预应力混凝土连续梁设计中的一个特点,必须以各个截面的最大正、负弯矩绝对值之和,也即按弯矩变化幅值布置预应力束筋。
图2-2 连续梁桥方案
(3)方案三:梁拱组合桥 设计跨度(40+64+40)m,全长144m此方案采用梁拱组合体系,边跨为40m,主跨为64m,梁体是变截面连续箱 ,采用施工的方法,梁体浇筑完成后在主跨架设钢管拱,最后张拉吊杆,为上承式梁拱组合体系。
优缺点分析:梁拱组合体系桥是目前发展较快的一种桥型,是一种经济、实用、美观的桥型,在我国某些地区已有一些比较成功的应用实例。续梁拱组合桥作为一种新型的组合结构,它具有能使拱与梁共同受力特性,由拱肋、系梁、吊杆、横梁及桥面系组合起来共同受力,是一种结构合理、外形美观、新颖的结构体系。既可以充分发挥混凝 土拱的优越性,又可避免桥梁墩台承担水平推力。其结构外形轻巧,竖向刚度大,因而比较适用于承受较大竖向荷载的大跨度铁路桥梁。组合桥式结构因具有结构刚度大、动力性能好等优越性,近年来相继在铁路桥梁设计中得到应用与研究。采用预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱肋组合形成的连续梁拱组合桥,具有较大的竖向刚度和良好的动力性能,特别适合高标准铁路建设的需要。
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图2-3 梁拱组合桥方案
2.2.2 方案比选及最终确定
最终方案的确定应遵循“安全、经济、美观”的原则,综合考虑各个方案结构合理性、方案的造价、施工难度和外观等方面的优缺点,确定最终方案。
本桥是为新建线路跨越既有的兖日线而设,简支梁桥结构自重过大,由于自重耗掉大部分材料的强度,因而大大限制了其跨越能力。考虑到跨线设计的实用性,桥梁要满足通车要求。因此放弃了简支梁桥方案。
本桥经过的地貌单元为沂河平原,出露底层为粉质粘土,经过一段时期的实践,在土地基上建造混凝土拱桥,一般需要依靠台背土压力、桥台基底或阻滑板摩阻力以抵抗水平能力 ,但土体在长期荷载作用下发生徐变滑移现象,同时高填土产生的后期沉降会使桥台向后转 动及下沉,这些影响都会危及上部结构的安全。而且组合体系桥受力不明确且施工过程繁琐,故不采用梁拱组合体系。
连续梁在活载作用下,因主梁连续产生只点负弯矩,对跨中正弯矩仍有卸载作用,其弯矩分布更为合理。使用悬臂施工法充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化,生产工厂化,从而提高了施工质量,降低了施工费用。虽然箱梁截面局部温差,混凝土收缩、徐变及预加应力均会在结构中产生附加内力,增加了设计计算的复杂程度。但这并不是无法克服的困难。因此连续梁方案在本桥的设计中更为合理。
综上所述,本桥设计方案最终确定为预应力混凝土连续梁桥。
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2.3 上部结构尺寸拟定及内力计算
本设计采用预应力混凝土变截面连续梁结构,全场144m。箱型梁,单箱单室。主跨径定为64m,边跨跨径根据国内外已有经验,采用0.625倍的中跨径,取40m,则全联跨径为:(40+64+40)m。边支座中心线至梁端1m,梁全长146m。
主梁尺寸拟定(跨中截面):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。增加连续梁中间支点处的高度,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。预应力混凝土连续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。在建桥实例中连续梁桥也做成等高的。这时梁高多取为跨度的1/16~1/18。连续梁桥,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。根据桥下通车线路情况,并且为达到美观的效果,梁底曲线按正弦曲线形式变化,中支点处梁高为5.2m,跨中及边支点处梁高为2.8m,符合要求。
截面细部尺寸:截面采用单箱单室直腹板形式,顶板厚度除梁端和中支点附近外均为35cm;腹板厚40~80cm,按折线变化,边跨现浇段腹板厚80m;底板由跨中的48cm按二次抛物线变化至根部80cm。顶板宽度为7.2m,悬臂长1.7m底板宽度3.8m。箱梁两侧腹板与顶底板相交处均采用圆弧倒角过渡。
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图2-4 跨中截面图
图2-5 中支点截面图
2.4 本桥主要材料
(1)混凝土:梁体混凝土强度等级为C50,Ec=3.55?104MPa。梁体封锚混凝土采用补偿收缩混凝土,强度等级与梁体相同。孔道压浆采用M40水泥浆。桥墩墩帽、墩身及基础采用C30混凝土。
(2)预应力体系:连续梁梁体纵向预应力采用符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB 5224)规定的15.2mm钢绞线,标准抗拉强度fpk=1860Mpa,弹性模量为1.95?105MPa。锚固体系采用与之对应规格的OVM群锚装置,张拉采用与之配套的机具设备,采用金属波纹管成孔。竖向预应力筋采用JL25mmPSB螺纹钢筋,抗拉强度标准
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值fpk=830Mpa,弹性模量为2.0?105MPa。锚具采用夹片式锚具锚固,采用35mm铁皮管成孔。
(3)普通钢筋:采用符合现行国家标准《钢筋混凝土用热扎光圆钢筋》(GB 1499.1)HPB235和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB 1499.2)HRB335钢筋。
(4)支座:全桥简支梁采用通桥(2007)8160钢支座,连续箱梁采用QZ系列球型支座。
(5)桥面铺装:道渣槽内涂TQF-1型防水层,其上设C40纤维混凝土保护层形成2%横向排水坡,人行道铺装采用C40纤维混凝土磨耗层形成1%横向排水坡.在人行道栏杆缘石内侧设置100mmPVC管,泄水管顺桥向每隔4.0m左右设2套。
2.5 悬臂浇筑施工程序
(1)悬臂浇筑施工程序:采用单悬臂—连续施工
第一步:首先从B、C墩开始进行对称悬臂施工,同时支架现浇边跨。 第二步:B、C跨中段合龙,释放B、C墩临时固结,形成双单悬臂梁 第三步:边跨段合龙,形成三跨连续梁结构。
(2)工程总体施工方案:本桥采用挂篮悬臂浇筑法施工,全梁共分54个节段,包括0号段、边跨现浇段,合拢段及悬臂浇筑梁段,其中悬臂节段共40段,节段长度分2.0m(边、中跨合拢段)、3.5m、4.0m三种。0号段施工采用墩身预埋型钢托架、搭设碗扣支架现浇;其余梁段采用2对挂篮悬臂浇筑。具体施工阶段划分如下图所示(部分阶段,不包括张拉预应力阶段) 工作内容 施工工期 施工简图 15