1、2017年合肥公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)研討會(huì) 廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 萬志勇 二0一七年四月七日,廣東羅信高速組合鋼板梁設(shè)計(jì),2,匯報(bào)內(nèi)容,一、概述,1.1、項(xiàng)目簡(jiǎn)況 羅信高速為四車道高速公路，路線總長(zhǎng)129.8km，是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的“48聯(lián)”，即 云浮羅定至茂名信宜（粵桂界）高速公路，是“縱9線”懷集至陽江海陵島高速與“縱10線”包茂國(guó)家高速公路粵境段之間的一條聯(lián)絡(luò)線，往西對(duì)接廣西規(guī)劃的浦北至北流（清灣）高速公路，是珠江三角地區(qū)通往廣西新增加的一條出省通道。 項(xiàng)目分三個(gè)設(shè)計(jì)合同段， 設(shè)計(jì)單位分別為公規(guī)院、廣東省院、安徽省院，其中廣東省院為總體設(shè)計(jì)單位。同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院為鋼橋?qū)ｍ?xiàng)

2、咨詢單位。,3,4,項(xiàng)目設(shè)計(jì)期間，恰逢國(guó)務(wù)院關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見國(guó)發(fā)20166號(hào)、交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的指導(dǎo)意見交公路發(fā)2016115號(hào)文件發(fā)布，依據(jù)文件精神廣東省交通運(yùn)輸廳及省交通集團(tuán)，要求項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位依據(jù)項(xiàng)目工程特點(diǎn)，分析比選鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案。,1.2、應(yīng)用背景,一、概述,5,經(jīng)初步設(shè)計(jì)評(píng)審及定測(cè)驗(yàn)收評(píng)審，選定了廣東省院、安徽省院設(shè)計(jì)合同段的高臺(tái)大橋、老屋村大橋試點(diǎn)采用 40m跨鋼板組合梁 。 高臺(tái)大橋：橋長(zhǎng)648m，跨徑組合17x40m(左幅)/15x40m(右幅)，最大墩高68m。老屋村大橋：橋長(zhǎng)448m，跨徑組合11x40m。,一、概述,1.3、應(yīng)

3、用橋梁概況,6,高臺(tái)大橋橋型布置圖,橋面縱坡無變化，均為-2.5%,橋面橫坡變化范圍-4%3%,一、概述,1.3、應(yīng)用橋梁概況,7,匯報(bào)內(nèi)容,8,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析,本項(xiàng)目為山區(qū)高速公路、中等跨徑的橋梁比例高，因此鋼結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用方向，就選擇了中等跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)。在進(jìn)一步的比選中，按照橋梁設(shè)計(jì)16字原則進(jìn)行：,9,依據(jù)相關(guān)研究資料，對(duì)于中等跨徑橋梁，鋼混組合結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。,鋼板組合梁適用范圍為35130m，經(jīng)濟(jì)范圍為4090m 鋼箱組合梁適用范圍為50150m，經(jīng)濟(jì)范圍為70120m,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析,10,鋼混組合梁類型比選,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁

4、應(yīng)用方案分析,11,組合鋼板梁橋在國(guó)外的發(fā)展中，通過減少主梁數(shù)量，降低工程費(fèi)用，提高橋梁的耐久性、降低維護(hù)管理費(fèi)用，使其更顯優(yōu)勢(shì)，從而得到廣泛應(yīng)用。,組合鋼板梁發(fā)展,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析,12,組合鋼板梁應(yīng)用圖片,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析,13,組合鋼板梁應(yīng)用圖片,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析,14,40、60m跨徑組合鋼板梁與40m預(yù)應(yīng)力砼T梁造價(jià)對(duì)比分析（含上下部）,二、鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用方案分析,組合鋼板梁橋經(jīng)濟(jì)性分析,15,匯報(bào)內(nèi)容,16,組合鋼板梁橋結(jié)構(gòu)總體安全性分析 組合鋼板梁橋面板抗裂措施分析 組合鋼板梁橋施工方案分析,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),本節(jié)主要內(nèi)容：,17,汽車荷載分析：

