连续刚构桥

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范文一:连续刚构桥

6.3 预应力混凝土连续刚构桥

连续刚构桥一般用在长大跨径、高墩桥梁上,其结构构造特点是中间桥墩采用墩梁固结,下部结构一般采用柔性桥墩,以减少因主梁的预应力张拉、温度变化、混凝土收缩、徐变等作用引起的变形受到桥墩约束后产生的次内力。

连续刚构桥在桥墩抗弯刚度较小时其工作状态接近于连续梁桥。与连续梁桥相比较,它在采用悬臂法施工时和使用阶段,墩顶与梁一直保持固结状态。连续刚构桥的主要优点在于可以减少大型桥梁支座和养护上的麻烦,减少桥墩及基础工程的材料用量。

本节内容主要介绍中、大跨径桥梁中常用的连续刚构桥的力学特点、适用范围以及构造上的一些特点,能使读者对该类桥型有一定的认识和理解。

6.3.1力学特点及适用范围

在受力方面,上部结构仍为连续梁特点,但必须计入由于桥墩受力及混凝土收缩、徐变、 温度变化引起的弹塑性变形对上部结构内力的影响。桥墩因需有一定柔度,所受弯矩有所减少,但在墩梁结合处仍有刚架受力性质。

由于桥墩参与工作,连续刚构桥与连续梁桥的工作状态有一定区别, 连续刚构桥由活载引起的跨中区域正弯矩比同跨径连续梁桥的小。当墩高达到一定高度后,两者上部结构的内力相差不大。对三跨连续刚构与三跨连续梁上部结构的弯矩进行比较可知:两者梁根部的恒载、活载弯矩基本一致;桥墩高40m时,两者梁跨中恒载、活载弯矩相差小于10%;连续刚构桥墩根部恒载、活载弯矩随着桥墩加高而减小,但墩高达到40m以上时减小的速率很小;连续刚构梁体内的恒载、活载轴向拉力随着桥墩加高而减小,但墩高达到30m以上时减小的速率很小。

当设计跨度超过100m时,预应力混凝土连续刚构桥可作为连续桥梁的比选方案。

6.3.2 立面布置及构造特点

1.立面形式

连续刚构桥一般有两个以上主墩采用墩梁固结,墩梁固结的部分多在大跨、高墩上采用,它利用高墩的柔度来适应结构内预加力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的纵向位移,即把高墩视做一种摆动的支承体系。

连续刚构桥一般采用柔性桥墩, 柔性桥墩立面形式主要有三种。

(1)单柱式墩

单柱式墩(图6.17a)截面形式多

为闭口箱形截面,为了满足变形要求,

多用在深谷和深水河流的高桥墩上,具 体尺寸需根据对柔性的要求确定。

a)

(2)双柱薄壁墩

大部分连续刚构桥采用双柱薄壁墩

(图6.17b),双柱薄壁墩能减小根部梁 弯矩峰值。每柱薄壁墩又有空心、实心 b)

之分。实心双壁墩施工方便,抗撞击能 图6.17 连续刚构立面形式 力较强;空心双壁墩可节约混凝土40%

左右。设计中应根据桥的高度和跨径选用适当的抗压、抗弯、抗推刚度,

再决定合适的形式。

双柱薄壁墩的中距b与主跨跨度比值一般为1/20~1/25。

(3)Y形柱式墩

Y形柱在连续刚构中也有采用,它的上部为V形托架,下部为单柱式,两者在立面上构成Y字形。V形托架可使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上,下部的单柱具有一定的柔性,可满足纵向变形要求。Y形柱连续刚构根部梁高(连V形托架在内)是正常变截面连续刚构的(2~2.5)倍,梁和托架杆件都为等截面箱形结构或实体杆。

此外, 为了使多跨连续刚构桥有视觉上的动感,也可以采用V形、X形桥墩。

连续刚构桥常选用变截面主梁。

2.孔径布置

国内外已建成的连续刚构桥,边跨与中跨的跨径比值在0.5~0.692之间。大部分比值在0.54~0.56之间,比变截面连续梁桥的比值范围0.6~0.8要小。

理论研究分析证明,由于墩梁固结,边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小,而边、主跨径之比在0.54~0.56时,不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩,而且可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上,进行边跨合拢,从而取消落地支架,施工也十分方便。

3.主梁截面形式及尺寸选择

连续刚构桥主梁截面形式主要采用箱形断面,断面尺寸的拟定与连续梁基本相同。由于连续刚构桥墩梁连结,跨中活载弯矩比同跨径连续梁桥的小,因此跨中梁高略小于连续梁桥。根据已建成桥的统计,对于变截面梁墩顶处梁高h1与最大跨径的关系有:

h1=0.056lmax+0.26 (m) (6.8)

。 式中:lmax——连续刚构桥的最大跨径(m)

跨中梁高h2与最大跨径有如下关系:

h2=0.015lmax+0.94 (m) (6.9)

同时,一般箱梁根部高度与跨径比为1/18~1/22;箱梁跨中高度一般不小于2.5~3.0m。

对于等截面梁,根据施工实际的统计,主梁高与最大跨径的关系:

h=0.052lmax+0.202 (m) (6.10)

近年来连续刚构多采用单箱单室主梁配以大悬臂,箱宽8~9m,桥面宽15~18m,宽桥可用分离式单箱。顶板厚0.25~0.28m,底板跨中厚0.25~0.30m,腹板跨中厚度0.5m左右,底板和腹板的根部厚度选择与连续梁亦基本相同。

4.墩身尺寸

墩身尺寸的拟定主要应考虑墩身与主梁之间的刚度比以减少次内力。墩身高度主要由 桥面标高、桥梁建筑高度、桥下净空高度、主梁高度等因素决定。墩柱纵向厚度一般采用高度的1/8~1/15。墩柱较高时用较小的比值,墩柱较矮时则用较大的比值。

连续刚构桥的墩梁连结处的构造如图6.18所示,一般设置1道或者2道(双壁墩时)横隔板。1道横隔板的厚度宜取为t=B(墩厚),2道横隔板的厚度宜取为t=0.7~1.0m。

图6.18墩梁连接处构造

a)1道横隔板构造;b)2道横隔板构造

4.主梁预应力筋布置特征

连续刚构桥一般采用三向预应力,其主要特征如下:

(l)纵向预应力筋配置

纵向预应筋尽可能采用大吨位预应力群锚体系,以减小主梁断面;纵向预应力筋应尽可能靠近肋的部位排列,并锚固在腹板中或承托中。这样既有利于端面的局部承压,又可以减小纵向预应力筋弯曲所产生的横向内力;纵向预应力钢筋在布置对可用平弯与竖弯相配合,使锚头在各块件端面的位置不变,以方便张拉千斤顶定位。但也需注意,不要使预应力弯曲损失过分增加;在充分满足腹板承受主拉应力的条件下,尽可能减少向上、向下的弯起束,以方便混凝土浇筑,并有可能减少预应力钢材用量。

(2)横向预应力筋配置

横向预应力筋可采用扁锚体系,减少纵槽预应力筋的干扰,并可以减小顶板的厚度; 每个节段完成后,张拉纵向预应力钢筋之前,应先张拉横向预应力钢筋。

(3)竖向预应力筋配置

竖向预应力一般采用精轧螺纹钢筋,它在营运阶段可以控制箱梁腹板裂缝,在极限状态能承受一部分竖向力;每个节段完成后,张拉纵向预应力钢筋之前,应先张拉腹板中竖向预应力筋。 但应充分注意到,竖向预应筋较短,预应力损失大;再加上施工中控制失当,很容易造成预应力大部分丧失。

6.3.3 预应力混凝土连续刚构桥实例

1.双柱墩连续刚构桥

洛溪大桥主桥连续刚构为65m+125m+180m+110m,合计480m,见图6.19。

该桥采用大吨位群锚配合较薄的顶板、底板,顶底板厚度由主内力控制,群锚张拉吨位达4274kN。顶板厚28m,底板厚32~200cm。截面采用单箱单室薄壁截面,单位面积抗弯惯矩大。根部腹板厚70cm,至L/7.3处减为50cm。箱梁高跨比较小,边跨根部高跨比1/16.25,中跨根部高跨比1/18,跨中高跨比1/60。宽跨比为1/11.6,箱梁扭矩小,除墩顶外均不设横隔板。大桥的下部结构采用分离式薄壁桥墩并设有混凝土围堰式防撞岛。

该桥采用三向预应力,纵向用VSL-EC5-31和19锚,横向用VSL-EC5-3锚,配合ф12.8mm的7丝钢绞线;竖向用单根或双根φ32精轧螺纹粗钢筋,间距50cm。预应力筋配置特点为:纵向预应力筋平、竖弯曲锚于箱梁承托中;底板预应力锚在尽可能靠近腹板的齿板中。

思考题:

1.变截面连续梁桥和等截面连续梁桥分别在何情况下采用?为什么?

2.箱形横截面布置应考虑哪些因素?

3.变截面连续梁桥箱梁的梁高如何拟定?

4.变截面连续梁桥箱梁的腹板厚度如何拟定?

5.变截面连续梁桥箱梁的顶、底板厚度如何拟定?

6.请介绍预加力引起的连续梁次内力计算原理。

7.请介绍混凝土徐变引起的连续梁次内力计算原理。

8.试比较分析跨度相同的预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥的力学特点。

9.预应力混凝土连续刚构桥的主要优点是什么?

10.为何连续刚构桥常采用双柱薄壁墩?

6.3 预应力混凝土连续刚构桥

连续刚构桥一般用在长大跨径、高墩桥梁上,其结构构造特点是中间桥墩采用墩梁固结,下部结构一般采用柔性桥墩,以减少因主梁的预应力张拉、温度变化、混凝土收缩、徐变等作用引起的变形受到桥墩约束后产生的次内力。

连续刚构桥在桥墩抗弯刚度较小时其工作状态接近于连续梁桥。与连续梁桥相比较,它在采用悬臂法施工时和使用阶段,墩顶与梁一直保持固结状态。连续刚构桥的主要优点在于可以减少大型桥梁支座和养护上的麻烦,减少桥墩及基础工程的材料用量。

本节内容主要介绍中、大跨径桥梁中常用的连续刚构桥的力学特点、适用范围以及构造上的一些特点,能使读者对该类桥型有一定的认识和理解。

6.3.1力学特点及适用范围

在受力方面,上部结构仍为连续梁特点,但必须计入由于桥墩受力及混凝土收缩、徐变、 温度变化引起的弹塑性变形对上部结构内力的影响。桥墩因需有一定柔度,所受弯矩有所减少,但在墩梁结合处仍有刚架受力性质。

由于桥墩参与工作,连续刚构桥与连续梁桥的工作状态有一定区别, 连续刚构桥由活载引起的跨中区域正弯矩比同跨径连续梁桥的小。当墩高达到一定高度后,两者上部结构的内力相差不大。对三跨连续刚构与三跨连续梁上部结构的弯矩进行比较可知:两者梁根部的恒载、活载弯矩基本一致;桥墩高40m时,两者梁跨中恒载、活载弯矩相差小于10%;连续刚构桥墩根部恒载、活载弯矩随着桥墩加高而减小,但墩高达到40m以上时减小的速率很小;连续刚构梁体内的恒载、活载轴向拉力随着桥墩加高而减小,但墩高达到30m以上时减小的速率很小。

当设计跨度超过100m时,预应力混凝土连续刚构桥可作为连续桥梁的比选方案。

6.3.2 立面布置及构造特点

1.立面形式

连续刚构桥一般有两个以上主墩采用墩梁固结,墩梁固结的部分多在大跨、高墩上采用,它利用高墩的柔度来适应结构内预加力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的纵向位移,即把高墩视做一种摆动的支承体系。

