预应力混凝土空心板桥

预应力混凝土空心板桥（精选5篇）

预应力混凝土空心板桥 篇1

近年来, 我国经济增长迅速, 全国各个区域都得到了大力的发展, 为了适应经济的快速增长, 国家进一步加大了基础设施建设投资, 特别是公路建设事业。但公路交通基础设施建设的“瓶颈”仍然制约着经济发展。特别是在20世纪60-80年代修建的桥梁, 当时设计标准低, 正逐渐成为危桥。而许多旧桥, 由于资金等因素影响, 不能及时与道路的拓宽改造同是进行, 这就使得旧桥加固、维修更加重要, 特别是对于使用范围最广的预应力空心板桥。

1 工程概况

某桥位于重庆市, 为3x20m预应力空心板桥, 桥梁全长为70m, 桥宽布置为0.5m (防撞护栏) +4.5m (车行道) +0.5m (防撞护栏) 。该桥上部结构为3x20m装配式预应力空心板, 下部结构为矩形双柱式桥墩, 桥台为重力式U形桥台。该桥孔跨及墩台以北碚至合川方向为前进方向进行编号, 即第1跨、第2跨……, 0#台、1#墩……主梁编号从上游至下游依次为4#板、3#板......

2 病害描述

根据检测报告, 该桥梁体存在多处破损、空洞及开裂现象, 破损、空洞处露筋锈蚀, 尤其以第三跨病害较为严重;上游侧挡块普遍存在破损开裂现象;2#墩盖梁存在开裂现象;桥面铺装纵向开裂, 局部坑槽。桥梁总体技术状况评定为四类。主要受损情况如下:

2.1 桥面铺装及伸缩缝

0#、3#桥台伸缩缝积土积水, 伸缩缝有渗水现象。第1跨、2跨、3跨桥面中央均有纵向贯通裂缝, 宽0.5mm;第3跨桥面坑槽。

2.2 梁体位移变形

第1跨2#、3#、4#板底高低不平, 最大高差达到4cm;第3跨1#、2#板跨中板底高差3cm, 3#、4#板底高差4cm。分析原因主要是由于原桥梁体平整度较差, 特别是支座处存在脱空现象, 使得梁体支撑处刚低不平, 进而引起梁底高差。

2.3 梁体损伤

第1跨1#~4#板混凝土脱落;第2跨1#、4#板混凝土破损脱落, 露筋锈蚀;第2跨2#板保护层混凝土脱落, 箍筋外露锈蚀 (长30cm) ;第3跨4#板板底混凝土脱落。

2.4 梁体开裂情况

第2跨4#板跨中距板上游一侧边缘50cm, 板底纵向开裂, 裂缝长45cm, 宽0.08mm;第3跨1#板板底跨中中部纵向开裂, 裂缝长1.5m, 宽0.15mm。第3跨3#板板底距3#台5m位置, 有空洞, 空洞长40cm, 宽10cm, 板底距3#台1.5m位置, 有空洞, 露筋锈蚀, 锈蚀长度为50cm, 宽度为10cm;第3跨3#板跨中板底中央混凝土浇注差、且薄, 存在大量空洞, 钢筋裸露锈蚀。

2.5 梁体钢筋锈蚀情况

第1跨跨中混凝土保护层过薄, 表面钢筋外露锈蚀;第2跨2#板保护层脱落, 箍筋外露锈蚀;第3跨4#板板底 (侧) 距2#盖梁50cm处, 露筋锈蚀, 长15cm, 梁端距台帽10cm处, 箍筋外露、锈蚀。

2.6 盖梁、挡块

第1跨1#墩盖梁上游一侧挡块露筋锈蚀;第2跨2#墩盖梁上游一侧挡块受梁体挤压, 破损露筋锈蚀;第3跨2#墩盖梁下游一侧端头竖向裂缝, 裂缝长30cm, 宽0.15mm;盖梁上游一侧挡块受梁体挤压斜向开裂, 裂缝长65cm, 宽0.2mm。

3 桥梁加固设计及施工要点

3.1 桥面铺装纵向裂缝

沿桥面纵向裂缝方向将桥面板凿开, 检查空心板铰缝, 如铰缝破损严重, 则对其进行修复。

3.2 伸缩缝的处理

清理0#、3#桥台伸缩缝内的杂物, 更换伸缩缝橡胶带。

3.3 空心板、盖梁裂缝及其破损病害的处理

3.3.1 裂缝宽度<0.15mm。裂缝宽度<0.15mm的采取表面封闭法处理。

3.3.2 裂缝宽度≥0.15mm。对于缝宽≥

0.15mm的混凝土裂缝, 采用手提砂轮机对裂缝四周各外延250m的混凝土表面进行打磨, 除去混凝土表层污渍、杂质并实现表层糙化处理, 然后清扫和吹风清洁干净。

在裂缝表面按300mm间距标出压浆注射点位, 并用环氧树脂胶泥粘固安装压浆专用BC基座, 使基座中心对准裂缝的中心位置, 再用环氧树脂胶泥封闭BC基座间的裂缝表面, 防止压注环氧树脂灌缝胶时溢出。

