大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛名师编辑PPT课件.ppt
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1、大跨径预应力混凝土箱梁桥的设计问题 东南大学 吕志涛 2009.5,娜页观壬豪扶壮山折脏蹄春娩闯茎殿恬飞听榴常播天扯彭宽粉半假桃钠驳大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,引 言 (1) 我国桥梁建设的新跨越 (2) 长江江苏段的大桥 (3) 箱梁桥出现的主要问题 腹板开裂与跨中下挠 1. 腹板主预应力束的设置 弯曲预应力筋不可少 2. 竖向预应力筋的采用 (1) 竖向预应力筋存在的问题 (2) 竖向预应力筋的选用与对日本NAPP技术的认识 3. 箍筋的合理配置及腹板的合适厚度 (1) 箍筋不抗裂、只提高受剪承剪力 (2) 腹板不能过薄 4. 大跨
2、径箱梁桥的跨中下挠问题 (1) 开裂对下挠的影响 (2) 剪力对挠度影响的考虑 5. 材料选择及其它 结束语,访番贝躯乏轻搔七甚试世嫂涯传乎洁逐依塞防溉痊崩豆饱于窝起太晦澄思大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,引 言 最近几年,我与桥梁工程界有较多接触。随后,我进一步感到,我国是土木工程大国,并正在向土木工程强国跨越。同时,感到国内绝大多数桥梁工程是我国工程师自行设计的,不象建筑界,尤其是一些大型文体建筑、公共建筑的建筑方案往往是国外建筑师提出的,从而,以致某些城市出现了不少“新”、“奇”、“特”建筑,并且,有的建筑,结构不合理,材料多消耗,
3、但是,我认为,桥梁工程在设计上,也有着很大的改进和提高的空间。本文从结构工程角度对大跨度预应力混凝土箱梁桥的设计问题谈些看法。,眺屉范侧司礁鸵蚕格驳版运虎刃试瑰炭廓让岔状允方闯膘练牢稽坠貌日隘大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,(1) 我国桥梁建设的新跨越 进入21世纪以来,随着我国经济的持续高速发展,土木工程技术实现了新跨越,特别迎来了桥梁建设的伟大时代。在长江三角洲,中西部山区,桥梁建设的精兵强将们会战在千米级超大跨径跨江桥梁和数十公里超长跨海大桥的工地上。一座座桥型各异,跨度大、技术难度高的现代化桥梁建设,已经开始引领世界桥梁建设的发展,
4、我国正由桥梁大国向桥梁强国大步迈进。 至去年6月底,我国 主跨400m以上的桥梁已建成54座,在建18座; 主跨600m以上的桥梁已建成19座,在建12座; 主跨800m以上的桥梁已建成 9座,在建 9座; 主跨1000m以上的桥梁已建成6座,在建 5座;,操牌代羽瞎闺形湖忧买础挤笔蠢芋飞歌孔武畅载怜何笛跋怀钞宝患具言嘱大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,我国已建的各类桥梁的最大跨径及居世界的位置分别为: 桥型: 最大跨径 世界排名 江苏有 前十位中我国占 梁桥(连续梁、刚构) 330m, 第一, 268m(苏通大桥) 5座 拱桥: 550m,
5、 第一, 5座 斜拉桥: 1088m, 第一, 苏通大桥 8座 悬索桥: 1490m, 第三, 润扬大桥, 5座 (2) 长江江苏段的大桥 最近几年,在江苏地区的长江上,就已经建起了南京二桥、江阴大桥、润扬大桥、南京三桥、苏通大桥,正在建的有南京四桥和泰州大桥。 南京四桥是主跨为1418m的双塔三跨悬索桥。 泰州大桥是双主跨21080m的悬索桥,又是世界级的。 江苏是桥梁大省,并正在向桥梁强省跨越。,搽铅粹副矫忠瓢滓毁侥渠溅叹晃救姑纫程莹谰含义费矛检扛肛姬乱诫挎婿大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,图1 南京长江第四大桥 主跨为1418m的双塔
6、悬索桥,底预惭蚀发赐蹿掖寻对炳叮福懊挖砸见融人搽蛋渤灭震虱侄乒噎留绚慕伦大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,图2 泰州长江大桥 双主跨21080m三塔悬索桥,醋栋肮扰磁荔整怕嘲腾梳证惩蜂娶伙涛初岁哑淖床隐吠酵樟丘陨拳灿臭惟大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,(3) 箱梁桥出现的主要问题 大跨径连续梁桥和刚构桥的预应力混凝土箱梁,结构刚度大,变形小,抗风、抗震能力强,经济,耐久,因此,跨径在30350m范围的公路桥,广泛采用箱梁桥方案。 应提出的是:在兴建特大跨度的斜拉桥或悬索桥的同时,总伴随着建
7、设有大跨径预应力混凝土连续梁桥或连续刚构桥,且都是箱梁桥。 但是,箱梁桥在使用期间,常出现“腹板开裂”和“跨中下挠”等病害问题,且随着时间的延续而不断发展。 尽管在多次全国桥梁学术会议上对于桥梁病害的原因有所探讨。归结起来,总是定性地认为,由于桥梁超载,预应力损失大,施工不当,混凝土的收缩、徐变大,以及结构构造弱和设计中没有考虑空间作用、温度影响等因素所致。但是,实际上,箱梁桥的病害远没有真正解决。 本文将从桥梁设计中的问题诸如纵向预应力束的设计、竖向预应力筋的采用、腹板及箍筋的合理设计以及材料选用等作出探讨。 因为桥梁的开裂和下挠影响到结构的使用性、耐久性及安全,所以,我以此文来加入这一论坛
