预制现浇结合后张预应力混凝土槽形梁桥设计与分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 1 后张预应力混凝土槽形梁桥横断面图（单位 mm） 泰国北柳-十九溪-景开铁路复线项目沿线均为平原，其
中部分线路段上跨高速公路，为了不中断交通，铁路复线在 设计的时候采用后张预应力混凝土槽形梁桥上跨高速公路， 解决此问题。后张预应力混凝土槽形梁桥，混凝土等级 C40， 跨度为 25m，梁顶宽 6.9m，梁底宽 6.7m，梁高 2.6m，端
头 1.5m 范围为主梁加厚段，在梁端两侧主梁厚 0.55m，跨 中两侧主梁厚 0.35m，道床板厚度为 0.45m，整个桥梁为 简支梁结构，梁重约 350t。列车线路布臵在梁截面正中间。 后张预应力混凝土槽形梁桥横断面见图 1。
二、预制现浇结合后张预应力混凝土槽形梁桥设计分析 1．设计方案简述 通过计算分析，将后张预应力混凝土槽形梁横断面合理 划分为两个部分，一个为主梁部分（预制），另一个为道床板 部分（现浇）。首先在桥位附近，对划分后的主梁部分进行预 制，在预制过程中主梁侧面与道床板现浇部分连接处，采用 钢丝网作为侧模，待其混凝土强度和弹性模量满足要求后， 进行主梁底中部预应力钢束施工，然后利用吊车进行主梁安 装。在安装完第一片主梁后，立即进行临时固定，然后再进 行第二片主梁安装，待两片主梁安装完成后，在两片主梁端 头安装横向防倾覆支架，使得整个结构处于稳定状态。现浇 道床板施工采用吊架施工工艺，即在两片主梁顶设臵上横梁 吊架，利用精扎螺纹钢作为吊杆连接下横梁，在下横梁上铺 设纵向分配梁和底模，一次性进行现浇道床板施工。待道床 板混凝土强度和弹性模量满足要求后，依次进行主梁顶部预 应力钢束、道床板横向预应力钢束施工。 设计计算思路：对于槽形梁，荷载传递模式为直接作用 在道床板上，再通过道床板将荷载传递给主梁，使之共同受 力。首先根据已拟定槽形梁截面进行合理的主梁截面和道床 板截面划分，分别建立主梁、道床板的成桥模型，对其进行 恒载和活载的加载，设计验算，确定合理的主梁、道床板预 应力钢束的合理布臵。然后建立施工工况，对主梁的预应力 钢束张拉批次进行合理划分，即在预制过程中主梁仅张拉底 中部预应力钢束，使其能承受在整个槽形梁道床板现浇施工 及剩余预应力施工的临时荷载，进行设计验算，从而确定主 梁预应力相关信息。 2．泰国铁路后张预应力混凝土桥梁设计标准简介
超过
0.55
f
' ci
，受拉侧最外侧纤维应力不应超过
1.38MPa
和 0.25 fc'i 之间的较小值。设计抗弯强度值为
Mn
Asr
f
* su
d
p
1
0.6
P*
fc'
f
* su
，式中
0.95
根据 AREMA 规范要求，预应力和非预应力钢筋的纵梁
考虑偏心影响，对主梁尺寸进行拟定和划分，其形状为 I 型结构，梁高 2.6m，梁顶宽 0.7m，梁底宽 0.93m，具体 尺寸如图 3。
图 2 列车荷载 UIC-20 图示
承载能力极限状况荷载组合：1.4DL+2.33（LL+I）；正
常使用极限状况荷载组合：1.0DL+1.0（LL+I）。
承载能力极限状况荷载组合：1.4DL+1.7（LL+I）
一、工程概况 1．项目概况 泰国北柳-十九溪-景开铁路复线项目，位于泰国北柳府 和北标府之间，项目包括 97km 正线和 7.68km 连接线。铁 路设计为客货共线，单线普速铁路，列车荷载等级为 UIC-20[2]，设计时速为铁路客运时速为 160km/h，货运时 速为 120km/h，钢轨型号为 UIC54，轨距 1m。铁路复线 与既有线中心线距离约为 4~12m。 2．后张预应力混凝土槽形梁桥概况
收稿日期：2017-12-19 作者简介：易黎明（1975-），男，中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司中级工程师。
李文俊（1983-），男，硕士，中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司中级工程师。
198
中国水运
