薄壁墩臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題
2011-07-20 來(lái)源:
1、引言

橋梁上的墩臺(tái)類型多種多樣,但根據(jù)其受力特性可分為重力式墩臺(tái)和輕型墩臺(tái)兩種。重力式墩臺(tái)的主要特點(diǎn)是依靠自身重量來(lái)抵御或平衡外力而保持其穩(wěn)定,因此,其墩、臺(tái)身比較厚實(shí),圬工體積大,對(duì)地基承載力要求也較高,適用于單跨比較大的橋梁。輕型墩臺(tái)的主要特點(diǎn)的是依靠自身結(jié)構(gòu)抵抗力——抗彎、抗剪等來(lái)抵御或克服外力而保持其穩(wěn)定,因此,其墩、臺(tái)身比較單薄,圬工體積小,對(duì)地基承載力要求相對(duì)較低,適用于單跨比較小的橋梁,近年來(lái)在我區(qū)各級(jí)公路的跨線橋、通道橋等橋梁上普遍采用?!豆反u石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ 022—85第5.3.7條規(guī)定,跨徑不大于13m的梁(板)式橋,可以采用輕型橋臺(tái)。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中,輕型橋臺(tái)也有用于跨徑為16 m的梁(板)式橋。
隨著高速公路、一級(jí)公路以及城市道路的大量修建,輕型墩臺(tái)中的薄壁墩(臺(tái))在施工與運(yùn)營(yíng)中普遍出現(xiàn)了墩臺(tái)身裂縫問(wèn)題,引起了有關(guān)橋梁專家的高度關(guān)注,同時(shí)也提出了許多積極的意見(jiàn)和建議,對(duì)設(shè)計(jì)與施工起到很好的指導(dǎo)作用。然而,由于當(dāng)前設(shè)計(jì)人員普遍年齡小,缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),再加上工作任務(wù)重,對(duì)薄壁墩臺(tái)出現(xiàn)裂縫重視不夠,設(shè)計(jì)時(shí)難免考慮問(wèn)題不周;同時(shí),又由于現(xiàn)行的橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)薄壁墩臺(tái)設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求缺乏較明確的規(guī)定,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中掌握的標(biāo)準(zhǔn)與尺度不統(tǒng)一,因此,依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求,結(jié)合多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),針對(duì)我區(qū)在公路橋梁設(shè)計(jì)中采用薄壁橋臺(tái)所出現(xiàn)的普遍問(wèn)題,闡述本人的設(shè)計(jì)體會(huì),供橋梁設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中參考與借鑒1 裂縫產(chǎn)生的原因
1.1 施工時(shí)裂縫產(chǎn)生的原因
眾所周知,伸縮自由——即沒(méi)有約束的物體,在溫度均勻變化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)然就不會(huì)產(chǎn)生裂縫。由于薄壁墩臺(tái)一般為鋼筋混凝土材料,先期施工完畢并部分收縮的墩臺(tái)基礎(chǔ),對(duì)后期施工并試圖收縮的臺(tái)身產(chǎn)生約束作用,使臺(tái)身產(chǎn)生拉應(yīng)力,如若拉應(yīng)力超過(guò)臺(tái)身混凝土容許的最大拉應(yīng)力,臺(tái)身就會(huì)出現(xiàn)裂縫。由于約束體是墩臺(tái)基礎(chǔ),所以在墩臺(tái)身底部與基礎(chǔ)相連的部位附近拉應(yīng)力最大。不同尺寸的薄壁墩臺(tái),拉應(yīng)力的最大值及其變化規(guī)律詳見(jiàn)《薄壁墩臺(tái)裂縫研究》(牛鐵漢著)。
1.2 運(yùn)營(yíng)時(shí)裂縫產(chǎn)生的原因
鋼筋混凝土材料的薄壁墩臺(tái),由于寬高比較小,在《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》(葉見(jiàn)曙主編)中將其列為深梁予以對(duì)待。對(duì)于深梁,由于其正截面上的應(yīng)變分布不符合平截面假定,故其受力特征、破壞形態(tài)等與普通的鋼筋混凝土梁有較大的差異,但研究認(rèn)為,在如圖1所示的支承條件與外力作用下,深梁的下邊緣以上0.2h高度范圍內(nèi)拉應(yīng)力較大,當(dāng)臺(tái)身水平方向的鋼筋配筋率較高時(shí),其臺(tái)身力學(xué)模型為“拉桿拱受力體系”。隨著荷載的增加,拱腹和拱頂(梁頂受壓區(qū))的混凝土的壓應(yīng)力亦隨之增加,在梁腹出現(xiàn)許多大致平行于支座中心至加載點(diǎn)連線的斜裂縫,最后梁腹混凝土首先被壓碎。
我們知道,為了橋梁的運(yùn)營(yíng)安全,其墩臺(tái)的基礎(chǔ)一般要埋置于地面線以下很多,故其支承條件與圖1所示的試驗(yàn)梁的支承條件不完全相同,但受力時(shí)的破壞機(jī)理大致相同。

