大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計與探討

1、大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計與探討(1)本文介紹了布跨138+ 240+ 240+ 240+ 138= 996m的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié) 構(gòu)設(shè)計情況 , 并以之為例探討了該類型橋在結(jié)構(gòu)方案比選、設(shè)支座主繳的結(jié)構(gòu)型 式、支座力的平衡措施、計算模式以及一些其他方面的問題。關(guān)鍵詞：大跨徑 剛構(gòu)一連續(xù)組合梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計 探討一、前言 在大跨徑橋型方案比選中，連續(xù)梁橋型仍具有很強(qiáng)的競爭力。連續(xù)梁橋型在結(jié) 構(gòu)體系上通常可分為連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋。后者是前 兩者的結(jié)合，通常是在一聯(lián)連續(xù)梁的中部一孔或數(shù)孔采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)，邊 部數(shù)孔解除墩梁團(tuán)結(jié)代之以設(shè)置支座的連續(xù)結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上又可分為

2、在主跨跨 中設(shè)鉸、其余各跨梁連續(xù)和全聯(lián)不設(shè)鉸的組合梁橋兩種形式，通常稱后者為剛 構(gòu)一連續(xù)組合梁。在我國已建成的該橋型的比較典型的例子有東明黃河大僑， 跨徑比之更大的該類型橋現(xiàn)已初見嘗試。、剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及應(yīng)用1 結(jié)構(gòu)特征及受力特點(diǎn) 在連續(xù)梁橋中，將墩身與主梁團(tuán)結(jié)而成為連續(xù)剛構(gòu)橋。由于墩身與主梁形成剛 架承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在結(jié)構(gòu)上充分發(fā) 揮了潛能，因此該橋型在我國得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展 2 。具有一個主孔的單孔 跨徑已達(dá)270m,具有多個主孔的單孔跨徑也達(dá) 250m最大聯(lián)長達(dá)1060m隨著 新材料的開發(fā)和應(yīng)用、設(shè)計和施工技術(shù)的進(jìn)步，具有一個主孔的

3、單孔跨徑有望 突破300m的潛力。而對于多跨一聯(lián)的連續(xù)剛構(gòu)是不是也能在聯(lián)長上有更大的發(fā) 展呢？眾所周知,墩身內(nèi)力與其順橋向抗推剛度和距主梁順橋向水平位移變形 零點(diǎn)的距離密切相關(guān)?？雇苿偠刃〉谋”谑蕉丈砟苡行У亟档推鋬?nèi)力,但隨著 聯(lián)長的加大,墩身距主梁順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離亦將加大,在溫度、 混凝土收縮徐變等荷載的作用了,墩頂與主梁一道產(chǎn)生很大的順橋向水平和轉(zhuǎn) 角位移,墩身剪力和彎矩將迅速增大,同時產(chǎn)生不可忽視的附加彎矩,致使剛 構(gòu)方案無法成立。在結(jié)構(gòu)上將墩身與主梁的團(tuán)結(jié)約束予以解除而代之以順橋向 水平和轉(zhuǎn)角位移自由的支座,這樣就變成剛構(gòu)一連續(xù)組合梁的結(jié)構(gòu)形式。于是 邊主墩墩身強(qiáng)度問題得以

4、解決,且在一定條件下聯(lián)長可相對延長?？梢?剛構(gòu) 一連續(xù)組合梁是連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)的組合,它兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)而揚(yáng)棄各自的 缺點(diǎn),在結(jié)構(gòu)受力、使用功能和適應(yīng)環(huán)境等方面均具有一定的優(yōu)越性。2. 在我國的應(yīng)用情況 東明黃河大橋開創(chuàng)了剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋在我國應(yīng)用的先例。由于放松了多跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)呏鞫崭叨鹊那螅虼藙倶?gòu)一連續(xù)組合梁橋適用 于不同的地形、地質(zhì)條件、通航求等。下面將介紹的武漢軍山長江公路大橋初 步設(shè)計剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋方案就是一個典型的設(shè)計實(shí)例。目前國內(nèi)在建的典 型的大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁有杭州饒城公路東段錢江六橋，其技術(shù)設(shè)計階段 主橋?yàn)?27 + 3 X 232 + 127= 950m的五跨

