專利名稱：一種大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種混凝土梁橋設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
大跨徑梁橋的建設(shè)對整個社會和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響十分深遠(yuǎn)，在大跨徑梁橋的 設(shè)計、施工等階段中的任何疏忽都有可能造成梁橋在以后的實際運(yùn)營過程中發(fā)生安全事 故，大跨徑梁橋投入使用運(yùn)營幾年之后，都會普遍存在主跨跨中豎向變形過大、箱梁腹板、 底板、橫隔板開裂等安全隱患，這些隱患往往會降低梁橋結(jié)構(gòu)的耐久性，為了保證橋梁的正 常使用和安全，國家需要投入巨資對梁橋進(jìn)行大規(guī)模的維修和加固，當(dāng)安全隱患為嚴(yán)重時， 還可能要對梁橋限載通行或者拆除重建，因此，采用各種技術(shù)手段確保大跨徑梁橋的安全 性具有重要意義。 目前，大跨徑混凝土梁橋在施工階段不會對梁橋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的調(diào)整，這是因為，對
于大跨度混凝土梁橋來說，一般認(rèn)為其主梁剛度較大，各種偏差對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的影響
不太敏感，因此在施工階段只需進(jìn)行內(nèi)力和位移監(jiān)控而不需要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的調(diào)整。 然而，大跨徑混凝土梁橋在運(yùn)營后，受收縮徐變變異、溫度作用變異、施工誤差超
限及超載等的影響，使實際應(yīng)力和位移有時會超出設(shè)計者的期望值，嚴(yán)重時會出現(xiàn)多處裂
縫寬度超限、跨中下?lián)喜皇諗康痊F(xiàn)象。 一旦開裂，截面剛度會下降，梁橋的內(nèi)力將重分配，并
由此引起徐變內(nèi)力重分配，當(dāng)達(dá)到嚴(yán)重程度時，因跨中上緣的塑性轉(zhuǎn)動將進(jìn)一步引起內(nèi)力
重分配，這些因素都會加劇跨中下?lián)虾烷_裂速率，大幅度降低全橋的使用承載能力，在此種
狀態(tài)下往往需要施加很多的預(yù)應(yīng)力備用束，但是跨中的過大下?lián)蠁栴}卻很難通過施加預(yù)應(yīng)
力束完全解決。 例如，對于250m主跨的連續(xù)剛構(gòu)梁橋，當(dāng)發(fā)生以下結(jié)構(gòu)變異時，如結(jié)構(gòu)自重增大 5%，則跨中下緣應(yīng)力減少約0. 8MPa ;調(diào)坡時，橋面鋪裝平均增厚2cm，跨中下緣應(yīng)力將減少 約0. 6MPa ;預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)增加0. l，跨中下緣應(yīng)力減少約0. 6MPa，預(yù)應(yīng)力束張拉少 5%，則跨中下緣應(yīng)力將減少約1. 3MPa ;混凝土收縮徐變速率減緩至IO倍，跨中下緣應(yīng)力減 少約lMPa ;活載超載20%，跨中下緣應(yīng)力減少約0. 75MPa。如果這些變異同時發(fā)生，則跨中 下緣應(yīng)力將減少約5MPa，雖然這些變異同時發(fā)生的可能性很小，但只要發(fā)生達(dá)到70%，橋 梁跨中下緣就會存在開裂的危險，開裂一旦發(fā)生，橋梁的內(nèi)力將發(fā)生重分配并引發(fā)新一輪 的徐變，導(dǎo)致裂縫急劇擴(kuò)大，成為重大安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，可有效預(yù)防大跨徑混凝土 梁橋的箱梁腹板、底板、橫隔板開裂，避免出現(xiàn)跨中下?lián)线^大等現(xiàn)象。 本發(fā)明可以通過以下措施來實現(xiàn)，一種大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于 采用斜拉橋施工監(jiān)控原理，它包含以下設(shè)計步驟 (1)對影響大跨徑混凝土梁橋應(yīng)力及位移的各要素進(jìn)行施工監(jiān)控，獲取各要素的參數(shù)值； (2)對獲取的參數(shù)值進(jìn)行參數(shù)識別； (3)利用通過識別的參數(shù)對梁橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)重分析計算和預(yù)應(yīng)力動態(tài)調(diào)整設(shè)計；