5、組合鋼板梁橋在國(guó)內(nèi)缺少實(shí)橋使用經(jīng)驗(yàn)，且國(guó)內(nèi)車輛超載情況突出。咨詢單位同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院在云茂高速公路項(xiàng)目鋼板組合梁橋施工圖設(shè)計(jì)方案審查咨詢報(bào)告中提出了相應(yīng)的驗(yàn)算荷載。 該驗(yàn)算荷載參考了2016年我院與同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的廣東省云梧高速預(yù)制梁橋獨(dú)柱墩在實(shí)際車輛荷載下的安全性研究，該報(bào)告對(duì)省內(nèi)7條高速近期實(shí)際通行車輛荷載，進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及可靠度分析。 結(jié)構(gòu)類比： 將組合鋼板梁上部結(jié)構(gòu)，與同跨徑成熟的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全度對(duì)比分析。,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),3.1 組合鋼板梁橋結(jié)構(gòu)總體安全性分析,18,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),3.1.1 主梁的構(gòu)造尺寸,19,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),3.1.1 主梁的構(gòu)造尺寸,2

6、0,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),鋼結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力,豎向撓度,砼主拉應(yīng)力,成橋階段結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)力計(jì)算,3.1.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算(整體計(jì)算),21,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),豎向撓度,砼主拉應(yīng)力,規(guī)范荷載下結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)力計(jì)算,鋼Mises應(yīng)力,鋼Mises應(yīng)力,3.1.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算(整體計(jì)算),22,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),驗(yàn)算荷載下結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)力計(jì)算,3.1.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算(整體計(jì)算),鋼結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力,豎向撓度,砼主拉應(yīng)力,23,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),考慮到組合鋼板梁為新型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)安全度參考成熟的40m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。通過計(jì)算對(duì)比分析，在規(guī)范荷載下，控制應(yīng)力在約160MPa時(shí)，與40mT梁安全度大致相當(dāng)

7、。,鋼板組合梁、與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全度對(duì)比,3.1.3 結(jié)構(gòu)安全度對(duì)比分析,24,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),3.2 組合鋼板梁橋面板抗裂措施分析,墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,橋面板橫向抗裂分析,25,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),成橋狀態(tài)混凝土橫橋向應(yīng)力 （頂面） （底面）,橋面板設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力，成橋階段頂面有9MPa的橫橋向壓應(yīng)力，跨中底面有10MPa的橫橋向壓應(yīng)力。,3.2.1 橋面板橫向抗裂分析,26,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),（頂面）,（底面）,3.2.1 橋面板橫向抗裂分析,驗(yàn)算荷載作用下混凝土橋面板橫橋向應(yīng)力,在驗(yàn)算荷載作用下，運(yùn)營(yíng)階段頂面有2MPa的橫橋向壓應(yīng)力，跨中底面有1.5MPa的橫橋向拉應(yīng)力

8、。,27,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),重點(diǎn)對(duì)以下抗裂措施進(jìn)行了分析： 措施一：設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束 措施二：負(fù)彎矩區(qū)采用超高性能混凝土（UHPC） 措施三：跨中壓重（支座頂升） 措施四：加強(qiáng)配筋、控制裂縫寬度,3.2 組合鋼板梁橋面板抗裂措施分析,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,28,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),措施一：設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束,28,預(yù)應(yīng)力與非預(yù)應(yīng)力對(duì)比：預(yù)應(yīng)力組合鋼板梁耐久性略優(yōu)；設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，增加了施工工序，施工略復(fù)雜；采用預(yù)應(yīng)力后，主梁造價(jià)增加1.4%，綜合造價(jià)增加0.7% ；預(yù)應(yīng)力鋼束張拉端截面應(yīng)力突變需處理。,相關(guān)資料及計(jì)算顯示，墩頂預(yù)應(yīng)力

9、損失約在50%以上。 考慮布束空間限制及損失后，大約只能使墩頂砼拉應(yīng)力下降2.2MPa，由于墩頂砼拉應(yīng)力7MPa，仍不能使結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件的要求，同時(shí)錨固處交接面應(yīng)力突變也需處理，難以很好地解決開裂問題。,29,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）,超高性能混凝土，簡(jiǎn)稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，是過去三十年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，實(shí)現(xiàn)工程材料性能的大跨越。,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,30,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),組合工況下橋面板頂面應(yīng)力,1、普通混凝土， max=6.23MPa 2、全斷面UHP