连续刚构桥一般采用柔性桥墩, 柔性桥墩立面形式主要有三种。

(1)单柱式墩

单柱式墩(图6.17a)截面形式多

为闭口箱形截面,为了满足变形要求,

多用在深谷和深水河流的高桥墩上,具 体尺寸需根据对柔性的要求确定。

a)

(2)双柱薄壁墩

大部分连续刚构桥采用双柱薄壁墩

(图6.17b),双柱薄壁墩能减小根部梁 弯矩峰值。每柱薄壁墩又有空心、实心 b)

之分。实心双壁墩施工方便,抗撞击能 图6.17 连续刚构立面形式 力较强;空心双壁墩可节约混凝土40%

左右。设计中应根据桥的高度和跨径选用适当的抗压、抗弯、抗推刚度,

再决定合适的形式。

双柱薄壁墩的中距b与主跨跨度比值一般为1/20~1/25。

(3)Y形柱式墩

Y形柱在连续刚构中也有采用,它的上部为V形托架,下部为单柱式,两者在立面上构成Y字形。V形托架可使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上,下部的单柱具有一定的柔性,可满足纵向变形要求。Y形柱连续刚构根部梁高(连V形托架在内)是正常变截面连续刚构的(2~2.5)倍,梁和托架杆件都为等截面箱形结构或实体杆。

此外, 为了使多跨连续刚构桥有视觉上的动感,也可以采用V形、X形桥墩。

连续刚构桥常选用变截面主梁。

2.孔径布置

国内外已建成的连续刚构桥,边跨与中跨的跨径比值在0.5~0.692之间。大部分比值在0.54~0.56之间,比变截面连续梁桥的比值范围0.6~0.8要小。

理论研究分析证明,由于墩梁固结,边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小,而边、主跨径之比在0.54~0.56时,不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩,而且可以在边跨悬臂端用导梁支承于边墩上,进行边跨合拢,从而取消落地支架,施工也十分方便。

3.主梁截面形式及尺寸选择

连续刚构桥主梁截面形式主要采用箱形断面,断面尺寸的拟定与连续梁基本相同。由于连续刚构桥墩梁连结,跨中活载弯矩比同跨径连续梁桥的小,因此跨中梁高略小于连续梁桥。根据已建成桥的统计,对于变截面梁墩顶处梁高h1与最大跨径的关系有:

h1=0.056lmax+0.26 (m) (6.8)

。 式中:lmax——连续刚构桥的最大跨径(m)

跨中梁高h2与最大跨径有如下关系:

h2=0.015lmax+0.94 (m) (6.9)

同时,一般箱梁根部高度与跨径比为1/18~1/22;箱梁跨中高度一般不小于2.5~3.0m。

对于等截面梁,根据施工实际的统计,主梁高与最大跨径的关系:

h=0.052lmax+0.202 (m) (6.10)

近年来连续刚构多采用单箱单室主梁配以大悬臂,箱宽8~9m,桥面宽15~18m,宽桥可用分离式单箱。顶板厚0.25~0.28m,底板跨中厚0.25~0.30m,腹板跨中厚度0.5m左右,底板和腹板的根部厚度选择与连续梁亦基本相同。

4.墩身尺寸

墩身尺寸的拟定主要应考虑墩身与主梁之间的刚度比以减少次内力。墩身高度主要由 桥面标高、桥梁建筑高度、桥下净空高度、主梁高度等因素决定。墩柱纵向厚度一般采用高度的1/8~1/15。墩柱较高时用较小的比值,墩柱较矮时则用较大的比值。

连续刚构桥的墩梁连结处的构造如图6.18所示,一般设置1道或者2道(双壁墩时)横隔板。1道横隔板的厚度宜取为t=B(墩厚),2道横隔板的厚度宜取为t=0.7~1.0m。

图6.18墩梁连接处构造

a)1道横隔板构造;b)2道横隔板构造

4.主梁预应力筋布置特征

连续刚构桥一般采用三向预应力,其主要特征如下:

(l)纵向预应力筋配置

纵向预应筋尽可能采用大吨位预应力群锚体系,以减小主梁断面;纵向预应力筋应尽可能靠近肋的部位排列,并锚固在腹板中或承托中。这样既有利于端面的局部承压,又可以减小纵向预应力筋弯曲所产生的横向内力;纵向预应力钢筋在布置对可用平弯与竖弯相配合,使锚头在各块件端面的位置不变,以方便张拉千斤顶定位。但也需注意,不要使预应力弯曲损失过分增加;在充分满足腹板承受主拉应力的条件下,尽可能减少向上、向下的弯起束,以方便混凝土浇筑,并有可能减少预应力钢材用量。

(2)横向预应力筋配置

横向预应力筋可采用扁锚体系,减少纵槽预应力筋的干扰,并可以减小顶板的厚度; 每个节段完成后,张拉纵向预应力钢筋之前,应先张拉横向预应力钢筋。

(3)竖向预应力筋配置

竖向预应力一般采用精轧螺纹钢筋,它在营运阶段可以控制箱梁腹板裂缝,在极限状态能承受一部分竖向力;每个节段完成后,张拉纵向预应力钢筋之前,应先张拉腹板中竖向预应力筋。 但应充分注意到,竖向预应筋较短,预应力损失大;再加上施工中控制失当,很容易造成预应力大部分丧失。

6.3.3 预应力混凝土连续刚构桥实例

1.双柱墩连续刚构桥

洛溪大桥主桥连续刚构为65m+125m+180m+110m,合计480m,见图6.19。

该桥采用大吨位群锚配合较薄的顶板、底板,顶底板厚度由主内力控制,群锚张拉吨位达4274kN。顶板厚28m,底板厚32~200cm。截面采用单箱单室薄壁截面,单位面积抗弯惯矩大。根部腹板厚70cm,至L/7.3处减为50cm。箱梁高跨比较小,边跨根部高跨比1/16.25,中跨根部高跨比1/18,跨中高跨比1/60。宽跨比为1/11.6,箱梁扭矩小,除墩顶外均不设横隔板。大桥的下部结构采用分离式薄壁桥墩并设有混凝土围堰式防撞岛。

该桥采用三向预应力,纵向用VSL-EC5-31和19锚,横向用VSL-EC5-3锚,配合ф12.8mm的7丝钢绞线;竖向用单根或双根φ32精轧螺纹粗钢筋,间距50cm。预应力筋配置特点为:纵向预应力筋平、竖弯曲锚于箱梁承托中;底板预应力锚在尽可能靠近腹板的齿板中。

思考题:

1.变截面连续梁桥和等截面连续梁桥分别在何情况下采用?为什么?

2.箱形横截面布置应考虑哪些因素?

3.变截面连续梁桥箱梁的梁高如何拟定?

4.变截面连续梁桥箱梁的腹板厚度如何拟定?

5.变截面连续梁桥箱梁的顶、底板厚度如何拟定?

6.请介绍预加力引起的连续梁次内力计算原理。

7.请介绍混凝土徐变引起的连续梁次内力计算原理。

8.试比较分析跨度相同的预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土连续刚构桥的力学特点。

9.预应力混凝土连续刚构桥的主要优点是什么?

10.为何连续刚构桥常采用双柱薄壁墩?

范文二:连续梁、连续刚构桥

连续梁、连续刚构桥

一、等截面连续梁

1、等截面连续梁,构造简单施工方便,适用于中等跨径(20~60米),25米以下可选用钢筋混凝土连续梁桥,较大跨径采用预应力混凝土连续梁桥。小跨径布置一般用于高速公路的跨线立交桥、互通立交的匝道桥、环形立交桥及其他异形桥梁,较大跨径多用于接线引桥。可采用预制装配或就地浇筑施工。

2、连续梁桥常采用有支架施工法、逐孔现浇法、架设施工法、移动模架法和顶推施工法。

3、等截面连续梁桥的跨径、截面形式和主要尺寸

等截面连续梁桥的总体布置及主要尺寸见下表

等截面连续梁总体布置及主要尺寸

(1)等截面连续梁可选用等跨和不等跨布置。当标准跨径较大时,为考虑减少边跨正弯矩,可使边跨小于中跨,边跨与中跨的比在0.6~0.8左右。

(2)跨径小于15米,一般选用矩形截面;15~30米可采用T形或工字形截面;大于30米的可采用箱形截面。钢筋混凝土连续梁桥跨度不大时,可首先考虑采用板式(包括空心板)和T形截面。当需要采用箱形断面时,也可以采用低矮的多室箱,很少采用宽的单室箱。

(3)等截面连续梁的梁高,一般高跨比采用1/15~1/25。采用顶推法施工,从施工阶段受力要求考虑,梁高与顶推跨径之比选在1/12~1/17为宜。

(4)截面形式与桥宽关系。对于小跨径的城市高架桥或立交匝道桥,为求最小建筑高度,常用板式或肋板式截面,而在较大跨径时主要采用箱形截面。箱梁在横向布置,主要与桥宽有关。单箱室常用于桥宽在14米以内;单箱双室截面一般用于桥宽12~18米;超过18米的可以采用单箱多室或分离箱。

(5)板厚与梁高。板式截面分为实体截面和空心截面,实体截面多用于小跨径,且以支架现浇施工为主,板厚约为1/22~1/18L(L为跨径);空心截面的板厚为0.8~1.0米,顶、

底板厚度均不应小于8厘米。T型或工形肋式截面常用于预制安装,梁高一般取1.0~2.0米,在与腹板相连处的翼缘厚度,不应小于梁高的1/10,腹板厚度不应笑语14厘米。确定箱梁截面顶板厚度一般考虑两个因素:满足桥面横向受力要求;满足布置纵横向预应力钢筋的要求。顶板厚度一般取20~30厘米,底板厚度一般取20~40厘米,其上下承托之间的腹板高度,当腹板内设有竖向预应力钢筋时,不应大于腹板宽度的20倍,当腹板内不设竖向预应力钢筋时,不应大于腹板宽度的15倍。当腹板宽度有变化时,其过渡段长度不宜小于12倍腹板宽度差。腹板最小厚度一般为:腹板内无预应力束管道布置时可采用20厘米;腹板内有预应力束管道布置时可采用25~30厘米;腹板内有预应力束锚固时可采用35~40厘米。考虑承受支点处有较大剪力时,一般采用30~80厘米。

二、变截面连续梁

1、大跨径预应力混凝土连续梁桥以采用变截面为主,一般选用跨径在60~150米范围内,目前国内建造最大主孔跨径为165米。采用变截面连续梁符合梁的内力分布规律,选用悬臂法施工,亦与施工的内力状态相吻合。

2、悬臂法施工主要有悬臂浇筑和悬臂拼装两种,尤以悬臂浇筑为多。

3、变截面连续梁的跨径、截面形式和主要尺寸

变截面连续梁桥的总体布置及主要尺寸见下表

变截面连续梁总体布置及主要尺寸

(1)变截面布置的边跨常选用不等跨布置,边跨与中跨的比例约在0.5~0.8范围内变化。为使边跨支点不产生负反力,边跨与中跨的比例以0.6~0.7为宜。连续箱梁桥支点梁高约为跨径的1/15~1/20,最常用的是1/18;跨中截面梁高约为跨径的1/30~1/50。变截面梁的底面变化规律可采用圆弧线、二次抛物线或折线等,最常用的是二次抛物线。

(2)箱梁在横截面上布置的形式,主要与桥宽有关,可以布置为单箱单室、单箱双室(或多室)、分离箱;外侧腹板可布置为直腹板和斜腹板;外伸翼板可以布置成宽翼板箱梁或窄翼板箱梁;过宽翼板的箱梁,在悬臂板下可家斜撑或采用加劲悬臂板。

