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1 目 录 桥梁结构与设计 XINAN GONGLU 季刊 2013 年第 4 期 总第 128 期 1974 年创刊 中国学术期刊 光盘版 入编期刊 中国期刊全文数据库全文收录期刊 中国知识资源总库全文收录期刊 主管单位 四川省交通运输厅 主办单位 四川省交通运输厅公路 规划勘察设计研究院 西南公路 编辑委员会 编 委 会 主 任 委 员 黄 浩 副主任委员 唐永建 委 员 按姓氏笔画排序 于天才 王 玮 王孝国 王明年 王福敏 甘勇义 权 全 吉随旺 刘 怡 刘孝明 庄卫林 祁家全 李天斌 李玉文 严金秀 陈 渤 柏吉琼 蒲黔辉 熊国斌 魏庆曜 编 主 辑 部 编 李玉文 副 主 编 姚 刚 执行 任志明 责 任 编 辑 谭 认 美 工 游向平 编辑出版 西南公路编辑部 地 址 四川成都武侯祠横街1号 邮 编 电 话 XNGL 507@163.com 印 刷 成都四时教育印务有限责任公司 四川省连续性内部资料出版物 准印证第01-067号 内部资料 42 免费交流 钢管混凝土劲性骨架对拱桥性能影响分析 杨永清 文亚男 刘振宇 2 钢管混凝土连续衍架梁骨架空间分析 蒋建军 牟廷敏 4 公路钢桥疲劳荷载谱调查研究 韩 冰 蒲黔辉 施 洲 8 混凝土梁桥耐久性设计研究概述 黄 麟 庄卫林 陈 渤 14 钢-混凝土组合拱桥地震响应效应分析 何小宇 吴庆雄 19 市政道路的景观桥梁设计 贺立新 宋 雷 龙柏全 23 钢-混凝土组合连续梁桥面板分析研究 漆小军 权新蕊 刘 泉等 28 三高地区高速公路大跨悬索桥技术方案初探 杜桃明 刘 泉 石恒俊 33 高速公路上 人 字桥设计探讨 彭世恩 37 下承式钢管砼刚架系杆拱桥设计浅析 宋松科 刘 泉 石恒俊 40 桥梁施工 成都市北新立交引桥 断柱分级同步顶升 施工关键技术 蒋建军 徐利军 庄卫林等 45 合江长江二桥主梁施工关键技术 裴宾嘉 吴宏朗 周 密等 49 爬模在倮果金沙江特大桥高墩上的施工应用 张 泥 何文凯 李 琦等 54 合江长江二桥前支点挂篮牵引系统设计 裴宾嘉 田凌宽 周 密等 59 连续刚构0块施工控制技术 文 军 吴继林 罗金权等 62 利用相邻桩孔作为井点降水灌注人工挖孔桩 任东峰 黄向宁 罗金权等 65 炎汝高速公路曾家特大桥超长大桩基施工技术 刘雄礼 廖少波 扶 勇等 68 大直径桩钢护筒施工在洣水河曾家特大桥中的应用 蔡 勇 扶 勇 唐天建等 70 简述三角架导梁在高低分幅桥梁上的梁板吊装 聂 东 冉光永 刘 静等 72 先简支后结构连续T梁施工技术浅析 何长春 陈丽丽 罗雨轩等 75 雅安大兴大桥孔跨现浇拱箱支架设计 李尚昆 79 浅谈不利条件下大断面挖孔桩水下砼浇注施工工艺 寇光明 82 高钛重矿渣高性能砼在倮果金沙江特大桥的应用 汪碧云 李青洋 张建春等 84 C65混凝土配合比设计的探讨 王 卫 何文凯 李彩蛾等 89 高海拔桥梁梁板预制冬季施工技术探讨 谢华明 92 长距离泵送混凝土的技术质量控制 侯 勇 何文凯 吴继林等 95 浅谈环氧沥青混凝土在川南地区跨江大桥上的施工应用 郑孝强 97 浅析高温地区泵送混凝土质量控制及养护 王 卫 罗金权 张建春等 100 倮果金沙江特大桥跨铁路挖孔桩施工安全与质量控制 何文凯 李彩蛾 蒋 鑫等 102 倮果金沙江特大桥施工监控方案简介 李 剑 吴继林 何文凯等 107 浅谈上跨紧邻国省干线公路的桥梁施工安全防护措施 寇光明 110 桥梁加固 钢管混凝土系杆拱桥吊杆更换的分析研究 杨永清 杨朝龙 113 桥墩下沉后既有连续梁桥梁的承载能力评定 吴育剑 陈 涛 郭俊丽等 116 施工中装配式公路梁桥承载能力评定及加固处治 陈 涛 吴育剑 苏威风等 121 长兴港大桥维修加固工程吊杆更换设计 翁 辉 徐 健 124 岩土工程 内昆铁路沙沙坡站至岔河站段崩塌落石病害现状调查及其治理措施 王 波 127 隧道工程 控制软弱围岩隧道初期支护沉降的关键技术研究 吴 勇 刘 静 谢 锋 131 西南公路 征稿 134 西南公路 2013年总目录 136

2 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 钢管混凝土劲性骨架对拱桥性能影响分析 杨永清 文亚男 刘振宇 西南交通大学土木工程学院 四川成都 摘 要 以某中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为例 分析考虑劲性骨架作用对拱桥拱圈刚度及强度性 能的影响 通过与静力荷载试验测试结果的比较验证 提出该类桥梁劲性骨架作用影响的比重 其成果可为 同类桥梁结构借鉴参考 关键词 劲性骨架 钢筋混凝土拱桥 静力荷载试验 刚度 强度 中图分类号 U 文献标识码 A 钢管混凝土劲性骨架在桥梁施工过程中 先用 立模型 A 拱圈为钢筋混凝土箱形截面 不考虑钢 无支架方法施工劲性骨架 然后围绕劲性骨架内填 管混凝土劲性骨架 建立模型 B 采用双单元模 外包混凝土 把劲性骨架作为混凝土中的钢筋 不 型 即拱圈两个节点间建立两个单元 分别赋予钢 再拆卸收回 劲性骨架作为支架结构 在施工期间 筋混凝土截面和钢管截面 考虑钢管与混凝土的耦 承受构件的自重和施工荷载 在桥梁工程应用中 合作用 模型立面见图 1 设计拱圈截面见图 2 模 劲性骨架钢筋混凝土拱桥由于其跨越能力大 潜在 型 B 拱圈截面见图 3 有限元建模时主要考虑结构的 超载能力强 施工方便 是一种极具发展前途的拱 刚度 质量和边界条件 使模型传力方式尽可能与 桥结构形式 一般在设计过程中不考虑劲性骨架对截 实际情况接近 面强度 刚度的影响 本文以实际桥梁为例 定量计 算劲性骨架对该类桥跨强度及刚度的影响比重 1 桥梁概述 某 桥为 160m中承式劲性钢筋混凝土箱形肋拱 图 1 模型立面图 桥 拱圈由两片箱肋组成 截面为 3.4 2m 在钢管 200 混凝土劲性骨架上现浇混凝土形成箱肋 每片劲性骨 架上下弦各采用 2φ mm 钢管混凝土 竖杆 钢管 斜杆 平联 横向剪刀撑均采用φ 140 8mm 空钢 管 劲性骨架弦杆中心高度为 2.9m 宽度为 1.5m 拱圈混凝土强度等级为 C40 横梁采用预应力钢筋混 系 索体采用 61φ 7 抗拉强度为 1670MPa 的热镀锌 C40混凝土 钢丝 桥面布置为 12m( 车行道 ) m( 人行道 )= 15m 桥梁设计荷载等级汽 - 超 20 挂 -120 人群 3.5kN/m2 2 有限元模型的建立 采用空间有限元程序 MIDAS Civil 2012 进行建 图 2 设计拱圈截面图 340 凝土箱形截面梁 吊杆采用纵向平行钢丝束双吊杆体

3 杨永清 文亚男 刘振宇 钢管混凝土劲性骨架对拱桥性能影响分析 B 1000 钢管 图 5 B-B 工况车辆加载布置图 340 C40混凝土 1000 B C D D C 1000 C-C工况影响线 D-D工况影响线 图 6 C-C 工况车辆加载布置图 图 3 模型 B 拱圈截面图 4 结果分析 3 静力试验加载 4.1 拱圈挠度值分析 3.1 静力试验内容 通过静力荷载测得在各工况下拱肋四分点处挠 1 A-A 工况 拱肋拱脚附近截面 A-A 截 面 最大负弯矩 Mmin 加载 度值 结果见表 2 其中挠度向下为负 向上为正 表 2 中桥梁实测挠度值与模型 A 计算所得挠度值 ωa 相 2 B-B 工况 拱肋 L/4 附近截面 B-B 截 面 最大正弯矩 Mmax 加载 比 校验系数为 实测挠度值与模型 B 计 算所得挠度值 ωb 相比 校验系数为 表 3 C-C 工况 拱肋 L/2 截面 C-C 截面 最 明模型 B 的挠度计算值更接近桥梁实际情况 模型 大正弯矩 Mmax 加载 B 计算所得挠度值 ωb 比模型 A 计算所得挠度值 ωa 减 3.2 测试内容及测点布置 少了 8.09% 21.91% 1 试验截面的应力测试 表 2 拱圈挠度值比较分析表 2 桥跨 L/4 L/2 3L/4 处拱肋的竖向挠度 测试 工况 3.3 试验加载方案 试验荷载采用载重车 各试验工况加载效率系 数见表 1 表中计算内力和试验内力取值来自于模 型 B 根据规范要求 并考虑本桥实际技术状况 试验荷载效率系数介于 之间 具体加载 布置示意图见图 4 图 6 表 1 各试验跨工况单根拱肋的计算内力 试验内力及相应的荷载效率系数 序号 加载工况 计算弯矩 (kn m) 试验弯矩 (kn m) 效率 系数 1 拱脚附近截面(A-A)最大 负弯矩加载 拱肋L/4附近截面(B-B)最 大正弯矩加载 拱顶截面(C-C)最大正弯 矩加载 测试 位置 模型A 模型A 模型B 模型B ω - ω 实测值 计算值 校验系 计算值 校验系 ω (mm) ωa (mm) 数 ωb (mm) 数 100% b a a 拱肋L/ A-A 拱肋L/2 工况 拱肋3L/ % 拱肋L/ B-B 拱肋L/2 工况 拱肋3L/ % % % 拱肋L/4 C-C 拱肋L/2 工况 拱肋3L/ % -8.60% -8.49% % % 4.2 拱圈应力值分析 通过静力荷载测得在各工况下 A B C截面处 拱圈上下缘的应力值 结果见表3 其中应力受拉为 正 受压为负 可见 桥梁实测应力值与模型 A计算 所得应力值 σa 相比校验系数为 实测应力 值与模型 B计算所得应力值 σb 相比校验系数为 0.64 A1 A 模型 B计算所得应力值 σb 比模型 A计算所得应 图 4 A-A 工况车辆加载布置图 力值 σa 减少了 1.05% 10.41% 可 下转第 13 页 3

4 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 钢管混凝土连续桁架梁骨架空间分析 蒋建军 牟廷敏 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 四川成都 摘 要 钢管混凝土连续桁架梁由钢管混凝土下弦杆与上弦杆 钢管腹杆 横向连接角钢 端横梁 预应力混凝土桥面板等组成 施工阶段和运营阶段骨架的受力状况是设计的重点 采用钢管混凝土制成的下 弦杆和上弦杆的应力计算是空间分析的难点 根据不同的阶段 在空间分析模型中需要对下弦杆和纵向上弦 杆采用不同的材料特性和截面特性进行模拟 关键词 钢管混凝土 连续桁架梁 骨架 空间分析 钢管混凝土具有强度高 重量轻 塑性好 耐 疲劳 耐冲击 便于施工 抗震性能好等特点 因 文献标识码 A 设计标高 1% 1 借助内填混凝土来增强钢管壁的稳定 440 钢管腹杆 钢管砼下弦 性 桥轴线 此得到各行业的大力推广 [1] 钢管混凝土结构的基本原理有两点 1075 设计标高 7cm改性沥青铺装 1% 中图分类号 U 借助钢管对核心混凝土的套箍作用 使 图 1 钢管砼连续桁架梁的一般断面图 具有更高的抗压强度和抗变形能力 [2] 受压构件 当偏心较大时一般设计成格构式 将弯 结构体系上 1991 年以来 将钢管混凝土先后应用 于悬索桥主梁及索塔 斜拉桥主梁 连续刚构主梁 等 如主跨 245m 盐边观音岩鳡鱼大桥 悬索桥 2% 200 设计标高 1075 设计标高 2% 桥轴线 矩转化成轴力 钢管混凝土在国内广泛应用在拱式 钢管混凝土结构多用作轴心受压构件和小偏心 横梁 50 7cm改性沥青铺装 440 核心混凝土处于三向受压状态 从而使核心混凝土 图 2 钢管砼连续桁架梁端横梁处断面图 主跨 210m 巫山大宁河泰昌大桥 悬索桥 主跨 以四川省雅安经石棉至泸沽高速公路拖乌河一 140m 广东南海紫洞大桥 斜拉桥 主跨 140m 重 号特大桥方案技术设计为例 介绍钢管混凝土连续 庆万安大桥 斜拉桥 主跨 120m 重庆万州大桥 桁架梁的构造 拖乌河一号特大桥采用多跨连续结 连续刚构桥 [3] 构 孔跨布置含 7 跨一联和 9 跨一联 各两联 主梁 1 钢管混凝土连续桁架梁设计 标 准 跨 径 为 46.75m 梁 高 4.4m 半 幅 桥 宽 为 12.25m 整幅桥宽为 24.5m 钢管混凝土主梁下弦 钢管混凝土连续桁架梁由钢管混凝土下弦杆与 钢管直径为 720mm 厚度为 16 24mm 灌注混凝 上弦杆 钢管腹杆 横向连接角钢 端横梁 预应 土 的 强 度 等 级 为 C60 腹 杆 为 空 钢 管 直 径 为 力混凝土桥面板等组成 见图 1 和图 2 377mm 厚度为 8 18mm 钢管混凝土纵向上弦 4

