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4-铁路连续梁桥与公路连续梁桥设计对比4
7、公路与铁路桥活载对比
乌海黄河公路大桥设计荷载:公路一级荷载,其计算图示
公路一级车道荷载图
公路一级车道荷载的均布荷载标准值为 q K 1.5 0 k/N m ,p k 3k 6N 0 活载占自重的20%左右。
武广客运专线陆水特大桥设计荷载: (1)恒 载
一期恒载:重量按设计尺寸计算,混凝土容重按26.5 kN/m3
C50
C55
受压钢筋
直端25d
30d或者(10d+直钩)
受拉构件钢
Ⅰ级钢筋
筋
直端— 弯钩端20d
20d+半圆钩
受压钢筋
直端20d
25d或者(15d+直钩)
受拉构件钢ຫໍສະໝຸດ Ⅱ级钢筋筋直端25d 弯钩端20d
25d+直钩
铁路桥涵规范比公路桥涵规范规定的更细的方面如表
钢筋 种类
Ⅰ级 钢筋
Ⅱ级 钢筋
锚固条件
受弯及受压构件 中的受拉钢筋
以武广铁路客运专线陆水特大桥(70+125 +70) m和乌海黄河公路大桥(75 + 130 + 75)m为例,分 析对比跨度相近的高速铁路PC 连梁桥和高速公路PC 连梁桥的设计区别。
1、结构设计对比
1、 桥梁孔跨布置的选择
因为等跨度布置时边跨的跨中弯矩大于中跨弯矩, 所以用缩短边跨的办法来调整弯矩的分布,比值一般 为0.7-0.5,武广客运专线陆水特大桥和乌海黄河公 路大桥都是三跨一联连续梁桥,武广铁路客运专线陆 水特大桥跨径布置为(70+125+70)m的铁路连续梁 桥,它的边中跨比为0.56,而乌海黄河公路大桥为跨 度为(75+130+75)m的公路连续桥,它的边中跨比 0.57,基本上都在边中跨比值的合理范围。两桥的边 跨比基本一致。两座桥的立面布置如图所示。
乌海黄河公路大桥:箱梁采用单箱单室箱式断面,悬 臂长度为330cm,箱底宽615cm,采用直腹板,箱 梁全宽为330 +615 +330 =1275cm。
(4)顶板、悬臂板、腹板、底板
武广客运专线陆水特大桥:顶板厚度为50cm, 底板厚度48.5-110cm 按圆曲线变化,腹板采用 直 腹板,其厚度为45-65-85-120cm。
武广客运专线陆水特大桥:受压及偏心受压构件的 最小配筋率(仅计受拉区),I级钢筋为0.25,Ⅱ级钢筋 为0.2。
(4) 武广客运专线陆水特大桥:轴心受压构件、偏心受 压构件全部纵向钢筋的配筋百分率不应小于0.6,同 时一侧钢筋的配筋百分率不应小于0.2。当大偏心受 拉构件的受压区配置按计算需要的受压钢筋时,其配 筋百分率不应小于0.2。箍筋间距不应大于梁高的l/2, 且不大于400mm;当所箍钢筋为需要的钢筋的纵向受 压钢筋时,不应大于所箍钢筋的15倍,且不应大于 40Omm。
乌海黄河公路大桥:顶板厚度为25cm,底板厚 度从30cm至80cm按二次抛物线规律变化,腹板 采用直腹板,其厚度为50-60-80cm。
(5)0号梁段
武广客运专线陆水特大桥陆桥:顶板厚度由50cm加 厚到75cm,底板由104.0cm 线性增大到123.8cm, 腹板厚由85cm线性变化到125cm。0号块设一道横隔 板,厚度为300cm。横隔板上设置过人洞。
乌海黄河公路大桥:顶板厚度80cm,底板厚150cm, 腹板厚度80cm ;0号梁段和1号梁段之间顶板、底板、 腹板厚度均按直线方式变化。0号梁段共设2道横隔梁, 横隔梁厚100cm,净距200cm。横梁上设置人洞。
(6)中跨合拢段
武广客运专线陆水特大桥:中跨合拢段长2m,设置一 道80cm的横隔板。
15d 25d+直钩
不设于与纵筋平行的直段 设于与纵筋平行的长度为
20d直段 25d+直钩
6、梗肋处板的有效计算高度
铁路桥涵规范比公路桥涵规范规定的桥梁截面的梗 肋处板的有效计算高度如图所示
铁路与公路桥梁截面梗肋处板的有效计算高度对比 注意:公路桥规中要求当梗肋处坡度tanα大于1/3时,取1/3
乌海黄河公路大桥:仅轴心受压并配有纵筋及一般箍 筋的构件,纵筋截面积不应小于构件截面积的0.5%, 也不宜大于3%,纵筋的直径不宜小于12mm,箍筋的 间距不应超过纵筋直径的15倍,也不应大于构件横截 面的最小尺寸,箍筋的直径不应小于纵筋直径的l/4, 也不应小于6mm。
铁路规范中还特别规定了当采用螺旋筋时的配筋构造。
公路桥混凝土的保护层厚度则根据环境的不同,保护层厚 度的规定也不同。当规定中要求主拉区的混凝土保护层厚度 大于50 mm时,应在保护层内设置直径不小于6mm、间距 不大于l00mm的钢筋网。
