钢筋混凝土连续弯箱梁桥设计实例.pdf

7 8 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 1 年4月第 4 期 钢筋混凝土连续弯箱梁桥设计实例 能 雷 明 ( 南 昌市城 市规划设 计研 究总 院， 江西 南昌 3 3 0 0 0 9) 摘要 ： 该文 在工程 实践 的基础上 ， 对 公路与 城市道路 立交 工程 中经常采 用的钢 筋混凝 土连续 弯箱 梁桥 的设 计进 行 了探讨 与 总结 ； 提 出 了相关 的设 计思路 与建议 ， 对这 种桥 梁的设计 有较 为重要 的参考 价值 。 关键 词 ： 钢 筋混凝 土 ； 连续 弯箱粱 桥 ； 设计 ； 综 述 中图分类 号 ： U 4 4 8 2 1 3 文 献标识 码 ： B文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 1 ) 0 4 - 0 0 7 8 - 0 3 0 前言 随着我 国经济建设 和交通事 业的 飞速发 展 ， 钢筋混凝 土连续弯箱梁桥在城市高架及公路立交 工程 中得到了广泛应用。本文结合 宁波至樟木国 家重点公路湖北省通山至赤壁段高速公路赤壁南 互通 G匝道桥设计 ， 对钢筋混凝土连续弯箱梁 桥 的设计 中存在 的问题进行 了探讨 、 分析与总结 ， 并 提出相关 的设计思路 与建议 。 1 工 程概述 宁波至樟木 国家重点公路湖北省通 山至赤壁 段高速公路赤壁南互通 G匝道桥为一座 3 2 0m的 钢筋混凝土连续弯箱梁桥 ， 中心桩号 G Kl + 0 5 5 4 3 6 ， 其平 面位 于位于 A= 9 0 m 的右偏缓 和 曲线上 ， 纵 面位于 i = 0 4 3 5 的上坡段及 R = 9 7 7 4 4 7 5 m的凹 曲线上 ；桥梁设计荷 载公路 一I 级 ，桥 面宽度为 0 5 m( 护墙) +净 9 0 m+ 0 5 m( 护墙 ) 。桥型布置见 图 1 。 2桥梁跨径布置 随着 道路等级 的提高及交 通功能 的变化 ， 钢 筋 混凝 土连续弯箱梁桥 的建设得 到广泛 应用 ， 箱 形截面形状 与悬臂尺寸变化增多 ，并趋 向于采用 带横 向大悬臂 的构造形式 ，而且往往采用整体现 浇混凝土施工工艺 。近几年来 ， 为简化施工工艺 ， 施工单位 总希望减少横隔板 ；设计部 门设 计的箱 梁截面也 日趋纤薄 ，这些变化带来 了钢筋混凝 土 连续 弯箱梁桥的裂缝 问题 ，因此在箱梁的构造设 计 中 ，应特别注意预 防钢筋混凝 土连续弯箱梁裂 缝 的产生 。 从 已建成 的桥梁来看 ，梁端内侧支座脱空现 象 比较严重 ，主要是 因为内侧支座反力太小甚至 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 1 - 0 2 作者简介 ： 熊雪 明( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 江西 高安人 ， 工 程师 ， 从事道 路与 桥梁设计 工作 。 出现了负值。 为使内侧支座处于受压状态， 并且有 一 定的压力储备 ，比较有效 的办法就是 控制边跨 跨 径 ， 使边跨跨径与 中跨跨 径相接近。 工程实践表 明 ， 边跨 为中跨 的 0 8倍 为宜 ， 但也可采取等跨布 置。 当受实际条件限制时 ， 边跨跨径与中跨跨径相 差较大时，要采取如调整边跨与中跨的自重等一 些措施 。 赤壁南互 通 G匝道桥综合考虑各种 因素 ， 最 后桥梁跨径采取 2 0 m等跨布置 ， 为 32 0 m整桥 一 联钢筋混凝土连续弯箱梁桥，前进方向顺接主 线桥 。 