预应力现浇箱梁设计

本帖最后由 sccbjs 于 2013-11-8 23:54 编辑



摘 要: 随着国家道路桥梁的不断发展, 对桥梁的要求越来越高, 除了满足基本的使用功能外, 桥梁还成为人们生活、美化城市景观、旅游观光等的重要组成部分。但是在一次次地震及事故中也体现了桥梁设计、施工和管理方面存在的缺陷, 桥梁设计尤为重要。本文就辽开高速公路K6+288 对面公公分离( 主线上跨) 现浇箱梁设计进行阐述。
关键词: 现浇箱梁 设计

1 工程概况

辽开高速公路(西丰至开原段)为国家高速公路网的一条连接线, 是吉林省辽源地区及辽开高速沿线地区进关的快速通道。工程起点位于西丰县安民镇,终点位于开原市,和现有的沈哈高速公路连接。沿线和省道辽开线(S301)平行,2处跨越省道(S301),3处跨越铁路,多处跨越县道及乡道。其中,对面公公分离式立交(主线上跨)位于西丰县安民镇, 跨越省道辽开线(S301),中心桩号K6+288,孔径布置为左幅20+27+40+30,右幅30+40+27+20米。设计角度90度,桥梁全长125.0米。省道辽开线(S301)为规划二级,路基宽度为18米,其净空不小于5.5m。高速公路与省道辽开线交角为142.5°。
对面公公分离(主线上跨)桥区位于吉黑褶皱系一级构造单元上,构造较发育,未见明显活动迹象,地壳稳定。地震动峰值加速度为0.05g。桥区地貌为河流冲积阶地及河床漫滩区,地势平坦;地下水类型为第四系孔隙潜水。该桥揭露的地层主要为第四系素填土、粉质粘土、卵石、圆砾,华力西期侵入岩二长花岗岩。标准冻深1.4m。

2 桥型结构设计

在满足使用功能的前提下, 因地制宜地选择桥梁结构形式,做到技术先进,经济合理, 安全可靠, 轻巧美观, 施工方便的原则,因此对面公公分离(主线上跨)上部结构采用预应力现浇连续箱梁结构, 下部结构采用柱式墩、桩基础,肋板台、桩基础。
本桥采用预应力连续箱梁结构的优点:
(1)高速公路与省道(S301)交叉角度为142.5°,交角较大,省道以及高速公路的交通量较大,且地震动峰加速度为0.05g,从功能上现浇箱梁连续结构整体性能较其他结构好。
(2)由于本桥位于安民镇郊,采用现浇连续箱梁线型美观,安全性能高。
（3)由于辽开高速公路施工工期短, 采用现浇连续箱梁结构, 在气温回升前可以进行钢筋加工与安装, 气温一回升便可以进行混凝土浇筑,缩短施工工期。
(4)在施工时候采用满堂红碗扣支架,跨越省道采用门洞型式,可以对省道进行临时交通导改, 因而不影响道路通行及施工安全。

3 设计技术标准

(1)设计标准:
①汽车荷载等级:公路—Ⅰ级。
②设计洪水频率:1/100。
③结构设计安全等级:一级。
④地震动峰值加速度: 0.05g。
⑤桥梁抗震设防类别: B类。
⑥环境类别:Ⅱ类。
⑦设计宽度:路基全宽26.0m,桥梁全宽25.50m,桥面净宽2×11.25m。
(2)技术规范:
① 公路工程技术标准 JTG B01-2003;
② 公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004;
③ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 J T GD62-2004 ;
④ 公路圬工桥涵设计规 范 JTG D61-2005;
⑤ 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63-2007;
⑥ 公路工程抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008 ;
⑦ 公路桥涵施工技术规范 JTJ041-2000;
⑧ 辽宁省交通勘测设计院《高速公路施工图设计通用技术指导书》302-2009。

