多跨大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

1、第28卷第11期2006年11月武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol. 28No. 11Nov. 2006多跨大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)付克儉1, 寇海平2(1. 湖北滬蓉西高速公路建設(shè)指揮部, 恩施445000;2. 湖北荊州長江公路大橋管理局, 荊州434000摘要:介紹了100+6×150+100m 八跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì), 其中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換首次成功采用抗拉結(jié)構(gòu)的臨時(shí)錨固體系和合攏預(yù)應(yīng)力鋼束兩次張拉方案, , 還介紹了施工中成功采用的混凝土防裂措施和運(yùn)營中裂縫產(chǎn)生原因及對策等關(guān)鍵

2、詞:連續(xù)箱梁; 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì); 體系轉(zhuǎn)換; 防崩設(shè)計(jì)中圖分類號:U 442. 53文獻(xiàn)標(biāo)志碼:167124431(2006 1120090204Large Spans of ContinuouisPC Box Beam Bridge FU Ke 2jian 1, KO U Hai 2pi ng 2(1. Hubei Hurongxi Expressway Construction Headquarters ,Enshi 445000,China ;2. Management Burean of JingzhouChangjiang River Highway Bridge ,Jingzhou 43

3、4000,China Abstract :This paper presented the minutia designs for 100+6×150+100=1100m continuouis PC box beam bridge , a 2mong which the structure system transform first succeed adopt the temporary ground system which can tensile and the P. C wire strand for closure which twice extend , structu

4、ral design adopt the root section bottom board for box beam and the anti -break 2age design and disposed rebar for box beam bottom board. Thispaper also presented the succeed measures for reduction cracks in construction procedure , the cause and countermeasure for produce cracks in user mode , etc.

5、K ey w ords :continuous PC box beam ; minutia designs ; structure system transform ; anti 2breakage design 收稿日期:2006206215.目前國內(nèi)外連續(xù)箱梁的通病1,2有3:箱梁混凝土開裂、底版崩裂、跨中下?lián)?。目前大跨徑箱梁的宏觀設(shè)計(jì)大致相同, 結(jié)合三八洲橋的設(shè)計(jì), 介紹了一些防止上述通病的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荊沙長江公路大橋由南北兩座斜拉橋和江中的三八洲橋組成, 橋梁全長4400m 3。其中三八洲橋?yàn)?00+6×150+100m 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋, 橋梁為一聯(lián)

6、1100m (見圖1 。該橋1997年開工建設(shè),2001年建成通車, 通過半年一次的健康監(jiān)測, 目前橋梁狀態(tài)包括橋面曲線變化與設(shè)計(jì)預(yù)期符合良好4。該橋箱梁為分離的單箱單室截面, 箱底寬7. 0m , 兩側(cè)翼緣分別寬2. 65m 、2. 60m ; 箱梁在各墩支點(diǎn)截面高度為800cm , 跨中及橋端支點(diǎn)處截面高度為330cm , 箱梁頂板厚30cm , 腹板厚度4070cm , 底板厚32115cm ; 梁底設(shè)R =501. 526m 的圓曲線; 箱梁在各墩支點(diǎn)設(shè)橫隔板, 墩支點(diǎn)處橫隔板厚120cm , 端支點(diǎn)處橫隔板厚60cm 。橫隔板與箱梁連接處均設(shè)有承托; 主梁及橫隔板砼采用C50, 橋面

7、鋪裝砼采用C40。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)有: 1 梁底采用直線和圓曲線模擬拋物線一般情況下, 梁底曲線多采用拋物線和圓曲線2種形式。2種方式在連續(xù)箱梁中各有應(yīng)用, 大跨徑連續(xù)箱梁中應(yīng)用拋物線梁底曲線較多。本橋采用了吸取2種梁底曲線優(yōu)點(diǎn)的雙圓曲線梁底, 即用一段直線和一段圓曲線模擬拋物線, 既能使主梁形心曲線接近主梁受力的壓力曲線, 梁底曲線可按圓曲線梁底方式得以施工, 避免梁底采用折線形, ; 加大了主梁四分點(diǎn)的截面梁高, 提高了該斷面的承載能力; 同時(shí)使施工較為方便2 加厚箱梁底板按初擬截面尺寸, , 實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮以下2個(gè)因素, 對底板進(jìn)行了加厚設(shè)計(jì):(1 , , 特別是能有效提高預(yù)應(yīng)力效應(yīng);

