桥涵工程
Applications of Pier Streng then in Mountain Bridges
LI Ling xia1,LIN Jie2,
QIN Fang ming3
(1 Ro ad administrat ion department of Baise,Baise,G uang xi,533000;2 School of transportation of Guangxi,N anning,Guang xi,530023;3 Zho ng Jiao T o ng L i road ex aming co nstr ucio n limited.,Xi An,Shanx i, 710075)
Abstract:High pier and sho rt lengt h are characters of co untr y bridg es.Co mbine the high pier and t he main g ir der is a use ful met ho d in co nstr uctions.T he article u ses Da pipa bridg e and zhex iantun br idg e, which ar e part o f the reconst ruction pro ject of Baise reserv oir,as ex amples to dis cuss the mechanical and economical char acter s o f such technics.
Key w ords:Count ry bridg e;Co mbine the pier and the girder;Analysis 文章编号:1673 4874(2008)05 00 04
墩梁固结法在山区桥梁的应用
李凌夏1,林 杰2,覃芳铭3
(1 百色市公路管理处,广西 百色 533000;
2 广西交通职业技术学院,广西 南宁 530023;
3 中交通力公路勘察设计工程有限公司,陕西 西安 710075)
摘 要:山区普通公路上的桥梁,具有高墩、小跨径的特点。为满足高墩的抗推要求,将高桥墩和主梁固结是一种有效的方法。文章结
合百色水利枢纽库区道路复建工程中的大琶屯交通桥、者仙屯交通
桥,通过对不同结构体系的对比,讨论墩梁固结结构的力学特性和
经济性。
关键词:山区桥梁;墩梁固结;分析
中图分类号:U443 16 文献标识码:A
广西桂西山区,地形变化复杂,高差大。在山区普通公路的桥梁设计中,采用标准化、施工便利的预制拼装结构对缩短工期、降低工程造价有着重要的意义。同时,山区公路平曲线半径小、路基宽度也较小,采用小跨径梁桥是合理、经济的。小跨径梁桥,在高差较大的山区,意味着高墩的普遍存在。
在广西区内以往的设计中,普通装配式梁桥的桥墩,通常作为单一实体考虑。遇到高墩,通常以双薄壁墩或空心墩为设计方案。但在百色水利枢纽库区道路复建工程实际中,因恢复建设的指导原则是:原规模、原标准、恢复原功能,地方道路复建桥梁均为净宽 4 5m的窄桥。这种上构工程量极小的桥型,下构造价无疑是控制工程成本的关键。而工程量较大、施工工艺复杂的常用墩型方案,不利于成本控制。为了解决这个问题,在库区复建的2座高架桥设计中,对空心墩、双薄壁墩和墩梁固结的矩形墩进行了对比分析,并优选了较佳外形尺寸的矩形墩进行施工图设计。
墩梁固结,是将桥梁中墩高较高、刚度相差不大的几个桥墩与主梁固结起来,形成刚构体系。利用墩自身的柔性适应上部结构的变形;利用刚构抵抗车辆制动力。墩梁固结后,高墩的稳定性好,因而墩身可以采用较经济、施工工艺相对简单的外形,施工安全度相对较高。
1 墩梁固结的结构特点
预制空心板与高墩固结的结构,利用高墩的柔度来适应整体结构由预应力,砼收缩、徐变,温度变化,车辆荷载作用引起的内力、外力和位移。因为墩身相对桥梁上部构造的刚度比通常较小,墩梁固结结构中,桥墩对上部结构内力的影响很小,在上构的设计计算中
李凌夏 林 杰 覃芳铭
通常可以忽略。
墩梁固结,可以使高墩在竖向偏心压力的作用下,由一端固结(基础端)、另一端自由或铰接(墩顶端)的构件,变为一端固结、另一端弹性固结的构件。减少了桥墩墩顶的自由度,提高了墩身的稳定性,从而增强了全桥的稳定性。
墩顶设支座和墩顶固结对墩身的构造要求有所不同。设墩顶支座的墩身仅承受上构传递来的轴力、剪力。而墩顶固结的墩身,除了承受上构传递来的轴力、剪力外,同时还承受弯矩作用。两种结构的墩身变形曲线及弯矩图如图1
所示。
图1 墩身变形和弯矩图
2 墩梁固结构造
固结墩在现浇盖梁时,在盖梁中心预留墩梁固