(4)用實際的超載對動態(tài)調(diào)整設(shè)計進(jìn)行驗算。 本發(fā)明引入斜拉橋施工監(jiān)控原理，對橋梁的實際反應(yīng)，例如高程、線形、應(yīng)力等實 施嚴(yán)格的全過程施工控制，保證橋梁建造質(zhì)量、確保施工過程的安全，使成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線 形等符合規(guī)范及設(shè)計要求，解決了現(xiàn)有大跨徑混凝土梁橋在運(yùn)營后，受收縮徐變變異、溫度 作用變異、施工誤差超限及超載等的影響，出現(xiàn)多處裂縫寬度超限、跨中下?lián)喜皇諗康痊F(xiàn) 象，確保梁橋的承載能力，減少預(yù)應(yīng)力備用束的施加，保證橋梁的正常使用和安全，減少維 修資金的投入。 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，本發(fā)明還包括在設(shè)計階段中將混凝土收縮徐變作為隨機(jī) 變量進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計與徐變設(shè)計的步驟，它包含以下設(shè)計步驟
(1)將混凝土收縮徐變作為一個隨機(jī)變量；
(2)估計混凝土收縮徐變誤差范圍； (3)以混凝土收縮徐變誤差范圍作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計和最小徐變設(shè)計。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明還包括在設(shè)計階段中，通過參數(shù)變異計算以留 足預(yù)應(yīng)力備用束。以減小如需新增預(yù)應(yīng)力束將付出的昂貴代價。 本發(fā)明還可以做以下改進(jìn)，本發(fā)明還包括在運(yùn)營階段中，通過對橋梁的應(yīng)力與位
移要素的監(jiān)控，采用預(yù)應(yīng)力備用束對內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整。 本發(fā)明還包括在0號橫隔板上設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明還包括在橋梁的邊跨及中跨合攏段的兩端設(shè)置 矮橫隔梁。 作為本發(fā)明的一種實施方式，所述預(yù)應(yīng)力備用束至少采用體內(nèi)束和體外束中的一 種，相應(yīng)地，設(shè)置預(yù)應(yīng)力備用束的架設(shè)結(jié)構(gòu)，它包括預(yù)埋在橫隔板內(nèi)的用于安裝預(yù)應(yīng)力備用 束的預(yù)應(yīng)力管道及設(shè)置在梁體上的轉(zhuǎn)向塊、錨固塊，其中在所述轉(zhuǎn)向塊和錨固塊中均設(shè)置 用于安裝預(yù)應(yīng)力備用束的管道。預(yù)應(yīng)力管道為預(yù)留管道，如需內(nèi)力調(diào)整，在管道內(nèi)穿梭預(yù)應(yīng) 力鋼絞線，在錨固塊進(jìn)行張拉。 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，本發(fā)明所述的預(yù)應(yīng)力備用束在橋梁跨中下緣部位橫向開 裂前施加。 作為本發(fā)明的實施方式，所述用于安裝預(yù)應(yīng)力備用束的管道采用塑料波紋管。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對所述橫隔板中的預(yù)應(yīng)力管道及橋梁上的錨墊板進(jìn)行 防腐處理。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果 (1)本發(fā)明采用斜拉橋施工監(jiān)控原理，進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，能夠盡量使調(diào)整后的新設(shè)計 與實際相符，精確的動態(tài)配束設(shè)計有效地預(yù)防了大跨度預(yù)應(yīng)力梁橋的開裂和跨中下?lián)线^大 的病害。 (2)將收縮徐變作用當(dāng)作一種隨機(jī)作用來看待，粗略估計其誤差范圍并進(jìn)行包絡(luò) 設(shè)計，同時首次采用最小徐變設(shè)計理念，大大減小因徐變作用帶來大跨度預(yù)應(yīng)力梁橋跨中 開裂和下?lián)线^大的病害。
