结合梁斜拉桥

结合梁斜拉桥（共7篇）

结合梁斜拉桥 篇1

结合梁斜拉桥是主梁采用钢结构、桥面板为混凝土结构、主梁与桥面板之间通过剪力件连接形成共同受力的新型桥梁结构[1]。自20世纪80年代结合梁斜拉桥问世以来,它便以跨越能力大、自重轻、刚度大、抗震性能好、造价低、外形美观、施工便捷等优点,广泛的应用于国内外大跨径桥梁建设中[2]。

由于钢和混凝土2种材料本身的刚度差别,主跨结合梁和边跨混凝土梁的刚度存在较大的差别。显然,结合段是一个主梁刚度的过渡段,把结合段的两种梁截面形式作一些改变,目的在于利用两种不同材料的梁段截面几何特性差别来平衡其弹性模量的差别,从而使主梁刚度在此处有一个比较平缓的过渡,让应力和变形顺畅协调的沿桥纵向传递。结合段的刚度匹配至关重要,另外与结合段相邻的钢箱梁、混凝土梁的刚度如何与结合段的刚度相匹配,满足力学的合理性和应力的传递性,使力的传递更平顺、更流畅,都是有待探讨解决的问题[3]。因此通过分析结合段的受力机理,从理论上进一步探讨结合段的合理构造形式、刚度匹配等,为今后同类型桥梁设计提供有参考意义的数据。

文献[4]利用有限元分析方法对实桥结合段进行模拟计算,分析结合段2种不同材料的主梁的刚度匹配对其整体传力的影响。首先建立实桥结合段模型,然后在实桥模型的基础上从改变混凝土填充量和改变钢梁加劲肋尺寸两个方面来建立另外5个模型。通过对此6个模型在同样荷载工况下的计算结果进行比较与分析减小结合面混凝土梁的截面尺寸有利于应力传递,影响结合段整体刚度的敏感因素是钢箱梁的刚度变化。

在建的武汉市二七长江大桥是目前世界跨度最大的三塔结合梁斜拉桥,采用双工字钢结合梁-双肋式混凝土梁结合段。通过ANSYS有限元软件,采用空间板壳和实体单元与杆单元相结合,建立结合段精细化空间有限元模型,并在此基础上通过改变结合段钢梁板材厚度以及加劲肋密度建立结合段刚度匹配优化模型,通过对此5个模型在其最不利工况下的计算结果进行对比分析,研究结合段刚度匹配对其传力的影响。

1 工程概况

武汉二七路长江大桥是目前世界上最大跨径的结合梁斜拉桥,主桥采用半漂浮体系,长1 732 m,跨径组成为90 m+160 m+616 m+616 m+160 m+90 m,如图1所示。其中汉口及武昌岸90 m边跨采用双肋式混凝土梁,梁高3.5 m,其余梁段为双工字钢结合梁,梁高2.935 m,混凝土桥面板板厚为26 cm,采用ML15栓钉与钢主梁连接。主梁标准断面图见图2。

该结合段通过承压板、钢梁顶板、底板和腹板栓钉以及预应力筋共同作用实现内力的传递。结合梁-混凝土梁结合段位于主跨距离2号、6号辅助墩4.5 m处。工字钢主梁通过1.5 m过渡段和2.5 m的加强段以承压板与双肋式混凝土梁连接,通过3 m的伸入段与之结合。钢主梁在加强段顶板底面设置了4道纵向板式加劲肋,底板顶面设置了8道纵向板式加劲肋,腹板两侧各设置了4纵向板式加劲肋,以实现结合段刚度的过渡;伸入段及其顶板底面、底板顶面、腹板两侧焊接ML15栓钉埋入混凝土内。武汉市二七长江大桥结合段构造见图3。