10、C ， max=7.17MPa 3、頂面10cm厚UHPC ， max=7.81MPa,普通混凝土,全斷面UHPC,頂面10cm厚UHPC,措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,31,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),1、普通混凝土， max=4.76MPa 2、全斷面UHPC ， max=5.34MPa 3、頂面10cm厚UHPC ， max=4.21MPa,普通混凝土,全斷面UHPC,頂面10cm厚UHPC,組合工況下橋面板頂面以下10cm處應(yīng)力,措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,32,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),1、普通混

11、凝土， =1.32.6MPa 2、全斷面UHPC ， =1.53.0MPa 3、頂面10cm厚UHPC ， =1.02.3MPa,普通混凝土,全斷面UHPC,頂面10cm厚UHPC,組合工況下橋面板底面處應(yīng)力,措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,33,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),混凝土主拉應(yīng)力斷面布置圖，單位（N/m2）,鑒于橋面板拉應(yīng)力沿高度變化大，在板頂設(shè)置一層UHPC來提高耐久性是合理的。由于用量少，造價(jià)增加也較小。,措施二：采用超高性能混凝土（UHPC）,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,34,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),措施三：施工階段水袋壓重,3.

12、2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,34,采用90t水袋跨中壓重，可引起中墩頂橋面板拉應(yīng)力降低1.4MPa，效果顯著，且對(duì)成橋后鋼梁應(yīng)力、及撓度影響不大。,水袋壓重， max=4.82MPa,無水袋壓重 ， max=6.23MPa,35,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),組合梁的發(fā)展與裂縫控制密不可分，根據(jù)歐洲的相關(guān)資料，從上世紀(jì)八十年代開始，橋面板縱向抗裂基本不采用預(yù)應(yīng)力筋、而采用限制裂縫寬度的設(shè)計(jì)方法。,控制裂縫的方法主要有三個(gè)指標(biāo)： 1、限制鋼筋應(yīng)力； 2、規(guī)定最小配筋量； 3、限制裂縫寬度。,措施四：負(fù)彎矩區(qū)采用強(qiáng)配筋,3.2.2 墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗裂分析,36,鋼主梁施工方案：吊裝 、頂推、架設(shè)

13、（架橋機(jī)）,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),橋面板施工方案：預(yù)制、現(xiàn)澆,3.3 組合鋼板梁橋施工方案分析,37,根據(jù)對(duì)法國(guó)雙主梁鋼板組合梁施工方案的統(tǒng)計(jì)，主梁架設(shè)大多采用頂推法，頂推最大跨徑達(dá)124m，單個(gè)方向最大頂推長(zhǎng)度1000m；橋面板大多采用滑動(dòng)模架現(xiàn)澆。 法國(guó)雙主梁組合結(jié)構(gòu)施工方案匯總表（小橫梁體系）,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),3.3 組合鋼板梁橋施工方案分析,38,頂推施工資料照片：,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),鋼主梁的頂推與橋面板現(xiàn)澆施工,39,三、組合鋼板梁設(shè)計(jì),現(xiàn)澆混凝土橋面板施工時(shí)需要設(shè)置模板，然后在模板上現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土。 現(xiàn)澆混凝土橋面板整體性好，容易滿足各種橋面的截面要求，對(duì)于變橫坡的橋梁適應(yīng)性較好，但模板工程量和現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量大，施工速度慢，對(duì)周邊環(huán)境影響略大。,我們選定的高臺(tái)大橋處于S形曲線段，運(yùn)輸條件不佳，更傾向采用頂推移動(dòng)模板現(xiàn)澆的施工方法，但移動(dòng)模板現(xiàn)澆在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，缺少相應(yīng)的設(shè)備與經(jīng)驗(yàn)，正開展專題研究工作。,鋼主梁的頂推與橋面板現(xiàn)澆施工,40,匯報(bào)內(nèi)容,41,四、組合鋼梁橋應(yīng)用展望