預(yù)制——現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的設(shè)計
2010-05-18 
廣州市海南互通立交橋?qū)儆跂|南西環(huán)高速公路,其主線橋位于R=1 500 m 的圓曲線上,在與F匝道橋相接處跨越廣中大道,與廣中大道的斜交角度約為30°,廣中大道位于廣州市繁華地帶,交通量很大,施工不得影響它的正常運營。

   由于F匝道橋(F匝道橋橋上縱坡為5%,并且緊鄰收費站)的限制,致使降低此處主線橋的橋面高程顯得特別重要,不僅可以使F匝道橋線路順暢,不必為下坡而額外展線,而減短橋長,降低工程造價,而且可以減小收費站的縱向坡度,滿足規(guī)范及使用要求。

   這就要求此處應(yīng)采用低高度的橋梁結(jié)構(gòu),且橋下凈空不能太大。在此處如果采用較小跨度的斜交預(yù)制吊裝簡支梁方案,雖然設(shè)計和施工均比較簡單,但必須在橋墩處設(shè)置斜交長蓋梁,這在大城市的繁華地帶顯得非常丑陋,是首先應(yīng)該被否定的方案;如果采用大跨正交簡支梁方案,則跨度必須增大很多,橋梁結(jié)構(gòu)的梁高必然增大,抬高橋面高程,而且主線橋的工程造價也要大大提高;如果采用較小跨度的現(xiàn)澆連續(xù)梁方案,則必須要有支架,橋下凈空又要增大很多,從而抬高橋面高程。在實際設(shè)計中綜合預(yù)制吊裝與支架現(xiàn)澆的特點,采用預(yù)制和現(xiàn)澆相結(jié)合的方案,形成預(yù)制.現(xiàn)澆連續(xù)梁。這樣,既降低了橋梁的結(jié)構(gòu)高度,取消了施工高度,滿足了路線交叉設(shè)計的要求,又沒有斜長蓋梁,對廣中大道的交通影響很小。

    1 .設(shè)計方案及分析模型

    a.橋型方案。該段橋梁結(jié)構(gòu)采用(23+3+23)m的斜交預(yù)制.現(xiàn)澆連續(xù)T梁,如圖1、圖2及圖3所示。整個結(jié)構(gòu)由四部分組成:預(yù)制T型梁;現(xiàn)澆T型梁(含墩頂直接支承的隱形蓋梁);T型梁間濕接縫;橋面現(xiàn)澆層及防撞墻。邊跨預(yù)制梁長20.5 cm,中跨預(yù)制梁長25cm,橋墩頂處2.0 m寬隱蓋梁與兩側(cè)各1.5 m主梁組成的現(xiàn)澆段長度共計5.0 m。預(yù)制邊跨梁的吊裝重量為24.0 t,預(yù)制中跨梁的吊裝重量為29.0t。

   孔跨布置平面圖


孔跨布置立面圖


結(jié)構(gòu)橫斷面圖

     預(yù)制T型梁的布置間距為1.9~2.1 m,預(yù)制梁頂板寬度為1.5 m,預(yù)制梁高1.4 m,腹板厚度18 cm,在梁底成馬蹄形,腹板在端頭2.7m的范圍內(nèi)漸變到44 cm,這樣處理,既有利于結(jié)構(gòu)受力要求,又有利于處理預(yù)制梁段與現(xiàn)澆梁段之間的連接問題。為了適應(yīng)變寬橋面,在梁間設(shè)置0.4~0.6 m的變寬濕接縫。

    10 cm厚的橋面混凝土鋪裝層既可以增強橋面板的局部受力要求,又可以增強各片梁之間的聯(lián)系。

    b.施工步驟。① 地面場地制作預(yù)制T型梁段;② 墩位處搭設(shè)支架,在夜間車流較小時,把制作好的預(yù)制T型梁段吊裝到支架上;③ 在支架上設(shè)模板現(xiàn)澆蓋梁及T梁部分,與預(yù)制T梁形成整體;④ 待現(xiàn)澆混凝土的強度達到設(shè)計強度的95%后,拆除支架;⑤ 現(xiàn)澆T型梁間濕接縫;⑥ 現(xiàn)澆橋面層及防撞墻。預(yù)制梁段與現(xiàn)澆梁段之間的接頭施工要按新老混凝土的連接要求操作。為了消除混凝土的收縮影響,宜在現(xiàn)澆段混凝土中加入適量膨脹劑。

