廣東羅信高速組合鋼板梁設(shè)計(jì)

廣東羅信高速組合鋼板梁設(shè)計(jì)第一頁，共44頁。1

概述匯報(bào)內(nèi)容2鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析3組合鋼板梁設(shè)計(jì)4組合鋼梁橋應(yīng)用展望2第二頁，共44頁。一、概述1.1、項(xiàng)目簡(jiǎn)況羅信高速為四車道高速公路，路線總長(zhǎng)129.8km，是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的“48聯(lián)”，即

云浮羅定至茂名信宜（粵桂界）高速公路，是“縱9線”懷集至陽江海陵島高速與“縱10線”包茂國(guó)家高速公路粵境段之間的一條聯(lián)絡(luò)線，往西對(duì)接廣西規(guī)劃的浦北至北流（清灣）高速公路，是珠江三角地區(qū)通往廣西新增加的一條出省通道。項(xiàng)目分三個(gè)設(shè)計(jì)合同段，

設(shè)計(jì)單位分別為公規(guī)院、廣東省院、安徽省院，其中廣東省院為總體設(shè)計(jì)單位。同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院為鋼橋?qū)ｍ?xiàng)咨詢單位。序號(hào)指標(biāo)名稱技術(shù)指標(biāo)1道路等級(jí)四車道高速公路2設(shè)計(jì)速度100km/h3路基寬度整體式26.0m分離式13.0m4橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)公路－I級(jí)5地震動(dòng)峰值加速度0.05g3第三頁，共44頁。項(xiàng)目設(shè)計(jì)期間，恰逢《國(guó)務(wù)院關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》國(guó)發(fā)〔2016〕6號(hào)、《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的指導(dǎo)意見》交公路發(fā)[2016]115號(hào)文件發(fā)布，依據(jù)文件精神廣東省交通運(yùn)輸廳及省交通集團(tuán)，要求項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位依據(jù)項(xiàng)目工程特點(diǎn)，分析比選鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案。1.2、應(yīng)用背景一、概述4第四頁，共44頁。經(jīng)初步設(shè)計(jì)評(píng)審及定測(cè)驗(yàn)收評(píng)審，選定了廣東省院、安徽省院設(shè)計(jì)合同段的高臺(tái)大橋、老屋村大橋試點(diǎn)采用40m跨鋼板組合梁。

高臺(tái)大橋：橋長(zhǎng)648m，跨徑組合17x40m(左幅)/15x40m(右幅)，最大墩高68m。老屋村大橋：橋長(zhǎng)448m，跨徑組合11x40m。一、概述1.3、應(yīng)用橋梁概況5第五頁，共44頁。高臺(tái)大橋橋型布置圖橋面縱坡無變化，均為-2.5%橋面橫坡變化范圍-4%~3%一、概述1.3、應(yīng)用橋梁概況6第六頁，共44頁。1

概述匯報(bào)內(nèi)容2

鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析3組合鋼板梁設(shè)計(jì)4組合鋼梁橋應(yīng)用展望7第七頁，共44頁。二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析安全耐久適用經(jīng)濟(jì)環(huán)保美觀

本項(xiàng)目為山區(qū)高速公路、中等跨徑的橋梁比例高，因此鋼結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用方向，就選擇了中等跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)。在進(jìn)一步的比選中，按照橋梁設(shè)計(jì)16字原則進(jìn)行：8第八頁，共44頁。依據(jù)相關(guān)研究資料，對(duì)于中等跨徑橋梁，鋼混組合結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。鋼板組合梁適用范圍為35~130m，經(jīng)濟(jì)范圍為40~90m鋼箱組合梁適用范圍為50~150m，經(jīng)濟(jì)范圍為70~120m二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析9第九頁，共44頁。序號(hào)名稱形式斷面1組合鋼板梁橋鋼板梁+混凝土橋面板2組合鋼箱梁橋閉截面鋼箱梁+混凝土橋面板；槽形截面鋼箱梁+混凝土橋面板；波折鋼腹板+混凝土上下翼緣板3組合鋼桁梁橋鋼桁架梁+混凝土橋面板；鋼桁架腹桿+混凝土上下翼緣板鋼混組合梁類型比選二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析10第十頁，共44頁。組合鋼板梁橋在國(guó)外的發(fā)展中，通過減少主梁數(shù)量，降低工程費(fèi)用，提高橋梁的耐久性、降低維護(hù)管理費(fèi)用，使其更顯優(yōu)勢(shì)，從而得到廣泛應(yīng)用。組合鋼板梁發(fā)展二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析11第十一頁，共44頁。組合鋼板梁應(yīng)用圖片二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析12第十二頁，共44頁。組合鋼板梁應(yīng)用圖片二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析13第十三頁，共44頁。平均墩高60m鋼板梁40m鋼板梁40m預(yù)制T梁合計(jì)(元/m2)合計(jì)(元/m2)合計(jì)(元/m2)80.09019.49601.310813.170.07807.97665.28631.960.06917.96079.26823.550.06052.95073.25246.040.05360.14408.64155.930.04767.43927.53562.540、60m跨徑組合鋼板梁與40m預(yù)應(yīng)力砼T梁造價(jià)對(duì)比分析（含上下部）二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析組合鋼板梁橋經(jīng)濟(jì)性分析14第十四頁，共44頁。1

