2022年顶进立交桥设计方案的基本理论方法和内容 .docx

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1、精品_精品资料_顶进立交桥设计的基本理论、方法和内容、顶进立交桥的结构形式基本形式钢筋混凝土封闭结构.特点：自重较轻而底面积大,对的基承载才能的要求较低.比较轻巧而美观的外型,可以获得较小的梁高,缩+短引道的长度.超静定结构,内力可以相互调剂,对意外外力具有较强的抗击才能,可以适应一般的质变化的要求.由于墙板间的刚性联结,可以承担顶进时庞大剪力.、顶进立交桥的总体设计下穿铁路的立交桥要满意两个条件：在结构方面必需具有足够承担铁路荷载的才能.桥下净空必需满意交通功能的要求.所以在设计中必需同时遵守铁路和大路或城市道路的有关规范和规定.设计所依据的规范：铁路桥涵设计基本规范铁路桥涵钢筋混凝土和预应

2、力混凝土结构设计规范大路桥涵设计规范城市道路设计规范城市桥梁设计准就总体设计的任务：确定桥位、交叉角、规模.桥位立交桥轴线与铁路中线交点的位置.抱负的交叉点是在区间直线段 . 如需要在车站通过,宜躲开咽喉区.交叉角立交桥轴线与铁路中线的夹角,标注锐角 .全部规范都规定两条道路的交叉角不应下于45,但在实际执行中都做不到.在城市道路中,拆迁是一个 最主要的因素.以前曾经力图把交叉角掌握在60以上.但是强调大交角往往造成大量的拆迁和道路平面的恶化,一般在城市道路的立交桥中都只能听从城市规划的要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_求.立交桥的规模净宽、孔数、净高立交桥的净宽是指每孔中两墙

3、间的垂直距离,这个距离必需满意行车道或人行道宽度及各种“带”宽的要求,行车道的宽度是与设计行车速度、车道数和车辆类型有关的：例如：每个机动车道的宽度：大型汽车和小型汽车混行V 40KMH3.75m40KM H3.50m小型汽车专用线3.50m公共汽车停靠站3.0m净高：有轨电车5.5m无轨电车 5.0m汽车 4.5m孔数要与道路设计横断面相匹配. 净高是指由路面至顶板底的高度.每孔的净宽和净高都必需满意大路和城市道路限界的要求.关于规模问题,有一段时间过分强调铁路规范的要求,曾经造成铁路和的方的方部门的不和谐.在近三十年来,铁路规范规定的标准净宽系列没有做过任何转变,标准系列中的净宽目前已经明

4、显的不能适应道路设计的要求.例如：北京一些城市快速路和干道都设计为“四块板”断面,设计速度都在40KMH 以上,机动车道为上下各 3 车道,而且中间和两侧隔离带也比较宽.行车道本身要求的宽度就达到11.25m,加上路缘带、安全带的要求就 13m以上,再由于较宽的隔离带,要求的净宽就更大了.而标准系列中,四跨断面只有9 1212 9） m 一种,明显的不能满意现行规划的要求.所以在近年设计的方案中,特殊是在北京和天津,基本上已经冲破了规范的限制.如北京中轴路立交桥为 17.5 20 2017.5 ）m,总宽度 81.2m.玉泉路立交桥为 12 171712） m,总宽度 63m.廊坊 K83 立

5、交桥为 814.5 14.5 8）m,总宽度近 49m.其他双孔和单孔净宽也有类似的情形.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_目前已有的设计：单孔最大的净宽为 18m广渠路立交桥）.多孔连续结构最大净宽为20m朝阳北路 220m,中轴路立交桥 17.5 20 20 17.5 ）m.对于一般钢筋混凝土结构,这基本上已经是极限跨度.结构断面形式多孔连续结构或分体组合.从设计角度：对宽度较大的结构,考虑究竟板的刚度和顶进过程中的质情形意外变化的影响,宜实行分体设计.从施工角度：分箱并列顶进,难以做到并列各箱高程误差的一样.顶进立交桥的“主体”包括框架主体和出入口挡墙.框架主体由前刃角、封

