中小桥梁横向拼接设计总结

中小桥梁横向拼接设计市政二所：梁峰Email：lf25@2014年10月1、概述

2、分类

3、受力特点

4、应用范围

5、意义

6、设计原则主要内容1概述1.1技术方向的由来沪宁扩建设计新老桥梁拼接桥梁拼接技术1概述1.2技术方向的用途1概述1.2技术方向的用途1概述1.2技术方向的用途1概述1.2技术方向的用途1概述1.3技术方向的知识结构体系梁间连接部、横梁受力计算拼接构造设计单梁横向分配系数计算公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度简化为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。对于中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。1概述1.4桥梁横向受力计算特点公路桥梁特别是大跨径桥梁作为一种带状结构，一般将横向刚度简化为刚性从而将全桥为平面杆系进行计算。对于中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥，横向影响因素不可忽略，则采用横向分配系数的理论仍将全桥简化为平面杆系。1概述1.4桥梁横向受力计算特点中小跨径桥梁、宽桥、横向多梁组合桥的计算过程计算横向分布系数K公路桥梁特特别是大跨跨径桥梁作作为一种带带状结构，，一般将横横向刚度简化为刚性性从而将全全桥为平面面杆系进行行计算。对于中小跨径桥桥梁、宽桥桥、横向多多梁组合桥桥，横向影响响因素不可可忽略，则则采用横向向分配系数数的理论仍仍将全桥简简化为平面面杆系。1概述1.4桥梁横向受受力计算特特点中小跨径桥桥梁、宽桥桥、横向多多梁组合桥桥的计算过过程计算横向分布系数K纵向布载计算内力M公路桥梁特特别是大跨跨径桥梁作作为一种带带状结构，，一般将横横向刚度简化为刚性性从而将全全桥为平面面杆系进行行计算。对于中小跨径桥桥梁、宽桥桥、横向多多梁组合桥桥，横向影响响因素不可可忽略，则则采用横向向分配系数数的理论仍仍将全桥简简化为平面面杆系。1概述1.4桥梁横向受受力计算特特点中小跨径桥桥梁、宽桥桥、横向多多梁组合桥桥的计算过过程计算横向分布系数K纵向布载计算内力M单梁内力M’=K·M公路桥梁特特别是大跨跨径桥梁作作为一种带带状结构，，一般将横横向刚度简化为刚性性从而将全全桥为平面面杆系进行行计算。对于中小跨径桥桥梁、宽桥桥、横向多多梁组合桥桥，横向影响响因素不可可忽略，则则采用横向向分配系数数的理论仍仍将全桥简简化为平面面杆系。1概述1.4桥梁横向受受力计算特特点中小跨径桥桥梁、宽桥桥、横向多多梁组合桥桥的计算过过程计算横向分布系数K纵向布载计算内力M单梁内力M’=K·M2横向拼接方方式2.1分类2横向拼接方方式2.1分类纵缝处理方式使用特点采用沥青和木条填充采用这种方式会使得新旧桥边缘处很容易出现啃边的现象，同时新旧桥在汽车荷载作用下的挠度差异也会在接缝处反映出来，使得沥青和木板条的填充失效，导致行车条件变差，加重后期养护维修的任务。采用钢板包边可以解决啃边问题。但这种方式仅适用刚性桥面，也不能解决新旧桥挠度差的问题，在高速行车时还容易导致车轮打滑，降低了行车安全性。采用桥面连续避免了新旧桥完全不连接而出现的啃边现象，也规避了外包钢板带来的行车打滑问题。但新旧桥活载挠度差依然存在，使得结构在长期运营中不可避免地出现接缝处桥面铺装开裂的现象，为后期养护带来隐患，因而仅适用于桥梁跨径较小、主梁相对挠度较小的情况。采用纵向伸缩缝连接能最直接地解决新旧桥纵向接缝的问题。纵向伸缩缝利用自身构造能很好地适应新旧桥主梁间的纵向和竖向变形差，使新旧桥变形平顺过渡，优化行车条件．