CN112900274A - 适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面及施工方法，用以解决小边跨连续刚构桥由于边跨与中跨的自重和长度关于桥墩不对称产生的不平衡弯矩。本发明通过调整边跨与中跨分箱底板的有无、边跨顶板与底板的不同厚度、边跨竖向腹板的高度与厚度和在中跨中央施加预顶力等措施，维持桥墩“零”弯矩状态，使混凝土连续刚构桥在小边跨情况下继续得以应用，继续发挥混凝土桥梁经济、耐久的优点，可以达到良好的经济效益。

Description

适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，具体涉及一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面及施工方法。

背景技术

预应力混凝土连续刚构桥具有工程造价低、后期运营维护费用低和耐久性好的优点，由于其较好的经济性,在桥梁领域内得以广泛应用。

常规连续刚构桥边跨长度和中跨长度比例L₁/L和L₂/L一般在[0.55～0.6]区间，超出本区间范围后，必须采取措施方能确保结构安全。

跨越江河通道作为一种资源属于稀缺资源，航道等级规划对河道的利用要求也在逐年提高，导致拟建桥梁必须兼顾满足远期高等级航道规划的更宽净宽和更高净高要求。

受地理位置限制,桥梁跨度规模一般为固定值,跨越远期高等级航道后将使中跨长度增大，剩下的边跨长度减小，导致之前常规边中跨比桥梁退化成小边跨甚至无边跨的超限超规桥梁。小边跨连续刚构桥由于边跨与中跨的自重和长度关于桥墩不对称会产生不平衡弯矩，如果弯矩过大，超出桥墩的承载力，有时会放弃这一桥型。

为能将经济、适用且耐久的混凝土连续刚构桥在小边跨情况下继续得以应用，因此，迫切需要一种维持桥墩“零”弯矩或小弯矩状态的工程措施来解决上述问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面及施工方法，使混凝土连续刚构桥在小边跨情况下继续得以应用。

本发明采用的技术方案是：一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面，包括单箱多室断面边跨段、多箱多室断面中跨段、墩顶段、桥墩和基础,其特征在于：所述单箱多室断面边跨段一端通过墩顶段与多箱多室断面中跨段连接，另外一端搁置在基础上；所述多箱多室断面中跨段设置在中间，两端分别与对应端的墩顶段连接；所述墩顶段下端与桥墩相连，所述墩顶段一端与单箱多室断面边跨段连接，另一端与多箱多室断面中跨段连接；所述桥墩下端与基础相连，上端与墩顶段连接；所述基础嵌入大地中并固结为一体。

作为优选，所述单箱多室断面边跨段包括边跨箱梁顶板、边跨箱梁竖向腹板、边跨箱梁底板和边跨箱梁分箱底板，所述边跨箱梁顶板位于断面最上侧，所述边跨箱梁底板位于断面最下侧，所述边跨箱梁顶板与边跨箱梁底板之间设有边跨箱梁竖向腹板；相邻所述边跨箱梁竖向腹板上端通过边跨箱梁顶板进行连接，相邻所述边跨箱梁竖向腹板下端通过边跨箱梁底板和边跨箱梁分箱底板进行间隔连接。

作为优选，所述多箱多室断面中跨段包括中跨箱梁顶板、中跨箱梁竖向腹板和中跨箱梁底板，所述中跨箱梁顶板位于断面最上侧，所述中跨箱梁底板位于结构断面最下侧，所述中跨箱梁顶板与中跨箱梁底板之间设有中跨箱梁竖向腹板；相邻所述中跨箱梁竖向腹板上端通过中跨箱梁顶板进行连接，相邻所述中跨箱梁竖向腹板下端通过中跨箱梁底板进行间断连接。

本发明的一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、将基础嵌固于大地上；

2)、在基础上安装桥墩，将桥墩的下端固接于基础上；

3)、在桥墩的上端安装墩顶段并与之固接；

4)、将单箱多室断面边跨段和多箱多室断面中跨段进行节段划分，多箱多室断面中跨段划分为2n+1个节段，单箱多室断面边跨段划分为n个节段，确定每个节段的纵向长度和每个节段重心距离桥墩中心线的距离；

