橋式選擇 在方案比較中主要有以下三項任務:一是擬定橋梁圖式,,二是編制方案,,三是技術(shù)經(jīng)濟比較和最優(yōu)方案的選定。編制設計方案,通常是從橋梁分孔和擬定橋粱圖式開始,。對一般的大跨度橋梁,,依據(jù)以往的設計經(jīng)驗,主跨與邊跨的比值有一個范圍,,再由此選定可能實現(xiàn)的橋型圖式,,鼓勵新式橋式的大膽采用。一般選幾個(通常2~4個)構(gòu)思好,、各具優(yōu)點,、但一時還難以斷定孰優(yōu)孰差的圖式,作為進一步詳細研究而進行比較的方案。對每一圖式可在跨度,、高度,、矢度等方面大致按比例畫在同樣大小的橋址斷面圖上。編制方案中,,主要指標包括:主要材料(普通鋼筋,、預應力鋼筋、砼)用量,、勞動力數(shù)量,、全橋總造價(分上、下部結(jié)構(gòu)列出),、工期,、養(yǎng)護費用、運營條件,、有無困難工程,、特種機具。其目的在于為每個橋式提供全面的技術(shù)經(jīng)濟指標,,以便相互比較,,科學的從中選定最佳方案。在編制方案中要擬定結(jié)構(gòu)主要尺寸,,并計算主要工程量,。有了工程量,,采取相應的材料和勞動力定額以擴大單價,就可以確定全橋造價,。并且在每個方案中繪制出河床斷面及地質(zhì)分層的立面圖和橫斷面圖,。 設計方案的評價和比較要全面考慮上述各項指標,綜合分析每一方案的有缺點,,最后選定一個最佳的推薦方案,。按橋梁的設計原則、造價低,、材料省,、勞動力少和橋型美觀的應是優(yōu)秀方案。但當技術(shù)因素或是使用性質(zhì)候特殊要求時就另當別論,,注重考慮設計的側(cè)重點,。技術(shù)高,造價必然會高,,個個因素是相互制約的,。所以在比較時必須從任務書提出的要求以及地形資料和施工條件,找出所面臨的問題的關(guān)鍵所在,,分清主次,。 在方案比較中,除了繪制方案比較圖外,,還應編寫方案比較說明書,。其中應闡明編制方案的主要原則,擬定方案的理由,,方案比較的綜合評述,,對于推薦方案的詳細說明等。有關(guān)擬定結(jié)構(gòu)主要尺寸所作的各種計算資料,,以及為估算三材指標和造價等所依據(jù)的文件名稱,均以附件的形式載入,。 預應力混凝土連續(xù)梁橋成橋經(jīng)驗值 在40~200m的跨徑范圍內(nèi),,與其它結(jié)構(gòu)體系比較,常成為最佳的橋型方案,。 連續(xù)梁的邊主跨的比值在0.6~0.7之間,,較其它兩種橋式比值要大,支點梁高與跨中梁高比值要小,,在2.0左右,。 尺寸擬定:在預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計中分跨、主梁高度,、橫截面形式和主要尺寸的擬定是方案設計中的關(guān)鍵所在,。通過以上資料對比,,當主橋采用多跨連續(xù)梁時,中間部分采用等跨布置,,邊跨跨徑約為中跨跨徑的0.65~0.7倍,。當邊跨采用主跨徑的0.5倍或更小時,則在橋臺上要設置拉力支座,。當跨徑超過60m時,,易采用變高梁高度梁,主梁高度根據(jù)統(tǒng)計資料: 變高度梁跨中截面h1=(1/30~1/50)L 變高度支點截面公路橋 h2=(1/16~1/25)L h1/h2=2.0~3.0箱型截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負彎矩的主要工作部位,,箱梁底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚直至墩頂,,以適應受壓要求。 底板厚度約為梁高1/10~1/12,??缰械装鍍?nèi)需要配置一定數(shù)量的鋼索和鋼筋,跨中底板厚度一般在20~25cm。 腹板應考慮最小厚度,若腹板內(nèi)有預應力管道布置時,,可采用25~30cm,。腹板在支點處的最大厚度約為30~60cm。 連續(xù)梁最成熟的施工方法是掛藍懸臂澆注的施工方法,,為保證施工過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠,采用0號塊梁段與橋墩臨時固結(jié)。 