8、(2 , 使砼長期荷載作用下的徐變在頂?shù)装寰鶆蚍植? 115cm , 截面恒載增加有限的情況下, 615MPa , 底板應(yīng)力范圍為915MPa 。從計(jì)算成果看, 施+汽車應(yīng)力情況良好, 最大應(yīng)力未超過14MPa , 只在不利溫度組合下少數(shù)斷面應(yīng)力達(dá)到18. 。3 橫隔板設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力經(jīng)計(jì)算, 由于支座與腹板作用線存在偏心, 因此其產(chǎn)生的力矩將使0號塊箱梁頂板和橫隔板局部拉應(yīng)力較大, 故需要加強(qiáng)橫向預(yù)應(yīng)力。若該預(yù)應(yīng)力設(shè)置在頂板, 將使翼板產(chǎn)生大于10MPa 的壓應(yīng)力, 因此只能考慮在橫隔板范圍內(nèi)的腹板上設(shè)置。而且在腹板上設(shè)置預(yù)應(yīng)力由于距形心軸較近, 產(chǎn)生的力矩較小, 因此需要配置的預(yù)應(yīng)力數(shù)量較多

9、。該橋在中橫隔板范圍內(nèi)的腹板上設(shè)置了7排每排6根直徑32mm 的精軋螺紋鋼, 根據(jù)恒載增長情況, 每施工3個(gè)節(jié)段張拉一排。同樣道理, 在邊橫隔板范圍內(nèi)的腹板上設(shè)置了4排每排4根直徑32mm 精軋螺紋鋼5。4 底板防崩設(shè)計(jì)梁底按曲線布置, 底板預(yù)應(yīng)力張拉后沿曲線徑向產(chǎn)生分力, 這個(gè)分力會使底板在預(yù)應(yīng)力鋼束所在層面局部拉應(yīng)力超標(biāo), 為抵抗該力采取了如下防崩設(shè)計(jì):(1 11#21#塊件及合攏段段底板分別采用最下一層分布鋼筋采用雙筋布置和加密該鋼筋縮小鋼筋間距的措施; (2 在底板上層鋼筋和下層鋼筋間加密拉筋數(shù)量, 并將彎鉤彎成45°銳角。5 調(diào)整豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋位置一方面由于縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布

10、置的需要, 另一方面為了方便掛藍(lán)后錨點(diǎn)的布置, 原設(shè)計(jì)將豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在固定位置。驗(yàn)算靠近0號塊附近的節(jié)段腹板時(shí), 發(fā)現(xiàn)由于箱梁腹板為變寬度設(shè)計(jì), 導(dǎo)致腹板內(nèi)側(cè)局部拉應(yīng)力較大。為了避免豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋造成的偏心彎矩, 經(jīng)與施工單位協(xié)商調(diào)整了掛藍(lán)后錨點(diǎn)布置, 同時(shí)將豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋位置調(diào)整至腹板中心位置。2重要參數(shù)的選取2. 1伸縮量公式選取與大位移支座設(shè)計(jì)主墩采用GPZ50000G D 和GPZ50000DX 盆式橡膠支座, 交界墩采用GPZ10000DX 盆式橡膠支座。該橋連續(xù)長度L =1100m , 支座位移量取值是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù), 在選擇計(jì)算支座位移量的方法時(shí)參考了許多國家的計(jì)算方法后,

11、發(fā)現(xiàn)日本道路公團(tuán)6對橋梁伸縮梁的推薦計(jì)算方法較全面和適用。=1+2+3+4=0. 96L +10式中, 為預(yù)應(yīng)力砼橋梁體伸縮量,mm ; 1為地區(qū)溫度變化, 采用升溫30, 降溫20, 量值為0. 5L ,mm ; 2為砼收縮, 量值為0. 1L ,mm ; 3為砼徐變, 量值為0. 2L ,mm ; 4為伸縮量富裕, 量值為0. 16L +10,mm 。由此計(jì)算全梁伸縮總量為1066mm , 由于固定支座設(shè)置在37號橋墩, 即在1100m 梁的對稱軸線位置, 由此計(jì)算支座位移量最大±300mm , 分別設(shè)置在33號墩(支座反力為10000kN 、34號墩(支座反力為19第28卷第1

