《板梁通用图宣贯材料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《板梁通用图宣贯材料.ppt（60页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、彭 立二零零七年七月二十二日于长沙,板式桥梁标准化研究为古老桥型注入崭新活力,梁桥外形平直，古称平桥。把木头或石梁架设在沟谷两岸，即成梁桥。梁桥构造简单，出现也最早。早在原始社会，我国就有了独木桥和数根圆木排拼而成的木梁桥。相传公元前2100年前后，“禹”治水渡越江河时，“鼋鼍以为桥梁”（见拾遗记），这是有文字记载的传说中最早的原始桥梁。,春秋战国时期，梁桥发展迅速，单跨和多跨木石梁桥已较为普遍。1972年山东临淄考古，首次发现了该时期的梁桥遗址和桥台遗迹，其跨径约8米。北魏郦道元水经注记录山西汾水上有座三十柱、柱径5尺的木柱木梁桥，始建于春秋晋平公，是古书记载的最早梁桥。,闻名中外的渭水三桥
2、，座落在咸阳故城渭河上，始建于战国秦昭王时期。水经注记载，中渭桥全长约525米，宽约13.8米，接近南京长江大桥汽车道宽度；它由750根木柱桩组成了67个桥墩，68个桥孔平均跨径7.72米，中间桥孔跨径达9米。“渭城朝雨悒轻尘，客舍青青柳色新”(王维),汉唐时代，渭水三桥是送往迎来的重要交际场所。咸阳在七十年代初发掘了唐朝东渭桥的遗址，桥宽约20米，其规模之大，施工之精细，在古桥梁史上十分罕见。唐六典说：天下石柱桥有四座，洛阳的天津桥、永济桥、中桥和西安的灞桥。灞桥位于西安东北二十里的灞水上，是一座石柱墩木梁桥。自汉朝建桥后，两千年间一直是长安与潼关以东的交通咽喉，又是古人折柳送别的所在，李白
3、忆秦娥词写道：“年年柳色，灞陵伤别。”1957年改建为公路桥，旧灞桥古为今用，独具一格。,宋代时期，板式梁桥的建设达到了新的高度，其中仅历时150多年的南宋就建造了几十座大中型石桥，桥梁总长度达25km，2km以上的长桥就有34座。如安平桥，计362孔，桥长5里(2223m)，又名五里桥。又如泉州万安桥，俗称洛阳桥，计47孔，桥长890m，宽3.7m。,现代预应力混凝土空心板在国外20世纪30年代己出现，并被使用到工程中，国内直到20世纪60年代才大规模使用空心板。目前，板式桥梁是公路桥梁中最为量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可采用钢筋砼和预应力砼结构，可做成实心和空心，能适应各种
4、形状的弯、坡、斜桥，因此，在高速公路、一般公路和城市桥梁中都得到十分广泛地采用。尤其是在建筑高度受到限制的条件下和平原微丘地区的中、小跨径桥梁，因其可以有效降低路堤填土高度，具有节省土方、少占耕地等优点，特别受到欢迎。,板式桥梁上部建筑高度低，预制施工简单，易实现标准化和工厂施工，产品质量可靠，造价低，吊装容易，其常见跨径在6-20m。,湖南省各国道的板式梁桥数量统计分析,板梁历史悠久、应用广泛，但受设计理论、计算手段、材料技术、施工工艺等因素制约，长期以来工程病害十分突出、管养费用居高不下，难以满足交通建设持续、健康发展需要：预制空心板之间沿铰缝开裂、剥落；板底出现纵、横向裂缝，混凝土剥落；
5、桥面铺装开裂、剥离；墩顶桥面连续处出现横向裂缝；普通钢筋、预应力筋发生腐蚀；表层混凝土发生碳化；空心板支座脱空；桥面伸缩缝发生破坏。,板式桥梁历史悠久、应用广泛，但受设计理论、计算手段、材料技术、施工工艺等因素制约，长期以来工程病害十分突出、管养费用居高不下，难以满足交通建设持续、健康发展需要：,板式桥梁的调查及统计数据表明，目前国内的装配式板桥最普遍最明显的病害表现为沿预制安装板间纵向接缝开展的裂缝，这种病害在超重超载现象比较严重的省份表现得尤为突出：,标准化水平是一个国家科技与经济发展水平的反映，也是一个国家技术与管理水平高低的重要指标。从秦始皇统一中国到欧洲一体化，所做的最基本工作就是标
