中鐵預應力連續(xù)梁橋設計與施工超詳細做法讓橋梁工程師不再崩潰

中鐵預應力連續(xù)梁橋設計與施工超詳細做法，讓橋梁工程師不再崩潰！當前連續(xù)梁橋盛行連續(xù)梁橋項目日益強盛，了解連續(xù)梁橋，是每個橋梁工程人必備技能之一。連續(xù)箱梁分為鋼筋混凝土連續(xù)箱梁和預應力混凝土連續(xù)箱梁。一般來說，當跨徑小于20m時才可采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，當跨徑大于20m時應采用預應力混凝土連續(xù)箱梁。對于曲線半徑過小的匝道橋，不宜設計成預應力結(jié)構。連續(xù)梁設計與施工相互制約，設計時需要結(jié)合橋址地形、工程規(guī)模、工期、造價等因素，事先預設施工方法。常用的施工方法有支架整體現(xiàn)澆、簡支-連續(xù)施工、支架逐孔現(xiàn)澆、懸臂施工、頂推施工等……一、預應力連續(xù)梁總體設計混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構形式一般有等高度連續(xù)梁、變高度連續(xù)梁、連續(xù)剛構、連續(xù)V構等四種,設計時應根據(jù)工程實際情況、結(jié)合各種橋型自身特點作出合理選擇。等高度連續(xù)梁具有跨越能力小、構造簡單、施工方便快捷的特點；適用于小跨徑連續(xù)梁橋。變高度連續(xù)梁具有受力合理、主要采用懸臂施工法的特點；適用于中大跨徑連續(xù)梁橋。連續(xù)剛構具有墩梁固結(jié)的特點；適用于橋墩較柔的中大跨徑連續(xù)梁橋，橋墩較矮時不宜采用。連續(xù)V構具有構造復雜、造型美觀的特點；適用于對造型要求較高的中等跨徑連續(xù)梁橋。常用的施工方法有支架整體現(xiàn)澆法（整聯(lián)現(xiàn)澆，施工中無體系轉(zhuǎn)換，橋梁整體性好，適用于規(guī)模較小的中小跨徑連續(xù)梁）、支架逐孔現(xiàn)澆（一般適用于中小跨徑連續(xù)梁）、簡支－連續(xù)施工法（一般適用于工程規(guī)模較大的等截面中小跨徑連續(xù)梁）、懸臂施工法（是國內(nèi)最常見的中大跨徑連續(xù)梁施工方法，具有適用性、經(jīng)濟性好，但施工體系轉(zhuǎn)換次數(shù)多、線形較難控制的特點）、頂推施工法（適用于有頂推條件的中小跨徑等高度連續(xù)梁）、逐孔拼裝法（適用于中小跨徑大型橋梁工程）。橋梁孔跨布置受地質(zhì)、地形、橋下通車通航等因素制約。在條件允許的情況下，應力求受力合理、施工方便、孔跨配置協(xié)調(diào)一致。一般情況下，等高度小跨徑連續(xù)梁可采用相同跨徑；中大跨徑的變高度連續(xù)梁各中跨宜采用相同跨徑，邊跨跨徑宜為中跨跨徑的0.55～0.6倍；對墩梁固結(jié)的箱梁，應合理選擇邊中跨比例，以減小墩身彎矩。梁高構造尺寸：等高度連續(xù)梁高跨比一般取1/15～1/18。變高度連續(xù)梁：⑴跨中截面高跨比Hc/L一般取1/30～1/50。⑵支點截面高跨比Hs/L一般取1/15～1/18。⑶跨中處直線段長度Lc一般取2m。⑷支座處直線段長度Ls一般與該處橋墩寬度相等。⑸中間部分La為曲線變高梁段，梁底曲線一般采用圓曲線或者拋物線,拋物線指數(shù)k一般取1.65。