常规桥梁设计与思考课件.pptx

,常规桥梁设计与思考,常规桥梁设计与思考,3,第1章、为什么要做桥,一、功能要求, 桥梁是什么？或者说桥梁的主要功能是什么？ 简单地说，桥梁是供车辆或行人跨越障碍物的人工建筑。,河流,道路,4,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）从地方交通、通航、防洪、防冲刷的角度对桥梁设置提出规定。,骝岗涌大桥,沙,湾,道,水,顺,子,德,水,道,蕉,门,水,西,奇,洪,沥,洋,狮,道,江,西樵水道特大桥,榄核河,沙,湾,道,水,德,水,道,蕉,西,奇,洪,沥,江,李家沙特大桥,顺德支流,甘竹溪特大桥,顺,浅海涌大桥,5,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,西樵水道特大桥：跨越西樵水道，与广深港铁路并行，主桥采用(81+2x140+88+54)m连续刚构，碧水绿田，浑然一体。,6,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,顺德支流特大桥：跨越通航水道，主桥采用102+160+90m连续刚构，简洁明快，刚健有力。,7,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,顺德支流特大桥：采用高架桥形式穿越桑基围田，凸显桥的灵性，呈现出一道靓丽的江南美景。,8,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,骝岗涌大桥：跨越骝岗涌水道，与广深港铁路共用走廊带，主桥为(75+130+75)m连续刚构，错落有致，相映得彰。,9,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,平海大桥，是广惠东延线项目的控制性工程，横跨大亚湾东侧的范和港，桥址处海域宽约2.3km，远期规划通行5000吨海轮。全长2.741km。,10,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,平海大桥，主桥采用双塔单索面混凝土斜拉桥，主桥跨径组合为52+300+152m。主梁桥宽26.9m，采用大悬臂单箱三室近似三角形断面，主塔采用直柱式。引桥采用43孔50m跨连续箱梁，移动模架法施工。,11,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,平海大桥，主桥跨径组合为（52.5+99.5+300+99.5+52.5）m，总长604m。每侧边跨距主塔中心线99.5m处设一辅墩，以利施工阶段的抗风和增加成桥运营阶段的结构刚度。,12,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,东沙特大桥：桥址处为珠江东平水道，该水道为国家级航道、广州市的主要航道，通航要求高（净空要求：230X33m，桥跨布置需满足桥下通航及船撞要求。,东平水道,芳村,番禺,13,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,东沙大桥：跨越东平水道，采用主跨338m的独塔空间双索面混合梁斜拉桥，塔墩梁固结体系，桥跨布置为338m+72m+56m+52m。,14,第1章、为什么要做桥,一、功能要求,东沙大桥：跨越东平水道，采用主跨338m的独塔空间双索面混合梁斜拉桥，塔墩梁固结体系，桥跨布置为338m+72m+56m+52m。,15,第一章、为什么要做桥,1、“以桥代路”的提出：当无障碍物需要跨越时：一般情况，路基比桥梁便宜。但需结合路线方案，对桥梁与路基方案进行综合比选。研究“以桥代路”的可能性。,二、经济性要求,16,第一章、为什么要做桥,2、现行规范“以桥代路”的规定：山区高速公路高路堤与高架桥的比选：公路路基设计规范1.0.7条规定：“当路基中心填土高度超过20m”时，“宜结合路线方案与桥梁构造物或分离式路基作方案比选” 。软土地区高速公路：软土地区如何进行路桥比选，现行公路路基、桥涵设计规范中缺乏明确的规定以及相关说明。,二、经济性要求,17,第一章、为什么要做桥,3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：分别选取中心填高20 m、25 m 的路堤为例,与桥梁进行经济比对。考虑山区地形复杂多变, 以倒梯形沟谷作为代表沟型进行计算, 山区高速公路代表路基宽度取24.5m。