小半径曲线钢混凝土叠合连续箱梁桥设计探讨

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72桥梁结构城市道桥与防洪2010年8月第8期小半径曲线钢一混凝土叠合连续箱梁桥设计探讨熊洪波(广州市市政工程设计研究院，广东广州510060)摘要：该文介绍了昆明二环大树营立交曲线钢一混叠合梁的设计体会，并以三跨40m+62m+40m钢一混凝土叠合箱梁桥的设计为例，简要介绍了小半径大跨度连续钢一混凝土叠合箱梁桥的设计思路及分析计算方法。关键词：叠合梁；曲线梁；反力不均匀系数；负弯矩中图分类号：U448．21"5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2010)08—0072—03稳定。箱梁顶板采用闭合截面的u形加劲肋，板0引言厚6mm，底板设有纵向I肋，肋厚16mm。考虑腹近年来随着城市高架桥、立交桥建设的需要，板局部屈曲安全的问题，在腹板上设置一道纵向曲线梁在我国己被广泛采用。为了节约用地、减少加劲肋，厚16mm。箱梁边腹板厚16mm，中腹板征地拆迁，曲线梁的半径往往较小。另外，由于需厚14mm，翼板顶板厚12mm，其余部分顶底板厚要跨越既有高架、铁路等，往往跨径较大。这时跨度随截面内力变化而变化，横梁处顶底板厚度最径较小的普通钢筋混凝土连续曲梁难以满足这种大，为25mm，跨中厚度最小，为16mm。需要，因此选用有较大跨越能力的预应力混凝土桥面板采用CF50钢纤维混凝土后浇层，厚度梁和钢结构。在施工工期、施工交通组织允许的情15em(包括钢箱梁顶板厚度)。钢纤维混凝土后浇况下，一般选用较为经济的预应力混凝土连续曲层与钢梁顶板之间采用剪力钉连接。整个结构横梁。但在施工工期、施工交通组织要求较严、不能坡由绕里程线旋转钢梁与混凝土后浇层调坡共同中断地面交通的情况下，采用满堂支架浇筑的预形成。应力混凝土连续曲梁难以满足，而通常采用钢结该桥的主要特点主要表现在以下几个方面：构。钢箱梁具有较大的抗扭刚度，无疑非常适合此(1)曲线半径小，支座反力分配不均匀，容易类曲线梁段，但由于正交异性钢桥面板具有噪音出现支座脱空现象；大及桥面铺装不稳定等诸多缺点，通常在上述路(2)跨度大，中墩墩顶负弯矩大，混凝土桥面段优选钢一混凝土叠合箱梁桥。板易开裂；(3)采用等高梁且高跨比较小，需通过施工工1工程概况序来调整结构应力。昆明市主城二环快速系统改扩建工程东、北2连续曲线钢一混凝土叠合梁总体布置二环段大树营立交中，D匝道跨越人民路高架及主线高架时，在DS4⋯7DS410轴采用了40m+62m+2．1跨径布置及支座偏心设置40m连续钢一混凝土叠合箱梁。该梁段曲线半径由于钢结构具有自身重量轻的特点，且混凝R=80m，桥宽8m，布置两个车道，单向横坡2％土现浇层厚度不大，活载在总荷载中所占比重较～3％。整个梁段线形组成为：26．39m(缓和曲线大，连续梁边墩支座在恒载作用下的预压力一般段)+101．13m(圆曲线段)+14．48m(缓和曲线不大，要预防全部被活载引起的上拔力克服的危段)。桥梁横断面见图1，结构采用单箱双室，梁高险。因此在总体布置时边跨和中跨的比例不宜过按等高布置，箱梁腹板净高1．85m，混凝土后浇小，宜适当放大。层15em(含顶板厚度)，边腹板采用斜率为3：1的连续曲线梁支承一般设计为边墩为支座，中斜腹板，并在悬臂板根部用R=1000的薄钢板包间几个支座为单点支承，这样在活载作用下不仅封，使得钢梁外观与混凝土梁一致。边跨而且中跨都会对边墩支座产生扭转作用，使钢箱梁沿结构中心线每隔2m设置一道横隔得两支座受力不均。为了扭转荷载的连续传递，减板及倒T形的斜撑支撑翼板，以保证箱梁的整体小曲梁两端的扭矩，本工程中所有曲线梁所有墩均采用双支座设计。收稿日期：2010—04—26两支座受力不均时，一般采用增大支座间距作者简介：熊洪波(1979一)，男，湖北赤壁人，工程师，从事桥隧工程设计工作。