若以變高度梁段跨中端橋面處為原點，水平向右為X軸，豎直向下為Y軸建立坐標系，則：橫截面形式：1中小跨徑連續(xù)箱梁橋?qū)?4m以下宜采用單箱單室截面形式；橋?qū)?8m左右宜采用單箱雙室截面形式；橋?qū)捲?2m以上時，一般采用單箱多室截面，也可采用雙箱形式。2大跨連續(xù)箱梁橋?qū)?6m以下一般采用單箱單室截面形式；橋?qū)?8m以上可采用單箱雙室截面或分幅建造。細部尺寸：箱梁橫截面由頂板、底板、腹板、懸臂板、承托構成；各部分構造須滿足受力、構造、施工方便的要求。箱梁頂板需要滿足橫向抗彎以及布置預應力鋼筋的需求。一般地：在腹板間距為3.5～7.0m時，頂板厚度可采用0.18～0.30m。箱梁底板需要滿足縱向抗彎以及布置預應力鋼筋的需求。一般地：⑴等高度連續(xù)梁底板厚度宜采用0.20～0.25m。⑵變高度連續(xù)梁底板厚度隨負彎矩從跨中到支點逐漸加厚。跨中底板厚度宜采用0.25～0.30m；支點底板厚度一般采用梁高的1/10。腹板尺寸除滿足受力需求外，還需要滿足通過、連接、錨固預應力鋼筋的構造需求。⑴腹板厚度一般采用0.40～0.80m。通常，中大跨徑連續(xù)梁支點處腹板較厚，跨中處腹板較薄，起變點一般設置在L/4附近，變化段長度一般為3～6m。⑵箱梁一般采用直腹板。等高度箱梁外側(cè)腹板也可采用斜腹板，配合合理的圓弧倒角可以有效改善箱梁外觀。變高度箱梁不宜采用斜腹板，以免施工困難和因支點附近底板寬度過小造成設計困難。⑶斜腹板箱梁抗剪等計算時，應采用腹板垂直厚度，而不應取腹板水平截線寬度。懸臂板長度及腹板間距是調(diào)節(jié)橋面板彎矩的主要手段。懸臂板長度一般為2.5～4.5m，懸臂端部厚度一般取0.16～0.20m，懸臂根部厚度一般為0.4～0.6m。承托布置在頂?shù)装迮c腹板連接的部位，起均勻過渡力線、增加橫向剛度以抵抗扭轉(zhuǎn)、畸變應力。形式上可分為豎承托和橫承托。豎承托對腹板受力有利；橫承托對頂?shù)装迨芰τ欣Ｒ话愕?，受抗剪、主拉應力控制的宜設置豎承托；受縱橫向抗彎控制的宜設置橫承托。橋面橫坡一般通過以下幾種方法形成：⒈鋪裝墊層成坡--在箱梁頂板與橋面鋪裝間設置不同的鋪裝墊層厚度。該方法簡單易于設計，但額外增加了橋梁自重，特別是在橋?qū)捿^大的時候，容易造成設計的不經(jīng)濟。⒉箱梁頂板成坡--箱梁底板在橫橋向保持水平，箱梁外側(cè)腹板傾角保持相等，通過橋面板傾斜來形成橫坡。當在箱梁頂設置一字坡或者不對稱的人字坡時，兩側(cè)腹板高度不一致，會讓設計變得更加繁瑣。⒊箱梁旋轉(zhuǎn)成坡--當箱梁頂設置一字坡時，可將箱體“剛性旋轉(zhuǎn)”在頂板上形成橫坡。這種方法設計簡單，但施工時較難控制。支撐體系含墩梁固結(jié)支撐、支座支撐。1墩梁固結(jié)支撐--墩梁永久固結(jié)為墩梁混凝土直接連接，不設置支座。這種情況下，墩梁固結(jié)點為一個剛節(jié)點，節(jié)點彎矩按剛度分配到該節(jié)點連接的桿件上（梁、墩）。這種支撐形式常用于橋墩較柔的大跨連續(xù)剛構。墩梁臨時固結(jié)的支撐體系常用于連續(xù)梁橋懸臂施工過程中。⑴在墩頂加臨時錨固采用預應力雙排錨桿將墩梁臨時固結(jié)。通常錨桿下端預埋在橋墩中，錨桿穿過梁體混凝土并錨固在梁頂。錨固數(shù)量及張拉力由施工最大不平衡彎矩計算確定。為便于拆除，在臨時支座上下面各設置厚約2cm的硫磺砂漿夾層，并在臨時支撐附近布置千斤頂，便于施工中的微調(diào)。這種方法構造簡單，制作、拆卸方便。