5)、按中跨断面拟定中跨主梁断面，并计算中跨各节段重量GSi(i＝1，……，n)；

6)、按边跨断面拟定边跨主梁断面，并计算边跨各节段重量GCi(i＝1，……，n)；

7)、按桥墩“零”弯矩原则：

GSi×Si≥GCi×Ci(i＝1，……，n)且

其中：边跨节段重心至桥墩中心线的距离Si(i＝1，……，n)，中跨节段重心至桥墩中心线的距离Ci(i＝1，……，n)配置各节段的重量GSi；

8)、利用悬臂挂篮系统，关于桥墩对称逐段施工主梁节段GSi(i＝1，……，n)，直到即将合龙状态；

9)、计算成桥后二期恒载和活载对桥墩的不平衡弯矩；

10)、在边跨合龙前，在中跨中央利用千斤顶施加预顶力，预顶力对桥墩产生的弯矩为1倍二期恒载和1/2倍活载对桥墩产生的相反弯矩；

11)、进行结构边跨主梁和中跨主梁合龙；

12)、待中跨合龙段弹性模量和强度值达到设计强度后进行释放千斤顶预顶力；

13)、进行桥面附属结构施工，完成桥梁竣工验收。

作为优选，所述步骤7)中，一旦确定完节段长度，就需要调整边跨自重GSi(i＝1，……，n)，调整措施有：增加边跨箱梁顶板厚度、增加边跨箱梁底板厚度及增加边跨箱梁竖向腹板高度和厚度，以及调整确认有无边跨箱梁分箱底板。

本发明取得的有益效果是：利用单箱多室断面边跨段和多箱多室断面中跨段的不同的箱梁竖向腹板(边跨箱梁竖向腹板和中跨箱梁竖向腹板)高度和厚度，来解决桥梁边跨与中跨主梁节段自重关于桥墩的不平衡情况，维持施工过程中桥墩“零”弯矩状态；利用单箱多室断面边跨段和多箱多室断面中跨段有无分箱梁分箱底板，来解决桥梁边跨与中跨主梁节段自重关于桥墩不平衡情况，维持施工过程中桥墩“零”弯矩状态；利用单箱多室断面边跨段和多箱多室断面中跨段沿桥纵向的节段长度，来解决桥梁边跨与中跨主梁节段自重关于桥墩不平衡情况，维持施工过程中桥墩“零”弯矩状态；在边跨合龙前在中跨中央施加预顶力，用以解决桥梁二期恒载和汽车荷载产生关于桥墩不平衡弯矩，维持运营阶段中桥墩“零”弯矩状态。

本发明解决边中跨长度比例超限带来的边中跨自重不对称带来的不平衡弯矩问题，保证了在施工过程和运营阶段中桥墩“零”弯矩状态；采用主梁断面形式和悬臂节段长度划分使得边中跨比超限的小跨度边跨连续刚构桥得以继续推广使用，充分发挥了混凝土桥梁经济、耐久的优点，可以达到良好的经济效益。

附图说明

图1为边中跨比例超限的刚构桥立面布置图；

图2为主梁节段划分图

图3为桥墩“零”弯矩力学原理图；

图4为边跨主梁横断面图；

图5为中跨主梁横断面图；

图6为悬臂浇筑主梁施工示意图；

图中：1、边跨箱梁顶板；2、边跨箱梁竖向腹板；3、主边跨箱梁底板；4、边跨箱梁分箱底板；5、中跨箱梁顶板；6、中跨箱梁竖向腹板；7、中跨箱梁底板；A、单箱多室断面边跨段；B、多箱多室断面中跨段；C、墩顶段；D、桥墩；E、基础；F、悬臂挂篮系统；L1/L2、刚构桥两边跨跨度长；H1/H2、两边跨箱梁高度；L、中跨跨度；H、中跨箱梁高度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面，包括单箱多室断面边跨段A、多箱多室断面中跨段B、墩顶段C、桥墩D和基础E,单箱多室断面边跨段A一端通过墩顶段C与多箱多室断面中跨段B连接，另外一端搁置在基础E上；多箱多室断面中跨段B设置在中间，两端分别与对应端的墩顶段C连接；墩顶段C下端与桥墩D相连，墩顶段C一端与单箱多室断面边跨段A连接，另一端与多箱多室断面中跨段B连接；桥墩D下端与基础E相连，上端与墩顶段C连接；基础E嵌入大地中并固结为一体。

