高墩大跨连续刚构墩型选择及关键技术探讨.pptx

1、高墩大跨连续刚构墩型选择及关键技术探讨中交一公院：宋松林2016年3月28日目目录录第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 连续刚连续刚构常构常见见墩型及墩型及选选用原用原则则第三部分第三部分 高墩、大跨高墩、大跨连续刚连续刚构构桥桥墩型墩型选择选择案例案例第四部分第四部分 连续刚连续刚构构桥桥关关键问题键问题及及对对策策连续刚连续刚构构桥桥特点特点不不设设支座，施工方便，养支座，施工方便，养护费护费用低用低不需要不需要设设置墩梁置墩梁临时临时固固结结措施，施工方便措施，施工方便墩墩顶顶参与弯矩分配，和参与弯矩分配，和连续连续梁比，跨越能力更大梁比，跨越能力更大各主墩可各主墩可协协同抗震，

2、但是没有有效的减隔震措施同抗震，但是没有有效的减隔震措施对对收收缩缩徐徐变变、温度、温度变变化比化比较较敏感，往往需要主墩有一定的柔度敏感，往往需要主墩有一定的柔度连续刚连续刚构构计计算需重点考算需重点考虑虑的荷的荷载载收收缩缩、徐、徐变变相对湿度的影响应引起重视。整体降温整体降温降温和收缩、徐变效应是同向叠加，使主梁趋于向跨中方向收缩。内力内力调调整措施整措施次边跨合拢前的顶推力和边跨合拢前的悬臂端压重，都会对边主墩的内力起到较大幅度的调整，使桥墩受力趋于合理。目目录录第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 连续刚连续刚构常构常见见墩型及墩型及选选用原用原则则第三部分第三部分 高墩、大跨

3、高墩、大跨连续刚连续刚构构桥桥墩型墩型选择选择案例案例第四部分第四部分 连续刚连续刚构构桥桥关关键问题键问题及及对对策策刚刚构构桥桥墩受力要求墩受力要求具有足够的纵向抗弯刚度，能够抵抗最大双悬臂阶段的纵风、不平衡浇筑、挂篮跌落等不平衡荷载；具有足够的横向抗弯刚度，抵抗横桥向风荷载，减小偏载引起的横向位移；具有适当的纵向抗推刚度，抵适应纵向收缩徐变、温度变化等引起的变形；对于长联刚构位于变形零点的主墩，桥墩选择以保证刚度为主；对于其他桥墩，特别是边主墩，则需要在较大的抗弯刚度和较小的抗推刚度之间寻求平衡。刚刚构构桥桥墩受力特点墩受力特点项项目概况目概况常常见见墩型墩型从截面上讲，有空心、实心之分

4、；从桥墩形式上讲，有单肢、双肢之分；根据墩高和纵向受力的需要，还可衍生出变截面矩形空心墩、带系梁的双肢墩，以及单肢墩与双肢墩的组合形式等等。项项目概况目概况单肢矩形空心墩双肢肢矩形空心墩双肢矩形空心墩+系梁单、双肢组合式墩变截面单肢矩形空心墩纵纵向向横向横向等截面横向放坡通过系梁连接横向组合式单单肢墩与双肢墩关肢墩与双肢墩关键键参数参数对对比抗推比抗推刚刚度度为横桥向尺寸，b为顺桥向尺寸，对相同截面的实心主墩进行比较。单肢墩双肢墩采用一分为二后，其纵向抗推刚度降低四倍，仅为单柱式桥墩的 1/4。抗推刚度的变化，理论上和双肢的距离无关。双肢净距HEIEI双肢/EI单肢0b/230.0833ab1

5、1倍墩宽b30.2708ab3.252倍墩宽3b/230.5833ab7.003倍墩宽2b31.0208ab12.254倍墩宽5b/231.5833ab19.01单单肢墩与双肢墩关肢墩与双肢墩关键键参数参数对对比抗弯比抗弯刚刚度度单肢墩双肢墩双肢墩的双肢墩的优优点点抗推刚度较小，抗弯刚度较大，且刚度容易调整。可以通过调整单肢1截面、系梁间距、系梁截面等手段调整桥墩刚度，使之既能适应温度、收缩徐变引起的纵向变形，又能为悬臂阶段提供抵抗不平衡弯矩的能力。而单肢墩一般采用矩形空心墩，抗推刚度较大。在墩高较高的情况，虽然矩形空心墩也可获得较好的柔度，但是其增加抗弯刚度的办法只有通过放坡加大截面，调整措