概述匯報(bào)內(nèi)容2鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析3

組合鋼板梁設(shè)計(jì)4組合鋼梁橋應(yīng)用展望15第十五頁，共44頁。組合鋼板梁橋結(jié)構(gòu)總體安全性分析組合鋼板梁橋面板抗裂措施分析組合鋼板梁橋施工方案分析三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)本節(jié)主要內(nèi)容：16第十六頁，共44頁。汽車荷載分析：組合鋼板梁橋在國(guó)內(nèi)缺少實(shí)橋使用經(jīng)驗(yàn)，且國(guó)內(nèi)車輛超載情況突出。咨詢單位同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院在《云茂高速公路項(xiàng)目鋼板組合梁橋施工圖設(shè)計(jì)方案審查咨詢報(bào)告》中提出了相應(yīng)的驗(yàn)算荷載。該驗(yàn)算荷載參考了2016年我院與同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的《廣東省云梧高速預(yù)制梁橋獨(dú)柱墩在實(shí)際車輛荷載下的安全性研究》，該報(bào)告對(duì)省內(nèi)7條高速近期實(shí)際通行車輛荷載，進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及可靠度分析。結(jié)構(gòu)類比：

將組合鋼板梁上部結(jié)構(gòu)，與同跨徑成熟的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全度對(duì)比分析。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)3.1組合鋼板梁橋結(jié)構(gòu)總體安全性分析17第十七頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)主梁片數(shù)2片

鋼板梁高2.2m（經(jīng)驗(yàn)公式L/h=20+(L-30)/5-(B-12)/2.5）頂板厚度0.26m（不宜小于0.25m）梁間距6.7m（一般取0.5~0.55倍橋?qū)挘└吲_(tái)大橋總用鋼量3040tS2合同段老屋村大橋總用鋼量2087tS3合同段3.1.1主梁的構(gòu)造尺寸18第十八頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)3.1.1主梁的構(gòu)造尺寸19第十九頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力豎向撓度

砼主拉應(yīng)力成橋階段結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)力計(jì)算3.1.2結(jié)構(gòu)計(jì)算(整體計(jì)算)20第二十頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)豎向撓度砼主拉應(yīng)力規(guī)范荷載下結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)力計(jì)算鋼Mises應(yīng)力鋼Mises應(yīng)力3.1.2結(jié)構(gòu)計(jì)算(整體計(jì)算)21第二十一頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)驗(yàn)算荷載下結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)力計(jì)算3.1.2結(jié)構(gòu)計(jì)算(整體計(jì)算)鋼結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力豎向撓度

砼主拉應(yīng)力22第二十二頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)極限承載能力40m預(yù)應(yīng)力砼T梁1.2×恒載標(biāo)準(zhǔn)值+1.4×(2.23×活載標(biāo)準(zhǔn)值)40m鋼板組合梁1.2×恒載標(biāo)準(zhǔn)值+1.4×(2.21×活載標(biāo)準(zhǔn)值)考慮到組合鋼板梁為新型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)安全度參考成熟的40m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。通過計(jì)算對(duì)比分析，在規(guī)范荷載下，控制應(yīng)力在約160MPa時(shí)，與40mT梁安全度大致相當(dāng)。鋼板組合梁、與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全度對(duì)比3.1.3結(jié)構(gòu)安全度對(duì)比分析23第二十三頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)3.2組合鋼板梁橋面板抗裂措施分析墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析橋面板橫向抗裂分析24第二十四頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)混凝土橫橋向應(yīng)力（頂面）（底面）橋面板設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力，成橋階段頂面有9MPa的橫橋向壓應(yīng)力，跨中底面有10MPa的橫橋向壓應(yīng)力。3.2.1橋面板橫向抗裂分析25第二十五頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)（頂面）（底面）3.2.1橋面板橫向抗裂分析驗(yàn)算荷載作用下混凝土橋面板橫橋向應(yīng)力在驗(yàn)算荷載作用下，運(yùn)營(yíng)階段頂面有2MPa的橫橋向壓應(yīng)力，跨中底面有1.5MPa的橫橋向拉應(yīng)力。26第二十六頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)以下抗裂措施進(jìn)行了分析：

