小半径大跨度体外预应力钢混组合梁桥设计研究.pdf

文章编号:():./.小半径大跨度体外预应力钢混组合梁桥设计研究安伟胜(河北省交通规划设计研究院有限公司 石家庄市)摘 要:通过介绍城区改造项目地理位置拟定桥梁设计方案阐述了狭小空间互通桥梁的设计理念 在跨路净空受限的条件下钢混组合梁极大限度降低梁高 结合有限元计算分析拟定钢梁和混凝土桥面板尺寸并采用主梁箱体内施加体外预应力的方式增加主梁抗弯、抗剪承载力及主梁刚度从而改善小半径、大跨度跨路桥梁的受力状态为类似交通改造工程的桥梁设计提供参考 关键词:小半径大跨度体外预应力钢混组合梁中图分类号:.文献标识码:引言伴随着中国社会的快速发展城市的持续扩张导致了交通堵塞等城市问题的普遍存在 同时北京这座大都市的影响力使得其周围的城市也承受了巨大的交通负担燕郊镇位于北京通州区以东是北京上班通勤的重要枢纽也是河北通往北京的“西大门”近年来随着燕郊镇人口增多商业迅猛发展燕郊镇高新技术产业开发区人口增多交通枢纽改造面临更高要求 工程概况燕郊西出口改建工程位于三河市燕郊镇西部燕郊镇高新技术产业开发区项目以通燕高速、为主线通过设置 条匝道及 条环岛路(南环岛路、北环岛路)对既有简易环岛进行改造由于场地十分狭窄包括改造主线、条互通匝道、条环岛辅路在内的 条道路主要占地区域仅约为 匝道路线平曲线半径小跨越道路匝道纵坡大在此困难线形上布设桥梁密集 其中 匝道展线最为困难主要疏导河北方向车辆通过燕顺路进入燕郊北部 匝道以桥梁方式先后分别跨越环岛南路、匝道、通燕高速、匝道、匝道、匝道、环岛北路、匝道以高架桥形式逐渐与燕顺路合并接地具体见图 图 互通方案布置图 跨线桥设计项目所在区域地震烈度较高地震动峰值加速度为.且项目所处位置对快速恢复交通的需求非常迫切桥梁上部结构设计采用施工快速、整体性好、抗震性能优、弯坡斜适应性强的钢混组合箱梁 由于桥梁跨越道路净空受限主梁建筑高度适当降低加之桥梁所在路线平曲线半径小主梁刚度及受力状态均处于不利工况 为了提高主梁刚度在主梁箱体内施加体外预应力钢束采用环氧涂层钢绞线成品索增加主梁抗弯、抗剪承载力同时增加主梁的总体刚度改善小半径、大跨度条件下的受力状态.跨路桥梁方案拟定该项目互通匝道布置空间极为有限且场区道路交织较多为了同时跨越多条道路 匝道需要快北方交通 年 第 期速提高纵断跨越道路然后迅速落地并实现不同道路间交通流的转向 因此匝道线形指标较低匝道平曲线最小半径为 最大纵坡为.匝道桥第二联桥梁同时跨越环岛南路、匝道、通燕高速和 匝道平曲线半径 根据通燕高速保通要求此处不允许断交 匝道在第二联处与通燕高速交叉角约.考虑临时墩置于通燕高速硬路肩方案桥梁上部结构采用 钢混组合箱梁 匝道桥第三联桥梁同时跨越 匝道、匝道、环岛北路平曲线半径 根据地方要求此处 匝道及环岛北路亦不允许断交 匝道在第三联处与 匝道、环岛北路交叉角分别约为.和.桥梁上部结构采用 钢混组合箱梁 匝道桥第五联桥梁同时跨越 匝道、燕顺路平曲线半径 根据地方要求此处燕顺路不允许断交匝道在第五联处与燕顺路交叉角约.桥梁上部结构采用 钢混组合箱梁综合安全、经济、美观等要求桥墩采用矩形柱式墩墩柱刻槽结构尺寸以满足强度及稳定要求为原则墩身的水平力按集成刚度法计算 桥台则根据所处位置、地形、地质、台后填土高度及跨径等情况通过计算选用壁式台 根据具体地质情况墩台基础采用钻孔灌注桩基础桩径依据跨径及墩台高度情况确定桩长依据桩顶反力和地质情况计算确定 同一桥梁尽可能减少桩柱类型以方便施工.钢混组合梁构造尺寸主梁截面充分发挥钢和混凝土的受力特点下部主要由开口钢箱梁承受拉力上部主要由混凝土桥面板承受压力钢箱梁和桥面板之间采用剪力钉连接 匝道桥钢箱梁底部宽.组合梁结构中心线处钢梁高.桥面板为变截面厚度为.主梁结构中心线处全高.桥面板宽.