6、准化。工程建设标准设计作为标准化的重要组成部分，它在保证和加快工程建设速度、保证和提高工程建设质量、传播和推广科技创新成果等方面发挥了极其重要的作用。公路桥涵标准图编制作为工程建设标准设计的重要工作之一，自我国解放初期开始以来，历经几代人的艰苦努力，相继编制和颁布过数百本标准图，在我国的公路建设史上起到了举足轻重的作用，为我国公路事业健康有序发展做出了巨大贡献。,即结构设计应满足现行标准、规范的要求，充分考虑结构物的施工安全和运营安全；结构计算应采用多种手段、多种方法；说明书应对设计参数、材料使用、施工工艺、质量检验和适应范围等进行详尽而准确的阐述；,即通用图在满足国内规范基础上积极、认真地吸
7、取国内外工程建设的成果经验和失败教训，适度超前于现行规范；施工工艺、材料选用既考虑现有施工水平、材料供应等实际状况，又适度超前于现有条件，引导相关产业技术进步；,即通用图编制工程浩大，应优先选择适应面广、工程实践要求迫切、具有典型性和示范性的内容取得突破，不盲目追求覆盖面。,跨 径 6m、8m、10m、13m、16m、20m斜交角 00、150、300荷载等级与结构体系 公路级、公路级：装配式预应力混凝土空心板简支桥面连续体系；公路级、公路级：装配式钢 筋 混凝土空心板简支桥面连续体系；公路级：装配式预应力混凝土空心板简支结构连续体系。路基宽度 8.5、10.0、12.0m；211.25、21
8、2、212.75、213.5、216.5、216.75m。,预应力混凝土公路板式桥梁通用设计图研究开发工作包括以下四个部分：装配式先张法预应力混凝土简支/连续空心板桥上部构造(1.00m板宽)；共计4x3x6+4x3x3+2x3x6=144种工况组合装配式先张法预应力混凝土简支/连续空心板桥上部构造(1.25m板宽)；共计4x3x6+4x3x3+2x3x6=144种工况组装配式后张法预应力混凝土简支/连续空心板桥上部构造(1.25m板宽)；共计4x3x6+4x3x3+2x3x6=144种工况组合装配式钢筋混凝土简支板桥上部构造(1.00m板宽)。共计3x3x6+3x3x3=81种工况组合,(1
9、)针对目前板桥运营中广泛反映的刚度偏小问题，新版通用图在原通用图基础上适当增加了板的高度；(2)针对钢筋混凝土空心板施工过程经常出现内模上浮造成顶底板厚度无法保证的问题，加大了顶、底板厚度，对内模形式提出了新的要求；(3)对各种跨径的预应力板，其内模采用多边形方式挖空，减轻了结构自重，减少了混凝土用量。倒角大小设置一致，有利于施工标准化、模板通用化；(4)预制的预应力混凝土空心板按A类预应力构件设计，加强了普通钢筋，从而在保证强度的同时，避免了空心板出现过大的反拱，增加了结构延性；,(5)针对板桥在运营过程中大面积存在的铰缝损坏导致单板受力现象，增加板桥的横向整体性，对铰缝尺寸、钢筋尺寸等进行
10、了优化、改进，一是统一采用深铰形式，二是增大了剪刀型加强钢筋的直径，三是增加了桥面混凝土现浇层的厚度至10cm（公路I级荷载）；(6)为保证桥面铺装整体化混凝土与预制板紧密结合，在预制板顶增设了抗剪连接钢筋，同时有利于桥面铺装钢筋网的定位；(7)对翼缘长度大于50cm的边板进行了防撞计算，在边板翼缘上方的桥面混凝土现浇层中加设了短钢筋防撞；(8)优化了板端捆绑式吊装孔的设置形式；(9)边板翼缘设置了直径1cm的滴水槽,防止了雨水顺边板边缘流下造成板侧面污渍。,一孔简支空心板在各种工况条件下主要材料用量（荷载：公路级）,依据的标准和规范公路工程技术标准（JTG B01-2003）公路桥涵设计通用