12、1期付克儉, 等:多跨大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)50000kN 、40號墩(支座反力為10000kN 及41號墩(支座反力為10000kN , 其余各墩可設(shè)置位移量最大±250mm 的支座, 以保證支座不限制主梁的縱向位移。2. 2收縮徐變?nèi)≈凳湛s徐變?nèi)绻紤]不充分, 就會產(chǎn)生裂縫。該橋收縮徐變在計(jì)算階段中考慮, 計(jì)算天數(shù)依次為:第19階段各7d , 第10階段10d , 第1123階段各7d , 第24階段30d , 第25階段176d , 第2629階段各200d , 第30階段299d , 第31階段1d , 計(jì)算總天數(shù)為1470d 。2. 3橫向偏載系數(shù)取值汽車荷載采用

13、超20計(jì)算, 由于連續(xù)梁橋采用的是分離式斷面, 且箱梁恒載大, 活載占比重只占15%左右,2車道橫向偏載系數(shù)和3車道考慮折減后橫向偏載系數(shù)大者為2. 5, 因此橫向偏載系數(shù)為2. 5。2. 4溫度荷載形式選取對于主跨150m 總長1100m 的連續(xù)梁, 由于溫度變化產(chǎn)生的溫度荷載將是成橋以后的主要荷載形式, 因此本橋計(jì)算中全面地系統(tǒng)地考慮了4種溫變影響形式。1 體系總體升溫20;2 采用英國規(guī)范的三角形梯度分布, 即上緣降溫15, 下緣降溫5;3 ;4 箱梁上緣降溫5。3體系轉(zhuǎn)換特點(diǎn)3. 1, 本橋首次成功采用預(yù)埋粗鋼筋抗拉, 支座承壓的橋墩臨時(shí)錨固系統(tǒng), 設(shè)計(jì)要求能承受不小于2000kN 的

14、水平力; 然后在04m 對稱布置3排37根直徑32mm 精軋螺紋鋼, 其上端通過預(yù)留孔錨固在箱梁底板上, 其下端預(yù)埋在墩頂內(nèi), 錨固時(shí)每根鋼筋對稱張拉20kN 作為初應(yīng)力。這樣就形成了預(yù)埋粗鋼筋抗拉, 支座承壓的橋墩臨時(shí)錨固系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn):1 用鋼量少。每個(gè)臨時(shí)錨固用精軋螺紋鋼材只有約10t ;2 施工方便靈活;3 安全系數(shù)較高。經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算, 當(dāng)兩端出現(xiàn)一個(gè)梁段差(或出現(xiàn)一側(cè)掛藍(lán)垮塌 時(shí), 其安全系數(shù)可以達(dá)到2以上。3. 2合攏束分2次張拉多跨連續(xù)梁橋在合攏過程中, 如果只采取合攏束一次張拉會造成合攏端箱梁頂板受力狀態(tài)不利, 而懸臂端豎向位移量較大, 需要配置較大壓重的問題。該橋的主

15、要思路是根據(jù)合攏束在2個(gè)不同階段其結(jié)構(gòu)受力不同的特點(diǎn), 按承擔(dān)臨跨合攏束產(chǎn)生內(nèi)力二次分配的鋼束以及承擔(dān)二期荷載和活載的鋼束在相應(yīng)階段優(yōu)化后分2次張拉, 避免了一次張拉的問題。4建設(shè)管理、設(shè)計(jì)、施工通病的對策1 施工運(yùn)營期間經(jīng)半年一次的橋梁健康監(jiān)測發(fā)現(xiàn)部分頂板出現(xiàn)縱向裂縫, 位置在頂板跨中或跨中至加腋終點(diǎn)下方開裂。分析原因有以下幾個(gè)方面:橋梁通車后超載車輛嚴(yán)重, 造成箱梁頂板局部拉應(yīng)力超標(biāo), 發(fā)現(xiàn)核定荷載40t 的車輛實(shí)載120t 經(jīng)過大橋; 施工中將鋼纖維砼橋面鋪裝改為瀝青砼橋面鋪裝減小了箱梁頂板截面儲備; 橫向預(yù)應(yīng)力鋼束波紋管內(nèi)徑為19mm , 鋼絞線直徑15. 24mm , 壓漿難度大,