而某些伸缩缝还在表面作了防滑处理，可以保障雨雪天气下的行车安全。但造价较高．且需要日常维护。2横向拼接方方式2.2有缝连接连接方式图示构造及受力特征使用特点铰接连接处翼缘混凝土浇筑后在其顶面锯缝，填塞柔性材料，底部预埋木条或橡胶条。翼缘内仅有少量钢筋进行连接，形成不能传递弯矩的柔性铰接构造。削弱了桥梁的连接刚度，后期运营中的收缩、徐变和沉降差，以及行车引起的挠度差会造成连接处填塞的木条、橡胶条脱落，割缝对应桥面处破损．行车条件劣化．难以保证后期运营中结构的耐久性，加大后期养护维修的费用。沪宁、沪杭甬高速公路采用了这种连接方式。半刚接构造上采用深铰或仅削弱翼缘下部。不仅能传递剪力，还能传递部分的弯矩。既能够较好地解决收缩、徐变和基础不均匀沉降引起的开裂，同时也具有相当的刚度，确保运营中在接缝位置不出现挠度差。桥面平顺保证行车安全。一般用于板梁。刚接采用强大横梁或全断面连接。能传递剪力和弯矩。可以确保桥面平顺、安全行车。但是，由于收缩徐变、沉降和运营荷载等因素的影响，刚性连接的技术难度也最大。简支空心板梁和T梁的刚性连接技术较完善。中大跨径桥梁中常用的混凝土箱梁的刚性连接在国内尚未得到广泛认可。2横向拼接方式2.2无缝连接横向拼接方式适用结构计算方法不连接各种结构杠杆法。铰接箱梁、小箱梁、空心板铰接板梁法、有限元法。半刚性连接小箱梁、空心板偏安全地采用铰接板梁法、GM法、有限元法。刚性连接T梁刚接板梁法、刚性横梁法、GM法、有限元法。传统方法3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算横向拼接方式结构类型计算公式铰接小箱梁M=0.46-0.041N+0.14S-0.0025L铰接空心板M=0.138+0.217S-0.0042L-0.0052B+0.032b1刚性连接T梁M=0.081+0.207S+0.0011L+0.0053B+0.157b1经验公式简化计计方法注：本方法参考考《东北公路》2003年第4期《公路桥梁荷载横横向分布系数简简化计算》作者：宋建永、、张浩阳、张树树仁式中，M——横向分布系数；；N——主梁根数；L——跨径；S——梁距；B——车道宽；b1——边主梁中心线到到路缘石距离。。3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算刚接3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算半刚接3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算铰接3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算有缝连接3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算分布区间3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算区间概率分布的的横向分配系数数计算法分别计算刚接和铰接的横向分配系数根据连接方式建立连接概率分布函数按目标保证率求得对应的计算横向分配系数根据横向分配系数求单梁计算内力横向分配系数的的变化范围：完全铰接时达到到最大值，完全刚接时达到到最小值。半刚接时横向分分配系数与刚接接程度相关。3横向拼接计算3.1横向分配系数计计算连接部计算主要要是相邻两片梁梁之间板的计算算。可参考《公路钢筋混凝土土及预应力混凝凝土桥涵设计规规范（JTGD62-2004）》中4.1节中相关要求。。