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预制——现浇连续梁桥的设计
2010-05-18 
广州市海南互通立交桥属于东南西环高速公路,其主线桥位于R=1 500 m 的圆曲线上,在与F匝道桥相接处跨越广中大道,与广中大道的斜交角度约为30°,广中大道位于广州市繁华地带,交通量很大,施工不得影响它的正常运营。

   由于F匝道桥(F匝道桥桥上纵坡为5%,并且紧邻收费站)的限制,致使降低此处主线桥的桥面高程显得特别重要,不仅可以使F匝道桥线路顺畅,不必为下坡而额外展线,而减短桥长,降低工程造价,而且可以减小收费站的纵向坡度,满足规范及使用要求。

   这就要求此处应采用低高度的桥梁结构,且桥下净空不能太大。在此处如果采用较小跨度的斜交预制吊装简支梁方案,虽然设计和施工均比较简单,但必须在桥墩处设置斜交长盖梁,这在大城市的繁华地带显得非常丑陋,是首先应该被否定的方案;如果采用大跨正交简支梁方案,则跨度必须增大很多,桥梁结构的梁高必然增大,抬高桥面高程,而且主线桥的工程造价也要大大提高;如果采用较小跨度的现浇连续梁方案,则必须要有支架,桥下净空又要增大很多,从而抬高桥面高程。在实际设计中综合预制吊装与支架现浇的特点,采用预制和现浇相结合的方案,形成预制.现浇连续梁。这样,既降低了桥梁的结构高度,取消了施工高度,满足了路线交叉设计的要求,又没有斜长盖梁,对广中大道的交通影响很小。

    1 .设计方案及分析模型

    a.桥型方案。该段桥梁结构采用(23+3+23)m的斜交预制.现浇连续T梁,如图1、图2及图3所示。整个结构由四部分组成:预制T型梁;现浇T型梁(含墩顶直接支承的隐形盖梁);T型梁间湿接缝;桥面现浇层及防撞墙。边跨预制梁长20.5 cm,中跨预制梁长25cm,桥墩顶处2.0 m宽隐盖梁与两侧各1.5 m主梁组成的现浇段长度共计5.0 m。预制边跨梁的吊装重量为24.0 t,预制中跨梁的吊装重量为29.0t。

   孔跨布置平面图


孔跨布置立面图


结构横断面图

     预制T型梁的布置间距为1.9~2.1 m,预制梁顶板宽度为1.5 m,预制梁高1.4 m,腹板厚度18 cm,在梁底成马蹄形,腹板在端头2.7m的范围内渐变到44 cm,这样处理,既有利于结构受力要求,又有利于处理预制梁段与现浇梁段之间的连接问题。为了适应变宽桥面,在梁间设置0.4~0.6 m的变宽湿接缝。

    10 cm厚的桥面混凝土铺装层既可以增强桥面板的局部受力要求,又可以增强各片梁之间的联系。

    b.施工步骤。① 地面场地制作预制T型梁段;② 墩位处搭设支架,在夜间车流较小时,把制作好的预制T型梁段吊装到支架上;③ 在支架上设模板现浇盖梁及T梁部分,与预制T梁形成整体;④ 待现浇混凝土的强度达到设计强度的95%后,拆除支架;⑤ 现浇T型梁间湿接缝;⑥ 现浇桥面层及防撞墙。预制梁段与现浇梁段之间的接头施工要按新老混凝土的连接要求操作。为了消除混凝土的收缩影响,宜在现浇段混凝土中加入适量膨胀剂。

    c.计算分析模型。结构的分析计算应模拟施工的全过程,所以计算分析过程和施工步骤一致,整体计算具体见图4。① 将预制梁吊装架设在支架上,其受力状态为简支梁的受力状态,支承点为临时支撑线;② 在支架上浇筑现浇段,当约束(支架)未拆除时,预制梁的内力不发生变化(混凝土的收缩和徐变内力很小,此处暂不考虑) 现浇段内无内力。此时,结构体系虽然发生改变,由多跨简支梁变成连续梁,但结构的内力不发生变化。③ 拆除临时约束(支架),在这个阶段,已形成的连续梁内力进行重分布。重分布后连续梁的内力与一般连续梁的内力不同。该连续梁在二期恒载及活载等其它荷载作用下的受力模式与一般连续梁的受力模式相同,这些荷载在连续梁内产生的内力也与一般连续梁产生的内力相同。

    以上各个阶段产生的内力可采用线性叠加的方法计算而得。

计算分析模型



    2. 预制一现浇连续梁受力特点的讨论

    为了讨论的方便,假定一个边跨为 ,中跨为2L的三跨连续梁,其现浇段长为2 x,边跨预制长度为L-x,中跨预制梁长为2L-2x;假定临时支承就在预制段与现浇段相接的断面上;假定梁的抗弯刚度全桥相等。

    在一期恒载作用下,该预制一现浇连续梁的弯矩图如图5(1)所示。可见,墩顶和跨中弯矩与现浇段长度x有直接关系。现浇段长度x越长,则墩顶弯矩越大,跨中弯矩越小,当x= L时,即预制段长度为0,墩顶弯矩达到最大值ql2 /2,跨中弯矩达到最小值0,成为悬臂法施工的连续梁弯矩图,如图5(2)所示;反之,现浇段长度x越短,则墩顶弯矩越小,跨中弯矩越大,当x=0时,墩顶弯矩达到最小值0,跨中弯矩达到最大值ql2/2,成一般意义上先简支后连续的连续梁,如图5(3)所示。在预制段与现浇段相连接的断面上,弯矩很小。

    在二期恒载及活载等其它荷载作用下,连续梁体系转换已经完成,结构的受力模式与一般连续梁相同,所以受力特点也完全相同。

预制-现浇连续梁变矩图


    3 结论

    a.本连续梁采用预制与现浇相结合的施工设计方案,兼有预制和现浇的特点,各取所长,不同于一般的先简支后连续结构。把桥面高程在满足运营要求的前提下,降底到了最低的高度;在跨广州市广中大道的桥墩墩顶避免了长斜盖梁;施工方便,最大起吊重量只有29.0 t,支架的数量不大;在施工过程中对桥下所跨越道路的正常运营干扰较小;对于斜交的连续梁,这种方式可以减小斜交的影响。这种预制.现浇连续梁不失为一种提高桥梁适应性的一个探讨和尝试。

    b.预制梁段与现浇梁段的长度可以根据施工场地的具体情况进行调整;还可根据其受力特点进行调整。

    c.由分析计算可知,预制梁段与现浇梁段连接处断面在一期恒载作用下的弯矩值很小,这与一般连续梁的受力特点不同。但在 二期恒载及活载等其它荷载作用下的受力特点与一般连续梁完全相同。

    d.临时支承线的位置对连续梁最终的内力影响很大,在施工中应严格要求,准确就位;但这种误差又不可避免,应在设计中充分考虑这个影响因素,给出最大误差限值。

    e.预制梁段与现浇梁段的连接设计是该连续梁设计中的关键构造之一,设计时应适当提高安全系数。该处属局部构造,提高安全系数后增加工程量不多。

    f.对于斜交桥,现浇段越短,连续梁的斜交效应越小。

    g.预制梁采用T型梁形式,可以降低工程造价,但在外形上仍感觉不及箱梁。预制梁采用小箱型梁,还可进一步降低梁高。在此处采用钢梁也不失为一个有效的方案,但工程造价会更高一些。
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