第二联预制钢梁共分 个制作段 分别为()第三联预制钢梁共分 个制作段 分别为()第五联预制钢梁共分 个制作段 分别为()钢梁采用工厂制作、焊接的方式试拼无误后分段运至现场现场在钢梁拼接口处设置临时支撑吊装钢梁后采用高强螺栓连接形成连续钢梁在箱梁间及翼板处采用临时支架搭设模板浇筑桥面板混凝土待达到设计强度后张拉混凝土体内预应力和体外预应力拆除临时支撑完成体系转换安设桥侧混凝土护栏及浇筑桥面铺装后成桥.预应力系统该桥共设置三联钢混组合梁结构均为跨路需求 由于场地及匝道线形限制跨路处桥梁主梁高度需极大限度降低 为了改善结构受力该桥钢混组合梁墩顶负弯矩区采用桥面板内施加体内预应力的方式减小负弯矩区桥面板受拉主梁箱体内施加体外预应力以增加主梁抗弯、抗剪承载力和刚度 钢混组合梁结构计算计算采用 进行模拟组合主梁采用双单元模拟上层为桥面板结构下层为钢主梁结构 模拟施工顺序为:()钢梁架设()施加桥面板湿重()桥面板刚度形成(张拉预应力)()撤掉临时支撑()施加二期恒载()桥面板虚拟单元()施加车辆荷载()收缩徐变 年.钢混组合梁计算图 所示为钢混组合梁模型图 钢混组合梁模型钢主梁抗弯承载能力验算:钢梁在基本组合下的正应力分布 列出模型最不利基本组合下的应力结果见表、表 及图 图 结合受力情况体外预应力钢束进行了相应调束使正应力分布相对较为均匀满足规范要求表 基本组合下主梁应力汇总表验算截面及模型类型结果/墩顶断面上翼缘下翼缘跨中断面上翼缘下翼缘 年 第 期 安伟胜:小半径大跨度体外预应力钢混组合梁桥设计研究图 最不利组合钢梁上翼缘正应力(单位:)图 最不利组合钢梁下翼缘正应力(单位:)腹板抗剪承载能力验算:钢梁在基本组合下的最不利基本组合墩顶断面最大剪应力为 跨中断面最大剪应力为 满足规范要求表 折算应力表验算截面及模型类型应力类型结果/墩顶断面折算应力跨中断面折算应力.图 最不利组合剪应力包络图(单位:)体外预应力提升钢混组合梁整体刚度较为明显桥梁在活载作用下的中跨跨中最大竖向挠度为 /边跨跨中最大竖向挠度为 /均满足规范要求图 最大竖向位移(单位:).钢混组合梁计算图 所示为钢混组合梁模型图 钢混组合梁模型钢主梁抗弯承载能力验算:钢梁在基本组合下的正应力分布 列出模型最不利基本组合下的应力结果见表、表 及图 图 结合受力情况体外预应力钢束进行了相应调束使正应力分布相对较为均匀满足规范要求表 基本组合下主梁应力汇总表验算截面及模型类型结果/墩顶断面上翼缘下翼缘跨中断面上翼缘下翼缘图 最不利组合钢梁上翼缘正应力(单位:)图 最不利组合钢梁下翼缘正应力(单位:)腹板抗剪承载能力验算:钢梁在基本组合下的最不利基本组合墩顶断面的最大剪应力为 跨中断面的最大剪应力为 满足规范要求表 折算应力表验算截面及模型类型应力类型结果/墩顶断面折算应力跨中断面折算应力图 最不利组合剪应力包络图(单位:)图 最大竖向位移(单位:)体外预应力提升钢混组合梁整体刚度较为明显桥梁在活载作用下的中跨跨中最大竖向挠度为 /边跨跨中最大竖向挠度为 /均满足规范要求北方交通 年 第 期 结论以燕郊西出口改建项目中狭小空间桥梁为研究对象分析总结跨路小半径、大跨度桥梁的设计方案得出以下结论:()对于空间有限且需要跨路的桥梁钢结构主梁适应性强抗震性能好可极大降低既有交通的影响()结合钢混组合梁受力情况通过调试体外预应力钢束弯起位置和张拉强度主梁受力较为均匀提升钢混组合梁整体刚度效果较为明显 对于小半径、大跨度桥梁可在墩顶负弯矩区采用桥面板内施加体内预应力的方式减小负弯矩区桥面板受拉主梁箱体内施加体外预应力以增加主梁抗弯、抗剪承载力和主梁刚度参考文献 郑兴富.小半径曲线桥梁设计问题的分析.北方交通():.臧立秋.小半径、大跨度曲线刚构 连续组合箱梁设计研究.铁道标准设计():.(.).(上接第 页).年 第 期 安伟胜:小半径大跨度体外预应力钢混组合梁桥设计研究