4 箱梁设计及施工要点

4 . 1 现浇箱梁设计情况
(1) 本桥预应力混凝土箱梁横截面为单箱单室截面,梁高为2.3m,箱梁顶板宽12.3m, 底板宽6 . 5 m , 两侧翼缘悬臂长度2 .90m。箱梁顶、底板在边支点厚45cm,其余梁段顶板厚27cm,底板厚25cm;腹板宽度在边跨支点、中跨支点附近梁段范围内90cm,跨中附近梁段范围内腹板宽度为50cm,各孔变宽段通过7m(20m孔为6m)过渡。
(2) 箱梁左右腹板为等高度,箱梁腹板铅垂,顶底板横坡同桥面横坡。
(3) 连续箱梁中支点处设置中横隔梁(200cm),边支点处设置端横隔梁(140cm),均采用双支座。
(4) 为施工方便,连续箱梁每个边跨均预留1个施工天窗,每个中跨均预留两个施工天窗(100cm×100cm),待主梁施工完成取出内模后, 应按等强度原则恢复天窗范围内的主梁钢筋并浇筑C50微膨胀混凝土封顶。
4.2 结构计算
(1) 预应力混凝土等截面连续梁及简支箱梁纵桥向采用同济大学“桥梁博士V3.2.0”程序进行内力分析、配束及配筋,预应力混凝土等截面连续梁按A类构件设计,全预应力构件校核。
(2) 桥墩、桥台基础沉降均按0.5cm考虑, 设计时按其最不利情况进行组合。
(3) 连续箱梁计算极限组合计入预二次矩、收缩徐变、温度、沉降。
(4) 连续箱梁计算时,管道摩阻系数:0.15;局部偏差系数:0.0015。
(5) 温度梯度: 正温差:T 1= 1 5 . 8 ℃ ,T2=5.86℃;反温差:T1=-7.9℃,T2=-2.93℃ 。
(6) 升降温差:升温20℃,降温40℃。
4 . 3 现浇箱梁施工要求
(1) 采用满堂红支架施工。搭支架前对地面进行整平,采用砂砾换填碾压,支架下设方木底座等措施以防地基沉降对梁体产生不良影响。现浇连续结构满堂支架的强度、刚度和稳定性经过计算符合《公路桥涵施工技术规范》要求。浇筑混凝土前必须对支架进行等恒载预压(最好采用1.2倍桥梁荷载),以消除支架的塑性变形及部分弹性变形的不利影响。
(2) 本桥所用的钢绞为高强度低松弛钢绞线,公称直径15.2mm,公称面积140mm2,标准强度均为fpk=1860MPa,弹性模量Ep=1.95×105MPa,延伸率不小于3.5%。施工前应对现场所进的钢绞线做弹性模量试验,根据试验的数值对设计提供的延伸量的数值进行换算后为延伸量的控制值。
(3) 为减小水化热及混凝土收缩徐变,混凝土配置时应严格控制水泥用量不超500kg/m3,水灰比控制在0.45以下。由于受施工条件制约, 箱梁的浇筑可能需要很长时间, 所以施工时应尽可能延长混凝土的初凝时间, 可在混凝土中添入缓凝剂。
(4) 箱梁设计时没有考虑桥梁纵坡及竖曲线影响,其纵向尺寸为投影尺寸,施工时箱梁顶底面应顺应路线纵坡变化。箱梁经计算不需要设置预拱度, 但设计未考虑支架弹性压缩等施工因素引起的箱梁拱度变化。
(5) 箱梁混凝土浇筑按先中跨后边跨、先跨中后支点的顺序进行, 为避免混凝土收缩和徐变导致接缝处的纵向开裂, 施工采用一次浇筑成型,混凝土应振捣均匀,防止漏振或过振。振捣过程中应防止预留孔道的波纹管变位,尤其应避免管道上浮。混凝土浇筑完成后加强养生工作, 特别要注意混凝土的湿润养护及箱梁内外通风,防止箱梁内外温差较大。
(6) 预应力管道采用预埋塑料波纹管成孔, 设置波纹管前应对每一根波纹管进行检查, 防止波纹管存在空洞、烧伤等, 从而造成混凝土浇筑时候的漏浆。波纹管安装位置必须保证准确无误。对在混凝土浇筑及养生之前安装在管道中的预应力筋,应采取防止锈蚀或其他防止腐蚀的措施,直至管道压浆结束。
(7 )箱梁张拉:必须在箱梁混凝土的强度达到100%及龄期达到14天以上时方可施加预应力, 张拉主梁、横梁预应力钢束时,保证支架有足够的刚度, 尤其在桥墩处横向有其他可靠支撑,保证张拉主梁预应力时横梁受力均匀、安全。张拉顺序严格设计顺序进行。