,二、经济性要求,18,第一章、为什么要做桥,3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：,二、经济性要求,19,第一章、为什么要做桥,3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：,二、经济性要求,20,第一章、为什么要做桥,3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：由以上经济性对比可知：中心填高20m时，不考虑增加的用地，路桥造价比为0.836；考虑增加的占地费用后，路桥造价比为0.92。中心填高25m时，不考虑增加的用地，路桥造价比为0.936；考虑增加的占地费用后，路桥造价比为1.04。考虑到采用高路基方案对环境及周边发展可能带来的影响，建议将路桥造价比控制在0.9左右，填土高度设置在20m作为高路堤与桥梁设计分界线比较适当。,二、经济性要求,21,第一章、为什么要做桥,3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：当然, 由于山区地形复杂多变，环境影响、土方调配等问题应结合具体工点进行具体分析:(1) 地形条件倒梯形沟谷如果沟谷底部更宽(大于30m ), 则显然填方高度控制在20m作为做路堤或做桥梁分界线也是适合的，主要原因是土石方量有较大的增长；而U型沟谷比倒梯形沟谷的土石方量更大，也是合适的；而对于V型沟谷, 由于土石方量有一定减少，因此其控制高度会有一定增加。,二、经济性要求,22,第一章、为什么要做桥,3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：( 2) 土方调配消化挖方, 采用路堤方案是最直接的方式,它能一定程度减少弃方, 间接避免过大弃土场的设置, 从而减少对生态环境的影响, 减少水土流失。但山区高速土方调运经常较为困难，路基填方压实为保证质量又多选择在旱季， 使得土石方量大又要求及时的调配相当困难, 成本也是较高的,现实的状况多为就近借方， 造成部分路段不做桥也是弃方的局面, 因此, 桥梁方案事实上是有一定优势, 夸大高架桥会引起弃方量过大也是不恰当的。,二、经济性要求,23,第一章、为什么要做桥,4、软土地区“以桥代路”的相关研究：软土地区修建高速公路，面临着软基处理深度大、造价高、工后沉降控制困难等许多问题，可以考虑“以桥代路”来解决上述问题。但有必要进行分析研究，以保证工程安全、经济。刘利群在“以桥代路、以桥代隧”设计新思路探讨中的研究认为：软土路基工程造价受路堤高度、 软土深度、以及填料来源影响较大,就目前工程造价体系，路基工程造价一般比桥便宜。但综合考虑施工工期、 路基工程后期养护维修、 土地资源占用、 环境保护等因素,当软土路基工程造价较高，与桥接近时，一般宜以桥代路；土地资源是一种不可再生的稀缺资源,在路桥方案决策分析中应放在首位考虑。当线路通过高效经济作物区或城市、 城市近郊时,宜选择以桥代路。,二、经济性要求,5、“以桥代路”的主要影响因素,第一章、为什么要做桥,二、经济性要求,25,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：基本概况：南二环路线全长49.33km，全线桥长33km，桥梁比例达67%。沿线地基为典型的珠江三角洲软土，一般软土厚度在10m，局部最大深度超过20m。由于桥梁占比高，主要路段均为桥梁与软土交错，相当一部分路基为桥头路段，桥头路堤填土普遍较高。全线软基主要采用排水固结法和复合地基法处理。,二、经济性要求,26,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：,二、经济性要求,南二环软土路段统计表,27,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：,二、经济性要求,南二环软土路段统计表,28,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：,二、经济性要求,上述软土路段的工况条件为：(1)软土处理方式为袋装砂井和F桩复合地基处理法；(2)路基填土高度610m；(3)填土综合单价37.2元/m3，袋装砂井单价为4.5元/m，F桩单价为52元/m，砂垫层80元/m3，土工格栅单价12元/m2，征地按20万元/亩计。(4) 由于本项目通车不久，工后沉降数据和养护工程费用数据不全，分析时暂未考虑其对工程造价的影响。(5)假定上述软土路段采用20m空心板桥梁进行代替。