雙層橋面鋼桁腹PC組合橋梁設(shè)計(jì)與建造方法分析

陳書生

摘要：伴隨當(dāng)前我國(guó)道路橋梁工程技術(shù)發(fā)展速度不斷的提升，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，采用的是全新的橋面設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)方式可以實(shí)現(xiàn)橋梁雙層橋面鋼桁腹預(yù)應(yīng)力混凝土的組合性橋梁結(jié)構(gòu)，通過這種設(shè)計(jì)方式，可以提高橋梁整體的安全性和穩(wěn)定性，在最近幾年的發(fā)展過程當(dāng)中，受到了人們廣泛的關(guān)注。本文通過某具體橋梁工程施工實(shí)例來進(jìn)行分析，重點(diǎn)對(duì)雙層橋面鋼桁腹PC組合橋梁設(shè)計(jì)及其建造方法進(jìn)行了有效的分析，希望對(duì)我國(guó)橋梁工程建設(shè)發(fā)展提供借鑒。

Abstract： With the continuous improvement of the development speed of road and bridge engineering technology in China， in the process of bridge design， a new bridge deck design method is adopted. This design method can realize the combined bridge structure of steel double-decked bridge steel prestressed concrete. Through this design， the safety and stability of the bridge can be improved as a whole， and it has received extensive attention in the development process in recent years. This paper analyzes the construction example of a specific bridge project， and focuses on the effective analysis of the design and construction method of double-deck bridge steel-belly PC combined bridge. It is hoped to provide reference for the development of bridge engineering in China.

關(guān)鍵詞：鋼桁腹；PC組合橋梁設(shè)計(jì)；雙層橋面；建造方式

Key words： steel bellows；PC composite bridge design；double deck deck；construction method

中圖分類號(hào)：U448.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0124-02

0 引言

鋼桁腹PC組合形式的橋梁結(jié)構(gòu)，在我國(guó)最近幾年的發(fā)展過程當(dāng)中被廣泛地使用，它具備使用強(qiáng)度較高、高性能的結(jié)構(gòu)材料以及使用高效化的施工技術(shù)，逐漸被使用在我國(guó)各大橋梁建設(shè)以及設(shè)計(jì)工程當(dāng)中。當(dāng)前，我國(guó)在對(duì)組合梁的設(shè)計(jì)技術(shù)方面的成熟度還不夠高，同時(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系的研究也是比較少，但是，結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)變可以從基礎(chǔ)上改變橋梁本身的受力狀況，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此，針對(duì)PC組合結(jié)構(gòu)的橋梁的受力狀況，有效的轉(zhuǎn)變了橋梁施工的方式，從而提高組合梁的設(shè)計(jì)效率和應(yīng)用質(zhì)量。

鋼桁腹PC組合結(jié)構(gòu)本身具有自重比較輕、抗震性能比較強(qiáng)、施工周期比較短以及對(duì)環(huán)境的影響比較小等方面的特點(diǎn)，同時(shí)還兼?zhèn)淞虽摻Y(jié)構(gòu)施工以及混凝土結(jié)構(gòu)施工等很多方面的優(yōu)勢(shì)性，本文是利用某橋梁案例對(duì)雙層橋面鋼桁腹PC組合橋梁設(shè)計(jì)和施工的方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)橋梁的建設(shè)和建造的方法進(jìn)行了研究。