(3)截面主要尺寸拟定

①顶、底板厚度

桥面顶板要有足够的厚度承受恒载和活载产生的横向弯矩和剪力。箱梁顶板厚度首先要满足布置纵横向预应力筋的构造要求。顶板跨中厚一般选择25~30厘米,顺桥向为等厚。

箱梁跨中底板厚度,考虑配置预应力钢筋,底板最小厚度可取预应力管道直径的2.5倍,一般可取25厘米左右。顺桥向边跨两端底板及中跨支点底板适当加厚,并应考虑设置进人孔,以便检修和养护,也有利于减小箱梁内外温差。

②腹板的布置与厚度

腹板主要承受竖向剪应力和由扭矩产生的剪应力,根据剪应力要求选择腹板的厚度,腹板厚一般为30~80厘米,在墩上或靠近桥墩的箱梁根部的箱梁根部腹板需适当加厚。腹板上设置通风孔,以便缩小箱梁内、外温差。根据预应力束的锚固构造要求及局部英里的分散要求,选择腹板厚度最小尺寸:

当腹板内无承应力筋时,可取20厘米;

当腹板内有预应力筋时,可取25~30厘米;

当腹板内有竖向预应力筋时,可取30厘米;

当预应力筋锚固在腹板上时,可取35~40厘米。

在箱梁内的顶板、底板与腹板相交处需设置承托,承托可以增大桥面板抵抗负弯矩的能力,还可为布置预应力钢筋和设置锚头留出足够的空间。

③横隔板构造与尺寸

横隔板的主要作用是增加箱梁的横向刚度,限制箱梁的畸变。端横隔板既作为一个末端的横隔板,同时又可满足后张法预应力筋分散锚固在端部的构造要求。由于连续梁的支点传递荷载较大,大多是采用实体式的刚性横隔板,中部开设人洞。中间支点横隔板要考虑支座布置,以及悬臂浇筑时设置墩、梁临时固结构造的要求,予以加强。中间横隔板较少采用,有时将中间横隔板做成加劲型的桁架和框架式,可以作为中间腹板的加劲,并作为体外束预应力筋的锚固,也可以在施工过程中作为临时预应力筋的锚固。

(4)连续梁桥的支座布置

连续梁桥的支座布置应遵循以下基本原则:

①支座应使由于梁体变形所产生的纵向位移、横向位移和纵、横向转角尽可能不受约束;

②连续梁通常必须在每联梁体上设置一个固定支座;

③较长的连续梁桥固定支座设在桥长中间部位的桥墩上较为合理,因为此处支座的垂直反力较大(固定支座宜设置在具有较大支座反力的地方),且两侧的自由伸缩长度比较均衡;

④在同一桥墩上的几个支座应具有相近的转动刚度;

⑤在预应力梁上的支座不应该对梁体的横向预应力产生约束,同时也不得将施加梁体横向预应力的荷载传给墩台。

⑥连续梁可能发生支座沉陷时,应考虑支座高度调整的可能性。

(5)截面验算与控制

主梁截面的验算与控制应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004)执行(P58第6.3条和P68第7.1.5条)

①预应力混凝土受弯构件应按下列规定进行正截面和斜截面抗裂验算:

A、正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算,并符合下列要求: a、全预应力混凝土构件,在作用(或荷载)短期效应组合下

预制构件 σst-0.85σpc≤0

分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件 σst-0.8σpc≤0

b、A类预应力混凝土构件,在作用(或荷载)短期效应组合下

σst-σpc≤0.7ftk

但在荷载长期效应组合下 σlt-σpc≤0

B、斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力σtp进行验算,并应符合下列要求: a、全预应力混凝土构件,在作用(或荷载)短期效应组合下

预制构件 σtp≤0.6 ftk

现场浇筑(包括预制拼装)构件 σtp≤0.4 ftk

b、A类和B类预应力混凝土构件,在作用(或荷载)短期效应组合下

预制构件 σtp≤0.7 ftk

现场浇筑(包括预制拼装)构件 σtp≤0.5 ftk

式中σst—在作用(或荷载)短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力 σlt—在荷载长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力

σpc—扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压力 σtp—由作用(或荷载)短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力

ftk—混凝土抗拉强度标准值

②使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力应符合下列规定:受压区混凝土的最大压应力

未开裂构件 σkc+σpt≤0.5 fck

允许开裂构件 σcc≤0.5 fck

式中σkc—混凝土法向压应力

σpt—由预加力产生的混凝土法向拉应力

σcc—开裂截面混凝土压应力

fck—混凝土抗压强度标准值

二、变截面连续刚构桥

1、连续刚构桥具有墩梁固结的连续梁桥

它既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点,在悬臂施工时,又无需梁墩临时固结,不设支座,不需转换体系,从而方便了施工。它利用高墩的柔度来适应结构由预加力、混凝土收缩、徐变的温度变化所引起的纵向位移。这种桥型大多在大跨、高墩、变截面梁体上采用。

2、变截面连续刚构桥的结构形式、跨径布置、截面形式和主要尺寸

变截面连续刚构桥的总体布置及主要尺寸见下表

变截面连续刚构桥总体布置及主要尺寸

(1)在连续刚构桥的结构形式选择时,不但要充分考虑固定跨长及对应的桥墩高度所用的界限,而且要全面对桥位条件、经济性、施工性、美观和维护管理等各方面进行综合探讨而选择。

(2)为了防止温度内力过大,连续刚构总长不宜过大。在某些场合下,可以采用连续刚构与连续梁相结合的结构体系。在大跨度连续刚构桥中,边跨和主跨比多集中在0.5~0.6之间。

(3)截面形式基本都采用变截面单室箱。箱梁根部的高跨比大部分为1/18,主跨中部箱梁的高跨比大部分为1/50~1/60,随着设计和施工技术的进一步还有减小的趋势。梁底曲线常选用抛物线,为了改善L/4~L/8截面底板混凝土应力,有的采用幂次为1.5~1.8的抛物线。

(4)箱梁顶板厚度一般采用25~28厘米;箱梁底板除承受自身荷载外,还受一定的施工荷载。用悬臂法施工箱梁时,底板还承受挂蓝底模梁后吊点的反力。箱梁悬臂端部顶板厚度一般采用15~25厘米。底板厚度大多采用32厘米,少数薄的采用28厘米或25厘米。底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶,以使用受压要求。由于连续刚构桥承受正负弯矩,腹板内要布置预应力筋或预应力束,腹板有可能受主拉应力控制,腹板不宜过薄,最小厚度一般为40厘米,有的采用50厘米或更大。

3、连续刚构桥的桥墩形式和布置

连续刚构桥的桥墩形式和布置见下表

(1)连续刚构桥的桥墩可以采用实体式、空心式桥墩。实体式桥墩可分为单壁和双壁式;空心式桥墩可分为单箱式和双箱式。为调节墩柱的长细比可在箱中加竖肋呈单箱多室,或在分离式双柱之间增加横向联系构件。大跨径连续刚构桥为了利用桥墩的柔度来适应结构由预应力混凝土的收缩、徐变和温度变化所引起的位移和受力要求,在墩身的布置上,大多数采用矩形或箱形的单片或双壁形式。

(2)双薄壁墩的几何参数选择。双薄壁墩是在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁固结的桥墩。双薄壁墩几何参数的主要影响因数有桥梁主孔跨径L(米)、墩高H(米)、双壁净距S(米)和壁厚b(米),它与结构静力效应之间存在复杂的内在联系。在对计算模型进行结构计算时,可使H、b、S、L中的3个变量保持不变,而另一个变量在一定范围内变化,应用结构分析软件计算各工况下墩底应力,可得到双薄壁墩的几何参数。根据已建立连续刚构桥设计资料,采用数理统计中多元线性回归拟合得到公式为:

b=-1.3402-0.0864S+0.0816h+0.01L

4、预应力束和钢筋布置要点

(1)纵向束布置原则

①纵向预应力一般需设置顶板束(承受负弯矩)、底板束(承受正弯矩)、连续束(补充使用阶段承受内力)、备用束和合拢段临时束。

②顶板束尽可能锚固在腹板顶部承托中,采用分层布置,长束尽量布置在上层。悬臂施工时布置下弯束锚固在节段上。这样,既可避免外形复杂的锯齿板构造,又可方便施工,同时减轻自重。

③底板束一般采用直线束,锚固在腹板与底板相交区附近的锯齿板上,尽可能布置在受压区内。在变高度连续梁中要注意底板束引起的径向压力和垂直分力。

④连续束主要考虑在合拢以后承受恒、活载产生的内力而布设的,分直筋(沿纵向按直线布置)和弯筋(伸入腹板承受主拉应力)两种。

⑤考虑合拢后结构次内力影响,预估弯矩束适当增加20%。

(2)横向束布置原则

①顶板横向束的布置应根据结构受力需要而定,可布置直线或曲线束。

②一般采用单端交替张拉,即一端为固定端,一端为张拉端。

③横隔板预应力布置既要考虑补偿对桥面板横向预应力的约束影响,又要考虑横隔板的受力需要,作为单一构件受力分析和配筋。

(3)竖向束布置原则

①竖向预应力筋一般采用高强精扎螺纹粗钢筋,沿腹板的中轴布置。

②顺桥向间距根据构造、施工和受力需要可采用不同间距布置。

③要注意较小梁高对预应力损失的影响。

(4)构造钢筋

普通钢筋的构造配置要满足最低配筋率和构造要求,应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)执行(P94第9.1.2条)。

(5)连续刚构桥的设计要领

①连续刚构桥的墩梁连结处的构造一般设置1道或2道横隔板。1道横隔板的厚度宜取t=B;2道横隔板的厚度宜取t=0.7~1.0米。

②桥墩配筋

A、在墩身中,轴向钢筋若有断开时,必须注意其锚固位置,以保证可能开裂而引起刚度降低后的安全性。

B、在墩身中,轴向钢筋断开时,必须满足以下几个条件:

a、在同一断面断开的钢筋面积,应在全部受拉钢筋面积的一半以下。

b、在计算上不需要配筋处,钢筋必须延长构件的有效高度的长度后截断。另外,该区域的设计承载能力必须是设计剪力的1.5倍以上。

c、墩身中的轴向钢筋应延伸到墩梁结合处主梁截面形心以上一个锚固长度。 ③结构计算原则

A、连续刚构桥的结构计算原则是把上部结构和下部结构作为整体,采用杆系有限元法分析平面框架时,必须考虑结构形成(体系转换)和施工中各种因素(结构自重、混凝土的收缩、徐变、预应力筋的张拉及预应力损失、施工荷载、温度影响等)。

B、在建立全桥分析模型时,要考虑基础对桥梁结构的影响,必须计及梁—墩—基础—土间的相互作用。

C、墩、梁连接处的构造和受力一般比较复杂,宜采用空间有限元进行应力分析。

范文三:刚构―连续组合梁桥与连续刚构及连续梁桥结构对比分析

【摘要】依托某座大跨径预应力混凝土刚构-连续组合梁桥,将刚构-连续组合梁桥与连续刚构桥和连续梁桥进行对比分析,探讨了大跨径预应力混凝土刚构-连续梁桥的力学特点和使用性能,揭示该桥型在此类结构设计上的优势,对进一步拓展刚构-连续组合梁桥的科学应用,完善相应的结构对比分析系统具有重要的参考价值。

【关键词】刚构-连续组合梁桥,整体受力分析,预应力混凝土,对比分析

1 概述

连续梁结构体系通常可分为连续梁桥、连续刚构桥和刚构-连续体系梁桥。刚构-连续组合梁桥是连续梁桥与连续刚构桥的结合体,通常是在一联连续梁的中部或数孔采用墩顶固结的刚构,边部数孔设置支座的连续梁结构。这些桥型在施工阶段的受力状态相近,可采用相同的悬臂施工方法。