5、預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)一連續(xù)組合梁體 系，中、邊主墩均為雙壁墩，中主墩墩身與主梁固接，邊主墩墩身與主梁分 離，分別設(shè)置4個65000kN的支應(yīng)與主梁連接，懸臂施工中墩梁通過預(yù)應(yīng)力粗 鋼筋臨時固接。受地形影響解除邊主墩墩身與主梁固結(jié)的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋 還有黑河大橋，該橋布跨為 6016 + 6X100+ 60 = 720m,墩身為單箱墩，最 外邊墩設(shè)支座。剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋還適合于某些特殊布跨情形。如廈門海滄大橋西航道橋， 布跨為70+ 140十70十42 + 42 (m)，其中兩孔42m跨錨碇，避免了設(shè)兩 孔連續(xù)或簡支梁，并減少了伸縮縫。像這樣將邊墩設(shè)支座的小邊跨與連續(xù)剛構(gòu) 主體相連而成為非典型的

6、剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的橋還有很多。三、設(shè)計實(shí)例武漢軍山長江公路大橋初步設(shè)計作了斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)兩個方案同等深度的經(jīng) 濟(jì)技術(shù)比較。其中連續(xù)剛構(gòu)方案最初的跨徑布置為 138 + 24O+ 240+ 240+ 138 (m)，三個主跨的四個主墩均為雙薄壁墩，墩身與主梁固結(jié)。設(shè)計中發(fā) 現(xiàn)兩個邊主墩由于高度較矮，受力很不合理，因此，將其與主梁的固結(jié)約束予 以解除，橋型變?yōu)閯倶?gòu)一連續(xù)組合梁的結(jié)構(gòu)形式(后出于總體布跨考慮，將跨 徑布置調(diào)整為 138 + 240 + 240 + 240 + 138 + 56 (m)?，F(xiàn)以布跨 138 + 240 + 240 + 240 + 138 (m)的大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁

7、橋的設(shè)計為例對其結(jié) 構(gòu)設(shè)計加以介紹和探討。其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介如下：1. 結(jié)構(gòu)體系橋梁分左右兩幅，采用138+ 240+ 240+ 240 + 138 (m)五跨一聯(lián)三向預(yù)應(yīng)力 混凝土剛構(gòu)一續(xù)梁組合梁橋型方案，雙壁墩結(jié)構(gòu)，中主墩墩身與主梁固結(jié)，邊 主墩及邊墩墩頂設(shè)支座。邊主跨比 L邊：L主=0.575 : 1,縱坡3 %，縱曲線 素為T = 510m, R= 17000m, E=7.65m。橫坡2%,由箱梁頂板坡度形成。橋面 鋪裝為6cm鋼纖維混凝土墊平層加6cm瀝青混凝土。2. 下部構(gòu)造 主墩墩身為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用 50號混凝土，雙壁墩結(jié)構(gòu)。P2, P5號 墩為邊主墩，墩高28m左右幅每片

8、墩墩頂各設(shè)兩個噸位為 60000kN的球形鋼 支座，墩身為矩形實(shí)心斷面，斷面尺寸 320cmX800cm順橋向外緣距12m P3, P4號為中主墩，墩高39.9m，墩身與主梁固結(jié)，墩身為矩形實(shí)心斷面，斷面尺寸280cmX750cm，順橋向外緣距12m承臺采用30號混凝土，均為整體式， 厚5m P2P5兩號墩樁基礎(chǔ)采用25號水下混凝土，均為18根直徑2 . 5m的 鉆孔樁，樁長分別為55m，35m 40m 37.5m，均按支承樁設(shè)計。下部構(gòu)造平面 布置.P3,P4及P5號墩基礎(chǔ)擬采用雙壁鋼圍堰方案施工，P2號墩擬采用鋼管樁平臺加鋼套箱方案施工。為有效抵抗偶發(fā)的巨大船撞荷載，各主墩均設(shè)計為整 體式