采用压注修复裂缝的专用环氧树脂灌缝胶, 将其主剂和固化剂按规定比例配合均匀 (一次配兑的灌缝胶数量按1小时能压注完的数量配制) , 抽入压浆专用注射器, 装入BC基座拧紧固定, 松开注射器上的活塞卡口, 使注射器在施压专用橡皮筋的压力下自动匀速地将环氧树脂灌浆胶源源不断地压入裂缝深处, 一个注射器的灌缝胶注射完毕, 立即换上另一个预先装满灌缝胶的注射器继续注射, 直至裂缝完全灌满。

在注射器静止24小时后, 撤下注射器和BC基座, 铲去封缝环氧树脂胶泥, 用手提砂轮机打磨平顺并清洁干净。

灌浆材料及灌缝质量应满足《公路桥梁加固施工技术规范》 (JTG/T J23-2008) 要求。

3.3.3 露筋处的处理。空心板露筋处先将周

边破损混凝土凿除, 钢筋除锈, 后用环氧砂浆填平凿开处。

3.4 空心板粘贴碳纤维布封闭保护维修养护施工工艺流程

3.4.1 先用手提砂轮机打磨光顺空心板粘

贴碳纤维布进行封闭保护的混凝土表面 (若混凝土表面破损, 应先剔除破损部位至坚实混凝土层并用环氧砂浆修补完成并干燥后再打磨) , 再用空压机吹净灰尘, 然后用丙酮进一步洁净去脂。

3.4.2 空心板粘贴碳纤维布前对混凝土表

面涂刷底层树脂, 以改善混凝土表面的粘接性能和表层混凝土的力学性能。

3.4.3 底层树脂凝胶后, 用找平树脂调配的

胶泥修补整平空心板粘贴碳纤维布进行封闭保护的混凝土表面, 凝胶后再次用手提砂轮机砂磨平顺并用空压机吹风清洁干净。

3.4.4 粘贴碳纤维片材, 铺敷预先剪裁好的

碳纤维布到空心板粘贴部位, 要求铺敷的碳纤维布应张紧, 并用专用压沿纤维方向反复滚压, 保证挤出纤维布中的气泡并与混凝土表面密贴粘紧。粘贴2层碳纤维布的施工, 要求纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴;最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

3.4.5 碳纤维布施工完成后, 应对碳纤维布粘接质量进行检查, 对由气泡形成的空洞进行灌浆处理。

3.5 空心板底面接缝

根据检测报告, 三跨板底均存在高低不平的情况, 且勾缝砂浆脱落, 故对空心板板间下缘接缝采用环氧砂浆进行勾缝。

参考文献

[1]JTG/T J22-2008.公路桥梁加固设计规范[s].2008.

[2]JTG/T J23-2008.公路桥梁加固施工规范[s].2008.

[3]魏东贤.公路桥梁加固方法简述[J].中华建设科技, 2010 (2)

预应力混凝土空心板桥 篇2

武汉市汉南区某厂房基础工程，本工程设计采用预应力混凝土空心方桩芯水泥土粉喷桩，此桩型施工是在水泥土粉喷桩成桩之后，水泥土初凝之前，用全液静力压桩机将预应力混凝土空心方桩压入水泥土体内，待水泥土凝固后，预应力混凝土空心方桩与水泥土粉喷桩共同工作，承受上部荷载的一种新桩型。

2、工程地质

区域地质资料显示，本区第四系长江冲洪积地层，根据工程勘察土层的分布情况为：

3、施工技术要求

方桩施工前应采用深层粉喷桩加固场地，粉喷桩桩径750，桩位与方桩同心（桩心偏差不得大于4cm），粉喷桩施工完毕后应立即施打方桩，施工间隔不得超过30分钟。

3.1粉喷桩选用325普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，粉喷桩直径为750mm，含灰20%；停浆面比桩顶设计标高高500mm，在水泥未硬凝时施打预应力空心方桩。