,29,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：,二、经济性要求,南二环软土路段路桥造价对比表,30,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：,二、经济性要求,南二环软土路段路桥造价对比表(续上表),31,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：,二、经济性要求,不同软基处理方式路桥造价对比与路堤高度关系曲线,32,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：上述结果反映：（1）路堤填土高度对工程造价和路桥造价比有显著的影响；工程造价和路桥造价比基本随填土高度增加而增大。（2）采用袋装砂井或塑料排水板加固处理软基时，路堤填土高度未超过 8m，路桥造价比普遍小于 0.65，路堤方案的工程造价相比桥梁方案造价便宜许多；（3）采用袋装砂井或塑料排水板加固处理软基，当路堤填土高度大于 8m，路桥造价比介于 0.67 至 0.72 之间，综合考虑土地占用资源，借土运距、工后沉降、维修养护等因素，建议进行路桥结构比选；,二、经济性要求,33,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：（4）采用CFG桩处理软基的深度超过15m，路堤填土高度大于6m，路桥造价比均大于0.65；当填土高度超过7m时，路桥造价比大于0.8，综合考虑土地占用资源，借土运距、工后沉降、维修养护等因素，有必要进行路桥结构比选。（5）袋装砂井和塑料排水板加固软基时，加固深度对工程造价和路桥造价比的影响很小；（6）CFG桩的加固深度对工程造价和路桥造价比有显著的影响，当软土路堤高度为 6m，假设要满足路桥造价比为 0.65，则软基加固深度必须小于10m。,二、经济性要求,34,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：（7）工后沉降过大容易导致养护与维修费用有较大的增长，当填土路堤填土高度为6m，发生的工后沉降为 1030cm 时，为保证道路行驶舒适和安全必须及时在桥头加铺沥青养护，养护费用将导致路桥造价比增大约 0.060.18。（8）公路建设项目土地占地成本是一种机会成本，目前公路工程征地综合单价普遍低估了土地占用机会成本。（9）路堤或桥梁结构形式对公路沿线环境影响的差别主要体现在生态环境方面，包括土地占用面积、工程取土、水土流失、道路景观等，路堤方案造成的不利影响相对要大一些。,二、经济性要求,35,第一章、为什么要做桥,6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：（10）高速公路对经济发展总量的促进效果明显；高速公路对增加地方财政和提高人民生活水平具有非常大的作用；高速公路能够有效加快影响区域的社会经济发展速度。（11）桥头路段和整段连续路堤路段路桥结构比选影响因素的作用规律总体上保持一致，连续路堤路段由于工程造价分析中包含了涵洞和通道等结构物，路桥造价比略有增大。,二、经济性要求,36,第一章、为什么要做桥,7、路桥临界造价比的定义：路桥临界造价比，其大小等于某一路段采用路堤方案时的工程建安费与采用桥梁方案的工程建安费之比的临界值。计算工程造价时，不包括运营期维修费用。路桥临界造价比：考虑土地费用时，为0.79；不考虑土地费用时，为0.68。,二、经济性要求,37,第一章、为什么要做桥,8、路桥造价比的影响参数：,二、经济性要求,排水固结法处理时路堤高度对路桥造价比的影响,复合地基法处理时路堤高度对路桥造价比的影响,8,6,38,第一章、为什么要做桥,8、路桥造价比的影响参数：,二、经济性要求,排水固结法处理时软基加固深度对路桥造价比的影响,复合地基法处理时软基加固深度对路桥造价比的影响,16,39,第一章、为什么要做桥,9、软土地区“以桥代路”比选总结：采用公路工程建安费计算路桥造价比时，临界路桥造价比为 0.650.69；考虑公路工程建安费和路基工后沉降和养护费用计算路桥造价比时，临界路桥造价比为 0.800.84。当设计路段的路桥造价比大于临界路桥造价比时，推荐采用桥梁结构方案；否则，推荐采用路堤工程方案。,二、经济性要求,40,第一章、为什么要做桥,9、软土地区“以桥代路”比选总结：对于拟采用排水固结法进行软土地基处理的工程，如果填土高度超过8m，软基加固深度超过20m时，宜考虑以桥代路；对于拟采用 CFG复合地基法进行软土地基处理的工程，如果填土高度超过5.5m，或软基加固深度超过15m时，宜考虑以桥代路。,二、经济性要求,41,第一章、为什么要做桥,“以桥代路”的采用不但节约了大量土地，而且对于沿线的生态环境也起到了保护作用。按一般填土路堤 1：1.5 边坡坡率计算，当路堤高度大于 7 米时，四车道高速公路路堤占地面积将是桥梁占地面积的 2 倍以上（见下表）。如果合理选择桥路方案，可达到减少取、弃土场地、节约土地资源、保护环境的目的。