連續(xù)剛構(gòu)橋成橋經(jīng)驗值 連續(xù)剛構(gòu)的邊主跨徑比在0.5~0.6之間,,支點梁高為跨中梁高的3倍左右,頂板厚在25cm左右,,腹板和底板是沿全橋變化底,,腹板跨中為40cm左右,支點處為60~100cm之間,。 尺寸擬定:剛構(gòu)橋底主要尺寸包括主梁跨度,、墩柱高度、橋梁橫向?qū)挾?。這些尺寸要取決于主梁和支柱底剛度或兩者的比例,,主梁與支柱底剛度比決定了剛構(gòu)橋的內(nèi)力分布。剛度比很大,,受力趨于簡支梁,,剛度比較小趨向于固端梁受力情況。剛架橋兩端懸出長度為中跨跨度的0.2~0.5兩者之間,。若懸臂加長,,端支柱彎矩可以減小,跨中正彎矩也可以減小,,但主梁變形較大,,中跨主梁彎矩變化也較大,。對于主梁彎矩較大的三跨連續(xù)剛架橋,邊跨一般為中跨的0.7倍,。主梁高度約為中跨跨度的1/30~1/40左右,。當采用變高度梁時,端部梁高可為跨中梁高的1.2~2.5倍,,適當加大端部的主梁高度,,可以減小截面正彎矩,這樣可使大多數(shù)預應力鋼筋布置在主梁的頂部,,使其構(gòu)造簡單且施工簡單,。 斜拉橋成橋經(jīng)驗資料 斜拉橋是高次超靜定的組合體系,與其他體系梁橋相比較,,包含有較多的設計變量,,全橋總的技術(shù)經(jīng)濟合理性,不宜簡單的由結(jié)構(gòu)體積小,,重量輕或滿應力等概念準確表示出來,,是選橋型方案和尋求合理設計帶來一定困難。索力調(diào)整是斜拉橋主梁受力均勻,,以達到經(jīng)濟安全的重要措施,。 尺寸擬定:拉橋主梁通常為等高度梁。對主梁支承于塔墩上的支承體系,,為承受支承截面較大負彎矩,,在局部區(qū)段可加大梁高或加厚下翼緣厚度。現(xiàn)代斜拉橋都為密索體系,,主梁高度越來越小,,向著桁式體系轉(zhuǎn)換。密索體系梁高一般為跨徑的1/70~1/200,,或為節(jié)段長的/5~1/18,。對于單索面,要適當加大梁高,,取梁跨比的上限,,以提高梁的抗扭剛度。在選擇梁高時,,要考慮以下因素:索間距、主梁承受的壓力,、橫梁跨度,、索與梁的錨固要求等。主梁為彈性支承多跨連續(xù)梁,,梁內(nèi)彎矩決定于彈性支承位移,、索間距及梁的剛度,,梁的剛度越大,彎矩越大,。主梁承受的拉索水平分壓力與橋的跨度有關(guān),,一般靠墩塔處壓力最大,必要時局部加大截面,。主梁高度要大于等于橫梁高度,,橫梁高度取決于橫梁的跨度。從橫向風力穩(wěn)定性角度考慮,,橋?qū)捙c梁高之比宜大于8,,最低限度不宜大于6。 現(xiàn)代斜拉橋均采用密索體系,。密索體系有以下優(yōu)點:有利于降低梁高,;便于懸臂法施工、索力小,,使錨固構(gòu)造簡單,,且便于換索,。混凝土主梁索間距取為6~10m, 多數(shù)取8m,。拉索布置為扇形,,為此要擬訂拉索錨于塔上的間距。根據(jù)主梁的受力要求或為了減小索面積,,拉索的豎直分力越大越好,,因此應盡量減小拉索在上的間距,,一般取為1.6~2.2m,,它決定于拉索錨頭布置及張拉空間的要求,。 橋梁上部結(jié)構(gòu)選型經(jīng)驗 根據(jù)跨徑來初步擬訂形式,空心板一般用于小跨徑20米以下,。根據(jù)凈空要求來擬訂上部結(jié)構(gòu)形式,小箱梁和T梁的結(jié)構(gòu)高度比較高,容易減小凈空,。一般大跨徑都選T梁,從造價上應該比箱梁節(jié)省,。有些地方習慣用T梁,,有些地方習慣用箱梁,,所以還要考慮地方因素。 鋼筋混凝土簡支板標準跨徑不宜大于13m,鋼筋混凝土簡支T梁標準跨徑不宜大于16m,鋼筋混凝土簡支箱梁標準跨徑不宜大于25m,鋼筋混凝土連續(xù)箱梁標準跨徑不宜大于30m.預應力混凝土簡支板標準跨徑不宜大于25m,預應力混凝土簡支T梁標準跨徑不宜大于50m,。板梁和小箱梁多用在城市橋梁上,,小箱梁橫向分布系數(shù)較大,采用濕接縫鉸接,。T梁多用于公路橋梁,。 1.