5 蒋 建 军, 牟 廷 敏 : 钢 管 混 凝 土 连 续 桁 架 梁 骨 架 空 间 分 析 杆 直 径 为 245mm, 厚 度 为 14mm, 灌 注 混 凝 土 的 强 α 为 构 件 截 面 含 钢 率 ; 度 等 级 为 C60; 横 向 连 接 角 钢 为 两 根 mm, K 为 换 算 系 数 开 口 反 向 布 置 ; 端 横 梁 下 弦 杆 为 空 钢 管, 直 径 为 377mm, 厚 度 为 18mm ; 端 横 梁 腹 杆 和 上 弦 杆 为 空 s 2 3 施 工 阶 段 骨 架 空 间 分 析 钢 管, 直 径 为 245mm, 厚 度 为 14mm 腹 杆 与 主 梁 钢 管 混 凝 土 连 续 桁 架 梁 的 施 工 顺 序 为 : 下 弦 杆 腹 杆 与 纵 向 上 弦 杆 横 梁 与 主 梁 下 弦 杆 等 (1) 组 焊 钢 管 骨 架 架 设 导 梁 顶 推 就 位 ; 均 采 用 固 结 式 节 点 连 接, 其 中 腹 杆 纵 向 上 弦 杆 与 ( 2 ) 绑 扎 桥 面 板 钢 筋 ( 悬 臂 段 除 外 ); 主 梁 桥 面 板 采 用 PBL 剪 力 键 连 接 ( 3 ) 灌 注 上 下 弦 管 内 砼 ; 2 钢 管 混 凝 土 结 构 分 析 理 论 ( 4 ) 分 段 浇 注 已 安 装 骨 架 孔 跨 桥 面 板 ( 不 包 括 悬 臂 段 ) 张 拉 纵 向 预 应 力 束 ; 1985 年 原 哈 尔 滨 建 筑 工 程 学 院 的 钟 善 桐 教 授 首 ( 5 ) 循 环 上 述 步 骤 ; 先 提 出 了 把 钢 管 混 凝 土 视 为 一 种 组 合 材 料 来 研 究 其 ( 6 ) 浇 注 悬 臂 段 桥 面 板, 张 拉 纵 向 预 应 力 钢 综 合 性 能 的 新 观 点, 这 种 观 点 产 生 了 统 一 理 论 束 和 横 向 预 应 力 钢 束 钢 - 混 凝 土 组 合 结 构 设 计 规 程 ( DL/T5085- 在 组 焊 钢 管 骨 架 阶 段 和 灌 注 上 下 弦 管 内 砼 阶 1999) 采 用 了 这 一 理 论, 视 钢 管 混 凝 土 构 件 为 统 一 段, 上 下 弦 均 按 空 钢 管 考 虑, 采 用 空 钢 管 的 材 料 体, 采 用 组 合 性 能 指 标 和 构 件 全 截 面 的 几 何 特 性 来 特 性 和 截 面 特 性, 其 中 灌 注 混 凝 土 阶 段 将 流 态 的 混 [1] 确 定 构 件 的 承 载 力 福 州 大 学 彭 桂 瀚 周 武 等 采 凝 土 当 作 荷 载 考 虑 待 灌 注 混 凝 土 凝 固 并 与 钢 管 共 用 模 型 试 验 对 钢 管 混 凝 土 组 合 结 构 的 管 内 混 凝 土 本 构 关 系 进 行 了 验 证, 并 提 出 了 钢 管 混 凝 土 下 弦 杆 接 同 参 与 受 力 后, 将 上 下 弦 按 组 合 材 料 考 虑, 根 据 统 一 理 论 计 算 其 材 料 特 性 和 截 面 特 性 需 要 说 明 的 [4] 头 的 承 载 力 计 算 公 式 适 用 于 结 构 局 部 分 析 是, 主 梁 下 弦 为 受 弯 构 件, 在 空 间 模 型 中 应 该 采 用 统 一 理 论 中, 钢 管 混 凝 土 组 合 材 料 指 标 主 要 包 含 组 合 轴 压 强 度 设 计 值 f 组 合 抗 剪 强 度 设 计 值 f scv sc 组 合 抗 弯 弹 性 模 量 而 不 是 组 合 轴 压 弹 性 模 量 来 模 拟, 这 与 承 受 轴 压 的 钢 管 混 凝 土 组 合 柱 不 同 组 合 组 合 轴 压 弹 性 模 量 Esc 组 合 抗 弯 弹 性 模 量 抗 弯 弹 性 模 量 约 为 组 合 轴 压 弹 性 模 量 的 1.156~1.514 [2] [5] E scm 组 合 容 重 γ sc 计 算 公 式 分 别 为 : 倍 纵 向 上 弦 处 于 受 压 区, 与 桥 面 板 结 合 共 同 承 2 f =(1.212+Bξ + C ξ ) f (1) 受 压 力 和 弯 矩, 考 虑 到 上 弦 节 点 间 距 较 小, 上 弦 杆 sc 0 其 中 :, B = C = ξ =a f /f 0 s cd f y f ck 0 cd f scv = ( α s )ξ0 f sc (2) p p y E = f /e =( )E f ( 3 ) s c sc sc s sc f y E =K E (4) scm 2 sc 承 受 的 弯 矩 较 小, 因 此 可 以 近 似 将 纵 向 上 弦 当 作 轴 压 构 件 处 理 浇 注 已 安 装 骨 架 孔 跨 桥 面 板 ( 不 包 括 悬 臂 段 ) 阶 段, 钢 管 混 凝 土 作 为 组 合 结 构 参 与 受 力, 而 桥 面 板 混 凝 土 处 于 流 态 不 参 与 受 力, 将 桥 面 板 作 为 荷 载 施 加 在 骨 架 上 待 桥 面 板 混 凝 土 参 与 受 力 后, 在 空 间 模 型 中 采 用 板 单 元 对 其 进 行 模 拟 本 文 采 用 MIDAS Civil 2012 有 限 元 程 序 分 别 对 边 跨 和 中 间 跨 ( 均 为 半 幅 ) 在 5 个 关 键 的 施 工 阶 段 进 行 了 分 析, 组 焊 钢 管 骨 架 时 的 计 算 模 型 见 图 3, 分 析 结 果 见 表 1 和 表 2 边 跨 与 中 间 跨 的 下 弦 钢 管 直 上 述 公 式 中 : 径 相 同 厚 度 不 同, 腹 杆 直 径 相 同 厚 度 不 同 f f 分 别 为 混 凝 土 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 和 标 cd ck 5 个 关 键 的 施 工 阶 段 分 别 为 : 准 值 ; 阶 段 1 组 焊 钢 管 骨 架 ; f y 为 钢 材 的 屈 服 强 度 ; 阶 段 2 灌 注 钢 管 内 砼 ; f 为 钢 材 的 抗 拉 抗 压 和 抗 弯 强 度 设 计 值 ; 阶 段 3 管 内 砼 参 与 受 力 ; 5

6 西南公路 阶段④ 浇注桥面板 分混凝土参与应力重分配 并且钢管混凝土骨架的 阶段⑤ 桥面板参与受力 中性轴下移能进一步减小下弦钢管的应力 中间跨 下弦在阶段⑤时的拉应力有所降低 这说明桥面板 参与受力后较大地增加了整个主梁的抗弯刚度 2 对于腹杆 在阶段②和阶段③时的应力 水平十分接近 说明钢管内混凝土是否参与受力对 腹杆受力没有明显影响 在施工阶段④和阶段⑤腹 图 3 组焊钢管骨架时的计算模型 杆的应力有明显增加 为腹杆的控制性阶段 在施 表 1 边跨钢管混凝土桁架梁骨架各构件应力 工阶段⑤与在阶段④相比 腹杆应力有所增加 说 结构部位 阶段① 阶段② 阶段③ 阶段④ 阶段⑤ 下弦 腹杆 -10.4/ / / / /88.9 明桥面板参与受力后中性轴与形心轴的距离加大 3 对于上弦杆 在施工阶段①和阶段②时 的压应力水平均不高 最大只有 75.9MPa 在施工 上弦 阶段④与在阶段③时相比 钢管混凝土上弦的组合 横向连接角钢 压应力有明显增大 而在阶段⑤又会明显减小 说 注 表中拉应力为正 压应力为负 单位为 MPa 以下相同 在阶段⑤明显减小的原因是桥面板参与了应力重分 表 2 中间跨钢管混凝土桁架梁骨架各构件应力 结构部位 阶段① 阶段② 阶段③ 阶段④ 阶段⑤ 下弦 腹杆 明对于上弦杆而言 施工阶段④为其控制性阶段 -10.1/ / / / /82.9 上弦 横向连接角钢 配 很大程度地分担了上弦杆的应力 4 对于横向连接角钢 在施工阶段① 阶 段③时的压应力水平均不高 最大只有 5.0MPa 施 工阶段④时应力有明显增大 在施工阶段⑤又明显 下降 说明施工阶段④为其控制性阶段 桥面板参 与了应力重分配 很大程度地分担了横向连接角钢 在阶段③ 阶段⑤ 由于采用了统一理论 程 序不能直接给出钢管混凝土下弦钢管的应力 因此 表中下弦钢管拉应力是根据钢管混凝土拉弯构件的 承载力验算公式计算得到的 根据 钢 - 混凝土组 合结构设计规程 DL/T 钢管混凝 土拉弯构件钢管最大拉应力为 Smax = N/(1.1As)+M f /(γmwsc fsc) 的应力 5 钢管混凝土连续桁架梁骨架的各个构件 在上述 5 个关键阶段的应力均能满足规范要求 4 运营阶段骨架空间分析 为了对钢管混凝土桁架梁骨架在承载能力极限 5 状态下的强度进行验算 本文选取了构造形式上最 式中 不利的一联桥进行空间分析 本联桥跨径布置为 As 为钢管的净面积 m 半径为 530m 横坡超高值为 5% 计算 γm 为构件截面抗弯塑性发展系数 模型包含左右两幅 左幅和右幅在支点处采用横梁 Wsc 为构件截面抵抗矩 连接 横梁由横梁下弦 横梁腹杆 横梁上弦组 上弦主要承受压力 剪力和弯矩 在阶段① 成 采用 MIDAS Civil 2012 程序建立的空间计算模 阶段②表中给出的是空钢管的最大应力 在阶段 型见图 4 模型中 下弦 腹杆 上弦 横向连接 ③ 阶段⑤ 表中给出的是组合材料的最大压应力 件均采用梁单元模拟 桥面板采用板单元模拟 从表 1 和表 2 可以看出 1 对于主梁下弦杆 在施工阶段④和阶段 ⑤与在阶段③时相比 拉应力有明显增加 为控制 性的施工阶段 在阶段③时主梁下弦杆的拉应力又 比在阶段②稍小 说明钢管混凝土拉弯构件中有部 6 图 4 一联桥空间计算模型

7 蒋建军 牟廷敏 钢管混凝土连续桁架梁骨架空间分析 表 3 承载能力极限状态下的强度验算结果 计算荷载考虑了结构自重 二期恒载 汽车荷 载和汽车冲击力 汽车荷载采用公路 - Ⅰ级 左 结构部位 极限值 设计值 右幅最多各可布置 3 个车道 分析时分别考虑了汽 边跨下弦跨中 MPa ±295 车偏载布置与对称布置两种情况 取其中最不利情 边跨下弦支点 况与恒载进行组合 中跨下弦跨中 MPa ±310 中跨下弦支点 /170 ±310 钢管混凝土主梁下弦在跨中和支点处的受力状 态不同 前者受拉力 剪力和正弯矩 验算下缘应 力时 可以忽略剪力的贡献 后者受压力 剪力 和负弯矩 因此需对这两个部位采用不同的公式进 行强度验算 钢 - 混凝土组合结构设计规程 DL/T 给出了两种受力状况下钢管混 凝土构件的强度承载力验算公式 单肢钢管混凝土构件承受压 弯 剪及共同作 用时 构件强度承载力应按下列公式计算 当 N/Asc [V/(γv Asc fscv)] fsc 时 [N/(Asc fsc)]+ 2 M/(1.071γmWsc fsc)] +[V/(γv Asc fscv)] N/Asc 0.2 当 腹杆 MPa -0.9/1.9 ±310 端横梁下弦 MPa -74.1/93.6 ±310 端横梁腹杆 MPa /90.0 ±310 端横梁上弦 MPa -77.3/77.6 ±310 横向连接角钢 MPa 注 表中数据压应力为负 拉应力为正 5 结 语 本文给出了钢管混凝土连续桁架梁骨架空间分 析的方法 并结合四川省雅安经石棉至泸沽高速公 1-[V/(γv Asc fscv)] fsc 时 [N/(1.4Asc 2 路拖乌河一号特大桥方案技术设计 给出了空间分 析结果 论证了钢管混凝土连续桁架梁骨架设计的 fsc)]+ M/(γmWsc fsc)] +[V/(γv Asc fscv)] 纵向上弦 kn 2 式中 合理性 通过对钢管混凝土连续桁架梁骨架在不同 NE 欧拉临界力 NE 式中 λ 为换算长细比 施工阶段和运营阶段的分析 得到以下结论 1 钢管混凝土构件在不同施工阶段应根据 Wsc 构件截面抵抗矩 γm 构件截面抗弯塑性发展系数 当 ξ 0.85 时 γm =1.4 当 ξ 0.85 时 γm =1.2 γv 构件截面抗剪塑性发展系数 当 ξ 0.85 时 γv = 0.85 当 ξ 0.85 时 γv = 1.0 灌注混凝土是否参与受力而采用不同的材料特性和 截面特性进行模拟 在 MIDAS Civil 2012 有限元程 序中通过施工阶段联合截面的调整系数进行处理 2 对钢管混凝土构件的受力性质需要进行 判断 合理选用不同的截面和截面特性 通过试算 钢管混凝土拉弯构件的承载力验算公式为 逐步调整一致 并且在强度承载力验算时采用不同 N/(1.1As)+Mf /(γm Wsc fsc) f 的公式 6 钢管混凝土上弦杆处在受压区 主要承受压力 作用 因此近似采用钢管混凝土轴心受压构件强度 承载力公式计算 即 N φfsc Asc 3 钢管混凝土拉弯构件中管内部分混凝土 参与应力重分配 对提高钢管构件承载力有利 4 桥面板参与受力后 结构刚度发生了变 7 化 应力重分配的结果有利于降低主梁上弦杆和横 式中 向骨架应力 因此骨架与桥面板的连接应保证其受 φ 为轴心受压稳定系数 力整体性和传力可靠 参考文献 Asc 为钢管混凝土的截面面积 钢管混凝土桁架梁骨架的各构件在承载能力极 限状态下的强度验算结果见表 3 [1] 黄侨, 周志祥. 桥梁钢 - 混凝土组合结构设计原理 [M]. 北京 : 人民交通出 版社,1994. [2] DL/T 钢 - 混凝土组合结构设计规程 [S]. 从表 3 可以看出 钢管混凝土连续桁架梁骨架 [3] 中等跨度钢管混凝土桁架桥成套技术研究报告 [R]. 交通运输部科技项 各构件的强度承载力均满足设计要求 除了主梁 [4] 彭桂瀚, 周武, 范碧琨等. 钢管混凝土组合桁梁受力性能有限元分析 [J]. 下弦和部分腹杆应力水平较高外 其余尚有较大 富余 目,2012. 第二十届全国桥梁学术会议论文集,2012. [5] 牟廷敏, 庄卫林, 梁健等. 公路钢管混凝土桥梁设计与施工指南 [M]. 北京 : 人民交通出版社,

8 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 公路钢桥疲劳荷载谱调查研究 韩 冰 蒲黔辉 施 洲 西南交通大学土木工程学院 四川成都 摘 要 疲劳荷载谱的研究是钢桥疲劳问题研究的基础 半个世纪以来 各国规范对公路的疲劳荷载 谱均有不同的研究成果 其中以英国 BS5400 规范 欧洲的 EC1 规范以及美国的 AASHTO LRFD 规范为代 表 本文对上述代表性规范的疲劳荷载谱研究成果进行了调查研究 详细列出其部分主要研究成果 并且对 我国疲劳荷载谱的研究工作进行了概述 希望对今后公路疲劳荷载谱的研究工作有一定参考价值 关键词 公路 钢桥 疲劳荷载谱 中图分类号 U 引 言 文献标识码 A 标准荷载频值谱是在英国干线公路上所记录的 不同类型的车辆以及其出现的频率 通过整理和归 随着社会经济的不断发展 计算理论的不断完 类所得出来的荷载谱 荷载谱中运营车的最小轴重 善 桥梁也向着大跨度 高承载力 多功能的方向 为 30kN 默认总重在 30kN 以下的车辆活载不会产 发展 因此 钢桥以其轻质 高强 安装速度快 整 生疲劳破坏效应 典型营业车的荷载频值谱如表 体性能好 适用桥型广泛等优点被广泛的应用于现代 1 所示 表 1 典型营业车的荷载频值谱 桥梁的建设中 而钢桥的疲劳问题也因此更多的暴露 出来 典型的疲劳破坏桥梁如英国的赛文桥 [1] 美国 的威廉斯堡大桥 [2] 以及我国的虎门大桥 均产生了 营业车 代号 底盘 形式 轻重 总轴重 类别 kn 百万车 中所占 比例 轴重分布 kn 18GT-H 梁式一 18GT-M 挂两牵 H M TT-H 9TT-M 平板车 式一挂 一牵 H M GT-H 7GT-M 梁式一 挂一牵 H M 各国的疲劳荷载谱进行研究是对今后改善我国疲劳 7A-H 半拖式 H 荷载谱的一项基础工作 5A-H 半拖式 H 各国规范对疲劳荷载谱的规定 5A-M 5A-L 半拖式 半拖式 M L 英国 BS5400 公路疲劳荷载谱 [3] 4A-H 4A-M 4A-L 半拖式 半拖式 半拖式 硬底盘 硬底盘 硬底盘 半拖式 半拖式 半拖式 硬底盘 硬底盘 硬底盘 硬底盘 硬底盘 硬底盘 H M L H M L H M L H M L H M L 严重的疲劳破坏问题 而疲劳荷载谱则是研究疲劳 问题的关键 但由于各国国情的差异 疲劳荷载谱 的制定也各不相同 我国现行规范中还没有对疲劳 荷载谱的规定 而最新提出的公路规范征求意见稿 较多的借鉴了国外的疲劳荷载谱 因此 综合地对 由于英国的赛文桥是世界上首个发现疲劳破坏 的正交异性板钢桥 因此英国也是对桥梁疲劳早期 进行研究的国家之一 而 BS5400 钢桥 混凝土桥 及结合桥 的第十篇 疲劳设计实用规则也是各国 疲劳荷载规范中最为深入和全面的 BS5400中提出了两种疲劳荷载谱 分别为 标准 荷载频值谱 标准疲劳车荷载谱 标准荷载频值谱 8 4R-H 4R-M 4R-L 3A-H 3A-M 3A-L 3R-H 3R-M 3R-L 2R-H 2R-M 2R-L

