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轻质混凝土分段拼装桥

国外公路第15卷第6期
1995年12月
轻质混凝土分段拼装卓J2I
摘要详细舟绍了将在美国加利福尼亚卅謦建聍事尼珂亚一马丁古内斯大桥的
设计特点;Ig时结台轻质棍凝土的应用.着置说明了轻质混凝土的组成和优越的力学性
关键词墼堕婆錾士苎!!生差里坌墨苎薹
冬裔龌
l设计方案构思
美国加利福尼亚州将在圣?帕巴罗湾上
建造一座长1930m的本尼西亚一马丁内斯
大桥,大桥拟采用轻质混凝土结构.轻质混凝
土能够减少桥梁结构的自重,同时增加其柔
度.因而具有良好的抗震性能.
加州北部山区地震的余波未平,桥粱工
程师们仍在评价1989年旧金山海湾地区大
地震后结构设计的利弊得失.结论表明,那次
地震对大跨径桥梁破坏有两点值得注意:
a.地表移动动摇了高架桥上部结构的
基础;
b.上部结构发生不同步振动.
这些教训值得吸取,新本尼西亚一马丁
混凝土,钢筋和钢束的用量增加,梁的自重加
大.新体系无须管道,所以节约了由于腹板加
宽而引起的一系列费用;
c.取消了后张法中由于张拉端应力集
中而设置的锚固块.从而节省了锚固端加固
用的混凝土和钢筋;
d.无须管道灌浆;
e.由于钢束连续穿越接缝.所以在连接
区不需担心钢束的传递长度.
布拉斯加州林肯市人行天桥设计中.这一新
技术不必采用常规的后张法就可使先张混凝
土构件成为连续构件.
随着新技术在桥梁主梁,建筑物粱和搁
栅等方面的应用,它的潜能是可观的,既可降
低结构高度,增强结构的适用性,又能扩大构
件的使用跨径,还可使装配式预应力混凝土
构件应用在更大的跨径范围.该方法已获得
内布拉斯加州公路局的认可.
7结语
——
摘译自[PCIJOURNAL》,1993,Ng-5
形成先张混凝土连续构件的新技术已经译:何林兴{无镯市公路首理处)
推出并已经过实验室试验,同时还应用在内校;洗莲芬(无镯市公路首理处)
收稿日期:199412—05

6期轻质混凝土分段拼装桥23
内斯桥的最终设计将采用轻质结构混凝土,
滚桥横贯圣帕巴罗海湾,位于加州的奉尼
西亚城和马丁内斯城之间的通向北方的680
号州际公路上,总长1.93km,预计将耗资9
310万美元.这座将承担重交通量的新桥,是
在马丁
内斯大桥初步设计提出的4种不同方案之
一
.其余的3个方案是:混凝土桥面板钢桁架
桥,钢箱粱桥和悬索桥.这些方案至少需要耗
时3年才能完成,而悬索桥则需4年.轻质混
凝土方案比其他3种方案可节省投资800万
～4200万美元
2轻质混凝土
结构轻质混凝土亦称结构轻质骨料混凝
土,它被定义为这样一种结构:在适当温度条
件下28d龄期的最小抗压强度达17MPa;
密度不超过1840kg/m;其轻骨料选用膨胀
粘土,页岩,片石,熔炼火山岩灰或由轻骨料
与普通骨料混合而成.
桥梁中采用的结构轻质混凝土必须满足
如下要求:
a.材料选用天然砂和表面烘干由石灰
窑烧制的膨胀页岩材料;
b.除少量直径0C[I1或更小的骨科可按
要求粉碎成各级配外,粗骨辩烧耐后不再机
碎.
与普通混凝土相比,轻骨料混凝土为设
计者提供了许多优势.具体如下
a.为钢筋提供了更好的防护;
b.可观的抗疲劳性
c.优越的抗磨耗性I
d.双倍的热应变能力;
e.较低的初始弹性模量;
￡大应变情况下仍保持弹性的性能;
g.较大的抗微裂缝和抗收缩裂缝性能;
此外,由于较易获得35MPa的强度,因
此,这种材料亦可视为一种高强度混凝土.48
MPa的高强度则要求优质骨料;面更高的强
度,如76MPa,则需特殊的添加剂,如硅灰和
超塑性添加剂等.