(8) 连续梁采用双侧张拉,张拉时应先张拉主梁纵向预应力, 然后张拉桥面板横向预应力。张拉后孔道应尽早压浆,压浆过程中及压浆后48h内,结构混凝土的温度不得低于5℃,当气温高于35℃时,压浆宜在夜间进行。压浆强度为达到100%前,梁体不得受荷。
(9) 预应力钢束张拉采用双控指标控制, 即张拉力和延伸量控制, 以张拉力为主,延伸量校核。张拉程序:0→初应力(0.10σk)→1.0σk (持荷2min)→锚固。预应力钢束的张拉工艺和要求按照《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)中有关条文进行。
(10) 预应力钢束控制张拉应力及张拉力详见设计图纸, 张拉应力和张拉力均为不计入锚杯局部摩阻损失的数值。施工时应根据所采用锚具的锚杯局部摩阻损失调整实际张拉力。
(11) 管道压浆采用时应按照《公路桥涵施工技术规范》的有关规定严格执行,确保压浆质量。预应力混凝土箱梁的预应力管道采用真空辅助压浆技术。压浆前应对管道进行清洁处理, 预应力钢束张拉完成后应尽早进行孔道压浆。真空辅助压浆施工时应注意以下几点:
① 水泥采用P.O42.5以上普通硅酸盐水泥,水灰比控制在0.3～0.35,可掺入适量减水剂增加流动性。拌合后3h泌水率控制在2%。浆体流动度≤30s(拌合后完成)。适量掺入微膨胀剂高强硅灰, 以弥补浆体硬化时的收缩, 微膨胀剂不得降低混凝土强度,硅灰掺量为20.0kg／m3 。
② 波纹管采用正规厂家的合格产品。波纹管定位牢固, 接缝牢固密封, 进浆口排气口顺畅。管道峰位应埋设排气管。
③ 锚具应具有密封性,张拉完成后应对锚头采用水泥砂浆等措施进行密封。
④ 压浆前关闭所有排气阀门,启动真空泵十分钟,真空度应达到-0.08～-0.1MPa,若达不到应重新检查各处封口, 再试抽真空。
⑤ 真空度稳定后, 保持真空泵运行的同时,往压浆端的水泥浆入口压浆。一条波纹管的压浆必须连续进行, 储浆罐储浆体积必须大于所要灌注的一条预应力孔道体积。
⑥ 当透明胶管有水泥浆流出后, 关闭真空阀, 打开排浆阀继续压浆。压浆至浆体连续喷出且稠度与压入相当时, 关闭排浆阀至压力0.7MPa左右,持压2min后关闭排浆阀。
⑦ 持压过程中应从低至高逐一打开埋设于波纹管各峰顶排气管, 排出残余空气及泌水, 保证浆体饱满。待浆体失去流动性后才可拆除压浆阀及排气阀。
⑧ 施工时应有具有真空压浆施工经验的预应力体系生产厂家进行技术指导。泌水率及膨胀率的实验方法参见有关规范。
(12) 施工时应严格按照有关图纸所示,设置相应的预埋钢筋, 伸缩缝槽口的位置应提前预留。伸缩缝由于采用后装,伸缩缝槽口处应采取必要遮挡措施, 防止杂物掉入梁端间隙。
(13) 施工天窗应按设计尺寸施工,严禁不经设计同意修改天窗尺寸。施工天窗混凝土内掺入不大于12%(替代水泥率)的膨
胀剂,膨胀率应在0.03%左右,施工单位应通过试验确定最佳掺量。
(14)孔道压注水泥浆强度达到设计强度后方可拆除满堂支架, 宜从跨中向支座依次循环卸落。
(15)孔道压注水泥浆完毕后,应立即按设计要求进行封锚混凝土浇筑, 保证锚具不被腐蚀,并使结构混凝土达到设计强度。

5 结语

在桥梁设计时,应本着技术先进、经济合理美观实用,降低成本,安全舒适的原则进行设计。在设计中不能只为了完成任务
而去设计, 同时还应考虑施工中存在的困难, 以及施工中不容易控制好的特殊点及关键点。做到桥梁设计的百年大计以及桥
梁与周围环境的协调一致。

参考文献
[1] 中华人民共和国交通部标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ D62-2004).北京:人民交通出版社,2004.
[2] 中华人民共和国交通部标准.公路工程技术标准(JTJ B01-2003).北京:人民交通出版社,2004.