3 上部构造设计 赤壁南互通 G匝道桥上部构造设计 中主要考 虑以下 因素 ： ( 1 ) 考虑剪力滞效应 对称荷载作用下使 箱梁翼缘在宽度方 向的正 应力呈 不均匀分布 的现象称 为剪力滞后效应 ， 简 称剪力滞。 剪力流在横向传递过程中的滞后现象， 是 由翼缘板 的剪切变形 引起 的 ，表现为腹板 两侧 翼缘上的弯曲应力分布不均匀。工程设计中常用 “ 翼缘有效分布宽度 ” 的概念来考虑剪力滞效应 的 影 响 。 ( 2 ) 加强箱梁的构造设计 目前在连续弯箱梁桥结构设计 中存在 的主要 问题有 ： 箱梁在横桥 向越来越宽 ， 竖向高度越来越 高， 为了减轻恒载重力 ， 箱梁的顶 、 底板 ， 尤其是 腹板都设计得很薄 ，因而使箱梁截面 的抗剪能力 减小 ； 为了施工方便 ， 在箱梁 中设置 了较少的横 隔 板 ， 大大降低 了箱梁 的抗扭能力和抗畸变能力 。 鉴 于上述原因 ， 在箱梁构造设计 中应 ： a 增加横隔板 ： 对于连续弯箱梁桥 ， 仅在箱梁 的支承处设置横隔板不能满足要 求 ，应在支座之 间的桥跨部分 ，也根据跨径按一 定的间距设置横 隔板 ， 提高箱梁截面 的横向刚度 ， 限制畸变应力 。 b 布置加强钢筋 网： 为了加强箱梁顶板 的强度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 4 月第 4 期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构 7 9 图 1桥型 布置 图( 单位 ： c m) 和刚度 ， 可在箱 梁顶板上增 设直径不大于 1 2 m m， 间距为 1 0 c m的钢筋 网，减少箱梁负弯矩作用 区 裂缝在 车辆荷载作用下继续扩展 。 此外 ， 通过在桥 面铺装层增设横 向钢筋 ，加强桥面板与桥 面铺装 的粘结 ， 也可 以达到减少 裂缝 的 目的。 在翼板底部 加铺 直径不大 于 1 2 mm的钢筋 网， 以防止翼板产 生横桥 向裂缝 。钢筋网应尽量使用小直径 的螺纹 钢筋 ，以便尽可能地增 加混凝土与钢筋之间 的粘 结力 。 为 了防止箱梁腹板 产生收缩裂缝 ， 当箱梁高 度大于 0 6 m时 ， 在箱梁腹板两侧沿 梁高 ， 应布置 一 定数量的纵 向水平 防裂钢筋 。 c 板 的合理 厚度 ： 增加腹板 的厚度 ， 会增加 箱 梁的 自重 ， 但对于截面上正应力 、 剪应 力和主拉应 力均有 良好 的改善 。腹板 的最小厚度 首先要 满足 构造要求 ， 一般取 3 O一 4 0 c m。为了加强箱梁在墩 台附件 的抗剪能力 ，箱梁腹板 的厚度在支承两侧 各 3 m左 右应加厚 5 0 为宜。对 于顶 板首先应满 足桥 面板 的受力要求 ，其次应满足钢筋 的构造要 求 。底板的最小尺寸根据公路桥梁规范为 2 0 c m， 顶板尺寸一般 比底板稍大为宜。 d 边 跨正 弯矩 区配 筋 ： 当采用 等截 面等跨 径 连续梁时， 连续箱梁边跨的正弯矩， 比较其他中间 跨 的正弯矩要大 ， 因此 ， 边跨正弯矩区应配置更多 的钢筋 。 ( 3 ) 选择适当的温度梯度 曲线 温度梯度 曲线的选取与温度 附加 力的计算关 速 印 田 系很大 ， 如果温度梯度 曲线选择不合适 ， 因为温度 自应力会 导致任意截 面上的温度应力 增大 ，并可 能增加腹 板的主拉应力 ， 使斜截面 的抗裂性劣化 ， 故 即使增 大温度设计值 ，也不 能保证 箱梁结构的 抗裂性 。我 国现行 的桥梁设计规范 中关 于温度梯 度 的规定过 于简单化 ， 计算结果偏不安全 。 目前在 尚无足够的试验资料可以用来确定温度梯度形式 的情况下 ，应借鉴各 国规范 中的有关规定进行设 计计算 。 