关于市政桥梁结构设计要点的探讨.pdf

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2015年1月建材与装饰交通建设关于市政桥梁结构设计要点的探讨罗永乐（广州市市政工程设计研究院广东广州510060）摘要：随着我国城市化进程不断地加快，城市的桥梁也在不断地增加，大量桥梁总体上可以满足功能要求，但同时也存在着很多缺陷，这给社会舆论、人民生活、城市交通带来了不好的影响。本文结合工程实例对市政桥梁结构设计的要点进行探究，以供同行参考。关键词：市政桥梁；桥梁结构设计；设计要点中图分类号：U442.5文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）05-0139-031工程概况了多方案、多种结构形式的论证及比选，实现了力与美的和谐统该工程大桥桥位处的地震加速度为0.2g，芋类场地；场地桩一。大桥设计过程中，主要进行了结构体系、主塔倾角、主梁形基主要持力层为细、中砂。桥梁标准段全宽41m，根据规划及现式、飞燕拱肋布置等项目的细节设计及计算验证，如图1所示。况河道断面形态，并结合桥址周边景观环境定位的需求，该桥设计为塔高75m的独塔有背索双索面斜拉桥，跨径布置为100m+50m。结构为墩、塔、梁固结体系，受力明确、构造简单。为满足景观及受力要求，主塔向边跨侧倾斜约78毅。主梁设计为钢-混凝土组合梁纵向受力体系，有利于平衡主、边跨跨径相差较大对整体结构受力带来的不利影响。主跨侧设置8对拉索，梁上拉索间距为9.0m，边跨侧设置2对背索，均锚固于端横梁处。图1桥梁整体布置（单位:cm）2桥梁结构设计要点2.1结构体系的选择本桥结构设计时，在充分尊重并实现景观创意的同时，进行斜拉桥上部构造的各种荷载通过支承体系直接传递到下部小于30cm。由于土壤电阻率较低，导线集中接地体应采用两根垂有部分乡镇为6.6kV，甚至3.3kV。但随着国家对城镇一体化的建直接地极并联的方式，接地电阻应不大于10赘。且需主注意电杆设，令居民的生活水平不断提高，对电力的需求也不断增长，所均装均要配一组接地线。以升级配电网电容量成了城市化发展的突出问题，怎样安全的420kV电压接地的方式和特点将中压配电电压提高为20kV电压，提高经济效益，是升级过程中需要关注的问题。4.1中性不接地系统在以纯架空路线或变压电以电缆为出口端的地区十分常见，参考文献通常系统的电容电流不超过10A。该方法的优势是结构简单，供[1]李甜甜.20kV配电网中性点接地方式与继电保护改造的研究[D].北京电持续性好，但对设备线路的耐压水平要求在3.5P.U极以上，故交通大学，2010，10（03）：198~200.对线路的选择要求很高。[2]刘力通.20kV中压配电网的优化设计[D].大连理工大学，2012，10（02）：4.2中性点消弧线圈接地系统26~27.常间于混合型线路的电缆，系统的电容电流范围在10~150A[3]胡贤德.10kV配电变压器和箱式变电站升压改造至20kV电压等级的之间。该方法的特点是供电连续性好，有设备线路的耐压水平要研究[D].浙江大学，2013，25（03）：1001~1002.求不高，设备的造价成本低，使用范围广，我国的绝大多数省份[4]李彧.群力新区中压配电网推行20kV的技术经济分析[D].哈尔滨工业都在使用。此外消弧线圈的安全性也很高，可将单相接地故障的大学，2012，25（10）：26~27.电流控制在最小，有效了降低了人身伤害事故的机率。[5]侯永将.中压配电网中性点接地方式研究[D].郑州大学，2010，11（03）：4.3中性点小电阻接地系统25~26.[6]郑建华.20kV线路接地保护研究[D].南京理工大学，2011，10（06）：27~在电缆为主的地区较为常见，通常系统电容的电流大于28.150A。其优点是电容的容量大，对设备线路的耐压水平没有太高的要求，且造价成本低。是其供电连续性不稳定，勾结复杂。主要收稿日期：2015-1-4用于我国偏远地区。