3.2方桩压桩位置按照设计图纸的尺寸，根据基准点及建筑轴线网正确地测定每一根桩的中心点，并标有明显的标志（如钢筋头并画与桩同径的圆）。桩位的测放允许误差为1cm，为防止桩位被桩机行走压偏或沉桩挤偏，在压桩前对每根桩用极坐标法进行复测。压桩时要保证桩垂直度在5‰以内，桩位误差<10mm，接桩要作好接桩隐蔽验收记录，送桩时一定要用水准仪严格控制送桩标高，其误差应在+10～-5cm以内，接桩端口焊缝应连续饱满。

4、粉喷桩施工技术措施

4.1钻机的提升速度：钻机的提升速度直接影响桩身质量，控制钻机提升速度十分重要，根据以往经验及本工程特点，钻机提升速度控制在0.8m/min以内。

4.2钻机垂直度控制：钻机就位后，必须保证钻机的水平，在机架上设一线锤，线长不小于2m，垂直度偏差控制在1.5H%以内。

4.3钻杆下沉钻进：速度1.5～1.8m/min。

4.4当搅拌头到达设计桩底以上1.5m时，应立即开启喷粉机提前进行喷粉作业。当喷粉头提升至地面下500mm时，喷粉机应停止喷粉。

4.5送粉的连续性：成桩过程中因故停止喷粉，应将搅拌头下沉至停灰面以下1m处，待恢复喷粉时再喷粉搅拌提升。

4.6桩头质量：按规定进行复搅、复喷，确保桩头质量。

5、静压空芯方桩施工技术措施

5.1压桩施工顺序：压桩顺序总体上先施工深桩，再施工浅桩、由内向外、承台群桩由中部向边沿、逐排单向打设。

5.2桩位放样：控制误差（相对于三角点）小于±5mm，桩位误差<10mm，建筑位置符合设计及建设单位的要求。三角点、控制点、水准点等测量标志，均应严格保护好。平面控制：利用放样控制点通过测定方位角和距离定桩位；水准点复核：现场水准点必须引测到距离施工区域大于30m处。桩位位置放样、标高引测均须通过自检、建设单位（监理）复检验收，方可施工。

5.3压桩施工

5.3.1桩就位前施工员和班组必须进行桩位复查，凡误差>10mm应重新校正，校正后方可施工。施工时必须控制桩的垂直度。

5.3.2桩机就位：经选定的打桩机进场行至桩位处，调整机架垂直度，并使桩机桩帽中心与地面上的样桩基本对准，调平压桩机，再次用中心线锤校核桩位。

5.3.3吊桩喂桩：用自带吊机进行吊桩喂桩，当桩被吊运至桩机附近后，采用单点吊法起吊，用双千斤（吊绳）加小扁担（小横梁）的起吊方法使桩身竖直插入夹桩的钳口中。

5.3.4对中、调直：当静压预制空心方桩被插入夹桩的压桩帽中后，将桩徐徐下降直至桩靴离地面10cm左右处，微调压桩机使桩中心对准桩位，并将桩压入土中0.5～1.0m，暂停压桩，从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度，待桩身垂直度偏差小于0.5%时才可正式压桩。

5.3.5压桩前要用两台经纬仪架在桩的相邻成90°的两面作垂直度观察，确保桩身垂直。送桩时，垂球跟踪调整送桩器垂直度，其垂直度偏差值应<0.5%。送桩应在桩顶质量检查合格后立即进行。

5.4电焊接桩

5.4.1空心方桩逐节接桩采用端板焊接连接，焊丝选用碳钢CO2气保护实芯焊丝。接桩时上下节必须接直焊牢，上下桩节的中心线偏差不得大于5mm。5.4.2焊接前应确认端板是否合格、平整，桩端埋设铁件、特别端板坡口上的浮锈及污物应清除干净，露出金属光泽。5.4.3焊接时首先打底，以确保根部焊透，拼接处坡口槽的电焊应分三层以上对称进行环缝焊接。5.4.4接桩就位时，上下节桩宜设导向箍以保证上下桩节找正接直，如桩节间隙较大，可用鐵片填实焊牢，接合面之间的间隙不得大于2mm。5.4.5为减少焊接变形，沿接口宜对称焊6点，待上下桩节固定后再拆除导向箍，分层施焊，每层焊接厚度应均匀，每层间的焊渣必须清除干净方能再焊下一层，坡口槽的电焊必须满焊。5.4.6对接头外露金属部分，在压入土之前，应再次涂刷防锈涂料，接桩后待焊缝降温八分钟后再施压，严禁用水冷却或焊好即压。5.4.7电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝必须每层检查，焊缝不宜有夹渣、气孔等缺陷，满足《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001二级焊缝的要求。

5.5桩顶标高控制

施工前在场地外围设置控制点，用水准仪测出自然地坪标高，每根桩按图纸有关数据必须有两人分别进行计算和复核，准确计算出送桩深度，确认无误后方可标于送桩器上，确保桩顶标高偏差在规范内。