(3)通過參數(shù)變異計算留足使用階段預(yù)應(yīng)力備用束措施，并嚴(yán)密監(jiān)視使用狀態(tài)的 應(yīng)力和位移狀態(tài)，視健康監(jiān)測結(jié)果及時采用預(yù)應(yīng)力備用束進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，以減小如需新增 預(yù)應(yīng)力束將付出的昂貴代價，有效地預(yù)防了大跨度預(yù)應(yīng)力梁橋的開裂和跨中下?lián)线^大。
(4)對0號塊橫隔板設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力、在邊跨及中跨合攏段兩端設(shè)置矮橫隔梁，以 加強(qiáng)橫隔板人洞處及施工縫部位的抗裂能力，有效地預(yù)防了大跨度預(yù)應(yīng)力梁橋橫隔板人洞 處及跨中的縱向開裂和下?lián)线^大的現(xiàn)象。 (5)本發(fā)明可避免產(chǎn)生梁橋的主跨跨中豎向變形過大、箱梁腹板、底板及橫隔板開 裂、跨中下?lián)线^大等現(xiàn)象，保證梁橋的正常使用和安全。


下面結(jié)合附圖和具體實施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 圖1是本發(fā)明大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋體外預(yù)應(yīng)力備用束縱向布置示意圖； 圖2是圖1中D局部放大示意圖； 圖3是沿圖1中C-C線的剖視圖； 圖4是沿圖1中B-B線的剖視圖； 圖5是沿圖1中A-A線的剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一種大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，包括在大跨度混凝土梁橋的設(shè)計、施工 階段中，采用仿斜拉橋的施工監(jiān)控原理，它包含以下設(shè)計步驟 對影響大跨徑混凝土梁橋應(yīng)力及位移的各要素進(jìn)行施工監(jiān)控，獲取各要素的監(jiān)測
數(shù)據(jù)，影響應(yīng)力與位移的要素主要包括自重、預(yù)應(yīng)力摩阻損失、混凝土的收縮徐變，獲得的
監(jiān)測數(shù)據(jù)包括位移、內(nèi)力、標(biāo)高、彈性模量、摩阻損失等；對獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)識別和
仿真分析，獲得全橋的應(yīng)力分布，通過對比平面桿系程序計算和全橋塊體仿真計算模型的
計算結(jié)果，得到主梁主要控制斷面在對稱及非對稱活載作用下的應(yīng)力增大系數(shù)(主要是剪
力滯效應(yīng))以及在恒載時的應(yīng)力增大系數(shù)，這些系數(shù)為平面計算中荷載增大系數(shù)的取值提
供依據(jù)，可估計出恒載差異、剛度差異、預(yù)應(yīng)力差異、收縮徐變變異等參數(shù)；利用識別出的參
數(shù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)對橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)重分析計算，并根據(jù)分析結(jié)果對后續(xù)預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行調(diào)整計算
設(shè)計，同時采用與實際相符的荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗算，盡量使調(diào)整后的新設(shè)計與實際相符。 在設(shè)計階段中，將混凝土收縮徐變作為隨機(jī)變量進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計與最小徐變設(shè)計的
步驟，它包含以下設(shè)計步驟將混凝土收縮徐變作為一個隨機(jī)變量；估計混凝土收縮徐變
誤差范圍；以混凝土收縮徐變誤差范圍作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計和最小徐變設(shè)計。其中，
包絡(luò)設(shè)計是利用最不利荷載位置法求出梁橋每個截面的最大內(nèi)力值，然后通過梁的內(nèi)力包
絡(luò)圖來反映在各種可能荷載作用下全梁各截面能發(fā)生的內(nèi)力最大值；混凝土徐變是指混凝
土在應(yīng)力作用下，其應(yīng)變隨時間而持續(xù)增長的特性，最小徐變設(shè)計即依據(jù)以往的設(shè)計應(yīng)先
估計一個混凝土徐變的誤差范圍，然后根據(jù)計算求得誤差范圍內(nèi)的最小徐變設(shè)計值。影響
混凝土徐變的主要因素包括混凝土的組成材料及其配合比、養(yǎng)護(hù)條件、工作環(huán)境的濕度與
