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[摘 要] 分析设计时混凝土收缩徐变和基础沉降两个因素,以及这两个因素对加宽形式选择的影响。
[关键词] 桥梁加宽设计 混凝土收缩徐变和基础沉降 加宽形式
近年来鞍山地区实施了很多的公路建设工程,其中包括大量的原有公路扩建工程,本文着重于探讨桥梁加宽设计时需要注意的混凝土收缩徐变和基础沉降两个因素,以及这两个因素对加宽形式选择的影响。
1、混凝土收缩徐变差异对新旧桥体的影响
收缩是指混凝土体内水泥凝胶体中游离水蒸发,而使其本身体积缩小的一种物理化学现象,它是不依赖于荷载而与时间、气候等有关的一种变形。
徐变是指在持续荷载作用下,混凝土的应变随时间增长的现象。徐变应变是随持荷时的增长而增加的,但其增加的速度又是随时间递减的。当荷载施加时,混凝土产生瞬时的可恢复的弹性变形和一个缓慢的非弹性变形,这种非弹性变形称为徐变。
我们可以简易的理解为收缩是混凝土体内晶体结合而导致体积缩小,有无荷载皆会产生。徐变则是在荷载作用下必然存在并且随时间而不断增大的现象。新桥混凝土的收缩徐变相对于旧桥更加显著。据此可以知道,如果新旧桥上部梁体连接,新桥主梁的混凝土纵向收缩受到旧桥主梁的限制,而在旧桥主梁中产生的附加内力,尤其是旧桥边梁承受其中大部分,同时这个附加内力同样反作用于新桥边梁。这就要求设计时需要考虑旧桥边梁的承载能力以及新桥边梁受力。
2、新旧桥基础沉降差异对新旧桥主梁及其连接处的影响
目前在众多的沉降计算方法中应用最广泛的是分层总和法。
分层总和法是假定地基土为直线变形体,在外荷载作用下的变形只发生在有限厚度的范围内(即压缩层),将压缩层厚度内的地基土分层,分别求出各分层的应力,然后用土的应力一应变关系式求出各分层的变形量,加起来即为地基的沉降量。
桥梁基础沉降最终沉降量S计算公式:
其中:
e——土的孔隙比
n——分层总数
h——单层厚度
通过对基础沉降计算方法的介绍可以看出,一般来说若桥梁的基础持力层位于土层中,那么新建桥梁的沉降是缓慢发生的,可持续很长一段时间。而若基础的持力层位于岩层上则可避免新建桥梁部分的沉降发生。因此,在有条件的情况下,为避免基础沉降对加宽后桥梁上部结构产生不利的影响,可以将加宽部分的桩基础直接打到岩层上。很多情况地质情况不能达到这种要求,设计时可以采用粉喷桩或碎石桩处理地基。
3、常见的桥梁加宽形式分析
目前,桥梁加宽工程中主要有以下四种方式:
1)上、下部结构及桥面铺装均不连接
该加宽连接形式中,新旧桥体完全分离,两者不受混凝土收缩徐变和基础沉降因素影响,桥面铺装采用纵向简易伸缩缝断开。
新桥与原桥各自受力、互不影响,降低了桥梁拓宽施工的难度,相对分离的桥面铺装使用、维修相对独立,互不干扰,并且可以在不影响原道路交通的情况下施工。鉴于纵向伸缩缝对车辆轮胎、行车舒适性的影响,纵向伸缩缝宜布置于行车道双黄线位置,所以此种形式受加宽后行车道的布设位置限制,鞍海路杨柳河北桥、张庄线雅河桥均采用这种方式。桥面纵向简易伸缩缝如左图。
2)上下部结构不连接、桥面铺装连接
该加宽连接形式中,新旧桥体上下部结构上分离,不受混凝土收缩徐变和基础沉降因素影响,与上一形式区别仅在于新旧桥面铺装是一体连续的。优点同上,而且桥面平顺,但是当车辆运行时新旧桥主梁产生较大的挠度差,从而造成新旧桥之间连接处的桥面铺装层的破坏,影响行车安全和路容美观,并且维修起来比较困难。
3)上下部结构均连接
新旧桥梁刚性连接,新旧上、下部之间分别通过现浇横隔梁、植筋等方式形成一体。这种方式桥面平顺,行车安全性和舒适性均较其它连接方式好。但是,混凝土收缩徐变和基础沉降两个因素直接影响新旧桥体上下部的内力,设计、施工时需特别考虑。鞍山地区新旧桥石砌轻台连接方式如上图。
4)上部结构连接,下部结构不连接
新旧桥上部结构形成整体,有利于减小新旧桥的变形差,使桥面平顺,行车舒适安全。新旧桥下部结构不连接,各自单独受力,基础未支撑在岩层上时需对地基进行处理以减少沉降。
4、结束语
连接方式不同混凝土收缩徐变和基础沉降因素影响的大小也不同,不同的桥梁加宽设计应根据其具体情况,因地制宜,充分重视桥体附加内力以及地基处理,采取适合的横向连接方式。
参 考 文 献
[1] 交通部 中交公路规划设计院.JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004.