5.6施工记录：施工时按有关规定，严格做好各项记录。记录必须及时真实、齐全、清晰，要求逐项填写。

结束语

工程桩施工完成后，经检测，全部合格。该桩型利用水泥土粉喷桩较大的接触面积来提供侧摩阻力，同时利用高强度的芯桩承担竖向荷载，有机的结合了预应力混凝土空心方桩与水泥土粉喷桩的优点，形成了一种中间强度高、四周强度低的合理桩身结构，充分发挥了芯桩与水泥土桩体的性能，形成复合受力桩的一种新桩型。使两种桩型的优势同时得到充分发挥，是一种经济有效的地基处理方法，应大力的推广。

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预应力混凝土空心板桥 篇3

预应力混凝土空心板桥是公路桥梁中被广泛应用的一种结构形式, 但近年来桥梁检查中发现, 大量混凝土空心板梁存在纵向开裂的现象, 裂缝多出现在空心板底板薄弱处或底板中部处发展, 有的不仅在底板出现, 还在腹板、顶板出现。众所周知, 空心板在施工和使用过程中, 由于预应力及外荷载的作用, 空心板会产生纵桥向的弯矩等内力, 如果产生的应力超过混凝土的抗拉强度, 就会发生板顶或者板底的横向裂缝。而空心板梁纵向裂缝的普遍产生, 有些令工程师们费解, 因此有必要对预应力空心板纵向裂缝成因进行分析, 并提出有效的加固对策。

2 工程概况

笔者参与检测的广东某高速公路上空心板桥, 为先张法预应力混凝土空心板桥, 简支变连续体系, 有20m和15m两种跨径。底板设置横向间隔6cm的纵向预应力钢绞线, 单根预应力采用φj15.24mm, 张拉控制力1395MPa。横向仅配置普通钢筋, 间隔10cm、20cm布置。空心板及铰缝采用50#混凝土。桥梁设计荷载:汽车—超20, 挂车—120。

在2009年常规检测中发现, 该线上空心板桥无论边板、中板, 在底板中部普遍出现通长纵向裂缝, 宽度大于0.15mm约占80%, 有部分裂缝宽度在0.2～0.5mm。多数裂缝贯穿了空心板桥整跨, 也有部分空心板裂缝并不连续, 发生多道纵向裂缝, 相互交织。部分裂缝深度已经贯通底板内外, 并发生漏水等情况, 板内积水加速了裂缝的发展。

3 空间模型

应用通用空间软件ANSYS建立空心板空间模型, 由于空心板桥由多个单板组成, 每个单板之间靠铰缝联系, 铰缝间只传递剪力不传递弯矩, 所以此处分析建立了中板和边板两种单板模型 (图1) , 中板约束为两侧腹板受横向约束, 边板只约束内侧腹板的横向位移。以15m跨简支梁为例建模, 混凝土采用solid65单元模拟, 预应力筋采用link8单元模拟。

据相关文献资料, 空心板底板纵向裂缝的产生与温差应力有很大关系, 所以本次分析荷载工况主要分析恒载、日照温差、混凝土收缩等组合工况。

4 计算结果及分析

注:以下应力单位均为Pa。

4.1 中板模型

(1) 工况1:自重+纵向预应力+收缩

从图2可看出, 中板内孔上、下缘出现了较大的拉应力, 下缘达到了3.4MPa, 超出50#混凝土容许拉应力。顶板、腹板、底板均出现了不同程度的拉应力。从底板横向应力情况看, 中线处受压0.4MPa, 越往外缘, 拉应力越大, 到底板边缘处, 达到1.6MPa拉应力, 这是由于模型中约束两端腹板所致。

(2) 工况2:自重+纵向预应力+降温温变

根据我国《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 中规定的温差分布和相关参考文献[3,4], 寒流降温引起的壁板温差可达10℃以上, 由此产生的拉应力比日照降温时产生的拉应力要大些, 故此只对寒流降温引起的温差应力进行分析。根据规范要求和此简支空心板所处的地理位置及气候情况, 来确定寒流降温时的温度场, 因温差是相对值, 因此只要假定各个表面的温度, 即可确定温度场。边板外侧腹板外表面, 由于受寒风影响, 温度较低, 其值取为-13℃;底板外表面, 由于受寒风影响小, 温度取为-10℃;顶板外表面受白天升温影响, 降温较小, 温度取为- 8℃;而内侧腹板, 基本和其他梁连成一体, 受温差影响较小, 故取为-3℃。对于空心板内圆表面取为0℃。