第 18 卷
泰国本地铁路后张预应力混凝土桥梁设计标准，采用的 是 AREMA（美国铁路工程协会标准）。 列车荷载 UIC-20 荷载如图 2。
冲击系数：
I
60%
，
Ls
4m
[3] ；
I
125 /
L0.5 s
%
，
4 Ls 39m ； I 20% ， Ls 39m 。式中 DL 为恒载，LL+I
为包含冲击系数的活载， Ls 为板梁跨径。
在受弯构件中，当预应力加载完成瞬间时，在因徐变和
收缩导致预应力损失前，混凝土受压区最外侧纤维应力不应
应足够多来使得在临界截面处能将混凝土的极限弯矩提升至
其开裂弯矩
M
* cr
的至少
1.2
倍。其中
Mc*r
fr f pe
Sc Md/nc Sc / Sb 1 。
预应力混凝土的受弯构件中，剪切应考虑剪切力和斜拉
应力。对于截面设计极限剪切力，由混凝土标准抗剪切强度
中图分类号：U442.5
文献标识码：A
பைடு நூலகம்
文章编号：1006-7973（2018）04-0197-03
后张预应力混凝土槽形梁桥是一种下承式桥梁结构，它 由行车道床板、主梁和端横梁等部分组成[1]，其施工工艺通 常采用就地现浇或者整体预制吊装施工，但是这些施工方法 存在桥下交通封闭、工期较长或施工成本较高等不足。该文 以在建泰国北柳-十九溪-景开铁路复线项目后张预应力混凝 土槽形梁桥为例，提出“预制+现浇”相结合的新型结构设计 施工方法，并对结构进行受力特征分析研究。
-景开铁路复线项目的项目特点，基于对后张预应力混凝土槽形梁桥的设计方法及实例进行分析，提出了预制现浇结
合后张预应力混凝土槽形梁桥的设计施工方法，并与传统的设计施工进行对比分析。通过工程实例的应用，证明了
该种设计施工方法的安全性和可行性。
关键词：后张预应力混凝土槽形梁桥；有限元分析；交通频繁；净空要求高；预制现浇结合
第 18 卷 第 4 期 2018 年 4 月
中国水运 China Water Transport
Vol.18
April
No.4 2018
预制现浇结合后张预应力混凝土槽形梁桥设计与分析
易黎明，李文俊
摘 要：为解决桥梁下方交通频繁，道路不可封闭，且桥下净空要求较高情况下的施工问题，结合泰国北柳-十九溪
中部分线路段上跨高速公路，为了不中断交通，铁路复线在 设计的时候采用后张预应力混凝土槽形梁桥上跨高速公路， 解决此问题。后张预应力混凝土槽形梁桥，混凝土等级 C40， 跨度为 25m，梁顶宽 6.9m，梁底宽 6.7m，梁高 2.6m，端
头 1.5m 范围为主梁加厚段，在梁端两侧主梁厚 0.55m，跨 中两侧主梁厚 0.35m，道床板厚度为 0.45m，整个桥梁为 简支梁结构，梁重约 350t。列车线路布臵在梁截面正中间。 后张预应力混凝土槽形梁桥横断面见图 1。
二、预制现浇结合后张预应力混凝土槽形梁桥设计分析 1．设计方案简述 通过计算分析，将后张预应力混凝土槽形梁横断面合理 划分为两个部分，一个为主梁部分（预制），另一个为道床板 部分（现浇）。首先在桥位附近，对划分后的主梁部分进行预 制，在预制过程中主梁侧面与道床板现浇部分连接处，采用 钢丝网作为侧模，待其混凝土强度和弹性模量满足要求后， 进行主梁底中部预应力钢束施工，然后利用吊车进行主梁安 装。在安装完第一片主梁后，立即进行临时固定，然后再进 行第二片主梁安装，待两片主梁安装完成后，在两片主梁端 头安装横向防倾覆支架，使得整个结构处于稳定状态。现浇 道床板施工采用吊架施工工艺，即在两片主梁顶设臵上横梁 吊架，利用精扎螺纹钢作为吊杆连接下横梁，在下横梁上铺 设纵向分配梁和底模，一次性进行现浇道床板施工。待道床 板混凝土强度和弹性模量满足要求后，依次进行主梁顶部预 应力钢束、道床板横向预应力钢束施工。 设计计算思路：对于槽形梁，荷载传递模式为直接作用 在道床板上，再通过道床板将荷载传递给主梁，使之共同受 力。首先根据已拟定槽形梁截面进行合理的主梁截面和道床 板截面划分，分别建立主梁、道床板的成桥模型，对其进行 恒载和活载的加载，设计验算，确定合理的主梁、道床板预 应力钢束的合理布臵。然后建立施工工况，对主梁的预应力 钢束张拉批次进行合理划分，即在预制过程中主梁仅张拉底 中部预应力钢束，使其能承受在整个槽形梁道床板现浇施工 及剩余预应力施工的临时荷载，进行设计验算，从而确定主 梁预应力相关信息。 2．泰国铁路后张预应力混凝土桥梁设计标准简介