结合图4所示，单箱多室断面边跨段A包括边跨箱梁顶板1、边跨箱梁竖向腹板2、边跨箱梁底板3和边跨箱梁分箱底板4，边跨箱梁顶板1位于断面最上侧，边跨箱梁底板3位于断面最下侧，边跨箱梁顶板1与边跨箱梁底板3之间设有边跨箱梁竖向腹板2；相邻边跨箱梁竖向腹板2上端通过边跨箱梁顶板1进行连接，相邻边跨箱梁竖向腹板2下端通过边跨箱梁底板3和边跨箱梁分箱底板4进行间隔连接(即：相邻三块边跨箱梁竖向腹板，中间一块与其中一块通过边跨箱梁底板3连接，中间一块与另一块通过边跨箱梁分箱底板4连接)。

结合图5所示，多箱多室断面中跨段B包括中跨箱梁顶板5、中跨箱梁竖向腹板6和中跨箱梁底板7，中跨箱梁顶板5位于断面最上侧，中跨箱梁底板7位于结构断面最下侧，中跨箱梁顶板5与中跨箱梁底板7之间设有中跨箱梁竖向腹板6；相邻中跨箱梁竖向腹板6上端通过中跨箱梁顶板5进行连接，相邻中跨箱梁竖向腹板6下端通过中跨箱梁底板7进行间断连接(即：邻三块中跨箱梁竖向腹板，中间一块与其中一块通过中跨箱梁底板7连接，中间一块与另一块不连接)。

本发明的一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、将基础E嵌固于大地上；

2)、在基础E上安装桥墩D，将桥墩D的下端固接于基础E上；

3)、在桥墩D的上端安装墩顶段C并与之固接；

4)、按照图2所示，将单箱多室断面边跨段A和多箱多室断面中跨段B划分为多个节段，多箱多室断面中跨段B划分为2n+1段，单箱多室断面边跨段A划分为n段，明确各节段的长度并明确每节段纵向长度和距离桥墩中心线的距离；

5)、按照图3所示，中跨断面拟定中跨主梁断面，并计算中跨各节段重量GCi(i＝1，……，n)；

6)、按照图4所示，按边跨断面拟定边跨主梁断面，并计算边跨各节段重量GSi(i＝1，……，n)；

7)、如照图5所示，根据桥墩“零”弯矩原则：

GSi×Si≥GCi×Ci(i＝1，……，n)且

其中：边跨节段重心至桥墩中心线的距离Si(i＝1，……，n)，中跨节段重心至桥墩中心线的距离Ci(i＝1，……，n)如图3所示，配置各节段的重量GSi；一旦确定完节段长度，就需要调整边跨自重GSi(i＝1，……，n)，调整措施有：增加边跨箱梁顶板厚度1、增加边跨箱梁底板3厚度及增加边跨箱梁竖向腹板2高度和厚度，以及调整确认有无边跨箱梁分箱底板4；

8)、如图6所示，利用悬臂挂篮系统F，关于桥墩对称逐段施工主梁节段GSi(i＝1，……，n)，直到即将合龙状态；

9)、计算成桥后二期恒载和活载对桥墩的不平衡弯矩；

10)、在边跨合龙前，在中跨中央利用千斤顶施加预顶力，预顶力对桥墩产生的弯矩为1倍二期恒载和1/2倍活载对桥墩产生的相反弯矩；

11)、进行结构边跨主梁和中跨主梁合龙；

12)、待中跨合龙段弹性模量和强度值达到设计强度后进行释放千斤顶预顶力；

13)、进行桥面附属结构施工，完成桥梁竣工验收。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面，包括单箱多室断面边跨段(A)、多箱多室断面中跨段(B)、墩顶段(C)、桥墩(D)和基础(E),其特征在于：所述单箱多室断面边跨段(A)一端通过墩顶段(C)与多箱多室断面中跨段(B)连接，另外一端搁置在基础(E)上；所述多箱多室断面中跨段(B)设置在中间，两端分别与对应端的墩顶段(C)连接；所述墩顶段(C)下端与桥墩(D)相连，所述墩顶段(C)一端与单箱多室断面边跨段(A)连接，另一端与多箱多室断面中跨段(B)连接；所述桥墩(D)下端与基础(E)相连，上端与墩顶段(C)连接；所述基础(E)嵌入大地中并固结为一体；

