1、大跨預應力混凝土桁架橋梁研究論文班級：TY2011姓名：DYL學號：06大跨預應力混凝土桁架橋梁論文關鍵詞:預應力混凝土；桁架橋；鋼桁架橋；朝天門大橋；江界河大橋論文摘要：自從法國人Freyssinet于1928年提出預應力混凝土的概念和設計理論、德國人Dishinger在1938年提出的現代斜拉橋設計構思之后的至今的幾十年里,世界橋梁建設呈現出日新月異的景象。1.1跨徑不斷增大目前,鋼梁、鋼拱的最大跨徑已超過500m,鋼斜拉橋為890m,而鋼懸索橋達1990m。隨著跨江跨海的需要,鋼斜拉橋的跨徑將突破1000m,鋼懸索橋將超過3000m。至于混凝土橋,梁橋的最大跨徑為270m,拱橋已達420

2、m,斜拉橋為530m。桁架是平面結構中受力最合理的形式之一。桁架橋與其他橋型相比,具有自重小,結構輕巧、造型簡潔,由上弦、腹桿和下弦組成的桁片,各桿件共同受力,有效地利用材料、便于節段拼裝和施工快捷等優點。同時，大跨徑桁架橋的桁架高度都很大，造勢氣勢雄偉，外形輕巧，安全穩定，具有獨特的美感。本文主要讓讀者了解大跨預應力混凝土桁架橋梁的基本知識，重點介紹了鋼桁架橋與大跨預應力混凝土橋梁的施工工藝以及我國重要的典型橋梁：朝天門大橋和江界河大橋。正文：1.1混凝土桁架橋的概念桁架概念：【truss bridge】 指的是以桁架作為上部結構主要承重構件的橋梁。1.2桁架橋組成桁架組成: 桁架橋一般由主

3、橋架、上下水平縱向聯結系、橋門架和中間橫撐架以及橋面系組成。在桁架中，弦桿是組成桁架外圍的桿件，包括上弦桿和下弦桿，連接上、下弦桿的桿件叫腹桿，按腹桿方向之不同又區分為斜桿和豎桿。弦桿與腹桿所在的平面就叫主桁平面。大跨度橋架的橋高沿跨徑方向變化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不變的桁高，即所謂平弦桁架或直弦桁架。1.3桁架橋結構分類桁架結構分類：桁架結構可以形成梁式、拱式橋，也可以作為纜索支撐體系橋梁中的主梁(或加勁梁)。桁架橋梁絕大多數采用鋼材修建，亦有采用預應力混凝土修建的例子。1.4桁架橋優點桁架是平面結構中受力最合理的形式之一。桁架橋與其他橋型相比,具有自重小,結構輕巧、造型簡潔,由上弦

4、、腹桿和下弦組成的桁片,各桿件共同受力,有效地利用材料、便于節段拼裝和施工快捷等優點。懸索橋以受拉為主，拱橋以受壓為主，桁架橋為拉、壓力相平衡的形式。桁架的拉、壓和腹部支撐都為桿件形式，桿件的自重小，橋梁的自重輕，跨越能力大。在更大跨的懸索施工中，應用良好，例如：日本的明石海峽大橋。同時，大跨徑桁架橋的桁架高度都很大，造勢氣勢雄偉，外形輕巧，安全穩定，具有獨特的美感。1.5我國的桁架橋發展歷程我國比較有名的桁架橋梁有：錢塘江大橋、武漢長江大橋(三聯3128m連續鋼桁梁，1957年，為“萬里長江第一橋”)、南京長江大橋(三聯3160m連續鋼桁梁，1969年)、九江長江大橋(180m+260m+1

5、60m梁拱組合體系，1993年)、蕪湖長江大橋(180m+312m+180m鋼桁斜拉橋，1999年)和香港青馬大橋(主跨1377m鋼桁加勁梁懸索橋，1997年)，目前我國修建的重慶朝天門大橋為190m+552m+190m鋼桁拱橋，是世界最大跨徑拱橋。桁架橋為空腹結構，因而對雙層橋面有很好的適應性，以上列舉的幾座橋均布置為雙層橋面。1) 錢塘江大橋是我國自行設計建成的一座現代化公鐵兩用橋梁，072m，由16孔跨徑為56.84m及2孔14.63m上承板梁組成，茅以升任錢塘江大橋 錢塘江大橋工處長，羅英任總工程師，但各主要工程，還是由各洋行承包。2）武漢長江大橋，建成于1957年，是我國第一座長江大