溫度、構(gòu)件的尺寸以及承受的應(yīng)力大小、加載齡期、荷載持續(xù)時間等。 減少徐變效應(yīng)是在設(shè)計中盡量與實際的影響混凝土徐變的主要因素相符合，即在混凝土的組成材料及其配合比、養(yǎng)護(hù)條件、工作環(huán)境的濕度與溫度、構(gòu)件的尺寸以及承受的 應(yīng)力大小、加載齡期、荷載持續(xù)時間等方面考慮周全，盡量減少徐變效應(yīng)，提高設(shè)計的可靠 性。 另外，在設(shè)計階段中，通過參數(shù)變異計算以留足預(yù)應(yīng)力備用束，在運(yùn)營階段，通過 對橋梁的應(yīng)力與位移要素的監(jiān)控，采用預(yù)應(yīng)力備用束對內(nèi)力調(diào)整。預(yù)應(yīng)力備用束至少采用 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力備用束和體外預(yù)應(yīng)力備用束之中的一種，如圖l和2所示，在本實施例中，預(yù)應(yīng) 力備用束為體外預(yù)應(yīng)力備用束8，相應(yīng)地，設(shè)置預(yù)應(yīng)力備用束的架設(shè)結(jié)構(gòu)，在邊跨端部設(shè)置 錨固塊2，在邊跨和中跨設(shè)置轉(zhuǎn)向塊l，如圖3所示，在0號塊橫隔板3上端設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力 彎曲管道9，在轉(zhuǎn)向塊1和錨固塊2中均設(shè)置用于安裝預(yù)應(yīng)力備用束的管道，所有預(yù)留體內(nèi) 管道采用塑料波紋管并對橫隔板6內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)管道及錨墊板等鋼件進(jìn)行防腐處理，預(yù)應(yīng)力備 用束應(yīng)在橋梁跨中下緣橫向開裂前加設(shè)，這可通過對截面應(yīng)力、位移的嚴(yán)密監(jiān)測，當(dāng)應(yīng)力、 位移偏離設(shè)計期望并存在開裂危險時施加預(yù)應(yīng)力備用束，在運(yùn)營后根據(jù)橋梁健康監(jiān)測結(jié)果 適時進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視運(yùn)營過程中，尤其是竣工后前幾年的應(yīng)力和位移狀況，監(jiān)控 工作由專業(yè)的橋梁檢測單位每半年進(jìn)行一次，用專業(yè)的儀器進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)跨中下緣 表面有細(xì)微橫向裂縫，應(yīng)馬上張拉備用束，具體是在預(yù)留的預(yù)應(yīng)力備用束管道穿梭預(yù)應(yīng)力 鋼絞線，在錨固塊中進(jìn)行張拉錨固來實現(xiàn)。 如圖4所示，是邊跨及中跨合攏段矮橫隔梁的結(jié)構(gòu)圖，在橋梁的邊跨與中跨合攏 段4兩端上設(shè)置矮橫隔梁5，可有效預(yù)防合攏段的縱向開裂及跨中下?lián)线^大的隱患，其中合 攏段4采用鋼纖維增強(qiáng)聚合物改性混凝土 ；如圖5所示，為了加強(qiáng)橫隔板人洞7及施工縫部 位11的抗裂能力，在0號塊橫隔板3上設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力IO，用于預(yù)防0號塊橫隔板3梁體 開裂。 在設(shè)計階段，還要做好結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計和配筋設(shè)計，確保有足夠的腹板厚度和截面
尺寸；配置足夠的構(gòu)造鋼筋、足夠的預(yù)應(yīng)力彎道處防崩鋼筋和足夠的板內(nèi)系筋等。 本發(fā)明的實施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知
識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形
