同时,其帽梁虽较槽型梁方案短些,但较其他梁型长,设计时其帽梁也需设计成预应力钢筋混凝土帽梁,另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。
相比之下,箱梁抗扭刚度大,整体受力和动力稳定性能好,外观简洁,适应性强,在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用,且施工技术成熟,造价适中。因此,结合工程特点和施工条件,选择连续箱型梁。箱梁截面如图2-4
图2-4箱型截面
2.2基本材料的选用
1. 钢筋
预应力混凝土桥梁用的钢材就其使用状况可分为非预应力钢材和预应力钢材两大类。前者与钢筋混凝土桥梁的钢材完全一样;目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝、钢绞线和高强粗钢筋三大类。按照《桥规》第2.2.1条规定,预应力混凝土构件中的预应力钢筋宜采用冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级钢筋、冷拉5号钢筋、热处理钢筋(V级钢筋)、冷拔低炭钢丝、碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。在本设计中,预应力钢筋均采用12–7υ5的低松弛钢绞线,其标准强度R=1860Mpa,张拉控制应
b力?h=0.75Ry=1395Mpa,两端“双控”张拉,张拉时混凝土强度要达到80%的设计
by强度,普通钢筋采用Ⅱ级钢筋。
2、混凝土
混凝土的标号是混凝土强度的主要标志。它决定混凝土的其它物理力学性能。选用合适的混凝土标号除根据结构构造特征外,还需与钢材的级别相适应,由于预应力钢材的强度均较高,所以一般均选用较高标号的混凝土。这不仅会减小结构混凝土的用量、减轻自重,且因高标号混凝土比较密致,徐变较小,也有利于减小应力损失。
《铁路钢筋混凝土桥涵设计规范》规定:铁路桥梁预应力混凝土构件的混凝土标号不宜低于C30,主要承重构件用碳素钢丝、钢绞线的构件不宜低于C40。本设计上部结构采用的混凝土标号为C55,下部结构采用C25。
3、锚具
预应力结构成败的关键是混凝土内部必须具有永久存在的预应力。在先张法构件中主要依靠混凝土与预应力钢材间的握裹力来产生这种永存预应力。大量的后张法构件在预制时都是通过采用可靠的锚夹具使结构产生预应力。由于受到自身结构和构造特征的限制,预应力混凝土连续梁桥的绝大多数是采用后张法施工的。因此,选用一种锚固性能良好、成本低廉、使用简便且又与预应力混凝土连续梁桥修建工艺相适应的锚固体系是很重要的。
对锚具的基本要求是:锚固可靠,预应力损失小施工方便,成本低廉,机具简单,且与预应力混凝土连续梁梁桥施工工艺相适应。
本设计选用的锚具为:HVM15—12锚具,其锚垫板尺寸为270mm×270mm×160mm,波纹管的直径为92㎜。
第3章桥跨总体布置及结构尺寸拟定
3.1 尺寸拟定
本设计方案采用三跨预应力混凝土变截面连续梁结构,全长177.3m。设计主跨为80m。
3.1.1桥孔分跨
连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的,也有做成多跨一联的,但一般不超过六跨。对于桥孔分跨,往往要受到如下因素的影响:桥址地形、地质与水文条件,通航要求以及墩台、基础及支座构造,力学要求,美学要求等。若采用三跨或四跨不等的桥孔布置,一般边跨长度可取为中跨的0.5—0.8倍,这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩,此外,边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系,对于采用现场浇筑的桥梁,边跨长度取为中跨长度的0.8倍是经济合理的。本设计跨度,主要根据设计任务书来确定,其跨度组合为:48m+80m+48m三跨预应力混凝土连续梁桥。基本符合以上原理要求。
3.1.2截面形式
1.立截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析,连续梁的立面应采取变高度布置为宜;在恒、活载作用下,支点截面将出现较大的负弯矩,从绝对值来看,支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩,因此,采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律,另外,变高度梁使梁体外形和谐,节省材料并增大桥下净空。但是,在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁,由于施工的需要,一般采用等高度梁。等高度梁的缺点是:在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抵抗较大的负弯矩,材料用量多,但是其优点是结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、施工方便。一般用于如下情况:
(1).桥梁为中等跨径,以40—60米为主。采用等截面布置使桥梁构造简单,施工迅速。由于跨径不大,梁的各截面内力差异不大,可采用构造措施予以调节。 (2).等截面布置以等跨布置为宜,由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时,也以等截面为宜。