墩身内力与其顺桥向抗推刚度和距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离密切相关。抗推刚度小的薄壁式墩身能有效地降低其内力,但随着联长的加大,墩身距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离亦将加大,在温度、混凝土收缩徐变等荷载的作用下,墩顶与主梁产生很大的顺桥向水平和转角位移,墩身剪力和弯矩将迅速增大,同时产生不可忽视的附加弯矩,致使刚构方案无法成立。在结构上将墩身与主梁的固结约束予以解除而代之以顺桥向水平和转角位移自由的支座,这样就变成刚构-连续组合梁的结构形式。于是边主墩墩身强度问题得以解决,且在一定条件下联长可相对延长。可见,刚构-连续组合梁是连续梁和连续刚构的组合,它兼顾了两者的优点而扬弃各自的缺点,在结构受力、使用性能和适应环境等方面均具有一定的优越性。

本文以某座主跨布置为48+80+80+48=256m的预应力混凝土刚构-连续组合梁桥为例,通过与连续刚构桥及连续梁桥的比较分析,进一步研究各体系的受力特点和使用性能。

2结构体系受力分析

2.1 设计实例介绍

该桥主桥上部结构为预应力变截面刚构-连续箱梁组合结构,采用单箱双室断面,采用三向预应力体系,采用挂篮悬臂浇筑施工方法;汽车荷载等级为公路-Ⅰ级,人群荷载为2.85KN/m2;桥梁下部基础为钻孔桩基础,主墩采用2.5m厚单肢空心薄壁墩,其中,21#主墩与箱梁固结(墩高为9.154m),20#、22#边主墩墩顶设速度锁定支座与箱梁联结(墩高为8.137m)。主桥总体布置和箱梁横断面分别如图1和如图2所示。

2.2结构体系对比分析

在维持主跨规模不变的前提下,为了寻求一个受力合理、结构安全、适用美观的方案以及探讨刚构-连续组合梁桥静动力受力性能,对刚构-连续组合梁桥、连续刚构桥和连续梁桥进行静力分析和抗震分析对比。

1、静力分析。

(1)计算简图。参照该桥结构跨径和主梁结构尺寸,列出各桥型的计算简图见图3至图5,其中图3为刚构-连续组合梁桥(桥型一),图4为连续刚构桥(桥型二),图5为连续梁桥 (桥型三)。

(2)计算内容。内力包括自重、二期恒载、车道荷载(横向分布系数:1.15×4×0.67=3.082)、人群荷载(宽度2.17m)以及整体升温(20℃)、整体降温(-20℃)、收缩徐变在控制截面产生的弯矩,三种桥型在控制截面产生的弯矩见表1至表3所示;位移包括跨中截面的挠度以及墩顶水平位移,三种桥型在控制截面的位移见表6所示。

(3)组合内力对比。在不同体系的内力分析中,采用了两种内力组合,其中组合一为自重、二期恒载、汽车荷载、人群荷载、收缩徐变的内力组合;组合二为自重、二期恒载、汽车荷载、人群荷载、收缩徐变及温度变化的内力组合。三种桥型在控制截面的内力组合见表4至表5所示。

(4)符号规定:梁的弯矩以下缘受拉为+M,上缘受拉为-M;墩的左侧受拉为+M,右侧受拉为-M。竖向挠度以向下为正,水平位移以向右为正。

表1               桥型一主要控制截面弯矩汇总(单位:KN・m)

截面

位置

自重

二期恒载

车道荷载

人群荷载

温升20°

温降20°

梯升14°

梯降7°

收缩徐变

9

(1)跨L/4

5962.4

6108.5

16593.5

1319.5

-669.7

669.7

4764.6

-2382.3

-3085.1

12

(1)跨L/2

-39691.9

544.9

20120.7

1718.8

-1226.3

1226.3

9262.7

-4631.3

-6123.1

20

20#墩顶主梁

-326176.1

-45082.1

-36830.9

-4312.6

-2401.6

2401.6

18448.5

-9224.3

-12267.1

30

(2)跨L/2

-7565.1

11464.7

18183.7

1453.8   -885.9

885.9

14519.8

-7259.9

-9705.7

46

21#墩顶主梁

-341538.8

-62395.6

-43236.2

-5383.7

1796.3

-1796.3

8339.5

-4169.7

-6125.0

98

21#墩顶

0

0

13749.7

-1519.0

0

0

0

0

0.0

102

21#墩底

0

0

13272.4

1466.6

0

0

0

0

0.0

表2               桥型二主要控制截面弯矩汇总(单位:KN・m)

截面

位置

自重

二期恒载

车道荷载

人群荷载

温升20°

温降20°

梯升14°

梯降7°

收缩徐变

9

(1)跨L/4

4539.5

7173.6

14222.4

1017.5

3850.9

-3850.9

5986.4

-2993.2

-10739.6

12

(1)跨L/2

-42456.9

2614.0

15063.8

1134.7

7556.4

-7556.4

11636.3

-5818.2

-20991.5

20

20#墩顶主梁

-331033.1

-49432.7

-39172.9

-4386.1

-13454.9

13454.9

15333.0

-7666.5

323.7

30

(2)跨L/2

-8794.7

9811.3

14471.4

1056.3

-6239.5

6239.5

13158.3

-6579.2

-3835.7

46

21#墩顶主梁

-336322.1

-58311.3

-40452.1

-4761.0

14708.3

-14708.3

11431.4

-5715.7

-24458.2

92

20#墩顶

-1194.5

7336.8

15683.2

1652.5

21375.7

-21375.7

6546.2

-3273.1

-31882.4

96

20#墩底

-3054.3

3510.7

8750.4

911.9

-2937.0

2937.0

2163.4

-1081.7

3171.9

98

21#墩顶

52.1

43.4

19137.0

2130.3

314.9

-314.9

52.6

-26.3

-295.7

102

21#墩底

25.2

-12.4

-9704.4

-1038.9

-89.5

89.5

-15.0

7.5

74.6

表3              桥型三主要控制截面弯矩汇总(单位:KN・m)

截面

位置

自重

二期恒载

车道荷载

人群荷载

温升20°

温降20°

梯升14°

梯降7°

收缩徐变   9

(1)跨L/4

5278.1

5982.1

17151.7

1410.6

-675.0

675.0

4760.1

-2380.1

-2617.5

12

(1)跨L/2

-41021.4

299.2

21250.2

1897.2

-1236.5

1236.5

9253.9

-4627.0

-5214.8

20

20#墩顶主梁

-328824.8

-45571.6

-39792.4

-4657.3

-2422.0

2422.0

18431.1

-9215.5

-10458.3

30

(2)跨L/2

-7915.6

11402.1

18731.3

1521.3

-888.6

888.6

14517.6

-7258.8

-9484.0

46

21#墩顶主梁

-338227.9

-61783.4

-40170.2

-5334.6

1822.1

-1822.1

8361.3

-4180.7

-8440.6

表4三种桥型主要控制截面组合一弯矩汇总(单位:KN・m)

截面

位置

桥型一(A)

桥型二(B)

桥型三(C)

B/A-1

C/A-1

9

(1)跨L/4

26898.9

26050.5

27205.0

-3.2%

1.1%

12

(1)跨L/2

-62756.4

-44635.9

-65236.4

-28.9%

4.0%

20

20#墩顶主梁

-424668.7

-372172.8

-429304.4

-12.4%

1.1%

30

(2)跨L/2

13831.4

32106.2

14255.1

132.1%

3.1%

46

21#墩顶主梁

-458679.3

-413853.4

-453956.6

-9.8%

-1.0%

表5三种桥型主要控制截面组合二弯矩汇总(单位:KN・m)

截面

位置

桥型一(A)

桥型二(B)

桥型三(C)

B/A-1

C/A-1

9

(1)跨L/4

32333.2

-4148.6

32640.0

-112.8%

0.9%

12

(1)跨L/2

-68614.0

-84150.5

-71099.8

22.6%

3.6%

20

20#墩顶主梁

-436294.6

-444822.4

-440941.9

2.0%

1.1%

30

(2)跨L/2

29237.1

-6589.3

29661.2

-122.5%

1.5%

46

21#墩顶主梁

-464645.4

-484728.6

-459959.4

4.3%

-1.0%

表6三种桥型主要控制截面位移汇总(单位:mm)

桥型类型

截面

位置

位移性质

自重

二期恒载

车道荷载

人群荷载

合计

桥型一

12

(1)跨L/2

竖向挠度

-32.6

-1.4

-7.1

-0.7

-41.9

30

(2)跨L/2

竖向挠度

-32.4

-10.8

-16.8   -1.8

-61.7

20

20#墩顶主梁

水平位移

-2.7

-0.4

-6.2

-0.7

-10.1

桥型二

12

(1)跨L/2

竖向挠度

-29.7

-1.9

-5.2

-0.5

-37.3

30

(2)跨L/2

竖向挠度

-29.6

-9.2

-11.8

-1.2

-51.8

20

20#墩顶主梁

水平位移

-2.7

-0.4

-1.4

-0.2

-4.8

桥型三

12

(1)跨L/2

竖向挠度

-32.2

-1.3

-7.5

-0.8

-41.8

30

(2)跨L/2

竖向挠度

-34.1

-11.1

-18.8

-2.0

-66.0

20

20#墩顶主梁

水平位移

-2.7

-0.4

-1.9

-0.2

-5.2

2、地震分析。

(1)支座选取情况。刚构-连续组合梁桥(桥型一)的两个边主墩采用CSR-LUB-20000-DX-e150支座;连续梁桥 (桥型三)主墩均采用JZDZ-20000/2000-DX(或GD)-e250-3s支座。三种桥型过渡墩均采用GPZ(2009)4DX(或SX)支座。

(2)时程反应分析。对该桥动力分析模型分别沿纵、横向输入地震安评报告提供的3条安评地震波,采用Newmark-β法进行线性时程反应分析。地震动峰值加速度为0.176g。其中,时程分析内力值为3条地震波激励下反应的最大包络值。E2地震作用下1条典型的加速度时程曲线如图6所示。限于篇幅,本文仅给出三种桥型在主墩的E2地震反应内力(见表7所示)。

图6 E2地震下典型的加速度时程曲线

表7三种桥型主墩E2地震内力汇总

桥型类型

截面

位置

E2地震内力(My为纵向,Mz为横向)

截面初始屈服弯矩(kN・m)

安全系数

轴力(KN)

My(kN・m)

Mz(kN・m)

My'

Mz'

My'/My

Mz'/Mz

桥型一

96

墩底

-48125.5

86091.1

162112.2

148235.9

576412.8

1.7

3.6

98

墩顶

-48636.2

88489.0

72725.9

148877.9

578591.9

1.7

8.0

102

墩底

-57019.3

50323.2

261103.2

157185.6

613638.3

3.1

2.4

桥型二

92

墩顶

-45493.5

159158.9

38841.1

145976.1

562825.0

0.9

14.5

96

墩底

-49369.1

13412.6

156145.5

150432.6

581683.0

11.2

3.7

桥型三

96

墩底

-51634.3

18428.2

24663.7

151536.8

590684.9

8.2

23.9

2.3 对比分析结果

1、在组合荷载作用下,连续刚构桥在中跨跨中正弯矩比刚构-连续组合梁桥大132.1%,在边跨跨中正弯矩小3.2%;连续梁桥中跨跨中正弯矩比刚构-连续组合梁桥大3.1%,在边跨跨中正弯矩大1.1%。

2、在组合荷载作用下,连续刚构桥在墩顶负弯矩比刚构-连续组合梁桥大-12.4%~4.3%;连续梁桥在墩顶负弯矩比刚构-连续组合梁桥大-1.0%~1.1%。

3、在组合荷载作用下,连续刚构桥跨中挠度比刚构-连续组合梁桥小9.9mm,连续梁桥跨中挠度比刚构-连续组合梁桥大4.3mm。水平位移以刚构-连续组合梁桥最大,边主墩最高达-10.1mm,其余桥型相近,最大为-5.2mm。

4、在E2地震作用下,连续梁桥墩身内力最小,连续刚构桥最大,刚构-连续组合梁桥居中,其中连续梁桥为隔震体系。

3结论

1、通过三种桥型的对比分析可知,主梁弯矩,刚构-连续组合梁桥比连续刚构桥和连续梁桥都要小;在同等荷载作用下的跨中挠度,刚构-连续组合梁桥介于连续梁桥和连续刚构桥之间;在同等荷载作用下边主墩墩顶水平位移,刚构-连续组合梁桥最大。

2、在E2地震作用下的墩身内力,刚构-连续组合梁桥介于连续梁桥和连续刚构桥之间。

总之,刚构-连续组合梁桥兼顾了连续梁桥和连续刚构桥的优点而扬弃各自的缺点,在结构受力、使用性能和适应环境等方面均具有一定的优越性,根据结构特点和具体桥位情况选用该桥型具有良好的发展前景。

参考文献

[1]中交公路规划设计院.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004.