然而,与普通混凝土相比,这种材辩对桥
梁设计来说的确有一些缺点;
采用优质人造骨料,导致增加费用;
b.为获得高强度而水泥用量大;
c.要求严格控制含水量,搅拌和瘟注;
d.较之普通混凝土更易受局部开裂的
影响;
e.设计中对钢筋预应力增加了限制.
3同一构思的两种设计
新桥在纵向和水平方向与东面37m以
外的旧桥平行.旧金山的林同炎国际工程公
司提出了两种混凝土箱梁上部结构的初步设
计方案:一千是用坚硬的岩石作骨料的普通
混凝土结构,另一个是用膨胀页岩作粗骨料
的轻质混凝土结构
两个初步设计都采用9孔主跨;每跨
161m,附带两个跨径为102m的边跨,上部
结构总长为1653m.横断面形式为:25.5m
宽的桥面板,单箱单室,最大梁高为7.62m.
是逐段拼装的悬臂结构.为满足吊装轨道的
需要.凌横断面宽度可以改变.

国外公路l5卷
全桥的上下部结构形成一个特殊的抗弯
整体刚架,这种结构在下部桥墩经受地震力
而发生变形后具有整体承担荷载的性能.在
1/4桥长处设铰接缝将连续的梁分开,这是
一
个很好的抗震分跨设想,因为该分跨法能
为上部结构提供最佳的柔性,以减少墩柱在
纵向反应力下的塑性力矩.
上面提出的两种横断面方案都是典型的
梯形单室箱梁,255m宽的顶板作为行车道
板普通混凝土箱梁与轻质混凝土箱梁的基
本尺寸相同,但普通混凝土箱梁的顶,底板的
厚度稍大一些,以承受较大的结构自重.
两种方案的梁高均是由墩顶的最大高度
向跨中的最小高度逐渐过渡的.在满足挠度
要求的前提下,普通混凝土的弹性模量越高,
所需跨中梁高越小.然而,轻质混凝土粱由于
其良好的柔性可使其产生超过普通混凝土梁
两倍的挠度.因此,轻质混凝土结构需要较大
的预应力,箱梁纵向预应力用悬臂筋束施加
在顶板,用连续筋束麓加在腹板,同时顶板旋
加横向预应力,腹板施加竖向预应力.
上部结构的三向预应力具有良好的抗裂
性能.三向预应力形成了结构的整体同一性,
足以承受公路交通和作用在悬臂边缘的人行
道上的使用荷载.
腹板内竖向后张钢筋由变间距的螺纹钢
筋构成,这使得锚固位置更加靠近纵梁的顶
部和底部,从而扩大了预应力在临界位置对
主应力的调节范围.
伸缩缝其设在桥梁两端和两个居中点位
置深基础,高桥墩所具有的柔性足以调节接
缝间633.6rE1的最大粱长内各点累积起来
的混凝土徐变和温度应变,另外,修建伸缩缝
少的长桥能减少地震时各梁之间彼此碰撞所
造成的危害
为在震击下能提供正常服务.全部桥墩
与梁和基础采用能抵抗力矩的固结方法结成
整体,从而使桥墩具有最大的稳定性.调节混
凝土椽变,收缩或温度位移的桥端和中问的
伸缩缝处的最大相对位移分别为0.3m和
0.45ril.
桥墩的构造形式以及墩身所具有的柱的
受力特性使得位移延性系数可达4,即结构
允许发生的位移可达桥墩屈服时位移的4
倍.在墩与梁联结处,尽管梁的高较大,但
仍是个难以处理的地方,因此,在设计中决定
将墩的截面不变地伸至梁顶,作为横隔板.
伸至梁内的墩身截面弯矩在与梁底缘交
界处最大,至桥面处渐变为零,因此,这部分
剪应力很大,需加强横向配筋.并予以仔细设
计,使横隔板内的剪力,弯矩能够逐渐传至顶
板.结构应能随受桥墩塑性变形引起的弯矩,
并允许静载弯矩的重新分布.为保证特大地
震后,行车道板上交通的顺畅,上部结构需设
计为能弹性地承受桥墩的塑性耍形力矩.