11、规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）预应力混凝土用钢绞线（GB/T 5224-2003）公路交通安全设施设计技术规范（JTG D81-2006）计算的手段和方法结构计算设计单位和复核单位采用不同的计算程序进行计算，采用的计算程序有MIDAS、GQJS、桥梁博士等，以及手工计算。,预应力度控制结构为部分预应力A类构件，先简支后结构连续体系的负弯区由普通钢筋承受负弯矩；预应力度为最不利荷载组合下主梁拉应力不超过一定的限值。桥面铺装桥面铺装分为二层，下层为100mm现浇C40混凝土，考虑5
12、0mm参与结构受力；上层为沥青混凝土，其厚度为：对应于公路I级汽车荷载，采用100mm，对应于公路II级汽车荷载，采用80mm。结构重要性系数高速公路和一级公路上的桥梁设计采用1.1，二、三级公路桥梁设计采用1.0。,材料参数混凝土：主梁采用C50混凝土，桥面现浇混凝土采用C40，弹性模量分别为3.25104MPa与3.45104MPa，容重V=26.0kN/m3。钢 材：普通钢筋采用R235（原级钢筋）和HRB335（原钢筋）。预应力钢筋采用高强度低松驰钢绞线，抗拉强度标准值1860MPa，公称直径15.2mm，弹性模量Ep=1.95105MPa，控制张拉力1395MPa，松驰率0.035，
13、松驰系数0.3。预应力管道用金属波纹管。环境条件及收缩徐变参数环境条件按类考虑，月平均最低气温取-230C，月均最高气温取340C；温度梯度效应计算：T1=140C，T2=5.50C；混凝土收缩系数和徐变按40%RH70%取值，徐变终极值取预应力束张拉以后1500天计。存梁期按6090天计（按不利的存梁期控制）。,计算结果表明 两种结构体系、两种荷载等级的所有跨径、桥宽、斜交角度的计算结果其正截面抗弯承载能力、斜截面抗剪承载能力、使用阶段正截面、斜截面抗裂、钢束最大拉应力、混凝土主拉、主压应力以及施工阶段砼压应力均满足规范要求。复核结果表明 设计单位所采用的结构尺寸、配束配筋结果使其正截面抗弯
14、承载能力、斜截面抗剪承载能力、使用阶段正截面、斜截面抗裂、钢束最大拉应力、混凝土主拉、主压应力以及施工阶段砼压应力均满足规范要求。但由于设计计算和复核计算所采用的程序不同，在计算方法、边界条件以及程序对参数的处理上均存在一定的差异。复核计算结果与设计计算结果有一定的差异，但总体上均满足规范的要求。,1)合理结构型式研究：通过实地调研、成桥检测、优化计算等手段，对板高、板宽、顶底板及腹板厚度、内腔形式和绞缝构造等进行了改进。2)计算分析方法研究：运用多种计算理论和分析方法，结合试验、检测成果，提出了新规范下的实用计算方法和各种工况下的横向分布系数。3)桥面现浇层参与结构共同受力研究：运用叠合结构
15、原理、结合实桥检测成果，提出了共同受力的力学特征、分析方法和工程措施，在改善结构性能的同时降低了造价。,4)板端结构受力特征分析研究：运用局部承压破坏原理和有限元空间计算模型，描述了锚固区的力学特征，解释了病害原因并提出改进方法。5)大悬臂边板抗撞击性能研究：发现了强撞击条件下悬臂板的工程隐患并提出了相应的解决方案。6)施工工艺研究：提出了一种通用性极强的钢制内模，同时证明了吊环吊装的工程缺陷并推荐了一种可靠的吊装工艺钢丝绳兜底吊。,各种跨径空心板板高,10、13、16、20m预应力板的板高为600、700、800、950mm；6、8、10m钢筋混凝土空心板的板高为320、420、500mm,
16、顶底板及腹板合理厚度(1)上顶板尺寸根据“新桥规”，上缘横向受拉主筋由于有桥面铺装保护，按钢筋最小净距取值，为2cm，下缘横向受拉主筋净距，由于内腔受外界条件干扰不大，取3cm。考虑桥梁斜向因素以及钢筋横向净距，上顶板取12cm。(2)下底板尺寸底板横向均配置构造钢筋。考虑桥梁斜向以及钢筋横向净距，取12cm。(3)腹板尺寸拟定经过对腹板裂缝的分析以及综合考虑“新规范”荷载的变化，同时兼顾经济、合理的原则，将腹板的厚度适当增加。,空心板的合理宽度目前，国内板宽有99、120、124、135、144、148cm六种：(1)根据JTG D60-2004的6条规定，合理板宽应小于1.3m；(2)根据
