大跨度桥梁设计要点及优化措施研究.pdf

大跨度桥梁设计要点及优化措施研究张昊男(山西省交通规划勘察设计院有限公司山西 太原)收稿日期:作者简介:张昊男()男山西长治人硕士工程师主要从事桥梁结构设计工作摘 要:为切实满足交通需求并适应复杂的地形条件桥梁跨度越来越大这对桥梁设计提出了更高的要求在实际工作中必须明确各项设计要求并进行必要的设计优化 结合某大跨度桥梁实际情况对其设计要点和优化措施进行分析探讨关键词:大跨度桥梁桥梁设计要点设计优化中图分类号:文献标志码:文章编号:():/桥梁下部结构设计与优化 基础设计)与 桥台基础 设计采用钻孔或挖孔桩在每个桥台的下部都布置 根桩径为 的桩基础沿顺桥向布置 排沿横桥向布置的桩基其中心距离按照 控制 桥台盖梁采用 形截面其顺桥向、横桥向底面尺寸分别为 、盖梁高度为 所有桩基础均采用嵌岩桩将中风化砂岩层作为桩基的持力层盖梁的底部标高相同均为 桥台桩基底部标高为 桩长为 设计要求基底岩石饱和单轴抗压强度标准值 以上)与 桥墩基础 设计采用钻孔或挖孔桩在每个桥台的下部都布置 根桩径为 的桩基础沿顺桥向布置 排沿横桥向按照 的中心距离施布置 排 承台形式采用矩形承台其尺寸为 承台沿横桥向的中心距离为 所有桩基础均采用嵌岩桩以中风化泥质粉砂岩为持力层承台底部标高相同均为 桩基底部标高为 桩长为 设计要求基底岩石天然单轴抗压强度标准值达到 以上)与 桥墩基础 设计采用钻孔或挖孔桩在每个桥台的下部都布置 根桩径为 的桩基础沿顺、横桥向均按照 的中心距分别布置 排和 排 承台形式采用矩形承台承台尺寸为 桩基采用嵌岩桩以中风化泥质粉砂岩为持力层承台底部标高为 桩基底部标高为 桩长为 设计要求基底岩石天然单轴抗压强度标准值达到 以上 桥墩设计)与 桥墩 均采用独柱墩沿横桥向分别布置 个并在墩身顶部设置主梁竖向支座墩身底部与承台及桩基础相连 为降低过水时的阻力需在横桥向上设置一定分水尖将墩身形式确定为六边形墩身顶部横、顺桥向的宽度分别为 、墩身的高度相同均为 )与 桥墩 均采用墙式宽墩沿横桥向分别布置 个并在墩身顶部设置主梁竖向支座墩身底部与承台及桩基础相连 墩身形式为多边形底部沿横桥向总宽度为 沿顺桥向分布的标准截面其厚度为 在横桥向以 的斜率进行加宽使墩顶沿横桥向的总宽变为 使沿顺桥向分布的标准截面厚度变为 此外在横桥向的两侧还需设置高度为 的三角形挡块 桥台设计 与 桥台均为 型盖梁与桩基础相结合的形式盖梁整体宽度为 型背墙的高度为 背墙、侧墙的厚度分别为 、盖梁的高度为 桥梁上部结构设计与优化 主梁设计)主梁为预应力混凝土连续箱梁单幅布置标准宽度为 在桥台两端 之内桥宽从 以直线的形式渐变到 箱梁形式包括斜腹板变截面单箱四室与单箱六室梁高为 中跨处的梁高从 渐变至 边跨处的梁高从 渐变至 梁高变化曲线为 次抛物线 标准段箱梁顶板宽度为 中跨处的底板宽度从 渐变至 边跨处的底板宽度从 渐变至 两侧的翼缘分别向外悬挑 箱梁顶、底和腹板厚度分别为、在端、中横梁两侧分别 的区域内对顶、底和腹板进行加厚处理具体情况为:顶板厚度从 加宽到 底板厚度从 加宽到 腹板厚度从 加宽到 对于处在施工缝部位的腹板其厚度为 渐变段总长 主梁在结构作用下进行找坡顶板需在双向设置的横坡而底板沿横向保持水平 主梁的现浇施工需分段完成将整个桥梁分成三个施工段其中第一施工段为主跨和两侧的悬臂段总长约 