超过
0.55
f
' ci
，受拉侧最外侧纤维应力不应超过
1.38MPa
和 0.25 fc'i 之间的较小值。设计抗弯强度值为
Mn
Asr
f
* su
d
p
1
0.6
P*
fc'
f
* su
，式中
0.95
根据 AREMA 规范要求，预应力和非预应力钢筋的纵梁
考虑偏心影响，对主梁尺寸进行拟定和划分，其形状为 I 型结构，梁高 2.6m，梁顶宽 0.7m，梁底宽 0.93m，具体 尺寸如图 3。
图 2 列车荷载 UIC-20 图示
承载能力极限状况荷载组合：1.4DL+2.33（LL+I）；正
常使用极限状况荷载组合：1.0DL+1.0（LL+I）。
承载能力极限状况荷载组合：1.4DL+1.7（LL+I）
一、工程概况 1．项目概况 泰国北柳-十九溪-景开铁路复线项目，位于泰国北柳府 和北标府之间，项目包括 97km 正线和 7.68km 连接线。铁 路设计为客货共线，单线普速铁路，列车荷载等级为 UIC-20[2]，设计时速为铁路客运时速为 160km/h，货运时 速为 120km/h，钢轨型号为 UIC54，轨距 1m。铁路复线 与既有线中心线距离约为 4~12m。 2．后张预应力混凝土槽形梁桥概况
收稿日期：2017-12-19 作者简介：易黎明（1975-），男，中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司中级工程师。
李文俊（1983-），男，硕士，中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司中级工程师。
198
中国水运
第 18 卷
泰国本地铁路后张预应力混凝土桥梁设计标准，采用的 是 AREMA（美国铁路工程协会标准）。 列车荷载 UIC-20 荷载如图 2。
冲击系数：
I
60%
，
Ls
4m
[3] ；
I
125 /
L0.5 s
%
，
4 Ls 39m ； I 20% ， Ls 39m 。式中 DL 为恒载，LL+I
为包含冲击系数的活载， Ls 为板梁跨径。
在受弯构件中，当预应力加载完成瞬间时，在因徐变和
收缩导致预应力损失前，混凝土受压区最外侧纤维应力不应
应足够多来使得在临界截面处能将混凝土的极限弯矩提升至
其开裂弯矩
M
* cr
的至少
1.2
倍。其中
Mc*r
fr f pe
Sc Md/nc Sc / Sb 1 。
预应力混凝土的受弯构件中，剪切应考虑剪切力和斜拉
应力。对于截面设计极限剪切力，由混凝土标准抗剪切强度
中图分类号：U442.5
文献标识码：A
பைடு நூலகம்
文章编号：1006-7973（2018）04-0197-03
后张预应力混凝土槽形梁桥是一种下承式桥梁结构，它 由行车道床板、主梁和端横梁等部分组成[1]，其施工工艺通 常采用就地现浇或者整体预制吊装施工，但是这些施工方法 存在桥下交通封闭、工期较长或施工成本较高等不足。该文 以在建泰国北柳-十九溪-景开铁路复线项目后张预应力混凝 土槽形梁桥为例，提出“预制+现浇”相结合的新型结构设计 施工方法，并对结构进行受力特征分析研究。
-景开铁路复线项目的项目特点，基于对后张预应力混凝土槽形梁桥的设计方法及实例进行分析，提出了预制现浇结
合后张预应力混凝土槽形梁桥的设计施工方法，并与传统的设计施工进行对比分析。通过工程实例的应用，证明了
该种设计施工方法的安全性和可行性。
关键词：后张预应力混凝土槽形梁桥；有限元分析；交通频繁；净空要求高；预制现浇结合
第 18 卷 第 4 期 2018 年 4 月
中国水运 China Water Transport
Vol.18
April
No.4 2018
预制现浇结合后张预应力混凝土槽形梁桥设计与分析
易黎明，李文俊
摘 要：为解决桥梁下方交通频繁，道路不可封闭，且桥下净空要求较高情况下的施工问题，结合泰国北柳-十九溪