2 空间有限元模型的建立

2.1 模型节段选取

运用有限元软件ANSYS,对武汉二七路长江大桥结合段建立空间有限元模型进行有限元分析。根据圣维南原理,为避免边界条件对结合段的影响,所选结合梁段长度与混凝土梁段长度约2倍梁宽,使结合梁-混凝土梁结合段位于模型梁段中部区域[5],同时考虑混凝土梁的结构特点和钢梁的节段划分,取混凝土梁段36 m, 结合段7 m,钢梁段30.75 m,模型梁段总长73.75 m。模型坐标原点取在结合面对称轴的梁顶处,X方向为沿桥纵向,Y方向为沿桥竖向,Z方向为沿桥横向,具体方向可参见图4中的坐标系方向。

2.2 单元划分

双工字钢主梁采用SHELL63壳单元模拟,双肋式混凝土梁采用SOLID45 实体单元模拟,预应力钢绞线采用LINK8杆单元模拟,并用表1中单元参数模拟各材料特性。采用节点耦合法模拟PC梁中预应力筋和混凝土间的粘结作用,预应力采用降温法施加[6]。严格按照实际尺寸建模,结合段空间有限元模型如图3所示。模型单元数总计252 892个,其中混凝土梁以及桥面板共计198 242个实体单元,钢主梁共计51 848个壳单元,预应力钢绞线共计11 042个单元。

2.3 荷载类型

1)恒载作用

对结合段空间有限元模型施加重力加速度模拟结构自重,二期恒载包括桥面铺装及护栏,取80 kN/m计算。

2)活载作用

公路-Ⅰ级汽车荷载按8车道加载,单车道均布荷载及集中荷载按《公路桥涵设计通用规范》分别取qk=10.5 kN/m、pk=360 kN。

2.4 最不利工况

根据取出的节段,获其最不利工况及梁端内力才能进行正确边界模拟。影响线是桥梁结构中确定最不利工况的依据,首先用MIDAS建立全桥空间杆系模型(见图5)。求得结合面对应节点

轴力、剪力、弯矩的影响线进行分析。由于恒载为定值,故引起结合面轴力、剪力、以及弯矩最大或最小的主要因素是活载作用,所以共考虑全桥空间杆系模型结合面节点6种荷载状况:1)Nmax:节点轴力最大;2)Nmin:节点轴力最小;3)Qmax:节点剪力最大;4)Qmin:节点剪力最小;5)Mmax:节点弯矩最大;6)Mmin:节点弯矩最小。然后按结合面节点影响线的分布情况明确活载的最不利加载位置并布载运算,最后求得结合段模型6种工况下的梁端内力及斜拉索索力。

考虑在以上6种荷载工况下模型节段区域上对应活载加载位置和范围、梁端内力及斜拉索索力,并将这些荷载准确加到模型节段上,才完全模拟了真实受力状态。图6为结合面节点的最大轴力影响线及其活载加载位置和范围(工况①)。受篇幅限制,略去其它五个工况的影响线及其加载图。通过对6种工况结合段应力分布的对比分析,工况一为结合段的最不利工况,对结合段进行刚度匹配研究时选取工况一作为荷载工况。

2.5 结合段刚度匹配优化模型

改变钢梁板材厚度以及加劲肋密度改善结合段的刚度匹配。首先减小、增加钢梁板材厚度(具体厚度值见表2),分别得到减小钢梁板材厚度的结合段模型以及增大钢梁板材厚度的结合段模型。影响结合段刚度匹配的另一因素是钢主梁加劲肋。原设计结合段加劲肋分布图见图3,钢主梁在加强段顶板底面设置了4道纵向板式加劲肋,底板顶面设置了8道纵向板式加劲肋,腹板两侧各设置了4纵向板式加劲肋。减小、增加钢主梁加劲肋密度(具体加劲肋密度见表3),分别得到减小钢主梁加劲肋密度的结合段模型以及增大钢主梁加劲肋密度的结合段模型。

2.6 边界条件

结合段空间有限元模型以及刚度匹配优化模型中,将混凝土梁端固结,结合梁端假定为平截面变形,以刚性域的方法形成[7],在此端面施加表4和表5所示的荷载,并按表6中施加结合段模型范围内的活载,混凝土梁段端部下底板加支座限位。不直接模拟斜拉索,而采用斜拉索轴力空间分解为空间三向分力后直接作用于斜拉索锚固点[8]。