,三、节约用地及环保保护要求,42,第一章、为什么要做桥,三、节约用地及环保保护要求,43,第二章、做什么样的桥,一、影响因素,1、桥梁的跨径及长度需满足所跨越障碍物的要求或其功能需求。跨河：河床的宽度、交叉的角度、水位的高低及是否通航等因素，决定了桥梁的跨径（或长度）及高度。（1）对有泄洪要求的河流，则需要计算流量，由流量的大小计算过水断面，同时还需得知最高设计水位等，进而控制桥梁的长度和桥高。（2）对有通航要求的河流，航道的建筑限界则决定了桥跨及桥高。通航等级不高的，或河面较宽，且无通航要求的，可考虑采用中小跨径常规桥梁。,44,第二章、做什么样的桥,一、影响因素,1、桥梁的跨径及长度需满足所跨越障碍物的要求或其功能需求。跨路：道路的等级、横断面形式、交叉的角度以及是否需要考虑景观等，决定了所建桥梁的跨径大小、布孔及桥梁的结构形式。（1）被交路等级、横断面、中间是否可以落墩，必须根据外业调查收集资料明确，以尽量减少桥梁跨径。（2）对景观有较高要求的，应尽量采用现浇箱梁、小箱梁等结构形式。,45,第二章、做什么样的桥,一、影响因素,2、桥梁的长度、形式受到地形的限制。（1）山区路段地形陡峭，应根据桥位处的交通运输条件、施工机具进出、场地布置等因素，选用占地少、运输、起吊安装较易的中小跨径常规桥梁，尽量避免采用跨径大于40m的预制结构。（2）山区桥长常受桥头填土高度的限制。由于斜陡坡上桥头填土高度较高时，台前锥坡立不住或需要设置较高的挡墙，故尽量将桥台设在挖方段。（3）深沟深谷时，考虑采用大跨度桥梁；对于宽浅沟谷，则采用中小跨径的常规桥梁。,46,第二章、做什么样的桥,一、影响因素,3、地质条件是决定桥梁孔跨的主要因素之一。地质条件一般影响着桥梁的两个方面：一是跨径的选择，二是结构体系的选择。（1）地质对跨径选择的影响：地质条件较好的山区常规桥梁，基础较浅，基础费用相对较少，对桥梁跨径的比选影响相对不明显。而地质条件较差时，基础费用占比加大，应根据占比影响选择相应结构形式。（2）地质对结构体系的影响：地质条件较差时，地基的不均匀沉降难以避免，选择简支体系比连续体系更为合理。,47,第三章、选什么样的上部结构,一、上部结构结构体系讨论,目前，预制结构桥梁存在3种结构体系： （a）简支梁结构，不做连续设计； （b）按常规现浇钢筋砼桥面板和接缝而形成的连续结构（即负弯矩区采用普通钢筋形成连续结构）； （c）在全长范围内后张预应力钢束所形成的连续结构（即负弯矩区采用后张预应力钢束形成连续结构）,第一种体系（简支体系）,48,第三章、选什么样的上部结构,第二种体系（现浇非预应力连续）,第三种体系（后张预应力束形成连续）,一、上部结构结构体系讨论,49,第三章、选什么样的上部结构,从结构性能、基本费用和养护考虑：第一种体系（简支）效果较差，它没有利用连续结构的优点。第二种体系属于连续体系，但它仅仅是对于桥面和梁形成整体后的荷载而言，例如附加恒载、活载和冲击荷载。因此，这种体系在某些方面具有与第一种体系同样的缺点，中间接缝处缺乏预应力也是该体系的一个问题，由于没有预应力，该处桥面板混凝土将会开裂，而随着裂缝的延伸和变宽，水和其他有害物质将会在裂缝中聚集，其结果是引起一些接头钢筋的腐蚀和混凝土剥落，造成混凝土接缝材料老化。第三种体系是3种体系中效果最好的。预应力和初始上供度相对较小，中间支承处的接缝除自重外，对所有荷载而言都是连续的，而且接缝混凝土具有预压应力。,一、上部结构结构体系讨论,50,第三章、选什么样的上部结构,简支梁桥是应用最早、使用最广泛的一种桥型。简支桥梁构造简单，最易设计成为各种标准跨径的装配式结构。而且简支梁桥施工简单，施工工序少，架设方便。在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸单一，可以简化施工管理工作，降低施工费用。 简支梁桥具有结构简单，受力明确，不均匀沉降不产生附加次内力等优点,因而适应性强。目前，在国内高速公路上仍大量地采用简支结构体系桥梁。 对于简支结构，目前一般采用桥面连续的方式，而减少伸缩缝的数量，为车辆提供连续的行车道，保证了行车的平稳、舒适。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,51,第三章、选什么样的上部结构,桥面连续构造一（空心板）,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,桥面连续构造设计：以前对简支结构的桥面连续结构设计重视不够，桥面连续容易出现破坏，造成行车不舒适。近年来，经过设计人员对桥面连续构造的改进，加强了施工工艺的研究，桥面连续结构的耐久性也得到了验证。先简支后桥面连续体系的采用，也基本上达到了连续梁桥的使用效果。