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?

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。

范文五: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.

范文六: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。

范文七:连续刚构桥发展史

PC连续刚构桥

PC连续刚构桥比PC连续梁桥和PCT型刚构桥有更大的跨越能力。近年来,各国修建PC连续刚构桥很多,随着世界经济发展,PC连续刚构桥将得到更快发展。1998年挪威建成了世界第一stolma桥(主跨301米)和世界第二拉夫特桥(主跨298米),将PC连续刚构桥跨径发展到顶点。我国于1988年建成的广东洛溪大桥(主跨180米),开创了我国修建大跨径PC连续刚构桥的先例,十多年来,PC梁桥在全国范围内已建成跨径大于120米的有74座。世界已建成跨度大于240米PC梁桥17座,中国占7座,其中西部地区占5座(表五)。1997年建成的虎门大桥副航道桥(主跨270米)为当时PC连续刚构世界第一。近几年相继建成了泸州长江二桥(主跨252米)、重庆黄花园大桥(主跨250米)、黄石长江大桥(主跨245米)、重庆高家花园桥(主跨240米)、贵州六广河大桥(主跨240米),近期还将建成一大批大跨径PC连续刚构桥。我国大跨径PC连续刚构桥型和PC梁桥型的建桥技术,已居世界领先水平。

表五:世界大跨度预应力混凝土梁桥

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。多跨连续-刚构桥则在主跨跨中设铰,两侧跨径为连续体系,可利用边跨连续梁的重量使T构做成不等长悬臂,以加大主跨的跨径。典型的连续刚构体系对称布置,并采用平衡悬臂施工方法修建。

漫谈大跨径连续刚构桥

预应力损失大,有效预应力不易得到保证,教训是斜裂缝大量出现。目前已认识到取消弯起束是不妥当的!于是重新回到设弯起束的正确轨道上来。但为此已付出了代价。

设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力,但很不够,没有考虑横向的影响。不考虑横向应力的影响,必然使计算的主拉应力值偏小。正如《苏通大桥副桥连续刚构设计》一文所说,“经计算分析,箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大。考虑此项效应的主拉应力将远超出规范允许值”。

此外,由于采用箱形截面,扭转、翘曲、畸变也会使腹板中的剪应力加大,从而增大主拉应力。因此,应该按三维进行分析。过去大跨径梁桥出现较多斜裂缝,重要原因之一是与设计上对主拉应力估计不足有关。腹板偏薄,配置普通钢筋偏少,也会导致腹板斜裂缝的产生。

在箱梁腹板内外侧均有可能存在横向拉应力,当配筋不足时会在腹板发生纵向裂缝。 变截面箱梁的底板由于施加预应力而产生径向力,当底板横向配筋不足,会在底板横向跨中下缘及横向两侧底板加腋开始的上缘,出现纵向裂缝。

参考文献:

[1]. 杨高中.连续刚构桥在我国的应用和发展[J].中国公路学报.1998.6 [2]. 范立础编著.预应力混凝土连续梁桥.人民交通出版社.1988.2

从1988年我国第一座连续刚构桥建成到现在已经10年了 ,10年中连续刚构桥以其结构简单、受力合理而得到广泛的应用和迅速的发展。虎门大桥辅航道桥以其主跨270m的跨径跃居世界现有同类桥型的首位。随着新问题的出现及其解决 ,将进一步推动本桥型在我国的应用和发展 ......

最大跨径连续刚构桥合龙

本报讯 (记者王丰 通讯员刘德联)11月11日早晨6时20分,在时速350公里的广深港铁路客运专线现场,经过中国铁建十四局集团的精心施工,全长168米的连续刚构桥全部成功合龙(见图,王丰摄),创中国铁路连续刚构桥跨径之最。

位于沙湾镇境内的沙湾水道特大桥全长18.081公里,主桥跨沙湾、紫坭水道,其中有4孔主跨连续刚构桥梁每跨168米,桥高45米,建于国家一级航道的深水中,水中墩水深13米,大桥建设为广深港铁路客运专线建设的重难点工程。

大桥主跨设计为168米长的双跨连续刚构梁,这在中国铁路建设史上还是首次。施工难度大,科技含量高。承担本工程建设的中国铁建十四局集团广州工程指挥部专门成立了科技攻关小组,并聘请了有

关专家作为技术顾问,共同对本桥进行线型和应力监控。因沙湾水道特大桥6个主墩位于沙湾水道正中间,河床为裸露基岩,承台设计全部深埋于河床基岩中。按照正常施工方法,双壁钢围堰根本无法下沉到位。在集团公司专家组和项目部多次调查论证后,决定采用水下爆破法先开挖水下基坑,再下沉双壁钢围堰的方法。

客运专线168米双主跨连续刚构桥施工目前国内尚无成功经验,而且本桥采用无砟轨道,梁部采用先中跨后边跨的合龙方式,对悬灌梁施工过程中线形、应力控制和成桥后跨中挠度要求都非常之高,难度很大。项目攻关小组对大桥梁部首先对施工荷载、桥梁恒载、机车活载、温度影响等进行了准确地建模计算,施工中攻克多个技术难题。

新规范下大跨连续刚构桥长期挠度计算的反思

王培金 盛洪飞1 孙 飞1

(1 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 哈尔滨 150090

(2 山东省交通规划设计院 济南 250031)

1,2

摘 要:提高对混凝土收缩徐变的长期预测精度,是大跨度桥梁设计中要解决的一个关键问题。 考虑新规范中可变作用准永久值的影响,分三个阶段对大跨度预应力混凝土连续刚构桥的徐变 变形进行理论分析,探讨预测大跨度连续刚构桥长期挠度的方法,为此类桥梁的长期挠度预测 及改进设计方面提供依据。

