中小桥梁横向拼接设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,就,*,中小桥梁横向拼接设计,中小桥梁横向拼接设计,市政二所：梁峰,Email,：,lf25,2014,年,10,月,1,、概述,2,、分类,3,、受力特点,4,、应用范围,5,、意义,6,、,设计原则,主要内容,1,概述,1.1,技术方向的由来,沪宁扩建设计,新老桥梁拼接,桥梁拼接技术,1,概述,1.2,技术方向的用途,1,概述,1.2,技术方向的用途,1,概述,1.2,技术方向的用途,1,概述,1.2,技术方向的用途,1,概述,1.3,技术方向的知识结构体系,梁间连接部、,横梁受力计算,拼接构,造设计,单梁横向分,配系数计算,公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度,简化,为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。,对于,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥,，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。,1,概述,1.4,桥梁横向受力计算特点,公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度,简化为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。,对于,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥,，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。,1,概述,1.4,桥梁横向受力计算特点,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥的计算过程,计算横向,分布系数,K,公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度,简化为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。,对于,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥,，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。,1,概述,1.4,桥梁横向受力计算特点,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥的计算过程,计算横向,分布系数,K,纵向布载,计算内力,M,公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度,简化为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。,对于,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥,，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。,1,概述,1.4,桥梁横向受力计算特点,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥的计算过程,计算横向,分布系数,K,纵向布载,计算内力,M,单梁内力,M,=K,M,公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度,简化为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。,对于,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥,，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。,1,概述,1.4,桥梁横向受力计算特点,中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥的计算过程,计算横向,分布系数,K,纵向布载,计算内力,M,单梁内力,M,=K,M,2,横向拼接方式,2.1,分类,2,横向拼接方式,2.1,分类,纵缝处理方式,使用特点,采用沥青和木条填充,采用这种方式会使得新旧桥边缘处很容易出现啃边的现象，同时新旧桥在汽车荷载作用下的挠度差异也会在接缝处反映出来， 使得沥青和木板条的填充失效，导致行车条件变差， 加重后期养护维修的任务。,采用钢板包边,可以解决啃边问题。 但这种方式仅适用刚性桥面，也不能解决新旧桥挠度差的问题， 在高速行车时还容易导致车轮打滑， 降低了行车安全性。,采用桥面连续,避免了新旧桥完全不连接而出现的啃边现象，也规避了外包钢板带来的行车打滑问题。但新旧桥活载挠度差依然存在， 使得结构在长期运营中不可避免地出现接缝处桥面铺装开裂的现象，为后期养护带来隐患，因而仅适用于桥梁跨径较小、主梁相对挠度较小的情况。