小箱梁與同等跨徑的T梁比,,小箱梁梁高矮,抗扭好,,吊裝重,,T梁的梁高較高,橫隔板多,,施工比較麻煩,,抗扭不行,。斜交宜采用小箱梁。 2.造價小箱梁稍貴,。主要是看橫斷面布置了,有時用T梁會比小箱梁多一片,。30米以內(nèi)T梁和小箱梁方案的一般是相當?shù)?我們這就因為美觀的關(guān)系將T梁的改為小箱梁,。 3.空心板現(xiàn)在宜用后張,,先張的公路一級比較難通過,。公路二級用空心板還是比較省的,一平米2000多吧。 ①T梁:T梁結(jié)構(gòu)是較為常用的結(jié)構(gòu)形式,,其設計和施工經(jīng)驗成熟,,結(jié)構(gòu)跨越能力較強,,最大跨徑達50m左右,。主梁為預制構(gòu)件,,可在工廠和施工現(xiàn)場預制,,待主梁安裝完畢后,澆筑現(xiàn)澆段把橋面連成整體,。T梁的優(yōu)點是造價低,,施工方便,對施工設備沒有特殊要求,。但是,,T梁的建筑高度相對高一些,,且主梁、橫梁數(shù)量多,,仰視梁底,,縱、橫梁密布,,比較凌亂,,景觀效果較差。 ②普通后張法預應力砼空心板空心板結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)高度低,,工廠化程度高,,運輸、吊裝方便,,對地面交通影響較小,,工程造價低等特點,但由于其結(jié)構(gòu)梁高較低,,跨徑不能很大(目前通常最大跨徑25m),,板梁間采用鉸接,結(jié)構(gòu)整體性較差,,且景觀較差,。 ③現(xiàn)澆連續(xù)箱梁預應力砼連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)采用單箱多室結(jié)構(gòu),混凝土連續(xù)箱梁整體性能較好,抗扭剛度大,,設計及施工經(jīng)驗成熟,,跨越能力強,對于等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁,,常規(guī)跨徑在25米~50米左右,,能很好的滿足城市立交橋和高架橋的使用要求。連續(xù)箱梁梁高適中,,結(jié)構(gòu)簡潔,、輕盈,線條流暢,,在滿足道路交通功能要求的同時,,能很好的融入到城市建筑中去,增加城市的現(xiàn)代化氣息,。 橋梁下部結(jié)構(gòu)選型 在橋梁設計的過程中,,下部結(jié)構(gòu)的考慮是否得當,對工程造價,、工程質(zhì)量及后期使用影響較大,,介紹了幾種常見的橋梁下部結(jié)構(gòu)形式,分析了不同結(jié)構(gòu)形式的受力的特點,,對橋梁墩,、臺的形式選擇及結(jié)構(gòu)設計中的一些問題進行了初步探討。 1橋臺結(jié)構(gòu)型式選用 1.1輕型橋臺 輕型橋臺的特點是,,臺身體積較小,,臺身為直立的薄壁墻,臺身兩側(cè)設有翼墻(用于擋土),,可以將側(cè)墻做成斜坡,。在兩橋臺下部設置鋼筋混凝土支撐梁,上部結(jié)構(gòu)與橋臺通過錨栓連接,,構(gòu)成四鉸框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng),,并借助兩端臺后的土壓力來保持穩(wěn)定。 1.2鋼筋混凝土薄壁橋臺 薄壁輕型橋臺常用的形式有懸臂式,、扶壁式,、撐墻式、及箱式等,。這種橋臺是由帶扶壁的前墻和側(cè)墻以及水平底板構(gòu)成,。擋土墻由前墻和間距為2.5~3.5m的扶壁組成。 1.3埋置式橋臺 埋置式橋臺常用形式為肋板式橋臺,、樁柱式橋臺和框架式橋臺,。是將臺身埋在錐形護坡中,,這樣橋臺所受的土壓力大為減小,橋臺的體積也就得到相應減小,。但是由于臺前護坡是用片石(或混凝土)作表面防護的一種永久性設施,,存在著被洪水沖毀而使臺身裸露的可能,故設計時必須進行強度和穩(wěn)定性驗算,。 2橋墩結(jié)構(gòu)型式選用 2.1柱式橋墩 帶蓋梁單排樁柱式橋墩是用能承受彎矩的蓋梁來代替實體式橋墩上的墩帽,,當采用群樁基礎(chǔ)時,需在樁頂設置承臺,,使各樁共同受力,,并通過它使柱與樁相連(一般適用于簡支梁橋或先簡支后連續(xù)的連續(xù)梁橋)。 