2 配筋及構(gòu)造要求
 

橋梁薄壁墩臺(tái)產(chǎn)生裂縫,既有施工的原因,又有施工完畢后墩臺(tái)在上部結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期恒載與活載作用下逐漸產(chǎn)生裂縫的原因,絕對(duì)的將施工與運(yùn)營(yíng)階段分開(kāi)是錯(cuò)誤的。因?yàn)?,橋梁的安全不僅體現(xiàn)在施工階段,更應(yīng)體現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)使用階段。
2.1 縱向鋼筋的設(shè)計(jì)
研究表明,薄壁墩臺(tái)身水平方向的應(yīng)力沿高度方向分布變化較大,其下邊緣三分之一高度范圍內(nèi)拉應(yīng)力較大,中間三分之一拉應(yīng)力、壓應(yīng)力較小,而上邊緣三分之一壓應(yīng)力較大。由于鋼筋材料的抗拉性能強(qiáng),因此,在深梁拉應(yīng)力較大的高度范圍內(nèi)水平布置縱向鋼筋,間距要密一些,而在其他中間、上邊緣三分之一高度范圍內(nèi),縱向鋼筋的間距可以疏一些,建議根據(jù)鋼筋的不同直徑按表1進(jìn)行設(shè)計(jì):
 
1              薄壁墩臺(tái)縱向鋼筋間距cm

梁高位置

 
下邊緣三分之一
中間三分之一
上邊緣三分之一
鋼筋直徑
ф12
5
10
15
ф14
7
12
17
ф16
10
15
20

注意,縱向鋼筋在墩臺(tái)身的前后方都要設(shè)。
2.2 豎向鋼筋設(shè)計(jì)
    由于在墩臺(tái)的豎直方向也存在拉應(yīng)力,所以在豎直方向也應(yīng)設(shè)置鋼筋,直徑不小于ф12 ,間距不大于20cm。為了增強(qiáng)縱向、豎向鋼筋整體受力,其交叉點(diǎn)應(yīng)焊接,焊點(diǎn)數(shù)不少于1/4,臺(tái)身豎向鋼筋埋入基礎(chǔ)的深度不小于20 cm。
2.3 保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)
    薄壁墩臺(tái)內(nèi)受力鋼筋的凈保護(hù)層厚度,直接關(guān)系到墩臺(tái)的耐久性以及橋梁整體設(shè)計(jì)使用壽命,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按現(xiàn)行的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D62—2004第9.1條的規(guī)定,根據(jù)橋梁所處的環(huán)境條件予以確定。

 3               聲測(cè)管埋置數(shù)量

樁徑(cm

 
<100
100~250
>250
聲測(cè)管數(shù)量(根)
2
3
4

 

參考文獻(xiàn)
1  葉見(jiàn)曙. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理. 北京:人民交通出版社.1997年4月.
2  JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵  設(shè)計(jì)規(guī)范.
 
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