山区高速公路桥梁设计关键问题探究.pdf

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编号:20181111053912095123    类型:共享资源    大小:1.18MB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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140 中国建筑金属结构 中国建筑金属结构 第捌期(下) 贰零壹叁年捌月 山区高速公路桥梁设计关键问题探究 胡 辉 1 , 方 艳 2 (1. 南昌市公路桥梁工程处,江西南昌 330000;2. 江西省高速公路投资集团有限责任公司,泰和管理中心,井冈山机场所,江西吉安 343700) 摘 要 : 本文结合山区桥梁环境及造价等因素,选取目前广泛使用的钢筋混泥土结构桥梁,对高速公路桥梁的上部结构设计、下部结 构设计及基础设计中的几个关键问题进行了分析,并对钢筋混凝土的耐久性问题进行了介绍,对我国山区高速公路桥梁的设计建造 具有一定的借鉴作用。 关键词:山区;公路桥梁;钢筋混凝土 中图分类号:U412.36+6 文献标识码:A 文章编号: 1671-3362(2013)08-140-01 1 山区高速公路桥梁的特点 山区高速公路的特点首先是山区地形复杂,表现为地表高 差大、变化频繁、横坡陡等;其次是山区地质复杂,山区除了 平原区的软土、盐渍土、液化土、岩溶、采空区等不良地质外, 还有崩塌、滑坡、泥石流等灾害地质,且分布范围广;此外, 山区水系众多,水文条件复杂;最后,山区高速公路的修建, 还需着重考虑山区的自然环境,正确的处理技术标准与自然环 境的关系,以最大限度的保护区域自然环境。山区地质条件复 杂恶劣,导致桥梁基础设计繁杂。桥梁结构的选取也至关重要, 常见的结构为钢筋混泥土结构。 2 山区曲线预制梁桥梁、板布设问题 预制结构桥梁就是将桥梁的梁、板等上部结构先行预制好 后,直接架设到桥梁的下部结构上。预制结构设计简单,施工 方便快捷,可以从设计到施工上批量生产,是一种造价较低而 又高效的设计方案,因而成为了西部欠发达地区山区高速公路 桥梁设计的首选方案。然而,预制结构桥梁在其省钱而又高效 的同时,也有一定的局限性。预制结构桥梁的上部结构理论上 来说必须是标准长度跨径;预制结构梁、板全都为直线结构, 然而,山区高速公路桥梁中直线结构桥梁很少,大部分均为弯 桥。因此,如何把直线预制的梁、板布设到平曲线上成为了预 制结构在山区高速公路桥梁架设中的又一重要问题,主要有墩 台等角度布置和各墩台平行布置两种方式。 2.1 墩台等角度布置 墩台等角度布置结构的桥墩中心线与桥台中心线交点处的 切线所成角度均相同,桥墩与桥台的中心线互不平行,各桥墩 盖梁长度全部相同。墩台等角度布置通常为等 90°布置即径 向布孔。 墩台等角度布置时,内外梁梁长不相等,一般通过等梁长 法和变梁长法来解决。等梁长法适用于曲线半径较大的情况, 将预制梁预制成标准跨径等梁长,而梁长的变化则通过现浇梁 端长度或连续梁现浇中横梁的宽度来调整。当曲线半径较小时, 内外弧差较大,导致内外梁长度差别较大,此时采用变化预制 梁长度的方法来适应曲线引起的梁长变化,也即变梁长法。变 梁长法虽然设计简单,但施工难度较大,因此,设计时应尽量 采用等梁长法。 2.2 各墩台平行布置 各墩台平行布置时,各孔预制板长度相等,但由于板端角 度不同,墩、台长度不一致,使得设计和施工相对复杂。 墩台平行布置通常有按直线布板和按折线布板两种方式。 按直线布板时,桥墩中心线与桥梁中心线所成角度相同,各桥 墩中心线互相平行,直线布板设计和布板方便简单,但采用这 种方法需要牺牲平面线形的曲线协调性,因而只是用于长度较 短且曲线矢高不超过 20cm 的中、小桥。按折线布板时,桥墩 中心线与桥梁中心线所成角度各不相同,各桥墩盖梁长度各不 相同,上部结构板长相同,每孔内预制板角度相同但各孔板角 度均不同。折线布板适用于曲线矢高大于 20cm 的情况。 3 山区高墩桥梁下部柔性高墩设计问题 受山区复杂地形及公路线形的影响和制约,山区公路桥梁 大部分为高墩、大跨桥的结构,然而,随着桥梁跨度的增大, 桥墩的截面尺寸也需相应增加,这必然使得桥梁下部结构的工 程量增大,工程造价增高。为了减少工程材料,降低工程造价, 近年来提出了柔性桥墩的设计方法,柔性桥墩在实现桥梁下部 构造轻型化的同时,还能减少水平外力对桥梁上部结构的影响。 柔性高墩结构的计算方法为集成刚度法。集成刚度法把单 层连跨结构逐跨浓缩为两端具有抗推 ( 拉 ) 的弹性支承的单跨 结构,从而使得计算量大大减少。结构抗推(拉)的刚度可用 弹簧表示,刚度的集合,可用若干串、并联在一起的弹簧模型 模拟。连续梁桥的桥墩与其支座的集成刚度可认为是串联关系, 而各个桥墩之间的集成刚度是并联关系。 4 山区桥梁基础设计问题 桥梁基础的设计对整个桥梁的质量和正常使用起着决定性 的作用。山区公路桥梁的墩台基础形式主要有钻孔桩基础和明 挖扩大基础两类。一般来说,对于地质条件较好,岩层埋藏位 置较浅、基岩稳定、山体平缓等的桥位处,优先选择明挖扩大 基础。对于小型构造物如涵洞、通道等,一般也设计为浅基础。 对于载荷较大,地基上部土层较软,适宜的地基持力层位置较 深时,可考虑采用桩基础。桩基础的设计核心是在满足单桩承 载力的前提下,以摩擦桩桩长作为控制指标;嵌岩桩一般取用 双控指标:基岩强度和嵌岩深度。此外,山区桥梁地形、地质、 生态条件复杂,实际设计中应在综合考虑地形、地质条件的同 时,还需慎重考虑对生态环境的影响。 5 钢筋混凝土的耐久性问题 在钢筋混凝土结构中,混凝土对钢筋起保护作用并提供结 构抗压强度,而钢筋提供结构的抗拉强度,因此,钢筋混凝土 的材料性能衰退主要有混凝土中钢筋的锈蚀和混凝土本身性能 衰退这两个方面。混凝土中钢筋的锈蚀主要由电化学过程而引 起,不仅受本身的晶格结构差异、化学组成不同、受力程度不 同、钝化膜不连续等不均匀性因素,还受混凝土性能的好坏、 外界环境介质、破坏情况等因素的影响。混凝土本身的性能衰 退主要指混凝土受周围环境的生物、化学、物理作用,导致混 凝土内的一些成分产生反应,使得混泥土发生溶解析出、变性、 基体开裂及结晶膨胀等,最终降低了混凝土的性能,更严重的 会加速混凝土中钢筋的腐蚀。目前的保护措施有采用环氧涂层 钢筋、高性能混凝土、混凝土外涂层、电化学保护、钢筋阻锈 剂等几种方式。 6 结语 本文对山区高速公路桥梁设计中的常见的几个关键问题 进行了分析研究,主要结论如下:由于山区公路桥梁线形的 特殊性,预制结构桥梁设计中预制梁、板布置是否合理将会 严重影响桥梁的施工进度和造价;在山区公路桥梁设计中, 高墩结构的计算设计是桥梁下部结构设计的一大难题,柔性 高墩的设计更是桥梁下部结构设计的重中之重;山区的地形、 地质、环境条件复杂,在山区桥梁基础设计中,应综合考虑 各方面的因素。
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