作者简介：王世登（1972-），男，中级工程师，本科，主要从事供电5结束语企业管理工作。综上所述，在目前，我过大部分城市的配电网电压为10kV，·139· 交通建设建材与装饰2015年1月结构，支承体系的布置对斜拉桥的结构性能影响很大，必须在全主塔的线形直接影响结构内力的分配及大小，选择合理的桥总体布置及构造设计之前予以充分考虑。对于斜拉桥的基本线形，使结构在恒载作用下拉索索力在塔柱与主梁相交处产生体系按力学性能划分有漂浮体系、支承体系（半漂浮体系）、塔梁的弯矩与主塔倾斜在这一点产生的弯矩相等，这时主塔只承受固结体系以及刚构体系四种，这四种支承体系的优缺点及适用轴力，而无弯矩及剪力作用，应力均匀，能充分利用材料强度。条件如表1所示。由此可得本桥主塔的合理倾角茁抑80毅，而本桥景观设计塔柱线表1结构体系比较形为主塔与主梁之间存在约77毅的斜交角。考虑到在活载作用漂浮体系支承体系塔、梁固结体系钢构体系下，塔柱受力方向与恒载作用下的方向相反，且塔柱截面较大，墩塔固结、塔梁分墩梁固结、塔梁分离，主梁除两端有支离。采用这种体自身有较大承载能力，因此主塔倾角仍采用茁抑77毅。当斜拉索受力塔梁固结并支承在模式承外、其余全部用拉系时，主梁为具有墩上。墩、塔、梁固结。锚固于箱梁梁体时，主梁局部构造复杂且需要较大的箱梁梁索悬吊，是具有多点多点弹性支承的弹性支承的单跨梁。两跨连续梁。高，当锚固于主梁梁体之外时，梁体局部构造复杂且换索时需主梁无明显弯矩峰形成跨度内具搭设临时支架，本次设计，考虑到景观及结构要求，将斜拉索锚主梁为具有多点可有效降低塔墩弯有多点弹性支体系值；温度及收缩徐变弹性支撑的连续矩；减少主梁中间撑的刚构，结构固于上塔柱，为满足上塔柱受力要求在锚固区内设置环向预应优点内力较小；抗震性能梁，较经济、美观。段的轴向拉力。的整体刚度好，较佳。主梁挠度小。力加强构造。施工时需临时固结，塔柱处主梁负弯连续梁支座至少有主梁固结处负2.3主梁结构设计体系矩峰值较大，温一个纵向固定；两抵抗不平衡弯矩和弯矩大，较适合缺点度、收缩、徐变内侧不平衡索力造成本桥主跨跨径100m，边跨主梁跨径50m，主、边跨主梁跨径纵向剪力。与独塔斜拉桥。力较大。桥塔弯矩过大。差距较大，为保证主梁及塔梁固结处的受力平衡，主跨侧拉索索通过上述比较，鉴于本项目对桥梁景观有特殊要求，综合考力大于边跨侧拉索索力，而折线型的索塔，在塔柱上、下折点处虑多方面因素，确定本桥采用整体刚度较好的并能克服本桥型产生弯矩峰值，由于主、边跨索力差别较大，塔柱折点处的弯矩两侧索力不平衡问题的墩、塔、梁固结体系———刚构体系。峰值也相应增加，由于背索设计为梁端锚固形式，为避免塔梁结2.2主塔结构设计合处弯矩过大及边跨支点出现负反力，背索索力不宜过大，塔柱主塔为该桥梁结构的主要承重构件，全桥结构恒载及活载通受力示意如图3所示。综合考虑，要求主跨主梁的自重较小，边过斜拉索传递给主塔，然后经由主塔传递至下部基础。本桥主塔跨主梁的自重应较大，这样方能满足桥塔折点处受力要求及保线形及断面形式的确定原则如下：证边跨支点不会出现负反力，主跨主梁材料不同时主塔内力的（1）主塔的整体线形及断面尺寸应与景观设计提供的效果图比较，如表2所示。相近。（2）本桥主、边跨跨径差距较大，在折线形的桥塔折点处会出现弯矩峰值。在主梁形式确定后，为保证主跨主梁的受力情况，主跨侧拉索索力基本确定，塔柱受力虽然可以通过调整边跨侧拉索索力进行调整，但考虑本桥背索设计为梁端锚固，背索索力可调幅度有限，因此在设计时应保证在塔柱折点处截面具有一定的抵抗强度。（3）上塔柱截面设计除满足结构受力的要求外，同时应满足斜拉索锚固的构造要求。综合上述因素，确定主塔采用矩形薄壁空心截面，下塔柱根图3塔柱受力示意图部截面尺寸为8m伊4m，线性渐变至主塔汇合处，尺寸为3.5m伊表2主跨主梁材料不同时主塔内力的比较3.0m，壁厚1.0m，上塔柱尺寸由3.5m伊6.0m渐变至塔顶7.5m伊主梁类型主梁自重（kN/m2）塔柱上折点弯矩（kN·m）6.0m，壁厚1.2m，主塔线型及断面示意如图2所示。