,52,第三章、选什么样的上部结构,桥面连续构造二（空心板-部颁通用图）,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,53,第三章、选什么样的上部结构,桥面连续构造三（T梁-部颁通用图）,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,1、在梁端部翼板上预留一个槽口(宽80cmx深6cm)，露出翼板上层的纵、横向钢筋，将一根长160cm的环氧涂层钢筋焊接在相邻的两片梁的翼板纵向钢筋上；2、为了加强桥面连续附近T梁翼板的横向承载能力，在翼板翼缘横向钢筋的基础上间隔增加一根12的钢筋；3、在现浇层内增加一层钢筋网，间距10cm，顺桥向12，横桥向10；4、在调平层顶面锯缝，缝宽1cm、深3cm，缝上覆盖一层宽1m的防水卷材，上铺沥青砼。,54,第三章、选什么样的上部结构,先简支后桥面连续体系,一、上部结构结构体系讨论,桥面连续构造四（沪宁高速采用）,55,第三章、选什么样的上部结构,一、上部结构结构体系讨论,桥面连续构造五,先简支后桥面连续体系,56,第三章、选什么样的上部结构,构造（五）采用半刚性型式的桥面连续结构，用20的滑动传力钢筋（失效处理）作为连续钢筋，桥面钢筋在一联长度内通长布置（在连续缝处不断开），梁缝处桥面铺装顶面设假缝，底面设断缝。 经过实践，构造（五）的优点在于类似铰的形式，一般不会形成较大面积的裂缝及破损情况，产生的裂纹也在假缝内产生，梁端桥面铺装整体性较强。 近年来，经过设计人员对桥面连续构造的改进，加强了施工工艺的研究，桥面连续结构的耐久性也得到了验证，先简支后桥面连续体系的采用，也基本上达到了连续梁桥的使用效果。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,57,第三章、选什么样的上部结构,目前采用先简支后桥面连续体系的桥梁设计也比较普遍。应用实例一： 广东省天汕高速公路粤境蕉岭广福至梅县城东段高速公路，30、40米跨径T梁均采用简支结构体系，经过检验，未发现跳车现象，桥面连续工艺已比较成熟；应用实例二： 广珠西线二期工程，20、25、30米跨径结构也均采用了简支体系，通车两年来，效果较好。 从广东全省来看，目前也已形成共识，20、25米跨径结构已全部采用简支体系，对于30米跨径结构，是否采用简支体系，还没有达成一致的意见，但已有项目考虑采用简支体系。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,58,第三章、选什么样的上部结构,从国内其他省份来看，四川省内的高速公路上预制结构桥梁已基本不采用先简支后结构连续体系，跨径从13、16、20、25、30、35、40米的桥跨结构均采用简支结构体系。从多年来的运营效果上看，简支结构体系桥梁与先简支后结构连续体系的桥梁，对高速公路行车的影响已没有太大区别。 经过了解，四川省预制结构采用简支桥面连续主要考虑以下几点： 1、经过多个项目的对比分析，结构连续比桥面连续要增加约10的造价。 2、施工工艺繁杂，结构连续锚头若设置在桥面板下张拉、施工、检修困难，若设在桥面铺装层内又容易开裂，降低桥梁使用耐久性。 3、针对桥面连续在支点处易开裂的情况，设计时进行了研究改进：采用环氧涂层钢筋、铺设SBS防水卷材加强防水等措施。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后桥面连续体系,59,第三章、选什么样的上部结构,先简支后结构连续体系的提出：高速公路的迅速发展使得桥梁的数量大幅度增加，而高速度的行车则要求桥梁具有较好的连续性能、较少的伸缩缝构造等。 在高等级公路桥梁中，多孔中等跨径的桥梁占很大的比重，桥面连续的简支梁结构体系由于存在桥面容易开裂等缺点而在与连续梁结构体系的竞争中常常处于下风。 但是由于现浇连续梁的施工复杂繁琐，人们一直希望将简支梁的批量预制生产和连续梁的优越性能结合起来，用梁或板批量预制生产的方式来加快连续梁的建设速度，以省去繁琐的支模工序，由此产生了将整跨梁板预制、架设就位后在端部浇筑混凝土并张拉预应力使之连续的“先简支后连续”施工法，而形成的体系则被称为“先简支后结构连续体系”。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后结构连续体系,60,第三章、选什么样的上部结构,先简支后结构连续体系的优点：先简支后连续桥梁结构就是两跨及两跨以上的预应力混凝土梁通过现浇混凝土形成连续结构，主要优点有以下几点：1、刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适；2、简支梁的预应力钢束在工厂进行张拉，而负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行，仅需吊装设备起吊主梁，减少了施工设备，又能避免张拉预应力钢束造成地面上的障碍；3、预制梁能采用标准构件，进行工厂化统一生产和管理，有利于技术操作，节省了施工时间，缩短工期，提高经济效益。