6、闭框架、后悬臂和尾墙四个部分组成.图 1前刃角是顶进框架桥的特有结构,起到顶进时切土、防止侧向塌方的作用.侧刃角的斜面仍可以起到调整方向和高程偏差的作用.立交桥轴线长度的确定：轴线长度系指刃角顶板前端至后部悬臂末端的长度,包含三个组成部分：前部刃角顶板长度,刃角顶板长度按设计内净高及侧刃角斜面与水平面的夹角不大于 60的原就确定,对于斜交桥此“60”应按垂直线路方向计量.中部封闭框构长度,由线路 包括既有线和预留线）总间距和荷载分布宽度两个因素确定.同时,此长度与施工安全有特别亲密的关系.与施工亲密相关的一个重要尺寸是前端最外侧的股道中心至侧刃角根部的距离,这个尺寸关系到补刃角施工时的线路安全

7、.在 1994 年以前,一般设计中这个尺寸都定为2.7m,补刃角施工相当困难. 1993 年底,铁路局颁发了“顶进式框架立交桥设计、施工的如干规定”.在此规定中,此尺寸依据结构的不同高度取值为34.5m,施工条件有所改善.按设计部可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_门的观点,这个尺寸的确定应当考虑顶板荷载分布宽度的需要.图 2图 2 中的“ L”相当于图 1 中的“ B”或“ B1”）图中 b 是活载分布宽度,而a 段用于承担悬臂的垂直荷载,在a 段内荷载分布的强度不应大于 b 段,否就需要对 a 段特殊配筋. a 段的大小就与悬臂的大小有关,最终：L=b+a一般按上述原就确定的刃

8、角根部至邻近线路中心的间距就比较能满意补刃角施工的要求.尾部悬臂板长度,按路肩需要的宽度确定,一般为1.5 2m.尾墙,在框架尾部把两侧墙延长一段,此延长部分称为尾墙.它可以使翼墙基础拉离线路,增加翼墙挖基时线路的安全度.在轴线长度短的立交桥,顶进时简洁显现扎头,此时尾墙可使整个结构的重心后移,起到平稳重的作用.尾墙不是每桥必有 的.作为立交桥的主体结构的另一部分是出入口挡墙.出入口挡墙是爱护路基稳固的必要结构.一般有一字式、八字式和引道挡墙与结构边墙直接相接三种方式.其中八字式是普遍采纳的方式,其布置的基本要求是与引道挡墙或边坡连接处不应显现锐角,应当以直角或钝角连接.从今方面看,一字式也就

9、是路肩式）挡墙只有在有预留线的一端、在正交时才可采纳.顶进方向的确定：确定顶进方向的一般原就：在铁路曲线的段,宜从曲线外侧向内侧顶进.在站场按最终顶进正线的原就确定顶进方向.但是,顶进方向最终应依据上述原就以及现场可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_场的、交通等条件综合考虑确定.铁路桥梁设计时所采纳的基准标高是“轨底标高”,无论是荷载运算或各部标高的确定都以轨底为运算的起点.在立交桥穿越多股线路时,常需考虑最低和最高股道,综合平稳来确定桥面的设计标高.铁道部工务局曾经有文件要求提速线路的立交桥其轨底至板顶的高度不得小于 0.8m.在二十世纪九十岁月以前,顶进立交桥设计的这个高度一般

10、只取0.65m.在这个高度中仍包括了板顶防水层和爱护层的厚度,在此高度下,工字钢横梁只能采纳 36 以下的工字钢,以前一些工务段仍常采纳28 的工字钢作为线路加固的横梁.由于通过速度的不断提高和行车密度加大,为了保证安全,现在采纳作为横梁的工字钢都 在 40 以上,而且布置的间距加密到 1m.这种布置只有在 0.8m 的高度下才能做到.在二十世纪九十岁月以后,在设计中重点增加了以下措施：1、松散土体固化处理.2、路基防护桩.3、前靠背桩这些措施无论是从经济和安全角度,对施工单位都是有利的.通过如干座立交桥的施工实践,采纳前两项结合,除了保证开挖面的稳固以外,应用在小交角立交桥的顶进中,仍起到有

11、效的减小水平转矩的作用. 、顶进立交桥的结构设计基本形式：一般钢筋混凝土封闭框构.1、结构内力分析结构在正常工作状态时所受的外力：主力：恒载：结构自重,静土侧压力,混凝土徐变和收缩的影响活载：列车活载和冲击力,活载侧向土压力,大路活载,人行道活载附加力：列车制动力温度变化的影响在以上荷载中,大路和人行道活载可考虑其对结构有利或不利打算取舍.一般运算中只运算主力,假如考虑“主附”的组合,容许应力应在原有基础上提高,一些工程最大可提高 30.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_在一般设计中,都没有考虑以下几种情形：1） 施工过程中由于纠偏产生的外力,如单侧被动土压力.2） 斜桥考虑了由

