02-预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸

1桥梁设计参考资料之二预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸中交公路规划设计院编2目录1连续刚构桥的适用范围-------------------------------------------------12连续刚构与连续梁的混合体系-----------------------------------------13墩高对连续刚构桥的影响-----------------------------------------------14孔跨布置--------------------------------------------------------------------24.1三跨连续刚构---------------------------------------------------------24.2两跨T构--------------------------------------------------------------34.3多跨连续刚构---------------------------------------------------------44.4小边跨连续刚构------------------------------------------------------45主梁构造与尺寸-----------------------------------------------------------65.1箱梁高度---------------------------------------------------------------65.2箱梁顶、底板和腹板厚度-----------------------------------------95.3箱梁横隔板-----------------------------------------------------------106主墩构造与尺寸----------------------------------------------------------106.1设计原则---------------------------------------------------------------106.2墩身结构型式及尺寸------------------------------------------------116.3墩身设计参数的优化------------------------------------------------126.4部分连续刚构桥主墩S值和b值---------------------------------126.5桥墩防撞设计---------------------------------------------------------136.6桥墩抗渗设计---------------------------------------------------------137其他方面-------------------------------------------------------------------147.1箱梁的管养、检修通道---------------------------------------------147.2箱内泄水孔-----------------------------------------------------------147.3箱内通气孔-----------------------------------------------------------147.4梁段结合面上剪力齿-----------------------------------------------147.5预留更换支座的空间-----------------------------------------------153预应力砼连续刚构公路桥总体设计及主要尺寸1连续刚构桥的适用范围PC连续刚构桥主跨跨径超过200m后，不仅主梁因梁高较大导致恒载过大、受力不好，而且经济指标也不好。主跨超过200m时，PC部分斜拉桥（也称矮塔斜拉桥）优于连续刚构桥，因为其主梁根部高度约为连续刚构桥主梁根部高度的一半，桥梁景观也较好。主跨在200m～300m之间，应首选部分斜拉桥。即使跨径在150m～200m之间时，也应对这两种桥型进行比较，择优选用。以上系指按三跨对称布置的连续刚构桥或部分斜拉桥。当为两跨等跨布置时，则成为单T刚构桥或独塔部分斜拉桥。单T刚构桥的跨径一般不宜大于130m；两跨部分斜拉桥适用跨径为100m～180m。2连续刚构与连续梁的混合体系国内已建成的连续刚构桥的连续总长度已突破1000m。重庆黄花园大桥为137+3×250+137≈1024m；东明黄河大桥为75+7×120+75=990m。所以，连续刚构桥的连续长度可以达到1000m。但是，连续长度过大，靠两边的几个桥墩因远离温度变形0点，将产生较大的水平位移，桥墩受力很不利。国内外一些较长的大跨度梁桥，采用中间区段为连续刚构，两边区段为连续梁的混合体系，结构受力合理，称为刚构—连续梁。缺点是连续梁部分要设置大吨位支座，使用期需进行更换。3墩高对连续刚构桥的影响连续刚构桥为高次超静定结构，温度与砼收缩、徐变将产生次弯矩。当主墩4较矮或抗推刚度较大时，对纵向地震影响不利，在墩顶还会出现较大的拉应力。需要利用桥墩较小的抗推刚度（双壁墩bh3E/（2L3））来降低上述次弯矩。一般情况下，墩身高度宜大于主跨跨径的1/10，否则应采取措施降低次弯矩。例如：1.1在满足抗弯和稳定的前提下，减小墩身顺桥向厚度；1.2采用群桩基础，计入桩基柔度对墩身的影响；1.3利用边跨合拢前后的刚度变化对主梁进行加卸载，以改善墩身的受力；1.4将中跨底板预应力长索分三段锚固。