[2]中交公路规划设计院.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.北京:人民交通出版社,2004.

[3]重庆交通科研设计院.JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则.北京:人民交通出版社,2008.

[4] 巩春领,肖汝诚.大跨径刚构-连续组合梁桥整体受力分析与探讨.结构工程师,2004(5):14-19.

范文四:连续刚构桥的问题及分析

摘要:目前,大跨径预应力混凝土连续刚构桥存在的问题一般表现在两个方面:第一是混凝土的开裂,如箱梁底板纵向开裂、箱梁腹板出现斜裂缝;另一类是主跨跨中下挠幅度过大。

关键词:大跨度混凝土梁桥 跨中底板纵向裂缝 跨中下挠 混凝土开裂 收缩开裂 湿胀开裂

引言

众所周知,连续刚构桥在最近的几年里在我国发展十分迅速,很多地方采取了这种方法,有成功的案例,也有的地方出现了一些病害。为了使得桥梁的安全性的得到保证,必须采用一些技术解决桥梁的问题,使得桥梁的应有作用得到发挥。

1 连续刚构桥特点

简支梁,悬臂梁和连续梁构成了钢筋混凝土梁式桥的结构体系,在很久以前就人们就广为使用。而在20世纪20年代末,预应力技术的突破无疑使混凝土结构达到了一个新的高度。而20世纪50年代把传统钢桥的悬臂拼装施工法应用到预应力混凝土桥梁的施工方法中,更使得预应力混凝土梁式桥的悬臂体系得到了迅猛发展,从而形成了T型桥。可以说没有T型桥就没有刚构桥。分跨中带铰和跨中无铰是连续钢构桥的主要构成类型,通常情况下两者都是采用的变高度梁。这是因为高墩具有相当大的柔度,因此可以防止因为预加力或者混凝土本身温度变化和自身收缩导致的纵向位移。连续钢构桥跨越能力大,行车舒便,整体结构好,抗震性能好,抗扭能力大,造价低。但是连续刚构桥受混凝土自身收缩收缩、外界温度等非人为控制的因素影响较大。

连续刚构桥作为桥梁一族较为重要和普遍的一种,连续刚构桥有它比较比较适合的情况:因为设计的目标是为了让他的结构接近连续梁,所以虽然作为墩梁固结的多次超静定刚架结构,跨度仍然应该尽量不要太小、连续孔跨也尽量不要太多、桥墩应该高一些、总桥长不要太长,因为大跨径混凝土梁桥主要问题是自身承载能力有限,而大跨径混凝土桥的自身重力较大,所以大跨径混凝土的承载能力绝大部分用于克服自重。预应力混凝土连续钢构桥梁中的杆由于要考虑到悬臂施工和政府弯矩配筋杆两种,所以一般采用箱型截面。而由桥梁的宽度又分为单箱单室,单箱多室,多箱单室,多箱多室四种。而根据梁的高度和梁的纵向跨距而分为纵向变截面和纵向等截面,把桥梁安桥梁所在平面的线形分为直线桥和曲线桥。大跨度桥梁采用的一般截面形式就是箱型截面。

2 连续刚构桥存在的主要问题

根据以上对于连续钢构桥的分析可以看出连续钢构桥的一些特。箱型截面上的荷载一般分为恒载和活载,恒载是具有对称作用或者近似对称作用的荷载。而活载一般默认为具有偏心作用的荷载,而事实是偏心作用的荷载会使截面产生应力导致使截面产生扭转作用。而在箱型截面中活载所产生的纵向应力与对称载荷所产生的纵向应力基本数值一样。也就是说箱型截面具有很大的抗扭刚度结构性能,充分发挥整体受力作用适合在大跨度桥梁中应用,但是箱梁的截面尺寸主要由跨径决定,设计荷载,桥宽,桥墩刚度也有一定的影响。

正是由于这些因素的影响,目前,大跨径预应力混凝土连续刚构桥存在的问题一般表现在两个方面:第一是混凝土的开裂,如箱梁底板纵向开裂、箱梁腹板出现斜裂缝;另一类是主跨跨中下挠幅度过大。根据以上分析,引起问题的主要原因在于设计的不合理,施工的质量问题,材料选取的问题等方面。

3 形成连续钢桥的主要问题的简单分析

(1) 跨中底板的纵向裂缝问题。由第一点分析已知,钢构桥的主要承载力用于了自身的重力,则适当减轻自身重量可以提升桥梁的承载能力。而为了桥梁自身的重量,箱梁的底板在靠近跨中的地方普遍相对较为薄。为了加固腹板,减小跨中地板的平弯的角度,通常预应力钢筋束的分布的间距都比较小,那么一个必然导致的结果就是所在横截面处出现空隙的几率相当大,也就是截面的承载能力削弱也非常大,如果应用于桥梁中心的钢筋不是质量很好、强度很大,而且碰巧浇筑在这个部分的混凝土的质量又产生问题的话,超强的纵向的预应力束全部展开的时候,底板上的混凝土有很大的可能因为底板应力束过大而出现开裂现象。

(2) 跨中下挠问题

残生跨中下挠的原因有以下两大点:(1)低估了混凝土产生的徐变对于桥梁的影响,并且对混凝土结构的估计产生问题。众所周知的是大跨度的连续刚构桥如果产生跨中下挠过度的问题,既影响桥梁的外观又影响了桥上行车,而且对桥梁自身的受力也会产生很巨大的影响,而对混凝土徐变的影响程度及估计不当是产生这个问题的主要原因。(2)预应力对于混凝土长久产生的徐变的影响估计不足甚至失误。连续刚构桥梁如果所受预应力度较小的后果是使徐变变形增大,并由此导致主梁的下挠变形变大,而由于混凝土变形的加大,预应力束的损失也由此相应加大,这就陷入了一个无限循环的局面,桥梁的跨度下挠加剧。

(3) 施工问题

不同的地域混凝土组成材料可能不同,因而混凝土成分稍有差异,再加上施工中必然产生的误差和工人对混凝土成分把握不够,浇注控制的经验不足等,使得混凝土的质量达不到工程的设计的标准。施工的过程控制不严而使得出现钢筋连接质量差、混凝土拌合及振捣质量差、模板安装不牢固等质量问题的几率非常大,从而产生一系列问题。这些都是由施工产生的问题。

(4) 材料问题

第一种为收缩开裂。干燥使高强混凝内部变化产生收缩,使混凝土产生早期裂纹,这无疑使得混凝土的耐久性大大降低了混凝土。第二种问题为湿胀开裂。湿胀开裂是和收缩开裂恰好相反,由于高强混凝土的水灰比比较低,混凝土中没有水化占了很大一部分,由于水分对混凝土的长期作用,外来水分慢慢扩散到混凝土内部后并与泥发生水化反应,膨胀应力超过混凝土的抗拉强度从而使得混凝土开裂。

4 处理措施

(1)对于桥梁承载能力不构的改善方法:增大腹板的厚度提高原结构的强度和刚度,或者用增构件代替承载能力不足的构件;也可以改变原结构的受力体系,使得部分构件的受力降低.

(2)针对混凝土开裂的加固措施:为了防止箱梁裂缝的出现和发展,加强腹板的抗压抗剪能力,可在其内侧粘钢板。粘贴钢板时应该需要注意的是表面不平整则无法保证混凝土与钢板紧密粘贴,所以它的表面首先要进行找平处理,且一定要保证粘胶的质量

5 结语

通过上文的分析,可以得出下面结论:连续钢构桥的问题主要出现在混凝土开裂和主跨跨中区段下挠幅度过大上,产生问题的原因有很多,结构、材料、施工等问题。

参考文献

[1]范立础.预应力混凝土桥梁[M].北京:人民交通出版社,1988.

[2] 桥梁工程 上册(第二版) 范立础主编 人民交通出版社 P78

[3]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4]徐艳玲.高墩大跨弯连续刚构桥弹塑性抗震性能评估[D].西安:长安大学,2008.

范文五:某连续刚构桥施工分析

摘要:本文针对某连续刚构桥的施工过程进行了模拟分析,得到了其在施工过程中结构的受力和变形情况,为施工提供了有力的支持。

1.工程概况

本桥位于重庆市XX县县城,南接老城区滨江路,北岸接新城区西十字路口,涪江由西向东穿过本区,两岸有简易公路可达桥位区,交通方便。此桥工程为一座90m+150m+90m连续刚构桥,桥宽12m,桥梁起点桩号为k0+453.457,桥梁全长330m。

2.1结构应力结果

1.各施工阶段应力结果

在悬臂法施工过程中,悬臂端根部为最不利截面。悬臂端根部28号单元I端在施工各个阶段的应力值如下:

表1号单元各施工阶段应力值

单元 荷载 阶段 步骤 位置 Cb(min/max) (N/mm^2)

28 合计 施工阶段1 001(开始) I[28] -5.63E-02

28 合计 施工阶段1 002(用户1) I[28] -2.58E-01

28 合计 施工阶段1 003(最后) I[28] -2.58E-01

28 合计 施工阶段2 002(最后) I[28] -3.70E-01

28 合计 施工阶段3 002(最后) I[28] -1.93E-01

28 合计 施工阶段4 001(最后) I[28] -1.01E+00

28 合计 施工阶段5 002(最后) I[28] -6.97E-01

28 合计 施工阶段6 001(最后) I[28] -1.60E+00

28 合计 施工阶段7 002(最后) I[28] -1.23E+00

28 合计 施工阶段8 001(最后) I[28] -2.11E+00

28 合计 施工阶段9 002(最后) I[28] -1.69E+00

28 合计 施工阶段10 001(最后) I[28] -2.57E+00

28 合计 施工阶段11 002(最后) I[28] -2.05E+00

28 合计 施工阶段12 001(最后) I[28] -2.89E+00

28 合计 施工阶段13 002(最后) I[28] -2.34E+00

28 合计 施工阶段14 001(最后) I[28] -3.16E+00

28 合计 施工阶段15 002(最后) I[28] -2.58E+00

28 合计 施工阶段16 001(最后) I[28] -3.38E+00

28 合计 施工阶段17 002(最后) I[28] -2.77E+00

28 合计 施工阶段18 001(最后) I[28] -3.60E+00

28 合计 施工阶段19 002(最后) I[28] -2.98E+00

28 合计 施工阶段20 001(最后) I[28] -3.73E+00

28 合计 施工阶段21 002(最后) I[28] -2.89E+00

28 合计 施工阶段22 001(最后) I[28] -3.62E+00

28 合计 施工阶段23 002(最后) I[28] -2.81E+00

28 合计 施工阶段24 001(最后) I[28] -3.55E+00

28 合计 施工阶段25 002(最后) I[28] -3.38E+00

28 合计 施工阶段26 001(最后) I[28] -3.40E+00

28 合计 施工阶段27 002(最后) I[28] -3.89E+00

28 合计 施工阶段28 001(最后) I[28] -3.62E+00

28 合计 施工阶段29 002(最后) I[28] -4.63E+00

28 合计 施工阶段30 001(最后) I[28] -4.49E+00

28 合计 施工阶段31 002(最后) I[28] -5.55E+00

28 合计 施工阶段32 001(最后) I[28] -5.42E+00

28 合计 施工阶段33 002(最后) I[28] -5.17E+00

28 合计 施工阶段34 001(最后) I[28] -5.05E+00

28 合计 施工阶段35 001(最后) I[28] -5.05E+00

28 合计 施工阶段36 002(最后) I[28] -4.95E+00

28 合计 施工阶段37 001(最后) I[28] -4.95E+00

28 合计 施工阶段38 001(最后) I[28] -5.36E+00

28 合计 施工阶段39 001(最后) I[28] -5.02E+00

28 合计 施工阶段40 001(最后) I[28] -4.32E+00

28 合计 施工阶段41 002(最后) I[28] -6.30E+00

28 合计 施工阶段42 002(最后) I[28] -6.19E+00

28 合计 施工阶段43 002(最后) I[28] -7.21E+00

2.边中跨合拢阶段应力结果

合拢方案的选择根据设计要求和现场施工条件和施工进度,拟采用先北岸边跨再南岸边跨,后中跨的合拢方式进行施工。根据其合拢方案我们分别计算得到全桥在中跨合拢后的应力分布

