预应力混凝土桥梁的加宽方法

预应力混凝土桥梁的加宽方法

编译 朱建强,张贵婷

(河南省交通规划勘察设计院,河南郑州450052)

摘　要:阐述箱形梁撑杆加宽法和梁撑杆加宽法在预应力混凝土桥梁规划、设计及既有桥加宽中的具体应用。两种方法能方便地对预应力混凝土桥梁实施加宽,使其适应未来交通量增长的需要。

关键词:预应力混凝土桥;箱形梁;工形梁;支撑杆;体外预应力;桥梁改建中图分类号:U445.6

文献标识码:A

文章编号:1671-7767(2006)02-0061-03

收稿日期:2006-02-14

编译者简介:朱建强(1972-),男,工程师,1994年毕业于湖南大学土木系道桥专业,工学学士。

1　概　述

随着社会经济的快速发展,交通量迅猛增加,许多既有桥梁的宽度已不能适应新的交通量的需要,这就需要将既有桥加宽,或在规划、设计新桥时,需要预先考虑桥梁未来加宽的可能性。本文介绍的箱

形梁撑杆加宽法(Strutted BoxW ideningMethod,S B 2WM )和梁撑杆加宽法(Strutted Girder W Method,SG WM )为预应力混凝土桥梁的加宽提供

了一种投资少、施工方便的方法。2　箱形梁撑杆加宽法

箱形梁撑杆加宽方法可使2车道预应力混凝土节段桥或其它预应力混凝土箱形梁桥在任何时间方便地加宽为3车道或4车道桥梁。采用S BWM 设计的桥梁,可以分为图1所示的3个阶段加宽,即阶段1:2车道+路肩;阶段2:3车道+路肩;阶段3:4车道+路肩。

在初始阶段,桥梁宽度可建成2个宽3.66m 的行车道加各宽3.05m 的路肩。当交通量增长时,可将桥梁加宽为3车道加路肩宽度,随着交通量的继续增长,在规划远期里,可进一步将桥梁加宽为4车道加路肩的宽度。桥面宽度可从第1阶段的14.33m 加宽为第2阶段的17.99m ,直至第3阶段

的21.65m 。

S BWM 因其高度的灵活性而成为一种非常有吸引力的预应力混凝土桥梁加宽的方法。当交通量增长到需要加宽桥梁时,可随时实施加宽。如果交通量增长速度没有预测的快,可推迟加宽时间直至必要时。如交通量增长得比预期的快,桥梁可从2车道直接加宽为4车道(不需要经过3

车道的中间阶

图1　逐跨分段预制箱形梁桥加宽断面

段)。在桥梁使用期末,桥梁宽度可以是2车道、3

车道或4车道。

理论上说,S BWM 相当简单明确。在第2阶段,安装体外受压撑杆加宽桥面,并安装、张拉增加的横向体内预应力束和纵向体外预应力束。同样,可从第2阶段加宽到第3阶段,桥面板通过悬臂再次拓宽,再次安装、张拉增加的横向体内预应力束和纵向体外预应力束。

S BWM 桥梁的主要优点为:①桥梁加宽具有高

度的灵活性。在桥梁100年的设计年限内,车道数是未来交通量的函数。②桥梁结构具有高效性。为了使通行能力增加100%,上部结构抗弯和抗剪能力需增加25%左右。③投资少。与建设另外的大跨径主桥的费用相比,S BWM 使桥梁的通行能力翻倍,而增加的投资则可大幅度地降低。

3　梁撑杆加宽法

梁撑杆加宽法(SG WM )是上述箱形梁撑杆加宽法的特例。SG WM 同样能非常容易地在未来将2车道的预应力混凝土梁桥设计、改造为3车道、4车道桥梁,可在不增加额外的下部结构及基础的情况下,使加宽后的桥梁的通行能力增加1倍。

采用SG WM 加宽工形梁的步骤同采用S BWM 加宽箱形梁的步骤类似,即首先安装外部撑杆和加宽部分的桥面板,然后安装并张拉横向体内预应力束和纵向体外预应力束。采用SG WM 分阶段加宽梁桥的断面如图2所示

。

图2　工形梁桥加宽断面

图1、图2中3个加宽阶段的车道布置和桥面

宽度分别完全相同,无论是箱形梁还是工形梁都可以采用S BWM 或SG WM 设计为未来可以加宽的桥梁,既有桥也可采用此种方法进行加宽,使其通行能力翻倍。

采用SG WM 加宽既有桥主要优点是无需增加下部结构工程,既可避免水下作业,如修建下部结构施工用的围堰,也不必修建运送加宽部分梁的水上便桥等。SG WM 的另一个优点是可以保持既有线路不变,而传统的方法则需要将线路中线偏移,在既有桥两侧加宽,这就需要在桥梁的两侧施工新的水中基础、架设新的主梁,使投资费用翻番。4　箱形梁撑杆加宽法的应用4.1　整体布置

以一座逐跨分段预制施工的8跨等截面箱形梁

桥为例,说明S BWM 的具体设计方法。桥孔布置如

图3所示,跨径8×45m ,全桥长360m 。桥梁共分两联,每联4跨,在P 4墩墩顶和桥台处设伸缩缝,在每联中间墩(P 2墩和P 6墩)设固定支座,其余墩顶均设滑动支座

。

图3　8跨逐跨分段预制箱形梁桥桥孔布置

桥梁箱形梁断面如图1所示,梁高2.8m ,跨高比16,支撑角24°。撑杆采用<300mm 钢管,杆端设端板,支撑在预留的混凝土座垫上形成框架,荷载直接从桥面外侧纵向三角形T 构传递至箱形梁底板。每跨分14个长3m 的标准段,通过宽15c m 的现浇湿接缝和长2.7m 的墩顶段相连。撑杆间距均为3m ,且设在每一浇筑单元的相同位置,可简化浇筑工序。施工顺序从桥梁一端至另一端逐跨施工。4.2　纵向预应力

在第2、第3阶段,每跨分别需设置2束12

15钢绞线。钢绞线束固定在变向板上,并锚固在墩台横隔板上。每一腹板设置5束体内预应力束,腹板束锚固齿板设在墩台顶横隔板与变向板间的梁体内。每一腹板还要另设4束体外束,在第1阶段设2束

19

15钢绞线。可用19根1束的钢绞线代替12根1束的

钢绞线作为未来意外事故的备用束。应合理地选择

钢绞线束的竖向位置,使钢绞线束的竖向分力能抵抗第3阶段增加的剪力,从而减小腹板的厚度。4.3　横向分析

带压力撑杆的箱形梁桥的横向分析应采用折板结构理论。用常规的平面杆系分析该箱形梁桥来估算折板结构的结果是危险的。尽管两种方法计算的剪力和弯矩基本一致,但得出的轴力却完全不同。

图4示出3个施工阶段自重引起的横向弯矩和轴力。从图中可看出,两腹板间的顶、底板正负弯矩在3个受力阶段基本保持不变。第2阶段增加的压力撑杆使原来的悬臂板有了支承,并在压力撑杆附近产生正弯矩。第3阶段增加的悬臂板产生负弯矩,抵消了一部分正弯矩。随着压力撑杆在第2、3阶段分担轴力的增加,桥面板的轴向拉力也得到增加。

在每3m 长标准节段内设置8束横向预应力钢

绞线,其中在第1、第2阶段分别张拉2束4

15钢