6、施有限。桥墩横向迎风面积小，风载体型系数小，对抵抗山区峡谷风有利。2而单肢墩由于抗弯刚度的需要，顺桥向墩宽往往大于双肢墩的总宽，横桥向的迎风面积和风载体型系数都较大，抗风更为不利。3减少了主梁净跨径，能有效削减墩顶弯矩峰值，上部结构受力趋于合理。167882双跨150m，最大墩高120m，对单肢墩和双肢墩进行受力比较。55848采用双肢墩，对主梁支点处峰值弯矩的消减非常明显，成桥的墩顶弯矩峰值比单肢墩可降低约67%。墩型成桥成桥10年汽车荷载单肢墩5.77.93.9双肢墩4.45.73.7双肢挠度/单肢挠度77%72%95%由于纵向抗弯刚度相对较大，桥墩对主梁转角的约束能力更强，主梁长期下挠相

7、对较小。4主跨挠度对比较（单位：cm）采用双肢墩对活载挠度影响不大，但对减少主梁长期下挠，效果较为明显。双肢墩的缺点双肢墩的缺点稳定性相对较差。1以某200m跨径刚构为例，在最大双悬臂阶段，取不同墩高进行比较，单肢墩和双肢墩的差异非常明显。工程规模较大、经济性较差。2对于墩高超过120m的高墩大跨连续刚构，下构工程量占整个桥梁的比例很大，约为40%60%。在单、双肢墩都适用的前提下，双肢墩的混凝土方量大约是单肢墩的1.11.4倍，经济性较差。施工相对复杂，系梁开裂风险大3双肢墩施工需要开展两个施工面，在墩高较高的情况下，往往还需要设置系梁来提高其稳定性，系梁施工需要搭设支架，施工工效较低。而系

8、梁由于其线刚度较大，与主墩交界处的应力往往很高，开裂的风险较大。基础开挖较大5双肢墩需拉开一定距离，桥墩的纵向总宽往往比单肢墩大很多，对于地质条件较好的山区，可能需要增大承台尺寸、加大基础的开挖量。防撞能力较弱4位于水中、有通航需求的桥梁，桥墩往往有船撞风险。在船撞工况下，对于单肢墩，撞击力由整个桥墩来承受，而对于双肢墩，撞击力仅由其中一肢来承受，结构自身防船撞的能力就大大削弱，设计中应充分重视。提高双肢墩提高双肢墩稳稳定性的措施定性的措施设置永久系梁1以某主跨150m刚构为例，设置一道系梁时，桥墩稳定性有明显改善。超过一道系梁时，稳定系数甚至会略有降低。但是对于桥墩在最大双悬臂阶段的承载能力

9、而言，系梁肯定是越多越好，设计中应根据计算，优化设计。设置临时系梁2最大双悬臂阶段往往是连续刚构桥墩稳定性的控制工况。如果在最大双悬臂阶段稳定性略差，而运营阶段不设系梁亦可满足受力要求，这种情况可在施工阶段设置临时系梁。主梁合拢之后，意味着桥墩风险最大的阶段已经渡过，可将系梁拆除。3x200m，最大墩高146m采用组合式桥墩3 稳定性提高显著。桥墩下部为单箱多室结构，施工复杂。桥墩在分肢处刚度突变明显，抗震不利。单肢墩底往往是控制截面。混凝土方量大，造价较高。体量庞大，景观效果打折扣。提高提高单单肢墩抗弯肢墩抗弯刚刚度的措施度的措施高墩大跨连续刚构采用单肢墩，往往是在最大双悬臂阶段纵向不平衡荷

10、载和横向风载工况下，主墩强度控制设计。由于截面形式的限制，没有更好的办法，可采取的措施只有通过放坡加大截面、增加壁厚。连续刚连续刚构墩型构墩型选选用原用原则则刚柔相济、施工便利、经济适用墩型选择应结合墩高、跨径，以及主墩在全桥所处的位置等因素综合考虑，一般在初选墩型时，可参考以下原则：墩高H40m，桥墩较矮，可优先采用双肢墩来增加主墩柔性；40mH100m，桥墩较高，不论采用何种墩型都可获得足够的柔度，建议结合项目实际情况，从受力、施工、经济性、景观效果等多角度进行比选。目目录录第四部分第四部分 连续刚连续刚构构桥桥关关键问题键问题及及对对策策第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 连续刚