9 韩冰 蒲黔辉 施洲 公路钢桥疲劳荷载谱调查研究 成正比 当影响线的长度更长时 就要考虑纵向的 标准疲劳车荷载谱 由于典型车辆标准荷载谱中运营车辆较多 计 算数据大 因此对不同的车辆型号对常遇到的影响 线进行分析 得到不同车辆所造成的损伤度 经过 多车效应所造成的损伤 BS5400 中采用了系数 KF 来简单的概括上述作用的影响 疲劳车的运营交通量如表 2 所示 分 析 发 现 4A-H 所 造 成 的 损 伤 度 比 例 最 大 因 表 2 疲劳车的运营交通量 此 便以该型号为基础 提出了标准疲劳车 车道类型 标准疲劳车为一四轴单车 轴重均为 80kN 总 类别 重为 320kN 标准车示意图如图 1 图 2 所示 80kN 80kN 80kN kN 1800 图 1 标准疲劳车轴重轴距布置图 单位 mm 或可采用直径为 22.5cm的圆代替 总车道类型 每年每分车道车 辆数nc(百万辆) 每总车道的 分车道数目 汽车专用线 双向车道 3 汽车专用线 双向车道 2 混合行驶线 双向车道 3 混合行驶线 双向车道 2 支路 单向车道 2 混合行驶线 单向车道 3 混合行驶线 单向车道(10m*) 2 支路 单向车道 1 混合行驶线 单向车道(7.3m*) 2 每一慢 每一邻 车道 车道 不合用 0.5 不合用 20 注 当总车道宽度在 7.3m 10m 之间 没车道内的车辆数 目应用线性插值求得 疲劳车的加载方法 轮胎接触面积上的 荷载 每胎20kN 30 图 2 标准疲劳车轮载接触面平面图 单位 cm 标准车的疲劳荷载谱要对标准荷载频值谱进行 一定的简化 简化的规则为 1 加载车道的确定 疲劳车只加载于慢车道与邻车道之上 在我国 的交通道路规划概念中 BS5400 所涉及的慢车道 邻车道相当于我国公路的主车道 2 车辆横向位置的确定 1 将标准荷载频值谱中的运营车的轴重取 规范中规定的行车迹线为车道中心线两侧各 为 25m 长度范围内的最大轴重 并将其在该范围内 300mm 范围的一条迹线 车辆中心线的位置以出现 的轴重与标准疲劳车的轴重之比设为 kw 最大应力幅的位置确定 距均取为标准疲劳车的形式 即将轴数均改为 4 轴 轴重平均分配在 4 个车轴上 轴距为 1.8m 6.0m 1.8m 3 标准荷载频值谱中各种运营车所出现的 频率用 kn 表示 通过上述简化规则 即可以得到标准车的疲劳 附加力的计算 1 冲击力的考虑 BS5400 中规定对于不连续点附近 5m 范围内的 各点应力 应当进行冲击力的修正 修正方法如图 3 所示 桥面不连续处 考虑冲击后 修正的影响线 0.25a 2 标准荷载频值谱中运营车的轴数以及轴 荷载频值谱 按静力计算 的影响线 a 由于结构影响线的长度对构造的疲劳性能影响 L 1.5m 将表 1 中所提供各种运营车的轴重 提高为原数值的 110% 当影响线的长度超过 25m 时 用各车表达的设计频值谱就与车的毛重频值谱 0.25a 较大 因此对于影响线长度非常短的构造来说 线性变化 冲击效应 5m 图 3 桥面不连续处冲击力的计算方法 9

10 西南公路 续表3 2 离心力的计算 疲劳计算过程中 对于下部结构的计算需要考 虑离心力作用 而离心力的数值与所计算车道的速 度 车的重量以及车辆行驶的具体分道相关 计算 公式在此不加赘述 1.2 欧洲规范 EC1 中所规定的疲劳荷载谱 [4] 欧洲疲劳规范规定了 5 种不同的疲劳荷载模型 Fatigue Load Model 以下简称 FLM 现将五 90 A 180 B 120 C 110 C 110 C A B C 三种车轮类型如图 5 所示 种模型逐一列出 1 疲劳荷载模型一 该种疲劳荷载模型与 4.3 节所规定的等效车道荷 载模式相同 只是在荷载分项系数中进行了调整 其中集中荷载的折减系数为 0.7 均布荷载的折减系 A 数为 0.3 该种疲劳荷载模型经常需要进行修正 否 2.00m 540mm 320mm 上荷载根据所计算桥梁的可能加载位置进行加载 X 320mm 320mm 模型的最大应力以及最小应力值的确定 应当将以 320mm 则计算出来的结果会过于保守 采用此种疲劳荷载 该种荷载的模式如图 4 所示 αqiqik αqiqik mm mm αqiqik mm mm B 2.00m 图 4 EC1 规范中疲劳荷载模型一的荷载分布形式 疲劳荷载模型二采用一系列的理想加载车组 成 共有 5 种货车形式 加载车辆的轴数 轴距 270mm 270mm 轴重以及车轮形式如表 3 所示 C 图 5 A B C 三种车轮类型图 表 3 疲劳荷载模型二参数表 轴距 m 轴重 kn 车轮接触面类型 A 此类型疲劳荷载采用一辆 4 轴的理想货车作为 190 B 加载车辆 疲劳车的轴重为 120kN 车轮的压力面 80 A 采用 0.4m 0.4m 的正方形面积 疲劳车的轴重 轴 140 B 140 B 90 A 180 B 120 C 疲劳荷载模型三 90 距等数据如图 6 所示 6.00m 1.20m 1.20m 0.40m 2.00m 货车类型 320mm X 320mm 2 疲劳荷载模型二 0.40m X ω1 120 C 120 C 90 A 190 B 在欧洲规范中 规定了当沿桥梁纵向可以布置 140 B 两辆疲劳车时 且车的轴向间距为 40m 则需要采 140 B 用两辆疲劳车进行疲劳验算 出现此情况时 第一 图 6 疲劳荷载模型 3 参数图

11 韩冰 蒲黔辉 施洲 公路钢桥疲劳荷载谱调查研究 辆疲劳车采用上图所示疲劳车类型 第二辆疲劳车 一些基本规定 但是此五种疲劳模型所适用的条件 的荷载形式与第一辆疲劳车相同 但轴重为 36kN 是不同的 规范中对不同疲劳荷载模型的应用有如 下规定 4 疲劳荷载模型四 疲劳模型 4 包括 5 种不同形式的标准疲劳货车 疲劳荷载模型一与疲劳荷载模型二主要用于确 这五种组合车辆所产生的疲劳效应可以与欧洲典型 定在常幅疲劳荷载作用下 结构的疲劳寿命是否能 交通公路的实际疲劳效应相等效 而货车的类型以 够满足设计要求 而第一与第二类模型也只能用于 及每种货车所占的比例可以根据具体的工程项目进 钢结构 而不能用于其它材料的桥梁结构 并且 行调整 疲劳荷载模型四的参数如表 4 所示 疲劳模型一包含了多车效应 相对于疲劳模型二更 为保守 表 4 疲劳荷载模型四参数表 货车 类型 轴距 (m) 出的疲劳强度曲线对结构的疲劳寿命进行评估 不 A 能验证结构的疲劳强度是否能够满足设计年限的要 190 B 求 因此疲劳模型三 四 五不能与疲劳模型一 80 A 二的计算结果进行数值对比 当年交通量的影响以 B 及桥梁宽度的影响可以用一个与材料相关的系数 140 B λe 进行表示时 可以采用疲劳荷载模型三进行简化 90 A 计算 180 B 货车所占比重 % 长途 中途 短途 疲劳模型三 四 五主要是基于欧洲规范所提 车轮接 触面类 型 轴重 (kn) C 当多车效应的作用可以忽略时 疲劳荷载模型 四比疲劳荷载模型三的计算结果更为精确 疲劳荷载模型五采用现场实测的数据来进行疲 120 C 120 C 90 A 6 关于交通量的规定 B 欧洲规范中 只将总重大于 100kN 的货车计入 140 B 交通量之中 交通量的数值用 Nobs 来表示 代表每慢 140 B 车道每年的交通量 快车道的年交通量为慢车道的 90 A 10% 具体规定如表 5 所示 180 B C 110 C 110 C 注 运输距离为 100km 以上为长途 运输距离为 50km 100km 为中途 运输距离为 50km 以下为短途 劳计算 是最佳选择 表 5 车道年交通量表 交通等级 Nobs 每慢车道每年的交通量 单向多于两车道 通行量大 货车通行量一般 货车通行量较低 货车通行量低的区域性道路 疲劳荷载模型四的加载过程采用每种疲劳货车分 别进行单车加载 不考虑多车效应 并采用雨流计数 7 关于行车中心线横向位置的规定 法或泄水法对每种疲劳货车的损伤度进行计算 对于公路交通而言 车辆荷载可以出现在桥梁 5 疲劳荷载模型五 的任何位置 但是对于疲劳荷载模型三 四 五而 疲劳荷载模型五采用所记录的交通数据进行总 言 荷载的出现位置可能对疲劳验算的计算结果有 结模拟 一种适用于所针对桥梁的疲劳荷载谱 这 很大的影响 因此对疲劳荷载的横向位置做出了如 种方法最为准确 下规定 规定其以一定概率出现在车中心线两侧的 以上介绍了欧洲规范中对五种疲劳荷载模型的 一定位置 具体参数如图 7 所示 11

12 西南公路 50% 取值有如下规定 ADTTSL = p ADTT 其中 ADTT 为设计寿命期间的单方向货车日交 通量 p 的取值如表 6 所示 18% 表 6 单车道货车交通量所占总交通量的比率 18% 7% 货车能够行驶的车道数 P % 5 X 0.1 m 值得注意的是 LRFD 规范中规定 对疲劳荷 图 7 车辆荷载横向位置概率分布图 8 关于车辆冲击系数的规定 对于疲劳荷载模型一至疲劳荷载模型四而言 对 于桥梁伸缩缝附近的构造进行疲劳验算时应当考虑冲 击力的影响 冲击系数以Δφfat表示 计算公式为 Δφfat= D/6 冲击系数仅计入伸缩缝附近 6m 构造范围内疲劳 强度计算 载应当考虑汽车的冲击力与离心力的作用 2 我国学者对疲劳荷载谱的研究工 作概述 我国学者同济大学的童乐为教授与西南交通大 学的任伟平博士也对公路荷载谱进行了研究 所采 用的方法均为基于交通量的实测数据进行 不同的 是 童乐为 [6][7] 教授采用的是现场记录法 对上海某 1.3 AASHRO LRFD 规范 [5] 美国 AASHTO LRFD 所规定的疲劳荷载的规定 如图 8 所示 所采用的一辆 HL-93 的货车 特殊的 是两 145kN 的后轴的轴距为恒定的 9m 桥梁的交通量进行记录 并利用统计方法得出了荷 载频值谱 该荷载频值谱由 6种典型的运营车组 成 任伟平 [8] 博士则是通过江苏 河南 山东 四 川等地的公路 WIM 系统 动态车辆重量监测系统 数据进行统计 并针对不同桥型 提出了几种不同 的标准疲劳车模型 以上两位学者的研究对今后我 国疲劳荷载谱的完善工作具有重要的参考价值 35000N N 4300mm N mm 3 关于疲劳荷载谱研究工作的一些 建议 1 加强对国外研究成果的学习工作 我国钢结构疲劳的研究相对于欧美 日本等国家 起步较晚 因此国外的一些研究成果具有很大的借鉴 600mm General 300mm Deck Overhang 1800mm Design Lane 3600mm 图8 疲劳荷载采用的车辆示意图 价值 也可以让我们在今后的研究中少走弯路 2 加强 WIM 系统的建设以及数据处理工作 我国幅员辽阔 拥有 960 万 km2 的广袤土地 并 且各地区的经济条件 物产资源 生活习惯等均有 AASHTO LRFD 规范中所规定的疲劳车的荷载 较大差异 因此采用单一的疲劳荷载谱很难适用于 次数应采用单车道的货车日交通量 以 ADTTSL 表 我国这样复杂的交通运输环境 因此应当在各重要 示 该频率应当作用于桥梁的全部构造 在没有 省道 国道等重点交通枢纽工程建设 WIM 系统 动 更可靠的资料的情况下 单车道的货车日交通量的 态车辆重量监测系统 加强对车辆数据的采集 12