混凝土主梁22.1290508钢混叠合梁11.3141534双边箱4.438781钢组梁整体箱梁5.359153由于桥型为独塔双索面斜拉桥，结构受力对主梁的抗扭刚度要求较低，因此主跨主梁拟采用单箱双室箱形断面，以最大限度地减小主梁自重，边跨主梁拟采用单箱多室断面，以其较大的自重与主跨主梁相适应。受桥梁跨径布置（主、边跨差距大）以索塔形式（折线形索塔）的制约，主跨主梁的自重应小，边跨主梁的自重应较大，如此方能满足桥塔折点处受力要求及保证边跨支点不会出现负反力，因此等高段主跨主梁（长79m）采用Q345qD钢材预制箱梁，其余主梁采用C50现浇预应力混凝土梁。由于主跨钢梁采用双边箱形式，为保证主梁刚度过渡平图2主塔线型及断面示意图·140· 2015年1月建材与装饰交通建设顺，结构传力顺畅，与之相接混凝土主梁一般仍采用双主梁形重的形式解决，但由于本桥宽度达41m，拉索锚固间距达式，其具体布置见图4。但混凝土主梁设计需构造简单和受力相28.1m，采用箱内配重时，端横梁受力巨大，2.5m高截面无法对合理，考虑自重较大，采用整体箱梁较为合理，其具体布置见满足受力要求。该大桥景观设计为曲颈高歌的天鹅，设置飞燕图5。拱肋后不但使天鹅的形象更加丰满，其重量也满足了结构配重要求，且有效改善了端横梁结构受力，降低了端横梁的截面高度。3结束语综上所述，该大桥在结构设计时努力将桥梁结构与建筑艺术相结合，通过本工程的设计，获得了以下几点：对于桥面较宽、梁体无索区较长的独柱折线斜塔斜拉桥，刚构体系是较好的选择。本工程根据主塔受力特点，主梁分别采用双边箱钢主梁及混凝土整体箱梁，使得结构受力合理，工程经济性好。创新型的钢混结合段设计满足了结构刚度过渡及结构有效的传力要求。边跨设置飞燕拱肋，丰富了大桥景观造型，也对大桥整体结构受力具图4双边箱混凝土主梁构造图有较大贡献，是桥梁结构与桥梁美学结合的有效尝试。经过计算分析，本桥结构体系是安全可行的，体现了新颖优美的桥梁艺术理念，拓展了斜拉桥结构及建筑型式。参考文献[1]杨俊宁，俞娟.浅议市政桥梁结构设计要点[J].珠江水运，2014（12）：11耀12.[2]王运良.关于市政桥梁结构设计要点的探讨[J].科技传播，2014（02）：17耀18.[3]彭旭升.某市政桥梁结构裂缝普查及结构加固增强技术的应用探讨[J].中华民居，2014（04）：21耀23.图5整体混凝土箱梁结构图边跨侧主梁设计为单箱八室预应力箱梁，C50混凝土，梁高收稿日期：2015-1-152.50m，在塔根部区域加厚为4m，箱梁底宽33.5m，顶宽41.0m。顶作者简介：罗永乐（1986-），男，硕士，主要从事桥梁设计方面的板厚25耀40cm，底板厚22耀60cm，腹板厚度50耀75cm，腹板内设置工作。纵向预应力钢筋。主跨侧主梁采用单箱双室钢箱梁，Q345qD钢材，梁高2.5m，两片箱梁通过横梁和桥面板连接形成整体。钢箱梁顶板钢板厚14mm，下设U型加劲肋，底板厚16mm，腹板厚12mm，钢混结合段及拉索锚固区钢板均采用28mm加强。全桥钢主梁共长79.0m。2.4钢混凝土结合段设计结合段设计是混合梁的关键部位，要求设计对各种荷载产生的轴力、弯矩、扭矩和剪力的传递顺畅可靠，在荷载作用下具有一定的承载安全储备，刚度过渡良好，耐久性好，抗疲劳性能好，力求减小应力集中。本桥设计结合段为混凝土截面，其腹板与底板外包钢板与钢箱梁一致，形成外包钢箱梁，为了结合段与两端过渡均匀，在结合段端部设置了过渡段，为保证结构过渡连续，混凝土段的纵向钢筋伸人结合段，结合段顶板的上层纵向钢筋与横向钢筋焊接。结合段内钢梁腹板、端横隔板混凝土侧、纵向隔板布置剪力钉，纵向隔板侧设置PBL剪力键，底板纵向加劲肋上开孔，钢筋通过形成PBL剪力键，钢箱梁过渡段按通高设置隔板，本方案剪应力主要由PBL剪力键来传递，PBL剪力键在国内外已经有了很多工程实例。2.5飞燕拱肋设计对于常规桥梁，当边跨重量不足时，一般采用箱内添加配·141·