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浅谈小半径曲线箱梁桥设计要点

来源:用户上传      作者: 张春来 马小花

  摘要:在小半径曲线箱梁桥的设计中,经常会遇到这样那样的设计问题,这些问题我们都容易忽视,但是他在设计中又不可缺少。本文通过工程实例,介绍了在小半径曲线箱梁设计中,需要注意的三个要点,以及如何进行设计和复核。
  关键词:小半径曲线箱梁 跨间横隔板 钢束防崩 最小保护层
  随着城市的飞速发展,初期的交通形势已经不能缓解日益严重的交通压力,在这样的状况下,高架桥、立交桥等交通型式孕育而生。立交桥的型式多种多样,而匝道设计也是立交设计中的重要一环。匝道桥基本上均位于曲线上,由于地形限制,城市桥梁美观需要等等原因,匝道的曲线半径很小,墩柱多采用独柱墩。这就不可避免给设计带来一定的难度,本文就工程实例,就小半径曲线箱梁设计需要注意的要点加以讨论。
  一.工程概况
  渤海大道(一期)大魏家立交工程,设计荷载为公路—Ⅰ级,温度荷载为+30℃、-20℃,环境为Ⅲ类环境,设计时速主线100km/h,匝道40km/h,桥面铺装0.17m。
  G、H匝道上部结构为20m+20m+20m三跨一联普通钢筋混凝土箱梁,曲线半径为65m。主梁为单箱单室结构,具体截面尺寸见箱梁横断面图a。
  F匝道由于上跨主路,故此净空有一定要求,桥梁上部结构采用32m+36m+32m三跨一联预应力混凝土箱梁,曲线半径为185m。主梁结构为单箱双室,具体截面尺寸见箱梁断面图b。
  二.设计中需要注意的要点与计算方法
  1.在刚刚接触和对规范不熟悉的设计人员中,很容易忽略一个常见但是必须要注意的设计要点。在内半径小于240m的弯箱梁设计中,箱梁应在跨径之间设置跨间横隔板。设置跨间横隔板,可以增大横向刚度,提高箱梁的抗扭惯性矩。
  对于钢筋混凝土箱梁而言,需要设置的跨间横隔梁的间距不应大于10m,对于本工程而言,G、H匝道为20m等跨径箱梁,故此设计人员在跨中设置了一道0.5m的跨中横隔板。
  而针对预应力混凝土箱梁则需要经过结构分析确定,对于F匝道箱梁,通过Midas,对箱梁进行抗扭验算,得出结论只需在跨中设置一道0.5m横隔梁即可。
  2.在曲线箱梁设计中,需要注意重中之重的要点是防止支座脱空。半径越小的箱梁桥,发生支座脱空的可能性越大。
  G、H匝道设计半径为65m,由于采用独墩设计故此,支座间距为2.3m。若按对称布置支座,即支座距梁中心线1.15m。通过Midas进行梁格法计算,得到由恒载(包含收缩徐变)、汽车活载(系数1.4)、温度荷载(系数1.0)、支座沉降(系数0.5)所引起的边支点支座反力见表一:
  由表一中的内力组合可以看出,在不设置预偏心的情况下,边支点内侧支座与外侧支座承受的荷载差值较大,若半径继续变小就会导致内侧支座脱空。为了统一支座规格,使支座及支座处箱梁受力均匀,同时也为防止意外事故导致支座脱空,故此本匝道桥再设计中,边支点设置了向曲线外侧0.25m的预偏心,所得支座反力见表二:
  有表二中的内力组合可以看出,适当的设置支座预偏心,可以很好地防止支座脱空,并使结构受力更趋于合理化。
  3.在小半径曲线箱梁桥的设计中,除应考虑上述因素外,还应考虑预应力混凝土钢束侧向崩出问题。F匝道设计半径为185m,钢束型号17根Φs15.2面积0.00238㎡。波纹管外边缘到7.35cm,控制张拉应力1302Mpa,混凝土型号C50,当混凝土强度达到设计强度100%时开始张拉。
  利用微积分原理推论得出的结论,与孙广华老师在《曲线梁桥计算》一书中给出计算局部钢束段冲切力公式是相一致的。
  计算冲切力:q=K1K2F/R=67KN(跨中附近)
  本桥没有设置抗冲切钢筋,由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)5.6.1式计算的抗冲切强度:
  抗冲切强度:(0.7βhftd+0.15σpc,m)Umh0=210KN(跨中附近)
  由计算结果可以看出,本桥抗冲切强度满足要求。若计算不满足抗冲切强度要求时,需要设置抗冲切钢筋。再根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)式5.6.2-1、5.6.2-2、5.6.2-3进行复核计算。
  由公式5.6.2-1、5.6.2-2、5.6.2-3即使设置了抗冲切钢筋,但是预应力保护层厚度不能满足时,也同样存在安全隐患,所以在小半径预应力混凝土箱梁设计过程中,除需要满足抗冲切强度要求外,还需要进行预应力混凝土最小保护层厚度的计算。
  由计算可以看出,本桥需设置的最小保护层厚度,只需要满足各类环境下直线管道的最小保护层厚度即可。
  三.结束语
  通过上述工程实例的计算过程,可以得出,在小半径曲线箱梁桥的设计过程中,要时刻注意跨中横隔板的设置,同时验算支座是否存在脱空现象,一旦两个支座反力相差较大时,应设置一定得预偏心,是结构受力更加趋于合理化。而在预应力箱梁桥中,还应防止混凝土钢束侧向崩出破坏,及验算预应力管道的最小保护层厚度。只有我们在设计过程中考虑的更加全面,才能使我们设计的桥梁更加的安全适用。
  参考文献
  [1]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)北京:人民交通出版社,2004
  [2]孙广华.曲线桥梁计算. 北京:人民交通出版社,1997
  [3]段艳菊,黄庆.预应力曲线梁桥钢束侧向崩出问题的探讨.城市建设理论研究,2011.9:54-55
  [4]饶波.采用小半径曲线梁的立交匝道桥设计.中国市政工程,2011.6(3):18-19
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