关键词:桥梁工程;准永久值;分阶段;连续刚构;徐变变形;长期挠度预测

0 前 言

现有大跨度连续刚构桥跨中下挠过大已成为一种普遍的现象,尤其后期变形继续加大的问题出乎设计预测之外,这也是广大工程师们十分头疼的问题。究其原因主要是对混凝土收缩徐变的影响程度及长期性严重估计不足。预应力混凝土连续刚构桥由于混凝土的固有性能收缩徐变的影响,必然会造成桥梁结构的几何线型和内力状态随时间而发生变化,某建于1997年的主跨270m连续刚构桥,至2003年12月,实测下挠了22㎝;某主跨245m的一座同类结构的大桥,跨中也严重下挠,最大达32㎝。许多大跨度桥梁都有类似的现象,这会使桥梁运营期内出现不良线型而引起乘客的不舒适感,甚至危及高速行车时的安全。

文献对主跨270m的连续刚构桥进行了连续7年的长期观测,结果是其主跨跨中挠度因混凝土徐变、收缩等因素逐年增长,而且尚未停止。因此提高混凝土收缩徐变的长期预测精度对连续刚构桥长期变形的分析和控制具有非常重要的现实意义。本文的分析方法可对该类型桥的使用状况有一个直观的认识,探索出一个较准确预测大跨度连续刚构桥长期挠度的方法,为此类桥梁的长期挠度预测及改进设计方面提供依据。

[1]

1 预测长期挠度的方法

徐变变形预测的传统方法仅考虑一、二期恒载的长期作用,实践证明,该方法对混凝土收缩徐变的影响程度及长期性估计不足,即目前对徐变变形还难于从理论上给出非常准确的预测,因此对实桥进行挠度观测和理论计算研究就显得非常重要。新规范采用以概率理论为基础的极限状态法,以大

量调查实测资料和试验数据为基础,运用统计数学的方法,寻求各随机变量的统计规律,规定在长期效应组合中应考虑可变作用准永久值的影响,使结构设计更符合客观实际。本文拟用文献提供的某主跨270m连续刚构桥挠度长期观测的实测数据,考虑新规范中的准永久值来对理论徐变计算值进行验证,并通过有限元分析,最终对成桥后的长期徐变变形给出较准确的预测。

由于桥梁结构在营运状态下的应力一般不会很大(一般kc0.5fck),可以应用混凝土的线性徐变理论,分批施加应力所产生的应变满足叠加原理。故本文分如下三个阶段对实桥的徐变变形进行分析:第一阶段是在主体结构施工完成后但尚未进行二期恒载施工的间隙时间;第二阶段是二期恒载施工完成后但尚未通车的传统长期徐变挠度预测方法;第三阶段是考虑准永久值后运营期内的长期挠度预测。

[1]

1

[2]

2 桥例分析

2.1工程简介

某主跨270m的双壁墩预应力混凝土连续刚构桥,跨径布置为150m+270m+150m,主梁采用变截面箱形形式,桥宽31 m,分上下平行的2个单独桥方案,单桥宽15 m,上部构造采用悬臂浇筑的施工方法,其挠度长期观测数据如表1所示(只列出一幅桥(左线桥)的主跨跨中挠度的数据进行分析)。

表1 主跨跨中累计挠度实测数据

图1 有限元计算模型

2.2计算分析

本文使用大型通用有限元程序ANSYS对该桥的徐变变形及其随时间的发展规律进行3维有限元分析。利用ANSYS的用户程序特性(UPFs)进行2次开发,嵌入新规范中混凝土的徐变公式,混凝土的收缩按降温法等效考虑,利用ANSYS中单元的生死功能模拟施工过程。建模时混凝土部分采用solid95实体单元;预应力钢筋采用link8单元,ANSYS中考虑预应力的方法有很多种,如等效荷载法、初始应变法、降温法,本文采用初始应变法,将混凝土和预应力筋沿桥梁纵向划分为若干单元,可以实现混凝土与预应力钢筋共同工作,通过每个单元不同的实常数模拟力筋各处不同的应力,可以模拟应力损失的影响。但是该模型未考虑灌浆过程,即对于力筋的滑动问题,实桥采用后张法施工,在张拉过程中,力筋与混凝土之间没有粘结,存在接触与滑动,同时该阶段应按净截面计算应力,在张拉完毕灌浆后混凝土与力筋建立了粘结,实际上该简化对计算结果影响非常小。其有限元模型见图1所示,该桥是按全预应力进行设计,因为现关心的是徐变变形,以下计算仅给出徐变变形的计算结果,最后再与实测结果进行对比分析。

2.2.1第一阶段主体结构合拢后但尚未进行二期恒载施工的徐变变形 表2为桥梁主体结构合拢后随龄期而增长的徐变变形值,可以看出:徐变引起主梁上拱

(负值),中孔跨中的徐变上拱变形均随时间而增长。

以上结果表明:在一期恒载作用下的徐变变形随时间上挠,这对于后期的徐变变形是有利的,因此,尽量推迟二期恒载的施工时间能够减小后期的徐变变形。但是,在实际工程中往往工期比较紧,混凝土强度上来之后便立即施工二期恒载,下面假设二期恒载的施工周期为40天。

2.2.2第二阶段二期恒载施工完成后的长期徐变变形 全桥合拢后,二期荷载的施工周期为40天,此时二期载施工完成后的跨中长期徐变挠度随时间的计算

结果如表3所示。可以看出,一、二期恒载共同作用下的长期徐变变形是下挠的,并且下挠值随时间的增长而增长,到300天基本达到徐变半终值,1800天后基本趋于稳定。

2.2.3运营阶段考虑准永久值以后的长期挠度预测 按旧规范的传统长期徐变挠度预测的方法仅考虑一、二期恒载及预应力效应;新规范[2]将可变作用准永久

值作为长期效应组合的一部分进行正常使用极限状态设计,据此对考虑准永久值后的长期挠度作如下分析:

表4 三阶段考虑准永久值后的徐变挠度随时间的计算结果/㎜

注:表中持荷时间指二期施工完成后开始的。

按实际工程中二期恒载的施工周期40天,二期恒载施工完成后即通车,分析结果如表4所示,由表可以看出,第三阶段的徐变变形也是下挠的,并且其下挠值随时间的增长而增长,计算值也比第二阶段大得多,更接近于实测值。