6、橋，結束了我國萬里長江無橋的狀況，又標志著我國修建大跨度鋼橋的技術水平達到了新的起點。大橋正橋為三聯3128m連續鋼桁架梁，公鐵兩用，包括引橋在內，鐵路全長6772m，公路橋梁為4589m。 武漢長江大橋3）南京長江大橋，是1958年規劃興建，1968年建成。正橋全長1576m，計10孔，3聯3160m連續鋼桁梁橋加一孔128m簡支梁，鋼材為屈服強度350MPa低合金鋼。該橋鋼材是在新中國成立后不久，國家經濟薄弱，鋼材產量很低，制造設備嚴重缺乏的情況下為本橋開發的。南京長江大橋4）1998年4月5日，世界上目前最長的吊橋日本明石海峽大橋正式通車。大橋坐落在日本神戶市與淡路島之間(東經135度0

7、1分，北緯34度36分），全長3911米，主橋墩跨度1991米。兩座主橋墩海拔297米，基礎直徑80米，水中部分高60米。兩條主鋼纜每條約4000 明石海峽大橋米，直徑1.12米，由290根細鋼纜組成，重約5萬噸。大橋于1988年5月動工。1998年3月竣工。 明石海峽大橋首次采用1800MP級超高強鋼絲，使主纜直徑縮小并簡化了連接構造，首創懸索橋主纜，這也是第一座用頂推法施工的跨谷斜拉橋，由著名的法國埃菲爾集團公司承建。1.6鋼桁架橋鋼桁架橋的主要特點及使用范圍鋼材是抗拉、抗壓和抗剪強度均較高的勻質材料，因此鋼橋具有很大的跨越能力，且結構可設計得相對比較纖細。鋼橋的構件適合用工業化方法制造，

8、便于運輸，工地安裝速度快，因此施工工期較短。鋼橋在受到破壞后，易于修復和更換，適宜于戰備和災害恢復的快速搶修。鋼橋易于腐蝕，因此需要經常檢查和定期噴涂防腐涂料，近年來雖然研究出了一些長效的涂料，但價格也比較昂貴，因此鋼橋的養護費用比其他橋梁較高。1.7鋼桁架橋的懸臂拼裝施工 鋼桁架橋的懸臂拼裝施工，主要有下列程序：桿件地面預裝、鋼梁桿件懸臂拼裝、高強度螺栓施工、安裝臨時支撐裝置、鋼梁縱移和橫移等。1.8朝天門大橋朝天門大橋，于2009年4月25日正式通車。大橋只有兩座主墩，主跨達552米，比世界著名拱橋澳大利亞悉尼大橋的主跨還要長，成為“世界第一拱橋”。大橋分為上下兩層。上層為雙向六車道，行人

9、可經兩側人行道上橋；下層則是雙向輕軌軌道，并在兩側預留了2個車行道，可保證今后大橋車流量增大時的需求。 朝天門大橋 著名的“悉尼大橋”曾是“世界第一拱橋”，不過，“世界第一拱橋”已經易主重慶朝天門長江大橋，它的鋼拱橋主跨552米，比“悉尼大橋”還要長近50米。除此之外，重慶交通科研設計院副院長王復敏透露，朝天門大橋4個支座的球面可在一定范圍內扭曲、旋轉，抵抗大橋因地震、顛簸、大風、洪水等引起的外力，確保大橋100年壽命，大橋還通過了苛刻的超聲波探傷檢查，能承載14500噸重量，居世界第一；公軌兩用、先拱后梁施工難度世界第一。1.9江界河大橋一、基本情況1995年竣工的貴州江界河大橋位于貴州省甕

