现代桥梁科学技术的成就,得益于计算技术、新材料和施工技术的发展。在100~400米大跨径范围中,刚构和连续梁桥是本文探讨的目标。钢桥跨径大,自重很轻,可悬臂架设,但是养护麻烦,加工费和造价高。砼桥的跨径较大,可悬臂施工,无养护麻烦,比较经济合理,用得最多。但是大跨径的箱梁较高,自重很大,施工比较麻烦,并不经济合理。世界上最大的砼刚构桥为挪威斯托尔马桥,主跨301米,根部箱高15米,跨中箱高3.50米,主跨182米长度采用轻质高强C60砼,其余为C50砼,跨中底板厚20厘米,以减轻自重。砼刚构和连续梁桥的横断面都为箱梁,箱梁整体和稳定性好,它便于砼浇筑施工。桁架刚构桥在河南、湖北、四川和西藏建有跨径较小的70、90米实桥,为多片桁架形式,预制悬拼组装,跨中设挂梁,整体性较差,未能得到发展。箱梁便于正负弯矩的预应力配索,桁架则不便跨中正弯矩的预应力配索。箱梁自重大,其高度宜矮;桁架自重轻,其高度宜大,各有长处。刚构和连续梁桥主要是墩顶负弯矩大,特点是顶板受拉,底板受压;桁架是上弦受拉、下弦受压。对受压底板或下弦,宜采用轻质高强材料。所以要增大跨径,必然采用轻质高强材料和桁架形式,以减轻自重。跨中梁的高度较小,宜于采用T形截面,形成一种桁架和梁的混合结构。当跨中梁高不受限制时, 也可采用桁架形式。桁架高度大,T梁部分的高度矮,立面造型仍然显得自然和协调。砼桁架若不采用预制,采用现浇成型麻煩,容易开裂。如采用劲性的钢管砼骨架,再采用复合外包钢筋砼,桁架就容易成型和安装,可避免开裂。钢管砼外包钢筋砼的复合钢管砼组合结构,桁架(刚构和连续梁)桥的混合结构形式,能够减轻自重,方便施工,适用于大跨径桥梁。箱梁和双薄壁墩结合的刚构,箱梁外形显得笨重,有头重脚轻的感觉,桁架上下外形协调,显得自然美观。
豪氏桁架和华倫式桁架桥半立面图(上图)
桥梁技术具有鲜明的时代特征,随社会经济的发展而发展,是一个经济和材料发展的过程。我国的钢铁生产已跃居世界第一,在工程建设中钢结构很发展,提出复合钢管砼组合桁架梁桥这种钢和砼结构的形式,符合时代的发展规律。复合钢管砼组合桁架梁桥的特点,使箱形刚构和连续梁桥桥道结构的顶板形式保持不变,与桁架相组合,作为桁架上弦,实际成为板桁结构。桁架下弦和腹杆为复合钢管砼结构,桁架风构和横撑为钢丝网水泥砂浆防护的空钢管或钢管砼结构,跨中为劲性骨架T形梁或复合钢管砼桁架。
桥梁半平面图 风构桁架半平面图
1/2桁架根部断面图 1/2跨中桁架断面图
3、竖杆:桁架腹杆的竖杆均为压杆,在满足压杆稳定的前提下,其断面形状为宽度大,厚度小的矩形,以减小竖杆的抗弯刚度,减小刚架作用,按桁架特点传力,减小桁架节点的内力,以方便处理,使桥梁立面造型轻巧美观。桁架竖杆较高,为便于施工,便于加强和改善桁架节点受力。竖杆采用复合钢管砼结构,使钢管的组合简单,也采用箍筋组合为整复合钢管砼组合桁架梁桥墩上立柱图(二)
复合钢管砼组合桁架连续刚构桥图
复合钢管砼组合桁架连续梁桥图
4、腹杆:桁架的斜腹杆都受拉,起抗剪作用,采用配预应力筋来承受。为了加快施工进度,对斜拉杆预应力索的防护有效,仍然采用钢管砼,预应力索在钢管内受到保护,无砼开裂和锈蚀的危险。斜拉杆尺寸为较小的矩形,按施工方便和桥型美观需要而定。斜杆长短相差很大,长的预应力筋可用钢绞线,短的则采用预应力高强粗钢筋,以减少预应力张拉锚固的预应力损失。斜拉杆预应力索应布置在下弦两钢管中间,上弦杆预留锚固位置,以便相互协调处理。预应力筋宜采用无粘结力的形式,以便张拉调整內力。钢筋砼桁架杆件刚度较大,节点弯矩较大,砼材料容易开裂,不便处理。钢筋砼刚架结点韧性差,在地震力作用下砼容易开裂。采用复合钢管砼组合结构,其韧性好,可保证安全。对桁架节点砼需要加强,在造型上应对交角作倒角处理,使力线传递顺适,避免力线转折突变。实践经验证明,应对钢管节点砼加强配筋,加强防裂构造钢筋的设置。
计算方案技术标准。
桥墩中心距离:315、其它(260、240、220、180、160、120、80)米
桥面宽度(半幅):17米
桥墩根部桁架高度:19米
复合钢管砼桁架梁桥桁架拉、压、弯矩內力图(四)
高跨比:15/300=1/20
荷 载:汽车一—超20级(横向三列车排列) 挂车——120
结构特点:具有复合钢管砼组合桁架、钢管砼横联桁架、钢管风构桁架、板桁结构、预 应力复合钢管砼桁架的特点。
温升:△T=30摄氏度 桩基长度20米
对复合钢管砼组合桁架梁桥的初步探讨,结果令人满意,对于大跨径桥梁是适用的,很有发展前景。算例的315米跨径,取最大内力作控制性计算,结构处理无大的困难。对80~260米跨径的试算,小跨径内力小,则更容易处理,比315米更大的跨径亦可以实现。复合钢管砼组合桁架梁桥虽然采用钢管作劲性骨架,用钢量并不比箱梁大很多,因为箱梁的钢筋用量也很大。估计100~400米左右都是其适用范围,与其它桥型相比,在经济和技术上具有明显的优点。对于这种结构的动力性能,非线性特点等还应作深入的研究,仿真计算是强有力的工具,更需要积累实践经验。大跨径桥梁采用复合钢管砼组合桁架梁桥的形式,也是现代桥梁发展探讨的方向之一。