3 理论分析

上述第二、三阶段的长期挠度计算值与实测值的对比见图2所示。 240.00

200.00120.0080.00

160.00 40.00

0.00

500

1000

1500

2000

注:横坐标中的天数是根据实测值年限换算得到的。 成桥后天数/d

图2 第二、三阶段长期徐变挠度计算值与实测值的对比

三个阶段的理论计算结果和实测值对比分析表明:第二阶段的理论值与挠度实测值有较大的差距,两者之间的差值在40%左右,最大达61%;考虑准永久值影响的第三阶段理论计算值与实测值相差不大,预测7年的徐变变形差值仅为16.7%。因此应用三阶段进行分析和推算桥梁营运期的长期徐变变形的方法是可取的。

但是,第三阶段5年后的长期预测挠度值与实测值仍存在一定的偏差,笔者分析认为,其主要原因是钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构除了承受恒载作用外,还要承受循环荷载(短期效应组合中的可变作用频遇值)的作用,使得混凝土结构的疲劳在长期性能分析方面成为不可忽视的问题, A.M.Qzellhe和E.Ardaman进行了8片预应力钢筋混凝土梁的疲劳试验,结果表明:在疲劳加载的前期,梁的变形很小,在加载后期,梁的挠度有显著的增大,这也同时验证了上述理论分析的正确性;另外,由于双薄壁墩连续刚构桥主墩的受力特点(墩顶、底弯矩大;边墩内外两片墩身的轴力差大;整个结构受温度影响大)使两片墩的变形不同,这也可能是主梁后期竖向挠度增大的一个因素。但是目前上述因素对长期徐变变形影响的定量计算尚未提出,为此,笔者建议,使用阶段的长期挠度预测,应按三阶段分析的结果,考虑混凝土结构的疲劳及温度长期效应的影响,在5年后乘以1.15~1.25的长期增长系数更符合客观实际情况。

[4]

[3]

对一主跨130m的预应力混凝土连续刚构实桥(吉林省红岭河高架桥)进行了三阶段分析,该桥墩柱采用双薄壁式柔性墩,最大墩高45m。预测的长期徐变挠度乘以1.2倍的长期增长系数后值为4.23㎝,并按此设置了5㎝的预拱度。

4 结 语

通过以上分析得出如下结论:

(1) 施工期允许的情况下,尽量推迟二期恒载的施工时间,对减少长期徐变变形是有利的。 (2) 分析和推算桥梁的长期徐变变形应考虑新规范中准永久值的影响。

(3) 综合考虑混凝土疲劳及温度长期效应的影响,按上述三阶段预测的结果,在5年后乘以1.15~1.25的长期增长系数更符合客观实际情况。

参考文献:

[1] 杨志平,朱桂新,李卫.预应力混凝土连续刚构桥挠度长期观测[J].公路,2004,(8). [2] JTG D62-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[3] 查全璠,肖建庄.钢筋混凝土梁疲劳性能国内外研究综述[J].世界桥梁,2004(3).

[4] A.M.Qzellhe,E.Ardaman.Fatigue tests of pre-tensioned prestressed beams [J].ACI

Journal Proceedings.1956,53(10):413-424.

1.

Analysis of Seismic Response of Railway Curved Frame Bridges

铁路曲线刚构桥地震反应分析收藏指正

2.

Analysis of Temperature Effect of Large Span Continuous Rigid Frame Bridge

大跨径连续刚构桥的温度效应分析收藏指正

3.

Analysis of Shear Lag Effect of Continuous Rigid Frame Bridges

连续刚构桥的剪力滞效应分析收藏指正

4.

Investigation on Local Stresses in Anchorage Zone of Continuous Rigid Frame Bridge

连续刚构桥锚固区局部应力的研究收藏指正

5.Construction Control of Dali-Baoshan Expressway Continuous Rigid-Frame Bridge in Yunnan

云南大保高速公路连续刚构桥施工控制收藏指正

6.Analysis of Stabilization for High Pier and Long Span Continuous Rigid Frame Bridge

高墩大跨径连续刚构桥稳定性分析收藏指正

7.The status quo and developing trends of large span prestressed concrete bridges with continuous rigid frame structure

大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势收藏指正

8.Construction Control of Long-span Prestressed Concrete Continuous Rigid-frame Bridges with High Pier

高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥的施工控制收藏指正

9.Analysis of Shrinkage and Creep Effect for Long-Span Rigid Frame Bridges with High Piers

高墩大跨连续刚构桥的收缩徐变效应分析收藏指正

10.Shuangliu Guangdu Road Pedestrian Bridge is a three-span partial prestressed continuous rigid frame bridge, possesses Europeanize

architecture style outside.

双流广都大道人行天桥外部建筑风格为欧式建筑风格 ,结构形式为三跨现浇部分预应力混凝土连续刚构桥。收藏指正

钢管混凝土组合格构柱高墩大跨连续刚构桥非线性研究

钢管混凝土组合格构柱高墩大跨连续刚构桥非线性研究 占玉林1,赵人达1,徐腾飞1,唐承平2

(1.西南交通大学桥梁工程系,四川成都 610031; 2.四川雅西高速公路有限责任公司,四川雅安 625000)

摘 要:腊八斤特大桥是雅泸路上一座高墩大跨连续刚构桥,该桥在国内首次提出并采用了钢管混凝土组合格构柱高墩。考虑钢管混凝土组合格构柱截面的组合性能,建立了三维

非线性数值计算模型。按照桥梁施工过程,进行了施工状态和成桥状态的非线性研究。计算结果表明,钢管混凝土组合格构柱高墩具有较大的刚度,横向联系能明显减小桥梁的横向变形。