支点处不均匀沉降引起的最大反力可被
在内部移动的伸缩缝处的震动阻尼器吸收.
伸缩缝处的震动阻尼器能延迟发生位移但
对地震而言,相对位移无法越过伸缩缝.
轻质混凝土和普通混凝土两种设计方
案,基础均采用直径3I1’1的嵌入式钢筋混凝
土钻孔沉箱,支撑现浇混凝土承台沉箱底部
嵌入岩石的深度轻质混凝土设计是3m,普
通混凝土设计则是3.6I1’1.在轻质混凝土方
案设计中,为在所需方向上提供最大的抗倾
覆能力,沿承台的宽度方向每隔6m设一个
沉箱基础,共计3个,沿长度方向每75m一
个,共计2个;而普通混凝土的设计由于考虑
了结构较大的自重和地震力,方案使用了相
似排列的刚性基础
所有的墩均采用整体抗弯联结法,与梁,
基础形成整体然而,在横向震击下,墩的作
用犹如悬臂梁,仅能在底部承受弯矩.抵御纵
向地震冲击力时,墩作为刚架的一部分,在顶
部和底部都能承受弯矩.
墩与承台的联结需三维锚固,而且锚件
的分布情况需满足接缝处的剪力传递和横向
钢筋的要求.将钢筋笼伸入混凝土承台+可以

l
亘
￡
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6期轻质混凝土分段拼装桥25
充分发挥由沉箱和钢筋组成的基础的塑性性
能.
4地震分析
本尼西亚一马丁内斯大桥的基础奠基在
圣?帕巴罗湾卡奎内斯海湾的地质浅层的基
岩上.因而,地表运动及其扩展对大桥的影响
是次要的,对不同桥墩的不同步震激所产生
的影晌效果不明显.因此,不均匀沉降最终为
设计采用.
这一区域的地质剖面显示,在桥址的南
北两端基岩接近或露出地表然而,在卡奎内
斯海湾的大部分区域,基岩位于土层下29m
深在海湾的南部和北部,覆盖层通常由柔软
的粉性土,粘土和粉性粘土组成,也称为旧金
山海湾土海湾中部的土质几乎全是松散的,
可液化的砂子.夹杂着砾石的砂层处于地表
土层与地下基岩之间.
为估算大地运动对沉积土变化的影响,
研究人员对4个随机土样进行了反应分析.
土样是桥址土层的代表从分析中可得到
完整的土运动的反应谱,与预期结果一致,桥
位处土的运动反应谱与不同位置的土的反应
谱明显不同.这就是在结构设计中应输入不
同数据,不同地震力而使设计复杂化的原因
在设计的最后阶段.设计人员应执行专
门的地震设计规范.包括:
a.地震荷载作用于结构形成的任何阶
段;
b单独分析每个刚架;
C.刚槊位移及延展性评价;
d.接缝处的剪力设计i
e.使用A706钢筋调节塑性变形引起的
力矩上限,使用比A615更具延展力的钢筋.
在桥梁设计中使用轻质结构混凝土.通
过减轻结构自重而影响所有其他因素应特
别考虑不同步地震荷载对高延展性需求的影
响.因为该延展性与格形墩柱的大直径主筋
的长度有关,而这种钢筋又常布置在墩身的
主要加固部位上.7.63m的上部结构高度足
布设墩柱钢筋,这还有待于探讨和实验研
究.
设计意图是将桥墩的墙扩展成实体,使
其宽度足以允许桥墩钢筋伸入到上部结构中
并用箍筋与上部结构连接研究发现这是最
好的钢筋锚固法,在这一区域内的延展性和
剪力传递对结构的纵向地震反应是至关重要
的.
轻质混凝土可在地震高发区用作最佳的
抗震设计材料通过减小上部结构的重量和
刚度,来减轻地震对结构的破坏
旧金山海湾地区桥梁的抗震性能要求:
桥梁应能经受可能产生的最大地震的考验而
不出现削弱其功能的结构损坏本尼西亚一
马丁内斯大桥在设计上将延伸强度与结构调
整相结合,因而满足了该项要求
一
摘译自《CIVILENGINEERING》
May.1994
译;王今朝(暗尔滨市市政工程设计院)
陈文慧(东北林业大学)
校:王军建(啥尔滨市市政工程设计院)