[2] 姚玲森 桥梁工程.北京:人民交通出版社,1988.■
[关键词] 桥梁加宽设计 混凝土收缩徐变和基础沉降 加宽形式
近年来鞍山地区实施了很多的公路建设工程,其中包括大量的原有公路扩建工程,本文着重于探讨桥梁加宽设计时需要注意的混凝土收缩徐变和基础沉降两个因素,以及这两个因素对加宽形式选择的影响。
1、混凝土收缩徐变差异对新旧桥体的影响
收缩是指混凝土体内水泥凝胶体中游离水蒸发,而使其本身体积缩小的一种物理化学现象,它是不依赖于荷载而与时间、气候等有关的一种变形。
徐变是指在持续荷载作用下,混凝土的应变随时间增长的现象。徐变应变是随持荷时的增长而增加的,但其增加的速度又是随时间递减的。当荷载施加时,混凝土产生瞬时的可恢复的弹性变形和一个缓慢的非弹性变形,这种非弹性变形称为徐变。
我们可以简易的理解为收缩是混凝土体内晶体结合而导致体积缩小,有无荷载皆会产生。徐变则是在荷载作用下必然存在并且随时间而不断增大的现象。新桥混凝土的收缩徐变相对于旧桥更加显著。据此可以知道,如果新旧桥上部梁体连接,新桥主梁的混凝土纵向收缩受到旧桥主梁的限制,而在旧桥主梁中产生的附加内力,尤其是旧桥边梁承受其中大部分,同时这个附加内力同样反作用于新桥边梁。这就要求设计时需要考虑旧桥边梁的承载能力以及新桥边梁受力。
2、新旧桥基础沉降差异对新旧桥主梁及其连接处的影响
目前在众多的沉降计算方法中应用最广泛的是分层总和法。
分层总和法是假定地基土为直线变形体,在外荷载作用下的变形只发生在有限厚度的范围内(即压缩层),将压缩层厚度内的地基土分层,分别求出各分层的应力,然后用土的应力一应变关系式求出各分层的变形量,加起来即为地基的沉降量。
桥梁基础沉降最终沉降量S计算公式:
其中:
e——土的孔隙比
n——分层总数
h——单层厚度
通过对基础沉降计算方法的介绍可以看出,一般来说若桥梁的基础持力层位于土层中,那么新建桥梁的沉降是缓慢发生的,可持续很长一段时间。而若基础的持力层位于岩层上则可避免新建桥梁部分的沉降发生。因此,在有条件的情况下,为避免基础沉降对加宽后桥梁上部结构产生不利的影响,可以将加宽部分的桩基础直接打到岩层上。很多情况地质情况不能达到这种要求,设计时可以采用粉喷桩或碎石桩处理地基。
3、常见的桥梁加宽形式分析
目前,桥梁加宽工程中主要有以下四种方式:
1)上、下部结构及桥面铺装均不连接
该加宽连接形式中,新旧桥体完全分离,两者不受混凝土收缩徐变和基础沉降因素影响,桥面铺装采用纵向简易伸缩缝断开。
新桥与原桥各自受力、互不影响,降低了桥梁拓宽施工的难度,相对分离的桥面铺装使用、维修相对独立,互不干扰,并且可以在不影响原道路交通的情况下施工。鉴于纵向伸缩缝对车辆轮胎、行车舒适性的影响,纵向伸缩缝宜布置于行车道双黄线位置,所以此种形式受加宽后行车道的布设位置限制,鞍海路杨柳河北桥、张庄线雅河桥均采用这种方式。桥面纵向简易伸缩缝如左图。
2)上下部结构不连接、桥面铺装连接
该加宽连接形式中,新旧桥体上下部结构上分离,不受混凝土收缩徐变和基础沉降因素影响,与上一形式区别仅在于新旧桥面铺装是一体连续的。优点同上,而且桥面平顺,但是当车辆运行时新旧桥主梁产生较大的挠度差,从而造成新旧桥之间连接处的桥面铺装层的破坏,影响行车安全和路容美观,并且维修起来比较困难。
3)上下部结构均连接
新旧桥梁刚性连接,新旧上、下部之间分别通过现浇横隔梁、植筋等方式形成一体。这种方式桥面平顺,行车安全性和舒适性均较其它连接方式好。但是,混凝土收缩徐变和基础沉降两个因素直接影响新旧桥体上下部的内力,设计、施工时需特别考虑。鞍山地区新旧桥石砌轻台连接方式如上图。
4)上部结构连接,下部结构不连接
新旧桥上部结构形成整体,有利于减小新旧桥的变形差,使桥面平顺,行车舒适安全。新旧桥下部结构不连接,各自单独受力,基础未支撑在岩层上时需对地基进行处理以减少沉降。
4、结束语
连接方式不同混凝土收缩徐变和基础沉降因素影响的大小也不同,不同的桥梁加宽设计应根据其具体情况,因地制宜,充分重视桥体附加内力以及地基处理,采取适合的横向连接方式。
参 考 文 献
[1] 交通部 中交公路规划设计院.JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004.
[2] 姚玲森 桥梁工程.北京:人民交通出版社,1988.■