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后结构连续体系,61,第三章、选什么样的上部结构,一、上部结构结构体系讨论,先简支后结构连续体系,负弯矩区布束方式三（广西院）： 采用预应力钢束承受负弯矩，在梁肋范围内顶板开槽平拉锚固。,62,第三章、选什么样的上部结构,负弯矩区采用普通钢筋的可行性分析：为检验先简支后结构连续结构负弯矩区采用普通钢筋的可行性，对20m和25m小箱梁和30mT梁进行了结构验算，验算结构显示：负弯矩存在较大的裂缝，30m跨径T梁裂缝宽度超过规范允许值。 形成先简支后结构连续体系如采用普通钢筋，虽然设计、施工比较简单，但由于在负弯矩区段没有预加力的作用，在后期荷载作用下，该区段的桥面板混凝土极易开裂，桥面板始终处于带裂缝工作状态，而且，裂缝是在桥面上，桥面雨水极易进入裂缝，而随着裂缝的长期发展，加快了桥面板钢筋的锈蚀速度，严重影响结构的使用寿命，所以，目前在国内的先简支后结构连续体系的设计中，均采用了施加预应力的方式而形成结构连续结构，尚无采用普通钢筋作为负弯矩受力构件的先例。,一、上部结构结构体系讨论,先简支后结构连续体系,63,第三章、选什么样的上部结构,负弯矩区采用普通钢筋的可行性分析：,一、上部结构结构体系讨论,各种结构裂缝宽度一览表,先简支后结构连续体系,64,第三章、选什么样的上部结构,预制梁上部结构体系选择（交通集团专题会议纪要）：1、跨径25m的预制梁，采用先简支后桥面连续体系。桥面连续构造参照省内外项目采用病害较少的形式。2、30m跨的预制梁，当桥墩较高时，采用连续刚构体系，在满足耐久性的前提下负弯矩区可采用普通钢筋。当桥墩高度较小时，建议采用先简支后桥面连续的体系。 3、40m及以上跨的预制梁，采用连续刚构体系。负弯矩区采用预应力钢束，但其张拉锚固方式应进一步研究确定。（目前倾向于在方式二和方式三中选其一。）,一、上部结构结构体系讨论,65,第三章、选什么样的上部结构,二、桥梁上部结构特点分析,空心板：优点：建筑高度低，能适应各种斜度，预制、吊装方便，工程造价较低、施工便利；缺点：在实际运营养护中，空心板存在较难避免的铰缝脱落、底板开裂通缝、桥面铺装开裂剥离、支座脱空等病害。原因分析：（1）其原因是空心板的铰缝砼质量得不到保证，随着铰缝砼的压碎脱落，极易形成单板受力状态，进而形成板的开裂破坏。（2）即使铰缝砼质量能得到保证，但在桥梁宽跨比较大时，上部结构呈双向板受力状态，而预制板并未考虑横向受力的配筋，会造成空心板在中线薄弱处产生板底纵向开裂。因此省内部分业主在新建项目中使用空心板都持保留态度。,66,第三章、选什么样的上部结构,二、桥梁上部结构特点分析,小箱梁：优点：（1）建筑高度比同跨径T梁低，有利于降低桥头路堤的填土高度，在软土区及缺乏路基土土源的区段采用，有利于降低总体工程造价。（2）与空心板相比，它具有跨越能力强，裸梁结构刚度大、抗扭性能较好，横向整体性好，且结构连续、行车舒适、后期养护费用低等优点；小箱梁结构稳定，材料用量较少，造价低。（3）从美观协调看，桥下仰视结构简洁，效果相对较好。缺点：（1）跨径大的上部结构较重，对吊装设备要求较高。（2）预制小箱梁先简支后连续刚构的设置及施工较T梁困难，随着墩高的加大，桥梁刚构情况将越来越多，预制小箱梁也将越来越不适应。,67,第三章、选什么样的上部结构,二、桥梁上部结构特点分析,梁：优点：跨越能力较强，最大跨径可达50m，具有施工简单，预制方便，对地面交通影响小，对施工设备没有特殊要求等。缺点：上部结构建筑高度相对高一些，对于纵断面控制严格的地方，因建筑高度较大采用受到限制。从美观协调看，桥下仰视纵、横梁密布，比较凌乱，景观效果较差。,68,第三章、选什么样的上部结构,三、桥梁上部结构经济比较,上部结构比选结论（基于下部结构相近或相同时）：对于跨径2025m的桥梁，推荐首选先简支后桥面连续预应力砼小箱梁。对于跨径3040m的桥梁，由于墩高较高，为养护方便，常采用墩梁固结的结构形式，而小箱梁设置及施工较梁困难，且后期养护困难、成本高，故推荐采用先简支后结构连续或连续刚构的预应力砼梁。,69,第四章、桥型方案综合比选,一、桥型方案综合比选参数,比选思路：以等桥长为例，通过对不同标准跨径的桥梁配合不同墩高、不同桩基进行计算分析，得出桥型方案综合经济指标，综合考虑施工条件、运营养护等，做出桥型选择。