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龙源期刊网鱼腹式箱梁的设计作者:梁润泽来源:《建筑工程技术与设计》2015年第05期【摘要】随着社会发展,桥梁设计不仅要满足交通的需求,桥梁的外观也要满足城市美观的要求,桥梁上部结构的外型越来越多样化,通过对鱼腹式箱梁的受力分析比较,对鱼腹式箱梁的设计具有借鉴意义。【关键词】鱼腹式箱梁;设计;受力分析1.概述西岸路口跨线桥处于高明大道,主桥跨越常安路、庆云大道的交汇处,常安路、庆云大道是西岸连接高明市区的交通及生活主干道,交通繁忙。本跨线桥位于高明市区东面,是目前高明区连接珠三角及广州、禅城的主要出入口,也是西岸进入高明市区的主要路口,属于城市跨线桥,它的建设既要满足公路交通功能的需要,又要满足城市美化的需要。因此,在方案构思时既要考虑必需的使用功能,更要考虑周围环境的协调和美观。根据桥位所处的地理位置,地形和桥下净空要求的关系,定出桥型方案。根据被交路规划净空要求,主桥确定采用40米跨径,初步设计阶段主桥提出鱼腹式连续箱梁、等截面斜腹板连续箱梁和变截面斜腹板连续箱梁三个方案进行比较,由于城市美观的要求最终确定采用鱼腹式箱梁断面的设计方案。桥跨布置为:(4×30m)预应力混凝土连续箱梁+(30+40+30m)预应力混凝土连续箱梁+(4×30m)预应力混凝土连续箱梁,桥梁长度为340m。2.鱼腹式箱梁的特点鱼腹式箱梁适用于城市桥梁,为体现出美观效果一般采用单幅桥、等梁高的断面形式。桥面宽度一般为17~28米宽,跨径一般在25~45米,因此桥梁的跨宽比都小于3,板式受力较明显,箱梁较宽各个腹板受力是否一致,为保证美观效果支座横向间距一般较小,横梁及桥面板配筋应如何配置都是设计比较关心的问题。3.鱼腹梁结构设计主桥30+40+30m预应力混凝土等截面鱼腹式连续箱梁采用单箱六室截面,箱梁梁高2.0m;箱梁顶宽为26.00m,箱梁底宽为13.62m,翼板悬臂长度为6.19m;腹板厚度为40~80cm,箱梁顶板厚度22cm;底板厚度22~42cm。箱梁按预应力砼A类构件设计,配置纵、横向预应力,纵向预应力每个腹板采用4束22Φs15.2mm钢绞线,主跨跨中设10束5Φs15.2mm底板束,箱梁设8束5Φs15.2mm顶板束,箱梁墩顶加设12束5Φs15.2mm负弯矩钢束;横向预应力每米设1束2Φs15.2mm的钢绞线。箱梁采用满堂式支架一次浇筑成型、分批张拉钢束的施工方法。龙源期刊网箱梁建模计算由于鱼腹式梁悬臂较大,横向受力不均,为比较准确的计算箱梁的受力,本工程初步设计阶段采用midascivil2011软件单梁法建模计算,施工图阶段采用midascivil2011软件梁格法建模计算。由于箱梁纵向钢束只配置在箱梁5个直腹板中,因此箱梁横向划分为5个单元,各单元间采用虚拟横梁连接。鱼腹箱梁结构建模计算的两个关键环节为:4.1虚拟横梁刚度的计算在设计当中由于需要对结构进行离散,箱梁横向虚拟横梁应该怎么模拟才更接近实际是设计中最关注的问题,本处建议采用E.C汉勃利《桥梁上部结构性能》分格式上部结构:剪力-柔性梁格分析理论模拟横向刚度和抗剪性能。Ic为抗弯刚度,d’、d”为顶板和底板厚度,h’、h”为各板到他们形心的距离,c为抗扭刚度。4.2各箱梁纵向变形的协调问题分摊到上部结构梁格的惯性矩必须绕箱梁整体的主轴来计算,而基于箱梁格室中心的划分由于中性轴与箱梁整体的中性轴不一致,须采用强制移轴的方式处理,否则梁就绕着分隔后的中性轴弯曲,各梁的弯曲曲率将不一致,计算结果将出现较大偏差。当然也可以采用基于顶底板的划分,使得各格室的中性轴与箱梁整体一致,从而避免强制移轴。5.计算结果分析箱梁采用一次落架,分批张拉预应力钢束的施工方法,采用梁格法建模,根据成桥状态下梁体剪力表可知横向梁体剪力分布明显呈现不均匀,采用单梁法计算主梁的剪力按面积平均分配,鱼腹梁的受力不均衡较明显,采用单梁法已经不能保证结构的安全性,因此施工图阶段必须采用梁格法计算使各应力和承载能力均控制在规范容许范围内。1.关于鱼腹梁设计的几点建议1)建议边腹板不配置大的纵向预应力钢束,由于鱼腹式箱梁的边腹板是弧形的配置大的纵向预应力钢束将产生较大的径向力,边腹板受力非常复杂,可能引起边腹板的开裂。2)建议箱梁顶板配置横向预应力,根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》没有强制要求箱梁顶面须采用预应力构件,普通钢筋混凝土配筋也可以满足要求,但是由于鱼腹梁桥面较宽,采用钢筋砼构件容易出现纵向的收缩裂缝对后期的防水较不利,而且箱梁开裂后也影响横向刚度从而增大箱梁腹板受力不均匀性。龙源期刊网)建议有条件的情况下设置8cm左右的调平层,由于现阶段施工水平,箱梁顶面基本达不到设计要求的±5mm的要求,大部分工程最大偏差达到2cm,不利于沥青砼桥面铺装厚度的控制。2.结语1)鱼腹式箱梁配合花瓶式空心墩或侧边曲线型的双柱式桥墩能够取得美好的景观效果,给城市增加一个风景线。2)鱼腹式箱梁受力较复杂,初步设计可采用单梁法计算估算相应的钢束,但施工图阶段须采用梁格法进行详细的分析以确保结构安全性,梁格法模型建立时做好虚拟横梁的刚度计算等工作。3)鱼腹梁的边腹板为曲线型,建议不配置大的纵向预应力钢束,以避免空间受力腹板出现开裂的现象。参考文献[1]《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004);[2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004);[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007);[4]姚玲森桥梁工程〔M〕.北京:人民交通出版社,1985;[5]范立础预应力混凝土连续梁桥〔M〕.北京:人民交通出版社,1988;[6]罗新才宽幅式鱼腹梁方案研究〔J〕公路工程2010年第2期156~159;龙源期刊网
本文标题:鱼腹式箱梁的设计
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