    c.計算分析模型。結(jié)構(gòu)的分析計算應(yīng)模擬施工的全過程,所以計算分析過程和施工步驟一致,整體計算具體見圖4。① 將預(yù)制梁吊裝架設(shè)在支架上,其受力狀態(tài)為簡支梁的受力狀態(tài),支承點為臨時支撐線;② 在支架上澆筑現(xiàn)澆段,當約束(支架)未拆除時,預(yù)制梁的內(nèi)力不發(fā)生變化(混凝土的收縮和徐變內(nèi)力很小,此處暫不考慮) 現(xiàn)澆段內(nèi)無內(nèi)力。此時,結(jié)構(gòu)體系雖然發(fā)生改變,由多跨簡支梁變成連續(xù)梁,但結(jié)構(gòu)的內(nèi)力不發(fā)生變化。③ 拆除臨時約束(支架),在這個階段,已形成的連續(xù)梁內(nèi)力進行重分布。重分布后連續(xù)梁的內(nèi)力與一般連續(xù)梁的內(nèi)力不同。該連續(xù)梁在二期恒載及活載等其它荷載作用下的受力模式與一般連續(xù)梁的受力模式相同,這些荷載在連續(xù)梁內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力也與一般連續(xù)梁產(chǎn)生的內(nèi)力相同。

    以上各個階段產(chǎn)生的內(nèi)力可采用線性疊加的方法計算而得。

計算分析模型



    2. 預(yù)制一現(xiàn)澆連續(xù)梁受力特點的討論

    為了討論的方便,假定一個邊跨為 ,中跨為2L的三跨連續(xù)梁,其現(xiàn)澆段長為2 x,邊跨預(yù)制長度為L-x,中跨預(yù)制梁長為2L-2x;假定臨時支承就在預(yù)制段與現(xiàn)澆段相接的斷面上;假定梁的抗彎剛度全橋相等。

    在一期恒載作用下,該預(yù)制一現(xiàn)澆連續(xù)梁的彎矩圖如圖5(1)所示??梢姡枕敽涂缰袕澗嘏c現(xiàn)澆段長度x有直接關(guān)系?,F(xiàn)澆段長度x越長,則墩頂彎矩越大,跨中彎矩越小,當x= L時,即預(yù)制段長度為0,墩頂彎矩達到最大值ql2 /2,跨中彎矩達到最小值0,成為懸臂法施工的連續(xù)梁彎矩圖,如圖5(2)所示;反之,現(xiàn)澆段長度x越短,則墩頂彎矩越小,跨中彎矩越大,當x=0時,墩頂彎矩達到最小值0,跨中彎矩達到最大值ql2/2,成一般意義上先簡支后連續(xù)的連續(xù)梁,如圖5(3)所示。在預(yù)制段與現(xiàn)澆段相連接的斷面上,彎矩很小。

    在二期恒載及活載等其它荷載作用下,連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成,結(jié)構(gòu)的受力模式與一般連續(xù)梁相同,所以受力特點也完全相同。

預(yù)制-現(xiàn)澆連續(xù)梁變矩圖


    3 結(jié)論

    a.本連續(xù)梁采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的施工設(shè)計方案,兼有預(yù)制和現(xiàn)澆的特點,各取所長,不同于一般的先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。把橋面高程在滿足運營要求的前提下,降底到了最低的高度;在跨廣州市廣中大道的橋墩墩頂避免了長斜蓋梁;施工方便,最大起吊重量只有29.0 t,支架的數(shù)量不大;在施工過程中對橋下所跨越道路的正常運營干擾較??;對于斜交的連續(xù)梁,這種方式可以減小斜交的影響。這種預(yù)制.現(xiàn)澆連續(xù)梁不失為一種提高橋梁適應(yīng)性的一個探討和嘗試。

    b.預(yù)制梁段與現(xiàn)澆梁段的長度可以根據(jù)施工場地的具體情況進行調(diào)整;還可根據(jù)其受力特點進行調(diào)整。

    c.由分析計算可知,預(yù)制梁段與現(xiàn)澆梁段連接處斷面在一期恒載作用下的彎矩值很小,這與一般連續(xù)梁的受力特點不同。但在 二期恒載及活載等其它荷載作用下的受力特點與一般連續(xù)梁完全相同。

    d.臨時支承線的位置對連續(xù)梁最終的內(nèi)力影響很大,在施工中應(yīng)嚴格要求,準確就位;但這種誤差又不可避免,應(yīng)在設(shè)計中充分考慮這個影響因素,給出最大誤差限值。

    e.預(yù)制梁段與現(xiàn)澆梁段的連接設(shè)計是該連續(xù)梁設(shè)計中的關(guān)鍵構(gòu)造之一,設(shè)計時應(yīng)適當提高安全系數(shù)。該處屬局部構(gòu)造,提高安全系數(shù)后增加工程量不多。

    f.對于斜交橋,現(xiàn)澆段越短,連續(xù)梁的斜交效應(yīng)越小。

    g.預(yù)制梁采用T型梁形式,可以降低工程造價,但在外形上仍感覺不及箱梁。預(yù)制梁采用小箱型梁,還可進一步降低梁高。在此處采用鋼梁也不失為一個有效的方案,但工程造價會更高一些。
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