横向拼接方式适用结构计算方法不连接各种结构悬臂板。铰接箱梁、小箱梁、空心板悬臂板。当下部构造分离时应计算不均匀沉降影响。半刚性连接小箱梁、空心板单向板。当下部构造分离时应计算不均匀沉降影响。刚性连接T梁长边/短边≥2，单向板；长边/短边＜2，多向板。当下部构造分离时应计算不均匀沉降影响，还应进行横梁受力计算。注：如横向为新新老桥拼接时，，不均匀沉降几几乎肯定发生，，除了采用预压压等措施外，需需要增加不均匀匀沉降的计算值值。3横向拼接计算3.2连接部计算拼宽连接部计算算中施加单位力力或单位位移单单宽板的受力模模型。（1）铰接对翼缘根根部受力不利（（2）翼缘根部上下下缘均需配置受受力钢筋3横向拼接计算3.2连接部计算4技术的实践与应应用4.1局部拼接的理论论基础——力矩传递法计算算横向分配系数数计算影响线绘制影响线全断面布载计算分布系数刚接计算分布系数局部断面布载铰接计算分布系数评价设计概率得到设计值传统影响线算法法基于力矩传递法法的简化算法4技术的实践与应应用4.1局部拼接的理论论基础——力矩传递法计算算横向分配系数数刚接计算法图示示4技术的实践与应应用4.1局部拼接的理论论基础——力矩传递法计算算横向分配系数数铰接计算法图示示4技术的实践与应应用4.1局部拼接的理论论基础——力矩传递法计算算横向分配系数数不等刚度铰接计计算法图示4技术的实践与应应用4.1局部拼接的理论论基础——力矩传递法计算算横向分配系数数刚度比梁高梁受力宽度横向连接方式跨径影响因素4技术的实践与应应用4.2横向模块化设计计4技术的实践与应应用4.2横向模块化设计计标准模块4技术的实践与应应用4.2横向模块化设计计非标准模块非标准模块模块化设计的优优点(1)缩短工期(2)降低施工费用(3)方便修改及维护护(4)提高质量4技术的实践与应应用4.2横向模块化设计计4技术的实践与应应用4.2横向模块化设计计4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计标准模块4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计标准模块非标准模块4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计标准模块非标准模块连接部4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计原结构4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计原结构拼接结构4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计原结构拼接结构连接部优点:(1)预制拼装，缩短短工期；(2)方便设计、施工工；(3)方便修改及维护护；(4)提高质量；(5)为升级改造预留留接口；(6)预防不确定风险险。4技术的实践与应应用4.3拼宽桥梁设计或或互通接入口桥桥梁设计原结构拼接结构连接部4技术的实践与应应用4.4新型横向拼装桥桥梁4技术的实践与应应用4.4新型横向拼装桥桥梁4技术的实践与应应用4.4新型横向拼装桥桥梁4技术的实践与应应用4.4新型横向拼装桥桥梁可拼接桥梁（拉拉链式桥梁）:(1)预制拼装，缩短短工期(2)方便设计、施工工(3)方便修改及维护护(4)提高质量(5)适应能力强，无无须支架，宽度度可调节。