宣贯材料PPT课件.ppt

二零零七年七月二十二日 预应力混凝土公路桥梁通用设计图成套技术 T梁通用图 T梁通用图技术推广 以往T梁桥设计 施工中的主要问题 新编通用图的基本情况 通用图的结构计算 6 7 通用图使用中的注意事项及适用范围 新编通用图的经济指标分析 预应力束与普通钢筋的布置 通用图的技术改进 以往T型梁桥在设计 施工中的问题 以往T型梁桥在设计 施工中的问题 在本次T梁通用图的编制过程中 对过去的工程实践中T型梁桥的使用情况作了调研 总体上认为 T型梁桥在中等跨径桥梁中是一种较成熟的常用桥型 使用中出现的问题相对较少 原T梁通用图除部颁标准图外 许多设计单位自行编制了多套通用图 由于设计思想的差异 各T梁通用图的结构尺寸 构造细节 预应力度的控制和普通钢筋的配置以及混凝土标号等方面也不相同 概括起来 在过去类似结构的设计 施工和使用中存在如下几个问题 以往T型梁桥在设计 施工中存在的问题 1 过去的通用图 特别是原部颁标准图大都执行的是 85规范 随着一系列新的标准 规范的实施 原标准图已不适应交通发展的需求 需要一套新的标准图 2 过去不同设计单位编制的通用图之间经济指标差异较大 有的安全度储备较大 偏于保守 有的过于追求经济性 安全储备不足 以往T型梁桥在设计 施工中存在的问题 3 过去的T梁结构一般不设调平层 现浇混凝土的大部分是参与结构受力的 由于施工引起的各梁间上拱值不一 导致T梁翼板在横向有一定高差 减小了桥面现浇层厚度 结构有效受力尺寸得不到保证 4 有的T梁翼板采用铰接 当相邻两梁的上拱值不一致或因施工误差使翼板高差较大时 桥面易沿铰接处产生纵向裂缝 5 对结构预应力度的控制不一致 有的设计采用全预应力结构且留有较大的压应力储备 有的设计采用部分预应力A类构件且拉应力较大 使得前者上拱值过大 后者不起拱 以往T型梁桥在设计 施工中存在的问题 6 有的T梁腹板偏薄 马蹄偏小 因施工不当常出现施工过程中的侧弯现象 7 有的T梁腹板侧面分布钢筋间距过大 直径偏小 易产生腹板裂缝 8 原部颁标准图只有简支桥面连续体系 随着高速公路的发展 对行车舒适性及结构耐久性要求更高 新编通用图除有简支桥面连续体系外 增加了先简支后结构连续体系 9 由于结构尺寸的不统一 致使模板的周转率差 当同一条路线有多家设计单位时 结构尺寸各不相同 模板不能统一使用 对同一施工单位 因承担的施工任务不同 模板也不能周转使用 要加以改造 造成较大的浪费 以往T型梁桥在设计 施工中存在的问题 新编通用图的基本情况 基本概况 跨径20m 25m 30m 35m 40m 斜度00 150 300 荷载等级与结构体系公路 级 公路 级 装配式预应力混凝土T梁简支桥面连续体系 公路 级 装配式预应力混凝土T梁先简支后结构连续体系 注 每种宽度均包含整体式和分离式两种 T梁通用图各跨径各桥宽的结构尺寸 是根据现行规范的构造要求 总结过去预应力混凝土T梁使用中的经验和教训而拟定 并在计算中根据受力需要作了相应调整 为方便标准化施工 T梁通用图预制梁宽尽可能相同 不同的梁距通过湿接缝宽度调整 公路 级预制梁宽均采用1 7m 湿接缝宽度在0 4m 0 7m之间 公路 级预制梁宽采用1 5m与1 7m 湿接缝宽度在0 5m 0 7m之间 翼板的形式和尺寸 腹板宽度也相同 只是梁高和马蹄尺寸因不同的跨径有差异 对于高速公路 一级公路上的桥梁 按采用混凝土墙式护栏的不利状况控制设计 二 三级公路上的桥梁按护栏内侧对齐原则布置 通用图结构计算概述 技术标准与设计规范 公路工程技术标准 JTGB01 2003 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 预应力混凝土用钢绞线 GB T5224 2003 公路交通安全设施设计技术规范 JTGD81 2006 设计方法通用图设计采用双院制 分别采用两种有效程序进行计算 主持单位选择一种跨径的简支结构体系进行全过程手工计算 用于校核 计算手段采用有效程序MIDAS GQJS 桥梁综合程序 BRC 桥梁博士 等程序计算 以及手工计算 预应力度控制结构为全预应力构件 