17、单辆汽车横向布置，合理板宽应小于1.8m；(3)横向分布系数相同时，实现板宽最大化是经济合理的；(4)需综合考虑施工难易程度、模板重复利用和经济性等因素。经综合考虑，新通用图选定125cm为预应力混凝土空心板的标准宽度；考虑农村公路建设施工需要，钢筋砼空心板宽度选定为100cm；因目前100cm板宽先张法台座应用较多，为有效利用现有设备，同时准备了板宽100cm的先张法预应力空心板过渡。,铰缝病害原因分析及优化措施空心板产生沿铰缝纵开裂病害的原因是多方面的，其中主要是因为设计理论方面的理想铰与实际的铰缝构造有差别，其次是施工质量以及运营阶段工作条件恶化的原因。1)铰缝实际受力与横向分布计算基本
18、假设差异的原因;2)铰缝钢筋构造的原因;3)铰缝材料的原因;4)施工原因;5)运营阶段因素;(1)超载运输方面的原因;(2)行车轨迹固定的原因。,铰缝病害原因分析及优化措施空心板铰缝优化设计的基本思路就是加强横向连接，包括：(1)采用深铰缝；(2)加强连接钢筋；(3)加强预制板粘结性能；(4)加强桥面铺装；(5)改进铰缝材料；(6)改进铰缝施工工序。,通用图编制按常规的设计计算方法进行结构计算。所谓常规计算就是指采用的是专业桥梁计算软件,如桥梁博士综合程序等进行计算，该方法具有使用简单效率高的特点。由于桥梁博士软件属于平面杆系结构计算软件，为了比较新的设计标准下，常规计算方法的结果与模拟结构实
19、际空间受力状况所获得的计算结果间的差异，研究中用梁格法建立了简支板梁桥的Ansys有限元模型，分析计算了简支板梁的静力横向分布影响线，并与计算得到的静力横向分布影响线进行对比，以验证设计方法的正确性。,通用图编制按常规的设计计算方法进行结构计算。所谓常规计算就是指采用的是专业桥梁计算软件,如桥梁博士综合程序等进行计算，该方法具有使用简单效率高的特点。由于桥梁博士软件属于平面杆系结构计算软件，为了比较新的设计标准下，常规计算方法的结果与模拟结构实际空间受力状况所获得的计算结果间的差异，研究中用梁格法建立了简支板梁桥的Ansys有限元模型，分析计算了简支板梁的静力横向分布影响线，并与计算得到的静力
20、横向分布影响线进行对比，以验证设计方法的正确性。,计算模型建立简支板梁桥的板与板之间是依靠铰缝进行联系的，铰缝只传递剪力而不传递弯矩。简支板梁桥的有限元模型如下：,计算结果分析：边梁内力计算值普遍大于验算值；中梁普遍小于验算值。原因：常规计算按平面杆系结构进行，一般未考虑二期恒载(现浇桥面铺装)的横向分布问题。而验算按空间受力状态进行，二期恒载由全桥各片梁分担，因而出现边梁恒载内力减小、中梁内力增大趋势。活载计算中，常规计算方法以若干横向分配系数分值点的方式简化了沿纵桥向内力分配的不均匀性，对比结果表明，这种简化引起的内力差别不大。,边梁计算/验算:支点剪力 1.03、跨中弯矩1.00,中梁计
21、算/验算:支点剪力 0.66、跨中弯矩0.82,考虑5cm现浇层的作用以后，其抗剪、抗弯极限承载能力得到不程度提高，结构刚度更是大幅度提高，相同荷载下的位移减小了16，以上结果在实桥的检测中得到了验证。,板式桥梁的实桥检测现场,板式桥梁桥面现浇层与结构的叠合面是整个结构的薄弱面，叠合面的抗剪强度是保证叠合前后浇筑的两部分混凝土形成整体截面而共同工作的关键。经过计算本次在叠合面位置布置了抗剪钢筋：,正截面承载能力极限计算：考虑5cm现浇层的计算结果(上图)比不考虑现浇层的计算结果(下图)高0.5：,受弯构件斜截面抗剪承载力验算：考虑5cm现浇层的验算结果比不考虑现浇层的高2.8：,变形计算：考虑
22、5cm现浇层的短期效应组合并消除结构自重产生的位移比不考虑现浇层的短期效应组合并消除结构自重产生的位移要降低16：,从预应力技术诞生到现在一直有不少学者对预应力锚固区的力学特性和设计方法进行研究。设计规范近年不断更新，考虑到实际采用的锚固体系为一个立体的结构锚固在混凝土中，受力情况很复杂，因此需要采用试验和有限元的方法进一步分析板梁锚固端应力应变情况。,新标准图模型端头第一主应力分布 老标准模型端头第一主应力分布,新老标准图的20m预应力砼空心板构件制作过程中预应力张拉工序下梁的端部应力应变有限元分析表明：新老标准图端部锚垫板所在区域内的第一主应力主要表现为拉应力。应力计算结果显示锚垫板附近的
23、应力情况较复杂，变化剧烈。拉应力在靠近锚垫板的区域迅速增大到最大值然后随着距离的增加其值迅速减小。梁端整体处于较低的应力状态，靠近端部主应力较大。,新通用图综合考虑各种因素，改进了锚下钢筋布置：,现代交通运输正向高速化和大吨位方向发展，这对交通安全设施提出了越来越高要求。防撞护栏是确保交通安全的重要设施。迄今为止，国内外对防撞护栏的研究主要集中在护栏本身的研究上。但是，在 桥梁上部结构设计中，往往 忽视了在横向碰撞力作用下，空心板梁箱体和悬臂部分的 结构验算，存在着安全隐患。,通过理论计算和碰撞试验可知，汽车碰撞时在墙背与大悬臂边板会产生很大的拉应力，远远超出了混凝土的抗拉能力，如果认为纵向钢
24、筋和横向配筋只是作为构造钢筋配置是不合适的。,图5-19 空心板悬臂计算简图,通过力学分析和混凝土墙体及悬臂板在遭受撞击时的破坏形式，结合工程实践经验，板式桥梁通用图悬臂板防撞钢筋布置方式如下：,空心板梁芯模工艺数据比较,通用钢制内模,板式桥梁吊装施工工艺：规范规定预制构件的吊环必须用R235钢筋，其拉应力不大于50Mpa，且最多考虑3个吊环起作用。若一块空心板采用32吊环，只能起吊120kN，小于预制空心板的自重。因此空心板不能采用吊环，可用钢丝绳兜底吊。,板式桥梁吊装施工工艺：钢丝绳兜底吊是一种传统的吊装工艺，施工工艺成熟，施工简单、可靠，对梁体影响小。板式桥梁通用图预留了8025预留孔：
25、,领导重视、行业关注：为加强组织协调，交通部专家委员会成立了领导小组、审查组和专家组，先后召开了10余次大型会议，保证了课题进度，提升了成果水平。,研究深入、内容丰富：通过资料调研、模型试验、实桥检测和仿真分析等手段对结构型式、受力特征、计算方法、安全性能、施工工艺等进行了全面研究；编制了一套能满足不同公路等级、结构体系和施工工艺的通用设计图。,技术先进、创新明显：成果理念先进，创新点多，创新特征明显，达到国际先进水平。效益显著、推广迅速：广泛吸收了国内外先进技术和科研成果，在满足市场需 求的同时促进了科技 创新成果向生产力转 化，推动了公路桥梁 建设事业的技术进步。,设计荷载等级为公路-级或
26、公路-级，当有超限车辆通过时，应进行结构验算，并采取相应措施。通用图未对伸缩缝、支座、护栏、泄水管等进行设计，使用时另参其他图纸。设计参数与本图有差异时应另行设计。通用图成果的推广应用需要得到有关部门的大力支持；仅对预应力混凝土空心板上部构造进行了研究，下部构造及附属设施的配套通用图技术的研究有待进一步完善。,本次板式桥梁通用图编制工作凝聚了全国数百位桥梁专家的智慧和心血，在此谨代表课题组致以深深的谢意。同时一并感谢以下参与单位给予的无私奉献：中交公路规划设计院有限公司广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院辽宁省交通勘测设计院湖南省交通科学研究院中国公路工程咨询集团总公司上海市政工程设计研究总院河北省交通勘察设计研究院重庆市交通规划勘察设计院青海省公路科研勘测设计院,谢 谢,