10、安縣境內，跨越烏江如圖所示。主孔橋型為預應力混凝土桁式組合橋，橋型布置、上弦及橋面系構造如圖所示。大橋全長461米，寬13.4米，橋面至最低水面263米，主孔跨徑330米。在同類橋梁中，江界河大橋雄居世界第一， 江界河大橋堪稱天下第一橋。它的建成，宣告了桁式橋梁新的世界紀錄的誕生。二、本橋主要技術標準如下：孔跨布置：20m+25m+30m+330m+30m+20m，全長431m，主孔跨徑330m，計算矢跨比為1/6，計算矢高為55m，下弦拱軸線為二次拋物線；三、施工工藝要點全橋兩岸邊孔，除甕安岸邊孔三段采用現澆外，其余均采用預制吊裝。主孔采用析架伸臂法懸拼架設。懸拼工藝流程中最主要的是:按照設

11、計的懸拼加載程序，將預制構件安全、準確的吊運就位一一張拉預應力鋼筋(絲)使構件穩定一一主孔懸掛重量通過上弦和斜桿分別傳至邊孔各基礎，借助于可靠的錨固，使基礎和地基牢固連接在一起。概括起來，懸拼工藝成功的三要素是:吊得起、拉得住、錨得穩。當然，圍繞這三個因素，有一系列的工藝，如:構件的預制一一脫模一一移運一一翻身一一吊裝一一橫浪就位一一臨時穩定一一構件接頭處理一一張拉預應力鋼筋一一移運吊機一一連續懸拼一一體系轉換等。其中每一步驟，都有相應的技術措施保證。以下就懸拼工藝的關鍵技術:吊機系統設計、懸拼程序設計、預應力工藝設計和錨固設計，分別加以介紹。(一)、吊機系統貴州省采用析架伸臂法架設大跨徑橋梁

12、的一個重大改進是不用傳統的纜索吊機，而用鋼人字桅桿作主要吊裝工具。人字桅桿結構簡單，起重量大，吊裝運轉安全可靠。(二)、懸拼工藝兩岸邊孔腳段，二段析片為預制吊裝，每岸預制構件為12件。主孔朽片共分14段，半跨7段，預制構件54件，全橋共108件(不含頂底板和橫向聯系)。每件預制構件重量控制在120t以內。主孔下弦頂底板為預制吊裝。主、邊孔上弦頂底板為現澆。構件在兩岸引道上預制。帶節點的預制件采用臥式預制，不帶節點的預制件采用立式預制。構件用千斤頂頂起脫膜后，以專用托架移運至桅桿腳下，由桅桿翻身并吊運至設計位置安裝。30m+28m+26m+22m+22m+74m+22m+22m+26m+28m

13、+30m，其中74m為實腹段。上弦在三、四節間之間斷開，斷點位置經過優化，斷點至墩頂的懸臂長度為84m（懸臂段長度與計算跨徑之比為0.255），中間桁拱段長度為162m。2.截面形式本橋上構所有桿件均采用箱形截面，各種截面的面積比、剛度比經過優化確定。上下弦及實腹段截面系先預制兩邊箱（桁片），吊裝就位后再加蓋頂、底板組成三室箱。上弦桿為高2.2m、寬10.56m的單箱三室截面，其頂板既作承受局部荷載的單向（橋面）板，有作為上弦桿的一部分參與縱向受力，設計成空心板，腹板呈工字形，如圖2所示。3.節點構造本橋采用以圓弧過渡的擴大空心節點。即各桿件邊線交匯處一律以圓弧過渡，桿件截面重疊部分不是全部填

14、實，而是根據受力與設置預應力鋼筋的需要，將腹桿、上下弦桿內整個空間或者部分空間相互交叉重疊的大部分截面仍然全部挖空，如圖3所示。由節點光彈模型試驗結果知，桿件交匯處局部應力集中現象嚴重，故增設較強的倒角鋼筋。4.接頭設計本橋采用預制懸拼施工，除拱頂采用濕接頭外，一律采用半干性街頭，塔接臺階寬30cm，桿件四周鋼筋伸出，就位后電焊鋼筋使其連通，產生的縫隙用鋼板填塞，并灌注環氧樹脂砂漿，然后用混凝土封閉其開口，拱頂接頭長1m，端頭預埋鋼板，以便合龍時預壓。5.預應力體系設計本橋上弦桿與斜桿為預應力構件，根據受理與施工需要，分為永久索和臨時索，在體系轉換后，主孔斷點至拱頂區段為壓彎構件，故僅布置臨時