图1 中跨合拢后结构应力图

3.使用阶段应力结果

下面给出几种荷载组合下,全桥各截面上、下缘应力图

图2 CLCB1全桥结构应力图

图3 CLCB2全桥结构应力图

2.2结构位移结果

全桥的变形情况如下图:

图4成桥阶段结构变形图

3.结论

1.根据预应力混凝土连续刚构桥的结构与施工特点,建立了精确的数学和物理模型,并采用MIDAS/Civil专用有限元软件建立了某大桥的有限元模型,使计算机技术与施工控制方法有效的结合起来,为某大桥桥施工控制提供了有效的技术支撑。

2.经过计算,在施工阶段桥梁结构在施工过程中,拉应力很小,最大压应力为7.21Mpa。在运营阶段,主梁最大正挠度为21mm,最大负挠度为47mm。主梁没有出现拉应力,主梁最大压应力为13.38 Mpa,均满足设计要求。

范文六:连续刚构桥病害

连续钢构桥病害分析及加固技术

1.某连续刚构桥工程概况

某桥为35m+60m+90m+60m+35m一联的预应力混凝土组合连续刚构桥,全长280m,桥宽12m。

上部结构采用单箱室箱梁,箱梁采用50#混凝土,墩顶箱梁高度为5.0m,跨中高度2.0m,其间的梁高在纵桥向按2.0次抛物线变化。

箱梁内设置纵、横、竖三向预应力,其中,纵、横向预应力钢束均采用符合

ASTM.A416—90a标准的270级φj15.24低松弛高强钢绞线,竖向预应力钢束采用75/100级高强精轧螺纹粗钢筋。

下部结构为两个薄壁双柱式墩,其截面尺寸为1.2×7.0m,纵向中心距4.8m。

2.桥梁主要病害及病害分析

2.1 桥梁纵向抗弯问题

在距离中跨合拢段两端各2m范围内,底板下缘出现了数道横向通缝。其中,合拢段内有三道横向裂缝,宽度均小于0.1 mm。在合拢段两端约2 m范围内各有三道裂缝,均已延伸到腹板内,缝宽约0.2-0.5 mm,最大裂缝宽度达1.0 mm,已延伸至腹板的上承托。这些裂缝均表现为明显的受弯开裂特征。

两个次边跨和中跨的合拢段两端接缝处,均发现了贯通底板直至腹板一半高度的横向通缝,裂缝上宽下窄,宽度在0.2-1.5 mm之间,沿底板和腹板的厚度方向已完全贯穿通透

经过对桥梁计算,边跨跨中附近截面、次边跨合拢段附近截面不能满足抗弯承载能力极限状态的要求,中跨跨中截面虽能满足要求,但安全储备很小。在短期效应组合作用下,桥梁对抗弯和抗剪能力大幅降低,因此桥梁结构的受力体系发生了改变,大部分截面出现了拉应力,正截面抗裂性不满足全预应力混凝土的要求。由于底板下缘最大横

向裂缝出现在合拢段以外而非跨中,而且合拢段两端接缝处出现了横向通缝,说明跨中合拢段下缘虽然仍受拉,但已不是弯矩最大位置。由此推断在合拢段两端接缝处已经处于非完全刚接的状态。

2.2 桥梁抗剪问题

桥梁次边跨、中跨在其四分点12.3 m范围内(5-7号块),各跨的箱外腹板均出现了大量斜裂缝,裂缝宽度一般介于0.1-0.2 mm之间,且大致沿45°方向,最大裂缝宽度0.5 mm箱内腹板的开裂情况要比箱外严重得多。桥梁次边跨、中跨的箱梁从5号块开始到跨中范围内,都发生了大面积的腹板开裂现象。裂缝大致与水平线呈45°方向,最大裂缝宽度达到1.5 mm。

箱梁腹板开裂的区域是纵向预应力束取消下弯束的区域,这些区域在设计中均设置了竖向预应力筋。若竖向预应力没有起到相应的作用,腹板混凝土将因为承受过大的主拉应力而发生斜向开裂。在标准组合作用下,截面的最大法向压应力发生在中跨跨中附近截面的上缘,已超出规范允许值;其余截面的法向压应力满足规范要求。斜截面最大主压应力均满足规范要求。在短期效应组合作用下,从1/4跨至跨中斜截面抗裂性不满足全预应力混凝土构件的要求。

2.3 桥梁跨中下挠问题

桥梁中跨跨中附近出现了较为明显的下挠现象,下挠值为10.8 cm。通过外观检查,跨中挠度过大主要与超载车辆作用有关,同时也与跨中合拢段两侧接缝处非完全刚接状况有关。下挠导致主梁跨中呈波浪状,在车辆的振动和冲击作用下,加速了桥梁跨中挠度的变形和发展。

2.4 桥梁其他问题

(1)顶板承托附近发现纵向裂缝。中跨合拢段内沿横向有四道纵向裂缝,间距2m左右,其中外侧的两道裂缝(距离腹板约1.2 m)一直延伸到墩顶位置,并穿过墩顶进入次边跨,一直到达次边跨的合拢段端部。分析裂缝位置与合拢束及顶板纵向预应力束的布

置吻合,因此推断顶板纵向裂缝是由纵向预应力束张拉引起。

(2)墩顶横隔板在过人洞的角隅处沿竖向发生通透性的开裂,一直开裂至顶板,裂缝宽度约0.3 mm。分析该裂缝的成因是在目前严重超载的情况下,由于横隔板的空间效应,产生了过大的横向应力,在角隅处应力集中,从而在产生了竖向裂缝。

3.加固方案

3.1 裂缝灌浆封闭

对桥梁已产生的受力裂缝,包括腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝、墩顶横隔梁裂缝等,均进行化学灌浆处理,以防裂缝进一步扩大及有害物质的侵入,造成受力钢筋的锈蚀,影响结构安全。

3.2 纵向抗弯加固

针对原桥正截面抗弯承载力不足的问题,采用主动加固方案在箱内设置体外预应力筋的方法提高结构的正截面抗弯承载力,同时抵抗由于腹板、底板粘贴钢板、中跨跨中范围找平所增加的荷载。采用可调可换式体外预应力锚具,体外索所用的光面钢绞线应为符合美国ASTMA416—90A标准的高强度、低松弛钢绞线,其标准抗拉强度为1860 MPa,环氧喷涂无粘结钢绞线外加HDPE套管具有良好的抗侵蚀能力,能够适应具有严重侵蚀性的恶劣环境。

边跨、次边跨采用12φ815.24钢索,配合相应的张拉、锚固锚具,共设8束。中跨采用12φ815.24钢索,设置8束。体外束控制张拉应力为1116 MPa,为设计强度的60%。

3.3 腹板斜截面抗剪加固

针对桥梁整体刚度下降、竖向预应力失效、合拢段两端连接刚度不足以及活载超载导致腹板产生大量斜裂缝的问题,从以下两个方面对腹板进行抗剪加固。

(1)腹板采用粘贴钢板法进行加固补强,抵抗主拉应力,控制裂缝发展,提高结构的耐久性。

(2)施加体外预应力。通过设置跨内转向肋,使体外索提供预剪力,从而增强腹板的抗主拉应力能力。

3.4 提高合拢段连接刚度采用在合拢段两侧接缝处粘贴钢板条的形式,提高合拢端的连接刚度。

3.5 桥面下挠部分针对桥梁中跨发生较大挠度的情况,在对结构进行加固以后,将跨中明显下沉段的桥面铺装加厚11cm,以使下挠的桥面呈现水平状态。加厚材料采用c50 钢纤维防水混凝土。

4.结语

随着交通量的不断增加和桥梁的不断老化,桥梁维修、加固是一项长期、经常性的工作,因此,正确的分析桥梁病害的原因十分重要,科学的分析才能为加固方案的设计提供可靠依据。同时本桥的加固方案针对桥梁病害采用了化学灌浆、粘贴钢板、体外束加固、植筋加固等新技术、新材料、新工艺。为同类型桥梁加固提供了借鉴方法。连续钢构桥病害分析及加固技术

1.某连续刚构桥工程概况

某桥为35m+60m+90m+60m+35m一联的预应力混凝土组合连续刚构桥,全长280m,桥宽12m。

上部结构采用单箱室箱梁,箱梁采用50#混凝土,墩顶箱梁高度为5.0m,跨中高度2.0m,其间的梁高在纵桥向按2.0次抛物线变化。

箱梁内设置纵、横、竖三向预应力,其中,纵、横向预应力钢束均采用符合

ASTM.A416—90a标准的270级φj15.24低松弛高强钢绞线,竖向预应力钢束采用75/100级高强精轧螺纹粗钢筋。

下部结构为两个薄壁双柱式墩,其截面尺寸为1.2×7.0m,纵向中心距4.8m。

2.桥梁主要病害及病害分析

2.1 桥梁纵向抗弯问题

在距离中跨合拢段两端各2m范围内,底板下缘出现了数道横向通缝。其中,合拢段内有三道横向裂缝,宽度均小于0.1 mm。在合拢段两端约2 m范围内各有三道裂缝,均已延伸到腹板内,缝宽约0.2-0.5 mm,最大裂缝宽度达1.0 mm,已延伸至腹板的上承托。这些裂缝均表现为明显的受弯开裂特征。

两个次边跨和中跨的合拢段两端接缝处,均发现了贯通底板直至腹板一半高度的横向通缝,裂缝上宽下窄,宽度在0.2-1.5 mm之间,沿底板和腹板的厚度方向已完全贯穿通透

经过对桥梁计算,边跨跨中附近截面、次边跨合拢段附近截面不能满足抗弯承载能力极限状态的要求,中跨跨中截面虽能满足要求,但安全储备很小。在短期效应组合作用下,桥梁对抗弯和抗剪能力大幅降低,因此桥梁结构的受力体系发生了改变,大部分截面出现了拉应力,正截面抗裂性不满足全预应力混凝土的要求。由于底板下缘最大横

向裂缝出现在合拢段以外而非跨中,而且合拢段两端接缝处出现了横向通缝,说明跨中合拢段下缘虽然仍受拉,但已不是弯矩最大位置。由此推断在合拢段两端接缝处已经处于非完全刚接的状态。

