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拱梁组合体系桥梁

08-22 12:25:52  浏览次数:998次  栏目:桥涵工程
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  摘 要: 本文主要论述了拱梁组合体系桥梁的由来、设计构造及施工方法。 关键词: 拱梁,组合,桥梁,设计,构造,施工  1 概述 1.1 拱梁组合桥的由来  桥梁工程技术近年来有了很大的发展,特别是大跨度桥梁,自从推行斜拉桥的设计与施工技术以来,无论国内国外,除悬索   摘  要:本文主要论述了拱梁组合体系桥梁的由来、设计构造及施工方法。关键词:拱梁,组合,桥梁,设计,构造,施工1  概述1.1  拱梁组合桥的由来   桥梁工程技术近年来有了很大的发展,特别是大跨度桥梁,自从推行斜拉桥的设计与施工技术以来,无论国内国外,除悬索桥以外,跨越能力当推斜拉桥为首。但是斜拉索的锚固、索 的防腐,均须花昂贵的代价,因此,混凝土斜拉桥的经济跨度,一般在200m以上。对于60m ~200m范围的桥梁,能够参予竞争的桥梁形式主要是混凝土拱桥与预应力混凝土连续梁桥。混凝土拱桥需要有良好的地基以承担拱脚的水平推力,同时,大跨度拱桥在过去采用传统的施工方法很不便利,逐渐失去了竞争力;近来由于混凝土拱桥采用悬臂浇筑法、转体施工法 以及劲性钢管混凝土拱架等措施,使这种古老桥型重新进入大跨度桥梁方案的竞争行列。在 中小跨径方面,由于混凝土拱桥省料,施工技术要求不高,充分发挥混凝土受压性能等优点 ,因此造价低廉。在我国有良好地基条件的山区,丘陵区或者冲积平原的软土地基上, 均得到广泛采用。但是经过一段时期的实践,在软土地基上建造混凝土拱桥,面临着二个问 题使人畏缩不前。一是既要满足通航净空的要求;同时要压缩引道长度或降低高填土高度, 对于上承式混凝土拱桥只能采用较小的矢跨比f/L,一般小于1/8,但它对温度变 化及地 基变形特别敏感,所产生的瞬时内力往往要控制设计;同时这类拱桥起拱线较低,在常水位条件下,船只容易撞击拱腿,不是桥毁就是船破,对水陆交通都带来不利;二是软土地基上建造混凝土拱桥,一般需要依靠台背土压力、桥台基底或阻滑板摩阻力以抵抗水平能力 ,但土体在长期荷载作用下发生徐变滑移现象,同时高填土产生的后期沉降会使桥台向后转 动及下沉,这些影响都会危及上部结构的安全。在无锡跨越京杭大运河建造了三座100m刚架 拱桥,它们是软土地基上建成的最大跨径的钢筋混凝土拱桥,矢跨比均为1/10,采取一 跨过河的形式,经过长期运营,桥台都有不同程度的变形,使桥梁未端与桥台间伸缩缝拉开 ,跨中下陷积水。因此,尽管混凝土拱桥造价低,但是在平原地区一些主要中小跨径的公路 桥梁几乎全被梁桥所代替。梁桥在20m以下,采用预应力混凝土空心板,施工方便,造价也 低廉,但是跨径小,对通航有较大的不利,例如若需要满足Ⅲ~V航道通净宽要求,就需要4 0m~60m的连续梁或悬臂梁桥,根据实践的经验统计,一般造价比混凝土拱桥要高出许多。 在平原地区的航道上已建造了一定数量的系杆拱、简支桁架或连续梁桥,前二者需在航道上 搭设支架;如采取无支架吊装施工,由于墩台不能承担水平力施工工艺将很复杂,增加施工 难度必然增加造价;连续箱梁桥一般采取悬臂浇筑或悬臂拼装法施工,由于挂篮的重量往往 控制配索,同时实体腹板为满足抗剪要求而显得很笨重,因此混凝土及高强钢材的指标都较 高,不甚经济。