先简支后结构连续体系的负弯区由预应力束承受负弯矩 预应力度为最不利荷载组合主梁跨中上 下缘和支点上缘不出现拉应力 桥面铺装桥面铺装为二层 下层为8cm现浇混凝土 不参与结构受力 上层为10cm沥青混凝土 材料参数 1 混凝土 预制主梁和桥面现浇混凝土均采用C50混凝土 弹性模量为3 45 104MPa 容重V 26 0kN m3 2 钢材 采用现行国家有关标准 普通钢筋采用R235和HRB335 预应力钢筋采用高强度低松驰钢绞线 抗拉强度标准值fpk 1860MPa 公称直径15 2mm 弹性模量Ep 1 95 105MPa 控制张拉力 con 1395MPa 松驰率0 035 松驰系数0 3 预应力管道用金属波纹管 管道摩阻系数0 25 偏差系数0 0015 环境条件及收缩徐变参数环境条件按 类考虑 严寒地区 月平均最低气温取 230C 月平均最高气温取340C 温度梯度效应计算的温度基数 T1 140C T2 5 50C 混凝土收缩系数和徐变按40 RH 70 取值 徐变终极值取预应力束张拉以后1500天计 存梁期按60 90天计 按不利的存梁期控制 结构重要性系数高速公路和一级公路上的桥梁设计采用1 1 二 三级公路桥梁设计采用1 0 不均匀沉降不均匀沉降 L 20m 25m结构取3mm L 30m 35m 40m结构取5mm 设计单位进行结构设计提供主要结构参数和计算结果 复核单位进行结果复核使用不同的计算程序进行计算 对比双方的计算结果 分析误差原因对于重要的分歧提交审查组进行讨论 以期设计 复核双方得到基本一致的结果 计算内容 采用平面杆系有限元法对所有跨径 所有路基宽的正交T梁梁桥进行结构分析 按 桥规 各项要求进行验算 采用空间杆系有限元法 空间梁格法 对正交T梁梁桥进行结构分析 按 桥规 各项要求进行验算 将上述两种计算方法的计算结果进行分析对比 对相同计算条件下的正交 斜交T梁梁桥采用空间杆系有限元法 空间梁格法 的计算结果进行分析对比 同时采用手工计算对主梁翼板 横隔板 结构连续处支点下缘等局部进行了强度与抗裂验算 并对边梁外翼缘设防撞护墙处截面按 公路交通安全设施设计技术规范 JTGD81 2006 进行了防撞设计 计算方法 对结构的整体计算采用车道荷载 而主梁翼板 横隔板等局部计算采用车辆荷载 正常使用极限状态组合下纵梁跨中下缘最小应力表 MPa T梁空间与平面计算结果分析 以L 30m 桥宽12m先简支后结构连续正交T梁计算结果进行比较 使用阶段正交 斜交边梁各分项内力表 单位 T梁正交 斜交计算结果分析 结论 斜交时 跨中下缘作用效应组合值比正交时小 以L 30m 桥宽12m先简支后结构连续计算结果进行比较 使用阶段正交 斜交边梁各分项内力表 单位 T梁正交 斜交计算结果分析 结论 斜交时 跨中下缘作用效应组合值比正交时小 以L 30m 桥宽12m先简支后结构连续计算结果进行比较 桥宽12 0m边梁正交 斜交计算结果 T梁正交 斜交计算结果分析 以L 30m 桥宽12m先简支后结构连续计算结果进行比较 桥宽12 0m中梁正交 斜交计算结果 T梁正交 斜交计算结果分析 以L 30m 桥宽12m先简支后结构连续计算结果进行比较 从以上具体实例的分析结果 T梁梁桥常用的两种计算方法 平面杆系有限元法与空间杆系有限元法 的计算原理和计算存在着一定的差异 得出了二者的计算特点和适用情况 以及正交桥梁与斜交桥梁之间的内力差异 斜梁桥的受力特性及配束规律 1 对于正交桥梁 平面杆系法具有满足工程要求的计算精度 而且建模方便简单 属于优先采用的计算方法 2 空间杆系有限元 空间梁格法 较平面杆系有限元能更好的体现结构横向联系作用 结论 3 对荷载采用横向分布计算方法的平面杆系有限元计算方法比空间梁格法的计算结果偏安全 因此斜交桥梁也可采用平面杆系的计算结果 4 斜交与正交相比 边梁内力峰值变小 不需要增加钢束 中梁内力峰值稍大 仅增加0 5MPa 采用正交计算结果时留有一定的压应力储备时可不增加钢束 斜交时在对称荷载作用下 同一根主梁上的弯矩不对称 正弯矩峰值向钝角方向靠拢 跨中下缘内力峰值出现在跨中向两侧各1 8范围内分布 