注:轴力拉为正,剪力逆时针为正,弯矩下侧受拉为正。

3 有限元结果分析

3.1 结合段钢梁板材厚度对传力的影响

结合段原模型与增大、减小钢梁板材厚度的结合段刚度匹配优化模型中钢主梁-混凝土梁与桥面板-混凝土梁纵向正应力传递见图7～图10。

由图7～图10可知,结合段原模型与增大、减小钢梁板材厚度的结合段刚度匹配优化模型纵向正应力传递规律一致。增大钢梁板材厚度的结合段刚度匹配优化模型中钢主梁-混凝土梁与桥面板-混凝土梁纵向正应力传递更加顺畅。所以增大加劲肋密度可以改善钢主梁-混凝土梁以及桥面板-混凝土梁纵向正应力传递。

3.2 结合段加劲肋密度对传力的影响

结合段原模型与增大、减小加劲肋密度的结合段刚度匹配优化模型中钢主梁-混凝土梁与桥面板-混凝土梁纵向正应力传递见图11～图14。

由图11～图14可知,结合段原模型与增大、减小加劲肋密度的结合段刚度匹配优化模型纵向正应力传递规律一致。增大钢梁板材厚度的结合段刚度匹配优化模型中钢主梁-混凝土梁纵向正应力传递更加顺畅,但是增大、减小加劲肋密度的结合段刚度匹配优化模型对桥面板-混凝土梁纵向正应力传递影响甚小。所以增大加劲肋密度可以改善钢主梁-混凝土梁纵向正应力传递。

4 结 论

a.结合段原模型与改变钢梁板材厚度以及加劲肋密度的结合段刚度匹配优化模型的应力分布规律一致。

b.增大钢梁板材厚度的结合段刚度匹配优化模型中钢主梁-混凝土梁与桥面板-混凝土梁纵向正应力传递更加顺畅。所以增大加劲肋密度可以改善结合段纵向正应力传递。

c.增大钢梁板材厚度的结合段刚度匹配优化模型中钢主梁-混凝土梁纵向正应力传递更加顺畅,但是增大、减小加劲肋密度的结合段刚度匹配优化模型对桥面板-混凝土梁纵向正应力传递影响甚小。所以增大加劲肋密度可以改善钢主梁-混凝土梁纵向正应力传递。

d.增大钢梁板材厚度以及加劲肋密度为结合段最佳的刚度匹配形式。结合梁斜拉桥结合段设计时,为更好的保证结合段顺畅地传递内力,可适当地增大结合段钢梁板材厚度以及结合段钢主梁加劲肋密度。

参考文献

[1]周孟波,斜拉桥手册[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]陈开利,余天庆,习刚.混合梁斜拉桥的发展与展望[J].桥梁建设,2005(2):1-4.

[3]王佳.斜堵他斜拉桥结合部应力分析及钢管混凝土拱桥顶升改造[D].兰州:兰州交通大学,2008.

[4]蒋永红.混合梁斜拉桥结合段刚度匹配研究[D].武汉:湖北工业大学,2006.

[5]陈开利,王戒躁,安群慧.舟山桃夭门大桥钢与混凝土结合段模型试验研究[J].土木工程学报,2006,39(3):86-90.

[6]占玉林,赵人达,谢邦珠,等.钢-混凝土结合段模型试验研究[J].哈尔滨工业大学学报,2007,39(2):707-710.

[7]Valente I,Cruz P J S.Experimental Analysis of PerfobondShear Connetion Between Steel and Lightweight Concrete[J].Journal of Constructional Steel Research,2004(60):465-479.

[8]张国泉,戴少雄.独塔斜拉桥钢混结合段应力分析[J].结构工程师,2007,23(3):26-30.

