桥梁工程设计(多跨简支预应力混凝土T梁桥)

广州市官洲河大桥西引桥施工图设计11尺寸拟定与方案比选1.1工程背景及使用要求1.1.1工程背景介绍广州新洲至化龙快速路，位于广州市东南部，起点与新港东路对接，并与广州环城高速公路东环线连接，跨越珠江后航道之官洲河和沥窖水道、穿越长洲岛，终点于番禺金山大道与广珠高速公路化龙至坦尾段连接。新洲至化龙快速路是广州南部地区未来道路主骨架网络的重要组成部分，是广州市南出口的主要通道之一。总投资19.8亿元。该项目为官洲河特大桥工程，大桥全长2220.6米，主桥跨越官洲河水道。官洲河特大桥为广州南部地区(仑头至龙穴岛)快速路的sd3标段，本标段范围为k2+839~k3+764.102，全长925.102米。本桥跨官洲河（小洲）水道，位于小洲村瀛洲生态公园以南，南接新造岛北新造立交。1.1.2工程使用要求广州市官洲河大桥，必须遵照“技术先进、安全可靠、使用耐久、经济合理”的要求进行设计，同时应满足美观、环境保护和可持续发展的要求。广州市官洲河大桥西引桥的主要技术标准如下：(1)设计荷载：公路-Ⅱ级；(2)设计速度：60km/h（双向四车道）；(3)桥梁全长：3×30m（每跨T梁长30米）；(4)桥面宽度：15.0m，横向布置为0.5m（防撞护栏）+14.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；(5)设计洪水频率：百年一遇；(6)通航等级：无。1.2方案比选广州市官洲河大桥西引桥施工图设计21.2.1方案比选下表列出了3种方案，简述了预应力混凝土连续梁桥、简支预应力混凝土T梁桥和预应力混凝土连续刚构桥的美观、安全和适用的性能，通过对三种桥型的比较，选择合适的方案进行设计计算。表1-2-1方案比选表方案设计方案一设计方案二设计方案三桥型预应力混凝土连续梁桥简支预应力混凝土T梁桥预应力混凝土连续刚构桥美观性全桥线条简洁明快，与周围环境协调好，因此，桥型美观。桥梁的线型简单单调，但也不缺乏这特有的简单之美。桥型美观，气势宏伟，与周围景观协调一致。安全性1.选用作为引桥的桥型，桥跨度合适，采用箱形断面，刚度大，施工安全；2.桥梁本身构造简单，现浇施工，整体刚度好；3.桥梁的运营养护成本在后期较低。1.T形截面，制造简单，接头也方便，常用跨径7.5-20m，预应力混凝土则为20-50m。2.施工采用吊装施工，需要一定的吊装设备以保证工期；1.全桥跨度适中用技术先进的悬臂浇筑法施工能安全的建成，且在施工过程中不需大量施工支架和临时设备，故施工方便，质量可靠，工期较短；2.全桥后期营运养护费用少；3.行车平顺舒适。适用性1.跨径为3×30米，与河道的适应性好；2.建筑高度小，外形简单且久用不衰；3.桥面平顺，行车舒适性较好。1．采用预应力混凝土T梁，最大跨径为50米；2.受力明确，构造简单，施工方便，经济合理，装配式结构，节约大量模板，缩短了工期，使用广泛。3.横隔梁保证各根主梁相互结成主体，以提高桥梁的整体刚度。1.中孔主跨跨越主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞要求低；2.河床压缩少，有利于汛期泄洪；3.全桥采用三跨一联的连续刚构，故只在两岸桥台处各有一伸缩缝。1.2.2预应力混凝土T梁介绍1.2.2.1构造布置当跨径超过20m时，一般采用预应力混凝土梁。我国后张法装配式预应力混凝土简支梁的标准设计有25，30，35，40m四种。主梁梁距通常在1.5～2.2m之间。横隔梁在装配式T形梁中起着保证各根主梁相互连成整体的作用；它的刚度愈大，桥梁的整体性愈好，在荷载作用下各主梁就能更好地协同工作。然而，设置横隔梁使主梁模板工作稍趋复杂，横隔梁的焊接接头又往往要在设于桥下专门的工作架上进行，施工比较麻烦。实践证明，对于简支梁桥，一般在跨中，四分点，支点处各设一道横隔梁就可满足要求。广州市官洲河大桥西引桥施工图设计31.2.2.2主要尺寸主梁：高跨比的经济范围是1/15～1/25之间，跨径大，取偏小值；肋厚14～16cm，在接近梁的两端的区段内，为满足抗剪强度和预应力束筋布置锚具的需要，将肋厚逐渐扩展加厚。