13 韩冰 蒲黔辉 施洲 公路钢桥疲劳荷载谱调查研究 同时也应当加强对 WIM 数据的整理工作 这样对典 的研究奠定了基础 型疲劳车辆的统计 今后交通量的预测工作均有很 参考文献 大的帮助与意义 [1] 钱冬生. 关于正交异性桥面板的疲劳 对英国在加固其塞文桥渡时所 4 结 论 [2] Connor R.J.,Fisher J.W.,Consistent Approach to Calculating Stresses for 作研究的简介 [J]. 桥梁建设,1996,(2):8-13. Fatigue Design of Welded Rib-to-Web Connections in Steel Orthotropic 1 随着正交异性板钢桥结构的普遍应用 疲劳破坏问题也更加显著 公路疲劳荷载谱对疲劳 问题的研究具有重要意义 Bridge Decks [J].Journal of Bridge Engineering,2006,11(5): [3] British Standard Institution.BS5400 Part 10:Code of Practice for Fatigue [S]. London:British Standard Institution,1980. [4] European Committee for Standardization.EN :2002 Eurocode1: Actions 2 对 BS5400 欧洲规范以及 AASHTO LRFD 规范中的疲劳荷载模型进行了调查与总结 也是对我 on Structures,Part 2:Traffic loads on bridges[s].brussels: European Committee for Standardization,2002. [5] American Association of State Highway and Transportation Officials. AASHTO LFRD Bridge Design Specification[S]. Washington, D. C. :American 国今后疲劳荷载谱的研究有重要的参考价值 3 我国对疲劳荷载谱的研究工作还不完 善 现行正式公路设计规范中还没有列出对疲劳荷 载谱的规定 但我国桥梁学者已经对疲劳荷载谱研 究进行一定颇有价值的工作 也为今后疲劳荷载谱 Association of State Highway and Transportation Officials,2007. [6] 童乐为, 沈祖炎, 陈忠延. 城市道路桥梁的疲劳荷载谱. 土木工程学报. 1997,30(5):20-27 [7] 童乐为. 正交异性钢桥面板的疲劳研究 [D]. 同济大学博士论文,1995. [8] 任伟平. 焊接钢桥结构细节疲劳行为分析及寿命评估 [D]. 成都 : 西南交 通大学,2008. 上接第 3 页 见模型 B与模型 A的应力计算值相 较大影响 考虑劲性骨架作用时刚度可提高 8.09% 差较小 21.91% 2 钢管混凝土劲性骨架劲性骨架对拱桥拱 表 3 拱圈应力值比较分析表 工况 A-A 工况 B-B 工况 C-C 工况 测试 位置 模型A 模型A 模型B 模型B σ - σ 实测应 σ 计算值 校验系 计算值 校验系 力(mm) σa (mm) 数 σb (mm) 数 100% A-A截面 1.81 上缘 A-A截面 下缘 B-B截面 上缘 B-B截面 1.37 下缘 C-C截面 上缘 C-C截面 1.46 下缘 b a a 圈强度影响较小 考虑劲性骨架作用时强度可提高 1.05% 10.4% 3 在一般设计时 可只考虑劲性骨架的施 [1] 赵晓斌. 劲性骨架对钢筋混凝土拱桥极限承载力的影响 [D]. 重庆交通大 [2] 叶梅新, 刘东芳. 大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥极限承载力分析 [J]. 公 工支架作用 有利于提高桥梁结构的安全系数 对 桥梁结构进行承载能力计算时 劲性骨架的作用不 可忽略 参考文献 学硕士学位论文, 路工程,2007(32):100~ 结 论 [3] 李华銮. 特大跨钢管混凝土拱桥成桥荷载试验 [J]. 土工基础,2011.2(25). 1 钢管混凝土劲性骨架对拱桥拱圈刚度有 13

14 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 混凝土梁桥耐久性设计研究概述 黄 麟 1 庄卫林 1 陈 渤 2 1. 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 四川成都 广南高速公路有限责任公司 四川成都 摘 要 从结构和材料两个方面讨论了影响桥梁耐久性的因素 介绍目前规范中提高耐久性的常用手 段 针对我国耐久性研究中构造细节研究还不足的现状 耐久性设计的研究围绕构造细节设计展开 从美 观 安全健康 便于施工 耐久 易于检查和维护等五个方面总结了细节设计的一般规律 为桥梁构造细节 设计提供参考 关键词 耐久性 混凝土桥梁 影响因素 措施 细节构造 中图分类号 U442 文献标识码 A 需要设计 施工和维护等各方共同努力才能实现 1 概 述 过去修建的一些桥梁 在运营过程中 产生了 巨额的维护费用 这些费用往往是建设初期费用的 数倍 还有一些桥梁在使用很短的时间后 不得不 桥梁耐久性可以从结构和材料两个层面进行考 虑 2 影响因素 下面从结构和材料两个方面讨论影响耐久性的 重建 这些现象引发了学者和工程师的思考 桥梁 因素 工程界也逐步认识到了桥梁耐久性的重要性 2.1 结构 对该问题进行研究时 国内 外许多学者都给 出了耐久性的定义 选取两个进行讨论 定义 1 为 在设计确定的环境作用和维护 使 [1] 影响结构耐久性的因素可以从设计和施工两个 方面分析 设计 用条件下 结构构件在使用年限内保持其适应性和 1 结构形式 安全性的能力 一些型式的桥梁 普遍存在一些缺陷 耐久性 定义 2 为 结构耐久性是指结构在一定的时间 [2] 内 常规的维护条件下 材料和结构对所有设计效 应 包括设计荷载效应和环境效应等 的承载能 较差 如预制拼装的空心板桥等 空心板桥常见的 两类病害有 支承的问题 铰缝的问题 还有一些形式的桥梁被认为耐久性较好 如整体 力 并且结构的适应性不发生明显改变 式桥梁 整体式桥梁取消了支座和伸缩缝 梁体与下 这两个定义比较相似 都强调 部构造形成整体 结构受到侵蚀的机会大大减小 检 1 除了要考虑设计荷载效应外 还要考虑 查和维护的成本也比其他型式的桥梁少 环境作用 2 施工工艺的选取 2 该问题需要在较长的时间段内进行考 由于后张法施工的结构容易出现灌浆不密实 量 公路桥涵设计通用规范 JTG D 封锚混凝土质量差问题 所以其耐久性往往不如先 规定 公路桥涵结构的设计基准期为 100 年 没有 张法 良好的设计和施工质量 这个目标很难实现 采用悬拼法施工的桥梁 由于节段间的接缝容 3 需要常规的维护 由这两个定义表明 易发生渗漏 接缝处的钢筋和预应力容易受到腐 桥梁在设计荷载和环境作用下 设计基准期的目标 蚀 英国的 BA57/01 DMRB Design for 14

15 黄麟 庄卫林 陈渤 混凝土梁桥耐久性设计研究概述 Durability 中规定 在悬拼法施工的桥梁 不允许使 层氧化膜 当氧化膜破坏后 钢材的锈蚀发生 保 用体内预应力 由于体外预应力钢束容易检查 维 护层的厚度和混凝土质量决定了有害物质到达钢筋 护和更换 所以可以在这种结构上使用 表面的时间 3 截面的形式和尺寸 8 细节构造设计 截面设计较为复杂 以下两个方面需要注意 良好的细节构造有助于提升桥梁的整体 品质 截面设计要重视截面的抗剪性能 公路钢筋 也是耐性设计的重要手段 在后文中将重点讨论桥 混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ 023- 梁的细节构造设计 85 对结构抗剪性能的要求较低 对主拉应力的限制 施工 较为宽松 根据该规范设计的一些桥梁有腹板开裂的 1 结构尺寸的精度 现象发生 主拉应力过大是其中一个原因 有的工程在施工时 其结构的几何尺寸偏差远 单箱单室的箱型截面不宜用在较宽的桥梁上 远超出施工规范所规定的误差值 严重时会导致结 单箱单室的截面横向尺寸过大会导致箱梁翼缘悬臂 构的刚度和荷载的较大改变 这也会导致结构耐久 过大和底板过宽 悬臂过大 悬臂的负弯矩不易克 性的降低 服 而底板过宽 底板自重的弯矩会导致底板跨中 2 混凝土的质量 和腹板内侧开裂 在连续刚构检查中 有箱梁箱内 优质的原料 良好的配合比设计 精心的制备 裂缝比箱外多的现象 在设计时 梁体横向分析和 和养护使混凝土密实 微观结构良好 能够很好地 精细化分析很有必要 保护钢筋和预应力钢筋不受腐蚀 这是混凝土结构 4 普通钢筋的设计 钢筋设计不仅需要考虑受力的需要 对于结构 耐久性的基础 3 预应力施工质量 耐久性也很重要 混凝土结构的钢筋有一部分是承 预应力结构施工完成后 梁体得到设计要求的预 担混凝土防裂的作用 另外 不合理的钢筋设计和 应力 不仅能保证结构的安全 也是耐久性的需要 不正确的钢筋安装会造成拥堵 混凝土不易密实 对于后张法施工的预应力 预应力管道灌浆充 钢筋容易锈蚀 5 构件间的连接 构件连接可靠 结构才能更好的长期承受荷载 的作用 如前所述的空心板的铰缝 在荷载长期交 分 没有空洞 封锚混凝土与其他梁体良好的连接 才能保证桥梁的耐久 对于先张法施工的预应力 梁端预应力钢筋的 防腐是关键 替作用下 铰缝破坏 横向梁体连接减弱 常常单 4 钢筋的安装 板受力 空心板容易破坏 施工时 保证钢筋不拥堵 钢筋连接可靠 既 又如 采用湿接缝连接的预制装配式 T 梁桥和 是结构安全的需要 也是结构耐久性的需要 箱梁桥 相对过去铰接连接的方式 连接更为可 5 保护层 靠 但是由于新老混凝土结合面较多 而接缝又位 钢筋保护层施工时要重点关注 于顶面 一旦桥面防水层破坏 这些接缝处的钢筋 钢筋及其接头处厚度是否满足要求 容易受到腐蚀 而有整体浇筑桥面板的组合式梁 保护层的混凝土密实 桥 接缝更少 所处的位置不易腐蚀 保护层垫块材质是否满足要求 6 支承的问题 是否有绑扎钢丝伸入保护层等 在预制梁桥上 由于纵坡和横坡的影响 加之 6 支座 伸缩缝的安装 施工不够精细 容易出现支座对梁体的支承不可靠 问题 现浇结构则会好一些 7 保护层问题 在混凝土中 钢材被混凝土保护 混凝土不仅 形成碱性环境钝化钢材表面形成氧化膜 还保护这 支座和伸缩缝等构件良好的安装质量对其寿命 和行车舒适性影响较大 对所支撑梁体的耐久性也 有较大影响 7 细节构造的施工 细节构造设计和施工对桥梁的耐久性影响较大 15

16 西南公路 但是往往其施工精度较差 完成后很难实现功能 入手 桥梁结构耐久性主要是依靠结构设计规范和 2.2 材料 对结构认识来保证 而目前我国的耐久性研究主要 混凝土构件材料性能退化的原因可分为环境条 集中在材料方面 以下根据现有的设计规范和指 件引起的和自身条件引起的 南 简单介绍提高耐久性的主要方法 环境条件引起 3.1 混凝土防腐 1 物理作用 国内外学者对于混凝土材料的耐久性进行了大量 混凝土的力学破坏有冲击 磨损 冲蚀等 冻 研究 混凝土的制备和施工可参考 公路桥涵施工技 融破坏也是物理作用之一 当严寒地区饱和混凝土 术规范 JTG/T F 公路工程混凝土结 温度降低时 混凝土毛细孔内的水会结冰 膨胀 构防腐蚀技术规范 JTG/T B 和 桥 随着温度升高 冰融化 温度降低再次冰冻 进一 梁高性能混凝土制备与施工指南 等 步膨胀 这样冻融循环的累积造成混凝土破坏 3.2 钢筋防锈 2 物理化学作用 钢筋防锈的措施有以下三种 碳化是空气中的二氧化碳与混凝土中的水化产 1 不锈钢钢筋和环氧涂层钢筋 物反应 中和混凝土的碱度 破坏钢筋的氧化膜 在伸缩缝下面 防撞护栏 飞溅区 水中的下 引起钢筋的锈蚀 这种现象较为普遍 但其侵蚀的 部结构 还有一些交通量大且冬季需要使用化冰盐 速度较为缓慢 危害没有氯离子侵蚀的严重 的道路结构物中可考虑使用不锈钢钢筋或环氧涂层 氯离子侵蚀是氯离子进入混凝土中 破坏钢筋 钢筋 由于环氧涂层易损伤 在损伤处会锈蚀严 氧化膜 造成钢筋锈蚀膨胀 使构件破坏 这种侵 重 所以在英国不提倡使用环氧涂层钢筋 在工程 蚀主要发生在使用化冰盐的地区和海洋环境中 中使用环氧涂层钢筋应注意保护环氧涂层 2- 硫酸盐对混凝土的腐蚀主要是由于 SO4 聚集至 2 阻锈剂 一定浓度后与水泥水化时生成的 Ca(OH)2 水化铝 大多数阻锈剂的工作原理是在钢筋表面生成一 酸 钙 C3AH6 产 生 反 应 生 成 水 化 硫 铝 酸 钙 钙 矾 种化学物质薄层 例如在金属表面生成一个分子或 石 因其体积增大造成混凝土开裂 使混凝土结构 两个分子厚度薄层 阻止腐蚀发生 或抑制腐蚀物 劣化 质迁移 阻止它到达钢筋 阻锈剂能延长结构的使 自身因素引起 用寿命 但不能完全防止钢筋锈蚀 碱 - 集料反应是集料中的某些成分与溶解在混 凝土孔隙溶液中的碱性氢氧化物反应 反应物吸水 膨胀 使混凝土开裂 破坏 冻融破坏 物理化学作用以及自身因素引起的 3 电化学保护 金属 电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时 电位负移 反应速度减小 因而金属腐蚀速度减 小 称为阴极保护效应 利用阴极保护效应减轻金 侵蚀中 水都扮演了一个重要的角色 水对桥梁其 属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护 他材料的构件性能退化影响也很大 如造成支座橡 3.3 保护层 胶的老化 伸缩缝钢材的锈蚀 路面沥青的破坏 保护层厚度及其施工 等 因此 在耐久性设计中应充分重视水的影响 2.3 检查和维护 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范 JTG D 和 公路工程混凝土结构防 有效 科学的维护对于结构耐久性和材料耐久 腐蚀技术规范 JTG/T B 都给出了 性都能提高 反之 桥梁的寿命较短 耐久性就 不同环境下不同构件钢筋和预应力钢筋最小的保护 差 不同层次的检查 便于跟踪桥梁的健康状况 层厚度 设计取值时宜取二者中的较大值 公路 确定维护时间 工程混凝土结构防腐蚀技术规范 还规定了施工容 3 措施 提高桥梁耐久性也应该从结构和材料两个方面 16 许误差 也对施工时保护层垫块的材料 数量 绑 扎方法等方面进行了要求 施工时应与 公路桥涵 施工技术规范 (JTG/T F ) 结合使用

17 黄麟 庄卫林 陈渤 混凝土梁桥耐久性设计研究概述 透水模板衬里 新建的桥梁通常都有较好的外观 经过数年的 透水模板衬里是允许混凝土中的空气和水通过模 风吹 日晒和雨淋后 结构表面刻画出岁月的痕 板向外逸出 同时阻止水泥粒子流失 这种方法可以 迹 这是桥梁长期外观 相对新建时的外观 长期 降低表面层混凝土的水灰比 提高其强度 进而改善 外观持续时间长 更为重要 对于耐久性设计而 混凝土保护层的性能 提高构件的耐腐蚀性能 言 保持桥梁良好的长期外观是必不可少的内容 3.4 混凝土表面防腐 混凝土表面防腐措施主要有以下四种 1 混凝土表面涂层 混凝土表面涂层主要 保持桥梁良好的长期外观可以从以下三方面考 虑 首先是减小水对桥梁外观的影响 方法有三 为各种涂料 包括水性涂层和油性涂层 其中 油 1 保持构件外观简洁 性涂层用于重防腐环境下较多 水性涂层用于普通 2 在适当位置布置沟槽或排水管来引导水 大气环境下混凝土结构的装饰和防护 2 表面憎水处理 混凝土表面憎水处理主 流 3 少用或不用伸缩缝 要指采用硅烷 / 硅氧烷等浸渍材料对混凝土进行憎水 其次 外观统一也能使桥梁获得良好的外观 化处理 憎水浸渍主要是通过改变混凝土基材的表 第三 桥梁良好的外观还需合理布置施工缝 面张力来阻止毛细孔对液态水的吸收 主要用于无 装饰要求的混凝土结构防护 如防撞墙 桥梁以及 海港码头等 3 渗透结晶型防水 渗透结晶 采用无机 盐类溶液渗入并堵塞毛细孔 可以增强混凝土的抗 渗性能 但是无法有效降低吸水性 4 混凝土防腐面层 混凝土防腐面层 规 4.2 安全健康 设计阶段需进行施工 使用 检查和维护以及 调整和销毁等阶段的安全健康风险分析 在施工阶段 安全风险较大 设计需考虑以下 因素 1 结构类型及相应的模板系统带来的安全 健康问题 范对该类涂层的定义包括树脂 玻璃钢以及聚合物 2 操作空间不足而诱发的安全健康问题 防水砂浆 前两者主要是用于重防腐 如污水处理 合理设置检修通道和通道入口既方便了检修 厂 环境下的隔离保护 后者一般用于修补等附加 降低维护成本 又降低了维护的安全风险 设计 防护 时 应重视以下几个问题 3.5 裂缝宽度的限制 混凝土中的裂缝存在也是钢筋混凝土材料性能 退化的原因之一 钢筋也容易锈蚀 科学的钢筋布 置可以限制裂缝的开展和宽度 4 细节构造研究 1 检修道的入口位置和尺寸 2 箱型结构的箱室间开孔尺寸 3 检修设施为检修人员使用提供了方便 同时要避免无关人员的使用 4 在检修通道内和箱型结构内的检修活动 需要照明 公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范 5 步道和材料运输通道 JTG/T B 中 对 结 构 构 造 一 般 性 原 6 通道内和箱室内的水 则 接缝位置和构造要求 构件排水 防渗漏 滴 水槽设置以及防水层设置提出了简单的要求 这些要求对桥梁防腐蚀有帮助 但构造细节的研 究还不足 耐久性设计的研究围绕构造细节设计展 4.3 便于施工 设计人员应认识到 材料最少不一定会带来成 本最低 而合理的标准化细节可以最大限度提高模 板等施工设备的重复利用率 从而降低造价 开 做好细节构造的设计 不但可以从结构和材料两 设计混凝土的桥梁时 需注意 方面解决部分耐久性的问题 也能提高桥梁的品质 1 细节设计应能多次重复使用 细节构造时 需要从以下几个方面进行考虑 2 梁体应标准化 外形简单 4.1 美观 3 降低混凝土浇筑的难度 混凝土的密实 17