剩下的边跨段分别为两个施工段其长度均为 主梁需按照要求设置一定预拱度对于施工预拱度需要由施工单位以支架实际情况为依据进行测算)箱梁设计需按照 类预应力混凝土构件进行沿纵向设置通长钢束同时在桥面的顶板沿纵向布置横向钢束在墩顶的横梁部位也需要设置横向钢束 钢束主要有两种布置形式即竖弯与平弯弯曲需按照圆弧曲线进行 对于预应力管道以塑料波纹管为首选同时辅以真空辅助压浆采用商品浆液作为主要压浆材料保证实际的压浆质量与效果使钢束有良好的耐久性 主拱设计)横断面中的主拱按 字型进行布置拱肋在桥梁及桥跨中心线上按照对称原则布置 在主拱平面当中其轴线采用 次抛物线的形式 矢跨、高分别为、矢跨比在/左右 拱肋的截面形状为矩形在桥梁的中心线一侧设置适当的倒角无论是拱肋截面高度还是倒角都在拱轴线上均匀变化 拱顶部位的截面宽度为 整个断面的高度为 拱底部位的截面宽度也为 整个断面的高度为 结合整体计算结果将板厚确定为 在水平线上可将拱肋分成多个节段如起拱段、标准段与合龙段等在两侧单拱之间需布设横撑其截面为工字型并在外部包裹钢板 在标准段中设置 道横隔板 相邻两个节段之间的主拱箱板其连接形式采用对接熔透焊接纵向加劲肋之间的连接方式为高强螺栓 所有节段均在工厂中进行分段加工制造在安装过程中做到先栓接再焊接)拱座与钢筋混凝土接头 钢拱在拱座上进行固结和拱座之间的连接方式为钢混结合段 在钢混接头部位主拱的第一节段需进入到拱座中 左右借助剪力键和混凝土直接相连 为提高结合段刚度保证可靠性需在锚座的周围增设精轧螺纹钢采用施加预应力的方法确保拱座实现均匀受压 主拱工作采用实心混凝土结构并在外部包裹一层钢板顶面和钢拱肋直接相连而底面和主梁中横梁直接想相连 考虑到钢拱结构在成桥状态下不会产生太大的变形量故为了方便制造与安装可不为钢拱设置预拱度 桥梁附属设施设计与优化 人行道系人行道布置于车行道及非机动车道的两侧宽度为 路缘石的高度应比非机动车道高出 面板结构为预制板和现浇板相结合并在桥面板的下部按照使用要求设置好枕梁与路缘石此外还要根据实际情况为管道过桥预留足够的空间 防撞护栏设计在人行道路缘石和机动车道与主拱范围内设置硬性安全护栏为永久性附属设施要求防撞等级达到 级防撞护栏形式为金属梁柱式主要由立柱与横梁两部分组成其中立柱的纵向间隔距离为 人行道栏杆在人行道采用型式相同的钢质护栏在整个桥梁沿横桥向设置 道设置位置为人行道的外侧 护栏标准节段长度为 高度为 主要包含立柱、扶手与栅条三部分采用焊接的方法形成材质均为不锈钢管在工厂中完成预制加工后运输到现场和栏杆底座通过焊接相连 检修系统在主拱的拱脚周围设置人孔并在内部设置爬梯以便于人员检修在主跨箱梁底板也应设置人孔以便于对锚固端进行张拉、检修与更换 支 座墩台的支座类型以摩擦摆式减隔震支座为主具体可以分为固定式、双向滑动式与单向滑动式三种 支座的主要构件其设计使用寿命需达到 年对于可更换次要构件其设计使用寿命需达到 年 伸缩缝考虑到温度变化和活载造成的影响会使主梁端部出现水平方向变位及转角这就要求在梁端和桥台做好伸缩缝的设置 伸缩缝不仅要满足竖向弯曲要求与纵向伸缩要求还需适应横向弯曲方面的要求 对于缝宽的初始值需要以安装过程中的温度为依据通过反算确定同时加以可靠的预设固定 桥面铺装对于车行道和非机动车道其铺装层采用双层沥青混凝土上、下层分别为厚度为 