2.2重力式實體橋墩 靠自身恒載(包括橋垮結(jié)構(gòu)恒載)來平衡外力(偏心力矩)和保證橋墩的穩(wěn)定(抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定),。因此污工體積較大,,阻水面積增大,抗沖擊力較差,,不宜用在流速大并挾有大量泥沙的河流。對地基承載力的要求高,。墩身多做成實體式的,,不配鋼筋,多用塊石或片石混凝土砌筑,。 2.3鋼筋混凝土薄壁墩 鋼筋混凝土薄壁墩又可分為單肢薄壁墩和雙肢薄壁墩兩種形式,。前者墩身重量較輕,可節(jié)約污工材料,,適用于地質(zhì)條件較差時的簡支梁橋上;后者適用于墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)橋上(多用于互通式立交的跨線橋上),。 2.4選用墩臺時的注意事項 2.4.1為了減少軟基位移對結(jié)構(gòu)的影響,盡可能減少超靜定個數(shù),,適當加大樁間距,,減少樁的根數(shù)。 2.4.2軟土地基的橋梁,,由于軟土的變形對構(gòu)造物的危害極大且難以預料,,尤其是蠕動變形對結(jié)構(gòu)的危害是致命的,直接影響到結(jié)構(gòu)的耐久性,。對可能對構(gòu)造物產(chǎn)生不利影響的區(qū)域,,應根據(jù)軟土的物理力學指標、軟土厚度,,進行相應的軟基處理,,以避免軟土的水平向變形對樁基產(chǎn)生附加水平力,并消除蠕動隱患,。 2.4.3軟土地基由于強度低,、易變形,,樁基的最大彎矩點和彎矩零點可能因受到各種不可預見因素的影響而變化。 3下部結(jié)構(gòu)設計計算 為了減少軟土地基位移對超靜定結(jié)構(gòu)的影響,,上部結(jié)構(gòu)多采用標準梁的先簡支后連續(xù)的構(gòu)造,,這樣整個工程的設計計算工作就集中于下部結(jié)構(gòu)的選用和計算,因而下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法的選擇是否正確,,考慮因素是否全面,,直接關(guān)系到整個工程的造價及安全。 3.1蓋梁內(nèi)力計算 3.1.1當荷載對稱布置時,,按照杠桿法進行計算,。 3.1.2當荷載偏心布置時,按照偏心受壓進行計算,,兩種布載情況的內(nèi)力取大值控制設計,。這種算法僅為兩種布載狀況下的內(nèi)力計算,不是各截面最不利狀況的內(nèi)力計算,,計算所得內(nèi)力存在不安全的因素,。 3.2橋墩內(nèi)力計算 墩樁頂?shù)淖畲筘Q向力計算非常簡單,這里不再敘述,;墩樁頂水平力計算,,運用柔性墩理論中的集成剛度法,將橋面汽車制動力及梁體混凝土收縮,、徐變,、溫差、地震產(chǎn)生的水平力在全聯(lián)墩臺進行分配,,最后根據(jù)不同組合的墩樁頂水平力,、彎矩及對應墩樁頂豎向力進行樁基各截面內(nèi)力計算。 對于橫向陡邊坡上的橋墩設計,,同一墩位2個(3個)墩柱存在較懸殊的無支長度差異,,因剛度差異造成橋墩橫橋向受力分配的不均勻。 3.3橋臺內(nèi)力計算 橋臺除了受與橋墩相似的荷載之外,,豎向荷載還增加了土壓力,、負摩阻力、搭板自重等荷載,;水平荷載增加了土壓力,,其影響復雜,設計時需注意以下幾點: 3.3.1內(nèi)力計算應注意的問題,。a.軟土地基上帶基樁的鋼筋混凝土薄壁橋臺土壓力計算按深層考慮,。b.軟基路段橋臺應盡量設置為與路線正交的形式,減小臺身長度,,在適當?shù)奈恢迷O置伸縮縫,,以縮短受拉區(qū)長度,,減小臺身砼的收縮變形量,抑制臺身的豎向,、斜向裂縫的發(fā)生,。 3.3.2埋置式橋臺土壓力一般是以原地面或一般沖刷線起計算的,對較差土質(zhì),,需要進行驗算,,確定是否考慮地面以下臺后深層土對樁水平力的影響。 3.3.3橋頭路基沉降,、滑動驗算,。首先,路基沉降過大,、橋頭跳車,、臺背和梁端過早損壞,加大豎向土壓力及負摩阻力,,造成橋臺蓋梁開裂及樁基不均勻下沉,、路面開裂及路基滲水,促使路基失穩(wěn),。