梁高：我国后张法装配式预应力混凝土简支梁的标准设计有25，30，35，40m四种，其梁高分别为1.25～1.45，1.65～1.75，2.00，2.30m。标准设计中高跨比值约为1/17～1/20，其主梁高度主要取决于活载标准，主梁间距可在较大范围内变化，通常其高跨比在1/15～1/25左右。主梁高度如不受建筑高度限制，高跨比宜取偏大值。增大梁高，只增加腹板高度，混凝土数量增加不多，但可以节省钢筋用量，往往比较经济。肋厚：预应力混凝土，由于预应力和弯起束筋的作用，肋中的主拉应力较小，肋板厚度一般都由构造决定。原则上应满足束筋保护层的要求，并力求模板简单便于浇筑。国外对现浇梁的腹板没有预应力管道时最小厚度为200mm，纵向或竖向管道的腹板需要300mm，既有纵向又有竖向管道的腹板需要380mm。对于高度超过2400mm的梁，这些尺寸尚应增加，以减少混凝土浇筑困难，装配式梁的腹板厚度可适当减少，但不能小于165mm。如为先张法结构，最低值可达125mm。我国目前所采用的值偏低，一般采用160mm，标准设计中为140~160mm，在接近梁的两端的区段内，为满足抗剪强度和预应力束筋布置锚具的需要，将肋厚逐渐扩展加厚。横梁：中横梁为主梁高度的3/4，端横梁与主梁同高，宽12～20cm，可挖空；预制时，做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模。横隔梁的高度可取为主梁高度的四分之三左右。在支点处可与主梁同高，以利于梁体在运输和安装中的稳定性。但如果端横隔梁高度比主梁略小一些，则对安装和维修支座是有利的。横隔梁的肋宽常用12～20cm。预制时做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模。箱梁横隔梁的基本作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。在支承处的横隔板还担负着承受和分布较大支承反力的作用。箱形截面由于具有很大的抗扭刚度，所以横隔板的布置可以比一般肋形的桥梁少一些。目前许多国家认为可以减少或不设置中间横隔板。从受力角度来分析，中间横隔板对纵向应力和横向弯矩的分布影响很小，活载横向弯矩的增加很广州市官洲河大桥西引桥施工图设计4少超过8%，而恒载应力又不受横隔板的影响，因此，单从结构上来考虑，中间横隔板的作用可以用局部加强腹板或采取特殊的横向框架的办法来代替。翼板：端部较薄，根部加厚，不小于主梁高度的1/12。T梁翼板的厚度，在中小跨径的预应力简支梁中，主要满足于桥面板承受的车辆局部荷载要求。根据受力特点，翼缘板一般都做成变厚度的，即端部较薄，至根部（与梁肋衔接处）加厚，并不小于主梁高度的1/12。翼缘板厚度的具体尺寸，有两种处理方法：一种是考虑翼缘板承担全部桥面上的恒载与活载，板的受力钢筋设在翼缘板内，在铺装层内只有局部的加强钢筋网，这时翼缘板做得较厚一些，端部一般取80mm；另一种是翼缘板只承担桥面铺装层的荷载、施工临时荷载以及自重，活载则由翼缘板和布置有受力钢筋的钢筋混凝土铺装层共同承担（例如：在小跨径无中横隔板的桥上），在此情况下，端部厚度采用60mm就够了。目前高速公路上的桥梁及城市高架桥梁均设置防撞栏杆，根据防冲撞的要求，翼缘板端部厚度不小于200mm。为使翼缘板和梁肋连接平顺，在截面转角处一般均应设置钝角式承托或圆角，以减少局部应力和便于脱模。下马蹄：面积不宜过小，一般应占截面总面积的10～20％；下翼缘也不应过大、过高，否则，会面形心，减小预应力筋的偏心距。在预应力混凝土T梁的下缘，为了满足布置预应力束筋及承受张拉阶段压应力的要求，应扩大做成马蹄形。马蹄的尺寸大小应满足预施应力各个阶段的强度要求。个别桥由于马蹄尺寸过小，往往在施工和使用中形成水平纵向裂缝，特别是在马蹄斜坡部分，因此马蹄面积不宜过小，一般应占截面总面积的10～20％，具体尺寸建议如下：马蹄总宽度约为肋宽的2～4倍，并注意马蹄部分（特别是斜坡区），管道保护层不宜小于60mm。