关键词:高墩大跨连续刚构桥;钢管混凝土;组合格构柱;非线性;横向联系;刚度

中图分类号:TU528·59 文献标识码:A 文章编号: 1008-1933(2009)06-038-04 0 前 言

混凝土连续刚构桥对于适应桥梁在地理、地质及交通运输方面具有独特的优越性,尤其在山区高等级公路中应用较为广泛[1-3]。纵观目前大量已建或在建的连续刚构桥,主要的形式为由混凝土桥墩和混凝土主梁组成的预应力混凝土连续刚构桥。这种结构形式较大的优点是就地取材,造价低。但是,桥墩的高度受限,过高的桥墩带来较强的非线性效应,且不利于在高地震烈度区应用,对于桥梁施工和应用均有一定限制。另外,结构的外观尺寸及美观效果也由于结构受力的限制而大打折扣,桥梁往往体型较大。在建的雅泸(雅安至泸沽湖)高速公路是交通部西部示范工程,所穿越的地带高山、峡谷众多,地质、地形、地貌条件极为复杂,且处于地震高烈度区。在综合考虑各种因素的基础上,工程设计人员提出了一种新型组合格构柱高墩。其主要的设计思路是利用钢管混凝土受压时的增强效应来减小截面尺寸,而为了将钢管混凝土柱连成整体,在钢管混凝土柱之间设计了连接剪力墙(截面形式见图1),其中最高的桥墩高达183 m左右,主跨200 m。这种结构形式目前没有设计规程可以参考,在国内是首次采用,没有工程经验可以借鉴。为了研究这种结构形式连续刚构桥的结构行为,笔者所在研究小组以雅泸路腊八斤大桥为研究对象,开展了组合格构柱超高墩连续刚构桥的非线性研究。且考虑到高墩主要的非线性表现在空间几何方面,所以分析时以几何非线性为主。为叙述方便,从内侧到外侧,依次命名为核心混凝土、钢管和外包混凝土。 1 基本概况

腊八斤大桥位于雅泸路荥经县石滓乡跨腊八斤沟的一座特大桥,主跨为200 m的连续刚构桥。主梁采用预应力混凝土箱梁,桥墩采用钢管混凝土格构柱,最高墩183 m。在10号墩至桥台区域为平面曲线,曲线半径2500 m。对于主梁等截面形式与常规预应力刚构桥没有区别,不作叙述。此处重点介绍桥墩截面形式,其典型截面形式如图1所示。

主梁采用C60级混凝土,桥墩为钢管混凝土格构柱桥墩,钢管内混凝土采用C80,外包C30混凝土。混凝土材料性能按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[4]取值,桥墩钢材按照《钢管混凝土结构技术与施工规程》[5]和《矩形钢管混凝土结构技术规程》[6]综合考虑取值。材料特性见表1。

2 计算理论

2.1 连续刚构桥非线性计算理论

连续刚构桥进行非线性计算时,通常是采用荷载增量迭代的方法进行,即把荷载分为若干级差的荷载增量{ΔF}i(i=1,2,3,…, n)。对于每一荷载步内,通常按线性处理,即在足够小的荷载步长内,采用线性解答,来达到近似非线性处理的效果。表达成数学方程即有[7-9] [K]i-1{δ}i={ΔF}i

式中 [K]i-1为第i-1加载结束时的刚度矩阵;{δ}i为第i级荷载加载后的位移向量; {ΔF}为第i级加载时的荷载矩阵。 结构的刚度矩阵需要考虑大变位对刚度矩阵的影响,可以表示为[10]

[K]i=[KG]i+[KL]i

式中 [KG]为结构的几何刚度矩阵; [KL]为结构大位移对几何刚度矩阵的影响项,描述大位移对刚度矩阵的影响,其具体形式见相关文献。 对于分步迭代,通常可以采用的分析方法有牛顿—拉普逊方法和弧长法。 2.2 组合格构柱

钢管混凝土对于改善细长构件的稳定问题发挥着良好的作用,目前多用于单层工业厂房和大跨度拱桥中,而在连续体系桥梁中的应用较少。本文采用的格构组合柱在传统概念的钢管混凝土的基础上,在钢管外侧再设计一定厚度的外包混凝土,并将多根钢管混凝土柱连成整体,形成格构。在结构设计概念上综合了钢管混凝土和型钢外包混凝土两种构件的特点,所以具有新颖性。考虑全桥模型的计算工作量,本文将核心混凝土、钢管和外包混凝土三者按照组合结构的处理方式等效为一种材料进行考虑。 2.3 横向连接系

左右两幅桥相互独立,满足相互之间纵向变位的独立性。但是横向上存在稳定和横向刚度不足的弱点,为此,在桥墩之间设置横向连接系。横向连接系将两幅桥的墩连成一个刚构体系,类似门型刚构的受力模式。横向联系的布置如图2所示,计算模型中采用梁单元来考虑横向连接系的作用。为了比较,分别进行了有无横向连接系的计算结果分析。

3 计算模型

结构受到的荷载主要有一期恒载、二期恒载和车道荷载。在最大悬臂施工状态,结构受到一期恒载与施工荷载作用。根据《公路桥涵设计通用规范》的相关规定,主要荷载包括如下:①一期恒载;②二期恒载;③车道荷载;④施工荷载。荷载组合情况如下: LCB1(最大悬臂施工状态):①+④

LCB2(成桥承载能力极限状态):①+②+③

车道荷载的折减系数、冲击作用的考虑,均按照规范相应规定进行。

按照极限状态分析方法,分别建立LCB1和LCB2两种不同状态的空间分析模型,其模型如图3所示。限于篇幅,不设置中间连接系的计算模型,本文不再叙述。

4 计算结果与分析

计算过程中对坐标系的规定如下:以桥梁的纵向为X轴,以高程方向为Y轴,Z轴的方向遵循右手法则,即Z轴方向为横桥向。 4.1 最大悬臂状态

悬臂施工中最大悬臂状态是一个比较不利的状态,计算结果分别比较了不同墩在最大悬臂状态时的计算结果,其中包括直线墩和曲线墩。而为了反映横向联系的作用,并有意识地

比较了单幅桥和双幅桥的计算结果。

表2, 3分别给出了位于直线和曲线区域的墩及其对应的墩梁最大悬臂状态的挠度计算结果。从表2可以看出,直线区域的梁在最大悬臂状态时不发生横向位移,主要的挠度集中在竖直方向。单幅桥在恒载及施工荷载作用下竖向位移约62 cm,而双幅桥相对略有增大,达到69 cm。而几何非线性对竖向挠度的在单幅桥和双幅桥时分别为0·65%和0·27%,几乎可以忽略不计。从表3可以看出,不论是单幅桥还是双幅桥,非线性因素对纵向位移的影响程度在13%左右;但是对竖向变形的影响基本都在0%左右,可以忽略。单幅桥的横向位移增量比值为96·54%,而双幅桥则为13·35%,二者相差较大,说明非线性对曲线上最大悬臂桥梁的施工影响十分显著。综合比较表2, 3可以发现,几何非线性或结构几何属性差异(直线或曲线)对最大悬臂施工时的影响主要集中于横桥向,几何非线性对竖向挠度增量的影响较小,而曲线因素对横桥向影响较突出,几何非线性和曲线存在耦合效应,从另一个侧面反映了横向联系对横桥向的作用是比较明显的。

