中承式提篮拱桥四篇

2024-08-12

中承式提篮拱桥篇1

1 设计概况

该桥为车行天桥,位于重庆市巫山县巫峡镇早阳村境内,横跨拟建的巫山—奉节高速公路。该桥净跨36 m的中承式钢筋混凝土拱,净矢跨比为1/4.5、拱轴系数m=1.756等截面悬链线无铰拱。拱肋为工字形断面,两条拱肋间设置2道平行四边形断面的系梁(位于桥面系下方),加强拱肋稳定性的同时为桥面系提供支承点。

2 主要的设计参数

2.1 结构参数

f0=8.0 m,l0=36.0 m,拱肋高1.1 m,宽0.8 m(根据《桥梁工程》下册P20拟定结构尺寸),行车道板纵梁高0.6 m,宽0.8 m,桥面板厚0.2 m。

2.2 设计思想

在得到各截面内力后,其后计算具体内容包括拱的界面强度验算和拱的“整体—稳定”验算两个部分。目的是证明拱轴系数的合理性。

2.3 局部验算

1)拱圈的纵、横稳定性验算。拱圈截面强度验算,对于拱桥应尽可能调整拱轴系数,使拱圈在荷载组合下,偏心距在容许范围内。2)钢吊杆验算。主要受力结构尺寸见图1。

3 拱轴系数m的试算

基本思路,根据桥梁结构的特点我们初步拟定一个拱轴系数m,确定m后就可以得到相应的结构空间坐标,此处用于内力计算输入,内力计算后再进行各阶段局部验算,若通过则m值合理,若不能通过则改变m值,这个过程就是合理拱轴系数m的试算过程。

拱轴系数的合理性由五点重合法验证,对于大跨径拱桥不可能做到“五点重合”,因此合理的偏心距必须满足JTG D61-2005第4.0.9条。在满足偏心距的条件下还应满足JTG D61-2005第4.0.8条,两条件都满足,则拱轴线为合理拱轴线。

3.1 验算拱轴系数m

拱肋验算(检验拱轴系数m的合理性),包括拱脚、1/4拱肋、拱顶截面强度验算。

拱肋截面强度验算JTG D61-2005 P54:

由于整个拱肋被离散为数个单元进行内力计算,计算的对象是拱肋上的单个离散单元。由于单元长度很短,故长细比φ=1,另本桥横桥向的偏心很小,因此简化为单向偏压构件。

通过内力计算出各单元最大最小轴力、弯矩,从而得到相应的最大最小偏心距,根据偏心距计算出构件受压面积,代入公式即可求出截面的最大最小承载能力,取最不利承载能力与计算出的荷载轴力相比较,判断是否满足要求。

当拱轴系数等于1.756,则f=8.158 216,L=36.772 02,相关验算如表1所示。

通过验算,确定本桥的合理拱轴系数为1.756。

3.2 拱肋“整体—稳定”验算

拱肋“整体—稳定”验算JTG D61-2005第5.1.4条。

对于拱桥存在纵向、横向的结构稳定计算,其计算的对象是整个拱肋,因此必须考虑长细比的影响。

3.2.1 纵向稳定性验算

由于本桥矢跨比为0.22<0.3,稳定验算转化为强度校核的形式。

1)采用混凝土公式计算。

Nd(轴力)=Hd(拱脚水平推力)/cosφm=4 157.57 k N,其中,

换算直杆长度l0=0.36×S(拱轴长度)=14.81 m(JTG D61-2005第5.1.4条)。

e0=459.284(1/4跨截面弯矩)÷4 157.57=0.110 5 m。

14.81÷0.8=18.51,φ=0.667 5,查JTG D61-2005表4.0.8。

结论:说明结构尺寸足够安全,m合理,按混凝土构件计算满足稳定需要。

2)采用钢筋混凝土公式计算。

稳定问题转化成钢筋混凝土短柱偏心受压,计算长度采用拱桥的一般规定。

D62-2004第5.3.5条)。

γ0Nd=4 179.05 k N;l0=14.81 m;长细比为14.81÷0.8=18.51>17.5;e0=0.110 5 m(此三个数值上面已计算过)。

换算直杆长度:

偏心距修正系数ζ1=0.2+2.7×(0.111/1.05)=0.485。

长细比修正系数ζ2=1.15-0.01×(14.81/0.8)=0.965。

,为了便于比较将公式W左端的e移到公式右端,则都变成了轴力,4 179.05 k N<11 318 k N。

结论:说明结构尺寸足够安全,m合理,按适筋构件计算可满足稳定需要。

3.2.2横向稳定性验算

横向稳定性验算《拱桥手册》下册P505:

此公式计算非常麻烦,现采用《桥梁工程》下册P123计算,采用0.7×1.1矩形简算:

k2与λ=EIy/GIk有关,计算参考《拱桥手册》下册P514:λ=0.969。

查表《桥梁工程》下册P124表4-3-4,取k2=41.0。

结论:拱肋计算模型为受力单肋拱,考虑吊杆非保向力作用临界力增大2.5倍,经计算证明横向稳定。

4 结构验算

验算包括纵梁、横梁、桥面板的配筋计算,此处不再赘述,仅对吊杆的计算予以说明如下:

吊杆的计算:

吊杆最不利组合张力应满足JTJ 027-96 4.3.1,吊杆应力不大于0.4Rb=0.4×930=372.0 MPa,结合JTJ 027-96 5.4.2 P47得到结论如下:靠近拱脚处吊杆采用两根螺纹钢,其他采用一根。

同时需要对钢吊杆进行疲劳验算:

幅值=Nmax-Nmin或Nmax-N0,计算出最大幅值174.2 MPa,幅值应满足(JTJ 027-96 5.4.2)要求。

疲劳破坏幅值174.2 MPa<200 MPa(JTJ 027-96 5.4.2)。

对于整体结构的整体抗震、抗风验算、拱桥施工阶段验算此文不做重点叙述。

5 结语

1)对于圬工、混凝土拱桥来说力争使拱圈内,各截面成为小偏心受压构件。小偏心受压构件的优点是,同等条件下保证足够的受压区域,使压应力降低,从而提高了截面的强度。小偏心受压构件也客观的控制了裂缝(JTG D61-2005 P52)。调整拱轴线系数的意义就在于找到适合于全部截面的中心线,使每个截面的偏心距符合JTG D61-2005第4.0.9条,从而成为小偏心截面。在实际操作中拱脚可灵活放宽。2)拱桥“截面强度验算”主要是考虑到拱圈内各截面内力变化悬殊而对最不利者的验算,验算的模型实际为有效截面的轴心受压截面强度。“强度—稳定”验算主要是结构的强度,整体的稳定计算,计算模型为存在长细比的受压构件强度。3)在拱轴系数m的确定过程中,很多设计者想通过配筋达到所要求的强度而不愿意调整m,通过混凝土及钢筋混凝土偏心受压的计算可以得到,对于偏心受压构件配筋并不能显著提高结构强度,反而为结构安全造成隐患,在此也证明了合理拱轴系数的重要性。

参考文献

[1]JTJ D61-2005,公路圬工桥涵设计规范[S].

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

[3]JTJ 027-96,公路斜拉桥设计规范[S].

中承式提篮拱桥篇2

【关键词】临时桩；拱桥开裂；配合比；预压材料；拱轴线；湿接头

某桥主桥上部结构为下承式预应力混凝土桁架梁，标准跨径为82米，细杆轴线为 R=2400米的圆凸曲线，上弦杆轴线抛物线方程：y=0.8x-0.01x2，计算矢跨比1/5，上弦杆高度为100cm，宽为160cm，下弦杆跨中高度为220cm，宽为140cm；下弦杆支点处高度为240cm，宽为160cm；吊杆采用每节点两根，每根截面为80*25cm预应力混凝土结构。

1.临时桩基

在施工过程中，首先解决的便是承载的问题。经过仔细研究及计算，决定采用Φ1.5m钻孔灌注桩的形式进行承载。根据地质报告，结合现场实际情况，经过详细计算，并采用MIDS 进行验算，得出每根临时桩的承载力，再由此计算出桩长，详细计算如下：该临时桩为摩擦桩，根据支座反力及地质情况，可使用下列公式进行计算临时桩桩长：单桩轴向受压容许承载力计算，根据公式

[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

式中：[P]—单桩轴向受压容许承载力（KN）；U—桩的周长（m）；li—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），陆域从天然地表起算；τi—与li对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（KPa），按各桥建议设计值采用；A—桩底横截面面积（m2）；[σ0]—桩尖处土的容许承载力（KPa），按各桥建议设计值采用；h—桩尖的埋置深度（m），由一般冲刷线起算，当h>40m时，按40m计算；m0—清底系数；λ—修正系数；K2—地基土容许承载力随深度的修正系数，据桩尖处持力层土类而定；γ2—桩尖以上土的容重（KN/m3），当桩尖持力层为砂土、碎石土时，取浮容重（γ2为不同土层的厚度加权平均值）。当桩尖持力层为基岩时，应一律采用饱和容重。