4技术的实践与应应用4.5依托项目实例引江河大道新通通扬特大桥站前路4技术的实践与应应用4.5依托项目实例4技术的实践与应应用4.5依托项目实例4技术的实践与应应用4.5依托项目实例4技术的实践与应应用4.5依托项目实例对于交宽桥梁跨跨越斜交道路、、沟渠的情况，，利用桥梁分幅幅，进行斜桥正正做，也可省去去复杂的斜桥分分析计算，简化化设计和施工4技术的实践与应应用4.6平面错孔桥梁4技术的实践与应应用4.6平面错孔桥梁4技术的实践与应应用4.7加固桥梁1、将横向拼接技技术的实践经验验理论化，构建建结构受力模型型，利用广泛的的试验和观测研研究数据，分析析形成规律，为为今后的设计工工作提供理论依依据，并形成指指导性的成果。。2、总结桥梁横向向拼接技术方面面的实践和应用用体系，系统性性的解决各类型型桥梁拼接所采采用的计算模型型，针对目前的的工程实践提出出简便易行的计计算方法。3、指导工程设计计，为标准化、、模块化设计提提供理论基础，，为桥梁拼宽设设计、变宽桥梁梁分幅设计提供供理论基础。5采用该技术的意意义第1章总则则第2章测量调调查要求第3章设计原原则第1章总则1.1本设计原则的制制定是为新老桥桥梁横向拼接加加宽的结构设计计提供基本技术术准则和设计参参考。1.2新老桥梁横向拼拼宽是指桥梁整整体在横向为分分期修建，或在在原有桥梁横向向以拼接加宽的的方式新建新的的桥梁，最终形形成整体桥面的的桥梁设计方案案。1.3新老拼宽桥梁除除满足本设计原原则外，尚应符符合国家现行的的有关标准和规规范。1.4新老结构连接形形式上部构造可采用用有缝连接（不不连接）、铰接接、半刚接、刚刚接等多种方式式；下部构造可可采用连接或不不连接等形式。。有缝连接、铰铰接属于弱连接接，半刚接、刚刚接属于强连接接。6设计原则1.5新老结构的类型型及拼接方案新老结构上部构构造类型主要有有预制T梁、预制空心板板、预制箱梁、、现浇箱梁等。。采用同种类型型的结构进行拼拼宽，为同刚度度拼宽；采用不不同类型的结构构进行拼宽，为为异刚度拼宽。。设计中尽量采采用同刚度拼宽宽。1.6各种连接形式见见下表，可根据据工程特点进行行选用。6设计原则连接方式构造受力特征特点不连接（广义连接）利用伸缩缝或填缝连接新老构造不传递内力，新老结构互不影响受力明确，但容易破坏，维护量大，或造价高铰接利用假缝处钢筋连接形成铰，或仅桥面板连接，受力状态类似于铰传递剪力，不能传递弯矩，新老结构影响较小受力较明确，可忽略新老构造间的相互作用，桥面连续，适用性好半刚接采用深铰或加厚的桥面板连接不仅能传递剪力，还传递部分的弯矩受力不明确，但较好地解决不均匀沉降引起的开裂，新结构对原有构造能形成一定加固作用，桥面平顺刚接采用横梁或全断面连接能传递剪力和弯矩不均匀沉降影响较大，受力不明确，可以确保桥面平顺。连接的技术难度大第2章测量调查要要求2.1新老结构拼接设设计中，必须对对原有构造物进进行充分、完整整的调查，以取取得足够的设计计资料。2.2被拼接的原有构构造物调查主要要有3项内容：（1）使用现状调查查（2）特征点测量（3）设计资料和竣竣工资料的搜集集2.3被拼接的原有构构造物使用现状状调查包括外观观普查、桥梁检检测、荷载试验验等，可参考相相关规范进行。。2.4外形特征点测量量：被拼接的原原有桥梁应在桥桥梁外边缘布设设几何外形测点点，跨径≤20m的桥，在墩中心心线处外边缘布布设测点；跨径径＞20m的桥，除了在墩墩中心线处外边边缘布设测点，，还需在跨中外外边缘布设加密密测点，测点间间距不大于20m。2.5高程特征点测量量：被拼接的原原有桥梁应在桥桥梁护栏内边缘缘布设高程测点点，布点位置可可对应外形测点点，在护栏内侧侧布设。6设计原则2.6桥长控制点测量量：在各桥伸缩缩缝处的外形测测点和高程测点点兼做桥长控制制点，位置在伸伸缩缝中心线处处的护栏内外侧侧。2.7各测点可利用GPS-RTK测量坐标值，利利用电子水平仪仪测量高程值。。但外形测点控控制坐标，高程程测点控制高程程，桥长控制点点为坐标、高程程双控制。