下翼缘高度加1/2斜坡区，高度约为梁高的（0.15～0.20）倍，斜坡宜陡于45°。应注意的是：下翼缘也不宜过大过高，这就要求将预应力束筋尽可能按二层或单层布置，将其余的束筋布置在肋板内，因为下马蹄过大，会降低截面形心，减小预应力筋的偏心距。1.2.2.3配筋特点受力钢筋：(1)预应力筋---根据结构受力配置预应力束。(2)非预应力纵受力钢筋---在预应力混凝土简支梁中，有时为了补充局部梁段内强度广州市官洲河大桥西引桥施工图设计5的不足，有时为了满足极限强度的要求，有时为了更好地分布裂缝和提高梁的韧性，可以将非预应力钢筋与预应力钢筋协同配置，这样往往能达到经济合理的效果。(3)斜筋---一般不设斜筋。(4)箍筋---预应力混凝土梁中剪应力一般较小，故按计算仅需布置少量的箍筋，但为了防止混凝土受剪时的脆性破坏，常按构造要求配置必要的箍筋，规定如下：箍筋直径不小于6mm，箍筋间距不大于25mm；下马蹄中需设闭合箍筋，箍筋间距不大于150mm。(5)翼缘板横向钢筋(6)横梁钢筋分布钢筋：(1)架立钢筋---根据构造要求布置，用来架设箍筋，以便将各种钢筋扎成骨架。其直径依梁截面尺寸大小而定，通常采用10～14mm。(2)水平分布钢筋---由于梁的上下翼缘在横向都比腹板厚，阻碍着腹板的收缩变形，因而有可能在腹板上产生平行于轴线的裂缝，为此，需在腹板内设置防裂钢筋。这种钢筋宜用小直径钢筋组成网格放在混凝土表面，紧贴箍筋布置。(3)锚固区的加强钢筋--在梁端锚固区应力非常集中，在锚具附近不仅有很大的压应力，还有很大的拉应力，因此，为防止锚具附近混凝土裂缝，因此，必须配置足够的钢筋予以加强。(4)支座下局部加强钢筋---提高局部承压构件的裂缝荷载和极限承载力。1.2.2.4横向联结钢板式接头：焊接钢板预先与横隔梁的受力钢筋焊接在一起做成安装骨架。当T梁安装就位后，即可在横隔梁的预埋钢板上再加焊接钢盖板使联成整体。接头强度可靠，焊接后立即就能承受荷载，但现场要有焊接设备，而且施工难度大。如图所示是采用钢板连接的接头构造。上缘接头钢板设在T梁翼板上，下缘接头钢板设在横梁梁肋的两侧。焊接钢板预先与横隔梁的受力钢筋焊接在一起做成安装骨架。当T梁安装就位后，即可在横隔梁的预埋钢板上再加焊接钢盖板使联成整体。端横隔梁的焊接钢板接头构造与中横隔梁相同，但由于其外侧（近墩台一侧）不好施焊，故焊接接头只设于内侧。相邻横隔梁之间的缝隙最好用水泥沙浆填满，所有外露钢板也应借水泥灰浆封盖。这种接头强度可靠，焊接后立即就能承受荷载，但现场要有焊接设备，而且有时需要在桥下进行仰焊、施工较困难。广州市官洲河大桥西引桥施工图设计6扣环式接头：将横隔梁中伸出的环状钢筋相互搭接，并用叉状短筋销住，在相距0.45～0.60m的接头部位，就地浇筑混凝土连成整体。图1-2-1钢板连接的接头构造与钢板式接头比较，施工复杂一些，但整体性及耐久性好。在缺乏焊接设备时，横隔梁亦可采用现浇混凝土联结，即扣环式接合。将横隔梁中伸出的环状钢筋相互搭接，并用叉状短筋销住，在相距0.45～0.60m的接头部位，就地浇筑混凝土连成整体。这种做法也可用于主梁间距较大的场合，为减小翼板挑出长度，翼板与横隔梁一起用扣环式筋联结，然后现浇混凝土连成整体。这种形式构造与钢板式接头比较，施工复杂一些，但整体性及耐久性好。目前正逐步取代前种连接形式。广州市官洲河大桥西引桥施工图设计7图1-2-2扣环式接头企口铰联结：主梁翼板内伸出连接钢筋，交叉弯制后在接缝处再放局部的F6钢筋网，并将它们浇筑在桥面混凝土铺装层内。接头构造由于连接钢筋甚多，使施工增添了一些困难。采用上面两种连接构造的装配式T梁的翼板均当作悬臂板来处理，为了改善挑出翼板的受力状态，往往将悬臂板也连结起来，通常采用桥面板的企口铰联接。如图所示为装配式T梁设计中所采用的联结方式。主要翼板内伸出连接钢筋，交叉弯制后在接缝处再放局部的F6钢筋网，并将它们浇筑在桥面混凝土铺装层内。或者可将翼板的顶层钢筋伸出，并弯转套在一根长的钢筋上，以形成纵向铰，如图b所示。显然，此种接头构造由于连接钢筋甚多，使施工增添了一些困难。图1-2-3企口铰联结1.2.2.