因此布置预应力钢束时兼顾正 斜交梁的受力特点 钢束过跨中向两侧各1 8范围后再起弯 结论 新规范执行之后 MIDAS GQJS 桥梁综合程序 BRC 桥梁博士 等计算程序及时进行了改版 为了验证程序计算结果的可靠性 主持单位进行了手工计算对比工作 桥型 30m简支体系 桥宽 12m 手工计算与程序计算中所有几何 力学参数都保持一致 对比的内容涵盖各分项内力 荷载组合 正常使用极限状态验算 持久状态和短暂状态验算等 手工计算 极限状态组合与承载能力比较表 手工计算简支体系与程序计算对比 荷载短期效应组合正截面抗裂验算 MPa 手工计算简支体系与程序计算对比 分析比较手工计算与桥梁综合程序 BRC 桥梁博士 计算的结果数据 三者计算的结果比较吻合 达到了校核程序的目的 说明本次计算中采用的计算程序有效可用 手工计算 新编通用图的技术改进 1 设计规范的改变荷载等级 原标准图执行的是汽车 超20级 挂车 120或汽车 20级 挂车 100的荷载标准 现采用的是公路 级或公路 级荷载标准 原标准图执行的是85规范 本次通用图执行新 预规 JTJD62 2004规范 新规范从结构耐久性考虑 在构造上的要求比85规范严格得多 2 结构体系的增加原标准图只有简支桥面连续体系 本通用图除有简支桥面连续体系外 增加了先简支后结构连续体系 提高了结构受力性能 加强了桥梁的整体性 改善了行车的舒适性 新版通用图的技术改进 3 预应力材料的不同原标准图预应力钢绞线采用GB5224 85标准 钢绞线抗拉强度标准值fpk 1570MPa 公称直径15 0mm 弹性模量Ep 1 90 105MPa 本次通用图预应力钢绞线采用GB T5224 2003标准 钢绞线抗拉强度标准值fpk 1860MPa 公称直径15 2mm 弹性模量Ep 1 95 105MPa 4 本次通用图说明中在建筑材料的选用 施工中如何控制上拱度 防止梁体侧弯以及通用图的适用范围等方面 设计考虑得更加详尽 可操作性强 按照2006年9月实施的 公路交通安全设施设计技术规范 JTGD81 2006 的要求 专门进行了桥面护拦防撞设计 并在边梁外翼缘处布置了防撞加强钢筋 新版通用图的技术改进 6 原标准图采用组合工型梁结构 横向刚度较小 施工阶段横向稳定性较差 本通用图加大了T梁翼板的宽度 改善了施工阶段横向稳定性 并对处于弯道上的桥梁给予原则性指导意见 适用范围更广 7 原标准图只适用于一般气候条件 本通用图针对使用的广泛性 采用 类环境条件设计 可以适用于全国大部分地区的气候条件 8 针对以往T梁施工过程中经常出现上拱偏大 T梁之间高差不易控制 导致桥面现浇层厚度不等 容易破坏的现象 现专门设置调平层 确保主梁结构的完整性 消除安全隐患 新版通用图的技术改进 9 本通用图严格按照新规范要求 认真进行了结构耐久性设计 如将原标准图中L 20m的钢筋混凝土结构改为预应力结构 并将原标准图仅在跨中设一道中横隔板的结构改为在跨中设两道横隔板 专题研究结果表明 对于主梁的抗弯和横隔梁自身的受力而言 2根横隔板是有利的 边梁跨中截面作用弯矩减小 最大减小约1 05 横梁作用弯矩减小了13 而对于主梁的抗剪及抗扭而言 2根横隔板之间的截面设置2根跨间横隔板时剪力和扭距较小 而其余截面设置1根跨间横隔板时剪力和扭距较小 如果考虑弯扭效应 设置1根横隔板是有利的 在3L 4处弯扭效应最大比2根横隔板降低了12 55 由于控制设计的主要是主梁的抗弯和横隔梁的配筋 综合考虑计算对比结果 我们认为设置2根跨间横隔板较为有利 因此本次预应力混凝土公路桥梁20米T梁通用设计图采用2根跨间横隔板 针对原标准图腹板 横隔板易产生裂缝的现象 本通用图加密了肋板 横隔板分布钢筋的密度和结构保护层厚度 增强了结构的耐久性 新版通用图的技术改进 预应力束与普通钢筋布置 预应力钢束及普通钢筋布置 预应力钢束布置预制T梁钢束线形调整除使主梁在正交 斜交时受力状态趋于理想外 同时调整孔道间距以满足 预规 9 4 9条对预应力钢筋管道设置的构造要求 并避免与横隔板主筋干扰 以往通用图采用普通钢筋承受负弯矩或采用预应力钢束承受负弯矩 但锚于预制梁顶 预应力钢束及普通钢筋布置 