,采用纵向伸缩缝连接,能最直接地解决新旧桥纵向接缝的问题。纵向伸缩缝利用自身构造能很好地适应新旧桥主梁间的纵向和竖向变形差，使新旧桥变形平顺过渡， 优化行车条件而某些伸缩缝还在表面作了防滑处理， 可以保障雨雪天气下的行车安全。但造价较高且需要日常维护。,2,横向拼接方式,2.2,有缝连接,连接方式,图示,构造及受力特征,使用特点,铰接,连接处翼缘混凝土浇筑后在其顶面锯缝，填塞柔性材料，底部预埋木条或橡胶条。翼缘内仅有少量钢筋进行连接，形成不能传递弯矩的柔性铰接构造。,削弱了桥梁的连接刚度，后期运营中的收缩、徐变和沉降差，以及行车引起的挠度差会造成连接处填塞的木条、橡胶条脱落，割缝对应桥面处破损行车条件劣化难以保证后期运营中结构的耐久性，加大后期养护维修的费用。沪宁、沪杭甬高速公路采用了这种连接方式。,半刚接,构造上采用深铰或仅削弱翼缘下部。不仅能传递剪力，还能传递部分的弯矩。,既能够较好地解决收缩、徐变和基础不均匀沉降引起的开裂，同时也具有相当的刚度，确保运营中在接缝位置不出现挠度差。桥面平顺保证行车安全。一般用于板梁。,刚接,采用强大横梁或全断面连接。能传递剪力和弯矩。,可以确保桥面平顺、安全行车。但是，由于收缩徐变、沉降和运营荷载等因素的影响，刚性连接的技术难度也最大。简支空心板梁和,T,梁的刚性连接技术较完善。中大跨径桥梁中常用的混凝土箱梁的刚性连接在国内尚未得到广泛认可。,2,横向拼接方式,2.2,无缝连接,横向拼接方式,适用结构,计算方法,不连接,各种结构,杠杆法。,铰接,箱梁、小箱梁、空心板,铰接板梁法、有限元法。,半刚性连接,小箱梁、空心板,偏安全地采用铰接板梁法、,GM,法、有限元法。,刚性连接,T,梁,刚接板梁法、刚性横梁法、,GM,法、有限元法。,传统方法,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,横向拼接方式,结构类型,计算公式,铰接,小箱梁,M=0.46-0.041N+0.14S-0.0025L,铰接,空心板,M=0.138+0.217S-0.0042L-0.0052B+0.032b1,刚性连接,T,梁,M=0.081+0.207S+0.0011L+0.0053B+0.157b1,经验公式简化计方法,注：本方法参考,东北公路,2003,年第,4,期,公路桥梁荷载横向分布系数简化计算,作者：宋建永、张浩阳、张树仁,式中，,M,横向分布系数；,N,主梁根数；,L,跨径；,S,梁距；,B,车道宽；,b1,边主梁中心线到路缘石距离。,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,刚接,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,半刚接,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,铰接,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,有缝连接,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,分布区间,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,区间概率分布的横向分配系数计算法,分别计算,刚接和铰,接的横向,分配系数,根据连接,方式建立,连接概率,分布函数,按目标保,证率求得,对应的计,算横向分,配系数,根据横向分,配系数求单,梁计算内力,横向分配系数的变化范围：,完全铰接时达到最大值，,完全刚接时达到最小值。,半刚接时横向分配系数与刚接程度相关。,3,横向拼接计算,3.1,横向分配系数计算,连接部计算主要是相邻两片梁之间板的计算。可参考,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（,JTG D62-2004,）,中,4.1,节中相关要求。,横向拼接方式,适用结构,计算方法,不连接,各种结构,悬臂板。,铰接,箱梁、小箱梁、空心板,悬臂板。当下部构造分离时应计算不均匀沉降影响。,半刚性连接,小箱梁、空心板,单向板。当下部构造分离时应计算不均匀沉降影响。,刚性连接,T,梁,长边,/,短边,2,，单向板；长边,/,短边,2,，多向板。当下部构造分离时应计算不均匀沉降影响，还应进行横梁受力计算。,注：如横向为新老桥拼接时，不均匀沉降几乎肯定发生，除了采用预压等措施外，需要增加不均匀沉降的计算值。,3,横向拼接计算,3.2,连接部计算,拼宽连接部计算中施加单位力或单位位移单宽板的受力模型。