其次,,由于路基滑動使橋臺所承受的水平土壓力已遠大于計算值,對于橋頭高路基和處于改河,、填溝段或路基外不遠處有溝、河的,,更要注意深層滑動的驗算,。 3.4樁筋及樁長設計注意事項 3.4.1對于樁基各截面的配筋,從理論上來說應根據(jù)樁內(nèi)彎矩包絡圖進行計算布置,。通常是根據(jù)最大負彎矩處進行配筋,,從樁頂一直伸到最大負彎矩一半處以下一定錨固長度位置,減少一半配筋再一直伸至彎矩為零以下一定錨固長度位置,,再以下為素混凝土,,對于軟基,樁主筋最好穿過軟土層,。 3.4.2軟土地質(zhì)條件下的橋梁樁基計算不能簡單的采用常規(guī)計算方法,,而應根據(jù)實際的受力特點加以分析。就計算方法而言,,用'假設有效樁長',,計算樁的最大彎矩及彎矩零點進行配筋的常規(guī)方法,在軟土地質(zhì)條件下應慎重采用,,以免造成最大彎矩及彎矩零點位置判斷的錯誤,,導致配筋長度的不足,。 3.4.3在樁基變形較大的情況下,計算應同時考慮樁土特性及受力條件,,以整體體系來分析樁的受力模式,。 3.4.4山嶺重丘區(qū)的橋墩多處于基巖裸露的陡邊坡上,樁基多為嵌巖樁,。陡邊坡上嵌巖樁的嵌巖深度必須考慮兩個方面的內(nèi)容:一是能起到嵌巖作用的嵌巖深度,;二是巖石能滿足嵌固受力要求所必須的水平寬度。嵌巖深度的確定對結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性具有非常重要的意義,。 小半徑橋梁橋型比選案例分析 近年來,,在國家不斷加大對西部投資開發(fā)的大環(huán)境下, 西部交通的各干線項目加速發(fā)展,,但要發(fā)揮干線項目預想的社 會效益和經(jīng)濟效益,,就需要在干線項目修建時,考慮建設一定 量的與重要城鎮(zhèn)和旅游景點相連的連接支線,。主要是在滿足一 定量的最大通行能力基礎(chǔ)上,,通道要“通”、“順”,,并且由 于干線運輸能力的升級陸續(xù)完成,,造成對連接支線的大量緊急 需求,每條連接支線工期,、造價的控制也就成為其重要的考核 指標,。在處理連接支線上的橋梁方案時,也要考慮在承載能力 “夠用”的基礎(chǔ)上,,盡可能的多考慮一些“通”,、“順”以及 工期與造價的平衡問題。連接支線中由于不追求線形,、指標會 出現(xiàn)很多小半徑橋梁,,下面將本人參加的一個高速公路干線項 目中連接線上一座橋梁方案比選的方法以及設計要點研究簡單概括。 橋梁概況及方案比選 西部某高速公路干線連接線上某橋是該連接線的主 線橋,,本橋所在路段推薦方案(以下簡稱K線方案)為,, 線位位于緩和曲線長LS=40m,半徑R=35m,,緩和曲線長LS=25m的平曲線內(nèi),,縱坡為4.7%,橫坡為5%,。橋 梁 主 要 尺 寸 及 技 術(shù) 標 準 為 :全 寬 - 1 0 . 4 m ,, 凈 寬-9.4m,現(xiàn)澆梁高125cm,,瀝青混凝土鋪裝厚10cm,,設計 車道數(shù)按照兩車道計算,,7度設防地震烈度。(K線方案如圖 1:路線方案示意圖) 1.1 橋位總體方案定性比選 在項目初期考慮到K線方案的半徑較小,,增加了一個擴大半徑后的方案進行比較,。首先用定性比較的方法,對增 大半徑的方案與K線方案進行比較,。橋梁所在路段有舊路,,舊橋橋位在本橋兩方案上游, 舊路為28m半徑路段中以1~8m小橋跨越本溝,,兩方案溝底 處縱坡均為12.5%,。將本路段圓曲線半徑加大后形成一個圓曲線半徑為55m 的路線方案(以下簡稱55m半徑方案),本路線方案為半徑 增大的極限,,如繼續(xù)擴大圓曲線半徑,,工程量會明顯多于K 線方案且實施難度會大幅增加。K線方案與55m半徑方案在 平衡工期與造價之后,,定性比較如下: ⑴因為本路段是受縱坡控制的持續(xù)上坡路段,,按照K線 方案橋梁段前后已接近極限縱坡。如果按照55m半徑方案實 施勢必會造成橋梁縱坡增大,。