从图3应力云图可看出, 底板中线处横向拉应力达到2.5MPa, 稍远底板位置1.6MPa拉应力。同样, 顶板也出现了较大的横向拉应力, 有可能产生纵向裂缝, 只是由于顶板检查条件有限, 所以顶板也是需要关注的部位。

4.2 边板模型

(1) 工况1:自重+纵向预应力+收缩

从图4可看出, 由于边板一侧约束, 收缩对底板横向应力影响不大, 仍有0.3MPa压应力。

(2) 工况2:自重+纵向预应力+降温温变

从图5可看出, 由于降温温变的影响, 边板底板出现了1.46MPa拉应力。

(3) 工况3:自重+纵向预应力+降温温变+收缩

从图6可看出, 由于降温温变和混凝土收缩的共同影响, 边板底板中线处出现了将近2.5MPa的拉应力。这能较好的解释为何底板中线处出现纵向裂缝。

5 成因分析结论

综合计算分析结论, 并查阅相关文献资料[1,2,5], 分析有以下几方面因素导致空心板底板纵向开裂现象:

(1) 施工控制因素

由于并不是所有空心板都出现底板纵向裂缝, 这说明施工质量离散性较大, 与施工控制不严有关, 包括混凝土质量控制和预应力张拉控制两方面。

①混凝土质量控制

混凝土局部振捣、养护控制不严等因素。

②先张法预应力束张拉控制

对于先张法预应力空心板桥, 预应力束放张时, 钢束的回缩会给混凝土施加强大的预压力, 在横向可产生劈裂横向拉应力。如果预应力放张过早, 混凝土强度尚低, 会产生纵向开裂。如果预应力放张过快, 梁体内部应变无法很快地达到平衡, 发生应变滞后, 也会导致横向拉应力超限而开裂。另一方面, 如果施工未按照规范要求对称均衡地放张, 也会在截面横向产生弯矩, 应力叠加超过限值后发生开裂。

(2) 设计因素

横向防裂钢筋设置不够或底板厚度或保护层厚度不足造成的开裂。

(3) 温度骤降造成的横向温差影响。

(4) 混凝土收缩因素。

(5) 超载影响。

多数空心板桥资料表明, 空心板纵向裂缝是由空心板横向温差及收缩共同引起, 此处空间计算结果也证明了这一点。温度和收缩裂缝都属于变形荷载裂缝, 空心板在内外温差作用下因顶底板外表面降温收缩时受到内表面及腹板的约束, 引起较大横向拉应力所致。同时由于底板中预应力管道的存在, 混凝土浇注中不易振捣, 密实性和强度也相对较低, 有过相关文献, 预应力管道埋设在腹板, 腹板部位出现了纵向裂缝, 所以开裂与混凝土的质量控制也有很大关系。空心板梁产生纵向裂缝主要是由于寒流降温与混凝土收缩共同因素引起, 同时与混凝土的密实度不均匀、强度不同有很大关系。基于本计算结果, 若按各因素对空心板裂缝的影响程度排序, 可以这样列出:

混凝土施工质量控制;横向预应力或横向抗裂钢筋不足;温度骤降影响;混凝土整体收缩影响;超载 (重车影响) 。

6 加固对策

基于上述分析, 空心板底纵向裂缝主要是由温度应力、混凝土收缩变形荷载引起的, 通过对该线空心板桥检测证实, 底板开裂后的桥梁承载能力仍能够满足设计要求, 但个别裂缝较严重的空心板梁挠度、应力值的校验系数呈离散情况。这说明纵向裂缝对结构的承载能力影响不大, 但较严重的裂缝会对梁体的整体性和刚度产生影响。裂缝的存在和渗水也会使混凝土受到损害, 并且使钢筋暴露在环境中, 增加钢筋受腐蚀的机率, 从而会降低构件的使用寿命。

根据笔者加固设计经验, 对于存在纵向裂缝的空心板桥, 推荐有两种加固措施:

(1) 仅对裂缝进行封闭处理

对承载力仍满足的空心板桥, 主要目的是封闭裂缝, 减少构件受侵蚀的机会, 消除裂缝对空心板耐久性的影响, 加固措施仅对裂缝进行封闭处理。按照加固设计规范, 对宽度大于0.15mm的裂缝进行灌浆封闭, 宽度小于0.15mm的裂缝进行表面封闭。考虑到多数空心板有积水、渗水现象, 在每个板在沿纵坡最低点附近设置前后两个直径为2cm的泄水孔 (注意避开底板预应力管道) 。