16、難以保證實(shí)際壓漿效果, 不僅預(yù)應(yīng)力不能正常發(fā)揮作用, 而且削弱了頂板的截面; 砼收縮、水化熱和表面溫度下降造成局部拉應(yīng)力過大。建議今后類似箱梁設(shè)計(jì)和管理中采取以下措施:嚴(yán)格控制超載車輛通過橋梁; 適當(dāng)加厚頂板截面尺寸; 將預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)徑增加到2225mm , 或選擇采用真空輔助壓漿技術(shù); 采用低收縮、低水化熱砼。2 施工第一個(gè)0號塊時(shí), 箱梁腹板出現(xiàn)1條豎直裂縫, 寬度小于0. 15mm , 深度接近保護(hù)層厚度。分析原因?yàn)?號塊高度、體積均較大, 分2次澆注, 在澆注腹板上半段和頂板砼時(shí), 第1次澆注的砼已完成大部分收縮并降溫, 第2次澆注的砼的收縮和水化熱降溫引起的收縮, 會受到第1層已澆砼

17、的約束, 因而開裂。其原因和承臺上方橋墩開裂類似, 有的稱為“基巖約束效應(yīng)”。在其它0號塊施工時(shí)采取了以下措施:改進(jìn)優(yōu)化砼配合比, 采用低收縮低水化熱砼, 摻加粉煤灰和礦粉等; 縮短2次澆注的間隔時(shí)間; 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù); 少量布置冷卻水管控制水化熱溫度。其它0號塊再未發(fā)現(xiàn)類似裂29武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)2006年11 月縫。3 針對連續(xù)箱梁常會出現(xiàn)的裂縫, 設(shè)計(jì)和建設(shè)管理、施工、監(jiān)理各方反復(fù)研究, 細(xì)化設(shè)計(jì)要求, 避免了一些通病裂縫的產(chǎn)生, 主要措施為5:(1 針對箱梁節(jié)段間施工接縫處腹板豎向裂縫, 分析原因?yàn)?懸臂澆注移動支架的整體剛度不夠, 澆注過程中變形大, 吊帶調(diào)節(jié)不靈; 砼澆注程序不對:先澆注后

18、端(緊靠前一澆注節(jié)段 , 然后逐步向前端澆注, 前端的荷載引起懸臂支架變形, 導(dǎo)致后端砼裂開。采取的預(yù)防措施:掛藍(lán)具備足夠剛度和強(qiáng)度, 并進(jìn)行荷載預(yù)壓, 控制最大撓度在2. 0cm 以內(nèi); 掛藍(lán)吊帶便于調(diào)節(jié), 在發(fā)現(xiàn)前端撓度較大時(shí), 進(jìn)行回調(diào); 不采用精軋螺紋鋼作吊帶; 砼澆注順序?yàn)橄葷沧⑶岸? 從前到后逐步澆注; 調(diào)整砼配合比, 控制砼的初凝時(shí)間。(2 針對箱梁翼板順橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道位置開裂, 分析原因?yàn)?縱向預(yù)應(yīng)力在砼內(nèi)是按一定角度傳遞到全斷面, 在一定范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力很低區(qū)域張拉橫向預(yù)應(yīng)力時(shí), 在橫向預(yù)應(yīng)力鋼束附近局部拉應(yīng)力超標(biāo), 引起翼板開裂。采取的預(yù)防措施:。(3 每根豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固后, 必須進(jìn)行2次張拉, , , 采用可靠機(jī)具(例如扭力扳手 或可靠試驗(yàn)方法檢查豎向預(yù)應(yīng)力數(shù)值。5結(jié)論a. :加厚箱梁根部斷面底板厚度; 箱梁橫隔板配置橫向預(yù)應(yīng)力; 。b. , 既節(jié)省施工鋼材, 又施工方便, 而且安全系數(shù)高; 采用2次張拉合攏預(yù)應(yīng)力鋼束, 使結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)良好, 有效降低了多跨橋梁的合攏差, 減小了解除臨時(shí)約束造成的預(yù)應(yīng)力損失。c. 分析了施工、營運(yùn)中產(chǎn)生裂縫的原因, 介紹了施工中預(yù)防裂縫通病的對策。參考文獻(xiàn)1陳萬春. 預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋的常見病害形式及維修