,（,1,）铰接对翼缘根部受力不利（,2,）翼缘根部上下缘均需配置受力钢筋,3,横向拼接计算,3.2,连接部计算,4,技术的实践与应用,4.1,局部拼接的理论基础,力矩传递法计算横向分配系数,计算影响线,绘制影响线,全断面布载,计算分布系数,刚接,计算分布系数,局部断面布载,铰接,计算分布系数,评价设计概率,得到设计值,传统影响线算法,基于力矩传递法的简化算法,4,技术的实践与应用,4.1,局部拼接的理论基础,力矩传递法计算横向分配系数,刚接计算法图示,4,技术的实践与应用,4.1,局部拼接的理论基础,力矩传递法计算横向分配系数,铰接计算法图示,4,技术的实践与应用,4.1,局部拼接的理论基础,力矩传递法计算横向分配系数,不等刚度铰接计算法图示,4,技术的实践与应用,4.1,局部拼接的理论基础,力矩传递法计算横向分配系数,刚度比,梁高,梁受力宽度,横向连,接方式,跨径,影响因素,4,技术的实践与应用,4.2,横向模块化设计,4,技术的实践与应用,4.2,横向模块化设计,标准模块,4,技术的实践与应用,4.2,横向模块化设计,非标准模块,非标准模块,模块化设计的优点,(1),缩短工期,(2),降低施工费用,(3),方便修改及维护,(4),提高质量,4,技术的实践与应用,4.2,横向模块化设计,4,技术的实践与应用,4.2,横向模块化设计,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,标准模块,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,标准模块,非标准模块,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,标准模块,非标准模块,连接部,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,原结构,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,原结构,拼接结构,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,原结构,拼接结构,连接部,优点,:,(1),预制拼装，缩短工期；,(2),方便设计、施工；,(3),方便修改及维护；,(4),提高质量；,(5),为升级改造预留接口；,(6),预防不确定风险。,4,技术的实践与应用,4.3,拼宽桥梁设计或互通接入口桥梁设计,原结构,拼接结构,连接部,4,技术的实践与应用,4.4,新型横向拼装桥梁,4,技术的实践与应用,4.4,新型横向拼装桥梁,4,技术的实践与应用,4.4,新型横向拼装桥梁,4,技术的实践与应用,4.4,新型横向拼装桥梁,可拼接桥梁（拉链式桥梁）,:,(1),预制拼装，缩短工期,(2),方便设计、施工,(3),方便修改及维护,(4),提高质量,(5),适应能力强，无须支架，宽度可调节。,4,技术的实践与应用,4.5,依托项目实例,引江河大道新通扬特大桥,站前路,4,技术的实践与应用,4.5,依托项目实例,4,技术的实践与应用,4.5,依托项目实例,4,技术的实践与应用,4.5,依托项目实例,4,技术的实践与应用,4.5,依托项目实例,对于交宽桥梁跨越斜交道路、沟渠的情况，利用桥梁分幅，进行斜桥正做，也可省去复杂的斜桥分析计算，简化设计和施工,4,技术的实践与应用,4.6,平面错孔桥梁,4,技术的实践与应用,4.6,平面错孔桥梁,4,技术的实践与应用,4.7,加固桥梁,1,、将横向拼接技术的实践经验理论化，构建结构受力模型，利用广泛的试验和观测研究数据，分析形成规律，为今后的设计工作提供理论依据，并形成指导性的成果。,2,、总结桥梁横向拼接技术方面的实践和应用体系，系统性的解决各类型桥梁拼接所采用的计算模型，针对目前的工程实践提出简便易行的计算方法。,3,、指导工程设计，为标准化、模块化设计提供理论基础，为桥梁拼宽设计、变宽桥梁分幅设计提供理论基础。,5,采用该技术的意义,第1章 总 则,第2章 测量调查要求,第3章 设计原则,第,1,章 总,则,1.1,本设计原则的制定是为新老桥梁横向拼接加宽的结构设计提供基本技术准则和设计参考。,1.2,新老桥梁横向拼宽是指桥梁整体在横向为分期修建，或在原有桥梁横向以拼接加宽的方式新建新的桥梁，最终形成整体桥面的桥梁设计方案。,1.3,新老拼宽桥梁除满足本设计原则外，尚应符合国家现行的有关标准和规范。,1.4,新老结构连接形式,上部构造可采用有缝连接（不连接）、铰接、半刚接、刚接等多种方式；下部构造可采用连接或不连接等形式。有缝连接、铰接属于弱连接，半刚接、刚接属于强连接。,6,设计原则,1.5,新老结构的类型及拼接方案,新老结构上部构造类型主要有预制,T,梁、预制空心板、预制箱梁、现浇箱梁等。采用同种类型的结构进行拼宽，为同刚度拼宽；采用不同类型的结构进行拼宽，为异刚度拼宽。设计中尽量采用同刚度拼宽。,1.6,各种连接形式见下表，可根据工程特点进行选用。,6,设计原则,连接方式,构造,受力特征,特点,不连接（广义连接）,利用伸缩缝或填缝连接新老构造,不传递内力，新老结构互不影响,受力明确，但容易破坏，维护量大，或造价高,铰接,利用假缝处钢筋连接形成铰，或仅桥面板连接，受力状态类似于铰,传递剪力，不能传递弯矩，新老结构影响较小,受力较明确，可忽略新老构造间的相互作用，桥面连续，适用性好,半刚接,采用深铰或加厚的桥面板连接,不仅能传递剪力，还传递部分的弯矩,受力不明确，但较好地解决不均匀沉降引起的开裂，新结构对原有构造能形成一定加固作用，桥面平顺,刚接,采用横梁或全断面连接,能传递剪力和弯矩,不均匀沉降影响较大，受力不明确，可以确保桥面平顺。连接的技术难度大,第,2,章 测量调查要求,2.1,新老结构拼接设计中，必须对原有构造物进行充分、完整的调查，以取得足够的设计资料。