措施一：設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束措施二：負(fù)彎矩區(qū)采用超高性能混凝土（UHPC）措施三：跨中壓重（支座頂升）措施四：加強(qiáng)配筋、控制裂縫寬度3.2組合鋼板梁橋面板抗裂措施分析3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析27第二十七頁，共44頁。3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)措施一：設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束28預(yù)應(yīng)力與非預(yù)應(yīng)力對(duì)比：①預(yù)應(yīng)力組合鋼板梁耐久性略優(yōu)；②設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，增加了施工工序，施工略復(fù)雜；③采用預(yù)應(yīng)力后，主梁造價(jià)增加1.4%，綜合造價(jià)增加0.7%；④預(yù)應(yīng)力鋼束張拉端截面應(yīng)力突變需處理。相關(guān)資料及計(jì)算顯示，墩頂預(yù)應(yīng)力損失約在50%以上。

考慮布束空間限制及損失后，大約只能使墩頂砼拉應(yīng)力下降2.2MPa，由于墩頂砼拉應(yīng)力>7MPa，仍不能使結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件的要求，同時(shí)錨固處交接面應(yīng)力突變也需處理，難以很好地解決開裂問題。28第二十八頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不配筋UHPC抗彎拉強(qiáng)度/MPa配筋UHPC抗彎拉強(qiáng)度/MPa標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值鋼筋直徑和間距/mm設(shè)計(jì)值UHPC222215.2Φ10@5019UHPC252517.2Φ10@5021.7UHPC282819.3Φ10@5019.3措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）超高性能混凝土，簡(jiǎn)稱UHPC(Ultra-HighPerformanceConcrete)，是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析29第二十九頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)組合工況下橋面板頂面應(yīng)力1、普通混凝土，σmax=6.23MPa2、全斷面UHPC，σmax=7.17MPa3、頂面10cm厚UHPC，σmax=7.81MPa普通混凝土全斷面UHPC

頂面10cm厚UHPC措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析30第三十頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)1、普通混凝土，σmax=4.76MPa2、全斷面UHPC，σmax=5.34MPa3、頂面10cm厚UHPC，σmax=4.21MPa普通混凝土全斷面UHPC

頂面10cm厚UHPC組合工況下橋面板頂面以下10cm處應(yīng)力措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析31第三十一頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)1、普通混凝土，σ=1.3~2.6MPa2、全斷面UHPC，σ=1.5~3.0MPa3、頂面10cm厚UHPC，σ=1.0~2.3MPa普通混凝土全斷面UHPC

頂面10cm厚UHPC組合工況下橋面板底面處應(yīng)力措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析32第三十二頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)混凝土主拉應(yīng)力斷面布置圖，單位（N/m2）鑒于橋面板拉應(yīng)力沿高度變化大，在板頂設(shè)置一層UHPC來提高耐久性是合理的。由于用量少，造價(jià)增加也較小。措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析33第三十三頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)措施三：施工階段水袋壓重3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析34采用90t水袋跨中壓重，可引起中墩頂橋面板拉應(yīng)力降低1.4MPa，效果顯著，且對(duì)成橋后鋼梁應(yīng)力、及撓度影響不大。水袋壓重，σmax=4.82MPa無水袋壓重，σmax=6.23MPa34第三十四頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)組合梁的發(fā)展與裂縫控制密不可分，根據(jù)歐洲的相關(guān)資料，從上世紀(jì)八十年代開始，橋面板縱向抗裂基本不采用預(yù)應(yīng)力筋、而采用限制裂縫寬度的設(shè)計(jì)方法?？刂屏芽p的方法主要有三個(gè)指標(biāo)：1、限制鋼筋應(yīng)力；2、規(guī)定最小配筋量；3、限制裂縫寬度。措施四：負(fù)彎矩區(qū)采用強(qiáng)配筋3.2.2墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析35第三十五頁，共44頁。鋼主梁施工方案：吊裝、頂推、架設(shè)（架橋機(jī)）三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)橋面板施工方案：預(yù)制、現(xiàn)澆3.3組合鋼板梁橋施工方案分析36第三十六頁，共44頁。根據(jù)對(duì)法國(guó)雙主梁鋼板組合梁施工方案的統(tǒng)計(jì)，主梁架設(shè)大多采用頂推法，頂推最大跨徑達(dá)124m，單個(gè)方向最大頂推長(zhǎng)度1000m；橋面板大多采用滑動(dòng)模架現(xiàn)澆。法國(guó)雙主梁組合結(jié)構(gòu)施工方案匯總表（小橫梁體系）橋梁數(shù)量跨徑范圍（m）總長(zhǎng)范圍（m）橋?qū)挿秶╩）主梁頂推橋面板現(xiàn)澆58124~201320~20022~944（76%）38（66%）三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)3.3組合鋼板梁橋施工方案分析37第三十七頁，共44頁。頂推施工資料照片：三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)鋼主梁的頂推與橋面板現(xiàn)澆施工38第三十八頁，共44頁。三、組合鋼板梁設(shè)計(jì)現(xiàn)澆混凝土橋面板施工時(shí)需要設(shè)置模板，然后在模板上現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土。現(xiàn)澆混凝土橋面板整體性好，容易滿足各種橋