11、连续刚构常构常见见墩型及墩型及选选用原用原则则第三部分第三部分 高墩、大跨高墩、大跨连续刚连续刚构构桥桥墩型墩型选择选择案例案例5x185m连续刚连续刚构，最大墩高构，最大墩高180m，边边主墩高主墩高85m方案一：双肢墩+系梁方案二：组合式桥墩墩型比选方案三：单肢矩形空心墩墩型施工便利性工期（天）方案一系梁施工较为繁琐10个月方案二底部为单箱九室断面，施工复杂12个月方案三施工方便8个月墩型砼方量（单墩，双幅，m3）比例方案一101341.10方案二125671.36方案三92191墩型最大双悬臂阶段成桥阶段方案一11.6（主墩纵弯）13.3（主墩纵弯）方案二13.4（主墩纵弯）18.9（主

12、墩横弯）方案三10.8（主墩纵弯）12.2（主墩纵弯）表1：稳定性比较表2：经济性比较表3：施工比较单肢、变截面矩形空心墩施工方便、经济性较好，受力亦可满足要求，故推荐采用单肢墩。3x140m连续刚连续刚构，最大墩高构，最大墩高154m，平曲，平曲线线半径半径880m墩型1墩型2墩型3比选项目墩型1（横向系梁）墩型2（横向组合式）墩型3（纵、横组合式）静力强度稳定性动力特性M/Mu稳定特征值扭转基频（Hz）2.7311.1321.015.21.0172.016.70.426混凝土方量（m3）施工便利性景观效果主要优点主要缺点推荐意见6448左右幅均为单箱单室截面，横向通过系梁相连，施工方便，施

13、工周期短。简洁、大气，景观效果较好。抗扭刚度好；经济性好；施工方便；景观效果较好。左右幅主墩通过系梁连接，系梁线刚度大，施工复杂，运营期间容易开裂。推荐7390主墩下段为单箱三室截面，上段左右幅均为单箱单室截面。下段施工较复杂，施工周期稍长。下段略显笨重，景观效果一般。横向刚度大；抗扭刚度较好。横向存在刚度突变，抗震不利；工程规模较大，经济性较差；施工较复杂。比较11798主墩下段为单箱九室截面，中段为单箱三室截面，上段为单箱单室截面，施工复杂，施工周期长。墩型过渡较繁琐，上段通透，下段略显笨重，景观效果一般。纵向抗弯刚度大；悬浇阶段安全性高；上构箱梁的净跨径小。抗扭刚度差；主墩存在刚度突变，

14、抗震不利；工程规模大，经济性差；施工复杂。比较目目录录第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 连续刚连续刚构常构常见见墩型及墩型及选选用原用原则则第三部分第三部分 高墩、大跨高墩、大跨连续刚连续刚构构桥桥墩型墩型选择选择案例案例第四部分第四部分 连续刚连续刚构构桥桥关关键问题键问题及及对对策策改善改善边边主墩受力的措施主墩受力的措施对于多跨连续刚构，随着联长的加大，边主墩距离主梁水平位移零点的距离增大，在最不利荷载组合下，全桥呈现出向内收缩的趋势，边主墩的弯矩和剪力将迅速增大，特别是边主墩较矮的时候，可能导致刚构方案无法成立。次边跨合拢前悬臂端顶推1连续刚构边主墩的受力特点是墩顶内侧和墩底

15、外侧受拉，与降温荷载效应相同，墩越矮越明显。从变形趋势来看，成桥的时候主梁就向跨中方向收缩。因此合拢前施加一个反向的荷载，让边主墩朝边跨侧预偏，可以达到减小墩身内力的目的。未顶推顶推150t150t最大双悬臂状态边跨侧配重2与上述顶推力同理，边跨侧配重与降温荷载效应相反，相当于给边主墩朝边跨方向施加一个预转角，可以达到减小墩身内力的目的 。墩身设竖缝形成多片墩3如前所述，单片墩一分为二后，抗推刚度为单片墩的1/4,理论上讲，双片墩还可以再分为四片，进一步降低主墩抗推刚度 。增大边中跨比4连续刚构的合理边中跨比大致为0.540.67，考虑到边跨现浇段施工需要在过渡墩顶搭设托架，实际设计时边中跨比

16、经常会小于0.54，往往造成边墩受力不利，主梁边跨上缘拉应力不好控制。因此，从受力角度，不建议设计时边中跨比太小。加大边跨带来的过渡墩受力不利的问题，可以通过以下措施解决：搭设托架施工边跨现浇段的同时，过渡墩另一侧进行压重；先合拢中跨，边跨多悬浇一个节段，减少过渡墩托架长度。人为设置过渡墩支座沉降5可以在过渡墩位置设可调高支座，在体系转换时控制过渡墩支座沉降，调整边主墩内力，其原理与最大双悬臂状态边跨侧配重相同。设置基础偏心6一般情况下，边主墩基础在成桥状态下已经有较大的弯矩，与降温弯矩同号。因此可以将基础中心和桥墩中心设置偏心距e，如果墩底轴力为N，则预偏心距M=Ne可抵消一部分最不利弯矩，