结合梁斜拉桥 篇2

关键词：无应力状态法,结合梁斜拉桥,施工控制,应用

前言

桥梁工程作为我国基础建设的重要组成部分, 在现代交通和运输中发挥着至关重要的作用。随着我国经济的发展, 汽车保有量不断的增加, 对桥梁工程质量的要求不断提高, 其中斜拉桥具有整体刚度高、跨度大、承载能力高以及施工方便等众多优点, 被广泛的推广和应用。但是, 斜拉桥在施工的过程中, 混凝土收缩徐变、温度变化以及截面施工误差等, 都会对桥梁结构线形与内力产生影响, 影响桥梁结构施工的精度, 通过将无应力状态法应用在斜拉桥施工控制中, 能够有效地避免上述因素对施工过程的影响, 及时、准确地掌握桥梁结构内力的变化状况, 以此保证斜拉桥施工能够安全、高效的进行, 值得将无应力状态法应用在斜拉桥设计与施工控制中。因此, 文章针对无应力状态法在结合梁斜拉桥施工控制中应用的研究具有非常重要的现实意义。

1 无应力状态法的优点分析

1.1 施工操作自由度大, 精度更高

在进行结合梁斜拉桥施工过程中, 采用液压千斤顶进行斜拉索的放松与张拉施工, 在应用液压千斤顶测度斜拉索的索力时, 顶表配合、施工临时荷载、张拉温度、油表读书以及千斤顶标定等都会影响索力值的精度, 如果在进行测读时应用频谱法进行索力值的测定, 并采用锚头进行斜拉索伸缩量的调整, 能够显著提高斜拉索力值的测量精度。

1.2 对桥梁结构形成过程的理解更加深刻

顶推施工、支架施工以及悬臂施工过程中, 因为部分构件的无应力线形存在差异, 导致桥内力状态也存在一定的差异, 如果能够更加清晰的理解桥梁结构的上述特性, 将会对桥梁设计与施工提供非常大的帮助。无应力状态法的应用, 通过已经假设的钢梁纵横移与钢梁的支座起顶来进行合拢杆件的无应力安装, 基于几何控制理论, 在进行合拢杆件的安装施工时, 合拢时的温度以及临时荷载并不会对桥梁结构的线形与内力产生影响。

1.3 多工序的同步作业

无应力状态控制的基本思想是在满足外部荷载、无应力线形、无应力长度等条件后, 桥梁结构最终状态的位移与内力, 并不受桥梁结构形成过程的影响。基于此, 在进行桥梁结构任意两个阶段的施工时, 可以将施工过程中理解为一个初始状态向另一个最终状态的转变, 利用无应力长度的调整代替斜拉索索力值的调整, 这样能够实现挂篮移动施工、调索施工以及混凝土浇筑施工的同步作业。

1.4 概念更加明确, 计算过程更加直观

在进行桥梁结构设计时, 需要充分地考虑成桥结构内力、施工方法、施工工序以及施工过程等对连续梁的影响, 因此在进行斜拉桥设计与施工的过程中需要分析和计算施工过程中桥梁结构的理想状态。无应力状态控制法是利用无应力线形和结构单元无应力长度不变的条件, 对满足成桥目标状态内力以及线形需要的中间施工阶段的线形与结构内容进行直接计算, 计算过程更加直观。

2 无应力状态法在结合梁斜拉桥施工控制中的应用分析

2.1 工程概况

文章以某桥梁工程为例, 该桥梁工程为双塔双索面结合梁斜拉桥, 双向4车道, 设计车速为110km/h, 总宽度为33.5m, 该桥梁工程的跨径布置表现为: (136+44) +336+ (44+136) , 为了保证斜拉索的强度能够满足设计要求, 该工程施工单位决定采用镀锌平行钢丝, 标准强度为1685MPa, 主塔位置索距为2m, 主梁位置索距为12m, 通过钢锚箱将斜拉索固定在主梁腹板位置和混凝土塔壁内侧, 斜拉索不同型号的相关参数表示为:C1, 规格为PES7-163, 无应力长度为178.58m、恒载索力为6734k N;C2, 无应力长度为167.10m、恒载索力为5305k N;C3, 无应力长度为155.60m、恒载索力为155.60m、恒载索力为4455k N;C4, 无应力长度为144.30m、恒载索力为4020k N;C5, 无应力长度为133.10m、恒载索力为3870k N, 由于斜拉索的长度相对较长, 为了保证施工精度和安全, 该工程施工单位决定采用无应力状态控制法进行结合梁斜拉桥的施工控制, 通过实践获得了良好的控制效果。