9、基礎(chǔ)和承臺。防撞構(gòu)造立足于墩身自身防撞，因此墩身按實(shí)心斷面設(shè)計。3 上部構(gòu)造主梁為分離式單箱單室直腹板箱梁，采用50號混凝土。根部梁高h(yuǎn)根=13.2m,h根：L主=1: 18.18 ;跨中梁高h(yuǎn)中=4.0m，h中：L主=1 : 60;箱梁底線變化 曲線y = 4.0(9.2/114 )X X。箱梁擬采用對稱懸臂現(xiàn)澆施工工藝，施工梁段長度分為3m 4m 5m三種類型，0號塊現(xiàn)澆段17m合龍段3m 1/2標(biāo)準(zhǔn)跨的 分塊布置為：( l/2 ) x 17m 10 x 3m 10 x 4m 8 x 5m ( 1/2 ) x 3.0m= 120m。最大懸臂施工長112. 5m 共28對施工塊件，塊件重量在

10、140.8234.5t之間。箱梁頂寬16.45m,底寬7.5m，翼緣板懸臂長4.475m (含 承托)，外側(cè)厚15cm根部厚50cm。0號塊頂板厚45cm，其他位置頂板厚 28cm。0號塊腹板厚100cm。向跨中分70cm，60cm, 40cm三個梯段變化。根 部底板厚130cm ;跨中底板厚28cm中間按y= 0.28 +( 1.02 / 114)Xx變 化。箱梁僅在墩項及梁端設(shè)橫隔板，墩頂橫隔板位置及厚度與每片墩身相對 應(yīng)。為增強(qiáng)箱梁整體性，還在墩頂設(shè)置了箱外橫隔板。摘本文介紹了布跨138+ 24 + 24+ 24+ 138= 996m的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu) 設(shè)計情況 , 并以之為例探

11、討了該類型本篇論文是由3COM文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否 者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。箱梁縱向預(yù)應(yīng)力體系采用15 - 22，控制張拉力4296.6kN,橫向預(yù)應(yīng)力體系采 用15- 4,控制張拉力781.2KN?？v、橫向預(yù)應(yīng)力均采用 © 15.24mm預(yù)應(yīng)力超 強(qiáng)、低松弛鋼絞線，極限抗拉強(qiáng)度為 1860MPa計算彈性模量E=1.95x10'MPa。 豎向預(yù)應(yīng)力體系采用© 32mm軸軋螺紋粗鋼筋，控制張拉力 542.8kN.箱梁典型 斷面縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置。4.

12、 結(jié)構(gòu)分析(1) 計算模式順橋向總體結(jié)構(gòu)靜力分析采用平面桿系綜合程序進(jìn)行。接施工階段將結(jié)構(gòu)分為328 個單元 325個節(jié)點(diǎn)，共 63 個施工階段。由于地質(zhì)條件相對較好，因此未按 等剛度原理將樁基礎(chǔ)進(jìn)行模擬，即不計樁基礎(chǔ)的影響，近似按承臺底固結(jié)考 慮。中主墩與主梁固結(jié)，邊墩為單向交承，計算中計入了邊主墩。(2) 計算荷載汽車：半幅橋橫向按布置 4 個車隊數(shù)考慮，橫向折減系數(shù)為 0.67 ，縱向折減 系數(shù)為 0.97 ，偏載系數(shù) 1.15 。掛車：按全橋布置一輛考慮，偏載系數(shù) 1.15 。滿布人群 :3.5KN/ 平方米 二部恒載： 7t m。溫度：結(jié)構(gòu)體系溫差考慮升溫 20C，降溫20C ;梁體

13、溫差考慮了由于太陽輻射 和其他影響引起上部結(jié)構(gòu)頂層溫度增加時產(chǎn)生的正溫差及由于再輻射和其他影 響，熱量由橋面頂層散失時產(chǎn)生的負(fù)溫差，參照 BS5400荷載規(guī)范取用；箱內(nèi)外 溫差為5°C；橋墩墩體考慮日照不均勻溫度差：升溫時，兩片墩身的一側(cè)比另 一側(cè)和中間高5C,降溫時，兩片墩身的一側(cè)和中間比另一側(cè)高 5C。溫度效應(yīng) 考慮兩種組合：體系升溫十正溫差十升溫時墩體溫差，體系降溫十反溫差十降 溫時墩體溫差。靜風(fēng)荷載：施工風(fēng)速按 30 年一遇，成橋風(fēng)速按 100 年一遇計。橫橋向風(fēng)力按規(guī) 范公式計算。船撞力：橫橋向18400kN順橋向9200kN。作用點(diǎn)位置按規(guī)范或?qū)ｎ}確定。(3 施工方法及主