15、索。考慮到上弦預應力鋼筋在施工中需多次松張、接長、張拉的特點，采用32mmIV級高強粗鋼筋和軋絲錨；斜桿為一次吊裝，不需接長，故采用245mm高強鋼絲和弗式錨（錨固端用墩頭錨）。(三)、預應力工藝本橋上弦和斜桿為預應力構件。根據懸拼施工上弦的預應力鋼筋須多次松張、接長、張拉的特點，采用業32mmw級高強粗鋼筋。斜桿均為一次吊裝，不需多次接長，故采用24小smm高強鋼絲。懸拼過程中，構件吊裝就位(或現澆頂底板完成)后，上弦邊箱的預應力鋼筋在錨固墻后進行張拉，中箱頂底板的預應力鋼筋在橋臺尾部進行張拉，并在構件前端重復張拉一次，以減少孔道摩擦損失。斜桿的預應力鋼索，除主孔四段斜桿采用下端張拉外，其余

16、均在上端張拉。實踐表明，使用粗鋼筋軋絲錨體系可以多次重復松張、接長、張拉，操作簡便，能耐銹蝕。這種體系適于逐段接長的施工工藝，以便結構體系轉換成橋后，把多余的上弦預應力鋼筋拆下，移到他橋使用。但粗鋼筋生產長度有限，目前最長為12m，需用套筒接長，在構件上為接頭開口較多，構造與處理較繁。與高強鋼絲比較，粗鋼筋強度較低，用鋼量較大。本橋根據懸拼施工需要，上弦采用高強粗鋼筋，斜桿采用高強鋼絲，兩種預應力體系在本橋上同時使用，各自發揮其優點。(四)、錨碗工藝本橋在半跨最大懸臂階段有56000KN的拉力通過上弦和14000KN的拉力通過斜桿傳至邊孔，然后通過邊孔上弦和斜桿分別傳至橋臺和腹桿基礎。基礎設計

17、用抗傾覆和抗滑動穩定性控制。傾覆力矩產生的上拔力由基礎尾部豎直錨樁（樁徑27.3cm，其內放62mm組成的鋼筋籠，澆筑C40混凝土）克服，滑動力由基礎前方天然巖體抗剪強度克服，如圖4所示。為增大錨固安全度，在兩岸橋臺后面還增加了水平錨固設施撐梁和錨固墻（與橋臺分離）。五、新技術應用及科技創新(一)設計創新本橋采用貴州省首創的桁式組合拱橋新橋型，在結構設計方面有下列創新：1在桁式結構的關鍵部位-節點設計中，大膽采用了空心節點，減輕了吊重和自重，這在國內外桁式橋梁中是沒有先例的。2進行了上弦斷點位置、各桿件截面面積、剛度比、邊孔橋型的優化設計。3采用了多點、分散的群錨及豎直樁錨與水平墻錨相結合的錨碇體系。4采用了高強鋼筋軋絲錨和高強鋼絲鐓頭錨、弗式錨兩種預應力體系，并解決了兩種體系的綜合運用問題。(二)先進施工技術本橋主孔采用桁架伸臂法懸拼架設，吊裝工具為1200KN鋼人字桅桿吊機，施工設備少，操作簡便、安全穩妥，在施工工藝上有下列突破和創新：1構件分段和懸拼程序新穎獨特，有創造性。2吊裝質量達120噸，在超大、超長、超重構件的翻身、出肋、就位等的操作工藝上有創新。3采用了臨時扣掛、臨時支撐、臨時張拉等多種臨時懸掛、穩定構件的工藝。4摸索出了柔索懸掛高程控制的方法，使工程控制