(2) 预应力卸载法碳纤维加固处理

预应力卸载法的基本思路[6]:利用千斤顶等上顶装置在梁底施加与恒载反方向的荷载, 消除梁体已有变形, 并且使其产生一定的反向变形, 在该变形状态下板底 (四分之一跨、跨中、四分之三跨) 粘贴三道20cm宽双层碳纤维布, 效果相当于三道横隔板以增加梁的整体性。当碳纤维与梁体结构粘贴可靠后, 撤收施加预应力的设备。

摘要：针对目前预应力空心板桥普遍发生的底板纵向开裂现象, 以广东某高速公路空心板桥为例, 应用空间通用软件ANSYS进行了成因分析, 得出了温差应力、混凝土收缩为主要导致因素, 同时施工控制因素、设计考虑不足为先天因素, 最后给出了两种加固对策, 为同类工程问题提供参考。

关键词：空心板,纵向裂缝,质量控制,温度应力,ANSYS,加固

参考文献

[1]刘效尧, 蔡键, 等.桥梁损失诊断[M], 人民交通出版社, 2002.

[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M], 人民交通出版社, 2001.

[3]刘兴法.预应力箱梁温度应力计算方法[J].土木工程学报, 1986.

[4]吕长荣, 周世军.装配式简支空心板梁纵向裂缝分析[J].交通标准化, 2007, (4) .

[5]混凝土空心板桥的分析研究[J].太原理工大学学报, 2008, (1) .

预应力混凝土空心板桥 篇4

在本次辽宁省滨海公路全线的桥梁结构物中, 10m~20m跨径的桥梁占据了相当大的比例, 且在全线分布密度大, 对于处于填方地段的路段, 桥梁上部结构的建筑高度直接影响本路段的填土高度, 也即直接影响整个滨海公路的工程造价。因此具有建筑高度低、外形轻巧美观、制作方便等优点的空心板梁结构无疑是设计中首选的结构形式。

中、小跨径的空心板桥多采用结构简支, 桥面连续的体系形式, 结合已建成通车的公路的实际使用情况, 10~16m跨径桥梁的桥面连续使用情况一般均比较好, 而且若全部采用先简支后连续设计, 支座不均匀沉降引起的结构次内力相对较大, 需增配较多的钢筋, 不够经济合理。但是对于跨径大于或等于20m的桥梁来说, 由于梁端转角较大, 采用传统的桥面连续这种结构在桥梁运营一段时间后桥面连续位置处容易发生开裂, 对行车舒适性及公路养护等方面均会带来不利的影响, 因此在本次滨海公路的板梁设计中, 20m以下跨径仍采用结构简支, 桥面连续的形式, 但是对于多跨20m空心板梁, 则采用结构上先简支后连续的设计, 用以抵抗对结构不利的滨海环境, 增强其耐久性, 同时也可以极大的改善道路的行车条件。

2“先简支后连续”结构体系的合理性

“先简支后连续”是一种介于简支结构与传统现浇连续结构之间的桥梁形式, 这种结构通过工厂预制、现场吊装形成一般简支体系, 然后通过浇筑支点连续段混凝土、更换支座 (体系转换) 形成连续结构。此种桥型它充分发挥了简支桥梁和连续桥梁的优点, 克服了它们的缺点。

首先, 这种体系跟简支梁一样结构简单, 并能有效地减小截面尺寸或者减少结构的预应力配束。对于中等跨径的桥梁来说, 其受力特性之一是可变荷载 (主要是汽车荷载) 产生的内力占总荷载内力的比例较大, 一般会占到30%~50%左右, 而“先简支后结构连续”体系在运营阶段已转换为连续体系, 由于支点负弯矩的“卸载”作用, 使汽车荷载产生的跨中弯矩明显减少, 从而减小设计尺寸或者减少配束, 使得结构更趋于合理。

其二, 可以预制吊装施工, 上下部施工能同时进行、进度快。这种体系上部结构采用的基本是简支梁的施工方法, 得到的却是结构更优的连续梁, 而且结构在墩顶完成湿接亦无需临时大型支架, 适用性强。相比于传统连续梁复杂繁琐的施工过程、较高的建设费用和较长的施工周期, “先简支后结构连续”体系能有效避免这些缺点, 从而加快施工进度, 提高经济效益。

其三, 预制装配的“先简支后连续”板梁在受力性能方面也具有较大的优越性, 其受混凝土的收缩徐变以及支座不均均沉降等影响较小。在预制装配为简支结构时, 由于混凝土的龄期较早, 收缩与徐变的变形量都较大, 而这时的变形结构体系是静定体系, 并不产生支座反力, 没有内力重分布问题产生, 支座产生的不均匀沉降也不会产生次内力。在结构形成连续体系后, 结构虽为超静定, 但此时收缩、徐变及支座不均均沉降较小, 也不会产生较大的二次内力。