为此,在总结我国现有混凝土拱桥施工经验及技术装备等条件,同时考虑了 大吨位预应力束及锚具的应用,特别索的形状采取直索布索,以减少摩阻,提高永存索力等 措施,设想在航道上搭设少量支架,临时通航净空满足25m的要求;或者一跨过河,岸上现 浇或预制拼装,推行转体施工的工艺,使得航道基本上无阻碍,结合京杭运河的苏南运河整 治工程以及太浦河整治工程,提出了一系列拱梁组合式桥梁,并以先梁后拱作为结构施工成 型的基本构思,即在河道上先完成连续梁--即加劲梁部分,而后再在其上架设拱肋。这样 ,既方 便了施工,同时,以梁式桥为外部条件,拱的水平推力由水平预应力束承担,避免了传统混 凝土拱桥在软土地基上建造所承担的风险。由于桥型合理、用材较少、施工方便、造价降低 ,实践证明可节省造价20%~30%左右。1.2  拱梁组合式桥实例   在苏州、常州实践中已建成或在建桥梁统计,可以分为三大类。  (1)简支梁拱梁合式桥梁。该种桥型只用于下承式,这种结构的力学图式常称为刚拱刚梁(见表1)。简支梁拱梁合式桥梁    

www.gong66.com     表1编号桥名跨径(m)桥宽(m)结构特点桥面系施工特点拱肋加劲梁1斜港桥100.518+2×0.75钢管混凝土双胁+风撑带悬臂箱梁T型组合梁连续空心板先梁后拱少支架2尹山桥80.518+2×0.75钢管混凝土双胁+风撑带悬臂矩形梁T型组合梁连续空心板先梁后拱少支架3万心桥467钢管混凝土双胁+风撑矩形梁T型组合梁连续空心板先梁后拱少支架    以上桥梁,尹山、万心跨越京杭运河,斜港跨越苏州外港,宝带桥对岸,隔岸相望,一目了然。  (2)单悬臂拱梁组合式桥梁。该种桥型只适用于上承式,采用转体施工特别方便。单悬臂拱 梁组合式桥梁实际上将实腹梁挖空,用立柱代替梁腹板,剪力主要由拱肋竖向分力及加劲梁 剪力分担。这样的结构加劲梁受拉弯作用,拱肋受压弯作用,加劲梁采用预应力混凝土,拱 肋采用钢筋混凝土。由于这种桥型施工方便,曾在苏南运河及太浦河上设计施工了多座,详 见表2。单悬臂拱梁组合式桥梁         表2编号桥名跨径(m)桥宽(m)结构特点桥面系施工特点拱肋加劲梁1奔牛桥8012钢筋混凝土三片矩形拱肋倒T梁与桥面板组合矩形横梁变截面桥面板转体施工2新运河桥8026钢筋混凝土六片矩形拱肋倒T梁与桥面板组合矩形横梁变截面桥面板少支架现浇3屯浦桥728钢筋混凝土二片矩形拱肋倒T梁与桥面板组合矩形横梁等截面桥面板转体施工4汾湖桥6012钢筋混凝土三片拱肋倒T梁与预制板装配组合现浇接头悬臂拼装  (3)连续拱梁组合式桥梁。它可以是上承式、中承式及下承式,也可以是多肋拱、双肋拱或 单肋拱与加劲梁组合。对应于多肋拱及双肋拱的加劲梁的截面形式可 以如上所述,相似于单悬臂梁拱组合式拱或简支梁拱组合式桥梁布置,而单片拱肋必须配置有箱形加劲梁,强大的抗扭刚度以抵抗偏载影响。此种桥型跨越能力大、刚度大、造型美观 ,见表3。表3编号桥名跨径(m)桥宽(m)结构特点桥面系施工特点拱肋加劲梁1坛丘桥中承式8512钢筋混凝土二片拱肋二根箱梁带人行道板T型组合梁连续空心板岸上现浇转体2黎里桥中承式6012+2×1.5钢筋混凝土二片拱肋二根矩形梁带人行道板T型组合梁连续空心板少支架拼装3怀德桥中承式6040钢筋混凝土三片拱肋无风撑三根纵肋无横梁纵横格子梁现浇+预制4云梨桥上承式7517钢筋混凝土四片拱肋四片加劲T型组合梁现浇连续板及矩形横梁岸上现浇转体1.3   主要技术经济指标   在总结实践经验的基础上,兹将几座竣工的拱梁组合式桥梁的主要尺寸及技术经济指标摘录于表4、表5,仅供参考。