其中两段在中跨合拢前锚固，一段在合拢后锚固，以减小底板束产生的次弯矩和砼收缩、徐变内力；1.5对于个别很矮的桥墩，不用墩梁固结，采用墩上设置活动支座。矮墩连续刚构桥的实例：主跨190m华南大桥，主墩墩身高度为11m，东明黄河大桥主墩高度9.1m～12.3m；某城市立交桥，跨径为36+58+90+58m，主墩高度为7.25m～8.18m；湖北翟家河大桥，跨径为85+160+85m，两个主跨高度分别为16m和95m。4孔跨布置4.1三跨连续刚构设中跨为L，边跨为L1及L2。L1＝L2时为对称布置，L1≠L2时为非对称布置。正常情况下，一般可取L1＝/L（及L2/L）=0.52~0.60较为合适。边跨大或小各有利弊，分述如下。4.1.1边跨较小的优点⑴边跨现浇段长度较短，对施工有利。当边墩台较高时，可用导梁、托架5或挂篮前推作为支架，现浇段可以不用落地支架。⑵边跨主梁端附近主拉应力较小，对防止箱梁腹板出现斜裂缝有利。⑶边跨满布活载，中跨空载时，对中跨受力有利。⑷当中跨长度一定时，边跨较小，则主桥长度较短。4.1.2边跨较小的缺点⑴边跨过小时，如边支承出现负反力，需采用拉压式支座或在边跨主梁内加配重的措施，边墩台的受力不好。⑵边跨较小时，主墩靠岸一侧的单柱轴力较小，另一单柱轴力较大。故外立柱的偏心距大，将产生较大拉应力。但可采取下述措施克服这个缺点：①边跨合拢前，在边跨大悬臂端加压重，边跨合拢后卸载。结构分析表明，卸载后，外立柱仍可获得因加压增加压力的90%。②中跨合拢前顶推主梁，使主墩向岸方向产生水平位移，然后锁定中跨合拢段，再浇边跨和中跨的合拢段砼。顶推力应根据计算确定。③改变中跨底板纵向预应力钢束的张拉程序。一般是在中跨合拢后才张拉中跨跨中附近的底板钢束，这时将引起墩身弯矩，此弯矩与恒载墩身弯矩方向相同，对墩身受力不利。改为将部分底板钢束在中跨合拢前张拉，可减小墩身的弯矩。边跨较大时的优缺点，与上述边跨较小的优缺点相反。4.2两跨T构两跨T构多采用等跨布置，对结构受力有利，也方便进行对称施工。例如贵州省贵毕公路小阁丫大桥，跨径138.1+138.1m。0号梁段长16m，挂篮悬浇梁段长度为110.5m（一侧）靠桥台16.6m长为现浇梁段，合拢段长3m。6有时受地形限制，也可以采用不等跨布置。小跨与大跨跨径之比，不宜过小，否则对桥墩受力不利。一般宜大于0.8。例如贵州省崇遵公路两岔河大桥，由于某种特殊原因，跨径为132m+126m。小跨与大跨之比0.955。0号梁段长16m在托架上现浇，2×105.5m用挂篮悬浇施工，先合拢小跨端部12.5m梁段，然后再将大跨悬浇一个4.5m的梁段，最后浇筑大跨合拢段（亦为现浇段）长14m。两跨T构，由于悬臂浇筑施工过程，悬臂长度大，主梁根部负弯矩大，导致主梁梁高较大。在三跨正常布孔其中跨跨径与两跨T构跨径相同的情况下，后者主梁根部高度约为前者的1.6倍。所以，如果桥长相等，后者往往造价较高。对于两跨T构方案，要注意进行经济技术分析。4.3多跨连续刚构四跨或四跨以上，可以对称布置，也可以非对称布置。中间1跨或几跨为主跨，跨径相等。边跨跨径一般逐渐减小。相邻两跨如跨径不等时，小跨与大跨之比，正常情况下不宜小于0.52。上限则比较灵活，有的桥达到0.8。以下是几座四跨或四跨以上连续刚构的孔跨情况，可供参考。广东洛溪大桥：65m+125m+180m+110m，连续长度480m；贵阳小关大桥：69m+125m+160m+160m+112m，连续长度626m；福建石崆山高架桥：60m+115m+155m+115m+115m+115m+65m，连续长度740m。四跨或四跨以上连续刚构的一个重要特点就是：大跨与小跨对应的悬臂施工T构的长度不相等，出现大T和小T，设计和施工都更复杂一些。4.4小边跨连续刚构有时受地形或其他条件限制，可能出现很小的边跨，其跨径与相邻较大跨径7之比小于0.5。对桥墩和主梁受力不利，设计有下述两种处理措施：4.4.1当小边跨梁端的负反力较大，难以消除时，采用基础锚碇的方法平衡负反力。例如：⑴四川省泸州长江二桥，孔跨布置为145m+252m+54.75m，小边跨箱梁通过5.25m长的合拢段与桥台刚性连接。按锚碇桥台设计，布置18根方形锚桩，通过设在锚桩内的竖向预应力束将桥台可靠地锚于基岩中。桥台长26m，与箱梁结构一致，两端加隔板，箱内用浆砌石填心，小边跨的纵向预应力束锚于台尾。桥台为三向预应力结构。桥台构造见图1。⑵贵州省关兴公路落拉河大桥，孔跨布置为40m+166.5m+97m。40m小边跨采用大截面等高度箱梁，并在梁端布置4排预应力锚杆。锚杆用32精轧螺纹钢筋，锚入基岩内10m，在梁顶张拉。锚杆纵向间距100cm，横向间距180cm，每根锚杆张拉力320KN。4.4.2当小边跨跨径不是很小时，采用大、小T和调整边跨构造尺寸的方法协调恒载分布，以改善边主墩的受力。例如：⑴云南省三界怒江大桥，孔跨布置为55+138+95m，小边跨55m与中跨138m的比值为0.399。设计采取的协调措施是：主桥由一个100m小T和一个176m大T组成，使小边跨端部不出现负反力。小边跨箱梁仍按正常情况进行结构设计。8⑵贵州省思南岩头河大桥，孔跨布置为53.5m+128.5m+92m，小边跨53.5m与中跨128.5m的比值为0.416。设计亦采用大、小T的方式协调内力。小边跨端部为正反力，箱梁按正常情况进行设计。靠小边跨的主墩较矮，墩顶截面出现不大于3MPa的拉应力，布置竖向预应力筋。5主梁构造与尺寸5.1箱梁高度连续刚构桥几乎都采用变高度箱型断面，故仅对箱型断面进行论述。5.1.1三跨对称布置时的主梁高度⑴主梁根部高度早期设计的连续刚构桥，主梁根部高度多为L/18～L/20（L为中跨跨径，下同）。表1部分早期连续刚构桥主梁根部高h桥名孔径（m）h（m）h/L建成时间虎门大桥辅航道桥150+270+15014.81/18.241997黄石长江大桥162.5+3×245+162.513.01/18.851995三门峡黄河大桥10