經(jīng)過測算,,路線每減少10m縱 坡要抬高0.656%,而如果半徑加大到55m,,路線會至少減 少20m,,縱坡會達到6%左右,于結(jié)構(gòu)物設計難度,、施工難度與工期都會有較大影響,。 ⑵55m半徑方案的線位在K線方案過溝位置的下游方向 約26m處,K線方案布跨選用15m跨徑,,需要4跨,,平均墩 高約為10.3m,,而55m半徑方案選用13m跨徑,,需要5跨,橋墩處對應填土高比K線方案增加3.25m左右,,平均墩高約為 13.55m,。雖然55m半徑方案較K線方案路線長度會減少20多 m,但是由于提高了路線指標,,甩開舊路路基路段的造價會 大幅提升,。在這部分增加的造價比較下,因減少路線長度 而減少的工程量幾乎可以忽略不計,。橋梁工程中,,55m半徑 方案橋墩墩身造價比K線方案提高約31.5%,,而上部構(gòu)造并 不會因為增大路線半徑的同時,減小橋面面積而使造價減 少(橋長反而增加了),,本方案也不能使用統(tǒng)一模版預制 上部梁板以減少工期,。 綜上所述,經(jīng)過定性比較,,增大半徑的方案對于本 座橋梁來說不僅不會節(jié)約預算,,而且會延長工期;另一方面,,K線方案中的35m半徑圓曲線,,以“通”、“順”的連 接支線在做好其他行車安全保障措施的基礎(chǔ)上,,線型指標 是完全可以接受的,。 圖2:邊梁翼緣板及現(xiàn)澆層平面變寬示意圖 圖3:橋型推薦方案立面圖 1.2 橋型方案比選 針對K線方案,還應進行不同橋型方案比選,。 1.2.1 上部結(jié)構(gòu)比選 鑒于橋梁所在路線圓曲線半徑較小,,相對來說使用 13~15m跨徑橋梁最為合適。這主要考慮了三個方面的因素,。 ⑴在路線線型為小半徑的情況下,,如采用彎橋直做的 預制結(jié)構(gòu),平曲線型由護欄在外側(cè)調(diào)整實現(xiàn)(方案示意圖 見圖2),,考慮到懸弧差會根據(jù)跨徑增大而增大,,若懸弧 差較大則會造成材料浪費以及線型不順暢,故跨徑不宜過 大,,且本橋主跨跨徑不受河道與流量的制約,。 ⑵若采用現(xiàn)澆箱梁作為上部構(gòu)造,跨徑越大在跨中位 置的形心距相鄰兩橋墩臺理論支撐點連線的距離(形心位 置大致等同橋梁中心線位置,,如圖4中跨中截面橋梁中心線 到橋墩中心線的距離)也會越大,,對抗扭剛度會有更高要 求,造成造價增大,,跨徑過小又會造成下部材料浪費,。 ⑶采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁時,隨著小半徑橋梁跨徑的增 大,,則箱梁勢必需要使用預應力實現(xiàn)抗彎能力,。對于本 路線方案,抗彎預應力索由于按照曲線布置,,橋梁單跨 跨徑越大,,其產(chǎn)生的徑向分力越大,則對抗扭性能產(chǎn)生不 利影響越大,根據(jù)小半徑橋梁特點——盡量降低梁高,,并 且盡量減小抗彎扭剛度比(即減小抗彎剛度,,增大抗扭剛 度);同時如現(xiàn)澆連續(xù)箱梁跨徑過大還要考慮采用獨柱偏 心墩,,用以平衡恒,、活載偏心作用而導致的扭矩增大、翹 曲形變與外側(cè)腹板彎扭的耦合效應,,由于兩者都會非線性 增大,、翹曲形變也會引起翹曲正應力并伴隨剪應力出現(xiàn)以 及雙支座時可能產(chǎn)生的半徑內(nèi)側(cè)支座脫空的現(xiàn)象。綜合考 慮上述問題后,,曲線橋的跨徑最好不要過大,,以15m跨徑最 為適宜,而更好的辦法就是盡可能采用普通鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu),,避免使用預應力,,同樣這種辦法也是以跨徑不能過大 為前提的。 綜上所述,,本橋上部結(jié)構(gòu)擬定兩個方案:方案一:5×13m預制鋼筋混凝土空心板方案,,U臺、擴大基礎(chǔ),,樁 柱式橋墩,;方案二:4×15m普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁 方案,U臺,、擴大基礎(chǔ),,固結(jié)獨柱墩、獨柱墩,、樁基礎(chǔ)(方 案二見圖3),。 