4.2 成桥状态

图4给出了成桥状态双幅桥的位移计算结果,从中可以看出,尽管在边跨部分存在平面曲线,但是由于约束及支撑的相互作用效应,桥梁的空间位移仍然以竖向变形为主,横向和纵向位移较小。说明在成桥状态下,由于约束的增强,曲线半径较大(R=2500 m)的曲线高墩非线性不明显,可以简化为平直线形式桥梁进行计算,简化计算程序。

表4给出了成桥状态的控制截面的挠度计算结果,从中可以看出,跨中位置主要的变形为竖向,其值约在40 cm左右,相对于施工中的最不利状态,位移值较小,说明几何非线性对高墩大跨桥梁的影响明显地反映在施工过程中。而墩顶位置位移较小,说明钢管混凝土组合格构柱高墩的刚度较大。综合比较单、双幅桥的计算结果,二者在位移数值上没有较大差异。与表2, 3的结果综合比较,说明横向联系对成桥状态后的受力和变形的改善作用没有最大悬臂状态明显,在一定程度上说明施工中应加强横向变形的控制。

表5给出了成桥状态控制截面的内力计算结果,从中可以看出,跨中截面考虑非线性和线弹性计算结果相差不大,而高墩的墩顶和墩底轴力和剪力的差异也较小,但是考虑非线性与否的弯矩计算结果相差较大,说明几何非线性产生的附加偏心矩给内力计算结果带来的影响。值得说明的是,其中剪力比例值也较大,但是其数值绝对值却较小,所以考虑数值计算的误差,不足以说明剪力有明显差异。

5 结 论

通过对组合钢管混凝土格构柱超高墩进行分析,可以得到以下结论:

(1)建立了组合钢管混凝土格构柱超高墩混凝土连续刚构桥的分析计算模型,为今后类似桥梁的计算的工作奠定了基础。

(2)钢管混凝土组合格构柱高墩具有较大的刚度,在施工和使用过程中,其变形较小。

(3)结合施工过程进行了组合格构柱超高墩连续刚构桥的实桥计算分析,为工程实际提供了参考。

(4)高墩非线性因素对该类连续刚构桥的突出影响体现在施工过程中,相对于成桥状态,最大悬臂状态为结构的最不利状态。

(5)在最大悬臂状态,非线性因素与桥梁的几何弯曲存在耦合效应,在施工过程中应加以注意。

(6)单、双幅桥的计算结果表明,横向连续对桥梁的横向变形起着显著的作用,但成桥后作用不明显。

参考文献:

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2] 马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 梁智垚,李建中.桥梁高墩合理计算模型探讨[J].地震工程与工程振动, 2007, 27(2).

[4] JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社, 1985.

[5] CECS28-90钢管混凝土结构技术与施工规程[S].北京:中国计划出版社, 1990.

[6] CECS159-2004矩形钢管混凝土结构技术规程[S].北京:中国计划出版社, 2004.

[7] 殷有泉.固体力学非线性有限元引论[M].北京:清华大学出版社, 1987.

[8] 肖汝诚.桥梁结构分析及程序系统[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[9] 王钧利,贺栓海.高墩大跨度曲线悬臂施工阶段非线性分析[J].公路交通科技, 2005, 22(10).

[10]占玉林,向天宇,赵人达.几何非线性结构的徐变效应分析[J].工程力学, 2006, 23(7): 45-48.

范文八:连续梁与刚构桥计算

连续梁与刚构桥计算

2008年11月21日 星期五 19:38

连续梁与刚构桥计算内容

1、需要计算的部位:主梁、横梁(如果采用多梁式截面)、桥面板;

2、主要荷载:结构重力、预应力、活载、收缩徐变内力、基础变位内力、日照或常年

温差内力;

3、计算项目: 主梁强度设计、验算;

横梁强度设计、验算;

桥面强度设计、验算;

主梁变形计算、预拱度计算;

连续梁与刚构桥计算方法

主梁自重内力:

按实际结构尺寸计算恒载集度,将荷载作用在结构上,通过结构力学方法求解或通

过有限元程序求解。

计算中必须按施工方法确定各种构件自重作用的体系、作用截面,必须按施工过程

考虑结构体系转换。

主梁预应力内力:

1、先计算初弯矩,然后计算次内力,通常要考虑徐变、收缩,不均匀沉降引起的

次内力;

2、等效荷载法,将预应力作为外荷载直接作用在结构上计算。

主梁活载内力:

纵桥向采用影响线加载求最不利内力,多梁式截面采用横向分布系数方法考虑车列

横桥向的最不利布置位置。

箱形截面必须按薄壁杆件计算扭转、翘曲、畸变等箱梁效应。

横梁内力计算: 利用横向分布影响线加载求最不利弯矩。 桥面板计算: 采用有效工作宽度方法考虑车轮荷载在桥面板上的分布; 内力计算要根据桥面板与两肋的刚度比,选取不同的修正系数。 主梁变位计算: 根据构件类型及结构静定或超静定情况修正弹性模量和惯性矩,恒载按实际结构尺 寸计算,但必须考虑收缩徐变作用,活载计算中不记冲击系数。 预拱度设置:

通常预拱度的大小,等于全部恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值,也就是说应

该在常遇荷载情况桥梁基本上接近直线状态。对于位于竖曲线上的桥梁,应视竖曲线的凸起(或凹下)情况,适当增减预拱度值,使峻工后的线形与竖曲线接近一致。

大跨径刚构一连续组合梁桥结构设计与探讨

2008年08月25日 星期一 09:00

大跨径刚构一连续组合梁桥结构设计与探讨

刘明虎

(中交公路规划设计院)

[摘要]本文介绍了布跨138+240+240+240+138=996m的刚构一连续组合梁桥的结构设计情况,并以之为例探讨了该类型桥在结构方案比选、设支座主缴的结构型式、支座力的平衡措施、计算模式以及一些其他方面的问题。

关键词 大跨径 刚构一连续组合梁 结构设计 探讨

一、前言

在大跨径桥型方案比选中,连续梁桥型仍具有很强的竞争力。连续梁桥型在结构体系上通常可分

为连续梁桥、连续刚构桥和刚构一连续组合梁桥。后者是前两者的结合,通常是在一联连续梁的中部一孔或数孔采用墩梁固结的刚构,边部数孔解除墩梁团结代之以设置支座的连续结构。在结构上又可分为在主跨跨中设铰、其余各跨梁连续和全联不设铰的组合梁桥两种形式,通常称后者为刚构一连续组合梁。在我国已建成的该桥型的比较典型的例子有东明黄河大侨,跨径比之更大的该类型桥现已初见尝试。

二、刚构一连续组合梁桥的结构受力特点及应用

1结构特征及受力特点

在连续梁桥中,将墩身与主梁团结而成为连续刚构桥。由于墩身与主梁形成刚架承受上部结构的荷载,一方面主梁受力合理,另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能,因此该桥型在我国得到迅速的应用和发展[2]。具有一个主孔的单孔跨径已达 270m,具有多个主孔的单孔跨径也达250m,最大联长达1060m。随着新材料的开发和应用、设计和施工技术的进步,具有一个主孔的单孔跨径有望突破300m的潜力。而对于多跨一联的连续刚构是不是也能在联长上有更大的发展呢?众所周知,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了,墩顶与主梁一道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团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,这样就变成刚构一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,刚构一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、使用功能和适应环境等方面均具有一定的优越性。

2.在我国的应用情况

东明黄河大桥开创了刚构一连续组合梁桥在我国应用的先例。

由于放松了多跨连续刚构桥对边主墩高度的要求,因此刚构一连续组合梁桥适用于不同的地形、地质条件、通航要求等。下面将介绍的武汉军山长江公路大桥初步设计刚构一连续组合梁桥方案就是一个典型的设计实例。目前国内在建的典型的大跨径刚构一连续组合梁有杭州饶城公路东段钱江六桥,其技术设计阶段主桥为 127+ 3 X 232+ 127= 950m的五跨预应力混凝土刚构一连续组合梁体系,中、边主墩均为双壁墩,中主墩墩身与主梁固接,边主墩墩身与主梁分离,分别设置4个65000kN的支应与主梁连接,悬臂施工中墩梁通过预应力粗钢筋临时固接。受地形影响

解除边主墩墩身与主梁固结的刚构一连续组合梁桥还有黑河大桥,该桥布跨为 6016 +6×100+ 60= 720m,墩身为单箱墩,最外边墩设支座。

刚构一连续组合梁桥还适合于某些特殊布跨情形。如厦门海沧大桥西航道桥,布跨为70+ 140十70十 42+ 42(m),其中两孔 42m跨锚碇,避免了设两孔连续或简支梁,并减少了伸缩缝。像这样将边墩设支座的小边跨与连续刚构主体相连而成为非典型的刚构一连续组合梁桥的桥还有很多。

三、设计实例

武汉军山长江公路大桥初步设计作了斜拉桥和连续刚构两个方案同等深度的经济技术比较。其中连续刚构方案最初的跨径布置为 138 + 24O+ 240+ 240 + 138(m),三个主跨的四个主墩均为双薄壁墩,墩身与主梁固结。设计中发现两个边主墩由于高度较矮,受力很不合理,因此,将其与主梁的固结约束予以解除,桥型变为刚构一连续组合梁的结构形式(后出于总体布跨考虑,将跨径布置调整为 138+ 240+ 240+ 240+ 138+ 56(m))。现以布跨 138+240 + 240+ 240+ 138(m)的大跨径刚构一连续组合梁桥的设计为例对其结构设计加以介绍和探讨。其结构设计简介如下:

1.结构体系

桥梁分左右两幅,采用138+240+240+240 + 138(m)五跨一联三向预应力混凝土刚构一续梁组合梁桥型方案,双壁墩结构,中主墩墩身与主梁固结,边主墩及边墩墩顶设支座。边主跨比 L边: L主=0.575:1,纵坡 3%,纵曲线要素为 T=5l0m, R= 17000m,E=7.65m。横坡2%,由箱梁顶板坡度形成。桥面铺装为6cm钢纤维混凝土垫平层加6cm沥青混凝土。桥型布置见图1。

2.下部构造

主墩墩身为普通钢筋混凝土结构,采用50号混凝土,双壁墩结构。P2,P5号墩为边主墩,墩高

28m,左右幅每片墩墩顶各设两个吨位为60000kN的球形钢支座,墩身为矩形实心断面,断面尺寸320cmX800cm,顺桥向外缘距12m;P3,P4号为中主墩,墩高 39.9m,墩身与主梁固结,墩身为矩形实心断面,断面尺寸280cmX750cm。,顺桥向外缘距12m。承台采用30号混凝土,均为整体式,厚5m。P2~P5两号墩桩基础采用 25号水下混凝土,均为 18根直径 2.5m的钻孔桩,桩长分别为 55m,35m,40m,37.5m,均按支承桩设计。下部构造平面布置如图2.P3,P4及P5号墩基础拟采用双壁钢围堰方案施工,P2号墩拟采用钢管桩平台加钢套箱方案施工。为有效抵抗偶发的巨大船撞荷载,各主墩均设计为整体式基础和承台。防撞构造立足于墩身自身防撞,因此墩身按实心断面设计。