2.2 无应力状态法在结合梁斜拉桥施工控制中的应用

(1) 施工过程。结合梁斜拉桥的施工过程表现为:其一, 进行主梁0号块的安装施工, 同时和临时塔梁牢固的连接, 进行桥面个吊机的拼装施工, 做好悬拼之间的所有准备工作;其二, 按照标准悬拼的程序进行悬拼施工, 严格的控制每一个阶段的施工质量, 具体步骤包括:吊机前移就位后, 进行小纵梁、钢横梁以及钢主梁的拼装施工, 张拉斜拉索挂索, 进行桥面板的安装施工, 进行现浇接缝与养生施工, 重复上述步骤, 直至最大双伸臂状态;其三, 采用支架进行过度跨主梁的拼装施工;其四, 进行边跨的合拢施工;其五, 进行中跨悬拼安装施工, 直至最大单伸臂状态;其六, 进行中跨合拢施工;其七, 进行桥面的铺装施工, 直至铺装施工完成。

(2) 计算模型。按照设计图纸以及相关参数, 采用Midas/Civil软件创建相应的成桥模型以及施工阶段模型, 对成桥状态以及施工阶段状态进行计算, 按照《公路斜拉桥设计细则》对成桥模型和施工阶段模型进行计算和分析, 通过对斜拉索索力、箱梁应力以及塔顶位移进行控制, 以此对最终成桥索力进行调整, 这样能够获得相对理想的成桥状态。根据无应力状态控制法的理论对施工阶段模型进行计算和分析, 通过对无应力索长度、成桥线形以及成桥索力进行控制, 以此对施工阶段张拉索力进行调整, 将结算结果当做桥梁施工阶段的理论轨迹, 主要数据包括施工控制数据理论值、成桥状态下变量的理论数据以及各施工状况的状态等。

(3) 计算和控制。斜拉桥施工安装与控制计算应该采用专门的计算软件, 具体步骤表现:其一, 对主梁无应力状态下的预拱度和成桥状态下各斜拉索无应力状态的长度进行计算;其二, 将斜拉索无应力长度当做安装过程的控制量, 并按照安装的顺序进行计算, 根据桥梁结构的受力需求, 对斜拉索进行相应次数的张拉, 直至把斜拉索的长度张拉至设定的无应力长度为止;其三, 对于混凝土收缩徐变以及斜拉索的几何非线性问题, 预定的成桥状态和通过计算获得的成桥状态不闭合, 通过迭代对上述因素导致的偏差进行调整或者纠正。在进行无应力状态控制时, 应该符合两个条件:弹性曲线连续条件, 指的是在进行主梁合拢施工时, 不能出现弹性曲线存在折角的问题, 在主梁进行合拢之前进行斜拉索的调整, 能够有效的保证弹性曲线的连续性;成桥状态的无应力长度和各斜拉索的无应力长度相等, 在进行主梁施工时, 应该对主梁的应力状态进行分析, 并参照主梁的应力状态对各斜拉索进行张拉施工, 直至各索的无应力长度和成桥状态无应力长度相等。

3 结语

综上所述, 无应力状态法在结合梁斜拉桥施工控制中具有众多优势, 能够有效地解决众多不可控因素对施工造成的影响, 计算过程更加直观, 能够显著的提高斜拉索力值的测量精度, 并且还能够实现多工序的同步作业, 被广泛的推广和应用在斜拉桥工程施工控制中。在实践应用的过程中, 应该根据工程的实际状况, 创建相应的计算模型, 并采用专门的计算软件, 按照相应的计算步骤进行计算。

