中小跨径公路桥梁设计分析.ppt

,中小跨径公路桥梁设计2013年1月,主要内容介绍一、中小跨径桥梁选型二、桥梁结构设计要点三、桥梁的震害,一、中小跨径桥梁选型,一、中小跨径桥梁选型（一）、桥梁设计总原则结构安全使用舒适经济合理施工方便易于养护维修造型优美、与自然环境相协调,（二）、桥位选择及布置1、桥位选择的总原则中小桥服从路线布设大桥、特大桥应多方案比选，路桥综合考虑，合理协调,2、桥位选择主要考虑的因素（1）地形、地物、地貌（2）工程地质（不良地质）我省具有地质构造多变、不良地质分布较广的特点，其表现一般为山体滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、断层、破碎带、湿陷性黄土、膨胀土、采空区等不良地质理象。其中又以山体滑坡、湿陷性黄土最具有代表性。路线布设时，应尽可能绕避不稳定山体斜坡，更应该避免将桥梁置于滑坡体影响范围内。若无法完全避开山体滑坡，应采取工程措施，进行处治，确保桥基安全。（3）水文,3、桥位方案比较工程建设费用、维修养护费施工场地布置和材料运输条件桥头道路线型指标以及工程量调治构造物的工程量工程地质条件和水文条件保护耕地及水利设施，避免墩、台处大填大挖对环境、植被的破坏程度,（三）、桥梁总体布置1、桥梁平面布置（1）线型（2）斜交角一般，装配式梁板斜度不宜大于45整体现浇梁板，尤其箱梁，受力复杂，不宜大于30斜拱受力复杂，曲壳翘曲，平面锐角上翘，钝角反力大，受力复杂，一般不大于30,（3）弯桥墩台平面布置（a）各墩台平行布置（b）各墩台等角布置全桥梁长一致，梁端角度同一幅相同同一幅梁长不同，梁端角度一致，墩台长度和角度不同墩台长度和角度相同（4）特殊弯、斜桥的简化处理平行布置和等角度布置相结合,2、桥梁纵面布置结合桥梁总体布置进行纵坡、竖曲线及组合统一考虑,对于平原地区跨域公路或河流的桥梁，竖曲线应进入桥梁两跨的引道中如果在纵坡地段，桥梁应沿公路线形在坡度的最底最高处设竖曲线顺接桥上纵坡不宜大于4%，而对于一联长度较长的桥梁纵坡不宜大于3%,桥梁纵面关键要做到与两侧路线的顺适,（四）、桥型选择（中小跨径桥梁）1、上部结构形式（1）装配式梁板分类截面型式：实体板、空心板、T梁、型组合梁、矮箱梁等结构性能：钢筋砼结构、预应力混凝土结构受力体系：简支、桥面连续、结构连续（连续梁、刚构）,1、上部结构形式（1）装配式梁板适用范围一般情况不同预制构件的跨径适用范围：预制板：620mT型梁：2050mI型组合梁：2040m（横向柔度大，易失稳）矮箱梁：2540m（20m也用，拆模难；大于40m吊装重、施工费高、危险）,1、上部结构形式（1）装配式梁板选择考虑因素：桥梁总体布置、桥高、跨度桥位所处地形环境是否有利于预制场地布设运输条件施工队伍的能力同一工程的统一（同一合同段）,（2）支架现浇梁板分类截面类型：实心板、空心板、箱型梁结构性能：钢筋砼、预应力砼受力体系：简支、连续梁或刚构,（2）支架现浇梁板跨径适用范围：613m:钢筋砼板1525m:钢筋砼箱梁2560m:预应力砼箱梁,（3）拱桥选择因素:稳固的地基（或桩基）材料（山区、高强度石料丰富）地形（沟谷地形）自然景观（山谷、峡口）,（3）拱桥分类按使用材料分：石拱桥、砼拱桥、钢筋砼拱桥按截面形式分：板拱、肋拱、箱型拱、双曲拱按立面布置分：上承式、中承式、下承式按受力体系分：简单体系：三铰、两铰、无铰组合体系：无推力、有推力、拱梁组合,常规桥梁上部结构材料经济指标表,2、下部结构型式选择下部结构形式考虑的因素:上部结构型式桥下地形（沟、谷、河流）工程地质条件材料环境施工条件,（1）桥墩：桥墩形式与适用高度重力式桥墩：一般不超过10m柱式桥墩：30m以下矩形实心