结钢筋。空心板架设就位后,焊接空心板连续钢筋,绑扎墩梁固结钢筋,采用与空心板等强度的混凝土浇筑墩顶现浇段,实现墩梁固结。为提高固结段处的抗裂性能,现浇接头可采用微膨胀混凝土。墩梁固结构造示意如图2
。
图2 墩梁固结构造图
3 工程实例3 1 桥梁概况
a 大琶屯交通桥
大琶屯交通桥位于百色市右江区汪甸镇大琶屯附近,跨越乐里河宽谷。桥位处河水较浅,但水利枢纽蓄水后,该处水深达29m 。桥梁是联系大琶屯和
村民的耕作区的重要结构物。各墩高度相差较大,最低14 6m,最高30 6m 。桥跨布置如图3所示。该桥跨径组成为6 20m ,上部采用后张法预应力空心板,先简支后连续,下部采用矩形墩,扩大基础或承台桩基础;重力式U 台,扩大基础。主要尺寸和技术标准:净宽-4 5m+2 0 5m 防撞护栏;公路 级荷载;预制梁高90cm,C40砼;整体化现浇层和铺装共11 6~15cm 厚,C40砼;!度设防,设计地震基本加速度特征值0 10g,特征周期Ts =0 35s;桥墩尺寸为2 1m
。
图3 大琶屯交通桥桥跨布置图(单位:cm )
西部交通科技
Bridge and Culvert Engineering
桥涵工
程
结构体系形成的顺序:
(1)盖梁顶预埋墩梁固结钢筋。预制空心板吊装就位。
(2)绑扎铰缝、整体化现浇层和桥面铺装钢筋;浇筑铰缝、除纵向连续段外的整体化层和铺装层。(3)焊接空心板纵向连续钢筋,绑扎盖梁顶现浇段横向钢筋和墩顶固结钢筋;现浇墩顶固结(也是纵向连续)砼。
(4)桥梁护栏施工。
该桥的典型横断面见图4
。
图4 大琶屯交通桥典型横断面图(单位:cm )
b 者仙屯交通桥
桥梁位于百色市右江区阳圩镇者仙屯附近,跨越八桂河V 形深谷。桥位处河水较浅,但水利枢纽蓄水后,该处水深达43m 。桥梁两端分别是者仙移民新屯和村民的耕作区。各墩高度相差较大,最低33m,最高43 7m 。桥跨布置如图5所示。该桥跨径组成为4 40m,上部采用后张法预应力T 梁,先简支后连续,下部采用矩形墩,扩大基础;重力式U 台,扩大基础。主要尺寸和技术标准:净宽-4 5m +2 0 5m 防撞护栏;公路 级荷载;预制梁高230cm,C40砼;桥面铺装为11 6~15cm 厚C40砼;∀度设防;桥墩尺寸为3 1 4m;1~3号墩均为墩梁固结。
该桥后来因错过在库区蓄水之前施工的机会,改为60+100+60m 连续刚构桥实施。在此文引用
该桥仅作为一个对比设计的例子。
图5 者仙交通桥桥跨布置图(单位:cm)
3 2 结构计算
因为跨径和梁高较小,墩高也较小,很明显大琶屯交通桥(以下称#a 桥∃)的梁、墩刚度比相对较大,本文仅介绍a 桥的计算,表中计算值为承载能力极限状态下的设计值。
结构计算采用平面杆系有限元分析程序GQ JS8 0,计算中考虑墩身的抗弯刚度、不考虑地基土对结构的弹性作用,将墩柱底面看作理想固结点,桥台设置滑板支座。成桥后计算模型如图6所示。由于结构体系在施工过程中是变化的,在不同的施工阶段,采用的结构模型是不同的。预制梁在存梁时为自重、预应力、砼收缩徐变等作用下的多点单向支撑状态;架梁后,计算模型变为单片梁简支状
态。在浇筑铰缝、桥面现浇层和铺装砼后,又变为单跨简支组合梁体系。在墩顶固结现浇段砼接头浇筑并达到强度后,完成体系转换,形成刚构体系。计算中考虑了上部刚构体系形成的过程。
图6 大琶屯交通桥平面计算模型图
3 3 计算结果与分析
(1)对于a 桥,结构计算考虑了两种体系:
&在2、3、4号墩处设墩梁固结,其余墩顶设橡
胶支座。
不同结构体系下,整体式上构在自重+砼收缩
徐变+降温作用下的计算弯矩见表1,各墩柱内力
计算值见表2。
表1 桥跨弯矩计算值表(kN/m)
截面位置体系(1)体系(2)
第1跨跨中75427549
第2跨跨中69996861
第3跨跨中70866973
1号墩墩顶-1828-1742
2号墩墩顶-1433-1680
3号墩墩顶-1520-1762
表2 墩柱内力计算值表
内力墩体系(1)体系(2)
墩顶水平力(kN)167 342 8 220 425 6 312 222 1
墩顶轴力(kN)125862574 225152754 325372880
墩顶弯矩(kN/m)100 20708 3 30667 1
墩底轴力(kN)144794256 246985034 350805354
墩底弯矩(kN/m)11005 8712 9 2453 3599 4 3319 1546 8
从表1可以看出,墩梁固结前后,上部结构的计算控制截面弯矩值相差很小。跨中弯矩在3%之内,墩顶负弯矩则在20%之内,固结后负弯矩在3个墩顶的分布较设支座时更为均匀,且极大值小于设支座时的极大值。这表明:上构设计中可以忽略固结墩对其内力的影响。如此,降低了设计和施工的复杂程度,因为预制梁不需做特殊设计和处理。