18 西南公路 度也容易保证 4 不应对混凝土表面质量提出过高要求 通过易于施工且可靠的细节构造来实现 4.5 易检查和易维护 5 合理选取施工缝的位置 1 检查 6 钢筋保护层厚度应满足要求 维护过程应该包含检查 而设计时应预留足够 4.4 耐久性 这里的耐久性主要是指材料耐久性 研究主要 是从水环境管理展开的 水是造成混凝土桥梁劣化的重要因素 公路 工程混凝土结构防腐技术规范 JTG/T B 的检修通道 设计时应力求做到易到达 易检查 检查时应减少对桥梁交通的影响 应避免在检 查和常规维护时限制交通 桥台处设有伸缩缝的桥梁 应设置桥台检修通 道 使支座 梁端和伸缩缝都能够被检查 2006 归纳的 7 种环境类别中 一般环境 一般冻 2 维护 融环境 除冰盐环境 近海或海洋环境 结晶环 特别关注一些寿命较短的构件 如支座和伸缩 境 大气污染环境以及土中及地表地下水中的化学 缝 它们的寿命只有 20年 在桥梁的寿命周期内 腐蚀环境等 除了大气污染环境外 其余均与水 需要多次更换 取消了支座和伸缩缝的整体式桥梁 有关 在混凝土劣化过程中 水扮演重要角色 一 因为良好的耐久性和较低的全寿命周期成本而在英国 些情况下 它是混凝土劣化的基本物质 在一些形 式的劣化中 水直接导致混凝土构件的破坏 如冻 等发达国家得到较为广泛的使用 在必须使用支座和 伸缩缝时 就需要考虑容易检查和更换了 参考文献 融破坏 碱- 集料反应等 还有一些形式的劣化中 水是有害物质 如 Cl- SO42- CO32- 等 的载体 另一些情况下 水是混凝土构件劣化的催化剂 一 方面 混凝土的相对湿度决定了混凝土内部钢筋锈蚀 的难度 另一方面 湿度的变化也会加速混凝土构件 的劣化速度 在其他材料构件 如桥面铺装 支座和 伸缩缝等 的劣化过程中 往往也有水的作用 水环境管理采用防水 排水 混凝土表面涂层 和表面憎水处理以及各种形式的密封止水等措施 18 [1] BA 57/01(DMRB 1.3.8), Design for Durability,UK[S]. [2] GB/T 混凝土结构的耐久性设计规范 [S]. [3] BD57/01(DMRB 1.3.8), Design for Durability,UK[S]. [4] 陈肇元. 混凝土结构的耐久性设计方法 [J], 建筑技术 [5] CCES 混凝土结构耐久性设计与施工指南 [S]. [6] 刘秉京. 混凝土结构耐久性设计 [M]. 北京 : 人民交通出版社,2007. [7] GB/T , 混凝土结构耐久性设计规范 [S]. [8] S Pearson and J R Cuninghame(TRL Ltd),Water management for durable bridge, UK,Highways Agency[S]. [9] Michael Soubry, Bridge Detailing Guide, UK, 2001[M]. [10] A. M. 内维尔著, 刘数华, 冷发光等译. 混凝土的性能 ( 原著第四版 )[M], 中国建筑工业出版社,2011.

19 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 钢 混凝土组合拱桥地震响应效应分析 何小宇 1 吴庆雄 2 1. 四川广巴高速公路有限责任公司 四川广元 福州大学土木工程学院 福建福州 摘 要 利用基于梁单元的双重非线性有限元程序 NL_Beam3D 进行了钢腹板 混凝土组合拱桥和 钢筋混凝土拱桥的非线性地震响应特性研究 结果表明 与钢筋混凝土拱桥相似 新型组合拱桥在横桥向地 震动作用下 拱圈轴力和面外弯矩起主导作用 拱圈拱脚截面进入塑性 塑性区域大致相同 在纵桥向地震 动作用下 拱圈轴力和面内弯矩起主导作用 拱圈未进入塑性 横桥向地震动作用下拱圈的地震响应大于纵 向地震响应 与钢筋混凝土拱桥不同的是 新型组合拱桥可不考虑纵 横向地震力共同作用的影响 且其地 震响应较小 具有较好的抗震性能 关键词 拱桥 钢 - 混组合结构 波形钢腹板 平钢腹板 非线性地震响应 中图分类号 U 文献标识码 A 桥 波形钢 混凝土组合拱桥简称为 RC-CSW 拱 0 前 言 桥 平钢 混凝土组合拱桥简称为 RC-PSW 拱桥 钢 混凝土组合拱是指用钢腹板 波形钢板或平 采用基于梁单元的双重非线性有限元程序 钢板 取代钢筋混凝土拱圈的混凝土腹板 通过连接 NL_Beam3D[7] 建 立 了 RC 拱 桥 RC-CSW 拱 桥 和 件与顶底混凝土板形成一种新型的组合拱结构 根据 RC-PSW 拱桥的空间杆系有限元计算模型 由于三 钢腹板结构的不同可分为波形钢 混凝土组合拱和平 座拱桥的有限元计算模型外形相同 故只给出一个 钢 混凝土组合拱 采用这种新型结构的拱桥具有 有限元模型示意 见图 1 模型中采用同时考虑 自重轻 施工方便的优点 可为大跨径混凝土拱桥的 轴力和两方向弯矩非线性的纤维单元来模拟拱桥的 应用与发展提供一种可能 文献 以主跨 160m主 拱圈 立柱和桥道系 钢材的本构关系采用双折线 拱为原型 进行钢 混凝土拱桥的试设计 结果表 计算模型 屈服后的刚度为 Es/100 混凝土采用不 明 与原桥相比 试设计拱桥可减轻拱圈自重约 考虑抗拉的二次抛物线模型 不考虑压应力下降 30% 也降低了拱圈内力 文献 [5] 对三向地震动作用 采用 P- δ效应和动坐标法考虑几何非线性的影响 [1] [2] [3] [4] 下的波形钢腹板混凝土箱拱桥进行弹性地震响应分 自由振动计算时采用子空间迭代法求解特征值 析 通过与钢筋混凝土箱拱动力特性和地震响应特点 采用时程分析法进行非线性地震响应分析 采用 的对比 得出该新型拱圈结构具有较优越的抗震性 Rayleigh 阻尼 其两个阻尼系数均设为 0.02 两个频 能 然而 由于大跨度拱桥抗震分析中材料非线性与 率根据地震作用方向的不同而设为不同值 输入地震 几何非线性的影响较大 [6] 故本文在文献 [2] [3] 和 [4] 试 动为板块边界型地震动 TypeⅠ 如图2所示 设计研究的基础上 对两座钢腹板 混凝土组合拱桥 和混凝土拱桥的非线性地震响应特性进行研究 1 有限元计算模型及计算方法 达县州河大桥主跨为净跨 160m 的悬链线钢筋混 凝土箱型拱 净矢跨比为 1/4 拱轴系数为 为便于叙述 本文将钢筋混凝土拱桥简称为 RC 拱 图 1 有限元计算模型 19

20 加速度 gal 西南公路 进行评价 图 5 给出了三座拱桥拱脚截面轴力与面 Type I 外弯矩的相关曲线图 图中内圈曲线为截面中钢筋 最外缘应变达到屈服应变时轴力与面外弯矩的包络 线 外圈曲线为截面中混凝土最外缘应变达到屈服 应变时轴力与面外弯矩的包络线 由图可见 三座 时间 s 拱桥的拱脚截面均产生了较大的轴力和面外弯矩 致使钢筋和混凝土最外缘应变均超过屈服强度 使 图 2 地震波加速度时程曲线 拱脚截面进入塑性状态 2 非线性地震响应特性 2.1 固有振动特性 三座拱桥的主要自振频率对比见图 3 由图可 N kn 知 三座拱桥的面外一阶固有振动均为对称模态 RC RC-CSW RC-PSW 且均早于面内一阶振动出现 面内一阶竖弯振型均 表现为拱桥特有的反对称振型 与 RC 拱桥相比 时间 s b 面外弯矩 RC RC-CSW RC-PSW RC RC-CSW RC-PSW 面外一阶对称 面外一阶反对称 面内一阶对称 面内一阶反对称 My kn m 图 3 三座拱桥主要自振频率 横桥向地震动作用 内力时程曲线见图 4 由图 4 可知 三种桥型的拱圈 时间 s 当地震动作用于横桥向时 三座拱桥拱脚截面 c 面内弯矩 图 4 拱脚截面内力时程曲线图 横桥向地震动 横桥向受力均是以轴力和面外弯矩为主 由于自重 的减小 新型组合拱桥产生的内力均比 RC 拱桥小 和最大轴力为 RC 拱桥的 0.96 倍 0.49 倍和 0.81 倍 RC-PSW 拱桥的最大弯矩 最大横向剪力和最大轴 力为 RC 拱桥的 1.22 倍 0.69 倍和 0.82 倍 横桥向地震作用下拱肋产生的面外弯矩比面内 弯矩大得多 因此在横桥向地震动作用下不必考虑 两方向弯矩相关的问题 可采用轴力与面外弯矩的 相关曲线对组合拱桥的横桥向非线性地震响应特征 N kn 其中 RC-CSW 拱桥的最大面外弯矩 最大横向剪力 桥相差不大 频率 Hz 35 RC RC-CSW RC-PSW RC-CSW 拱桥和 RC-PSW 拱桥的纵向刚度与 RC 拱 Mz kn m 拱桥的面内一阶对称竖弯基频相差不到 10% 表明 25 a 轴力 26% 与 55% RC-PSW 拱桥面外一阶对称 反对称 PSW 拱桥的横向刚度均较 RC 拱桥的刚度小 三座 20 时间 s RC-CSW 拱桥面外一阶对称 反对称基频分别降低 基频分别降低 9% 7% 表明 RC-CSW 拱桥和 RC- 15 Type Iz,Lindou, Rib E1001 MzCEN Mz kn m a RC 拱

21 何小宇 吴庆雄 钢 - 混凝土组合拱桥地震响应效应分析 N kn Type Iz,RC-CSW, Rib E1001 MzCEN RC RC-CSW RC-PSW Mz kn.m N kn My kn.m b RC-CSW 拱 b 面外弯矩 Mz kn.m 时间 s Type Iz,RC-PSW, Rib E1001 MzCEN RC RC-CSW RC-PSW 时间 s c 面内弯矩 图 6 拱脚截面内力时程曲线图 纵桥向地震动 由图 6 可知 三座拱桥拱圈纵桥向受力均是以 Mz kn m 轴力和面内弯矩为主 但拱圈由此产生的面内弯矩 c RC-PSW 拱 比横桥向地震作用下产生的面外弯矩要小得多 图 5 拱脚截面的轴力 N 与面外弯矩 Mz 相关图 RC-CSW 拱桥的最大面内弯矩 最大竖向剪力和最 横桥向地震动作用下拱脚截面的的应变峰值对 大轴力为 RC 拱桥的 0.96 倍 0.67 倍和 0.86 倍 RC- 比见表 1 由表 1 中可知 三座拱桥拱脚截面都进入 PSW 拱桥最大面内弯矩 最大竖向剪力和最大轴力 塑性阶段 RC 拱桥的应变最大 为 RC- 为 RC 拱桥的 0.93 倍 0.50 倍和 0.91 倍 CSW 拱 桥 的 应 变 其 次 为 是 原 桥 的 0.68 倍 RC-PSW 拱桥的应变最小 为 仅为原 图 7 为纵向地震动作用下拱顶截面的轴力与面 内弯矩的相关图 桥的 0.49 倍 表 1 三座拱桥拱脚截面边缘应变最大值对比 Type Ix,Lindou, Rib E1001 MyCEN Rc拱 ε1 横向地震动 纵向地震动 ε3/ε1 N kn RC-CSW RC-PSW ε2/ε1 拱ε2 拱ε3 地震方向 纵桥向地震动作用 当地震动作用于纵桥向时 三座拱桥拱脚截面 N kn N kn a RC 拱 My kn.m 内力时程曲线见图 6 RC RC-CSW RC-PSW Type Ix,RC-CSW, Rib E1001 MyCEN 时间 s a 轴力 My kn.m b RC-CSW 拱 21