式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于采用斜拉橋施工監(jiān)控原理，它包含以下設(shè)計步驟(1)對影響大跨徑混凝土梁橋應(yīng)力及位移的各要素進(jìn)行施工監(jiān)控，獲取各要素的參數(shù)值；(2)對獲取的參數(shù)值進(jìn)行參數(shù)識別；(3)利用通過識別的參數(shù)對梁橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)重分析計算和預(yù)應(yīng)力的動態(tài)調(diào)整設(shè)計；(4)用實際的超載對動態(tài)調(diào)整設(shè)計進(jìn)行驗算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于將混凝土收縮徐變作為隨機(jī)變量進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計與最小徐變設(shè)計的步驟，它包含以下設(shè)計步驟(l)將混凝土收縮徐變作為一個隨機(jī)變量；(2)估計混凝土收縮徐變誤差范圍；(3)以混凝土收縮徐變誤差范圍作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計和最小徐變設(shè)計。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于通過參數(shù)變異計算以留足預(yù)應(yīng)力備用束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力備用束至少采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力備用束和體外預(yù)應(yīng)力備用束之中的一種，相應(yīng)地，設(shè)置預(yù)應(yīng)力備用束的架設(shè)結(jié)構(gòu)，它包括預(yù)埋在0號塊橫隔板內(nèi)的用于安裝預(yù)應(yīng)力備用束的預(yù)應(yīng)力管道及設(shè)置在梁上的轉(zhuǎn)向塊、錨固塊，其中在所述轉(zhuǎn)向塊和錨固塊中均設(shè)置用于安裝預(yù)應(yīng)力備用束的管道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于所述的預(yù)應(yīng)力備用束在橋梁跨中下緣部位橫向開裂前施加。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于在運(yùn)營階段，通過對橋梁的應(yīng)力與位移要素的監(jiān)控，采用預(yù)應(yīng)力備用束對內(nèi)力調(diào)整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于所述用于安裝預(yù)應(yīng)力備用束的管道采用塑料波紋管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于還包括在0號塊橫隔板上設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于還包括在梁橋的邊跨及中跨合攏段的兩端設(shè)置矮橫隔梁。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，其特征在于對所述橫隔板中的預(yù)應(yīng)力管道及橋梁上的錨墊板進(jìn)行防腐處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大跨徑混凝土梁橋設(shè)計方法，采用斜拉橋施工監(jiān)控原理，它包含以下設(shè)計步驟(1)對影響大跨徑混凝土梁橋應(yīng)力及位移的各要素進(jìn)行施工監(jiān)控，獲取各要素的參數(shù)值；(2)對獲取的參數(shù)值進(jìn)行參數(shù)識別；(3)利用通過識別的參數(shù)對梁橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)重分析計算和預(yù)應(yīng)力動態(tài)調(diào)整設(shè)計；(4)用實際的超載對動態(tài)調(diào)整設(shè)計進(jìn)行驗算。本發(fā)明引入斜拉橋施工監(jiān)控原理，保證橋梁建造質(zhì)量、確保施工過程的安全，使成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形等符合規(guī)范及設(shè)計要求，解決了現(xiàn)有大跨徑混凝土梁橋在運(yùn)營后，出現(xiàn)多處裂縫寬度超限、跨中下?lián)喜皇諗康痊F(xiàn)象，確保梁橋的承載能力，減少預(yù)應(yīng)力備用束的施加，保證橋梁的正常使用和安全，減少維修資金的投入。
文檔編號E01D22/00GK101709570SQ20091021423
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者盧紹鴻, 康如璧, 曹衛(wèi)力, 梁立農(nóng), 蔡小楊, 黃湛軍 申請人:廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院有限公司