所述单箱多室断面边跨段(A)包括边跨箱梁顶板(1)、边跨箱梁竖向腹板(2)、边跨箱梁底板(3)和边跨箱梁分箱底板(4)，所述边跨箱梁顶板(1)位于断面最上侧，所述边跨箱梁底板(3)位于断面最下侧，所述边跨箱梁顶板(1)与边跨箱梁底板(3)之间设有边跨箱梁竖向腹板(2)；相邻所述边跨箱梁竖向腹板(2)上端通过边跨箱梁顶板(1)进行连接，相邻所述边跨箱梁竖向腹板(2)下端通过边跨箱梁底板(3)和边跨箱梁分箱底板(4)进行间隔连接；

所述多箱多室断面中跨段(B)包括中跨箱梁顶板(5)、中跨箱梁竖向腹板(6)和中跨箱梁底板(7)，所述中跨箱梁顶板(5)位于断面最上侧，所述中跨箱梁底板(7)位于结构断面最下侧，所述中跨箱梁顶板(5)与中跨箱梁底板(7)之间设有中跨箱梁竖向腹板(6)；相邻所述中跨箱梁竖向腹板(6)上端通过中跨箱梁顶板(5)进行连接，相邻所述中跨箱梁竖向腹板(6)下端通过中跨箱梁底板(7)进行间断连接。

2.一种适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、将基础(E)嵌固于大地上；

2)、在基础(E)上安装桥墩(D)，将桥墩(D)的下端固接于基础(E)上；

3)、在桥墩(D)的上端安装墩顶段(C)并与之固接；

4)、将单箱多室断面边跨段(A)和多箱多室断面中跨段(B)进行节段划分，多箱多室断面中跨段(B)划分为2n+1个节段，单箱多室断面边跨段(A)划分为n个节段，确定每个节段的纵向长度和每个节段重心距离桥墩中心线的距离；

5)、按中跨断面拟定中跨主梁断面，并计算中跨各节段重量GSi(i＝1，……，n)；

6)、按边跨断面拟定边跨主梁断面，并计算边跨各节段重量GCi(i＝1，……，n)：

7)、按桥墩“零”弯矩原则：

GSi×Si≥GCi×Ci(i＝1，……，n)且

其中：边跨节段重心至桥墩中心线的距离Si(i＝1，……，n)，中跨节段重心至桥墩中心线的距离Ci(i＝1，……，n)配置各节段的重量GSi；

8)、利用悬臂挂篮系统(F)，关于桥墩(D)对称逐段施工主梁节段GSi(i＝1，……，n)，直到即将合龙状态；

9)、计算成桥后二期恒载和活载对桥墩的不平衡弯矩；

10)、在边跨合龙前，在中跨中央利用千斤顶施加预顶力，预顶力对桥墩产生的弯矩为1倍二期恒载和1/2倍活载对桥墩产生的相反弯矩；

11)、进行结构边跨主梁和中跨主梁合龙；

12)、待中跨合龙段弹性模量和强度值达到设计强度后进行释放千斤顶预顶力；

13)、进行桥面附属结构施工，完成桥梁竣工验收。

3.根据权利要求2所述的适应小边跨混凝土连续刚构桥的组合断面的施工方法，其特征在于：所述步骤7)中，一旦确定完节段长度，就需要调整边跨自重GSi(i＝1，……，n)，调整措施有：增加边跨箱梁顶板厚度(1)、增加边跨箱梁底板厚度(3)及增加边跨箱梁竖向腹板(2)高度和厚度，以及调整确认有无边跨箱梁分箱底板(4)。

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