2.2 桥梁抗剪问题

桥梁次边跨、中跨在其四分点12.3 m范围内(5-7号块),各跨的箱外腹板均出现了大量斜裂缝,裂缝宽度一般介于0.1-0.2 mm之间,且大致沿45°方向,最大裂缝宽度0.5 mm箱内腹板的开裂情况要比箱外严重得多。桥梁次边跨、中跨的箱梁从5号块开始到跨中范围内,都发生了大面积的腹板开裂现象。裂缝大致与水平线呈45°方向,最大裂缝宽度达到1.5 mm。

箱梁腹板开裂的区域是纵向预应力束取消下弯束的区域,这些区域在设计中均设置了竖向预应力筋。若竖向预应力没有起到相应的作用,腹板混凝土将因为承受过大的主拉应力而发生斜向开裂。在标准组合作用下,截面的最大法向压应力发生在中跨跨中附近截面的上缘,已超出规范允许值;其余截面的法向压应力满足规范要求。斜截面最大主压应力均满足规范要求。在短期效应组合作用下,从1/4跨至跨中斜截面抗裂性不满足全预应力混凝土构件的要求。

2.3 桥梁跨中下挠问题

桥梁中跨跨中附近出现了较为明显的下挠现象,下挠值为10.8 cm。通过外观检查,跨中挠度过大主要与超载车辆作用有关,同时也与跨中合拢段两侧接缝处非完全刚接状况有关。下挠导致主梁跨中呈波浪状,在车辆的振动和冲击作用下,加速了桥梁跨中挠度的变形和发展。

2.4 桥梁其他问题

(1)顶板承托附近发现纵向裂缝。中跨合拢段内沿横向有四道纵向裂缝,间距2m左右,其中外侧的两道裂缝(距离腹板约1.2 m)一直延伸到墩顶位置,并穿过墩顶进入次边跨,一直到达次边跨的合拢段端部。分析裂缝位置与合拢束及顶板纵向预应力束的布

置吻合,因此推断顶板纵向裂缝是由纵向预应力束张拉引起。

(2)墩顶横隔板在过人洞的角隅处沿竖向发生通透性的开裂,一直开裂至顶板,裂缝宽度约0.3 mm。分析该裂缝的成因是在目前严重超载的情况下,由于横隔板的空间效应,产生了过大的横向应力,在角隅处应力集中,从而在产生了竖向裂缝。

3.加固方案

3.1 裂缝灌浆封闭

对桥梁已产生的受力裂缝,包括腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝、墩顶横隔梁裂缝等,均进行化学灌浆处理,以防裂缝进一步扩大及有害物质的侵入,造成受力钢筋的锈蚀,影响结构安全。

3.2 纵向抗弯加固

针对原桥正截面抗弯承载力不足的问题,采用主动加固方案在箱内设置体外预应力筋的方法提高结构的正截面抗弯承载力,同时抵抗由于腹板、底板粘贴钢板、中跨跨中范围找平所增加的荷载。采用可调可换式体外预应力锚具,体外索所用的光面钢绞线应为符合美国ASTMA416—90A标准的高强度、低松弛钢绞线,其标准抗拉强度为1860 MPa,环氧喷涂无粘结钢绞线外加HDPE套管具有良好的抗侵蚀能力,能够适应具有严重侵蚀性的恶劣环境。

边跨、次边跨采用12φ815.24钢索,配合相应的张拉、锚固锚具,共设8束。中跨采用12φ815.24钢索,设置8束。体外束控制张拉应力为1116 MPa,为设计强度的60%。

3.3 腹板斜截面抗剪加固

针对桥梁整体刚度下降、竖向预应力失效、合拢段两端连接刚度不足以及活载超载导致腹板产生大量斜裂缝的问题,从以下两个方面对腹板进行抗剪加固。

(1)腹板采用粘贴钢板法进行加固补强,抵抗主拉应力,控制裂缝发展,提高结构的耐久性。

(2)施加体外预应力。通过设置跨内转向肋,使体外索提供预剪力,从而增强腹板的抗主拉应力能力。

3.4 提高合拢段连接刚度采用在合拢段两侧接缝处粘贴钢板条的形式,提高合拢端的连接刚度。

3.5 桥面下挠部分针对桥梁中跨发生较大挠度的情况,在对结构进行加固以后,将跨中明显下沉段的桥面铺装加厚11cm,以使下挠的桥面呈现水平状态。加厚材料采用c50 钢纤维防水混凝土。

4.结语

随着交通量的不断增加和桥梁的不断老化,桥梁维修、加固是一项长期、经常性的工作,因此,正确的分析桥梁病害的原因十分重要,科学的分析才能为加固方案的设计提供可靠依据。同时本桥的加固方案针对桥梁病害采用了化学灌浆、粘贴钢板、体外束加固、植筋加固等新技术、新材料、新工艺。为同类型桥梁加固提供了借鉴方法。

范文七:连续刚构桥的研究

随着我国公路事业的迅速发展,我国的公路桥梁建设事业突飞猛进,大跨径桥梁特别是大跨径预应力混凝土连续梁、连续刚构在我国大江大河上得到了广泛的应用。混凝土梁桥有简支梁、悬臂梁、连续梁、T型刚构和连续刚构五种基本体系。预应力混凝土简支梁及悬臂梁桥跨径一般分别在40m和100m以下,预应力混凝土连续梁、T型刚构和连续刚构桥跨越能力则大得多,由于连续结构行车平顺的优点,预应力混凝土连续梁和连续刚构桥在大跨径梁式桥中将引起设计师的更多关注。

下面分别从三个方面来谈谈连续刚构施工中所遇到的一些问题和常见的病害:

一、连续刚构桥梁的施工监测与控制

大型连续刚构桥梁的施工监控,必须依据桥梁施工所选定的施工方法及详细的施工计划来进行。对多跨同类型的桥梁结构,监测系统的线路布置与规划服从于桥跨及监测断面的空间位置,与结构施工的先后次序密切相关。施工监控系统建立的原则是基于对施工过程、施工步骤的理解而进行的布置与编制的实施细则计划,在具体实施中,施工监控单位要根据经业主、设计和监理审批同意的正式施工方案文件进行监控方案的调整和实施。

桥梁施工控制的主要任务是桥梁施工过程的安全控制和桥梁结构线形及内力状态的控制。施工控制采用预测控制法,即全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标任务,对结构的每一个施工阶段形成前后状态进行预测,使施工沿着预状态进行。由于预测状态与实际状态间总是有误差存在,某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测予以考虑,以此循环直到施工完成和获得与设计相符的结构状态。在实际监控中,首先将由设计单位计算确定的各施工阶段主要测试部位的施工控制目标值输入监控管理系统,然后再对施工阶段完成后的现场监控数据进行判别,对两组数据进行分析,最后提出有关信息供施工控制决策。在桥梁施工过程中,由于混凝土龄期短,其徐变、收缩影响大,必须加以分析和控制。考虑徐变、收缩后的应力、应变、拱度等状态,监控单位按照设计单位提供的有关控制截面的应力、变形、桥墩位移、张拉束等控制值,分析、制订本阶段的监控目标,并在施工实施后进行偏差分析。施工控制的核心任务就是对各种误差进行分析、识别、调整,对结构未来状态进行预测。

二、连续刚构梁桥主要病害及原因分析

自1988年主跨188 m的大跨连续刚构洛溪桥建成以来,20年间我国修建了大量的连续刚构梁桥,成为180 m~300 m跨径中最有竞争力的桥型。然而修建的连续刚构梁桥在施工和运营过程中出现了一些较为常见的病害:跨中下挠过大和腹板出现斜裂缝,箱梁底板顶板出现纵向裂缝等。通过对现有桥梁的病害分析,不仅能对以后的设计提供借鉴,对施工中应注意的问题提早警觉和预防,而且可以为桥梁的维修提供依据。引起连续刚构桥的病害是多重因素引起的,包括材料方面的原因和设计方面、施工方面的原因。

1.材料方面的原因

近年来,使用了高效减水剂、水灰比低于0.3并且掺入了硅粉或者粉煤灰等超细矿物掺合料的混凝土即高性能混凝土应用于连续刚构桥。高性能混凝土早期有高弹性模量和强度,而且实验室试件具有优良的抗渗透性能,因此得到了广泛应用。高性能混凝土运用在桥梁上已经在国际上引起巨大的争议。实际调查表明,使用这种混凝土的桥梁往往在箱梁顶板会出现沿桥梁纵向间隔1 m~3 m的横向温度裂缝。顶板裂缝使混凝土受到腐蚀而加速劣化,预应力钢筋受到腐蚀,造成不利影响,优良的抗渗透性能更无从谈起。这证明实验室的数据用于实际工程中并不可靠。因为混凝土的开裂与结构物的体积大小、养护历史和周边环境有着密切的联系。实验室试件一般体积很小,而且边界条件不受约束,不受冷热、干湿、冻融的循环作用,而且现在实验室所做的试验重点只集中在试件的7 d,28 d或者90 d的强度,收缩徐变性质的研究,而对高性能混凝土更长时间如1年,5年,1O年或者更长时间的性质,如强度,收缩徐变和大体积混凝土的抗裂性能缺乏研究。良好的养护对形成混凝土强度和耐久性是非常重要的,工地不具备像实验室那样恒温恒湿的养护条件,同样配合比的混凝土在工地的养护条件下和在实验室的养护条件下表现出来的性质可能有巨大的差别。

2.施工方面的原因

在实现精细施工的道路上我们还有很长的路要走。单方面实现技术员队伍水平的提高并不能实现施工质量的提高,因为每道工序的具体实施者是工人。每个施工单位都应保证有一支人员稳定,经验丰富的工人队伍。要有具体的体制来保证工人队伍的建设。实现工人队伍素质的提高需要时间。实现连续刚构桥的病害防治,设计和施工两个方面缺一不可,相辅相成。

三、连续刚构桥合龙段施工技术

合龙段施工是悬臂浇筑刚构桥非常关键的一道工序。新浇混凝土从浇筑完成直至达到张拉强度,需一定的时间,在此时问段内,混凝土的收缩、徐变,结构体系的转变,施工荷载以及外力等因素会引起结构的变形和内力,若合龙段施工方法不当,将引起合龙段混凝土的开裂甚至压碎。因此,合理选择、优化合龙段的施工方法非常重要。

采用挂篮现浇的施工方法进行合龙。合龙段大部分荷载由挂篮承受。

1)挂篮、底模就位。前移边跨挂篮,待吊带靠近边跨现浇段端面,将挂篮底模前端与现浇段梁底相接。

2)放置水箱。水箱应位于“T”构两悬臂端对称位置,如位置不同,须按力臂进行调整。

3)锁定合龙段劲性骨架。在设计要求的气温条件下,锁定劲性骨架。可由4个~6个焊工同时施焊,尽量在气温回升前锁定完毕。焊接时,应准备冷水降温,以防焊裂混凝土。

4)解除盆式支座临时约束。锁定完成后,应及时解除现浇段梁底箱梁盆式支座临时约束,使整个梁段能沿桥纵向自由变形。

5)预张拉合龙段顶板、底板纵向钢束。锁定前应完成预张拉的准备工作,待锁定完成后,可按纵向钢束控制张拉力的10%~15%立即进行张拉,以减小昼夜温差对劲性骨架的影响。

6)安装合龙段钢筋、预应力管道。连续刚构桥合龙段极易出现纵向裂缝,特别是在顶板下缘。因此,合龙段应适当加强配筋。可将顶板下缘钢筋加密,型号加大,并增加防裂钢筋网片。底板钢筋也可适当加强。合龙段底板预应力管道密集,相邻管道间距较小,安装时应特别注意。合龙段纵向波纹管两端封闭,波纹管衬管不能穿入,故纵向钢绞线应于浇筑前穿束,以免浇筑时管道堵塞。

参考文献:

[1]中华人民共和国交通部部标准,《公路桥涵设计通用规范》,人民交通出版社 2004年。

[2]中华人民共和国交通部部标准,《公路桥涵设计手册》(墩台和基础),人民交通出版社,1995年。

[3]中华人民共和国交通部部标准,《公路桥涵设计手册》(桥梁附属结构和支座),人民交通出版社,1985年。

[4]中华人民共和国交通部部标准,《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》,人民交通出版社,2004年。

[5]顾安邦,范立础,《桥梁工程》(上、下册),人民交通出版社, 2001年。

[6]徐君兰,《桥梁计算示例集》,人民交通出版社,2001年。

[7]向中富,《桥梁工程设计指导》,重庆交通学院,1998年。

[8]龚尚龙,《路桥钢筋混凝土结构》,成都科技大学出版社。

范文八:连续刚构桥的问题及分析

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连续刚构桥的问题及分析

作者:王维 叶伟

来源:《科学与财富》2013年第07期

摘要:目前,大跨径预应力混凝土连续刚构桥存在的问题一般表现在两个方面:第一是混凝土的开裂,如箱梁底板纵向开裂、箱梁腹板出现斜裂缝;另一类是主跨跨中下挠幅度过大。 关键词:大跨度混凝土梁桥 跨中底板纵向裂缝 跨中下挠 混凝土开裂 收缩开裂 湿胀开裂 引言

众所周知,连续刚构桥在最近的几年里在我国发展十分迅速,很多地方采取了这种方法,有成功的案例,也有的地方出现了一些病害。为了使得桥梁的安全性的得到保证,必须采用一些技术解决桥梁的问题,使得桥梁的应有作用得到发挥。

1 连续刚构桥特点

简支梁,悬臂梁和连续梁构成了钢筋混凝土梁式桥的结构体系,在很久以前就人们就广为使用。而在20世纪20年代末,预应力技术的突破无疑使混凝土结构达到了一个新的高度。而20世纪50年代把传统钢桥的悬臂拼装施工法应用到预应力混凝土桥梁的施工方法中,更使得预应力混凝土梁式桥的悬臂体系得到了迅猛发展,从而形成了T型桥。可以说没有T型桥就没有刚构桥。分跨中带铰和跨中无铰是连续钢构桥的主要构成类型,通常情况下两者都是采用的变高度梁。这是因为高墩具有相当大的柔度,因此可以防止因为预加力或者混凝土本身温度变化和自身收缩导致的纵向位移。连续钢构桥跨越能力大,行车舒便,整体结构好,抗震性能好,抗扭能力大,造价低。但是连续刚构桥受混凝土自身收缩收缩、外界温度等非人为控制的因素影响较大。

连续刚构桥作为桥梁一族较为重要和普遍的一种,连续刚构桥有它比较比较适合的情况:因为设计的目标是为了让他的结构接近连续梁,所以虽然作为墩梁固结的多次超静定刚架结构,跨度仍然应该尽量不要太小、连续孔跨也尽量不要太多、桥墩应该高一些、总桥长不要太长,因为大跨径混凝土梁桥主要问题是自身承载能力有限,而大跨径混凝土桥的自身重力较大,所以大跨径混凝土的承载能力绝大部分用于克服自重。预应力混凝土连续钢构桥梁中的杆由于要考虑到悬臂施工和政府弯矩配筋杆两种,所以一般采用箱型截面。而由桥梁的宽度又分为单箱单室,单箱多室,多箱单室,多箱多室四种。而根据梁的高度和梁的纵向跨距而分为纵向变截面和纵向等截面,把桥梁安桥梁所在平面的线形分为直线桥和曲线桥。大跨度桥梁采用的一般截面形式就是箱型截面。

2 连续刚构桥存在的主要问题

范文九:斜拉桥、连续梁(刚构)桥概述

斜拉桥、连续梁(刚构)桥概述

1.1 斜拉桥结构概述

斜拉桥又称斜张桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔,受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻了结构重量,节省了材料。

斜拉桥作为一种拉索体系,比梁式桥的跨越能力更大,是大跨度桥梁的最主要桥型之一。斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面,斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。斜拉桥是一种自锚式体系,斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索上。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱,材料有钢和混凝土的。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。50年代中期,瑞典建成第一座现代斜拉桥,跨径为182米。50多年来,斜拉桥的发展,具有强劲势头。我国70年代中期开始修建混凝土斜拉桥,改革开放后,我国修建斜拉桥的势头一直呈上升趋势。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有30余座,仅次于德国、日本,而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为中华人民共和国的苏通大桥,主跨径为1088米,于2008年4月2日试通车。

我国一直以发展混凝土斜拉桥为主,近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥,如汕头礐石大桥,主跨518m;武汉长江第三大桥,主跨618m。钢箱斜拉桥如南京长江第二大桥南汊桥,主跨628m;武汉军山长江大桥,主跨460m。前几年上海建成的南浦(主跨423m)和杨浦(主跨602m)大桥为钢与混凝土的结合梁斜拉桥。

我国斜拉桥的主梁形式:混凝土以箱式、板式、边箱中板式;钢梁以正交异性极钢箱为主,也有边箱中板式。

现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。

斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。钢绞线斜拉索目前在汕头礐石大桥采用。钢绞线用于斜拉索,无疑使施工操作简单化,但外包PE的工艺还有待研究。

斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。近年来,开始出现自锚和部分地锚相结合的斜拉桥,如西班牙的鲁纳(Luna)桥,主桥440m;我国湖北郧县桥,主跨414m。

地锚体系把悬索桥的地锚特点融于斜拉桥中,可以使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件,灵活多样,节省费用。斜拉桥的施工方法:混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装;钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板,工厂焊接成段,现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接,一是螺栓,二是全焊,三是栓焊结合。

一般说,斜拉桥跨径300~1000m是合适的,在这一跨径范围,斜拉桥与悬索桥相比,斜拉桥有较明显优势。德国著名桥梁专家F.leonhardt认为,即使跨径1400m的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一,其造价低30%左右。

1.2 连续梁和连续刚构的概述

连续梁桥是中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构,预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式,它具有接缝少、刚度好、行车平顺舒适等优点,在30m~120m跨度内常是桥型方案比选的优胜者。主梁是连续支承在几个桥墩上。在荷载作用时,主梁的不同截面上有的有正弯矩,有的有负弯矩,而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样,可节省主梁材料用量。连续梁桥通常是将3~5孔做成一联,在一联内没有桥面接缝,行车较为顺适。连续梁桥施工时,可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。近一、二十年,在架设预应力混凝土连续梁时,成功地采用了顶推法施工,即在桥梁一端(或两端)路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔,使施工较为方便。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩,构造比较复杂。此外,连续梁桥的主梁是超静定结构,墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此,连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。1966年建成的美国亚斯托利亚桥,是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥,它的跨径为376米。

刚构桥是指桥跨结构与桥墩式桥台连为一体的桥。主要承重结构采用刚构的桥梁。梁和腿或墩(台)身构成刚性连接。按结构形式可分为门式刚构桥、斜腿刚构桥、T形刚构桥和连续刚构桥。①门式刚构桥。其腿和梁垂直相交呈门形构造,可分为单跨门构、双悬臂单跨门构、多跨门构和三跨两腿门桥。前三种跨越能力不大,适用于跨线桥,要求地质条件良好,可用钢和钢筋混凝土结构建造。三跨两腿门构桥,在两端设有桥台,采用预应力混凝土结构建造时,跨越能力可达200多米。②斜腿刚构桥。桥墩为斜向支撑的刚构桥,腿和梁所受的弯矩比同跨径的门式刚构桥显著减小,而轴向压力有所增加;同上承式拱桥相比不需设拱上建筑,使构造简化。桥型美观、宏伟,跨越能力较大,适用于峡谷桥和高等级公路的跨线桥,多采用钢和预应力混凝土结构建造。如安康汉江桥(铁路桥),腿趾

间距176米,1982年建成。③T形刚构桥。是在简支预应力桥和大跨钢筋土箱梁桥的基础上,在悬臂施工的影响下产生的。其上部结构可为箱梁、桁架或桁拱,与墩固结而成T型,桥型美观、宏伟、轻型,适用于大跨悬臂平衡施工,可无支架跨越深水急流,避免下部施工困难或中断航运,也不需要体系转换,施工简便。④连续刚构桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥,均采用预应力混凝土结构,有两个以上主墩采用墩梁固结,具有T形刚构桥的优点。但与同类桥(如连续梁桥、T形刚构桥)相比:多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性,跨越能力大,施工难度小,行车舒顺,养护简便,造价较低。

连续刚构桥的受力特点:

综合连续梁和T型刚构桥的受力特点,主梁做成连续梁体与薄壁桥墩固结而成;连续刚构体系的梁部结构的受力性能如同连续梁一样;薄壁墩底部所承受的弯矩,梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。

连续刚构桥的体系优点:保持了连续梁的各个优点;墩梁固接节省了大型支座的昂贵费用,减少了墩及基础的工程量;改善了结构在水平荷载(例如地震荷载)作用下的受力性能。

正因为这样,连续梁桥相对连续刚构桥来说的话那就有相对的缺点了,连续梁桥是超静定结构,连续刚构桥也是超静定结构,但后者因为梁要固结在墩上,所以稳定性更好。

范文十:连续刚构桥相对于连续梁来说有优点吗

连续刚构桥相对于连续梁来说有优点吗?

连续刚构桥的特点就是主梁和墩台是刚性连接的,在竖向荷载作用下,主梁端部产生部分负弯矩,减少了跨中的弯矩,跨中截面相应减小.所以桥下净空大,视野开阔,混凝土用量少. 而且,由于墩梁固结,不需要支座.整个桥梁连成一体,抗震性能好.

连续刚构桥适合大跨,高墩,俊秀挺拔.景观效果好.

呵呵,优点很多啊

总结一下:

连续刚构桥相比连续梁桥

1、主墩无支座,施工方便。

2、连续刚构一般采用悬臂施工,合拢前不需要体系转化。

3、顺桥向抗弯刚度大,受力性能好,墩梁固接能有效减小跨中正弯矩。

4、横桥向抗扭刚度大,能较好满足悬臂施工的抗风要求。

5、由于墩得柔性,顺桥向抗推刚度小,能有效减小温度、收缩徐变等次内力,对结构的抗震也更有利。

6、相对来说全桥伸缩缝少,行车平稳顺畅。

但连续刚构也有一些自身的不足之处:

1、随着墩身加高,设计中要考虑的因素变多(墩的柔性对施工和成桥过程中桥梁力学性能的影响)。

2、墩的抗撞击性能较差。

若是方案比较,只有高墩大跨,用连续刚构才能突出体现其优点,而且由于墩梁固结,基础变位影响较大。但总体来说,连续刚构不仅继承了连续梁的优点,还有施工简便,受力性能好等优势

连续刚构的优点上面的各位都说得很详细了,我来补充一下:连续刚构桥是一种高次超静定结构,连续梁结构也是超静定结构,但因超静定次数比连续刚构少而使得受力要简单一些。还有,连续刚构的墩高往往各不相同,所抗推刚度也各不相同(抗推刚度与墩高的三次方的倒数成正比),而且可能相差很大,由连续刚构由于墩梁相结合,共同受力,所以刚构桥的计算是比较复杂的;相比之下,连续梁桥的上部结构受力受墩身的影响要少得多。但是,连续梁桥在顺桥向抗弯刚度和横桥向的抗扭刚度较小,难以适应特大跨径桥梁对悬臂施工和横向抗风的要求。 关于连续刚构的优点,上面的朋友们已经说得很详细了。我想说的是连续刚构的0号块受力比较复杂,而且如果处理不好的话,比较容易出现裂缝。

选用一种桥型不是光看它的优缺点,最主要的是看桥位的环境,适合做什么就做什么,不一定非得用某种桥型。

一家之言,姑妄听之。呵呵

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