⑵在墩旁加臨時支架當不平衡彎矩太大，采用墩頂臨時錨固不足以承受時，可在橋墩一側(cè)或兩側(cè)設置支架，和墩頂臨時固結(jié)共同承受施工不平衡彎矩。當臨時支架可能出現(xiàn)拉力時，應設置抗拉設施。2采用支座支撐板式橡膠支座分圓形和矩形，構造簡單，但噸位及容許變形量均較小，常用于中小跨徑連續(xù)梁。盆式橡膠支座噸位及容許變形量較大，常用于中大跨連續(xù)梁。球冠支座允許箱梁各個方向的轉(zhuǎn)動變形，但容易壓裂，除實有需要的彎橋外不宜采用。球型鋼支座具有盆式橡膠支座和球冠橡膠支座的優(yōu)點，更加可靠，但造價稍貴。3支座的布置縱向布置：一聯(lián)箱梁一般僅設置一個縱向固定支撐，上部結(jié)構縱向水平力由固定支撐處橋墩承擔，但若該處橋墩不能獨立承受縱向水平力時，可考慮設置多個縱向固定支撐。橫向布置：⑴箱梁每個墩臺位均需設置一個橫向固定支座。⑵在每個墩位處，一般布置兩個支座；當采用獨柱墩時，可只布置一個支座，但一聯(lián)橋梁至少應有一個墩臺位處至少布置兩個支座；當橋?qū)捿^大時，可布置兩個以上支座。⑶支座橫橋向布置位置對橫隔梁受力狀況有較大影響，一般布置在箱梁腹板附近；支座橫向布置時，還應考慮支座安裝、更換所需要的操作空間，以及支座處箱梁及墩頂局部受壓區(qū)域的承載能力等因素，設計時應根據(jù)具體情況妥善處理。||建橋材料：混凝土強度等級一般采用C50，設計困難的，可采用C55。預應力材料鋼絞線多用于縱向預應力體系、橋面板及橫隔梁橫向預應力體系。一般采用d=15.2mm、fpk=1860MPa、Ep=1.95e5MPa規(guī)格。精軋螺紋粗鋼筋多用于豎向預應力體系及橫隔梁橫向預應力體系。一般采用d=25或32mm、fpk=785或930MPa、Ep=2.0e5MPa規(guī)格。錨固體系鋼絞線多采用夾片式群錨體系，非張拉端也常采用H型、P型錨固體系；精軋螺紋粗鋼筋多采用軋絲錨固體系。張拉機具多與錨固體系配套，常使用YDC型、YCW型、YCQ型系列千斤頂。設計時需要了解張拉機具以確保預應力工程具有足夠的操作空間。成孔材料多采用預埋鐵皮管、金屬波紋管、塑料波紋管和抽拔橡膠管成孔。普通鋼筋一般采用HRB335、R235鋼筋。二、連續(xù)箱梁結(jié)構計算直線連續(xù)箱梁一般采用平面桿系分析程序計算。曲線半徑小于300m或一聯(lián)對應圓心角大于1弧度的連續(xù)箱梁宜按照曲線橋梁進行計算。局部受力復雜的構件宜進行有限元專題計算分析。連續(xù)箱梁計算一般包括縱向計算、橫截面框架計算、橫梁計算、鋸齒塊計算、局部受力構件計算。1縱向計算進行整體計算時，橫隔板、鋸齒塊、檢修孔、通風孔、泄水孔、通過孔、錨槽、封錨混凝土、伸縮縫槽口等構造細節(jié)一般忽略，不計入受力截面，該處截面用其附近截面代替。結(jié)構簡化造成的結(jié)構恒載誤差，采用永久作用的集中力荷載進行模擬。支座縱向活動的，用一個豎直約束模擬；支座縱向固定的，用一個豎直約束加一個水平約束模擬。墩梁固結(jié)：一般將與箱梁固結(jié)的橋墩帶入箱梁計算模型一并計算；橋墩與基礎連接端，對不同基礎形式，采用不同簡化方法：采用低樁承臺的，將橋墩基礎端固結(jié)在承臺頂計算。采用高樁承臺的，將橋墩基礎端固結(jié)在地面（應考慮一般沖刷、局部沖刷兩種情況）以下1.8/α處計算。臨時約束：臨時水平約束：箱梁在合攏前分為幾個獨立的結(jié)構體系，計算時需要為獨立的結(jié)構體系增加臨時的水平約束，使之為幾何不變體系；應防止計算過程中獨立結(jié)構體系屬于幾何可變體系。