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1、彭 立 二零零七年七月二十二日于长沙,板式桥梁标准化研究 为古老桥型注入崭新活力,梁桥外形平直，古称平桥。把木头或石梁架设在沟谷两岸，即成梁桥。梁桥构造简单，出现也最早。早在原始社会，我国就有了独木桥和数根圆木排拼而成的木梁桥。相传公元前2100年前后，“禹”治水渡越江河时，“鼋鼍以为桥梁”（见拾遗记），这是有文字记载的传说中最早的原始桥梁。,春秋战国时期，梁桥发展迅速，单跨和多跨木石梁桥已较为普遍。1972年山东临淄考古，首次发现了该时期的梁桥遗址和桥台遗迹 ，其跨径约8米。北魏郦道元水经注记录山西汾水上有座三十柱、柱径5尺的木柱木梁桥，始建于春秋晋平公，是古书记载的最早梁桥。,闻名中外的渭
2、水三桥，座落在咸阳故城渭河上，始建于战国秦昭王时期。水经注记载，中渭桥全长约525米，宽约13.8米，接近南京长江大桥汽车道宽度；它由750根木柱桩组成了67个桥墩，68个桥孔平均跨径7.72米，中间桥孔跨径达9米。“渭城朝雨悒轻尘，客舍青青柳色新”(王维),汉唐时代，渭水三桥是送往迎来的重要交际场所。咸阳在七十年代初发掘了唐朝东渭桥的遗址，桥宽约20米，其规模之大，施工之精细，在古桥梁史上十分罕见。 唐六典说：天下石柱桥有四座，洛阳的天津桥、永济桥、中桥和西安的灞桥。灞桥位于西安东北二十里的灞水上，是一座石柱墩木梁桥。自汉朝建桥后，两千年间一直是长安与潼关以东的交通咽喉，又是古人折柳送别的所
3、在，李白忆秦娥词写道：“年年柳色，灞陵伤别。”1957年改建为公路桥，旧灞桥古为今用，独具一格。,宋代时期，板式梁桥的建设达到了新的高度，其中仅历时150多年的南宋就建造了几十座大中型石桥，桥梁总长度达25km，2km以上的长桥就有34座。如安平桥，计362孔，桥长5里(2223m)，又名五里桥。又如泉州万安桥，俗称洛阳桥，计47孔，桥长890m，宽3.7m。,现代预应力混凝土空心板在国外20世纪30年代己出现，并被使用到工程中，国内直到20世纪60年代才大规模使用空心板。 目前，板式桥梁是公路桥梁中最为量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可采用钢筋砼和预应力砼结构，可做成实心和空心，
4、能适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，在高速公路、一般公路和城市桥梁中都得到十分广泛地采用。尤其是在建筑高度受到限制的条件下和平原微丘地区的中、小跨径桥梁，因其可以有效降低路堤填土高度，具有节省土方、少占耕地等优点，特别受到欢迎。,板式桥梁上部建筑高度低，预制施工简单，易实现标准化和工厂施工，产品质量可靠，造价低，吊装容易，其常见跨径在6-20m。,湖南省各国道的板式梁桥数量统计分析,板梁历史悠久、应用广泛，但受设计理论、计算手段、材料技术、施工工艺等因素制约，长期以来工程病害十分突出、管养费用居高不下，难以满足交通建设持续、健康发展需要： 预制空心板之间沿铰缝开裂、剥落； 板底出现纵、横向裂缝
5、，混凝土剥落； 桥面铺装开裂、剥离； 墩顶桥面连续处出现横向裂缝； 普通钢筋、预应力筋发生腐蚀； 表层混凝土发生碳化； 空心板支座脱空； 桥面伸缩缝发生破坏。,板式桥梁历史悠久、应用广泛，但受设计理论、计算手段、材料技术、施工工艺等因素制约，长期以来工程病害十分突出、管养费用居高不下，难以满足交通建设持续、健康发展需要：,板式桥梁的调查及统计数据表明，目前国内的装配式板桥最普遍最明显的病害表现为沿预制安装板间纵向接缝开展的裂缝，这种病害在超重超载现象比较严重的省份表现得尤为突出 ：,标准化水平是一个国家科技与经济发展水平的反映，也是一个国家技术与管理水平高低的重要指标。从秦始皇统一中国到欧洲一
6、体化，所做的最基本工作就是标准化。 工程建设标准设计作为标准化的重要组成部分，它在保证和加快工程建设速度、保证和提高工程建设质量、传播和推广科技创新成果等方面发挥了极其重要的作用。 公路桥涵标准图编制作为工程建设标准设计的重要工作之一，自我国解放初期开始以来，历经几代人的艰苦努力，相继编制和颁布过数百本标准图，在我国的公路建设史上起到了举足轻重的作用，为我国公路事业健康有序发展做出了巨大贡献。,即结构设计应满足现行标准、规范的要求，充分考虑结构物的施工安全和运营安全；结构计算应采用多种手段、多种方法；说明书应对设计参数、材料使用、施工工艺、质量检验和适应范围等进行详尽而准确的阐述；,即通用图在
7、满足国内规范基础上积极、认真地吸取国内外工程建设的成果经验和失败教训，适度超前于现行规范；施工工艺、材料选用既考虑现有施工水平、材料供应等实际状况，又适度超前于现有条件，引导相关产业技术进步；,即通用图编制工程浩大，应优先选择适应面广、工程实践要求迫切、具有典型性和示范性的内容取得突破，不盲目追求覆盖面。,跨 径6m、8m、10m、13m、16m 、20m 斜交角00、150、300 荷载等级与结构体系公路级、公路级：装配式预应力混凝土空心板简支桥面连续体系；公路级、公路级：装配式钢 筋 混凝土空心板简支桥面连续体系；公路级： 装配式预应力混凝土空心板简支结构连续体系。 路基宽度8.5、10.