(3).采用有支架施工,逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采
用等截面布置。
结合以上的叙述,所以本设计中采用悬臂现浇施工方法,变截面的梁。 2. 横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式,包括主梁截面形式、主梁间距 、主梁各部尺寸;它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。
当横截面的核心距较大时,轴向压力的偏心可以愈大,也就是预应力钢筋合力的力臂愈大,可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外,箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大,对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利;同时,因其都具有较大的面积,所以能够有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋要求;箱形截面具有良好的动力特性;再者它收缩变形数值较小,因而也受到了人们的重视。总之,箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。
常见的箱形截面形式有:单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确,施工方便,节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较,两者对截面底板的尺寸影响都不大,对腹板的影响也不致改变对方案的取舍;但是,由框架分析可知:两者对顶板厚度的影响显著不同,双室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别减少70%和50%。由于双室式腹板总厚度增加,主拉应力和剪应力数值不大,且布束容易,这是单箱双室的优点;但是双室式也存在一些缺点:施工比较困难,腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座铁路连续箱形梁,采用的横截面形式为单箱单室。
3.1.3梁高
根据经验确定,预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25之间,而跨中梁高与主跨之比一般为1/40—1/50之间。当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案,因为增大梁高只是增加腹板高度,而混凝土用量增加不多,却能显著节省预应力钢束用量。
连续梁在支点和跨中的梁估算值: 主梁高度
连续梁的截面高度,为适应内力变化,通常沿跨度是变化的,已建成变高度连续钢构的资料表明,中支点处截面高度一般采用截面高度的1.5~2.0倍。增加连续钢构
中间支点处的高度,除因支点截面的弯矩大很多外,还考虑梁截面在中支点处较为不利的受力条件。在梁的跨中,弯矩是正值,受压区在截面顶部,桥面板承受弯矩产生的压力比支点截面桥面板位于受拉区能较有效的发挥作用。预应力混凝土梁桥的支点处主梁高度与起跨径之比通常在1/12~1/15之间,支点截面加高可以采用加腋来实现,加腋的坡度不陡于1:3,多数是将梁底做成曲线形状以代替加腋,这样既有利于桥跨外形的美观,也符合截面强度的要求,但模板制作较复杂。在建桥实例中连续钢构也做成等高的。这时梁高多取为跨度的1/16~1/18。连续钢构,采用等高度的还是采用变高度的,与梁的施工方法也有密切关系。采用变高度梁,对选拔法施工是合适的。若采用顶推法施工,则等高度的梁比较有利。当建筑高度不受限制时,增大梁高是比较经济的方案。可以节省预应力钢束布置用量,加大梁高只是腹板加厚,增大混凝土用量有限。
而此本桥采用变高度的直线梁,支点处梁高为6.4米,跨中梁高为3.8米,符合要求。
3.1.4细部尺寸
1.顶板与底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应力,一般来讲:变截面的底版厚度也随梁高变化,墩顶处底板为梁高的1/10-1/12,跨中处底板一般为200cm-250cm。底板厚最小应有50cm。箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。参考如下(跨中截面):
表3-1 腹板与顶板尺寸关系
腹板间距(米) 顶板厚度(毫米) 3.5 180 5.0 200 7.0 280 本设计中底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化,底板在支点处厚200cm,在跨中厚50cm.顶板厚70cm。
2 腹板和其它细部结构
(1). 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中,因为弯束对外剪力的抵消作用,所以剪应力和主拉应力的值比较小,腹板不必设得太大;同时,腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求,其设计经验为: