大跨度钢箱梁更换为钢_混组合梁的原因和可行性分析报告

.wd.大跨度钢箱梁更换为钢-混组合梁的原因及可行性分析1钢箱梁更换为钢-混组合梁的原因原桥梁大跨均设计为钢箱梁桥，钢箱梁的桥面铺装层厚度为7cm，有轨电车轨道安装需求桥面铺装层厚度为25cm，且铺装层与钢箱梁之间无层间传力构件，不能协调变形或造成面层脱落显现。钢桥面与铺装之间刚度悬殊太大，二者变形不能协调。又由于钢箱梁所在位置均为需求大跨度桥梁的困难地段，假设采用大跨混凝土箱梁构造，会产生施工影响交通及下部构造尺寸庞大等情况。基于以上多种原因，通过多方面考虑，拟定采用钢-混组合梁的方式，混凝土板提高梁体刚度，并通过剪力键与钢构造连接，同时为轨道预埋构件提供了预埋空间，轨道、混凝土板及钢构造三者受力变形协调，能够满足刚度、受力、较大跨越能力等多方面要求。2现阶段钢-混组合梁开展及理论落实情况钢-混组合梁梁在美、日、欧洲已经得到了广泛的应用，美国最早制定了设计标准，随后德国、英国和印度也制定了设计标准。国内钢-混组合梁梁在工程中的应用从20世纪 50年代起组合梁在交通、冶金、电力及煤矿等系统都有所应用。1957年建成的武汉长江大桥，其上层公路桥就已采用了组合梁构造(跨度18m，梁距1.8m)；沈阳设计院早在1963年就把组合梁构造用于煤矿井塔构造。从1985年开场，组合楼盖在高层钢构造中得到了广泛的应用；进入90年代，组合梁大量用于城市立交桥的主体构造与高层建筑的楼盖体系中。1993年由北京市政设计研究院设计的北京国贸桥的三个主跨采用了连续组合梁构造，是该构造在国内城市立交桥中首次应用。近年来在北京、上海等城市的立交桥建设中，由于钢一混凝土组合连续梁桥跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好以及施工速度快等优点，得到了广泛的应用，建成了以北京航天桥(主跨73m)和朝阳桥(主跨64m)为代表的一批钢一混凝土连续组合梁桥。钢-混组合梁桥采用了钢梁作为受力主构造，又利用钢梁作为现浇混凝土层的支撑模板构造，不仅简化施工工序，降低了施工难度，同时缩短了施工工期。钢-混组合梁在我国的起步较晚，主要原因在于混凝土和钢构造材料受力的不同性，钢-混组合梁设计理论的不完善。但随着大量实验研究和广泛应用实践，逐渐地丰富了该类梁的设计和施工经历，完善了相关的理论，极大的促进了该类梁桥的推广。钢-混组合梁连续梁桥其整体受力性能的优越性、工程造价的经济性以及能充分发挥钢材和混凝土两种材料各自的优势的合理性和便于施工的突出特点而得到广泛的应用。随着?钢混凝土组合桥梁设计标准?GB50917-20xx的发行，钢-混组合梁设计理论得到了完善。有了完整的理论根基指导，使得此类梁体的应用更加方便、快捷、安全。由于组合梁具有抗疲劳性能好、承载力可靠、节约钢材、降低梁高和增强梁的刚度的优点，已被广泛应用于城市立交桥及高速公路的跨线桥。3钢-混组合梁特点简介组合梁桥采用剪力连接件将钢梁等构造构件与钢筋混凝土桥面板结合成整体，钢筋混凝土桥面板不仅直接承受车轮荷载起到桥面板的作用，而且作为主梁的上翼板与钢梁形成组合截面，参与主梁共同作用。组合梁桥上缘受压、下缘受拉，最符合组合梁材料分布的合理原那么，即梁上翼缘应是适宜受压的混凝土板，下缘是利于受拉的钢梁，并通过在混凝土顶板内加设预应力来抵抗连续梁负弯矩，能够满足连续梁构造受力需求。1与钢梁相比，钢-混组合梁具有以下特点：a减少了钢材的用量，节约了造价；b增大了梁的刚度，有利于整体稳定性；c采用钢筋混凝土桥面板，有利于沥青面层的结合，提高桥面铺装的耐久性。2与混凝土梁相比，钢-混组合梁梁具有以下特点：a构造自重轻，减少了下部根基的工程量；b已安装钢梁可作为模板使用，节省了模板工程量；c施工工期短，且对桥下交通的影响小；d降低了梁高，有利于桥下净空利用率。4施工方案及造价综合比照施工方法工序比照表构造形式钢-混组合梁钢箱梁施工方法钢构造预制拼装，混凝土板现浇预制拼装施工工序1 采用桩施工工艺,并施工临时桥墩根基。同时工厂制造钢箱梁节段，工厂预制工期按1.5个月控制。 采用桩施工工艺,并施工临时桥墩根基。同时工厂制造钢箱梁节段，工厂预制工期按1.5个月控制。2 采用支架现浇桥墩，并施工临时桥墩，桥墩施工期按0.5个月控制。 采用支架现浇桥墩，并施工临时桥墩，桥墩施工期按0.5个月控制。3 运输并吊装钢箱梁节段就位，现场进展焊接施工，并安装支座，撤除临时支撑。施工期按1个月控制。 运输并吊装钢箱梁节段就位，现场进展焊接施工，并安装支座，撤除临时支撑，用垫块在临时支墩墩顶顶紧梁底。施工期按1个月控制。4 桥面铺装、附属构造安装，全桥竣工通车。施工期按0.5个月控制。 钢箱梁作为桥面板施工的承重平台。在预留孔以外的钢梁上翼缘设置橡胶垫。分段浇筑桥面板混凝土，在剪力钉处预留孔洞，混凝土到达100%设计强度后，张拉钢绞线施加预应力；预应力孔道内水泥浆到达90%设计强度后，浇筑下一段桥面板混凝土。施工期按1个月控制。5 用无收缩砂浆填充剪力钉群的预留孔，使桥面板与钢梁共同受力。预留孔填充完毕20天后，开场撤除临时支撑。施工期按1个月控制。6 桥面铺装、附属构造安装，全桥竣工通车。施工期按0.5个月控制。合计工期3.5个月5.5个月构造综合比照表构造形式钢-混组合梁钢箱梁单价万元/m21.11.5施工工艺钢构造预制拼装，混凝土板现浇预制拼装施工难易程度1、施工技术成熟，风险小；2、施工期间临时墩占地较少， 基本能够保证被跨越路正常交通1、施工技术成熟，风险小；2、施工期间临时墩占地较少， 基本能够保证被跨越路正常交通对交通影响 对交通影响较小，社会车辆 基本可以正常形式，存在少量的安全隐患，持续时间较短。 对交通影响较小，社会车辆 基本可以正常形式，存在少量的安全隐患，持续时间较短。被跨路口受影响时间约2.5个月约1.5个月对下部构造尺寸影响维持原尺寸能够满足安全要求维持原尺寸能够满足安全要求后期维护费用需要一定维护费用需要一定维护费用通过以上比照，钢-混组合梁造价约为钢箱梁的2/3，施工工期及施工周期较钢箱梁长，且钢-混组合梁能够提供较大的刚度，且为轨道的预埋提供空间；能够充分满足此工程各项需求。5钢-混组合梁对桥墩影响的理论分析5.1桥梁下部计算模型的选择本工程共计100多联连续梁、简支梁或构造简支桥面连续的箱梁，桥梁规模庞大且构造复杂，其中第五、十一、十五、三十四、三十九联原设计为钢箱梁，现由于有轨电车对轨道安装及梁体截面刚度的需求，拟考虑将原钢箱梁构造更换为钢-混组合梁，上部构造反力相应增加，对原下部桥墩进展构造安全简算。通过对桥墩的构造特点及桥梁跨度进展分析，选择局部有代表性的桥墩对其进展构造安全分析。抗震分析桥梁选用的 基本原那么：1、桥墩同样跨度或悬臂长度情况下，取桥梁相邻跨度之和较大者作为代表。2、桥梁相邻跨度之和相差不多情况下，取桥墩跨度较大、悬臂较长者作为代表。分别选择主线第5联ZX14墩、主线桥第11联ZX3132墩、主线第34联ZX101墩进展构造安全分析，如下表所示。构造安全分析桥墩一览表位置孔跨布置m计算桥墩选出理由第5联28.5+45+30ZX14悬臂最大， 基本墩型第11联39+55+39ZX3132梁体跨度大，悬臂大第34联30+50+35ZX101桥墩跨度大5.2计算荷载的选取 恒载选取：钢-混组合梁钢构造梁高1.82.3m,混凝土板厚30cm。上部铺装厚度约30cm。根据统计结果，钢-混组合梁每平米重约19KN钢箱梁每平米重约12KN。其中钢构造局部4KN/平米，现浇层局部8KN/平米，栏杆铺装局部7KN/平米。汽车荷载加载方式：沿盖梁纵向以车道荷载的方式进展加载，按照?公路桥涵设计通用标准?JTG D60-2004图4.3.1-3进展布置车道荷载。荷载大小为相邻最大跨径一个车道的计算反力。钢-混组合梁断面示意图5.3.计算标准 (1) 设计荷载：城-A级；(2) 计算温度：整体降温20，整体升温20，收缩徐变等效降温40度。5.4.计算荷载参数 (1) 混凝土重力密度：26 KN/m3(2) 构造安全等级：I级；(3) 冲击系数u按0.4计入；(4) 预应力管道摩擦系数取0.17；(5) 管道每延米摩擦影响系数取0.0015。5.5. 计算标准 材料名称及强度取值 表1.2材 料项 目参 数C50 混凝土抗压标准强度32.4MPa抗拉标准强度2.65MPa抗压设计强度22.4MPa抗拉设计强度1.83MPa抗压弹性模量34500MPa计算材料容重 26kN/m3线膨胀系数0.00001C40 混凝土抗压标准强度26.8MPa抗拉标准强度2.40MPa抗压设计强度18.4MPa抗拉设计强度1.65MPa抗压弹性模量32500MPa计算材料容重26kN/m3线膨胀系数0.00001低松弛钢铰线抗拉标准强度1860MPa抗压设计强度390MPa弹性模量1.95105MPa管道摩擦系数0.17管道偏差系数0.0015钢丝松弛系数0.3单端锚具回缩值6mm续表1.2 普通钢筋HRB400抗拉标准强度400MPa抗拉设计强度360MPa抗压设计强度360MPa5.6 作用类别、作用效应组合1永久作用：构造重力、预应力、上部构造反力和混凝土的收缩及徐变作用；2可变作用：汽车荷载、温度作用。 3.作用效应组合(1)承载能力极限状态 组合设计值Sud=1.2永久作用 +1.4汽车荷载+0.81.4温度作用。(2)正常使用极限状态 作用短期效应组合：永久作用+0.7汽车荷载+0.8温度作用； 作用长期效应组合：永久作用+0.4汽车+0.8温度作用。5.7. 计算结果数值单位及方向约定弯矩：KN*m；“代表弯矩方向；应力：Mpa；“代表应力为拉应力；挠度：mm；内力：KN；“代表轴力为压力。5.8. ZX14盖梁计算5.8.1模型描述5.8.1.1 单元数量 : 梁单元 59 个5.8. 1.2节点数量 : 57 个ZX14桥墩模型三维图5.8.2持久状况承载能力极限状态结果5.8.2.1 基本组合弯矩包络图 最大负弯矩：89954KNm5.8.2.2长短期组合下应力包络图最大压应力：12.1mpa,最大拉应力：0.0005mpa5.8.2.3 基本组合包络变形图最大竖向变形：28.1mm5.9. ZX31盖梁计算5.9.1 模型描述5.9.1.1 单元数量 : 梁单元 177个5.9. 1.2节点数量 : 190个ZX31桥墩模型三维图5.9.2持久状况承载能力极限状态结果5.9.2.1 基本组合弯矩包络图最大负弯矩：69505.8KNm5.9.2.2长短期组合下应力包络图最大压应力：10.7mpa,最大压应力：0.9mpa5.9.2.3 基本组合包络变形图最大竖向变形：18.7mm5.10. ZX32盖梁计算5.10.1 模型描述5.10.1.1 单元数量 : 梁单元 187个5.10. 1.2节点数量 : 201个ZX32桥墩模型三维图5.10.2持久状况承载能力极限状态结果5.10.2.1 基本组合弯矩包络图 最大负弯矩：5559.6KNm5.10.2.2长短期组合下应力包络图最大压应力：10.4mpa,最大压应力：0.9mpa5.10.2.3 基本组合包络变形图最大竖向变形：26.6mm5.11. ZX101盖梁计算5.11.1 模型描述5.11.1.1 单元数量 : 梁单元 191个5.11. 1.2节点数量 : 181个ZX101桥墩模型三维图5.11.2持久状况承载能力极限状态结果5.11.2.1 基本组合弯矩包络图 最大负弯矩：9959KNm5.11.2.2长短期组合下应力包络图最大压应力：14.75mpa5.11.2.3 基本组合包络变形图最大竖向变形：38.4mm6国内外实例及外观表现目前，钢-混组合梁在国内使用较为广泛，其外观表现形式多样化，腹板侧面表现与钢箱梁 基本一样。底板可采用漏空、封闭等多种形式。 实例工程照片钢-混组合梁国内使用实例：1、承秦出海路市区至石门寨段复线工程K1+488京秦高速别离立交桥 路桥集团桥梁技术。2、京杭运河常州市区段改线工程312国道西大桥江苏省交通规划设计院3、深圳市南坪快速路梅观立交 南昌有色冶金设计研究院4、石家庄市二环快速路提升工程 上海市政工程设计研究总院5、沿海公路秦皇岛至乐亭段高速公路河北省交通勘察设计研究院7综合评价钢-混组合梁桥是在钢筋混凝土构造和钢构造的根基上开展起来的构造。组合桥充分发挥了钢材和混凝土的力学特性，并具有很好的施工性能。能够满足本工程中对桥梁跨度、刚度、较轻恒载及施工快捷方便等方面的需求。且造价较钢箱梁减少约30%，节省工程造价。随着本工程中的组合梁使用，不断增加设计、施工及使用者对钢-混凝土组合构造优越性的认识，提高该类梁的运用技术，组合桥将会在我市桥梁建设事业中发挥越来越重要的作用。