2.8桥梁拼接基准线线：设计前应利利用外形测点拟拟合桥梁拼接基基准线，单孔桥桥、直线桥（包包括弯桥直做的的桥梁）应为直直线；多孔弯桥桥应为曲线。拟拟合后的桥梁拼拼接基准线应与与外形测点的距距离均不小于5cm。基准线的两端端起讫于原桥伸伸缩缝中心线。。拼接部分的上上部构造布置以以该基准线为设设计基础。2.9桥梁高程复核，，拼接部分的高高程应以原桥高高程测点为基准准设计。设计高高程与测点高程程推算的该点高高程相差应不小小于3cm，可利用桥面铺铺装层调整，否否则应调整纵面面线型重新设计计。2.10涵洞、通道特征征点：明涵、明明通参见桥梁；；暗涵、暗通控控制测点为进出出口中心处涵顶顶和涵底处（通通道相同）。该该特征点同时为为外形特征点和和高程特征点。。6设计原则6设计原则第3章设计原则3.1横向组合后的桥桥梁应满足整体体使用要求。3.2组合桥梁的各组组合部分应采用用同一荷载等级级。新建结构连连接原有结构的的桥梁应对原有有结构部分进行行验算，应与新新建结构满足相相同的荷载标准准。3.3桥梁各横向组合合部分宜采用相相同的结构形式式和跨径。为最最大限度地发挥挥结构抗力，应应尽量加强横向向联系。3.4当横向各组合部部分为不同的结结构形式或跨径径时，存在横向向刚度差，为避避免应力集中，，应采用铰接或或不连接等弱连连接形式，弱化化横向联系，同同时加强纵向刚刚度，以确保结结构的受力安全全。3.5宽拼接桥（拼接接部分＞5m）的拼接方式：：拼接部分基本本为独立受力模模式，原则上采采用上部构造弱弱连接，下部构构造不连接方式式。窄拼接桥（（拼接部分≤3m）的拼接方式：：拼接部分难以以独立受力或独独立受力性能不不佳，需要与原原结构共同受力力，原则上采用用上部构造强连连接、下部构造造连接方式。介介于二者之间的的情况可根据具具体情况采用合合适的拼接方式式。6设计原则3.6拼接桥梁应注意意桥路配合，当当桥梁位于平曲曲线上时，左右右加宽桥须按相相应曲率布置。。位于纵坡处，，加宽桥应与原原桥纵坡拟合一一致。3.7拼接桥的基础形形式考虑到减小小对老桥基础的的影响，原则上上采用桩基础；；当地基条件较较好时，也可采采用与原桥相同同的基础形式，，但应注意考虑虑减小结构沉降降的措施。3.8当拼接桥新老结结构均为摩擦桩桩时，拼宽部分分新桥桩长应比比原有老桥桩长长长。3.9对于桥下净空受受限的主线上跨跨桥，通过调整整被交道纵坡或或适当降低上部部结构建筑高度度的方案进行扩扩建，以使桥下下净空满足规范范要求。3.10被阻断断、破破坏的的既有有设施施(水管、、过桥桥管线线、人人行道道)，本次次设计计应根根据地地方需需要，，考虑虑恢复复与改改移。。3.11拼接方方案选选择应应充分分考虑虑施工工对行行车的的影响响，并并考虑虑维持持交通通施工工方案案的合合理。。3.12铺装厚厚度应应尽可可能与与老桥桥保持持一致致。6设计原原则3.13横隔板板属于于强连连接构构造，，能加加强横横向联联系，，减小小横向向分布布系数数，从从而分分担主主梁单单梁荷荷载。。但其其适应应变形形能力力底，，容易易造成成较大大应力力集中中而被被破坏坏。建建议新新老拼拼接部部位不不宜采采用横横隔板板，而而采用用边梁梁形式式。新新建结结构之之间可可采用用横隔隔板。。3.14湿接缝缝是新新老结结构拼拼接的的重要要构造造，起起到连连接新新老结结构桥桥面板板的作作用，，为了了减小小新老老结构构不均均匀沉沉降，，湿接接缝应应在新新结构构施工工完毕毕后预预压三三个月月后进进行。。3.15湿接缝缝尽量量采用用标准准构造造，以以便标标准化化设计计和施施工。。图2标准湿湿接缝缝示意意图3.16湿接缝缝及梁梁内预预埋的的横向向连接接钢筋筋应不不小于于φ