1 具體案例分析

在橋梁的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，主橋梁結(jié)構(gòu)采用空間放射性鋼管和鋼筋混凝土組合而成的橋墩形式，通過這種橋墩的設(shè)計(jì)方式，在很大程度上提升了主橋梁無橫板狀態(tài)下所產(chǎn)生的彎曲能力，同時(shí)對(duì)橋身的抗扭矩的能力也有著非常明顯的提升。鋼桁腹所使用的是整體式組合的方式，通過對(duì)橋體抗剪栓釘?shù)倪\(yùn)用來實(shí)現(xiàn)相互之間的連接。橋體整體采用的是三向預(yù)應(yīng)力設(shè)置的方式，上下橋面的橫向受力為預(yù)應(yīng)力，可以在最大程度上保證橋體的穩(wěn)定性和使用性能。三角形鋼管混凝土支撐桁架，在混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中形成一種預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在無體外預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的束縛之下，起到了一種降低拉桿應(yīng)力、提升節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度以及充分滿足了主橫梁抗壓力等方面的需求，同時(shí)在主橋體的整體設(shè)計(jì)方面，采用的是無模板支架施工的方式，對(duì)主橋結(jié)構(gòu)使用的是有限元分析的方式來加以證明，通過空間結(jié)構(gòu)設(shè)置鋼筋混凝土的方式，實(shí)現(xiàn)了橋梁整體的彈性工作狀態(tài)，充分地保證了橋體本身的使用性能[1]。

我國(guó)某橋梁工程貫穿了兩大學(xué)校的校區(qū)，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)=30+4×60+30+4×25+4×25=500m，主橋長(zhǎng)度為300m，同時(shí)主橋選用的是鋼桁腹PC組合梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。橋梁全程寬度為15m，梁體的高度為4.0m，橋梁的主道路采用的是曲線型PC板結(jié)構(gòu)，通過對(duì)鋼桁腹PC組合梁結(jié)構(gòu)的有效運(yùn)用，在很大程度上降低了支座的支撐力，同時(shí)整體的橋身看起來非常的美觀與協(xié)調(diào)，同時(shí)施工過程當(dāng)中對(duì)環(huán)境的影響比較小，具有非常強(qiáng)的社會(huì)性效益。

2 橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

鋼桁腹PC組合梁的特點(diǎn)分為：主橋梁采用的是雙層橋面的PC組合梁，同時(shí)在上層為機(jī)動(dòng)車行駛車道，在下層設(shè)置的是非機(jī)動(dòng)車行駛車道和人行道，通過這種方式在很大程度上提升了對(duì)空間資源的運(yùn)用，并且實(shí)現(xiàn)了人車分流的效果；橋體的主梁采用的是鋼桁腹，橋身的面板和底板的預(yù)應(yīng)力為混凝土混合板，同時(shí)在鋼桁腹上采用的是鋼管混凝土填充的方式，在橋身的壓桿處使用的是預(yù)應(yīng)力鋼管設(shè)置的方式；橋體整體采用的是組合節(jié)點(diǎn)連接，同時(shí)使用Twin-PBL 鍵加抗剪栓來實(shí)施組合性連接，通過這種方式保證橋梁彎曲和扭轉(zhuǎn)的能力提升[2]。

2.2 鋼桁腹整體組合式要點(diǎn)分析

主橋全場(chǎng)跨度為300m，采用的是鋼桁腹PC組合梁的結(jié)構(gòu)方式，主梁頂部的寬度為15m，梁的底部寬度為7m，橋梁的高度為4m，橋體的懸臂長(zhǎng)度為3m，懸臂每一端的厚度大約為200mm，懸臂根部的厚度為800mm，橋面底部的厚度為400mm，橋身底部的混凝土采用的是HRB335的直徑16mm的螺紋鋼筋，在橋身下半部分的鋼筋采用的是HPB235的直徑為10mm的鋼筋材料。將傳統(tǒng)形式的混凝土腹板轉(zhuǎn)變成為鋼筋混凝土，并且鋼桁腹桿選用的是三角形的設(shè)置方式，將其中的節(jié)點(diǎn)之間的間距設(shè)定為5m，桁管的界面上選用的是腹桿設(shè)計(jì)的方式，同時(shí)平面和垂直面上形成大約22度的傾斜角，對(duì)受壓的鋼桁腹鋼管，可以在內(nèi)部填充混凝土來保證其具體的強(qiáng)度[3]。