3上部构造

主梁为分离式单箱单室直腹板箱梁,采用50号混凝土。根部梁高h根=13.2m,h根:L主=1:18.18;跨中梁高h中=4.0m,h中: L主=l:60;箱梁底线变化曲线y=4.0+(9.2/114)×X。箱梁拟采用对称悬臂现浇施工工艺,施工梁段长度分为3m,4m,5m三种类型,0号块现浇段17m,合龙段3m。1/2标准跨的分块布置为:(l/2) x 17m+ 10 x 3m+ 10 x 4m+ 8 x 5m+(1/2) x 3.0m= 120m。最大悬臂施工长112.5m,共28对施工块件,块件重量在140.8~234.5t之间。箱梁顶宽16.45m,底宽7.5m,翼缘板悬臂长4.475m(含承托),外侧厚15cm,根部厚50cm。0号块

顶板厚45cm,其他位置顶板厚 28cm。 0号块腹板厚 100cm。向跨中分 70cm,60cm,40cm三个梯段变化。根部底板厚130cm。;跨中底板厚28cm,中间按y=0.28+(1.02/114)×x变化。箱梁仅在墩项及梁端设横隔板,墩顶横隔板位置及厚度与每片墩身相对应。为增强箱梁整体性,还在墩顶设置了箱外横隔板。箱梁横断面见图

3.

箱梁纵向预应力体系采用 15- 22,控制张拉力4296.6kN,横向预应力体系采用15-4,控制张拉力 781.2KN。纵、横向预应力均采用 φ15.24mm预应力超强、低松弛钢绞线,极限抗拉强度为1860MPa,计算弹性模量E=1.95x10'MPa。竖向预应力体系采用φ32mm轴轧螺纹粗钢筋,控制张拉力 542.8kN.箱梁典型断面纵向预应力钢束布置见图4.

4.结构分析

(1)计算模式

顺桥向总体结构静力分析采用平面杆系综合程序进行。接施工阶段将结构分为328个单元325个节点,共63个施工阶段。由于地质条件相对较好,因此未按等刚度原理将桩基础进行模拟,即不计桩基础的影响,近似按承台底固结考虑。中主墩与主梁固结,边墩为单向交承,计算中计入了边主墩,结构离散图见图5。

(2)计算荷载

汽车:半幅桥横向按布置 4个车队数考虑,横向折减系数为 0.67,纵向折减系数为0.97,偏载

系数 1.15。

挂车:按全桥布置一辆考虑,偏载系数 1.15。

满布人群:3.5KN/平方米

二部恒载:7t/m。

温度:结构体系温差考虑升温20℃,降温20℃;梁体温差考虑了由于太阳辐射和其他影响引起上部结构顶层温度增加时产生的正温差及由于再辐射和其他影响,热量由桥面顶层散失时产生的负温差,参照BS5400荷载规范取用;箱内外温差为5℃;桥墩墩体考虑日照不均匀温度差:升温时,两片墩身的一侧比另一侧和中间高5℃,降温时,两片墩身的一侧和中间比另一侧高5℃。温度效应考虑两种组合:体系升温十正温差十升温时墩体温差,体系降温十反温差十降温时墩体温差。

静风荷载:施工风速按30年一遇,成桥风速按100年一遇计。横桥向风力按规范公式计算。 船撞力:横桥向18400kN,顺桥向9200kN。作用点位置按规范或专题确定。

(3)施工方法及主要工况

拟采用悬臂浇注法施工。为确保施工阶段单T的顺桥向抗弯及根桥向抗扭稳定性,将P2、P5号墩墩顶与主梁临时固结,在次边跨合龙施工完成后予以解除,完成体系转换。主要工况为;①施工基础及墩身,悬臂浇筑至最大悬臂状态,形成单T;②满堂支架浇筑边跨现浇段,配重施工;③边跨合龙,现浇段支架拆除;④次边跨合龙;⑤中跨合龙,形成结构体系对施加二部恒载;⑦运营。

(4)计算参数及荷载组合

混凝土:徐变特征终级值2.3,弹性继效系数0.3,徐变速度系数0.021,收缩特征终级值0.00015,收缩增长速度系数 0.021。

预应力:松弛率0.03,管道摩阻系数0.22,管道偏差系数0.001,一端锚具变形及钢束回缩值 0.006m。

考虑五种组合:①恒十汽;②恒十汽十温度;③恒十挂;④恒十满人;⑤恒十汽十温度+船撞力。

(5)计算结果

主梁成桥状态及组合①的内力包络图见图6

主梁次边跨跨中汽车活载挠度为0.111m,中跨跨中为0.096m。

主梁应力:成桥状态混凝土应力最大约155kg/平方厘米,最小约26kg/平方厘米,组合①混凝土应力最大约 17Ikg/平方厘米,最小约 10kg/平方厘米,组合②混凝土应力最大约 215kg/平方厘米,最小约一6kg/平方厘米。

五、几个问题的探讨

1.结构方案比较

在维持主跨规模不变的前提下,为寻求一个受力合理、结构安全、适用美观的方案,对结构形式及主墩厚度作了计算比较。比较的方案有 138+ 3 X 240+ 138(m)连续刚构方案,墩厚2.5m;138+3x240+138(m)连续刚构方案,墩厚2.1m;138+3x240+138(m)刚构一连续组合梁方案,固接墩厚 2.5m; 138 + 3 x 240+ 138(m)刚构一连续组合梁方案,固接墩厚2.lm。经过计算分析得出如下结论:

(1)相同布跨和墩厚的两种方案,主梁的内力和位移相差较小,中主墩由于高度较大,且距顺桥向变形零点较近,内力相差也不大,而边主墩受力则相差悬殊。在连续刚构方案中,由于高度

较矮,且距变形零点很远,因此,尽管在设计上采取了措施,在恒载、活载及温降组合工况下,墩身两端仍产生了很大的弯矩,而且靠外侧的墩身轴力难以提高,而在刚构一连续组合梁方案中,墩底弯矩是由支座最大静摩阻力决定的,因此相对较小,另外墩顶轴力通过配重措施可以得到很好的解决。