8、0、12.0m； 211.25、212、212.75、213.5、216.5、216.75m。,预应力混凝土公路板式桥梁通用设计图研究开发工作包括以下四个部分： 装配式先张法预应力混凝土简支/连续空心板桥上部构造(1.00m板宽)；共计4x3x6+4x3x3+2x3x6=144种工况组合 装配式先张法预应力混凝土简支/连续空心板桥上部构造(1.25m板宽)；共计4x3x6+4x3x3+2x3x6=144种工况组 装配式后张法预应力混凝土简支/连续空心板桥上部构造(1.25m板宽)；共计4x3x6+4x3x3+2x3x6=144种工况组合 装配式钢筋混凝土简支板桥上部构造(1.00m板宽)。共计
9、3x3x6+3x3x3=81种工况组合,(1)针对目前板桥运营中广泛反映的刚度偏小问题，新版通用图在原通用图基础上适当增加了板的高度； (2)针对钢筋混凝土空心板施工过程经常出现内模上浮造成顶底板厚度无法保证的问题，加大了顶、底板厚度，对内模形式提出了新的要求； (3)对各种跨径的预应力板，其内模采用多边形方式挖空，减轻了结构自重，减少了混凝土用量。倒角大小设置一致，有利于施工标准化、模板通用化； (4)预制的预应力混凝土空心板按A类预应力构件设计，加强了普通钢筋，从而在保证强度的同时，避免了空心板出现过大的反拱，增加了结构延性；,(5)针对板桥在运营过程中大面积存在的铰缝损坏导致单板受力现象
10、，增加板桥的横向整体性，对铰缝尺寸、钢筋尺寸等进行了优化、改进，一是统一采用深铰形式，二是增大了剪刀型加强钢筋的直径，三是增加了桥面混凝土现浇层的厚度至10cm（公路I级荷载）； (6)为保证桥面铺装整体化混凝土与预制板紧密结合，在预制板顶增设了抗剪连接钢筋，同时有利于桥面铺装钢筋网的定位； (7)对翼缘长度大于50cm的边板进行了防撞计算，在边板翼缘上方的桥面混凝土现浇层中加设了短钢筋防撞； (8)优化了板端捆绑式吊装孔的设置形式； (9)边板翼缘设置了直径1cm的滴水槽,防止了雨水顺边板边缘流下造成板侧面污渍。,一孔简支空心板在各种工况条件下主要材料用量（荷载：公路级）,依据的标准和规范
11、公路工程技术标准（JTG B01-2003） 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004） 公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000） 预应力混凝土用钢绞线 （GB/T 5224-2003） 公路交通安全设施设计技术规范（JTG D81-2006） 计算的手段和方法 结构计算设计单位和复核单位采用不同的计算程序进行计算，采用的计算程序有MIDAS、GQJS、桥梁博士等，以及手工计算。,预应力度控制 结构为部分预应力A类构件，先简支后结构连续体系的负弯区由普通钢筋承受负弯矩；预应力度为最不利荷载组合下主梁拉应力不超过
12、一定的限值。 桥面铺装 桥面铺装分为二层，下层为100mm现浇C40混凝土，考虑50mm参与结构受力；上层为沥青混凝土，其厚度为：对应于公路I级汽车荷载，采用100mm，对应于公路II级汽车荷载，采用80mm。 结构重要性系数 高速公路和一级公路上的桥梁设计采用1.1，二、三级公路桥梁设计采用1.0。,材料参数 混凝土：主梁采用C50混凝土，桥面现浇混凝土采用C40，弹性模量分别为3.25104MPa与3.45104MPa，容重V=26.0kN/m3。 钢 材：普通钢筋采用R235（原级钢筋）和HRB335（原钢筋）。预应力钢筋采用高强度低松驰钢绞线，抗拉强度标准值1860MPa，公称直径15