臨時豎直約束：箱梁在施工時常采用支架或墩梁臨時固結(jié)措施，計算時常采用臨時豎直約束來模擬這種受力狀態(tài)。對于支架約束，常采用單向受壓豎直約束來模擬；對于墩梁臨時固結(jié)，常采用雙向受力豎直約束來模擬。2橫向計算目前一般取控制截面附近單位寬度梁格（亦稱為橫向框架，下稱梁格）進行橫向平面桿系計算。橋面鋪裝層、防撞護欄等橋面設施無論是否與箱梁頂板固結(jié)，均不計入結(jié)構受力部分，而作為二期恒載計算。在箱梁每條腹板中心線下端的箱底位置加一個豎向約束，另加一個水平約束保證結(jié)構體系屬于幾何不變體系。橫向計算腹板配筋的1/2可兼作主梁抗剪或抗扭箍筋。對于不同的橋梁，橫隔梁的長高比變化很大。高而短的橫隔梁一般只有兩個支座，且支座離箱梁腹板較近，橫梁一般不控制設計；固僅需按照深梁手動簡化計算，按照深梁配筋設計即可。矮而長的橫隔梁一般有兩個或者兩個以上的支座，且支座位置離箱梁腹板較遠且不規(guī)則，這需要將其簡化為工字梁來進行計算。工字梁的有效翼緣寬度按照《公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規(guī)范》4.2.2條計算。工字梁的荷載主要為腹板傳來得的集中力和汽車輪載。3計算荷載構件容重一般按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》4.2.1條取值。箱梁混凝土考慮到漲模及施工誤差，一般取26.25kN/m3。橋面二期恒載應包含作用在箱梁上的所有結(jié)構物的重量，如防撞護欄、橋面鋪裝、人行道板、人行道護欄、過橋管線等的自重；其中橋面鋪裝層應考慮3cm后期發(fā)展及施工誤差厚度。汽車荷載應考慮荷載等級及車道荷載大小、車道數(shù)及橫向折減系數(shù)、縱向折減系數(shù)、沖擊系數(shù)（其中，結(jié)構豎向基頻一般采用有限元軟件計算；也可按照4.3.2條條文說明計算公式近似計算，計算時，可取中跨1/3跨徑處截面特性）、偏載系數(shù)（不同的橋梁結(jié)構，具有不同的偏載系數(shù)，取值一般在1.05～1.30之間，宜采用可靠計算方法計算。當無可靠計算方法時，可取1.15）。人群荷載按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》4.3.5條取值。溫度荷載按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》4.3.10條計算。整體升溫中的升溫度數(shù)＝最高有效溫度－合攏溫度。整體降溫中的降溫度數(shù)＝最低有效溫度－合攏溫度。日照正溫差按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》4.3.10條3款計算，結(jié)構類型根據(jù)實際橋面鋪裝類型選擇。施工過程中，無橋面鋪裝狀態(tài)時的日照溫差應酌情考慮。日照反溫差采用日照正溫差的-0.5倍。強迫位移：縱向計算強迫位移一般由下部結(jié)構設計提供。小跨徑橋梁一般取5mm，中等跨徑橋梁一般取10mm，大跨徑橋梁一般取20mm。橫向計算中一般忽略強迫位移荷載；對于橫向強迫位移不能忽略的梁格，宜選用空間有限元分析軟件計算。施工臨時荷載：懸臂施工的掛籃模板機具荷載在沒有具體數(shù)據(jù)時，按照最重懸臂施工節(jié)段自重的0.6倍估算。