14、工況擬采用懸臂澆注法施工。為確保施工階段單 T的順橋向抗彎及根橋向抗扭穩(wěn)定 性，將P2、P5號墩墩頂與主梁臨時固結(jié)，在次邊跨合龍施工完成后予以解除， 完成體系轉(zhuǎn)換。主工況為；施工基礎(chǔ)及墩身，懸臂澆筑至最大懸臂狀態(tài)，形 成單T;滿堂支架澆筑邊跨現(xiàn)澆段，配重施工；邊跨合龍，現(xiàn)澆段支架拆 除；次邊跨合龍；中跨合龍，形成結(jié)構(gòu)體系對施加二部恒載；運(yùn)營。(4) 計算參數(shù)及荷載組合混凝土：徐變特征終級值 2.3 ，彈性繼效系數(shù) 0.3，徐變速度系數(shù) 0.021 ，收縮 特征終級值 0.00015，收縮增長速度系數(shù) 0.021 。預(yù)應(yīng)力：松弛率 0.03，管道摩阻系數(shù) 0.22，管道偏差系數(shù) 0.001 ，一

15、端錨具變 形及鋼束回縮值 0.006m ?？紤]五種組合：恒十汽；恒十汽十溫度；恒十掛；恒十滿人；恒十汽十溫度 船撞力。(5) 計算結(jié)果主梁次邊跨跨中汽車活載撓度為 0.111m，中跨跨中為0.096m。主梁應(yīng)力：成橋狀態(tài)混凝土應(yīng)力最大約 155kg/平方厘米，最小約26kg/平方 厘米，組合混凝土應(yīng)力最大約 171kg /平方厘米，最小約10kg /平方厘米， 組合混凝土應(yīng)力最大約215kg /平方厘米，最小約一 6kg/平方厘米。五、幾個問題的探討1. 結(jié)構(gòu)方案比較在維持主跨規(guī)模不變的前提下，為尋求一個受力合理、結(jié)構(gòu)安全、適用美觀的 方案，對結(jié)構(gòu)形式及主墩厚度作了計算比較。比較的方案有138

16、 3 X 240 138 ( m 連續(xù)剛構(gòu)方案，墩厚 2.5m； 138+ 3x240+ 138 ( m)連續(xù)剛構(gòu)方案，墩 厚2.1m； 138+ 3x240+ 138 (m)剛構(gòu)一連續(xù)組合梁方案，固接墩厚 2.5m ； 138 + 3 x 240 + 138 (m)剛構(gòu)一連續(xù)組合梁方案，固接墩厚 2.1m。經(jīng)過計算分析 得出如下結(jié)論：(1) 相同布跨和墩厚的兩種方案，主梁的內(nèi)力和位移相差較小，中主墩由于高度 較大，且距順橋向變形零點(diǎn)較近，內(nèi)力相差也不大，而邊主墩受力則相差懸 殊。在連續(xù)剛構(gòu)方案中，由于高度較矮，且距變形零點(diǎn)很遠(yuǎn)，因此，盡管在設(shè) 計上采取了措施，在恒載、活載及溫降組合工況下，墩

17、身兩端仍產(chǎn)生了很大的 彎矩，而且靠外側(cè)的墩身軸力難以提高，而在剛構(gòu)一連續(xù)組合梁方案中，墩底 彎矩是由支座最大靜摩阻力決定的，因此相對較小，另外墩頂軸力通過配重措 施可以得到很好的解決。(2) 墩身厚度的降低，迅速降低了墩身剛度，從而迅速減小了溫度產(chǎn)生的墩身的 荷載效應(yīng)，對邊主墩效果更為明顯。但墩身厚度同時受截面應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定性 的限制，存在一個低限。2 邊主墩合理型式的選擇 對于規(guī)模較小的橋梁，最不利組合下的墩頂豎向力相對較小，支座數(shù)量少且容 易布置，而且最大懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性問題顯得次的情況，采用單柱式墩是合 適的。但對于大跨徑剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋，從以下幾方面的研究可見，采用雙 柱式墩是邊主