13、.2mm，弹性模量Ep=1.95105MPa，控制张拉力1395MPa，松驰率0.035，松驰系数0.3。预应力管道用金属波纹管。 环境条件及收缩徐变参数 环境条件按类考虑，月平均最低气温取-230C，月均最高气温取340C；温度梯度效应计算：T1=140C，T2=5.50C；混凝土收缩系数和徐变按40%RH70%取值，徐变终极值取预应力束张拉以后1500天计。存梁期按6090天计（按不利的存梁期控制）。,计算结果表明两种结构体系、两种荷载等级的所有跨径、桥宽、斜交角度的计算结果其正截面抗弯承载能力、斜截面抗剪承载能力、使用阶段正截面、斜截面抗裂、钢束最大拉应力、混凝土主拉、主压应力以及施工阶
14、段砼压应力均满足规范要求。 复核结果表明设计单位所采用的结构尺寸、配束配筋结果使其正截面抗弯承载能力、斜截面抗剪承载能力、使用阶段正截面、斜截面抗裂、钢束最大拉应力、混凝土主拉、主压应力以及施工阶段砼压应力均满足规范要求。但由于设计计算和复核计算所采用的程序不同，在计算方法、边界条件以及程序对参数的处理上均存在一定的差异。复核计算结果与设计计算结果有一定的差异，但总体上均满足规范的要求。,1)合理结构型式研究：通过实地调研、成桥检测、优化计算等手段，对板高、板宽、顶底板及腹板厚度、内腔形式和绞缝构造等进行了改进。 2)计算分析方法研究：运用多种计算理论和分析方法，结合试验、检测成果，提出了新规
15、范下的实用计算方法和各种工况下的横向分布系数。 3)桥面现浇层参与结构共同受力研究：运用叠合结构原理、结合实桥检测成果，提出了共同受力的力学特征、分析方法和工程措施，在改善结构性能的同时降低了造价。,4)板端结构受力特征分析研究：运用局部承压破坏原理和有限元空间计算模型，描述了锚固区的力学特征，解释了病害原因并提出改进方法。 5)大悬臂边板抗撞击性能研究：发现了强撞击条件下悬臂板的工程隐患并提出了相应的解决方案。 6)施工工艺研究：提出了一种通用性极强的钢制内模，同时证明了吊环吊装的工程缺陷并推荐了一种可靠的吊装工艺钢丝绳兜底吊。,各种跨径空心板板高,10、13、16、20m预应力板的板高为6
16、00、700、800、950mm；6、8、10m钢筋混凝土空心板的板高为320、420、500mm,顶底板及腹板合理厚度 (1) 上顶板尺寸 根据“新桥规”，上缘横向受拉主筋由于有桥面铺装保护，按钢筋最小净距取值，为2cm，下缘横向受拉主筋净距，由于内腔受外界条件干扰不大，取3cm。考虑桥梁斜向因素以及钢筋横向净距，上顶板取12cm。 (2) 下底板尺寸 底板横向均配置构造钢筋。考虑桥梁斜向以及钢筋横向净距，取12cm。 (3) 腹板尺寸拟定 经过对腹板裂缝的分析以及综合考虑“新规范”荷载的变化，同时兼顾经济、合理的原则，将腹板的厚度适当增加。,空心板的合理宽度 目前，国内板宽有99、120、124、135、144、148cm六种： (1)根据JTG D60-2004的4.3.1-6条规定，合理板宽应小于1.3m； (2)根据单辆汽车横向布置，合理板宽应小于1.8m； (3)横向分布系数相同时，实现板宽最大化是经济合理的； (4)需综合考虑施工难易程度、模板重复利用和经济性等因素。 经综合考虑，新通用图选定125cm为预应力混凝土空心板的标准宽度；考虑农村公路建设施工需要，钢筋砼空心板宽度选定为100cm；因目前100cm板宽先张法台座应用较多，为有效利用现有设备，同时准备了板宽100cm的先张法预应力空心板过渡。,