本次通用图先简支后连续体系由钢束承受负弯矩 负弯矩连续钢束均位于预制T梁中并锚于T梁加腋下的齿板上 40m连续T梁负弯矩钢索数量较多 需分3批锚固 故设置了三个齿板 其他跨径的连续T梁负弯矩钢索只需分1批锚固 预应力钢束及普通钢筋布置 梁肋钢筋布置a 按全预应力结构计算时 预应力束用量满足正截面的抗裂和斜截面的抗裂要求 但在正截面的抗弯承载能力计算中T梁下缘仍需配置一定数量的受力钢筋 b 在先简支后结构连续体系中 支点现浇连续段下缘按强度计算只需构造钢筋 按抗裂计算需配置一定数量的受力钢筋 c 箍筋采用 12HRB335钢筋 梁端一定范围内箍筋间距为10cm 其余为15cm d 腹板两侧水平纵向钢筋采用 10R235钢筋 钢筋间距不大于14cm 预应力钢束及普通钢筋布置 翼板钢筋布置经对翼板进行强度计算与抗裂计算 翼板横桥向根部 上缘每延米配置10 12HRB335钢筋 并在边梁外翼缘处增加10 12HRB335钢筋进行局部加强 下缘每延米配置10 12HRB335钢筋 翼板纵向 上缘配置 12HRB335钢筋 下缘配置 10R235钢筋 间距15cm 预应力钢束及普通钢筋布置 边板翼缘内增加护栏防撞加强筋 横隔板普通钢筋布置a 横隔板上下缘受力钢筋由计算确定 上缘钢筋布置于预制梁内 b 箍筋采用 10R235钢筋 按10cm间距布置 c 侧面水平钢筋 10R235钢筋 按间距不大于14cm布置 预应力钢束及普通钢筋布置 桥面现浇层普通钢筋a 设计中桥面现浇层不参与受力 按构造钢筋配置 采用 8R235钢筋 按10 10cm的间距布置 也可采用 6的焊接钢筋网 预应力钢束及普通钢筋布置 桥面现浇层普通钢筋b 斜交时边跨设伸缩缝端桥面现浇层钢筋采用扇形布置 钢筋间距不大于10cm c 墩顶现浇连续段处桥面现浇层以裂缝宽度控制配筋 负弯矩区每延米配置10 12HRB335钢筋的局部加强钢筋 预应力钢束及普通钢筋布置 预应力钢束及普通钢筋布置 1 在梁端部翼板上抠一个宽80cm 深60cm的槽口 露出翼板上层的纵 横向钢筋将一根长160cm的环氧涂层钢筋焊接在相邻的两片梁的翼板纵向钢筋上 2 为了加强桥面连续附近T梁翼板的横向承载能力 在翼板翼缘横向钢筋的基础上间隔增加一根 12的钢筋 3 在现浇调平层内增加一层间距为10cm的钢筋网 顺桥向钢筋直径为 12 横桥向为 10 4 在调平层顶面锯缝 缝宽1cm 深3cm 缝上覆盖一层宽1m的防水卷材 上铺沥青混凝土 现浇连续段钢筋布置梁底下缘受力钢筋10 25HRB335 为便于梁体吊装就位该钢筋仅伸出预制梁端300mm 现浇段中利用640mm长短钢筋单面焊搭接 焊接长度不小于10d 预应力钢束及普通钢筋布置 新编通用图的经济指标分析 经济指标对比分析 以30m简支T梁分离式路基24 5m为例 从以上对比表可以看出 本次通用图与 93标准图 混凝土指标相当 本次通用图少1 7 主要差异在于 本次通用图8cm桥面现浇层不参与受力 但原标准图5cm底模也不参与结构受力 原标准图梁肋宽为18cm 本次通用图梁肋宽为20cm 肋板变宽段长度由原标准图的50cm增加到360cm 但原标准图马蹄略大 为54cm 经济指标对比分析 仅以30m简支T梁分离式路基24 5m为例 预应力钢筋指标比原标准图低22 6 主要是原因 预应力材料的标准强度不同 原标准图预应力钢绞线抗拉强度标准值fpk 1570MPa 本次通用图预应力钢绞线抗拉强度标准值fpk 1860MPa 设计采用的控制张拉力不同 原标准图设计采用的控制张拉应力只有0 67Ry 本次通用图设计采用的控制张拉应力为0 75Ry 两次标准图预应力当量用量相当 经济指标对比分析 仅以30m简支T梁分离式路基24 5m为例 普通钢筋指标增加36 5 主要原因 马蹄底纵向钢筋的增加 原标准图马蹄底部为 8R235钢筋 本次通用图由于承载能力的需要 采用 25HRB335钢筋 肋板箍筋的增加 原标准图肋板箍筋采用 10R235钢筋 仅在梁端57cm范围内采用 12HRB335钢筋 本次通用图肋板箍筋采用 12HRB335钢筋 按规范要求 肋板 横隔板侧面分布钢筋的增加