基本参数：桥梁标准横断面：双向六车道整体式路基断面，单幅桥宽16.5m；下部结构：采用分离式双柱墩；非软土区（山区）桥梁桩基均按端承桩设计，桩长按25m控制；软土区桩基按摩擦桩设计，软土按15m深控制，桩长按55m控制。桩柱截面配筋率取8.8，桩基主筋采用分次截断模式。上、下部结构尺寸均取自于院通用图。上部结构比较仅计入梁体（含预制梁、湿接缝）、现浇层等，不含桥面铺装、伸缩缝、防撞栏、排水等桥面系统。下部结构仅计入桥墩、桩基、盖梁、系梁，不计入桥台、搭板等。,70,第四章、桥型方案综合比选,院通用图下部结构技术指标,一、桥型方案综合比选参数,71,第四章、桥型方案综合比选,一、桥型方案综合比选参数,院通用图下部结构技术指标,72,第四章、桥型方案综合比选,二、山区路段桥型方案比选,山区桥型方案综合经济比选表1（墩高10m，桩长25m）,从上可看出，山区桥梁，墩高10m时，20m空心板、20、25m、30跨小箱梁总体指标均较相近，而梁指标则稍大。结合山区地形特点，运梁困难，推荐采用20或25m小箱梁。,73,第四章、桥型方案综合比选,二、山区路段桥型方案比选,山区桥型方案综合经济比选表2（墩高15m，桩长25m）,从上可看出，山区桥梁，墩高15m时，20m空心板、20、25m跨小箱梁总体指标较相近，而梁指标则稍大。结合山区地形特点，运梁困难，推荐采用20、25m小箱梁。,74,第四章、桥型方案综合比选,二、山区路段桥型方案比选,山区桥型方案综合经济比选表3（墩高20m，桩长25m）,从上可看出，山区桥梁，墩高20m时，25m跨小箱梁总体最经济，25m梁、30m小箱梁稍大，30m以上跨指标则最高大了近23%。推荐采用25m小箱梁。,75,第四章、桥型方案综合比选,二、山区路段桥型方案比选,山区桥型方案综合经济比选表4（墩高30m，桩长25m）,从上可看出，山区桥梁墩高30m时，30m小箱梁相对经济，30m梁指标则稍大。从经济角度建议选用30m小箱梁。但考虑到小箱梁梁片偏重，对吊装设备要求高，则可选用30m梁。,76,第四章、桥型方案综合比选,二、山区路段桥型方案比选,山区桥型方案综合经济比选表5（墩高35m，桩长25m）,从上可看出，山区桥梁，墩高35m时，30m小箱梁总体相对经济，建议选用30m小箱梁。但考虑到小箱梁梁片偏重，对吊装设备要求高，且墩顶现浇段施工相对困难，则可选用30m梁。,77,第四章、桥型方案综合比选,软土区桥型方案综合经济比选表1（墩高10m，桩长55m）,从上可看出，墩高10m时，软土区桥梁同山区桥梁一样， 20m空心板、2030m小箱梁总体指标均较相近，而梁指标则稍大。考虑到空心板病害较多，推荐采用20或25m小箱梁。,二、软土路段桥型方案比选,78,第四章、桥型方案综合比选,从上可看出，软土区桥梁，墩高15m时，25m小箱梁最经济，而20mT梁则较大，推荐采用25m小箱梁。,二、软土路段桥型方案比选,软土区桥型方案综合经济比选表2（墩高15m，桩长55m）,79,第四章、桥型方案综合比选,从上可看出，软土区桥梁，墩高20m时，25m小箱梁总体最经济，25m梁、30m小箱梁稍大，30m以上跨指标则最高大了近18%。推荐采用25m小箱梁。,二、软土路段桥型方案比选,软土区桥型方案综合经济比选表3（墩高20m，桩长55m）,80,第四章、桥型方案综合比选,从上可看出，墩高30m时，30m小箱梁相对经济，30m梁指标则稍大。从经济及景观角度建议选用30m小箱梁。但考虑到小箱梁对吊装设备要求高，则可选用30m梁。,二、软土路段桥型方案比选,软土区桥型方案综合经济比选表4（墩高30m，桩长55m）,81,第四章、桥型方案综合比选,从上可看出，墩高35m时，小箱梁总体相对经济，30、40m指标相近。但考虑到小箱梁梁片偏重，对吊装设备要求高，且墩顶现浇段施工相对困难，则可选用30m或40m。,二、软土路段桥型方案比选,软土区桥型方案综合经济比选表5（墩高35m，桩长55m）,82,第四章、桥型方案综合比选,三、桥型方案综合比选结论,结论：从以上分析可知，不论是在山区还是软土区，跨径与墩高、桩基存在一定的规律，使其经济性达到最优。综合考虑地形条件、结构特点、施工便利及运营养护等，桥型方案综合比选结论如下:墩高H15m：20m空心板、20m、25m小箱梁总体指标非常接近，考虑到小箱梁景观较好，空心板病害较多，推荐采用20或25m先简支后桥面连续小箱梁。在软土区则推荐采用20m小箱梁，以降低桥头填土高度。墩高15m25m： 25m小箱梁造价相对较低，且相比较而言，小箱梁景观较好且运输安装也较方便，故推荐采用25m先简支后连续小箱梁。,83,第四章、桥型方案综合比选,三、桥型方案综合比选结论,墩高25m35m：30m小箱梁造价相对较低，30m梁指标相差也不多。故从经济及景观角度，推荐选用30m小箱梁。