12、于水平荷载作用对结构产生的扭矩,但是没有考虑顶进时水平转矩变化的作用.3） 顶进过程中由于的质变化造成对结构底面的集中反力或的基脱空的情形.4）结点产生垂直相对位移时的影响.我们需要按设计时考虑的结构受力状态作为实行施工措施的依据：在方向纠偏时必需逐步实行措施,不行一蹴而就,由于这样会使前端侧面产生庞大的被动土压力而可能使结构破坏由于设计中只考虑了双向对称静土压力和单侧活载土压力的作用）.采纳纵向的梁掌握扎头时,的梁必需布置在靠近结点部位.在硬质土层顶进时,底板的清土面要平整,在每孔的跨中部位,宁低勿高,防止造成跨中的集中反力.防止在结点邻近造成长距离的超挖.在我们的施工实践中,由于在顶进过程

13、中显现的抬头、底板超挖等情形,框架就位后经常显现底板脱空,也没有看到结构显现破坏现象.这可能是两个缘由：一是脱空的范畴比较小,而结构本身刚度较大没有造成结点明显的相对位移.二是结构设计时就有较大的安全系数.但是为了结构的寿命,不应当让结构长时间在这种条件下工作,所以一般要求就位后对基底采纳喷沙或注浆填充.运算方法的进展：手算阶段：的基反力直线分布,沿轴线取 1m单元按平面框架运算弹性的基上的框架,沿轴线取 1m单元按平面框架运算将结构简化为平面问题,沿轴线方向取1m 单元,当按的基反力直线分布的假定运算时,利用等截面杆件的角变位移方程推导的公式,这是最早采纳的手算方法.即 使有电子运算器,人力

14、最多也只能运算单孔和双孔框架,而且只能用转变荷载位置的 方法绘制包络图,如要采纳影响线加载运算,人力手工运算是没有方法满意要求的. 即使在反力直线分布的假设条件也没有三孔及以上结构的现成运算公式.如考虑弹性可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的基,即使按平面假定运算都将复杂得多.对于小跨度的单孔框构,按的基反力直线分布的等截面结构运算,采纳手工方法运算仍是可行的,但效率就无法与电子运算机相比了.在以上阶段采纳的运算中,主要参考三本书日本：渡边的“箱型框架运算实例”中国：潘家铮的“弹性的基上的梁和框架”苏联：葛尔布诺夫的“弹性的基上结构物的运算”都是没有考虑杆件变截面因素、采纳编好的

15、常数表利用手算进行的.当考虑变截面因素时,多采纳蔡方荫的“变截面刚构分析”一书中的“形常数”和“载常数” 表.由于运算结构力学的进展和电子运算机采纳,现在的方法基本上是采纳有限单元法,把框架作为半无限弹性的基上的空间结构进行离散分析.这是目前比较精确的计算方法. 例如北京南中轴路立交桥,结构宽度81.2m,封闭框架段长度 26.6m,划分为 15122 个单元,共有 23103 个节点）.由于运算方法的进展,铁路桥涵设计规范中对结构运算的方法的提法进行了修改.但是精确的运算方法也有它近似的一面,那就是没有真正的均质的弹性的基,运算所依据的的基变形模量 Eo 就只能是近似值.依据近似的数据就不行

16、能得到精确的结果.顶进施工的立交桥采纳封闭框架的形式,是由于封闭框架结构自身有较好的弯矩传递性,遇不利条件可发挥结构的整体抗击才能.但是,要求封闭框架结构本身必需具有足够的刚度.曾经有过结构在顶进施工中破旧的先例,其中有施工缘由也有设计缘由.丰台站和大同站旅客的道在顶进中折断.折断的事故多发生于小跨度的瘦长结构.有些虽然宽度比较大但是高度小,旅客的道多属于这种类型.以前在旅客的道的标准设计中是对框架纵向作为弹性的基梁进行整体检算的,在立交桥中基本没有做这方面的检算,其纵向钢筋是按构造或考虑温度变化掌握混凝土开裂布置的.有些设计套用“上桥1001”和“上桥 1002”通用图而没有增加纵向钢筋.该