拱梁组合式桥梁的主要尺寸         表4编号桥名桥址分跨(m)拱肋b×h(cm)加劲梁b×h(cm)体  系备  注1斜港桥江苏省苏州市100.5090×20090×180下承式简支梁钢管拱2汾湖桥江苏省吴江市26+60+2660×10060×89上承式悬臂梁 3云梨桥江苏省吴江市35+75+3550×10050×100上承式连续梁 4黎里桥江苏省吴江市25+60+2575×12075×145中承式连续梁 5坛丘桥江苏省吴江市32.5+85+32.580×16080×144中承式连续梁 拱梁组合式桥梁的主要技术经济指标            表5编号桥名施工方法桥宽(m)肋数上部结构指标1/m225~50#混凝土(m2)钢筋+钢材(kg)钢绞线+精轧螺纹钢(kg)1斜港少支架拼装0.75+18+0.7520.6951.6+34.817.9+16.92汾湖桥悬臂拼装1230.5954.121.23云梨桥岸上现浇转体1.0+15+1.040.5464.913.14黎里桥预制少支架拼装1220.5991.814.95坛丘桥岸上现浇转体1.5+12.0+1.520.6159.820.35 为了与预应力混凝土连续梁比较,兹举国内规模较接近的桥梁技术经济指标以资比较(详见表6)。国内相近规模的预应力混凝土连续梁一览表        表6编号桥名分孔(m)桥宽(m)混凝土(m3/m2)预应力钢筋(10Pa)普通钢筋(10Pa)施工方法1沙口大桥73.3+90+73.3150.5834.189.2大型浮吊拼装2京广复线武水桥32+64+32100.9247.794.4悬臂浇筑3松花江大桥59+7×90+59240.8349.392.6悬臂浇筑4德都青山大桥30+50+308.50.5924.057.2悬臂浇筑5柳州柳江大桥9×60200.7229.261.6多点顶    从以上资料不难看出,拱梁组合式桥梁的主要材料指标略低于预应力混凝土连续箱梁,而且 实践证明,主跨跨中建筑高度也低于后者,这对于降低桥头填土,减少引桥长度具有较显著 的优越性。表4所介绍的5座桥跨中建筑高度均低于1.8m以下,而表6所列,其中跨度在60m 以上的桥梁,跨中建筑高度均大于3m。   因此,可以认为,对于平原地区运河桥梁,有条件时可以一跨过河,采用拱梁组合式桥梁具有很大的优越性。2  设计方法2.1  跨径划分的基本原则  (1)根据通航要求,墩身的外形及承台的轮廓尺寸不得进入通航净空内。在一般情况下,主 孔的计算跨径L=通航孔宽度B+5m左右。  (2)主孔的跨径还与施工方法有关。当采取转体施工时,主桥须取三孔,中跨的跨径一般须 大于L=河面宽度L0+桥面宽度B;如果用偏心转盘,即对桥墩宽度不对称布置时,另设滑道以平衡墩座的压力,在此中跨跨径还可小些。  (3)在单孔通航情况,主孔可以采取简支体系,但采用多跨时,在降低造价的前提下,边跨 应尽可能短,因为主桥造价总比引桥贵。当按三跨布置时,主跨与边跨的比值:对拱梁组合 式桥梁,边跨末端支座反力尽可能不出现拉力,同时边跨还要求弯矩图以负矩为主,即使出 现正弯矩,也只限于在活载作用下所发生,而且正弯矩区域限制在较小的范围。这样有利于 配置预应力束,基本上是直索或边跨末端附近微微倾斜索。在此,要满足上述力学的考虑, 只有设置平衡重及把引桥第一跨梁端压在主桥边跨梁端的强大横梁上才能实现,因此边跨宜 短不宜长;同时须根据结构形式来确定,一般采用边跨与中跨比值0.4∶1,对于三跨单悬臂 拱梁组合式桥梁,必须满足抗倾复的安全系数1.5的要求,边跨梁端在有平衡重的情况下边 跨与中跨比值可取(0.5~0.7)∶1。前者对轻荷载,后者对重荷载而言;对于连续拱梁组合 式桥梁可以取0.3~0.5左右。  (4)根据河床水文地质、地形等条件,当河宽100m左右时,尽可能采取一跨过河,即可避免 设置水中墩。因为水中墩水上作业费用较大,特别是水深流急或潮汐河流中建桥时,建桥成 本及施工进度往往受到

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