的方法来实现，因此对于双支座应尽量放大它们 2010年8月第8期城市道桥与防洪桥梁结构73圈1钢一混凝土叠合梁横断面f单位：cm)之间的间距。但在小半径连续曲线梁的情况下，好。但是梁高太小会导致桥梁刚度不足应力太仅靠增大支座间距的方法是不够的，这时就要靠大等问题，因此合理地选用钢梁高度就显得尤调整支座偏心来避免出现负反力并使得反力分为重要。表2为梁高变化时，各设计参数的变动配均匀。情况。表1为DS4⋯7DS410轴两边墩支座在各总表2梁高变化对设计参数的影响体布置情况下的恒载反力及其不均匀系数比较表。在“支座间距2．9m外偏0．1m”的总体布置情况下，DS4—7轴最小活载反力为分别为一221．5kN(内侧支座)、一215．8kN(外侧支座)；DS4—10轴最小活载反力为分别为一269．2kN(内侧支座)、一222．6kN(外侧支座)。显然，在最不利荷载作用下各支座均不会出现负反力，但为使同一墩上两支座受力均匀以减小梁体扭矩，有必要调整支座横向偏心距离。由表1可知，在“支座间距2．9m外偏0．1m”的总体布置情况下DS4—7轴反力的不均匀系数为2．4％，说明支座偏心值设置合适，而DS4—10轴(注：表2中梁高h表示的是腹板净高。)偏心值宜进一步调整。从表2可以看出，适当增加梁高，钢材用量增表1边墩支座总体布置情况下的恒载反力不均匀系数比较表加不多，但表征截面应力的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有大幅提高和活载挠跨比大幅下降。因此在类似跨径的城市高架钢一混叠合梁(钢箱梁)设计中，如果梁高的设计条件容许，应适当放大梁高，以取得节省钢材的经济效果。3负弯矩区混凝土桥面板的设计思路及措施大跨度连续钢一混叠合梁设计要考虑的关键问题是叠合梁负弯矩区的处理方法。这是因为：多跨连续叠合梁在后期恒载及活载作用下，负弯矩区的混凝土桥面板常因拉应力过大而开裂，从而导致梁体刚度降低，混凝土板内钢筋甚至其下钢2．2梁高变化对设计参数的影响板锈蚀，以至降低结构的耐久性。合理选用梁高是进行梁体设计的重要因素。根据负弯矩区混凝土桥面板的性能要求，可按在确定梁高时应综合考虑建筑容许高度、刚度以下三种方法进行设计：不容许发生拉应力、不容条件和经济性等因素。在其它条件不变的情况许裂缝产生、限制裂缝宽度。对于这一问题，早期多下，梁高越小，总用钢量就越少，经济性也就越采用配置预应力的方法解决，要求混凝土在使用荷 74桥梁结构城市道桥与防洪2010年8月第8期载作用下不出现或仅出现有限拉应力。但随着研究的深入，取消负弯矩区桥面板的纵向预应力，增加普通钢筋来减小裂缝宽度，即用裂缝宽度限制替代拉应力限值的设计方法已经越来越得到认同和应用。这种设计方法简化了构造、方便了施工，并以经济上更大的竞争优势促进了组合结构桥梁的发展。本桥桥面板在纵向按容许开裂、控制裂缝宽度的原则进行设计，不设置体内纵向预应力束。为了改善负弯矩区桥面板的受力性能，实现对负弯矩区桥面板裂缝宽度的有效控制，本桥采用了200204060舯100120140160桥纵向，m如下技术措施：图1钢梁恒载应力图(1)优化纵向普通钢筋的布置。从提高纵向钢筋配筋率、握裹面积比，选择合适的钢筋直径及间距，依据桥面板纵向应力的分布来合理布置钢筋三个方面，实现对负弯矩区桥面板裂缝宽度及其分布的控制。需要说明的是，在钢梁腹板两侧桥面板一定范围内，剪力滞效应引起的桥面板拉应力较其他部位要高，因此设计时对该范围内纵向钢筋进行了加强布置。(2)合理地选择施工顺序。桥面板施工采用先跨中、后支点的浇筑顺序，这样跨中桥面板的恒载桥纵向，m作用对支点处混凝土桥面板会产生一个预压作图2混凝土现浇层恒载应力图用，有效地减小了支点桥面板的恒载拉应力，改善了负弯矩区桥面板的受力性能。(3)通过添加钢纤维、微膨胀剂等改善负弯矩区混凝土的性能。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。