赤壁南互通 G匝道桥上部构造设计综合考虑 上述各种 因素 ， 决定采 用单箱单室展翼箱梁 ， 梁高 为 1 3 m， 两 侧悬臂各长 2 5 m， 顶 、 底板厚度 均为 2 0 e m， 腹板厚 度为 5 0 c m。箱梁 一般构造设计 见 图 2 、 图 3 。 4下部构造设计 弯梁桥 桥墩墩 顶受 到纵横 向水平 力 的作用 ， 必须考虑 两个方 向的平衡 。由于墩 顶水平力 的分 配非常复杂 ， 所 以墩柱尽量采用圆形截面 ， 或近似 圆形 的四角倒角 的方形截面 。 赤壁南互通 G匝道桥桥梁下部构造桥墩为直 径 D = I 3 m的独 柱墩 ，桥 墩基础 为 2根 D = 1 2 m 的桩基 础 ，承 台尺 寸为 2 2 m4 7 m1 8 m； 桥 台为 2块肋 板厚 度均为 0 8 m 的肋 板 台，桥 台基 础为 4根 D ： 1 0 m的桩基础 ；下部构造设计见图 4 、 图 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 桥梁结构 城市道桥 与防洪 2 0 1 1 年 4 月第 4 期 立 面 平 面 伸 缩 缝 处 箱 粱 截 面 = =! ! ! = != = =! ! != 1 0 0 0 图 2 箱梁 一般构造 图( 单 位 ： c m J I I 2 5 0 l 5 0 0 I 2 5 0 f l I 跨中 处 箱 粱截 面 1 0 0 0 图 3 箱梁截 面设计 图( 单 位 ： c m ) 断 堡 塑 图 4桥墩 一般构 造图 ( 单位 ： c m J 5 支座 设 置形式 总结弯梁桥的诸多工程实践 ，其支座设置的 原则有 ： ( 1 ) 所有 中墩支座 ， 尽可能横桥 向位移固 图 5 桥 台一般构 造 图 单位 ： c m) 定。( 2 ) 支座预偏心在受力上 ， 只是起到内力重分 布的作用 ， 能调整曲梁扭矩的峰值 ， 但绝对不能消 除扭矩。( 3 ) 抗扭支承间距越大受力越合理( 支座 斗 上 斗 虻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 4 月第4期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 8 1 浅谈城市桥梁结构设计的安全度和耐久性 王雪峰 ， 张静 ( 新 乡市市 政设计 研究 院 ， 河南 新乡 4 5 3 0 0 0) 摘要 ： 该 文通过 对新 乡市 已建 大桥 的检测 调查 提 出了一些 问题 ， 论 述 了城市 桥梁结 构安 全度 和耐 久性设 计 中应 关注 的有 关 问题 ， 提 出 了相关 的对策 和措 施 。 关键 词 ： 城市 桥梁 ； 结构 设计 ； 安 全度 ； 耐久 性 ； 对策 措施 中图分类 号 ： U 4 4 文 献标 识码 ： B文 章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 8 1 0 3 0前言 1 城市桥梁安全度和耐久性 的内涵 城市桥梁作为建桥所在地 城市景观的重要组 成部分 ， 其工程 寿命将存在相 当长 的时间。 因此桥 梁结构的安全度 和耐久性 问题 已引起 人们的高度 重视 。近年来 ， 国内外发生不少桥梁倒塌事故 ， 很 多是属于非正 常设计 和非正常施工造成 的。城市 桥梁结构安全度和耐久性是一对孪生兄弟，需慎 重研究， 统筹考虑。近些年我们面临的情况是： 桥 梁结构安全 问题虽 已受到重视 ，但各 种事 故却时 有发生 ；耐久性常被忽略 ，却潜伏着不安全 的隐 患 ， 影 响着桥梁结构的使用年限 。 