最后, 从运营条件来说, 这种体系具有变形小、伸缩缝少的优点, 避免了简支梁桥波浪式跳车、在长期使用中桥面连续及伸缩缝常出现破坏的缺点, 可以像连续梁桥一样行车无断点, 从而使得行车高速、平稳、舒适。

3 先简支后连续预应力空心板梁结构体系的形成

先简支后连续空心板是采用先简支安装预制空心板再现浇连续段混凝土的施工方法, 连续处可分为预应力混凝土连续和钢筋混凝土连续2种形式。受空心板建筑高度和断面形式的限制, 预应力混凝土连续方式的施工繁杂, 质量也不好控制, 一般在空心板结构中较少采用。目前通常采用的是钢筋混凝土连续方式。

在桥梁由结构简支转连续的施工过程中, 一般采用比较多的方法有两种:一种是在简支梁安装时先设临时支座, 在现浇连续段设永久支座。当结构形成连续之后, 再将临时支座拆除, 只留下永久支座。这种方法结构受力明确, 但是施工要麻烦一些;另外一种方法是在简支梁安装时设支座, 当结构形成连续之后, 不拆除支座, 而直接转为永久支座。这种方法施工比较简便.但是受力上有些不够明确。本次滨海路的设计采用了前者的做法。

4 先简支后连续预应力空心板梁设计实例研究

在2007年辽宁省大连市滨海公路施工图设计中, 根据业主方面的要求, 20m跨径的大桥上部统一采用了先简支后连续预应力空心板梁结构。下面以笔者设计的滨海路某11-20m大桥为例加以说明。

全桥上部为11-20m先简支后连续预应力混凝土空心板, 设计荷载等级为公路Ⅱ级, 安全等级为二级, 环境类别盖梁以上按Ⅱ类考虑, 盖梁以下 (含盖梁) 按Ⅲ类环境考虑, 采用4×20+3×20+4×20的联孔方式, 桥面全宽13.05m, 横桥向10片板。其中中板板宽为1.24m, 边板板宽为1.52m (如图1所示) , 板高0.95m, 桥面现浇混凝土铺装层厚度为10cm。预制空心板部分采用C50混凝土。

对于先简支后连续结构来说, 关键是连续部位的设计, 在本桥的设计中, 现浇连续部分采用了C50钢筋混凝土连续方式, 墩顶现浇段纵桥向长度为0.6m, 支座采用单排支座, 在施工中进行支座转换。现浇接头采用锯齿形以增强其纵向联系, 构造尺寸如图2所示。

该桥主要施工工序, 大致为以下四个阶段。第一阶段:预制梁板, 张拉预应力, 安装临时支座, 架设主梁;第二阶段:安装墩顶永久支座, 焊接连续段的连接钢筋, 现浇铰缝和连续段混凝土;第三阶段:现浇桥面混凝土铺装层, 待混凝土达到设计强度后拆除临时支座, 进行体系转换;第四阶段:浇注防撞墙混凝土及桥面沥青铺装层, 安装排水设施等。典型的四孔一联的施工程序如图3所示。

本设计按照《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 第4.3.10条计算结构由于梯度温度引起的效应, 各参数如下:沥青混凝土铺装层厚70mm, A=300mm;正温差时, T1=17.6℃, T2=6.22℃;反温差时, T1=-8.8℃, T2=-3.11℃。对于先简支后连续的空心板桥来说, 应当考虑基础的不均匀沉降带来的影响, 本计算中支座不均匀沉降按5mm考虑。

活载的横向分布系数采用《桥梁博士3.1》的横向分配系数模块进行计算。分别按杠杆法、刚接板梁法、铰接板梁法三种方法计算, 支点采用杠杆法数据, 四分点到跨中采用刚接板梁法、铰接板梁法两者的最大值, 支点到四分点按直线内插求得。

计算过程采用《桥梁博士3.1》结构计算程序中的直线桥模块对先简支后连续预应力空心板梁进行结构分析。预制空心板部分按预应力混凝土A类构件进行持久状况承载能力极限状态及正常使用极限状态验算, 墩顶现浇连续段按照钢筋混凝土结构进行持久状况承载能力极限状态抗弯强度及斜截面抗剪强度验算, 并按照持久状况正常使用极限状态进行裂缝验算。计算过程中, 考虑5cm桥面混凝土铺装参与结构受力, 剩余5cm混凝土铺装、沥青混凝土铺装、铰缝、防撞墙、空心板的封头混凝土均作为荷载。计算结果如图4、图7所示。