的沥青玛蹄脂 与厚度为 的 沥青混凝土总体厚度为 主梁和铺装层之间需设置总厚为 的粘接层及防水层在非机动车道铺装层边缘和防撞墙相结合的部位需安装螺旋排水管同时和泄水井之间可靠连通为改善铺装层的路用性能并延长使用寿命设计要求在混合料中适量掺加聚合物纤维稳定剂具体做法为:在上面层混合料中按照 的比例掺加聚丙烯腈纤维在下面层混合料中按照 的比例掺加聚丙烯腈纤维以此保证使用效果增强劈裂与抗弯拉强度 为了给主梁的顶面提供良好保护需在拱脚间分隔带中铺设一层厚度为 的保护层采用强度等级为 的细石防水混凝土使抗渗等级达到 以上 桥面排水设计该桥梁桥面的排水方式为集中收集整个排水系统主要由三部分构成分别为桥面铺设的泄水管、纵向收集排水管及其支架 泄水管与雨水篦子均为不锈钢材质纵向收集排水管则为复合钢管采用异径三通和桥面上设置的泄水管直接相连 为便于清理排水管中存在的沉积物需在每 个泄水管之间设置专门的掏槽口 对于纵向收集排水管其标准节段的长度为 相邻两个节段之间采用管箍相连并采用专门的支架在翼缘端部和腹板之间固定 防雷接地系统设计该桥梁的防雷设计严格按照二类建(构)筑物进行将钢拱直接作为自然接闪器将桥梁基础中的钢筋作为主要接地装置充分利用桩基中直径达到 以上的主筋进行自然接地 主拱拱座中的防雷引下线需要和桥墩中的主筋借助软编织钢带相连 桥墩和承台上下层主筋以及承台下层钢筋和桩基主筋之间借助 根直径达到 以上的圆钢相连以确保整个电气通路保持畅通 将防雷接地装置设置完成后其工频接地电阻不能超过 桥梁耐久性设计与优化该桥梁设计基准期初步确定为 年设计过程中要针对不同结构部件具有的特点严格按照是否可以更换和维护工作的难易程度采取合理可行的耐久性措施 该桥梁工程各主要构件的设计使用寿命为:下部结构:桩基础设计使用寿命应达到 年承台设计使用寿命应达到 年桥墩设计使用寿命应达到 年上部结构:钢拱设计使用寿命应达到 年主梁设计使用寿命应达到 年吊索设计使用寿命应达到 年更换次数为 次附属工程:桥面铺装层设计使用寿命应达到 次更换次数为 次支座设计使用寿命应达到 年更换次数为 次伸缩缝设计使用寿命应达到 年更换次数为 次防撞护栏设计使用寿命应达到 年更换次数为 次防腐涂装设计使用寿命应达到 年更换次数为 次桥位所处场地的地下水与土体不能对混凝土造成腐蚀影响且环境条件应良好 对结构体系的耐久性尤其是混凝土结构不能造成太大影响结构设计过程中无需特殊设计按照常规要求采取有效措施即可 该桥梁混凝土材料最大水胶比与单位面积混凝土胶凝材料用量为:桩基础、扩大基础、承台与台身:采用强度等级为 的混凝土最大水胶比不能超过 单位体积混凝土胶凝材料用量需控制在 /墩身:采用强度等级为 的混凝土最大水胶比不能超过 单位体积混凝土胶凝材料用量需控制在 /主梁与拱座:采用强度等级为 的混凝土最大水胶比不能超过 单位体积混凝土胶凝材料用量需控制在 /桥梁涂层施工设计采用两种材料分别为丙烯酸聚氨酯面漆与四氟型高耐候自溶性氟碳面漆其性能要求如表 所示表 丙烯酸聚氨酯面漆性能要求检验项目技术指标检验方法与依据表面光泽无光目测漆膜颜色与外观雅灰色漆膜平整/细度/干燥时间/表干/实干/柔韧性/耐冲击性/附着力(拉开法)/耐久性()不起泡、无剥落、无锈斑/耐盐水性()不起泡、无剥落、无锈斑/耐磨性(/)/人工加速老化()不起泡、不剥落、不粉化白色与浅色漆膜允许变色级失光 