17、图是按轴线长度4m 现浇设计的,其中所设的纵筋只能起架立作用.对于瘦长结构在顶进时必需谨慎考虑的基处理措施,假如采纳横向垫梁,当结构悬出垫梁外肯定长度而前段进入线路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_时,纵向弯矩超过了它的纵向抗击才能就简洁折断.1990 年施工的北京市西四环丰台立交桥在顶进中显现严峻破旧.该桥是14.9 17.5 17.5 14.9 ） m 四孔连续结构,结构总宽度68.2m,顶板厚 0.8m,底板厚0.7m.由于的基的意外变化,底板产生过大的相对位移,中节点下沉,边孔底板中部上拱,造成结构严峻开裂,裂缝最大达到6mm.经多方面分析认为是由于结构底板柔性过大而刚度

18、不足所致.该桥设计底板比顶板薄,符合弹性的基上框架结构的内力特点,但是没有留意顶进施工的特点.1993 年北京铁路局颁布的“顶进式框架立交桥设计、施工的如干规定”就是总结丰台等立交桥事故教训的产物.板在跨中的厚度不宜小于跨度的10.以前在大量的三孔以下结构中,墙厚需要,将墙的最小厚度定为 0.6m.1 20.加腋根部的高度不宜小于跨度的10.5m 即可满意设计要求,但考虑到施工的【按弹性的基运算的一个重要参数,柔度指数t ：t=其中： I=bh 又： b=1,3 10 t=10 式中： E0的基的变形模量E钢筋混凝土的弹性模量h底板厚度底板半长和 0分别为钢筋混凝土和弹性的基的泊桑系数由于 1

19、铁三院有一份试验争论报告,提出了一个一般钢筋混凝土结构拟定框架板厚的参考尺寸：所以一般运算取为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_t 刚度系数 K=1t .由以上公式可见,要提高底板刚度的最有效的方法就是减小底板的,也就是结构的宽度.在立交桥总宽度确定的前提下,只有分体设计.】2、配筋设计铁路钢筋混凝土桥梁结构运算的最大特点是：至目前为止仍旧采纳容许应力法.铁路隧道结构采纳破旧阶段法,而在工业与民用建筑中的钢筋混凝土结构已经普遍采纳极限状态运算.所以在一般钢筋混凝土书中已经没有关于容许应力法的内容,这方面的内容在铁道专业的教材“结构设计原理”才能找到.现行“铁路桥涵混凝土和预应力混

20、凝土结构设计规范”就是在容许应力法的基础上编制的.严格说,在我们争论的框架中,没有纯弯构件.无论顶板、底板、隔墙或边墙都有轴向力和弯矩,应当都是偏心受压杆件.在手算阶段,为了防止偏心受压杆件配筋运算的麻烦,尽量削减运算工作量,把底板和顶板当作纯弯杆件设计钢筋.由于底板和顶板所受的轴向力与立柱相比小得多,这样简化不会有太大的出入.但是立柱所受的轴向力很大,必需依据实际条件按偏心受压条件配筋.按偏心受压构件配筋运算的麻烦在于求受压区高度时必需解一个一元三次方程.在设计和施工中最常遇到的是受弯问题.这里重点介绍受弯构件按容许应力法计算的基本公式.基本假定：混凝土处于弹性阶段.受拉区混凝土不参与工作.

21、拉应力完全由受拉区钢筋承担,钢筋与混凝土的弹性模量比为n.在单筋设计时,钢筋拉应力为： g=其中： g钢筋应力M 截面的弯矩A g钢筋截面积可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Z内力偶臂 Z=h 0x截面受压区高度, x 的大小与外荷载无关,只打算于材料,配筋率及截面尺寸.x=nh O截面配筋率=n钢筋与混凝土的弹性模量比.假如进行简洁的估算,可以按体会取Z h0所以在知道截面高度和选用的钢筋类型后,依据弯矩值可按下式估算所需钢筋的面积AgM/ gh0混凝土应力h=这些公式可以在工的作简洁的估算用,要做比较正规的设计必需按书本的公式或表格运算.混凝土结构运算要解决两个方面的问题,一是钢筋和混凝土的应力,二是裂缝开展宽度.对于我们在施工措施中应用的结构属于暂时结构,就不必对裂缝进行检算.在设计文件中我们留意到,当交角小到肯定程度的斜桥,其顶底板的纵向钢筋是与环形钢筋垂直布置的.这是为了充分发挥钢筋抗击扭矩的作用.这种布置方式从设计方面看是经济的,但是给施工带来了不少的麻烦.至目前止,顶进框构仍旧是一般混凝土结构.曾经有人提出过预应力结构的构想,可能由于一般顶进立交桥要求施工周期短,加预应力会使施工复杂化而延长工期的缘故,预应力的问题始终未见实施.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载