17、减少基础受力，但对桥墩受力没有影响。释放边主墩，形成刚构-连续梁组合体系7如果前述若干措施均不能解决问题，在跨径不太大的情况下，可以释放边主墩与主梁的约束，墩顶设活动支座，形成刚构-连续梁组合体系。跨中下跨中下挠挠的特点、原因及的特点、原因及对对策策大跨径预应力混凝土箱梁跨中下挠问题，是一个国内外普遍存在的问题，从另一个侧面也说明大跨径预应力混凝土箱梁跨中下挠，是设计、施工技术上的确存在缺陷。跨中下挠的特点刚构跨中下挠长期增长，是不可逆的。传统设置预拱度的方法只能解决施工中引起的桥面线形问题，而不能有效控制跨中下挠。实际的跨中长期下挠值远大于设计预拱度。下挠发生后，尚没有措施恢复主梁线形，只能

18、采取措施抑制进一步下挠。跨中下缘压应力储备偏小跨中下挠的主要原因对收缩徐变认识不足施工不当导致预应力损失偏大施工超方和铺装超厚跨中下挠活载对徐变挠度的不利影响超载对收缩徐变认识不足尽管工程界对砼收缩、徐变已经进行了几十年的研究，认识和计算手段也在不断提高。但是目前收缩、徐变对结构内力和变形的影响还无法计算的很准确。D62-04规范关于砼收缩应变和徐变系数终极值，根据CEB-FIP规范计算得到，对大跨径桥梁，从实测的数据来看，可能偏小。建议对收缩、徐变引起的跨中下挠充分考虑，在没有更可靠手段的情况下，可按主跨跨径的0.6 0.8进行估算。跨中下缘压应力储备偏小04规范对于运营阶段混凝土最大压应力

19、提出了要求，而对于运营阶段的主梁跨中下缘最小应力没有提出要求，只通过抗裂验算来控制主梁下缘应力是不能满足桥梁的应力需要。实际上且跨中下缘的应力储备和跨中下挠问题是直接相关的。通过实桥的调研资料，在最不利荷载组合下仍有一定压应力储备的桥梁，跨中往往没有出现横向裂缝，跨中下挠也较小。跨中下缘一旦开裂，将降低结构刚度，造成进一步下挠，形成恶性循环。施工超方和铺装超厚由于施工误差，结构超方的情况比较常见，而成桥以后由于主梁线形达不到验收要求，最后再通过局部加厚铺装来调整的，这种情况也非常多。超方和铺装加厚对结构的影响不可忽略，设计计算的时候建议对施工规范允许范围内的结构误差进行充分考虑。施工不当导致预

20、应力损失偏大过早加载导致预应力弹性压缩损失（l4）和收缩、徐变损失（l6）增大，从而使徐变挠度增大。预应力管道灌浆不饱满，导致预应力长期损失增大。规范对塑料波纹管的管道摩阻系数0.140.17，从实测结果来看，取值偏小，偏于不安全，建议设计中按0.2校核。活载对徐变挠度的不利影响在桥梁竣工开放交通时，结构的徐变还没有完成，在交通量较大的桥上，活载相当于永久作用一样昼夜作用在桥面上，活载及活载超载也会使结构的徐变下挠值加大，因此宜考虑活载引起的结构徐变下挠值的加大。在实际操作中，可以将长期作用在桥梁上的汽车荷载，在计算中给予适当的折减，来考虑活载效应造成的长期徐变增量。超载1跨中下挠的对策控制除

21、收缩徐变以外的弹性挠度结构弹性挠度和徐变挠度是跨中下挠的直接因素，因此首先宜控制结构在除混凝土收缩徐变外的弹性挠度。2提高跨中下缘的压应力储备规范对此处的最小正应力没有特殊要求，设计人员在计算的时候往往根据规范控制不出现拉应力，在施工缺陷、超载等因素的影响下，底板一旦开裂，将形成持续下挠。因此，建议考虑控制跨中下挠的要求，将跨中下缘的压应力储备提高至不小于2MPa。3配置适当的体外预应力钢束原来的刚构设计往往只配体内束，有的桥梁在运营若干年后下挠病害比较严重的时候，再通过设置体外束进行加固。建议采取积极预防的配束策略，配置适当的体外束，施工期间可以不张拉或只张拉一部分，如果运营期间出现下挠病害，即可启动体外束，抑制主梁持续下挠。谢 谢THANKS