预制空心板部分采用先张法施加预应力, 预应力筋为φs15.2mm钢绞线, 计算得到中、边板的预应力钢束的数量如表1所示。由图4看出, 连续空心板在受梯度温度、不均匀沉降、活荷载及收缩徐变的作用下, 各连续桥墩处空心板下缘同样产生正弯矩。为抵抗此正弯矩, 连续桥墩处空心板下缘必须配置一定数量的普通钢筋。

设计中对先简支后连续预应力空心板进行了结构抗剪强度计算, 经计算, 预制空心板不用进行端部截面尺寸加宽。

由于连续空心板在连续墩墩顶上缘无预应力钢束, 此处的主拉应力很大, 该处主要验算钢筋混凝土单元的裂缝与承载能力极限状态。

全桥支点附近单元按钢筋混凝土构件计算裂缝, 计算结果显示上下缘的最大裂缝值为0.188mm, 小于容许值0.20mm, 满足规范要求。

5 结论

通过上述理论和实例分析, 大致可得如下结论:

5.1 先简支后连续预应力空心板梁的预制空心板部分应按照A类构件设计要求进行设计。

5.2桥面混凝土铺装与上部板之间通常会设置相当数量的剪力键以加强连接, 设计中可以适当考虑部分厚度的桥面铺装层参与结构受力, 这比较符合实际受力情况。

5.3 墩顶现浇连续段应满足钢筋混凝土结构承载能力极限状态下的要求, 同时还应对裂缝宽度进行验算。

5.4先简支后连续预应力空心板梁结构在造价增加不多的情况下即可达到行车舒适的目的, 而如果改用现浇钢筋混凝土连续箱梁结构, 梁部造价则会显著增加。

5.5与现浇钢筋混凝土连续箱梁结构相比, 先简支后连续预应力空心板梁结构可以大批量预制安装, 节约施工模板, 缩短工期, 而且梁板的工厂化预制对施工质量也可以得到较好的控制。

综上所述, 先简支后连续预应力空心板梁在中等跨径连续梁结构中有较高的竞争优势, 尤其是对结构耐久性要求较高的滨海地区, 以及对行车舒适性有特殊要求的公路, 更具有较高的推广应用价值。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 1996.

[2]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTG D62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

预应力混凝土空心板桥 篇5

关键词：简支预应力空心板桥,造价分析,对比结果分析

1 概述

先张法预应力简支空心板桥因其施工简便, 结构美观等优点而在我省公路及市政桥梁中广泛应用的一种中小桥桥梁结构。根据道路等级不同, 目前常用跨径为16m及20m。

2 相同净宽不同跨径的桥梁造价比较

现以净宽12m及21.5m为例做造价比较, 在费率、单价及取费都相同的情况下, 16 米跨径按8 孔桥长128 米计算, 20 米跨径按6孔桥长120 米计算, 将计算结果列入表1 比较。

表1 结果是在同一背景相同费率相同单价基础上编制的, 所用的定额也相同。

3 对比结果分析

3.1 桩基础、桥墩、板式橡胶支座、桥梁伸缩缝由于跨径不同从而孔数不同造成金额差异较大, 即修建一座约120 米的中桥, 16 米跨径的需设置8 孔, 20 米跨径的设置6 孔。桥墩及墩基础工程量明显减少, 从节约造价角度看, 跨径20 米比跨径16 米更为经济。

3.2 桥台 (均为肋板台) 、桥面铺装、防撞墙、其他工程及桥面沥青混凝土铺装受跨径影响较小, 金额差异不明显。

3.3 上部构造预应力空心板部分造价差异不是很明显, 现对其做详细对比, 所用定额见表2。

由于此项定额子目少, 张拉台座及抗震垫块造价所占比重不同会影响上部构造的造价对比, 因此对上部构造的对比只对混凝土、钢筋及钢绞线进行比较, 见表3。

由此可见, 在相同净宽的前提下。单独的上部构造对比, 16 米跨径比20 米跨径造价更经济。

4 结论

桥梁的对照分析不能以单独的某一工序项目为标准进行片面的对比, 必须对整个桥梁基础、下部、上部进行全面的对比。从总体的比较结果看, 净宽无论是12 米还是21.5 米, 简支预应力空心板桥跨径20 米的比跨径16 米的更经济。但是桥梁跨径的选择应是多方面考虑的, 造价只能作为一方面给予参考。

结束语

本次桥梁造价的对比是根据目前省内的预应力简支空心板图集所对应的工程量编制, 如有不尽之处, 请各位同仁指正。再次感谢桥梁图集的编制者。

参考文献

[1]公路工程基本建设项目概算预算编制办法 (.JTG B06-2007) .