1.2.2 上部方案比選 根據(jù)前文的論述,這兩個上部結(jié)構(gòu)方案本身是有理論 依據(jù)的,,并且是有比較價值的,。具體比較如下: ⑴方案一特點 由于全橋都位于平曲線段上,因此采用主梁調(diào)整預制 長度,,如圖1所示,,空心板翼板的寬度根據(jù)曲線半徑確定 預制長度;因為每跨梁長的不同,,所以在結(jié)構(gòu)計算及配筋 時,,需要根據(jù)梁長的差別按照不同梁長級配計算配筋,,這 樣缺點是: ①設計階段設計周期會增長,; ②實施階段會因為增多了模板套數(shù)而抵消預制結(jié)構(gòu)原 有的節(jié)省工期以及比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)節(jié)省造價的優(yōu)勢; ③運營階段上部結(jié)構(gòu)還會由于橫向不同、梁板板長和 剛度不同更易在鉸縫處形成通長裂縫,,影響運營期的使用 以及增高養(yǎng)護成本,。 ⑵方案二特點 同樣全橋位于平曲線上,現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)可以避免方案一 所敘述的問題,;采用較小跨徑而實現(xiàn)的普通鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu),,避免了預應力的徑向分力對結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及對抗扭性能 的影響。對于曲梁在外荷載的作用下會形成撓曲變形與彎扭耦 合共同變大的情況,,但對于受力模型來說還是跨中下緣形 變與耦合更嚴重,,普通鋼筋在這個位置隨變形增大而增加 使用效率,同時提供了更好的抗彎扭和對抗翹曲正應力的 效果,。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析比較,,在15m跨徑的35m半徑時,內(nèi)外腹板跨中處彎矩較內(nèi)外腹板弧線長度對應跨徑的直橋跨 中彎矩數(shù)值相近,,故可以簡化為根據(jù)內(nèi)外腹板弧長的直橋來進行替代內(nèi)力計算,,從而減短設計周期;由于橋面橫坡為5%,,梁底為平坡,,半徑外側(cè)腹板比內(nèi) 側(cè)腹板高,這正符合了內(nèi)外側(cè)抗彎與抗扭的區(qū)別,,客觀上 降低了一定的梁高,;腹板采用鋼筋骨架配筋增加整體性、抗彎能力,、抗扭 能力,,同時也對翹曲形變引起的翹曲正應力及其伴生的剪 力有一定抵抗能力。 經(jīng)上述比選后上部結(jié)構(gòu)選用方案二,,這個方案在構(gòu)造 合理性,、全壽命工期及經(jīng)濟綜合評價以及上部結(jié)構(gòu)具體受 力條件的改善方面都更為出色。 1.2.3 下部方案比選 通過上部方案比選,,選定了普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁 的方案,,下部結(jié)構(gòu)就以上部本方案為基礎(chǔ),選擇了兩個方 案比選,。 方案一:固結(jié)獨柱墩,、獨柱墩、承臺,、樁基礎(chǔ),,固結(jié) 獨柱墩布置在1、3號橋墩(如圖3),,2號墩為獨柱墩,。 方案二:偏心獨柱墩、承臺、樁基礎(chǔ),。鑒于橋梁所在 路線圓曲線半徑較小且存在緩和曲線段,,無法根據(jù)圓曲線 線形大、小樁號方向?qū)ΨQ布置,,以縮短設計,、實施階段周 期,故而全橋墩柱采用徑向布置,。上述方案的力學模型最大的差別在于,,方案一活載作 用在徑向剖面(見圖4)上時,對結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的最大彎矩 較小,?;钶d最不利工況力學模型的受力特點是:利用徑向剖 面雙側(cè)橋墩以外的上部結(jié)構(gòu)自重,平衡兩側(cè)橋墩內(nèi)的恒載 及活載對相鄰兩橋墩墩頂主梁構(gòu)成的負彎矩(如固結(jié)墩頂 同樣有彎矩),。