由桩基承载力不同可分两种情况，即有两种桩长，具体如下：

（1）当承载力小于1000KN时，按1000KN考虑，即有：

a.桩尖处为淤泥质粉质粘土，故[σ0]=100KPa；桩底设计标高为-19.5m；m0=0.8；λ=0.7；K2=1.5；γ2=18.55908kN/m3。

b.桩直径为1.5m，故桩周长U=4.712m，桩面积A=1.767m2。

c. 根据上表桩周土极限摩阻力及各地层厚度数值计算得：Σliτi=475.8

故：[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

=0.5*4.712*475.8+0.7*0.8*1.767*（100+1.5*18.55908*14.3）

=1683.92>1382KN

故满足设计要求。

（2）当承载力小于2000KN 时，按2000KN考虑，即有：

同理可计算出桩底标高为-34.6m时的临时桩的容许承载力：

1）桩尖处为粉质粘土，故[σ0]=95KPa；桩底设计标高为-34.6m；

m0=1.0；λ=0.7；K2=1.5；γ2=18.65842kN/m3。

2）桩直径为1.5m，故桩周长U=4.712m，桩面积A=1.767m2。

3）根据下表桩周土极限摩阻力及各地层厚度数值计算得：Σliτi=870.6958

故：[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

=0.5*4.712*870.6958+0.7*0.8*1.767*（95+1.5*18.65842*29.4）

=3076.64>2910KN

故满足设计要求。

2.预压材料的选择

支架搭设完毕，根据设计上要求全桥预压，故在选择预压材料上，考虑了采用水箱、砂袋、钢筋等预压。由于桁架片比较窄，支架水箱试压考虑到搭设过程中不方便，而且因为要求超压，水箱高度将会达10米左右，迎风面积过大，对全桥稳定性有太大影响，所以不适合本桥试压；采用砂袋预压，要进行125%的重量，将会达1300t，而每袋砂按30kg来计算的话，光单侧预压也将会装43333袋，由此可以看出材料用量太大，占用施工场地，而且从人工上讲，不经济，故也不使用；采用钢筋预压，材料就地取用，堆载重量按160KN/m来计算，钢筋高度只有1.6米左右，可以节省开支，而且吊装也比较方便。根据经济合理安全各方面比较，采用钢筋进行预压。

3.拱轴线的控制

拱轴线的形状直接影响主拱截面内力分布与大小，控制拱轴线，也就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载的压力线相吻合，这时主拱截面上只有轴向压力，而无弯矩及剪力作用，应力均匀，能充分利用材料强度和圬工材料的良好抗压性能，这就是合理的拱轴线，但事实上不可能获得这样的拱轴线，因为主拱受到恒载、活载、温度变化和材料收缩等作用，当恒载压力线与拱轴线吻合时，在活载作用下其压力线与拱轴线就不再吻合了，又因为相应于活载的各种不同布置，压力线也是不相同的。

4.混凝土防开裂

在拱桥施工中，预防混凝土开裂主要考虑三个方面：

首先，要对混凝土配合比进行严格计算，混凝土要和易性好（泌水性小、流动性好）；硬化后孔隙率低，渗透性小；具有一定的膨胀性，确保孔道填充密实；较高的抗压强度和粘接强度。为了防止混凝土在灌注过程中产生析水以及硬化后开裂，并保证其在模板中的流动性，同时使砼在凝固后密实，可掺加少量的减水剂和膨胀剂。经过多年经验及试验室多次试验，开丰桥主体将采用如下配合比进行操作：

4.1材料技术指标

水泥：海螺 P.042.5水泥，标准稠度用水量146ml；3天抗折强度5.5MPa，抗压强度32.3MPa，28天抗折强度8.8MPa；抗压强度51.0MPa；砂子：闽江河砂，细度模数2.7，含泥量0.2%；碎石：余姚5-25mm，采用大小两种碎石按照6：4掺配，含泥量0.4%，压碎值8.9%，针片状10.0%；粉煤灰：镇海电厂II级灰；减水剂：铁科院“铁科”复合外加剂；膨胀剂：安徽滁州华力建材化工有限公司“PYC-II”。

4.2混凝土配合比

水泥：砂子：石子：粉煤灰：外加剂：膨胀剂：水=1：1.753：2.230：0.116：0.076：0.093：0.407每方混凝土材料用量（kg/m3）：水泥-430；砂子-754；石子-959；粉煤灰-50；外加剂-32.5；膨胀剂-40；水-175。

4.3拌合物性能试验

（1）塌落度及塌落度经时损失：

初始塌落度：230mm；1 小时后：220mm；2小时后：205mm；3小时后：195mm。

（2）混凝土初终凝时间：初凝9小时35分；终凝时间12小时20分。

4.4混凝土灌注的注意事项

（1）灌注时间尽可能缩短，如有可能控制在4小时内。

（2）混凝土要保证充分搅拌，一般应控制在两分钟左右。

（3）减水剂和膨胀剂均为粉剂，需要安排人员人工投放，但一定要保证计量精确。也可事先分好小包装备用。

（4）混凝土在运输过程中不得私自加水，如果出现混凝土坍损大的情况，可采用二次加水搅拌的办法，即在搅拌站并不把水和外加剂一次加够，而留部分水和外加剂于现场，加在搅拌车内的办法。 [科]

【参考文献】