,2.2,被拼接的原有构造物调查主要有,3,项内容：,（,1,）使用现状调查,（,2,）特征点测量,（,3,）设计资料和竣工资料的搜集,2.3,被拼接的原有构造物使用现状调查包括外观普查、桥梁检测、荷载试验等，可参考相关规范进行。,2.4,外形特征点测量：被拼接的原有桥梁应在桥梁外边缘布设几何外形测点，跨径,20m,的桥，在墩中心线处外边缘布设测点；跨径,20m,的桥，除了在墩中心线处外边缘布设测点，还需在跨中外边缘布设加密测点，测点间距不大于,20m,。,2.5,高程特征点测量：被拼接的原有桥梁应在桥梁护栏内边缘布设高程测点，布点位置可对应外形测点，在护栏内侧布设。,6,设计原则,2.6,桥长控制点测量：在各桥伸缩缝处的外形测点和高程测点兼做桥长控制点，位置在伸缩缝中心线处的护栏内外侧。,2.7,各测点可利用,GPS-RTK,测量坐标值，利用电子水平仪测量高程值。但外形测点控制坐标，高程测点控制高程，桥长控制点为坐标、高程双控制。,2.8,桥梁拼接基准线：设计前应利用外形测点拟合桥梁拼接基准线，单孔桥、直线桥（包括弯桥直做的桥梁）应为直线；多孔弯桥应为曲线。拟合后的桥梁拼接基准线应与外形测点的距离均不小于,5cm,。基准线的两端起讫于原桥伸缩缝中心线。拼接部分的上部构造布置以该基准线为设计基础。,2.9,桥梁高程复核，拼接部分的高程应以原桥高程测点为基准设计。设计高程与测点高程推算的该点高程相差应不小于,3cm,，可利用桥面铺装层调整，否则应调整纵面线型重新设计。,2.10,涵洞、通道特征点：明涵、明通参见桥梁；暗涵、暗通控制测点为进出口中心处涵顶和涵底处（通道相同）。该特征点同时为外形特征点和高程特征点。,6,设计原则,6,设计原则,第,3,章 设计原则,3.1,横向组合后的桥梁应满足整体使用要求。,3.2,组合桥梁的各组合部分应采用同一荷载等级。新建结构连接原有结构的桥梁应对原有结构部分进行验算，应与新建结构满足相同的荷载标准。,3.3,桥梁各横向组合部分宜采用相同的结构形式和跨径。为最大限度地发挥结构抗力，应尽量加强横向联系。,3.4,当横向各组合部分为不同的结构形式或跨径时，存在横向刚度差，为避免应力集中，应采用铰接或不连接等弱连接形式，弱化横向联系，同时加强纵向刚度，以确保结构的受力安全。,3.5,宽拼接桥（拼接部分,5m,）的拼接方式：拼接部分基本为独立受力模式，原则上采用上部构造弱连接，下部构造不连接方式。窄拼接桥（拼接部分,3m,）的拼接方式：拼接部分难以独立受力或独立受力性能不佳，需要与原结构共同受力，原则上采用上部构造强连接、下部构造连接方式。介于二者之间的情况可根据具体情况采用合适的拼接方式。,6,设计原则,3.6,拼接桥梁应注意桥路配合，当桥梁位于平曲线上时，左右加宽桥须按相应曲率布置。位于纵坡处，加宽桥应与原桥纵坡拟合一致。,3.7,拼接桥的基础形式考虑到减小对老桥基础的影响，原则上采用桩基础；当地基条件较好时，也可采用与原桥相同的基础形式，但应注意考虑减小结构沉降的措施。,3.8,当拼接桥新老结构均为摩擦桩时，拼宽部分新桥桩长应比原有老桥桩长长。,3.9,对于桥下净空受限的主线上跨桥，通过调整被交道纵坡或适当降低上部结构建筑高度的方案进行扩建，以使桥下净空满足规范要求。,3.10,被阻断、破坏的既有设施,(,水管、过桥管线、人行道,),，本次设计应根据地方需要，考虑恢复与改移。,3.11,拼接方案选择应充分考虑施工对行车的影响，并考虑维持交通施工方案的合理。,3.12,铺装厚度应尽可能与老桥保持一致。,6,设计原则,3.13,横隔板属于强连接构造，能加强横向联系，减小横向分布系数，从而分担主梁单梁荷载。但其适应变形能力底，容易造成较大应力集中而被破坏。建议新老拼接部位不宜采用横隔板，而采用边梁形式。新建结构之间可采用横隔板。,3.14,湿接缝是新老结构拼接的重要构造，起到连接新老结构桥面板的作用，为了减小新老结构不均匀沉降，湿接缝应在新结构施工完毕后预压三个月后进行。,3.15,湿接缝尽量采用标准构造，以便标准化设计和施工。,图,2,标准湿接缝示意图,3.16,湿接缝及梁内预埋的横向连接钢筋应不小于,16,，纵向钢筋不小于,12,。,3.17,为加强连接部结构整体性，预制结构连接端部应有伸出钢筋与桥面板连接成整体。,3.18,湿接缝应采用收缩补偿混凝土。,3.19,湿接缝的常规宽度为,50,100cm,，特殊情况下宽度应在,20,130cm,之间，否则应进行单独设计。,6,设计原则,3.20,老桥翼缘切割方法：,（,1,）对于预制结构的小悬臂，如悬臂宽度比护栏宽度大，切割护栏的宽度；如悬臂宽度比护栏小，拆除护栏后切割悬臂宽度即可。,（,2,）对于现浇结构的大悬臂，如为普通钢筋混凝土悬臂，切割,100,125cm,宽度；如为横向预应力悬臂，则需采用特殊设计的拼接方式。,3.21,老桥翼缘凿除方法：切割掉护栏及外边缘后，需要对老桥翼缘进一步凿除，以露出横向钢筋进行连接，凿除宽度一般为,25cm,。,3.22,老桥上部构造翼缘无法凿除并进行钢筋连接的，应进行侧向植筋。下部构造进行连接的，应进行侧向植筋。,3.23,弱连接计算中，可新老结构分别计算，忽略相互间的影响，新老结构接缝两侧均按边梁考虑；强连接计算中，不可忽略新老结构间的影响，应整体计算。,6,设计原则,谢 谢！,报告完毕,