在綜合考慮了兩個方面因素后,,最終推薦方案一,其 比較過程如下,。 穩(wěn)定性分析 :本結(jié)構(gòu)采用了固結(jié)獨柱墩與獨柱墩相結(jié) 合的墩身結(jié)構(gòu),,15m跨徑對應中35m半徑處的跨中最外側(cè)可 能出現(xiàn)的受力點到此跨兩獨柱墩支點連線的距離為:5.0m (直橋為4.3m),差值為0.7m(如圖4中跨中截面橋梁中心 線到橋墩中心線的距離),,經(jīng)計算在不考慮墩頂固結(jié)的最 不利情況下,,也不會造成邊跨半徑內(nèi)側(cè)支座脫空的現(xiàn)象出 現(xiàn),故而不需要利用偏心下部結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定性,,否則方案 二勢必會由于下部偏心結(jié)構(gòu)而增加造價,,就穩(wěn)定性分析而 言選用方案一為宜??拐鸺罢w性分析:方案一與方案二在墩梁結(jié)合處的 區(qū)別是:以支座作為上下部結(jié)構(gòu)過渡的墩身僅承受并向上 部結(jié)構(gòu)傳遞了軸力,、剪力,而固結(jié)墩除了傳遞軸力,、剪力 外,,同時還承受彎矩作用,有效的減小了上部結(jié)構(gòu)的自由 度,,提高了橋梁整體的抗震穩(wěn)定性,,并能有效防止縱坡過 大以及其他原因造成落梁。由于固結(jié)墩采用了矩形截面,,所以主要是徑向方向與 切線方向自由度較大,,并且由于尺寸的原因橋墩給上部構(gòu) 造增加的剛度很小。能更好利用橋梁整體的剛度對內(nèi)力進 行再分配,,以提高整體性,。由此可見從抗震及整體性分析而言選用方案一有一定 優(yōu)勢,。經(jīng)上述比選后下部結(jié)構(gòu)選用方案一。 2 設計要點 由工程實例總結(jié)的非匝道小半徑橋梁設計要點,。根據(jù)上文對工程實例討論研究,在綜合考慮造價和工期后,,現(xiàn)將對于與上文中工程實例同類型項目的小半徑橋梁(匝道橋除外)具有普遍意義的設計要點,,特歸納如下。 2.1 橋跨布置及方案選定注意應結(jié)合布跨結(jié)果,,布置固結(jié)墩的位置,,以及非固結(jié)墩臺的支座選用。一般情況下,,二級及以下公路的小半徑橋梁多是在陡坡深溝處,,以路線貼近等高線走向以減小工程量。這種路段一般為緩和曲線加圓曲線加緩和曲線的形式,。所以,,一般來說在地形、水文條件允許的情況下,,盡量在圓曲線曲中點附近布置一個橋墩,,圓曲線所在的一聯(lián)橋梁盡量以此橋墩為基準對稱布置,可以最大可能的避免邊跨半徑內(nèi)側(cè)支座脫空,,并且這種布跨方案在活載作用的最不利情況下(見圖4)對結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的彎矩最小,。 2.2 結(jié)構(gòu)尺寸的方案擬定原則 在條件允許的情況下,盡量降低梁高,,盡可能減小固 結(jié)墩墩柱的截面尺寸,,增大橋墩的柔度,這樣可以盡量減 小橋墩由于固結(jié)對上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響,,并讓下部結(jié)構(gòu)在 由于上部結(jié)構(gòu)翹曲形變產(chǎn)生翹曲正應力時更有效的參與內(nèi) 力再分配,,使結(jié)構(gòu)受力更合理,項目投資更高效,。 2.3 結(jié)構(gòu)計算要點 結(jié)構(gòu)計算要點包括:進行正常獨柱墩徑向剖面的上部 穩(wěn)定性計算(邊界條件按簡支計算),;采用偏心墩的整體 穩(wěn)定性計算(邊界條件按簡支計算);如偏心墩無法完全 解決支座脫空問題,,就需要進行固結(jié)偏心墩的整體穩(wěn)定性 計算(邊界條件在固結(jié)墩處采用固結(jié)計算)并且根據(jù)固結(jié) 界面不同情況進行截面配筋驗算,。 |
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