参考文献

[1]李斌.无应力状态法在结合梁斜拉桥施工控制中的应用[D].成都:西南交通大学, 2010:1-82

[2]靳亚坤.无应力状态法在大跨径预应力钢筋混凝土斜拉桥中的应用[J].交通世界·运输车辆, 2015 (27)

[3]苑仁安, 秦顺全.无应力状态法在钢绞线斜拉索施工中的应用[J].桥梁建设, 2012 (3)

[4]刘小刚.无应力状态法在钢桁梁拉桥施工控制中的应用[D].广州:华南理工大学, 2012:1-74

斜拉桥索梁锚固结构应力分析 篇3

安庆长江大桥主桥为主跨510m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。钢箱梁为扁平闭口流线形,索梁锚固为钢箱式锚固结构。该结构锚箱处板件较多,连接复杂,索力较大,加上斜拉索索力对腹板会产生附加弯矩,通过理论分析和计算研究,该区域都难以准确反映其真实的应力分布情况。为此,对钢箱梁与斜拉索的锚固结构进行了静载试验,以研究锚箱附近的应变和应力状态。

1试验模型及试验基本情况

试验模型主要包括模拟主梁、模拟索塔及张拉钢绞线三部分。模拟主梁采用了4.75m的长度,锚箱箱体及与之连接的腹板采用了与实际结构一致的尺寸及连接方式,主梁顶、底板则加厚并向锚箱一侧延伸,采用宽1.2m、厚0.05m的板件。模拟索塔采用箱形钢结构构件,一方面模拟主梁的约束条件,另一方面作为加载的反力构件。张拉杆用于模拟斜拉索进行加载,加载通过安装在模拟索塔张拉架上的900t级千斤顶进行。

该桥的最大设计索力为460t,由此确定试验加载工况。进行3种工况加载:工况Ⅰ分级加载到最大设计索力;工况Ⅱ分级加载到1.7倍最大设计索力;工况Ⅲ分级加载到1.9倍最大设计索力。

2 试验结果及其分析

2.1 应力分布分析

锚箱由顶板、底板、侧板、承压板、肋板构成。其中肋板不是主要受力构件,其应力较小,而承压板受力简单。此外,试验主要关心的是锚箱结构在最大设计索力460 t下的受力情况。因此只对工况Ⅰ实际1.0倍最大设计索力下,锚箱顶板、底板、侧板进行分析。根据试验测得的应变,可算得锚箱板件各测点的主应力及其作用方向,见图1～图4。

从图1,图2可以看出,锚箱顶、底板均以受压为主,且受力呈现一定的规律性。主压应力方向大致平行于板边缘,即平行于张拉钢绞线方向。而在垂直于该方向,锚箱顶、底板的受力相对较小。在锚箱顶、底板靠腹板侧主压应力中间小两头大。在另一侧则相反,主压应力呈现中间大两头小的规律。在顶、底板中间,主压应力从其靠锚箱承压板端向另一端递减。由此表明,锚箱结构为偏心受压状态,使得顶、底板存在受扭现象。锚箱顶、底板在其自由端靠腹板侧应力较大,而且对于顶板,在此处另一方向还存在较大的主拉应力。

从图3,图4可以看出,锚箱内、外侧板的两侧以受压为主,其主压应力方向大致平行于张拉钢绞线方向。而在垂直于该方向,内、外侧板的受力相对较小。锚箱内、外侧板在中间靠槽口处以受拉为主,主拉应力方向垂直于张拉钢绞线方向。而在另一端,外侧板仍以受拉为主,内侧板则以受压为主。锚箱内、外侧板的最大主压应力均发生在其靠锚箱承压板端,并由此向另一端递减。

2.2 应力发展进程分析

为了研究应力随加载的变化进程,在工况Ⅱ下,进行14级加载。即采用分级加载从1级0.2倍最大设计索力到14级1.7倍最大设计索力。取锚箱内、外侧板部分测点,根据其各级加载所得主应力,计算得各级加载等效应力,见图5。