22 西南公路 N kn 由上文分析可知 横桥向地震动作用下拱圈的 Type Ix,RC-PSW, Rib E1001 MyCEN 地震响应大于纵向地震响应 表 3 为双向地震动同 时作用 横桥向单独地震作用下三座拱桥拱脚截面 最外缘应变最大值对比 RC 拱桥 RC-CSW 拱桥 与 RC-PSW 拱桥在双向地震动同时作用下拱脚截面 0 产生的最大应变分别是横桥向地震动单独作用时产 My kn.m 生的应变的 1.17 倍 0.99 倍和 1.02 倍 因此 对于 RC 拱桥 在非线性地震计算中应该考虑纵 横向地 c RC-PSW 拱 震力共同作用的影响 对于 RC-CSW 拱桥与 RC- 图 7 拱脚截面的轴力 N 与面内弯矩 My 相关图 PSW 拱桥这两种新型组合拱桥 在非线性地震计算 由图 7 可见 三座拱桥的拱脚截面钢筋和混凝 中可不考虑纵 横向地震力共同作用的影响 土最外缘应变均未超过屈服强度 拱脚截面仍处于 弹性状态 纵桥向地震动作用下拱脚截面的应变峰值对比 表 3 拱脚截面最外边缘应变 桥型 拱脚截面最外边缘应变最大值 双向地震动εxz 横桥向地震动εz 比值 εxz /εz 列于表 1 由表中可以看出 三座拱桥拱圈截面均 RC拱 未进入塑性阶段 RC-CSW 拱桥 RC-PSW 拱桥与 RC-CSW拱 RC 拱 桥 拱 脚 的 应 变 分 别 为 RC-PSW拱 同时 横桥向地震动作用下拱圈的地震响 应大于纵向地震响应 RC-CSW 拱桥和 RC-PSW 拱 桥地震响应小于 RC 拱桥 表明新型组合拱桥具有较 3 结 论 1 当地震动作用于横桥向时 拱圈轴力和面 好的抗震性能 外弯矩起主导作用 钢 混凝土组合拱桥和钢筋混凝 2.4 纵 横向地震动同时作用 土拱桥的拱脚截面均进入塑性 且塑性铰区域大体相 为考察纵 横桥向地震动同时作用对组合拱桥 同 当地震动作用于纵桥向时 拱圈轴力和面内弯矩 的影响 本文将地震波同时施加于桥梁纵 横桥 起主导作用 三座拱桥的拱圈均未进入塑性 横桥向 向 分量比为 1:1 其拱脚截面内力对比列于表 2 地震动作用下拱圈的地震响应大于纵向地震响应 从表 2 中可见 对于轴力 双向地震同时作用时的 2 在非线性地震计算中 钢筋混凝土拱桥应考 响应比单向作用时大 对于面外弯矩 双向地震动 虑纵 横向地震力共同作用的影响 钢腹板 混凝土组 同时作用时的响应与横桥向单独地震作用时的数值 合拱桥可不考虑纵 横向地震力共同作用的影响 基本相等 面内弯矩则是在纵桥向地震动作用下的 混凝土箱拱 表明钢腹板 混凝土组合拱桥具有较 响应比双向地震动同时作用时大 好的抗震性能 表 2 拱脚内力 桥型 RC拱 RC-CSW拱 RC-PSW拱 22 双向地 震动f1 横向地 震动f2 纵向地 震动f3 f1/f2 f1/f3 轴力 面外弯矩 面内弯矩 轴力 面外弯矩 面内弯矩 项目 3 钢 混凝土组合拱桥地震响应小于钢筋 轴力 面外弯矩 面内弯矩 参考文献 [1] 缪锋. 钢腹杆 - 混凝土组合拱试设计研究 [D]. 福建 : 福州大学,2009. [2] 黄卿维, 陈宝春. 波形钢腹板 混凝土拱桥试设计研究 [J]. 哈尔滨工业大 学学报, ( 增刊 2): [3] 黄卿维, 陈宝春.160m 跨径波形钢腹板混凝土拱桥试设计 [J]. 中外公路, 2007(2): [4] 叶琳. 平钢腹板 混凝土组合拱试设计研究 [D]. 福建 : 福州大学,2008. [5] 陈宝春, 吴庆雄, 王远洋. 波形钢腹板混凝土箱拱地震响应分析 [J]. 地震 工程与工程振动,2007,27(3): [6] 吴庆雄, 陈宝春. 高桥和雄. 新西海桥的非线性地震响应分析 [J]. 地震工 程与工程振动,2008,28(5): [7] 吴庆雄, 陈宝春, 韦建刚. 三维杆系结构的几何非线性有限元分析 [J]. 工 程力学,2007,24(12):19-24.

23 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 市政道路的景观桥梁设计 贺立新 宋 雷 龙柏全 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 四川成都 摘 要 通过天府大道南延线上 K 兴隆湖泄洪渠景观桥梁的设计 介绍景观桥梁设计思路 原则 步骤 说明结构设计与造型设计之间 相融 相让 逻辑关系 比选多个造型装饰方案 最终达到景 观设计效果 关键词 市政道路 景观桥梁 设计 中图分类号 U 概 况 天府新区 三纵一横 重大基础设施项目之 文献标识码 A 2 设计标准 道路等级 城市主干道 - Ⅰ级 三纵 为天府大道南延线 元华路南延线 红星 设计车速 主车道 60 km/h 辅道 30km/h 路南延线 一横 为正公路 天府大道南延线是 桥梁设计荷载 城 A 级 天府新区城市中轴线 是天府新区的标志性工程 横断面宽度 红线宽度 80m 见图 2 主车 起点位于天府大道南段与华牧路交叉处 顺接天府 道双向 8 车道 辅道双向 2 车道 大道 向南延伸 分别与规划或既有的正公路 铁 路货运外绕线 兴隆湖南干道 第二绕城高速交 叉 终点止于市域南侧边界 接眉山界 全长约 26.1km 见图 1 根据建设时序分为一 二期工 程 一期工程实施范围为华牧路至第二绕城高速公 路段 长约 15.2km 在天府大道南延线上 为跨越道路 河流 沟 渠 设置了一些桥梁 如 K6+998 跨预留道路桥 图 2 天府大道南延线路基标准横断面示意图 单位 m 3 桥梁景观设计 [1][2] K 跨兴隆湖泄洪渠桥 为与天府大道的总体 桥梁景观是引入环境因素的桥梁造型 在桥梁 景观协调 业主要求这些桥在保证结构安全耐久 工 单体造型的基础上 桥梁景观重点研究环境与桥梁 期造价等要求的前提下 重点打造为城市景观桥 见 单体的相互影响与作用 在特定环境中 成功的桥 图 1 梁景观具有较高艺术观赏性 有良好视觉效果和审 美价值 往往引起人们浮想联翩 从而产生丰富多 彩的意境 形成巨大的艺术感染力 如延安宝塔山 下面的延河桥 景观桥梁设计是否合理 赏心悦 目 除了满足交通功能外 就在于桥梁本身的韵味 及其与环境相处的艺术 因此对于景观桥梁 既要 重视桥梁的环境因素 又要注重桥梁建筑艺术设 计 并有所创造 使桥梁与环境共同构成景观 在 图 1 天府大道南延线地理位置示意图 设计景观桥梁过程中 要注意以下要点 23

24 西南公路 1 与环境协调 城市道路建设 风景园林中得到广泛应用 在平 桥梁周围的环境是桥梁的透视背景和载体 可 原 开阔地带 其外形具有水平心理诱导线 能产 以烘托桥梁 丰富结构的主体表现力 因此桥梁设 生很强的沿水平方向伸展的动力感和穿越感 充分 计与环境密不可分 桥梁的景观设计应同结构设计 展示出桥梁的阳刚之美 在水面上 横跨河流 不 一样 重视环境因素 使最终作品 桥梁与周围 断伸展的桥梁动势与周围水平舒展的风景相协调 环境和谐交融 产生平稳的安全感和视觉的开阔感 见图 结构设计与景观造型相结合 天府大道桥位处于成都市郊区 地势平坦 通 景观桥梁基本功能还是供人 车通行 不是艺 透性好 因此梁式结构较为适宜这种地理环境 如 术作品 如雕塑 拿来专供人们欣赏的 其实用性 简支梁 连续梁 刚构等 该区域基岩覆盖层较 和艺术性应做到有机的统一 景观桥梁设计是桥梁 深 拱桥因其拱座的水平推力难以支撑而不适宜 工程 风景建筑与造型艺术相结合的交叉学科 设 2 结构造型 计者需要打破桥梁结构设计与造型艺术各自为政 对于上述已选定的梁式桥 从结构上可分为上 先修桥后装修的传统思路 灵活处理结构与造型之 部结构 梁体和下部结构 墩台两部分 但 间的 相融 相让 关系 把景观要素和造型 研究造型时必须把上下部作为一个整体来考虑 艺术融合到结构设计中 既要做到结构受力可行 切不可割裂开来 选择造型方案时 应根据桥位大 又不受其 框框 限制 必要时甚至打破 框 环境 附近道路情况来选择观察者的视点与视点 框 这样才能设计出具有实用性 科学性 艺术 场 应根据桥梁所跨越的是河流或道路等因素有所 性的景观桥梁 而不是一些畸形的 反力学常识 侧重 跨越河流时 如 K 跨兴隆湖泄洪渠 的 脱离桥梁的基本通行功能的所谓 景观 桥 桥 因观察者视点是在河流的上游或下游 桥的侧 4 天府大道景观桥梁设计原则和步骤 4.1 设计原则 天府大道南延线地处天府新区 是天府新区的 标志性工程 作为该项目上的工程节点和打造的亮 点 景观桥梁设计应遵循以下原则 面 造型重点应放在桥梁的立面上 而跨越道路的 桥梁 如 K6+998 跨预留道路桥 因观察者视点是 从桥下通过 造型重点应放在梁的立面和横断面 墩的横向 对于中小跨径的梁式桥 简支梁 连续梁 刚 构 可采用等高度梁 配以圆 方 柱式 板式 1 总体协调 造型优美 桥梁设计应结合周 墩 立面显得简洁 明快 施工也方便 快捷 见 边环境及沿线建筑的特点 与天府大道简约 大气 图 3 对于中大跨径的连续梁 刚构 由于结构 开敞 通透的整体风格一致 尽量采用无桥上建筑物 受力所需 常采用变截面梁体 梁底缘曲线按弯矩 或桥上建筑简洁的桥型 有规律地变化 与梁顶面的直线配合在一起 能产 2 安全耐久 设计时应考虑桥梁材料及结 生刚中带柔的韵律 梁底缘的心理诱导力线呈弧 构在制造 运输 安装及运营过程中具有足够的强 线 显示出较大跨度一跨而过 带来灵动感和视觉 度 刚度 稳定性及耐久性 选用结构整体性好 冲击感 见图 4 安全可靠 承载能力大 养护简单的桥梁结构和造 型方案 3 施工快捷 确保工期 该工程节点的工 期要服从整个项目的工期安排 4.2 设计步骤 根据上述分析 天府大道南延线的景观桥梁设计 可按总体选型 结构造型 外装饰三个步骤进行 1 总体选型 梁式桥是经济 实用 简洁的桥型 在公路与 24 图 3 跨路桥 等截面连续梁

25 贺立新 宋雷 龙柏全 市政道路的景观桥梁设计 图 6 郑州新区一统桥 图 4 跨河桥 变截面连续梁 3 景观桥梁的装饰处理 桥梁的装饰处理是创造桥梁美观的常用方法之 方案三 混凝土表面涂装 材质 颜色的改 变 见图 7 一 作为景观桥梁更有必要进行装饰 通过装饰处 理 如外观 表面色彩和质感的处理 更突出所需要 的桥梁各结构部位的特征 弱化一些影响外观 干扰 视线的部位 如梁体接缝处 支座 使桥梁与周边 环境更协调 如再与夜间照明效果相结合 更能渲染 和烘托出桥梁综合的美学效果 突出桥梁的标志性和 象征意义 景观桥梁的装饰常用以下方案及其组合 方案一 板材饰面 利用混凝土板 花岗石 钢材等材料 对桥梁 图 7 景观桥梁涂装 构件进行修饰 遮盖 诱导 如梁桥挂板装饰后变 混凝土桥梁的梁体 墩柱 桥台 栏杆等部件都 为 拱桥 见图 5 挂板遮盖了连续梁支座等 是桥体的重要组成部分 其表面色彩和质感对桥梁整体 干扰视线的部件 并辅以线条和颜色对 拱线 进 景观效果影响较大 混凝土结构施工后表面常有色彩不 行诱导 突出 使桥梁与人工湖及周边建筑环境更 均 蜂窝麻面 接缝错台等瑕疵 在白天和夜间灯光下 加协调 达到最佳装饰效果 暴露无遗 这些材料自身和施工缺陷如同一群苍蝇一 样 使观察者难以产生美感 更谈不上景观了 因此对 于景观桥梁的表面涂装修饰 可以修补 遮盖这些缺 陷 使桥梁构件轮廓清晰 混凝土表面平整 色彩 均匀 并提高桥梁的使用耐久性 采用不同的涂装配 色方案 还可以使桥梁与周边环境更和谐 自然 方案四 桥头雕塑 亭廊 桥名碑 栏杆 灯 柱 花坛等小品装饰 见图 8 图 5 郑州新区景观桥 方案二 改变结构类型的外装饰 有时在平原开阔地区为了突出桥梁重组环境的 作用 采用强调法 利用中承式拱桥 斜拉桥 悬索桥等方案来达到突出 强调的效果 如郑州 新区的连续梁桥通过外侧钢管装饰为 拱桥 见图 6 图 8 南京长江大桥雕塑 25

26 西南公路 方案五 夜间灯光装饰等 5 天府大道跨越兴隆湖泄洪渠桥梁 景观设计 通常桥梁景观可在桥头 或桥面 设置雕塑 见图 8 或在桥旁造型 见图 6 为保证视觉 效果 上述雕塑或造型方案的体量要做得较大 才 能与 80m 宽的道路及周围环境相匹配 由于天府大 天府大道跨越兴隆湖泄洪渠桥梁处于成都市天 府大道南延线上 属双流县正兴镇凉风顶村 桥梁 跨越原有自然河流 鹿溪河 按照天府新区规 划 将在双流县兴隆镇境内 天府大道中轴线东侧 新建兴隆湖 在鹿溪河上筑坝拦水 营造 5100 亩的 湖面 蓄水量超过 1000 万立方米 见图 9 根据 水利部门的泄洪设计方案 泄洪渠底宽 74.24m 道总体设计风格要求 通透 路面上不能有高大 突兀的建筑阻挡视线 只能在桥梁结构自身下功 夫 将造型与桥梁结构相结合 通过总体造型 + 局 部强化的途径 来达到景观效果 具体考虑以下两 个实施方案 方案 1 总体造型 + 梁体雕刻 + 涂装 桥梁结构采用 25+( )+25m 跨径的变截 面现浇连续梁 下部采用 3 柱拱式造型墩 墩台采 用承台接桩基础的形式 见图 11 本方案主要通 过梁体的夸张曲线变截面造型 结合梁体根部抽象 雕刻来强化, 在全桥立面展示出的 双鸥高飞 意 境 泄洪渠中的主桥墩立面采用上厚下薄的造型 与梁体下边缘线圆滑过渡 上下部结构从视觉上融 为一体 ( )预应力砼变截面连续梁 2500 K 根据本桥高度 地形地质条件 景观 泄洪要 天府大道总体设计一致 全宽 80m 横向分为 4 幅 独立桥 经与水利部门协调 可在泄洪渠底部设置 桥墩 因此适宜桥型为中等跨径的预应力混凝土连 续梁方案 5.2 景观设计及造型方案 为与兴隆湖的湖光山色结合更为和谐 自然 经多方案比选 最终从多个创意中选择 海鸥 方 案 通过桥梁造型展示出 海鸥飞翔 意境 见图 10 寓意天府新区的起步 腾飞 兴旺发达 H1/100= 总体设计 求 桥梁采用梁式结构 桥高约 19m 桥面宽度与 K ① 图 9 兴隆湖总体规划 ② ⑤ ④ ③ 图 11 桥型方案 1 立面图 单位 cm 根据结构计算 常规连续梁桥的梁高从中墩到跨 中是按 2次抛物线变化 本桥主跨仅 56m 结构设计 时 一般按照结构受力要求确定根部梁高 3.2m 跨 中梁高 1.7m 高度变化仅 1.5m 在梁体根部用于雕 刻创意的面积太小 无法刻划出 海鸥 的造型来 为克服这个困难 设计时反复比选 优化梁体高度曲 线变化方案,最终突破传统结构受力所需尺寸 大胆 采用 3次抛物线接圆曲线的梁底线形 根部梁高加大 到 6m 见图 12 这样立面梁高变幅大 远观更为 突出,能表达出箱梁根部的双 海鸥 造型 并承托 出梁跨中部更为轻薄 见图 图例 L1 常规2次抛物线 支点截面梁高3.2m / L1 L2 L3 L2 2.5次抛物线 支点截面梁高5m L3 3次抛物线接圆曲线 支点截面梁高6m 图 10 海鸥飞翔 26 图 12 梁体变截面造型 梁高及线形变换比选方案 单位 cm

