混凝土梁桥的现状和发展趋势

混凝土梁桥的现状和发展趋势内容摘要：

（ 2）世界上首次采用混合式桥，其中钢梁 103m，重 1400t。 两侧各有过度段 ，构造 、 受力及施工均较复杂。 （ 3） 成桥过程结构体系转换次数多，而且 桥处于平坡，桥面无调平层，受温度混凝土收缩徐变影响，线形控制难度大。 本桥将于 2020 年年 中 建成。 （三） 连续刚构桥发展中的几个问题 1 边、主跨跨径比 从表 表 4 可见，边、主跨跨径比值在 ～ 之间，但 及以下者，边跨都加压重，属于特殊处理； 仅在下部为刚性墩的美国 Houston 桥上应用，超过 的也仅是少数几座桥，大部分在 ～ 之间。 经研究分析表明，边、主跨跨径比在 ～ ，或再稍大一些时，有可能在边跨悬臂端以导梁支承于边墩上，合拢边跨，而取消落地支架。 既不过多地增加预应力束，又不出现拔力。 但 两 墩壁轴力差会变得较大。 今后连续刚构边、主跨跨径比，更可能趋向于这个范围。 2 梁的截面 形式 从表 表 4 可见，在箱顶宽在 （门道桥）以下时，基本都采用单室箱。 如果顶宽更大，则往往分 上 、下行，修成双幅桥，截面为两个分离单室箱，如虎门大桥辅航道桥。 3 梁高 从表 表 4 可见，连续刚构桥箱梁根部的高跨比为 1/～ 1/，其中大部分为 1/18 左右，近年来已有一些桥达到甚至低于 1/20。 主跨中部箱梁的高跨比为 1/～ 1/86，其中大部分为 1/54～ 1/60，并有下降的趋势。 我国最小为南澳跨海大桥的 1/。 梁高跨比的下降，是上部构造趋于轻型化的表现。 建成 不久 的挪威 Stolma 桥和 Raftsundet 桥，由于跨中采用了轻质混凝土，减轻了自重，并选用了较小的跨中高度，使这两座桥无论是跨中或根部的高跨比都达到了最低值，跨中分别为 1/86和 1/，根部分别为 1/ 和 1/，值得我们 重视。 我们在设计过程中，体会到梁底按一般常用的 2 次抛物线时，往往在 L/4～ L/8截面底板混凝土应力紧张，因此在华南大桥的设计中采用 次抛物线，从而缓和了这个区域底板应力紧张情况，根部高跨比也已达到 1/20。 珠海大桥的梁底也已用 次方的抛物线。 采用幂次为 ～ 的抛物 线，已开始推广采用。 4 板厚 1）顶板 由表 表 4 可见，公路桥顶板的 最小 厚度，已由 28cm 减小为 25cm。 但进一步减小的可能已不大。 2）底板 由表 表 4 可见，底板的最小厚度多数为 32cm，少数桥用得更薄，为 225cm。 底板的最大厚度，随着设计经验的丰富，以及采用高强混凝土，有减薄的趋势。 已有几座桥，根部最大底板厚跨比达到或小于 1/200，其中以虎门大桥辅航道桥为我国最小，为 1/。 我国的连续刚构桥根部最大底板厚跨比，与跨径相似的澳大利亚两座桥相比较，都有相当的减小。 值得强调的是挪威的 Stolma 桥和 Raftsundet 桥，由于自重轻及采用高强混凝土，其最大底板厚仅分别为 105cm 和 120cm，为跨径的 1/ 和 1/，远远小于我国，足以说明采用轻质混凝土有良好的经济效益。 3）腹板 由表 表 4 可见，腹板的最小厚度一般为 40cm，个别的更小为 35cm，有的采用 50cm 或更大些。 最大厚度为 55～ 80cm，其中虎门大桥辅航道桥采用 40～60cm，比门道大桥 65～ 75cm要减小不少。 挪威的 Stolma 桥和 Raftsundet 桥，其腹板厚度仅分别为 25～ 45cm 和 30～40cm，比我国的桥都小，值得我们 注意。 箱梁板件尺寸的减小，意味着上部构造的轻型化，这是连续刚构桥发展中的又一趋势。 但 因为腹板较薄，其主拉应力的控制应特别 注意。 5 经济指标 随着上部构造的不断轻型化，经济指标不断降低，现将我们不同年代设计的几座桥的经济指标列于表 6。 