(2)墩身厚度的降低,迅速降低了墩身刚度,从而迅速减小了温度产生的墩身的荷载效应,对边主墩效果更为明显。但墩身厚度同时受截面应力状态和稳定性的限制,存在一个低限。 2边主墩合理型式的选择

对于规模较小的桥梁,最不利组合下的墩顶竖向力相对较小,支座数量少且容易布置,而且最大悬臂状态下的稳定性问题显得次要的情况,采用单柱式墩是合适的。但对于大跨径刚构一连续组合梁桥,从以下几方面的研究可见,采用双柱式墩是边主墩的合理型式。

(1)结构受力比较

设单柱式墩的截面尺寸为BX2H,双柱式墩为BXH,中心距2r,墩高相同,如图7所示。在其他条件相同的前提下,经计算,边主墩若采用单位式墩,与采用双柱式墩相比较:

主梁内力:中跨跨中的M,Q,N略有减小,边跨跨中和次边跨跨中的M,Q,N均略有增大;边主墩顶和中主墩顶的N,Q均略有增大,变化值不大,但M却增大很多,对边主墩顶:成桥状态增大81%,最不利组合增大45%,对中主墩顶:成桥状态增大 1.3%,最不利组合增大6.l%; 中主墩墩身内力:N,Q略有增大,M成桥状态增大9%,最不利组合增大8%;

主梁挠度;次边跨跨中汽车荷载挠度增大36%,中跨跨中汽车荷载增大8%。

可见,边土墩采用双柱式可减小上部结构的计算跨径,降低箱梁截面内力和挠度。

(2)采用双柱式墩有利于施工阶段最大悬臂状态下的安全性

施工阶段,由于墩身与箱梁临时固结,因此,采用双柱式墩的顺桥向抗弯惯性矩为

而采用单柱式墩的顺桥向抗弯惯性矩为

对于本桥,前者为后者的 5.92倍。

(3)能保证桥梁横向抗风的要求

施工期间,桥梁处于悬臂状态,其横向抗风稳定性尤为重要。此时墩顶与主梁固接,对于单柱式墩,当其受到横桥向扭矩后,柱身产生扭转角(见图7),从而产生抵抗扭矩,对于双柱式墩,桥墩的抗扭能力由两部分组成:一是两片柱身扭转产生的抵抗扭矩,二是由于柱身产生横桥向水平力Q,从而产生抵抗扭矩,其值为Q与2r的乘积,它是双柱式墩的主要抵抗扭矩。从数值上看,后者远大于前者,因此能保证大跨径桥梁横向抗风稳定性的要求。

(4)构造和美观要求

最不利组合下墩顶的竖向力决定了支座的数量,大尺寸的大吨位支座的布置及在施工期间墩身与主梁的临时固结构造决定了墩身的最小平面尺寸。对本桥而言,若采用单柱式墩,其墩身厚度在6m以上,显得过于厚重,与轻巧的中主墩不协调,在材料用量上与双柱式墩相差很少。 3边主墩支座力的平衡措施

由于边主墩距桥梁中心线较远,加上特定的合龙顺序和边中跨比,在不采取措施的前提下,两片边主墩墩身的竖向力会相差较大,这样一会导致支座吨位很大且规格相差悬殊;二来增加基础的工程量。为解决此问题,在边跨合龙前在外侧悬臂端施加配重能较好的解决。

本桥的设计措施是在边跨合龙前在外侧悬臂端施加 90t的永久配重,其与不配重计算结果比较见表1。

可见,配重对平衡边墩墩顶轴力的效果是明显的。

最大悬臂状态下顺桥向施工稳定性取决于该状态下的最大不平衡荷载,其由箱梁已浇筑梁段的自重偏差、挂篮等机具的安装偏差、正浇筑梁段的自重偏差、浇筑时的动力系数偏差、两端挂篮装拆和移位的不平衡和墩身两侧的风压不平衡等其中的几种相组合得出,其值往往达100t以上。因此,配重施工前采取的有效措施并在良好的施工环境下,配重施工时顺桥向的施工稳定性是可以得到保证的。

4计算模式的处理

中主墩墩身与主梁固结,两者相连接的部位可用综合程序系统的带刚臂杆件单元来处理,能比较准确而简单地模拟构件交汇点的刚域效应。对于边墩,其对结构总体受力影响很小,一般不计入总体结构计算中,而从中分离出来,其对结构的效应用该处的约束(单向支承)来代替。而对于边主墩,其对结构总体受力影响较大,宜计人总体结构计算模型中。为此,综合程序增设了两个特殊杆件元,来解决实际结构中非刚性中间节点的约束模拟问题。

在本桥计算中,将P2,P5号墩与主梁间的支座连接约束用两端铰接刚性杆(А→∞,I→0)来处理,使计算图式归为全部刚结的形式。

5其他方面

由于主梁受力状态同连续刚构相差不大,因此三向预应力设计基本相同。但由于施工过程中的配重措施,必然使得在各合龙阶段施工时,合龙段两端的高程会有所差值,这可以通过设置预拱度或采取加卸载措施进行施工挠度控制于以解决。另外,由于0号块同连续刚构相比,其边界条件有了变化,应作相应的空间有限元分析。

六、结语

刚构一连续组合梁兼顾了连续梁和连续刚构的优点而扬弃各自的缺点,在结构受力、使用功能和适应环境等方面均具有优越性。在大墩位大位移支座逐步开发和应用、悬臂施工技术已相当成熟的前提下,只要对施工阶段进行合理的安排,施工中采取必要的措施,大跨径刚构一连续组合梁桥不失为受力合理、施工可行、造价经济的方案。

参考文献

[1]王文涛.刚构一连续组合梁桥.北京:人民交通出版社,1995

[2]杨高中等.连续刚构桥在我国的应用和发展.公路,1998(6)(7)

[3]牛和恩主编.虎门大桥工程第三册主跨270m连续刚构桥.北京:人民交通出版社,l999 [4]金泰丽等.大跨径预应力曲线连续刚构桥设计.l998年桥梁学术论文集

范文九: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

范文十: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:

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  [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。

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  [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。