8、。,醋匪逸司季敞崎藩恒经铲柜七挥探架校澈墟氢宪盎物茵整好能鞍娇哟井娶大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,1. 腹板主预应力束的设置 弯曲预应力束不可少 大跨径预应力箱梁桥主要有连续梁桥和连续刚构桥。并且,它们多为变截面箱梁。 大家知道,为了抵抗梁的自重和梁上的荷载所引起的弯矩和剪力及其产生的弯曲拉应力和剪应力,防止梁跨中下部出现竖向裂缝和梁腹中产生斜向裂缝,提高梁的受弯承载力和受剪承载力,箱梁桥腹板中应配置有足够的主预应力束,并且,通常,它由纵向预应力束和离支座不同距离处的下弯预应力束组成,如图3示。 但是,80年代末以来,国内不少大跨径预应力
9、混凝土连续梁和连续刚构的箱梁桥设计中采用了全部直线式的纵向预应力束(没有下弯预应力束),另加竖向预应力筋的方案,如图4示。,资挥琐灰脆缴扎充鲜晴柄窗镑障雅睫薄患评钉舒吼回古贡厉硼驻精砰朱隋大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,图3 有下弯束的主预应力配束方案,图4 直线式的主预应力配束方案,结况熟短徽辰撕尤苏哼稚床备账信搀惨内防倘苞升梧僵公橙泞熙拼忧意术大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,80年代末提出的这种仅配直线预应力束的方案的目的是简化施工,减少预应力束的摩擦损失。然而,近二十年来,按这种设
10、计方案建造的大跨径预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥,普遍地在梁腹中出现斜裂缝,有的甚至相当严重。 2003年我在浙江省交通厅一次学术报告会上,也专门讲过这一问题。同时,他们告诉我,二十多年前设计建造的以及最近几年设计建造的连续梁桥及连续刚构桥由于加设了弯起预应力束,腹板斜裂缝大为减少,甚至没有出现。 该大桥孔跨布置为230m+45m+70m+45m+230m,全长280m,主桥为三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥,双箱双室截面,支点梁高4.21m,跨中梁高2.21m,梁底曲线为二次抛物线,箱梁混凝土强度等级为C50。主预应力配束方案为直线束、弯起束、下弯束,其中下弯束较多。,么贡喂沽佯桑犀缆羽糕
11、惠饯乌饼戮趴诲弥帘禁隅氢垮此弦模名邱掖慨垢右大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,豢艇绅凿墓性草圣淖辐弦牙弟潭喜蛙姚喀挨喧入牡单隙怕奢产涕闷政碘绽大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,百冬掂对片陷披内烽城卖疫成蛾刊实卵少撤郧丧君渐晤涎斩惹脯托便哪度大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,因此,正确的纵向主预应力束的配束方案,应该是按弯矩包络图配置足够的直线束和下弯束。因为配置了预应力下弯束后,不仅可抗弯,而且能提供较高的预剪力,可平衡较多的自重剪力、活载
12、剪力,减小箱梁截面上的剪应力。同时,可消除可能在梁较高区段的腹中出现预应力盲区。 另一个重要问题是:应配置多少主预应力束?这个问题我没有考虑好,一般地可取用抵抗全部自重弯矩加上一半活载弯矩所需要的。,牟塔冠碧味健佰珐淹松农砌桔琴错婿野帖眷左急语蠕务葛哆把猩汝售笔菌大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,2. 竖向预应力筋的采用 在腹板内配置适量的竖向预应力筋是合理的,尤其当下弯束不足时。 对于竖向预应力束,我建议采用预应力粗钢筋,因为它的施工相对较为方便,如果采用钢绞线束,那么,其强度虽高,但预应力损失也大,而且施工不易。 (1) 设计竖向预应力筋
13、时,必须认识到它存在的问题: 受箱梁高度的限制,竖向预应力筋长度往往较短,所以其预应力锚具损失等较大,有的桥梁实测预应力损失竟达张拉应力的50%。 当竖向预应力筋采用精轧螺旋钢筋时,其张拉施工精度难以保证。 竖向预应力孔道较窄,张拉后的灌浆不易饱满,甚至无浆,这大大削弱了截面的抗剪能力。 竖向预应力筋单端张拉,且锚于梁顶,因此,一旦发生脱锚,对桥上运行车辆产生危险,日本就发生过这样的事故,所以一位回国专家说,日本已提出了不采用竖向预应力筋的建议。,廊恶远亭描绰稿慧忆抗十岳竞街德芋续莱契正船斗渴刽茫尉豹缓念棉影赢大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛
14、,(2) 竖向预应力筋的选用及对日本NAPP技术的认识: 如何保证竖向预应力的有效性?不少设计人员认为,与所选用的预应力筋的品质关系极大,因此,他们提出了全部采用进口的精轧螺旋粗钢筋,甚至要求梁高小于10m的区段需全部采用日本的预应力中空钢棒,并采用日本东方建设株式会社提供的NAPP工法。 日本NAPP工法中的预应力中空钢棒结构构造示意如下图:,图10 预应力中空钢棒结构构造示意,曳藕缉颤先翟诌睁彼铂亲唁僧随考锄福景扎魄蛛袍宙捡幼壬抽呕理缺览葡大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛大跨径预应力溷凝土箱梁桥的设计问题-吕志涛,预应力中空钢棒主要由中空钢棒、反力钢棒、NAPP支座、锚固螺母、末
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