橋面堆載僅在懸臂施工穩(wěn)定性檢算時考慮，一般按照每延米2.5kN計算。支座摩阻力按照該支座恒載豎向反力的5％計算。汽車制動力：按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》4.3.6條計算。汽車制動力對箱梁受力影響甚小，計算箱梁受力時一般可以不計；但給下部結(jié)構計算提供上部計算基礎反力時，需要考慮制動力對結(jié)構的作用。風力：施工狀態(tài)平衡性檢算時，需要考慮風力荷載。高墩連續(xù)剛構/V構，縱向計算時，需要考慮作用在橋墩上的順橋向風力（按相應橫橋向風力的0.7倍考慮）。預應力徑向力：在橫向計算、鋸齒塊或預應力鋼束彎曲處局部計算時，需要考慮由于預應力鋼筋彎曲產(chǎn)生的徑向分力對所計算結(jié)構的影響。荷載組合按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》4.1.5條～4.1.10條組合計算。其中結(jié)構重要性系數(shù)γ0采用1.1。三、結(jié)構計算及預應力體系設計1計算模型正確性檢驗縱向計算應先計算出不配置預應力鋼筋的結(jié)構受力情況，觀察內(nèi)力圖及約束反力，以判斷結(jié)構計算模型的正確性。應模擬出實際結(jié)構可能出現(xiàn)的不利施工狀態(tài)，例如對于懸臂施工的橋梁，應該模擬出這個施工狀態(tài)：該節(jié)段混凝土澆筑完畢、錨固于該節(jié)段的預應力鋼筋尚未張拉、掛籃尚未前移、頂板混凝土無橋面鋪裝受日照正溫差或日照反溫差的情況。應檢查各狀態(tài)結(jié)構約束情況，并充分把握結(jié)構簡化或未納入計算模型的因素對結(jié)構計算結(jié)果的影響。2正截面抗彎能力極限狀態(tài)計算按γ0Md≤M(fd,ad)計算，其中，γ0取1.1（設計安全等級統(tǒng)一取一級）。計算時，需要嘗試不同組合荷載項目，以得到控制設計的Md最大值。受壓區(qū)、受拉區(qū)的箱梁構件（頂板、底板）一般都配有鋼筋網(wǎng)，計算時若考慮這些普通鋼筋，有時可能產(chǎn)生結(jié)構抗力更小等不合理現(xiàn)象。箱體剛性旋轉(zhuǎn)成坡的，可按箱梁未旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)進行檢算。箱梁頂板旋轉(zhuǎn)成坡的，可將頂板繞外腹板旋轉(zhuǎn)回水平狀態(tài)進行檢算，普通鋼筋、預應力鋼筋可按其平均高度計算，預應力鋼筋應力可按其平均應力計算。橋面鋪裝層一般不計入結(jié)構受力部分。3斜截面抗剪能力極限狀態(tài)計算需要檢算的截面位置：有條件時，可對所有計算截面進行檢算；也可只檢算以下截面：⒈支點橫隔梁邊緣處截面；⒉梁高突變處截面；⒊腹板厚度突變處截面；⒋1/4跨徑處截面；⒌腹板箍筋布置方式突變處截面；⒍剪力較大區(qū)域C值范圍內(nèi)，下彎或彎起預應力鋼筋無法覆蓋或布置較少的截面。4正截面抗裂驗算正截面抗裂驗算計算混凝土和鋼筋應力的內(nèi)力時所用的彎矩值，是乘以頻遇系數(shù)以后的組合彎矩值。正截面裂縫寬度控制：⒈縱向計算中，跨度大于等于100m的箱梁，按照全預應力結(jié)構設計，跨度小于100m的箱梁，可按照A類預應力結(jié)構設計。⒉橫向計算、橫梁計算，一般按照A類預應力構件設計。