根据对新 乡市几座城市桥梁进行 的详 细的安 全检测 ， 结合其安全报告 ， 本文 浅谈 了有关城 市桥 梁结构设计 的安全度和耐久性 的观点 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 0 0 8 作者简介 ： 王雪 峰 ( 1 9 7 9 一) ， 女 ， 河 南获 嘉人 ， 工程 师 ， 从事 城 市 道路桥 梁设计 工作 。 - +- +一 一 一 +“ +-+- 一- + - 一 +- +一 +- +- 卜一 斗 一 - 设置在腹板外侧 ) ，但却 降低 了曲线梁桥 的美 观 ， 增加 了梁端局部构造的复杂性。 弯梁桥支座设 置的形式 大致有 以下 四种 ： ( I ) 伸缩缝处墩台设置抗扭支承双支座，其余墩设置 铰支承单支座 。( 2 ) 墩 台均设置抗扭支承双支座 。 ( 3 ) 伸缩缝处墩台设置抗扭支承双支座 ， 其余墩设 置考虑偏心 的铰支承单支座 。 ( 4 ) 伸缩缝处墩 台设 置抗扭支承双支座 ，其余墩设置考 虑偏 心的抗扭 支承双支座 。 至于选 用那种支座设 置形式 ， 总体来讲 ： 线性 抗扭支承在改善弯梁桥 的受力 以及减小梁 体的扭 转变形方 面比单铰支承更有利 ；合理设 置支座预 偏心能使弯梁桥在恒载下趋于平衡状态 ，特别是 对于恒载很大 的桥梁 ， 平衡状态 的作用更大 ， 且能 改善内外支座 的反力分配 ；将梁端 内侧支 座设 置 为抗拉力支座 ， 可避免极限情况下支座脱空， 增加 1 1城市桥梁安全度 城市桥 梁结构 的安全度亦是合理地确定 桥梁 的结构可靠度 。 结构可靠度 的定义为 ： 结构在 规定 的时间内 ( 即设计使用年 限) ，在规定的条 件下 ， 完成 预定功能 的能 力 ， 它包 括安全性 、 适 用性 、 耐 久性 3个方面 。用概率来研究和描述就是所谓 的 结构可靠度 。我们所关注的城市桥梁结构 的安全 度亦 即桥梁结构的可靠度评价 ，主要是其承载能 力 的评定和确定 。 1 2 城市桥梁 的耐久性 清华大学陈肇元院士 曾撰文指 出 ： “ 建筑物 的 耐久性是建筑 物及其构 件在 给定 的期限 内并在各 种作用下维持 其功能的能力 ，而建筑物及其构件 的使用 寿命则是在 其建造 完工或生 产制成 以后 ， 仅在一般 的维 护条件下 ，其所有性 能均能满足原 定要求 的期 限。 ” 耐久性 的研究和评价对桥梁结构 设计储备 。 赤 壁南互 通 G匝道桥 全桥设计 为一联 整体 ， 桥 台支座选 用 2个 G Y Z F 4 4 2 5 m m6 6 m m， 顺 接 主桥过渡桥墩支座选用 2个 G P Z 3 0 0 0 mm D X。 6 结 语 连续 弯梁 桥 的设 计是一 项复 杂多变 的工作 ， 具体的桥梁还需要根据具体情况分析。以上是笔 者在工程实践经验基础上总结 的钢筋混凝土连续 弯箱梁桥设计的总体思路，不一定放之四海而皆 准 ， 仅供 广大的桥梁设计工 作者在实践 中参考 。 如 有不 当之处 ， 还请批评 指正。 参 考文献 1 1 ： 11 旭东 桥梁设计与计算【 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 6 【 2 姚玲森 桥 梁工 程 M】 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 1 9 8 5 3 范立础 桥 梁工 程【 M】 北 京 ： 人 民交 通 出版社 ， 1 9 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m