3 橋面內(nèi)力分析

3.1 荷載組合分析

在對(duì)橋梁荷載組合的分析過程當(dāng)中，可以將其分成三種類型的組合形式，即：組合1：1.2D+1.4M；組合2：1.2D+1.4T；組合3：基本組合1.2D+1.4M+1.12T；在組合4當(dāng)中，需要對(duì)其中橋體的彈性階段的應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算和組合，其中D表示的為恒載、M表示的為活荷載，T表示的為溫度荷載。在承載的極限能力狀況，荷載的組合為第三種類型，正常使用的狀態(tài)下為第一或者是第二種類型[4]。

3.2 橋面連接點(diǎn)的應(yīng)力分析

在對(duì)橋梁模型的橋面板的分析過程當(dāng)中，在橋的長(zhǎng)度方向上取2m的長(zhǎng)度，橋的橫截面的寬度方向取的是中部的截面上產(chǎn)生的厚度變化處，其中所使用的是6節(jié)點(diǎn)以及8節(jié)點(diǎn)的模型，所采用的腹桿支撐的形式，實(shí)現(xiàn)了鋼桁腹和橋面板的位置通過對(duì)應(yīng)的位置來實(shí)施連接。其中荷載取選用和整體的計(jì)算保持一致性的時(shí)候，車道的荷載轉(zhuǎn)化成為均勻分布的狀況，在橫向預(yù)應(yīng)力上使用的是節(jié)點(diǎn)荷載來進(jìn)行加壓。橋梁在縱向的預(yù)應(yīng)力上，只是在橋體本身的預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行連接，而不是在節(jié)點(diǎn)部分來直接進(jìn)行加固，如圖1所示為橋面板節(jié)點(diǎn)細(xì)部分析模型。

3.3 空間動(dòng)力分析

在對(duì)橋梁的前十個(gè)振動(dòng)模型進(jìn)行空間動(dòng)力分析的過程當(dāng)中，其中振型和質(zhì)量的百分比基本上都超過了90%，橋體的主梁在第一個(gè)自振階段的振動(dòng)頻率為1.13Hz，說明了橋身的整體結(jié)構(gòu)剛度比較的穩(wěn)定，其中每一個(gè)模型頻率以及周期如表1所示。

3.4 對(duì)空間穩(wěn)定性的分析

在對(duì)橋梁的前10 階自振頻率和自振周期的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)分析之后，在第一階的穩(wěn)定性特征值為74.60，說明橋身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較強(qiáng)，其中每一個(gè)模態(tài)的穩(wěn)屈曲分析結(jié)果如表2所示。

通過對(duì)以上的計(jì)算分析可以看出，采用空間放射性的鋼管混凝土組合橋墩，和雙墩柱的橋梁墩柱的方式相比，在其彎矩上降低了將近20%左右，同時(shí)在橫向上的扭矩也降低了28%，這一數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)出了主橋梁彎曲和扭轉(zhuǎn)的性能得到很大程度上的提升[5]。

4 結(jié)束語

通過本文對(duì)雙層橋面鋼桁腹PC組合橋梁設(shè)計(jì)和建造的分析，從中可以總結(jié)出，和傳統(tǒng)形式下的橋梁相比，鋼桁腹PC組合橋梁更加具有高強(qiáng)度，同時(shí)在對(duì)鋼材料的使用量更低，不但實(shí)現(xiàn)了性能上的超越，也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]李勇，郭帥.鋼-混凝土組合梁體系轉(zhuǎn)換新技術(shù)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)： 城市科學(xué)版，2003，20（2）：36-38.

[2]李勇，陳宜言，聶建國(guó)，等.鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2002：113-116.

[3]李淑琴，孫天明.鋼-混組合箱梁 PBL 剪力件計(jì)算方法研究[J].公路，2010（8）：64-66.

[4]聶建國(guó).鋼-混組合結(jié)構(gòu)梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、理論與應(yīng)用[M].北京： 科學(xué)出版社，2012：212-123.

[5]蔡建，陳國(guó)棟.矩形鋼管混凝土桁架受壓弦桿的計(jì)算長(zhǎng)[J]. 鋼結(jié)構(gòu)，2009，24（4）：23-25，29.