18、墩的合理型式。(1) 結(jié)構(gòu)受力比較設(shè)單柱式墩的截面尺寸為BX2H雙柱式墩為BXH中心距2r，墩高相同。在其 他條件相同的前提下，經(jīng)計算，邊主墩若采用單位式墩，與采用雙柱式墩相比 較：主梁內(nèi)力：中跨跨中的 M Q N略有減小，邊跨跨中和次邊跨跨中的 M Q, N 均略有增大；邊主墩頂和中主墩頂?shù)?N, Q均略有增大，變化值不大，但 M卻增 大很多，對邊主墩頂：成橋狀態(tài)增大 81，最不利組合增大 45，對中主墩 頂：成橋狀態(tài)增大 1.3 ，最不利組合增大 6.l ；中主墩墩身內(nèi)力：N, Q略有增大，M成橋狀態(tài)增大9%,最不利組合增大8%;主梁撓度；次邊跨跨中汽車荷載撓度增大 36，中跨跨中汽車荷載

19、增大 8?？梢?，邊土墩采用雙柱式可減小上部結(jié)構(gòu)的計算跨徑，降低箱梁截面內(nèi)力和撓 度。(2) 采用雙柱式墩有利于施工階段最大懸臂狀態(tài)下的安全性施工階段，由于墩身與箱梁臨時固結(jié)，因此，采用雙柱式墩的順橋向抗彎慣性 矩為而采用單柱式墩的順橋向抗彎慣性矩為對于本橋，前者為后者的 5.92 倍。(3) 能保證橋梁橫向抗風(fēng)的求施工期間，橋梁處于懸臂狀態(tài)，其橫向抗風(fēng)穩(wěn)定性尤為重。此時墩頂與主梁固 接，對于單柱式墩，當(dāng)其受到橫橋向扭矩后，柱身產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，從而產(chǎn)生抵抗 扭矩，對于雙柱式墩，橋墩的抗扭能力由兩部分組成：一是兩片柱身扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生 的抵抗扭矩，二是由于柱身產(chǎn)生橫橋向水平力Q從而產(chǎn)生抵抗扭矩，其值為 Q與

20、2r 的乘積，它是雙柱式墩的主抵抗扭矩。從數(shù)值上看，后者遠(yuǎn)大于前者，因 此能保證大跨徑橋梁橫向抗風(fēng)穩(wěn)定性的求。摘本文介紹了布跨138+ 24 + 24+ 24+ 138= 996m的剛構(gòu)一連續(xù)組合梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計情況 , 并以之為例探討了該類型本篇論文是由3COM文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站 的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否 者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。(4) 構(gòu)造和美觀求 最不利組合下墩頂?shù)呢Q向力決定了支座的數(shù)量，大尺寸的大噸位支座的布置及在施工期間墩身與主梁的臨時固結(jié)構(gòu)造決定了墩身的最小平面尺寸。對本橋而 言，若采用

21、單柱式墩，其墩身厚度在 6m以上，顯得過于厚重，與輕巧的中主墩不協(xié)調(diào)，在材料用量上與雙柱式墩相差很少3 邊主墩支座力的平衡措施 由于邊主墩距橋梁中心線較遠(yuǎn)，加上特定的合龍順序和邊中跨比，在不采取措 施的前提下，兩片邊主墩墩身的豎向力會相差較大，這樣一會導(dǎo)致支座噸位很 大且規(guī)格相差懸殊；二來增加基礎(chǔ)的工程量。為解決此問題，在邊跨合龍前在 外側(cè)懸臂端施加配重能較好的解決。本橋的設(shè)計措施是在邊跨合龍前在外側(cè)懸臂端施加 90t 的永久配重，其與不配 重計算結(jié)果?？梢?，配重對平衡邊墩墩頂軸力的效果是明顯的。最大懸臂狀態(tài)下順橋向施工穩(wěn)定性取決于該狀態(tài)下的最大不平衡荷載，其由箱 梁已澆筑梁段的自重偏差、掛籃等機(jī)具的安裝偏差、正澆筑梁段的自