⒊不布置橫向預應力鋼筋的箱梁頂板、底板、橫隔梁，以及不布置豎向預應力鋼筋的腹板，按照普通鋼筋混凝土構件設計。5斜截面抗裂驗算斜截面抗裂按照《公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62-2004）6.3.1條2款驗算。主應力按照《公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62-2004）6.3.3條計算。計算時所用的內(nèi)力值，是乘以頻遇系數(shù)以后的組合內(nèi)力值。6其他驗算：應力驗算、局部受壓驗算。注意要點：等高度連續(xù)梁應優(yōu)先布置腹板預應力鋼筋，盡可能少的布置頂?shù)装遢^長預應力鋼筋；以減小預應力次內(nèi)力對橋梁結(jié)構的不利影響。懸臂施工的變高度連續(xù)梁，腹板下彎錨固可以抵抗下彎覆蓋截面的剪力，但是減小了抗彎抵抗能力，總的來說對全橋經(jīng)濟性沒有大的影響。設計時，建議對縱、橫豎向預應力鋼筋、支座錨固鋼筋、腹板箍筋等構造進行圖紙放樣，以保證預應力鋼筋的布置合理?？v向預應力鋼筋需要平彎的，應妥善處理平彎與腹板箍筋位置重疊的問題，以避免過分削弱腹板抗剪能力。預應力鋼束錨固位置應盡量布置在靠近截面厚實部分附近，并盡量讓錨固力傳至全截面的區(qū)段盡量短。在懸臂板根部等預應力鋼筋布置密集處，應避免孔道過多對結(jié)構局部構件產(chǎn)生不利影響，必要時可以加大結(jié)構局部尺寸。四、細節(jié)設計總結(jié)1定位鋼筋一般呈馬蹄形套在管道上，末端帶有直勾，勾在管道一側(cè)鋼筋網(wǎng)的主要鋼筋上并預以綁扎。固定預應力管道，并防止在澆筑混凝土時預應力管道上浮而呈現(xiàn)波形。一般采用直徑10mm光圓鋼筋，間距30～50cm。曲線管道處定位鋼筋除具有直線管道處作用外，還有分配預應力鋼筋徑向力的作用，具有受力主筋性質(zhì)，設計時應根據(jù)預應力鋼筋徑向力大小，決定定位鋼筋直徑及布置間距。2鋼筋網(wǎng)拉筋是構造鋼筋，用于支撐、定位鋼筋網(wǎng)。一般采用直徑10mm光圓鋼筋，間距約50cm，呈梅花形布置。錨固齒塊尺寸需保證錨下及張拉時千斤頂下混凝土局部承載力的需求，以及齒塊與箱梁間的傳力需求。錨下一般均需布置螺旋型分布鋼筋必要時需要額外布置數(shù)層鋼筋網(wǎng)片。3在支座處箱梁底預埋水平鋼板，鋼板上表面須完全沒入梁體混凝土以保證傳力均勻，鋼板厚度一般約20mm，尺寸須滿足梁體相對支座可能發(fā)生的位移的需求。當支座處箱梁底板高差較大，需要很厚的鋼板才足以調(diào)平時，可考慮調(diào)整墩頂?shù)闹ё鶋|石高度，或者在箱梁底部構造不同高度的契形混凝土塊調(diào)平。4過人孔一般設計為矩形，并帶有直線或圓弧形倒角，其尺寸大小須保證施工及檢修設備和人員能夠通過。一般設計在箱室中部的橫隔板上（橋臺處則設計在箱梁底部）。由于過人孔尺寸較大，設計時需要特別注意過人孔附近梁體受力檢算。過線孔一般設計為圓形或正多邊形，其尺寸須滿足管線通過的需求。通風孔一般設計在箱梁腹板上，主要功能為減小箱梁內(nèi)外側(cè)大氣溫度差。其形狀一般為直徑10cm左右圓形，間距約5m。5橋面泄水孔設置在橋面較低側(cè)，是橋面排水通道，一般采用預埋鑄鐵泄水孔或PVC泄水孔的措施，間距一般采用20m左右或僅在橋墩處設置。箱底泄水孔設置在箱室各個可能兜水的低處，用于