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传统腹板箱梁的改进方法

发布日期:2019-05-24

       针对传统混凝土腹板箱梁的上述缺陷,各国上程师和学术界提出很多改进方法,归纳起来,主要有两类:一种是保留混凝土箱形截面,但在材料、预应力布置上加以改进,如采用轻骨料混凝土和体外预应力索:另一种是采用钢一-混凝 土组合结构。

       轻骨料混凝土能显著地降低结构自重内力的比例,提高桥梁跨越能力。挪威的stolma桥为一特大跨径的混凝土连续刚构,跨径布置94m+301m+72m,横截面为单箱单室,为了减轻自重跨中的182m采用轻质高强混凝土(LC60),密度为19.5kN/m' ;国内2000年建成的天津永定新河桥,引桥长1500m,跨径为35m,全部采用轻骨料混凝土。

       体外预应力结构的概念及方法于20世纪30年代产生于法国,由EugeneFreyssinet完成了体外预应力的首次应用。1934 年,德国人Franz Dischinger 获得体外无粘结预应力的专利。从20世纪30年代起,体外预应力的发展经历了兴衰交替的几个阶段。体外预应力的大发展始于70年代末期。从桥梁的补强加固开始推广,进而体外预应力技术在新建桥梁中也开始使用,以1979年E.C.Figg和Jean Muller设计建造的Long Key桥为标志,体外预应力技术又再度兴起。80 年代以来,体外预应力技术在法国和美国的努力下得到了较大的发展。

       在我国,体外预应力技术的发展相对较晚,其推广到80年代才开始。目前应用较广泛的是先预制节段再靠体外预应力进行拼装施上的桥梁。深圳一香港西部通道深圳湾公路大桥的非通航孔,采用先岸侧预制节断、浮运到位、起吊拼装等上艺流程,节段之间采用复式剪力键。

      与体内配筋的预应力桥梁相比,体外配筋的预应力桥梁有下列主要优点:

      ①可以相对的减小构件的截面尺寸,减轻构件的自重,以节约材料,增大跨越能力。由于预应力钢索及其管道全部布置在构件体外,可以使构件腹板的尺寸减小,混凝土的用量减小,构件的自重减轻。既可节约材料,又增大了结构跨越能力。

      ②可以提高构件的质量。体内配筋的预应力桥梁,由于钢索及其管道,再加之必要的普通钢筋,梁体内钢筋十分拥挤,影响了混凝土的灌注质量。即使采用强力振捣,也难免产生缺陷:而预应力索布置在体外,大大地改善了构件混凝土的灌注条件。同时体内配筋的力筋管道也需压浆,其质量好坏也不易控制和检查,压浆质量的好坏直接影响力筋的耐久性。

      ③体外索的更换和维修比较容易。桥梁结构使用时间较久,钢束受到腐蚀或由于预应力张拉不足,或由于其他原因必须更换钢束时,或进行再张拉时,体内配置的钢束是难以实现的,而体外配索比较容易。

      ④预应力钢索线型可以设计的更为理想,使受力更趋合理。由于钢索布置在体外,要求的线型轮廓更加方便,也便于调整。同时由于减少了管道偏差和摩阻损失,提高了预应力效果。

      ⑤由于体外预应力筋的变形与混凝土截面不协调,力筋的应力沿长度方向分布均匀,变化幅度小,由于应力引起的疲劳影响小。

      ⑥节约材料和劳动力,梁体无需制孔和压浆等工序,施工方便,可以加快施工进度,其综合经济效益较好。

      ⑦体外预应力技术可用于加固,以提高构件的抗弯甚至抗剪能力,是一种主动加固方式。

      ①体外预应力筋无混凝土保护易遭火灾,并要限制自由长度以控制振动。事物总是-分为二的,体外预应力也存在一一些问题, 主要有:.om

      ②转向和锚固装置因承受着巨大的纵、横向力而特别笨重。

      ③对于体外预应力结构,锚固失效则意味着预应力的丧失,所以锚具防腐要求高。

      ④承载极限状态下体外预应力结构的抗弯能力小于有粘结和无粘结预应力结构,在开裂荷载和极限荷载的作用下,应力不能仅按最不利截面来估算。

      ⑤体外预应力结构在极限状态下可能因延性不足而产生没有预兆的失效。

      采用钢一混凝土组合结构对传统混凝土箱梁改进的形式很多,常用的有以下几种:

      ①闭口截面钢箱梁+混凝土桥面板。其抗弯、抗剪刚度大,施上方便,但钢箱梁顶板未能充分利用,钢材用量偏大,应用相对较少。

      ②槽形截面钢箱梁+混凝土桥面板。与(1)相比, 省去了顶钢板,施上要麻烦一些,但钢材用量比较省。但这种结构有-一个突出的缺点:张拉混凝土顶板纵向预应力的的时候,钢腹板和底板会吸收较大份额的预应力,造成混凝土顶板预应力加载效率不高,同时对钢质的腹板和底板的稳定性也带来不利影响。

      ③用钢析架取代混凝土腹板。这种构造的结合部位难以处理,施上难度大,故采用较少。

      ④用带加劲肋的钢板取代混凝土腹板。法国的La Ferte Saint- Aubin桥(见图1.2),该桥的跨径为39.60m, 梁高1.625m, 钢板厚12mm。是第~座用平钢腹板来代替混凝土腹板的简支箱梁桥,采用体外索施加纵向预应力。钢腹板与混凝土顶、底板之间通过各种连接件结合在一起,但这样处理也带来了两个问题: 1)在施加混凝土顶、底板的纵向预应力时钢腹承担了部分预应力,由于混凝土的收缩徐变,顶、底板上的预应力还会部分转移到钢腹板上去,导致混凝土的有效预应力进.-步降低:2)为防止发生局部屈曲必须焊接纵向加劲肋。到目前为止,采用平钢板作为腹板的箱梁桥仅此一座。

      ⑤用波形钢板取代混凝土腹板。为了解决普通平钢腹板吸收预应力的问题,法国桥梁上程界做了开创性的探索,即用弯折成波纹形状的薄壁钢板替代传统的混凝土腹板。法国CB公司于1986年建成了世界上第- -座波形钢腹板组合箱梁桥Cognac桥一跨度为 31m+43m+4lm的3跨连续梁”。此后,又相继建成了法国的Maupre桥、Asterix 桥、挪威的Tronko桥等。后来,这种新型结构在日本得到了迅速发展,日本在1993年建成第- -座波形钢腹板组合箱梁简支桥一新开桥,而后相继建成了波形钢腹板组合箱梁连续梁桥一银山御幸桥、 连续刚构桥一本谷 桥以及斜拉桥一日见。