几座连续刚构桥的经济指标 表 6 序号 名称 建成年 跨径(m) 钢筋(kg/m2) 钢绞线(kg/m2) 混凝土(m3/m2) 1 洛溪大桥 1988 180 129 2 华南大桥 1998 190 3 虎门大桥辅航道桥 1997 270 177 107 由表可见： （ 1）华南大桥跨径比洛溪大桥大 10m，其梁高、底腹板厚均比洛溪大桥小，混凝土指标减少 21%，钢筋指标减少 29%，钢绞线指标减少 8%。 必须强调的是，洛溪大桥的设计采用大吨位束，当时在设计上是先进的，指标是优越的。 能在此基础上把混凝土指标进一步减小 20%以上，是非常不易的，充分说明了设计水平的提高和轻型化的经济效益。 （ 2）虎门大桥辅航道桥跨径比洛溪大桥增大 50%，而混凝土指标仅增大 %，说明该桥设计是先进的。 6 边跨的合拢方式 连续刚构桥的上部构造，极大多数采用挂篮悬浇。 合拢的顺序基本都是先边 跨，后中跨，仅南昆铁路清水河桥，采用先中跨、后边跨的合拢顺序。 边跨的合拢方式有以下几种： 1）落地支架方式 在落地支架上浇筑合拢段，合拢边跨。 这是大多数连续刚构桥采用的方法。 在高墩的情况下，落地支架 费时 费材费力，如果支架搭在水中，难度更大，需探索不用落地支架的途径，这是连续刚构桥发展的必然趋势。 2）导梁方式 在边跨悬臂端架设导梁，支承在边墩上，在导梁上挂模板浇筑合 拢段。 a）主跨小于 120m 时，挂篮前推，浇筑合拢 b）主跨大于 120m 时，用导梁浇筑合拢 图 8 导梁上合拢边跨 为取消落地支架进行探索，结果发现当边、主跨跨径比在 ～ 时，边跨支点在任何荷载工况下，总保留有足够的压力，而不出现拉力，因此有可能利用导梁，合拢边跨，而又不过多增加预应力束。 这个设想，已经在跨径 106m 的太平大桥（边跨 59m）以及跨径 120m（边跨 66m）的金沙大桥中实现，合拢情况良好，取消了落地支架，深受施工部门欢迎。 3）与引桥的悬臂连接合拢 这是取消落地支架的又一 种方式。 我国的沅陵沅水大桥，主跨 140m，边跨 85m。 其引桥为跨径 42m 的顶推连续梁桥，按（ 9 42m） +（ 42+）设两联，其间设有伸缩缝，由预应力束临时连接，顶推就位后解体，悬臂的 与连续刚构悬臂空中固结，形成85+140+85+42m的连续刚构，缩短了工期，节省了投资。 澳大利亚的门道桥，边跨的刚构悬臂与引桥的悬臂在距边墩 16m处连接。 该连接装置为内设钢箱，有盆式滑动支座与刚构与引桥相连，可以传递剪力及一定的弯矩，但不能传递轴向力和不能约束轴向变位（见图 1）。 （ 四 ） 连续刚构的发展趋 势 综上所述，可以概括几个发展趋势： 1 上部构造 的 轻型化 结构的轻型化，可以减少上下部构造的自重和材料用量，可以减轻对挂篮的要求，可以经济造价。 由于采用大吨位锚具、高强混凝土，上部构造轻型化，这也是连续刚构桥的发展方向。 减轻跨中区段的自重，对于特大跨径梁桥，尤其有重要的意义，挪威 Stolma 桥和 Raftsundet 桥跨中主梁采用轻质混凝土，我国石板 坡 长江大 桥跨中区段采用较轻的钢梁，都是值得借鉴的措施。 2 预应力束的布置 采用大吨位束，平弯锚固在肋腋部位，可减小顶板厚度，由受力而不是布束控制设计。 平弯与 竖弯相结合，即在平弯的同时竖弯，可以减小摩阻损失。 3 取消边跨合拢的落地支架 采用合适的边、主跨比，在导梁上合拢边跨，或与引桥的悬臂相连接来实现合拢。 在高墩的场合下，取消落地支架有一定的经济效益，缩短了工期。 4 连续刚构的合理跨径 鉴于不少特大跨径的预应力混凝土连续刚构中存在跨中下挠 及梁开裂的病害，以及部分（矮塔）斜拉桥的兴起，因此连续刚构的跨径一般不宜超过 200m。 即使在跨径 150m 左右时，也宜作方案比 较，确定桥型。 有关大跨径梁桥病害及防止措施，请见 参考文献 [8]。 五 、 桁架梁 最著名的是跨 径 183m的澳大利亚 Rip 桥，为带挂梁的桁架 T 构，外形像拱，节间长度 ，悬拼施工，然后安装挂梁。 另一座著名的桁架连续梁，是前苏联的伏尔加河桥，跨径 106+3 166+106m，桥宽。