从表2可以看出,墩梁固结后,墩顶水平力、墩底弯矩在3个墩顶的分布较为均匀,且极大值小于设支座时的极大值。这表明:通过设置多个固结墩,能有效全桥的下构内力,适当降低墩身的内力峰值。
(2)对于b桥,考虑了两种形式的墩型计算配筋:
%横桥向为左右共2个对称的薄壁墩,墩顶处仅上构连续,设橡胶支座;
&矩形墩,在1、2、3号墩处设墩梁固结。
两种墩型的2号墩构造如图7
所示。
图7 双薄壁高墩、矩形高墩构造图(单位:cm)
不同结构体系下,对于桥梁最高的2号墩,两种墩型的主要材料对比见表3。
表3 2号墩柱主要内力和材料表
项目单位体系(1)体系(2)墩顶轴力kN52325208
墩顶弯矩kN/m01714
墩底弯矩kN/m13261599
基础砼m3141 692 5
墩身砼m3209 3179 3
系梁砼m316 80墩主受力筋t11 417 45
从表3可以看出,墩梁固结后,虽然墩身底面的弯矩增大了,但是由于墩顶固结,墩柱的计算长度由87 6m(2L)减少到30 7m(0 7L),因此可以减小墩身截面,降低配筋率。达到节约材料而不降低结
(下转第71页)龚万明 呙 勇 张 航
根据式(6)、(7),经过残差检验和均方差检验,均方差比C=0 478<0 5,小误差概率P=1> 0 95。依据表3,证明所建灰色预测模型精度为级,预测精度较好。
3 结语
由表4可以看出,如果维持现有道路交通条件不变,2002 2006年汉宜高速公路的死亡事故数也将显著下降,从而说明了1999年对黑点路段的整治是长期有效的。2000年、2001年的死亡数下降不是随机偶然的,而是整治的真实效果。需要注意的是:
(1)实际中某些年汉宜高速公路死亡人数比预测值大,不是说明黑点整治没有效果,而是交通量、其它道路交通条件发生变化的结果。如汉宜高速公路的日均车流量已从1995年的7000辆增至2005年的15000多辆。
(2)用灰色预测模型预测交通安全指标的发展趋势,精度较好,目前应用也已较成熟。但如结合使用A RI MA模型、神经网络预测模型等其它预测方法,可使预测分析结果更精确。
(3)灰色预测模型可利用有限的原始数据,预测未来的发展,从而判断采取的交通安全措施及一系列整治是否是长期显著有效的。如汉宜高速公路2004年5月至2006年10月全线完成了黑色化改造,大大改善了道路使用条件,也可以通过灰色预测模型预测今后的道路事故数,从而评价改善的效果。
参考文献
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化学工业出版社,2005 2.
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研究[J].长春理工大学学报,2006,12(4):43-46.
[4]许国星,李显生,等.交通事故预测的灰色G M(1,1)模型
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[5]刘思峰,郭天榜.灰色系统理论及其应用[M].北京:科技
出版社,1999.
[6]易德生,郭 萍.灰色理论与方法[M].北京:石油工业出
版社,2002.
收稿日期:2008 07 24
作者简介:龚万明(1968∋),男,湖北十堰人,工程师,长
期从事道路勘察设计与管理工作;张 航
(1967∋),男,湖北洪湖人,武汉理工大学交
通学院副教授,硕士研究生导师,从事道路工
程研究工作。
(上接第67页)
构安全储备的目的。同时,墩梁固结减少了支座,也避免了每20年左右需要进行的支座更换工作。单矩形高墩利于爬模施工,还避免了施工工艺复杂的高空系梁,提高了施工安全度。
4 结论
经过上述对比分析,可得如下结论:
(1)墩梁固结对上部结构受力影响较小。
(2)当一联桥内多个桥墩与梁固结时,可有效减少桥墩内力。
(3)固结墩墩顶存在较大的弯矩,控制配筋应该注意墩顶和墩底二处截面。
(4)墩梁固结能有效减小高墩工程量,降低造价和施工难度。5 结语
通过对百色库区2座高墩桥梁应用装配式先简支后刚构桥的讨论分析,得到一些对高墩设计有用的结论。有利于优化山区公路桥梁设计。同时为减少桥梁病害、降低养护难度和费用等提供了新的思路。
参考文献
[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1985 12.
收稿日期:2008 08 22
作者简介:李凌夏(19∋),男,广西田阳人,工程师,主
要从事路桥施工技术管理工作。下载本文