桥墩：30m弯桥受力图式弯梁受力图弯梁截面位移和分解,M:弯矩T:扭矩V:剪力,拱桥竖向反力竖向荷载水平推力(减小弯矩）弯矩1受力图式：三铰拱两铰拱无铰拱,2拱轴线常用的拱轴线型式有圆弧线、抛物线和悬链线,圆弧线,抛物线,悬链线,理想的拱轴线是与拱圈承受的压力线相吻合,3连拱作用桥墩抗推刚度是拱圈抗推刚度的40倍以上时，近似按单孔固定拱计算,2、桥梁常见结构性病害及原因（设计原因）（1）装配式板桥铰缝砼开裂、破碎，造成单板受力板底的纵缝板底横缝及板侧竖向裂缝板在靠近支座处断裂（2）整体式板桥板底纵缝板底横缝,（3）装配式梁桥下缘受拉区裂缝腹板中间的竖向裂缝腹板水平纵向裂缝腹板斜裂缝梁间翼板湿接缝纵向裂缝横隔板与主梁连接处砼损坏,（4）整体现浇箱梁主要出现的病害有：纵向弯曲开裂，支点附近梁腹板斜裂缝，箱梁顶板纵向裂缝，支点附近底板放射性裂缝等。上述病害多属设计不周引起，主要原因有：箱梁尺寸拟定不合理对次内力影响考虑不足忽视温度应力,（5）砼桥面铺装损坏梁板桥砼桥面铺装纵向开裂桥面网裂、剥落建议：只将桥面参与共同受力考虑为富余量,（6）支座损坏橡胶支座主要病害有：橡胶老化支座外鼓钢板外露剪切变形过大开裂支座脱空,支座损坏设计方面原因有：支座选用不当反力计算错误(斜弯桥)未考虑纵向变形过大引起的剪切变形支座未设计为水平放置坡桥，支座偏压支座脱空设计说明未注明预防和补救措施,（7）拱桥圬工拱桥拱圈纵向开裂设计的拱顶填料厚度偏小拱顶底面横向开裂设计时基础沉降计算不准确装配结构施工缝处开裂接头、节点处设计薄弱施工质量不易保证拼接构造耐久性差局部应力未进行详细计算,（8）结构耐久性考虑不足产生的病害现象：钢筋锈蚀混凝土冻融损伤结构受化学侵蚀损坏等原因：耐久性设计概念不足，采用过小的构件截面，钢筋保护层过小，忽略环境对结构的影响，保护性措施设计未引起重视（如排水系统、防水层）,（9）由于设计不完善可能导致的施工缺陷锚下砼不密实；梁腹板蜂窝、麻面；先简支后连续结构中负弯矩预应力束普遍存在伸长量不足，管道压浆难以保证；过薄的桥面砼铺装；钢筋位置的较大偏差，无法避让。,3、中小跨径桥梁设计中应注意的问题结构承载力是核心具体应注意的一些问题：（1）装配式板的铰缝设计（2）装配式板截面设计（3）注意桥梁的横向受力和横向配筋（4）加强装配式梁的横向连接（5）对于先简支后连续结构在负弯矩区设置足够的普通受力钢筋完善湿接缝预留的伸出钢筋（6）各类结构均应加强分布钢筋的配置,3、中小跨径桥梁设计中应注意的问题（7）砼桥面铺装厚度、连接筋，且不应计入结构受力（8）合理选用支座（9）拱桥及超静定梁板桥基础的沉降量计算（10）加强拱桥施工接头的现浇节点的设计、提高此处的安全储备（11）加强耐久性设计，把结构耐久性设计作为工程设计的主要内容来做（12）方便桥梁养护、维修的设计（13）新技术的认识及采用,三、桥梁的震害,1、上部结构的震害上部结构自身因直接受地震力而破坏的现象极为少见，但因支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象在破坏性地震中常有发生。在落梁破坏中，顺桥向的落梁占绝大多数。梁在顺桥向发生坠落时，梁端撞击下部结构常常使桥墩受到很大的破坏。,2、支撑连接部位的破坏桥梁支座、伸缩缝、锚栓和防震挡块等在地震中破坏较为普遍。支承连接件是桥梁结构中的薄弱环节。,支座脱落损坏,防震挡块损坏,3、桥梁墩台的破坏对于钢筋混凝土桥台或桥墩，破坏现象包括混凝土保护层剥落、墩台身开裂和纵向钢筋屈曲等。严重的破坏现象还包括墩台的严重倾斜、剪断或折断、倒塌等。钢结构的桥墩会发生严重的屈曲，从而丧失承载能力。,剪切引起的桥墩破坏,墩身底塑性铰破坏,4、基础的破坏地震引起地基的液