2、钢筋最小锚固长度
铁路桥和公路桥钢筋最小锚固长度的规范
钢筋种类
锚固条件
乌海黄河公路大桥 武广客运专线陆水特大桥
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵规范》(JTG D62-2019)中的收缩徐变模型则采用CEB-FIP(1990) 的模型。
3、混凝土的耐久性
武广客运专线陆水特大桥:箱梁采用C55高性能、少 徐变混凝土。
乌海黄河公路大桥:箱梁采用C50混凝土。
4、普通钢筋对比
(1)乌海黄河公路大桥和武广客运专线陆水特大桥:设 计用普通钢筋为I级钢筋和L级钢筋,抗拉设计强度分 别为240 MPa和340MPa,其中钢筋直径》12mm 采用L级钢筋,直径<12mm采用I级钢筋。
铁路桥梁中受拉区域的钢筋可以单根或三根成束 布置,钢筋的净距不得小于钢筋的直径(对带勒钢 筋为计算直径),并不得小于30mm。当钢筋(包 括成束钢筋)层数等于或多于三层时,其净距不得 小于l.5倍的钢筋直径,并不得小于45mm,竖向 仍不得小于钢筋直径,并不得小于30mm。
(3)乌海黄河公路大桥:受弯构件、偏心受拉构件及轴 心受拉构件的一侧受拉钢筋的配筋百分率不应小于 45ftd/fsd,同时不应小于0.2。
桥梁立面布置
2、截面尺寸的对比
武广客运专线陆水特大桥和乌海黄河公路大桥上部 结构主梁部都采用单箱单室、变高度、变截面的箱形形 式。具体布置如图所示。
(3)箱梁横向布置
武广客运专线陆水特大桥:箱梁采用单箱单室箱式 断面,悬臂长度为320cm,箱底宽700cm,采用直 腹板,箱梁全宽为320 +700 +320 =1340cm。
从以上对比可以看出,跨度相近的高速铁路桥梁 的截面尺寸比高速公路桥梁的截面尺寸大得多!
3、预应力体系对比分析
两座大桥上部结构预应力系统都包括纵向预应力、 横向预应力和竖向预应力,预应力筋采用的形式基本 相同,只是铁路桥梁所用的预应力筋多于公路桥梁。
2、收缩徐变规范对比
铁路桥涵设计规范中所采用的收缩徐变模型CEBFIP(1978)的计算模型。
乌海黄河公路大桥:中跨合拢段长为2m,不设横隔板。
(7)两边悬臂浇筑梁段
武广客运专线陆水特大桥:顶板厚度从50cm至100cm、 底板厚度从48.5cm至108.5cm、腹板厚度从45cm至 70cm按直线方式变化。两边梁段各设1道横隔梁,横隔 梁厚175 cm,横隔板上设置过人洞。
乌海黄河公路大桥:顶板厚度从30cm至80cm、底板厚 度从30cm至80cm、腹板厚度从30cm至8Ocm按直线方 式变化。两边梁段各设l道横隔梁,横隔梁厚200cm,横 隔板上设置过人洞。
比较所得,铁路桥所用的钢筋数量和公路桥所用 的钢筋数量是有比较大的区别的。
5 、构造细节规定规范对比
1、保护层厚度
铁路桥混凝土的保护层厚度不得小于30mm,但是保护层 厚度太大,混凝土表层因距钢筋过远容易碰坏,故也不宜大 于50mm,但板的高度不小于300mm时,保护层厚度可减 少为20mm。箍筋的保护厚度不得小于15mm。
计二期恒载:按146.7kN/m计。
(2)基础不均匀沉降
边、中支点基础不均匀沉降按2cm计,并取最不利组合。
(3)活 载 铁路客运专线ZK活载,其计算图示如图
铁路客运专线ZK活载图
活载占自重的50.78%。
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(2)受拉区钢筋:公路桥中组成束筋的单根钢筋直径不应 大于36mm。组成束筋的单根钢筋根数,当其值不大 于28mm时不应多于三根,当其值大于28mm时应为 两根。当单根钢筋直径大于36mm时,受拉区应设表 层钢筋网。在顺束筋长度方向,钢筋直径不应小于 10mm,其间距不应大于100mm;在垂直于束筋长度 方向,钢筋直径不应小于6mm,其间距不应大于 100mm。上述钢筋网的布置,应超过束筋的设置范围, 每边不小于5倍的钢筋直径。
锚于受压区 锚于受拉区
伸入受压区长 度不小于20d
伸入受压区长 度小于20d
弯起钢筋
锚于受拉区
受弯及受压构件 中的受拉钢筋
锚于受压区 锚于受拉区
伸入受压区长 度不小于20d
伸入受压区长 度小于20d
弯起钢筋
锚于受拉区
武广客运专线陆水特大桥 C55
10d+直钩 20d+半圆钩 不设于与纵筋平行的直段, 端部采用直钩 设于与纵筋平行的长度为 10d直段,并加直钩 25d+半圆钩