27 贺立新 宋雷 龙柏全 市政道路的景观桥梁设计 16 及图 13 左下角小图 8000/ 人行道 辅道 侧分带 主车道 中央分隔带 装饰面 图 13 桥梁方案 1 效果图 细节刻画 细节图案可直接在主体结构上雕刻 阴刻 或用其他装饰材料 如钢材 石材 帆 布装饰飞鸟造型 做好造型后 再安装在主体结构 上 考虑到装饰材料与主体结构固定 材料本身的 抗风抗雨 长久使用的问题 设计采用直接在混凝 土梁体结构上 阴刻 的技法 在 海鸥 背后凹 刻竖条纹并涂装蓝色 寓意为蓝天 蓝天背景的大 小结合桥高 按跨径的黄金分割得到最佳视觉效 果 使立面比例更为协调 见图 图 16 方案 1 桥墩立面 单位 cm 方案 2 外挂装饰板 + 涂装 本方案仍为连续梁结构 上部采用 25+( )+25 预应力混凝土连续箱梁 箱梁梁底线形采用 常规的 2次抛物线线形 下部采用普通板式花瓶 墩 墩台采用承台接桩基础的形式 立面用外挂装 饰板的方案来造型 见图 预应力砼连续梁 K K ① H1/100= ② ③ ⑤ ④ 图 17 桥型方案 2 立面图 单位 cm 图 14 海鸥特写 桥梁的梁体按结构设计所需尺寸确定 梁体根部 高度 3.2m 跨中梁高 1.7m 由于梁底缘采用常规2次 抛物线线形 梁高变化幅度较小 为在箱梁根部突出 海鸥 的意境 采用外挂造型板的方案 外挂板采 用混凝土材料 与主梁同步浇筑 后期涂装彩色 为 避免参与结构受力 外挂板与连续梁的腹板分离 仅 悬挂 在箱梁翼缘上 外挂板的高度比实际梁高 图 15 梁体雕刻细节 实施方案 在腹板结构层混凝土外 另用钢丝 大 立面上的多余部分可遮挡梁底支座 桥梁下部采 用普通板式花瓶墩 承台接桩基础 见图17 18 网混凝土加厚层来做雕刻用 最大加厚 20cm 这 些装饰混凝土在计算时已记入恒载 并与结构混凝 土同步浇筑 装饰层与结构层之间结合紧密 将来 不会掉壳 保证长期使用效果 桥梁下部采用 3 柱式拱型墩 较普通花瓶墩的 视角更为通透 轻盈 水下部分桥墩迎水面设置分 水尖 利于行洪 从立面上观看 墩顶和梁底双向 曲面造型 如同 穹顶 更为协调美观 见图 图 18 桥梁方案效果图 下转第32页 27

28 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 钢 混凝土组合连续梁桥面板分析研究 漆小军 权新蕊 刘 泉 蒋自强 石恒俊 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院 四川成都 摘 要 钢 混凝土组合连续梁在负弯矩作用下 有效宽度范围内混凝土桥面板作为组合梁的翼板处 于受拉状态 可能成为该种组合结构受力的薄弱环节 因此也是钢 混凝土组合连续梁结构设计成败的关键 之一 运用 SAP2000 有限元软件对四川省巴中市麻柳湾大桥主跨 90m 钢 - 混凝土组合连续梁进行三维有限元 仿真分析 结果表明结构总体受力合理 混凝土桥面板采用分段浇筑并后浇剪力钉群预留孔洞的方式 能有 效地对混凝土桥面板施加预应力 且钢梁不产生附加应力 很好地发挥材料各自的性能 降低了建筑高度 节约了工程规模 运用前景广泛 关键词 钢 混凝土 组合连续梁 桥面板 有限元分析 中图分类号 TU 文献标识码 A 巧 增加桥下净空的同时改善了景观效果 [1] 0 引 言 但是 钢 混凝土组合连续梁在正弯矩作用下 钢 混凝土组合连续梁是一种将钢梁与混凝土 有效宽度范围内混凝土桥面板作为组合梁的翼板处 桥面板通过特定的连接形式连接成整体后形成组合 于受压状态 而在负弯矩作用下则处于受拉状态 截面而考虑共同受力的连续结构形式 这种结构形 因混凝土抗拉强度低 混凝土会因承受过大的拉应 式主要优势 力而开裂 使结构耐久性受到影响 因此 混凝土 1 相对于纯钢梁更能发挥材料受力性能 桥面板应力分析控制是钢 混凝土组合连续梁设计 采用较小截面的钢梁而获得较大的截面惯性矩 从 的关键难点之一 而增加结构刚度 减小荷载挠度 1 背景工程概况 2 混凝土桥面板对钢梁受压翼缘存在约束 四川省巴中市麻柳湾大桥为跨越巴河而设 全 作用 可以改善钢梁稳定性 从而使钢梁强度得到 桥上部结构采用 (2 20m+22m+18m) 预应力砼连续箱 充分发挥 3 钢梁工厂制作现场拼装 混凝土桥面板 梁 +(55m+90m+55m) 变截面钢混组合连续梁 +3 20m 浇筑时利用已有钢梁作为模板分段浇筑 省去了预 预应力砼连续箱梁 下部结构主桥采用拱门形墩接 制桥面板运输安装过程 施工便捷 承台桩基础 引桥采用柱式墩桩基础 桥台为桩板 4 随着截面高度的下降 结构外观更加纤 式桥台 承台桩基础 桥型布置见图 ST:357.95m(1%) ST:351.01m(20%) 3200 LW: ( ) 图 1 桥型布置图 尺寸单位 cm 高程单位 m

29 漆小军 权新蕊 刘泉 蒋自强 石恒俊 钢 - 混凝土组合连续梁桥面板分析研究 2 主梁桥面板构造特点 对混凝土桥面板的分析 其关键边界条件之一 为钢 混凝土之间连接形式 连接形式选取时需考 箱连成整体结构 以保证偏载作用下各钢梁受力均 衡 避免桥面板纵向开裂 桥面板采用 C50 无收缩 混凝土 厚度为 18 40cm 悬臂长 2.5m 在钢梁 上顺桥向分四个节段浇筑施工 虑结构受力性能的要求 施工条件及结合面的受力 cm厚沥青砼 设计高程 防水层 2% 组合截面形成的方式常用的有以下几种 1 加载配重法 利用钢梁的弯曲变形恢复 7cm厚沥青砼 防水层 -1.0% -2% 图 2 主桥断面图 单位 cm 性能 首先浇筑正弯矩区的混凝土桥面板 待达到 焊钉群预留孔尺寸为 mm 预留孔在钢 设计强度后加载配重 然后浇筑负弯矩区的混凝土 桥面板 达到设计强度后撤去配重 连接形式对混凝土桥面板应力控制将极为重要 -1.0% 特点等因素 考虑负弯矩对结构的影响 采取何种 施工方式形成组合截面 进而确定钢 混凝土之间 25 梁长度方向上距离为 1m 每个剪力钉群用 24 根焊钉 2 支座顶升法 将中间支座上的钢梁预先 按 4 行 6 列排立 纵桥向间距为 110mm 横桥向间距 抬升 然后浇筑桥面板 待混凝土达到设计强度后 为 80mm 剪力钉采用 22 圆头焊钉 高 200mm 见 落架 图 3 非孔洞位置夹垫 1cm 厚橡胶垫片 3 负弯矩区配置纵向预应力筋 按预应力 但在组合后施加的预应力一部分将被钢梁分担 施 加的压力比较大 施工周期相对较长 第二 桥面板与钢梁组合前施加纵向预应力 通常采用焊钉群的方式 把几个剪力钉以较小的距 离集中设置以形成群体 再以较大的距离把剪力钉 群设置在翼缘长度方向上 浇筑桥面板混凝土时 剪力钉群处预留孔洞 待全桥预应力施加完后再用 无收缩砂浆填充剪力钉群处的预留孔 使钢梁和混凝 土桥面板发挥共同作用 该方法在桥面板上能有效地 施加预应力 并且钢梁不会因预应力的施加而产生附 加应力 对于现场浇筑或预制桥面板均适用 还能减 小混凝土收缩徐变对桥面板应力的影响 [2] 对于麻柳湾大桥而言 因主跨 90m 跨径较大 仅采用加载配重法或支座顶升法很难控制负弯矩区桥 横桥向 φ22 剪力钉 顺桥向 力 该法能够有效地施加预应力 减小钢梁截面 第一 桥面板与钢梁已组合后施加纵向预应 150 施加的时间顺序分为两种 混凝土桥面板 钢梁顶板边缘线 图 3 剪力钉布置图 单位 mm 3 空间有限元计算 3.1 模型总体概况 计算模型 运用 SAP2000 软件建立有限元模型 以桥面中 线为对称中线 取半桥建立模型 中线位置处的单 元约束其横桥向水平自由度 Uy 纵轴转动自由度 Rx 及竖轴转动自由度 Rz 按照施工方案进行逐级加 载 得到桥面板的应力结果 三维有限元模型如图 4 和图 5 所示 面板混凝土拉应力 且桥梁跨越巴河 综合考虑施工 等各方面因素 本桥采用了预留焊钉群孔洞 桥面板 与钢梁形成组合截面前施加纵向预应力的方式 主 梁 全 宽 28m 跨 中 高 度 含 桥 面 板 高 度 2.9m 支点高度 4.9m 梁体高度按二次抛物线变 化 主梁断面如图 2 所示 钢梁采用三箱单室变高 度 U 形断面 箱内外设置横向联系隔板 将三个单 图 4 总体有限元模型图 29

30 西南公路 支撑作用 模型采用仅具有轴向刚度的连接单元模拟 橡胶垫片 轴向刚度为橡胶垫片的抗压刚度 总体有限元模型共有实体单元 4848 个 壳单元 8080 个 橡胶垫片连接单元 2400 个 剪力钉连接单 元 600 个 计算荷载 图 5 桥面板 钢梁局部有限元模型图 1 二期恒载 该三维有限元模型使用了实体单元 壳单元和 因桥面板采用实体单元模拟 故铺装 人行道 连接单元等 混凝土桥面板采用实体单元模拟 钢 及栏杆等二期恒载均以面压力施加给桥面单元 见 箱梁顶板 腹板 底板及横隔板等均采用壳单元模 表 1 表 1 二期恒载 拟 纵向钢束采用预应力筋单元模拟 因实体单元节点仅具有三个线位移自由度 只传 递力无法传递弯矩 而壳单元节点有六个自由度 各 节点间因剪力不同而产生弯矩 则混凝土桥面板实体 单元与钢箱梁顶板壳单元存在自由度不协调问题 故 单元位置 荷载 kpa 铺装 行车道对应桥面单元 1.68 人行道及栏杆 人行道下桥面单元 4.17 管线 最外侧桥面单元 2.86 项目 模型通过在两者间建立连接单元以解决此问题 具体 2 结构整体温度变化按± 25 考虑 有以下两种连接单元 见图6 3 混凝土徐变按降温 15 考虑 4 汽车荷载采用公路 - Ⅰ级 按照 公路桥 涵设计通用规范 规定 考虑多车道汽车荷载横向 折减系数 3.2 计算结果分析 1 施工阶段桥面板应力结果 施工阶段模拟 架设钢梁 节段 1 浇筑 张拉 钢束 N1 节段 2 浇筑 张拉钢束 N2 节段 3 浇 筑 张拉钢束 N3 合拢节段 4 浇筑 张拉钢束 N4 N5 浇筑预留孔洞 钢梁落架 施工二期 图 6 桥面板与钢箱梁顶板单元连接模型图 1 剪力钉群采用连接单元模拟 该连接单 恒载 收缩徐变 各施工阶段桥面板应力计算结果见图 7 图 9 元上节点位于桥面板孔洞部分实体单元质心处 下 节点位于钢梁顶板壳单元节点处 并通过换算剪力 钉群竖向支撑和纵横向抗推刚度得到连接单元三个 方向的 Kx Ky Kz 因该单元仅有三个方向线自 由度 则传递给与之连接的壳单元也仅有力而没有 弯矩 故将该连接单元上节点与孔洞部分实体单元 下部四个节点间建立刚性连接 以保证各种效应的 有效传递 2 因剪力钉群预留孔洞为张拉完成后浇带 考虑张拉钢束过程中桥面板非孔洞部分与钢梁间无粘 结 设计时在两者间设置一层橡胶垫片 以减小张拉 张拉 N1 阶段 远离孔洞单元 σ =-3.5MPa 预留孔洞间单元 σ =-2.01MPa 张拉 N2 阶段 远离孔洞单元 σ =-7.41MPa 预留孔洞间单元 σ =-3.56MPa 张拉 N3 阶段 远离孔洞单元 σ =-11.32MPa 预留孔洞间单元 σ =-5.28MPa 过程中钢梁对桥面板的约束作用 从而减小约束作用 图 7 张拉 N1 N5 阶段中支点位置 产生的预应力损失 为考虑橡胶垫片对桥面板单元的 桥面板应力结果 拉 + 压 - 30 张拉 N4 N5 阶段 远离孔洞单元 σ =-14.47MPa 预留孔洞间单元 σ =-7.22MPa

31 漆小军 权新蕊 刘泉 蒋自强 石恒俊 钢 - 混凝土组合连续梁桥面板分析研究 汽车荷载 +1.0 升温 及降温作用 1.0 恒载 +0.7 汽车荷载 +1.0 降温 桥面板应力结果如图 12 所示 落架后中支点位置 远离孔洞单元 σ =-11.9MPa 预留孔洞间单元 σ =-4.57MPa 落架后跨中位置 远离孔洞单元 σ =-8.83MPa 预留孔洞间单元 σ =-6.59MPa 二期恒载后中支点 位置 远离孔洞单元 σ =-11.1MPa 预留孔洞间单元 σ =-3.69MPa 二期恒载后跨中 位置 远离孔洞单元 σ =-10.3MPa 预留孔洞间单元 σ =-7.63MPa 图 8 落架后及二期恒载施工后 桥面板应力结果 拉 + 压 - 汽车荷载作用下 中支点位置 σ =0.92MPa 汽车荷载作用下 跨中位置 σ =0.32MPa 图 11 汽车荷载作用下桥面板应力结果 拉 + 压 - 收缩徐变后中支点位置 远离孔洞单元 σ =-9.3MPa 预留孔洞间单元 σ =-1.9MPa 收缩徐变后跨中位置 远离孔洞单元 σ =-8.27MPa 预留孔洞间单元 σ =-0.15MPa 图 9 收缩徐变后桥面板应力结果 拉 + 压 - 综合图 7 图 9 各施工阶段桥面板应力结果 汇 桥面板单元正应力 MPa 升温作用 跨中位置 σ =3.9MPa 降温作用 中支点位置 σ =-1.85MPa 降温作用 跨中位置 σ =-3.43MPa 图 12 正常使用状态桥面板应力结果 拉 + 压 - 3 结果分析 从图 7 至图 12 可以看出 在钢梁落架前 中支 总应力变化趋势如图 10 所示 0 升温作用 中支点位置 σ =3.1MPa 6 点位置桥面板单元 随着预应力束逐阶段张拉 整 7 体压应力逐渐增加 至钢束张拉完成阶段中支点位 远离孔洞桥 面板单元 -8 预留孔洞间 桥面板单元 置桥面板单元压应力为 14.47MPa 满足规范要求 钢束张拉完成且预留孔洞内混凝土浇筑完成 后 钢梁落架 因梁体自重作用 中支点附近负弯 矩加剧 使中支点位置桥面板单元压应力减小为 -16 施工阶段 图 10 各施工阶段中支点位置桥面板 正应力变化趋势图 拉 + 压 - 2 使用阶段桥面板应力结果 11.9MPa 随 着 二 期 恒 载 的 施 加 及 收 缩 徐 变 的 作 用 中支点位置桥面板单元压应力进一步减小 至 成桥阶段中支点位置桥面板单元压应力为 9.3MPa 满足规范要求 使用阶段汽车荷载作用下桥面板应力结果如图 因桥面板预留孔洞 在钢束张拉时桥面板孔洞 11 所示 正常使用状态升温作用 1.0 恒载 +0.7 周围的单元相对于远离孔洞的单元存在应力滞后效 31