微膨胀剂能有效减少混凝土在浇筑硬化后收缩产生的裂纹，进一步2002o406080100120140160提高混凝土桥面板的抗裂性和密实度。桥纵向，m图3钢梁应力包络图4结构计算结构计算采用大型空间有限元程序进行分析，采用三维梁单元模拟曲线箱梁结构，并以施工阶段联合截面的形式考虑桥面板混凝土的作用。图1、图2分别为钢梁与混凝土现浇层在恒载作用下的应力图。需要说明的是图中恒载应力项包括收缩徐变产生的效应。图3、图4为成桥运营阶段钢梁与混凝土现浇层上下缘的应力包络图。5结论一200204060舯1001∞140160桥纵向，m大跨度小半径曲线梁桥在今后的城市立交中图4混凝土现浇层应力包络图 2010年8月第8期城市道桥与防洪桥梁结构75无锡市清宁大桥矮塔斜拉桥设计齐新，陆宏伟，秘志辉，邹德义(上海市政工程设计研究总院，上海市200092)摘要：无锡市清宁大桥主桥为主跨113m的矮塔斜拉桥，跨越京杭大运河，该桥为单索面、主梁为预应力混凝土单箱三室箱形梁，桥梁全宽30m。拉索为平行钢丝斜拉索、冷铸锚，主塔为钢筋混凝土结构，主塔锚固区采用钢锚箱的锚固方式。关键词：矮塔斜拉桥；预应力混凝土结构；箱梁；桥梁设计中图分类号：U448．27文献标识码：B文章编号：1009—7716(2010)08—0075—041概述无锡市清宁大桥是次干路清名路跨越京杭大运河的节点。工程位于无锡市区南长区内，向西通往居住区蠡湖新城，向东为中心城区。该工程项目的建设将对沟通无锡市中心区及住宅区湖滨区、促进无锡市经济的发展、沟通运河，加快区域物资流通、完善区域干道路网具有十分重要的作用。图1清宁大桥夜景照片主桥为矮塔斜拉桥，桥长251m，引桥为预应力混凝土连续梁桥。该桥2007年1月开工建设，结构形式。此外，施工方法上要求施工时河中不能2007年12月28日竣工通车。搭设临时支敦，以减少对繁忙的运河航道的影响。综合考虑上述诸多因素，从结构性能、造价、2桥型选择景观、施工难易程度等方面考虑，矮塔斜拉桥是很桥位西面为滨河绿地，东面多为6层以下的适合的桥型。矮塔斜拉桥在桥型上避免了与桥址住宅，周围视野比较开阔。北面距离大约600rfl处附近现有桥梁形式相重复，在无锡市政桥梁还是是金匮桥，该桥为上承式拱桥；南面距离约650Ill首次采用。处是金城大桥，该桥为一座105m主跨的预应力3景观创意混凝土连续梁桥(见图1)。考虑到南、北附近的金城大桥和金匮桥桥面相对较低的主塔没有压抑感，增加亲切感，与以上均无建筑结构，视觉效果比较平淡。结合清名周围建筑不会产生视觉冲突，易于周边环境相协路跨越运河处地势和建筑环境，认为这里需要视调一致【”。集中锚固于主塔顶部的拉索，更是给人觉上的亮点。另外，道路布置要求在运河两侧很快以苍劲有力的感觉。此外，本桥采用桥面中央布置落地，以方便布置匝道与运河西路、运河东路沟的单索面矮塔斜拉桥，使得桥梁整体看起来更加通。因此需要尽量选用主梁结构高度较低的桥梁简洁、大方。桥塔立面上强调线条优美流畅，断面上凸显层次变化，展现桥塔的雕塑感，立体层次收稿日期：2010—04—20设计构成了丰富的折面效果。桥塔在阳光照射下作者简介：齐新(1969一)，男，河北人，高级工程师，从事桥梁设计工作。通过光影变化展现丰富的形态，如同一座精致、cc：c：：：：：：c将会大量出现，而钢一混叠合梁亦将是很有发展前景的桥型之一。半径小时曲梁的力学效应显著，参考文献设计时应注意到支座反力的特点和规律，在支座[1]刘玉擎．组合结构桥梁[M]．北京：人民交通出版社，2004．设置和构造上应采取相应措施。[2]张俊平，黄道沸．大跨度异形结合梁设计与分析计算[J】．桥梁建对负弯矩混凝土桥面板开裂问题采取容许截设。2000(4)．面开裂、控制裂缝宽度的设计原则，并通过合理【3】彭建兵，程为和．城市高架连续曲线钢箱粱设计若干问题探讨的施工顺序优化负弯矩区混凝土桥面板的受力fJ]．城市道桥与防洪，2000(3)．性能。[4】乐小刚，余晓琳．城市高架曲线钢箱梁桥的设计们．钢结构，2007(10)．