但考虑到小箱梁梁片偏重，对吊装设备要求高，且梁与等跨径的小箱梁比抗弯刚度大，在山区高墩结构中刚度比及视觉感观更协调，故在山区桥梁中推荐选用30m梁。墩高H=35m： 30m小箱梁造价相对较低，30、40m指标稍大。但考虑到小箱梁梁片偏重，对吊装设备要求高，且墩顶现浇段施工相对困难，则可选用30m或40m。墩高35m55m：在40mT与50mT的比较中，50mT梁造价虽略低，但吊装重量大且容易引起侧弯，而40mT梁吊装相对较轻，且适应山区平曲线的能力强，故推荐采用40mT梁预应力砼梁。,84,第五章、预制梁桥设计注意事项,一、弯斜桥的布梁方法,装配式桥梁处在平曲线上时，桥梁的布孔一般有径向法和平行法两种。径向法适用范围较广，但有时平行法也很方便。1、平行布置法：定义：即以桥中心处横桥向墩轴线为基准，桥梁各墩台的中心线与基准线平行的一种布置方法。特点：各跨梁的长度均相同，桥墩盖梁长度也相同。梁可按标准跨径和桥交角进行预制安装。主梁结构形式相对较少。适用范围：适用于曲线半径较大时，3跨及以下的中、小跨径桥梁。,85,第五章、预制梁桥设计注意事项,5、梁体平移对下部结构的影响：梁体平移后，梁体中心线与桥面中心线必然存在差值e，此时下部结构应进行相应变化。可将下部结构整体往梁体平移的方向平移一样的值，使桥墩中心线与梁体中心线对齐，使盖梁挡块位置满足梁体安放的要求。这种处理办法，桥墩盖梁结构无需特殊设计，仅需注意桩位坐标放样及相关高程计算即可。当梁体平移值不太大时，可考虑将内、外侧挡块按不等宽制作，满足梁体平移后的安放。,一、弯斜桥的布梁方法,86,第五章、预制梁桥设计注意事项,立交中常出现加宽、变宽桥，从经济和施工角度考虑，首选装配式桥梁，只有当桥宽变化剧烈或对景观有特别高的要求时，才考虑采用现浇梁。当桥宽变化较小时，可通过一片梁来调整，如调整边梁的悬臂尺寸或边梁与中梁的湿接缝宽度。当变化较大时，需利用横向湿接缝来调整。采用此方法时的一个重要原则就是完全利用标准预制主梁，将变化工作全部放到现浇工程中。选择梁片时，一般选择密布，湿接缝比标准宽度小，结构更安全。但湿接缝的宽度也要满足该处钢筋搭接或焊接长度的要求，一般湿接缝宽度控制在4590cm。超出此范围可考虑加梁片。当变化非常大时，还可结合梁体尺寸调整来适应变宽需求。变宽桥，预应力结构连续时，必须保证一联梁片数相同。简支时，可考虑各跨梁片数不同。,二、变宽桥的布梁调整,87,第五章、预制梁桥设计注意事项,三、横坡形成原则,1、空心板预制及桥面横坡调整：方式一（梁体旋转法）：由于板宽较窄，预制板一般采用等厚度的平坡制作。而后可采用板的整体“旋转”实现桥面横坡。实际上依靠板底楔块、垫石的共同作用，在板安放后，形成板的顶、底面均是i%的横坡，同时板上的桥面铺装层等厚。此种方式最为常见，尤其是桥面横坡较大时，否则桥面铺装不好处理，且影响板间的铰缝连接性能。方式二（梁体平置法）：预制板采用等厚度的平坡制作。各块板则采用平置安放，板底不做楔块而盖梁顶浇筑垫石，形成“错台”放置的板，板顶形成锯齿状，板上铺装层不等厚。对于小跨径的桥，当横坡较小时，可考虑采用此种方式，以避免板底楔块预制的麻烦。,88,第五章、预制梁桥设计注意事项,2、梁预制及桥面横坡调整：相对于空心板而言，梁的横向湿接缝要宽很多，因此在桥面横坡的调整方面情况也复杂些。正常路拱条件下桥面横坡为2%，因此常将预制梁的顶面横坡设为2%，马蹄底面则设为平坡。院通用图及部颁通用图均采用此种处理方式。,三、横坡形成原则,89,第五章、预制梁桥设计注意事项,2、梁预制及桥面横坡调整：但山区公路中，桥梁常处在平曲线上，桥面存在超高变化，其桥面横坡往往不是2%。如何实现各种情况下的桥面横坡呢？在一孔桥跨内，桥面横坡可能出现的情况有：情况1：正常路拱段2%桥面横坡。情况2：等超高段i%桥面横坡。情况3：同方向的变坡段上。情况4：反方向的变坡段上。,三、横坡形成原则,90,第五章、预制梁桥设计注意事项,2、梁预制及桥面横坡调整：情况1：正常路拱段2%桥面横坡。由于梁顶按2%横坡预制，梁底平坡，故可将盖梁顶设成与当地桥面横坡同坡（即2%），各支座垫石设为等高，梁底平置，则梁顶自然形成2%横坡，桥面铺装层等厚，各梁体横向湿接缝连接平顺。,三、横坡形成原则,91,第五章、预制梁桥设计注意事项,2、梁预制及桥面横坡调整：情况2：等超高段i%桥面横坡。有以下两种方式可以实现：(1) 梁体旋转法：将盖梁顶设成与当地桥面横坡同坡（即i%），梁体沿顶面中心整体“旋转”到当地桥面横坡i%，梁体底面则形成了(i-2）%的坡度。通过梁底楔块及支座垫石调整，保证了桥面铺装层等厚，横向湿接缝连接平顺。但由于梁体的旋转，内、外侧翼缘需增减=梁高hx(i-2）%。,三、横坡形成原则,92,第五章、预制梁桥设计注意事项,2、梁预制及桥面横坡调整：情况2：等超高段i%桥面横坡。有以下两种方式可