级其他颜色漆膜允许变色 级失光 级/表 四氟型高耐候自溶性氟碳面漆性能要求检验项目技术指标检验方法与依据表面光泽无光目测漆膜颜色与外观符合商定标准样板或色卡及其色差范围漆膜平整/细度/干燥时间/表干/实干/柔韧性/耐冲击性/附着力(拉开法)/续表检验项目技术指标检验方法与依据表面光泽无光目测耐水性()不起泡、无剥落、无锈斑/耐盐水性()不起泡、无剥落、无锈斑/表面与水接触角/()人工加速老化()失光 级色差 级裂纹 级粉化 级无锈蚀/大气暴晒 年轻微失光无变色粉化与失光等现象漆膜表面没有污染 结 语在桥梁修筑过程中桥梁设计是一项重要工作内容具有可以为后续桥梁施工和使用提供参考依据的作用以上对该大跨度桥梁设计与优化进行分析和总结旨在为其他类似大跨度桥梁设计提供技术参考:参 考 文 献:吕文高鲍煊平何政.大跨度桥梁连续倒塌分析与设计综述.建筑技术():王应良陈星宇杨国静.基于运营纵坡控制的大跨铁路和公铁合建桥竖向刚度设计方法.桥梁建设():庞元志.廊坊光明道立交上跨高铁桥梁方案研究与设计.国防交通工程与技术():王志鹏赵海军孙小雷.大跨度桥梁设计重点及优化措施.公路交通科技():史春娟王建强彭泽友.导流墙对大跨度桥梁防撞设计的影响研究.武汉理工大学学报(交通科学与工程版)():蔡宁生唐咸远毛立敏等.基于河道通航等级提升的大跨度桥梁改扩建设计研究.西部交通科技():(上接第 页)上部结构改造技术为了更好地满足交通需求需要在维修加固过程中做好上部结构改造工作借此来提升整体结构的稳定性 常用的施工技术为拼宽原桥技术即在原桥宽度的基础上增加桥面的宽度形式包括一侧加宽、两侧同时加宽两种形式 在技术具体应用的过程中需要先对现有桥梁承载力情况进行计算根据计算结果和预期数值的差值依次完成基础补强、桥面拓宽工作并且也需要对原有桥梁工程的受力部位采用截面增大技术、钢板粘贴技术等方法对其进行处理借此来提升处理后路面的承载力 使其可以满足预期的通车要求 支座结构加固技术桥梁支座在被破坏之后其作用就难以正常的发挥出来自然会对桥梁的上下结构产生消极的影响 因此在高速公路桥梁工程使用期间则需要做好日常的养护维修工作一旦出现损坏的情况则需要结合具体的情况来制定加固计划并对其进行修补处理 而对于支座结构的加固上有着较大的难度这主要是维护的工期较短且施工处于困难的位置所以必须采取科学的加固措施在材料设备的选择上突出针对性以便能够迅速可靠地进行修补 结束语高速公路桥梁的建设发展为我国的交通运输事业发展创造了良好的条件进一步带动了社会经济整体水平的提升 由于高速公路桥梁在社会发展中占有重要的地位所以对于各方面都提出了更高层次的要求尤其是针对养护和加固方面的要求更高 所以当前为了保证高速公路桥梁的使用功能的增强和使用寿命的延长必须从养护和加固方面着手清除病害 因此养护人员需要做好高速公路桥梁的养护管理工作保证高速公路桥梁建设及运营的质量同时还需采取关键的加固技术全面提升高速公路桥梁的安全性和稳定性保证车辆通行的畅通性、安全性:参 考 文 献:彭新益.高速公路桥梁养护与加固维修施工技术研究.交通世界():张林.高速公路桥梁养护与维修加固施工技术.城市住宅():潘玉.新型预应力技术在高速公路桥梁养护加固中的应用.工程技术研究():张榄张涵墨.公路桥梁养护与维修加固施工关键技术分析.工程与建设():