32 西南公路 应 其压应力相对较小 至钢束张拉完成阶段中支点 2 因三维实体模型需将截面离散 其结果 位置桥面板孔洞周围单元压应力为7.22MPa 钢梁落 与杆系模型存在一定差异 实体模型模拟的截面刚 架后 在梁体自重 二期恒载及收缩徐变等作用下 度较杆系模型小 实体模型桥面板中同一截面不同 桥面板孔洞周围单元压应力进一步减小 至成桥阶段 位置应力存在一定差别 应力集中现象突出 中支点位置孔洞周围单元压应力为1.9 MPa 3 通过对剪力钉群和橡胶垫片的连接单元 因预留孔洞周围压应力储备较小 在后浇孔洞 模拟可知 钢 混凝土组合连续梁采用分段浇筑并 混凝土后 孔洞部分单元中存在拉应力 同时因混 后浇剪力钉群预留孔洞的方式 能有效地对混凝土 凝土收缩徐变作用 跨中部分单元也存在拉应力 桥面板施加预应力 且钢梁不会因预应力的施加而 故设计时桥面板采用微膨胀混凝土 预留孔洞采用 产生附加应力 很好地发挥材料各自的性能 节约 微膨胀砂浆后浇 以保证先后浇筑混凝土有效粘 工程规模 提高工程质量 结 改善整个桥面板混凝土应力水平 4 结语 本文通过建立桥梁三维有限元模型 计算结果 表明结构总体受力合理 混凝土桥面板应力水平控 制适当 1 桥面板剪力钉预留孔洞附近应力较为不 4 因背景工程跨越河流 受施工条件限 制 采用了组合截面形成后一次落架的施工方案 若施工条件允许 可采取组合截面形成前后两次落 架 调整桥面板和钢梁承担自重的比例 将取得更 好效果 参考文献 [1] 聂建国. 钢 混凝土组合结构桥梁 [M]. 北京 : 人民交通出版社 利 远离孔洞位置应力结果较好 [2] 刘玉擎. 组合结构桥梁 [M]. 北京 : 人民交通出版社 上接第 27 页 本方案造型较为简洁 但桥梁高 大环境 地理 地质 水文 气象等 社会人文 度 跨度与外挂板的体量比例不太协调 近距离从 环境 城市或乡村 人口 民族 文化 历史 经 桥侧面观看 略显 头重脚轻 梁体整体美观性 济发达程度 建设工期 养护条件等 以及该工 欠佳 独立外挂板厚重 增加较多的恒载及造价 点的具体建设条件 河流 地基 两岸接线等 桥梁下部的板式桥墩遮挡桥下视线 不够通透 设计时要做到结构设计与造型方案相 融 相 采用方案 让 二者之间不可分割 脱节 经过多方案的 由于方案 1 比方案 2 更为美观 协调 工期造价 比选论证 灵活运用多种技法 并辅以三维动画 相差不大 最终采用方案 1 总体造型 + 梁体雕刻 + 效果图 实体模型等手段 最终设计出实用的 与 涂装 成桥后可结合天府大道总体装修方案 选择 环境协调美观的 经济的景观桥梁 而不是忽视桥 表面涂装 桥面栏杆灯柱 光彩照明工程等方案或 梁的基本通行功能 片面追求 特 异 甚至 组合 现该桥已施工完下部构造 正在搭架准备浇 畸形 的所谓 景观桥 筑梁体 预计将于 2013 年底建成通车 6 景观桥梁设计总结 参考文献 [1] 杨士金, 唐虎翔. 景观桥梁设计 [M]. 上海 : 同济大学出版社,2003. [2] 陈艾荣, 盛勇, 钱峰. 桥梁造型 [M]. 北京 : 人民交通出版社,2005. 景观桥梁设计要充分研究桥梁所处区域的自然 32 [3] 宋晓晖. 梁式桥景观方案实例研究 [J]. 桥梁,2011(6).

33 2013 年第 4 期 西南公路 XINANGONGLU 三高地区高速公路大跨悬索桥技术方案初探 杜桃明 刘 泉 石恒俊 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院 四川成都 摘 要 我国西部高山 高海拔 高地震烈度地区崇山峻岭 峡谷深切 地质条件复杂 这些地区大 跨悬索桥建设刚刚起步 结合我国既有山区大跨悬索桥建设成功经验 分析研究了大跨悬索桥重大技术方 案 为三高地区大跨悬索桥勘察 设计 施工提供参考 关键词 三高地区 钢桁梁 隧道锚 CFD 数值风场 中图分类号 U 文献标识码 A 三高 即高山 高海拔 高地震烈度 随着我 沪蓉高速湖北四渡河大桥 沪瑞高速贵州坝陵河大 国交通运输部和西部地区交通 十二五 发展规划 桥 长沙至重庆高速公路湖南矮寨大桥 2011 年 的逐步实施 特别是西藏 新疆 四川和云南等重 随着川藏高速汶川至马尔康段 雅安至康定高速公 点区域公路交通建设的实施 三高地区高速公路建 路的开工建设 我国三高地区高速公路建设拉开了 设将陆续开展 由于三高地区海拔高 崇山峻岭 序幕 据调查 目前三高地区大跨悬索仅一座 即 河流切割较深 多呈 V 字型 纵向沟谷与山脉 大渡河特大桥 大渡河特大桥位于雅安至康定高速 走向近于平行 形如梳状 多见悬崖峭壁 地质条 公路泸定至康定段 为主跨 1060m 单跨钢桁加劲梁 件复杂 与平原地区的桥梁建设大不相同 而三高 悬索桥 跨越大渡河 河面与高速公路高差约 地区高速公路桥梁设计受地形和高速公路线形标准 370m 目前该桥正处于设计阶段 制约 具有曲线 大纵坡 高墩 长桥等特征 在 桥型的比选上有相当的难度和复杂性 对于宽 深 2 三高地区大跨悬索桥结构特点 的峡谷 多采用大跨悬索桥一跨跨越 由于三高地 2.1 钢桁加劲梁 区高速公路建设刚刚起步 研究分析三高地区大跨 大跨度现代悬索桥一般采用钢箱加劲梁或钢桁 悬索桥技术方案 对高山 高海拔 高地震烈度 地 加劲梁 钢箱梁加劲梁一般采用流线形的扁平箱形 区深切峡谷大跨度桥梁勘察 设计 施工具有十分 截面 抗风稳定性能好 用钢量低 但箱梁的制造 重要意义 和运输条件要求高 在三高地区 工业基础薄弱 1 三高地区大跨悬索桥 不具备大型钢结构制造条件 必须在条件好的工厂 施工 需要外运 而三高地区交通不便 道路等级 悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型 主 低 常受道路塌方 冰雪气候影响 采用桁式加劲 要由大缆 桥塔 锚碇 加劲梁和吊索组成 构造简 梁可以降低运输难度 避免大件运输 另一方面 单 受力明确 由于其主要构件大缆承受拉力 材料 在高山峡谷 由于地势陡峭 谷底一般不通交通 利用效率最高 因此悬索桥是目前跨度超过 1000m时 且深度较深 加劲梁难以从待安装点直接垂直起吊 最优可选桥型之一 工程界普遍认为在 600m以上的 安装 而必须通过缆索吊机纵向运输 故此对加劲 跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力 梁的节段重量有严格要求 三高地区 大跨悬索桥 近年来 我国的高速公路逐步进入山区 山区 大跨悬索桥建设取得了一定成就 据统计 目前建 成通车的大跨悬索桥 跨度 900m 以上 有三座 即 主梁采用钢桁加劲梁是最佳选择 2.2 隧道锚碇 悬索桥的锚碇常采用重力式和隧道式锚碇两种 33

34 重 力 式 锚 适 用 于 在 各 种 地 质 条 件 下 建 造, 其 应 用 广 泛, 但 隧 道 锚 造 价 低 在 三 高 地 区, 地 质 结 构 以 岩 体 为 主, 节 理 少, 岩 体 性 能 好, 悬 索 桥 采 用 隧 道 锚 特 别 适 宜 为 充 分 利 用 地 层 岩 性 条 件, 适 应 地 形 地 势, 采 用 隧 道 式 锚 碇, 可 有 效 减 小 开 挖 量 和 混 凝 土 用 量, 节 省 投 资, 在 三 高 地 区 是 最 理 想 的 锚 碇 形 式 如 美 国 的 乔 治 华 盛 顿 大 桥 英 国 的 福 斯 大 桥 西 南 公 路 对 施 工 条 件 环 境 要 求 等 苛 刻, 多 数 在 通 车 运 营 几 年 后 桥 面 铺 装 损 坏 严 重, 不 得 不 进 行 更 换 而 采 用 设 置 纵 梁, 纵 梁 通 过 剪 力 钉 与 混 凝 土 板 结 合 组 成 叠 合 桥 面 系 是 国 内 多 数 三 区 钢 桁 梁 悬 索 桥 的 首 选, 如 湖 南 矮 寨 大 桥 湖 北 四 渡 河 大 桥 贵 州 北 盘 江 大 桥 等, 其 耐 久 性 可 以 得 到 保 证, 同 时 有 利 于 提 高 桥 梁 的 抗 风 稳 定 性 这 对 三 高 地 区 极 其 复 杂 的 地 形 条 件 和 极 其 复 杂 的 和 日 本 的 下 津 井 濑 户 等 悬 索 桥 及 我 国 的 四 渡 河 大 桥 气 候 条 件, 选 择 钢 - 混 叠 合 桥 面 系 是 首 选 矮 寨 特 大 桥 和 坝 陵 河 大 桥 的 全 部 或 一 侧 锚 碇 均 采 用 隧 道 式 锚 碇 隧 道 锚 把 围 岩 作 为 锚 碇 的 一 部 分, 共 同 承 3 抗 风 研 究 受 大 缆 的 拉 力, 具 有 突 出 的 造 价 优 势 如 美 国 的 华 盛 悬 索 桥 作 为 大 跨 径 柔 性 结 构, 属 风 敏 感 结 构, 顿 桥, 其 新 泽 西 岸 隧 道 锚 与 纽 约 岸 重 力 式 锚 混 凝 土 用 曾 发 生 风 致 桥 梁 失 稳 事 故 如 1940 年 秋, 美 国 华 盛 [1] 量 之 比 为 1:4.8; 我 国 的 四 渡 河 大 桥 宜 昌 岸 隧 道 锚 与 顿 州 的 塔 科 马 ( Tacoma) 悬 索 桥 在 19m/s 的 8 级 大 恩 施 岸 重 力 式 锚 混 凝 土 用 量 之 比 为 1:4, 土 石 开 挖 量 之 比 为 1:5 隧 道 锚 常 采 用 前 锚 式, 该 锚 固 系 统 可 靠, 与 主 体 结 构 同 寿 命, 可 减 少 维 护 工 作 量 2.3 桥 面 系 悬 索 桥 为 缆 索 支 承 体 系 桥 梁, 桥 面 系 的 重 量 对 悬 索 桥 的 主 缆 吊 索 索 鞍 的 用 量 和 锚 碇 索 塔 的 风 作 用 下 发 生 强 烈 的 风 致 振 动 - 反 对 称 扭 转 振 动, 而 导 致 桥 面 折 断 和 桥 梁 坍 塌 事 故 因 而 对 大 跨 径 悬 索 桥, 加 大 抗 风 稳 定 性 研 究 是 做 好 抗 风 设 计 的 重 要 基 础 3.1 高 山 高 原 地 区 风 场 高 山 高 原 地 区 大 跨 悬 索 桥 桥 位 一 般 位 于 高 山 峡 谷 区, 属 不 易 确 定 地 表 类 别 的 特 殊 地 形, 其 风 况 [3] 规 模 影 响 非 常 大 同 时, 桥 面 布 置 尤 其 是 中 央 分 隔 与 附 近 地 表 的 风 况 大 不 相 同 经 实 际 对 比 证 实, 峡 带 的 宽 度 对 于 主 桥 两 端 连 接 的 隧 道 形 式 和 造 价 有 决 谷 山 口 地 区, 由 于 两 岸 山 高 气 流 受 阻, 在 峡 口 定 性 影 响 因 此, 在 规 范 允 许 和 满 足 行 车 能 力 的 前 山 谷 处 形 成 风 速 区, 通 常 风 速 增 大 10% ~ 20%, 相 提 下, 选 择 合 理 的 桥 梁 横 断 面 布 置 方 案 对 于 降 低 主 应 的 风 压 增 大 20% ~ 45 %, 这 里 的 峡 谷 和 山 口 是 指 [2] 桥 以 及 两 端 接 线 的 造 价 至 关 重 要 两 岸 山 高 大 于 1.5 倍 谷 宽 的 情 况, 最 大 风 速 的 方 向 与 (1) 正 交 异 性 钢 桥 面 山 谷 的 夹 角 不 超 过 22.5, 且 沿 峡 谷 山 谷 的 上 风 采 用 纵 向 工 字 梁 与 正 交 异 性 桥 面 板 的 结 合 形 向, 距 桥 址 10 倍 山 高 范 围 内 没 有 屏 障 式 钢 纵 梁 简 支 在 主 桁 横 梁 上 弦 杆 上 桥 面 板 采 用 正 交 异 性 钢 桥 面 板, U 形 肋 加 劲 桥 面 铺 装 采 用 环 氧 沥 青 该 方 案 的 优 点 是 重 量 轻 桥 面 系 的 变 形 追 随 性 好 ; 缺 点 是 用 钢 量 大 对 桥 面 铺 装 技 术 要 求 高, 造 价 昂 贵 高 山 高 原 峡 谷 地 区, 自 然 风 经 峡 谷 发 生 的 狭 管 效 应, 导 致 自 然 风 特 性 发 生 较 大 变 化, 平 均 风 速 增 大 湍 流 强 度 大 风 攻 角 大 风 速 沿 桥 轴 线 分 布 不 均 匀, 非 平 稳 特 性 突 出, 风 速 场 空 间 分 布 复 杂 且 表 现 为 显 著 的 三 维 特 征 因 此 其 桥 梁 风 致 振 动 响 应 预 测 及 (2) 混 凝 土 桥 面 板 抗 风 措 施 研 究 将 明 显 区 别 于 其 他 地 区 的 桥 梁 采 用 纵 向 工 字 梁 与 混 凝 土 桥 面 板 的 结 合 形 式, 钢 纵 梁 简 支 在 主 桁 横 梁 上 弦 杆 上 桥 面 板 采 预 制 混 凝 土 板, 桥 面 板 通 过 接 缝 处 纵 梁 上 的 剪 力 钉 与 纵 梁 3.2 抗 风 措 施 研 究 悬 索 桥 抗 风 设 计 时, 一 般 通 过 改 变 结 构 体 系 的 刚 度 质 量 和 外 表 形 状, 或 者 提 供 被 动 主 动 或 半 相 结 合 各 跨 桥 面 板 间 采 用 桥 面 连 续 结 构, 桥 面 铺 主 动 的 制 动 力 来 减 小 结 构 的 振 动 装 采 用 改 性 沥 青 混 凝 土 该 方 案 的 优 点 是 施 工 简 (1) 结 构 措 施 单, 可 就 地 取 材, 造 价 经 济, 桥 深 的 重 力 刚 度 较 大 ; 缺 点 是 桥 面 系 恒 载 大, 主 缆 用 量 增 加 约 10% 34 综 合 比 较, 正 交 异 性 钢 桥 面 上 直 接 进 行 铺 装, 采 用 钢 - 混 叠 合 桥 面 系 增 大 恒 载, 以 增 加 主 缆 重 力 刚 度, 提 高 竖 弯 和 扭 转 频 率 悬 索 桥 颤 振 主 要 取 决 于 扭 转 频 率, 主 梁 选 用 相