从图5中可以看出,荷载与应力呈线性关系。表明在1.7倍最大设计索力,即782 t索力范围内,锚箱内、外侧板均未屈服,结构受力呈线性状态。

3 三维有限元仿真分析

本次试验模型的有限元计算,采用的是大型通用程序ANSYS。计算模型主要采用空间板壳单元Shell43建立,在锚箱承压板和索塔上斜拉索锚固承压板处,采用了接触单元Targe170和Conta174。由于模型中的斜拉索只是起加载作用,因此计算时采用两锚固处的等效分布荷载代替。

从图6中可以看出,锚箱顶、底板在其自由端靠腹板侧主应力较大,且应力沿斜拉索方向逐渐减小,到达承压板附近又迅速增大,最大压应力处达到248 MPa,等效应力为224 MPa。锚箱内、外侧板在其靠锚箱承压板端应力最大,且应力向自由端方向逐渐减小。锚箱以受压力为主。锚箱加劲肋板应力较小。

4 试验实测值与有限元计算值比较

根据主应力,可算得测点实测等效应力值,并把该等效应力值与有限元计算的等效应力进行比较,见表1,表2。

MPa

MPa

从表1,表2等效应力实测值与计算值的比较中可以看出,大部分测点的试验实测值和有限元计算值很接近。证明试验结果符合力学规律,是可信的。同时,也证明采用三维有限元分析的索梁锚固结构应力基本能够反映实际应力分布规律。

5结语

锚箱顶板、底板、侧板均以受压为主,主压应力方向大致平行于张拉钢绞线方向,而在垂直于该方向的受力相对较小。锚箱顶、底板最大主压应力均在靠腹板侧近主梁端,而侧板的最大主压应力值均在靠锚箱承压板端,并由此向另一端递减。在锚箱顶、底板靠腹板侧主压应力中间小两头大;在另一侧则相反,主压应力呈现中间大两头小的规律;在中间主压应力从锚箱承压板端向另一端递减。在782t索力范围内,锚箱结构受力呈线性状态。

有限元计算应力值与实测应力值吻合较好,证明试验结果可信,而且三维有限元方法可以用于估算实际索梁锚固结构的应力分布。

参考文献

[1]严国敏.现代斜拉桥[M].成都:西南交通大学出版社,1996.

[2]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1998.

[3]刘庆宽,强士中,张强,等.斜拉桥锚箱式索梁锚固区应力分析[J].桥梁建设,2001(20):66-67.

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[5]鄢余文.安庆长江大桥索锚固结构静载与疲劳试验研究[D].成都:西南交通大学,2005.

结合梁斜拉桥 篇4

在建筑施工领域经常会碰到悬挑梁施工, 尤其在工业建筑领域, 悬挑梁施工就更多, 而且许多悬挑梁距离地面很高, 净挑长度长, 梁截面大, 给施工造成了很大难度, 增加了施工的危险系数。传统施工工艺为安全起见, 多采用从地面搭设脚手架至梁底作为支撑, 或从梁下部适当位置搭设挑支构造斜撑架, 施工复杂, 难度系数大, 安全性差, 需投入很多的人力和物力, 一方面影响施工进度, 另一方面施工成本相应增加。

如何在确保工程安全施工的前提下减少工程成本, 加快施工进度是值得探寻的方向。建筑施工工艺相通原理值得借鉴, 通过斜拉索桥结构受力方式可以借鉴运用于高大建筑悬挑梁施工, 从而免除了从地面搭设脚手架的麻烦, 增加了安全性, 并降低施工成本。

1 现阶段施工概况

目前对于悬挑梁的施工主要方法就是沿悬挑梁位置从地面搭设支撑架, 同时搭设人工操作平台, 满足施工需要。支撑架体必须严格通过悬挑梁的自重及施工荷载对架体进行安全性验算, 对架体要求严格, 下部必须坚实, 架体必须有足够的承载力。施工完毕相应的架体拆除也会增加大量人工投入。而且架体如果超过24 m, 稳定性增加了许多不确定性因素, 还需要采取相应的加固防失稳措施。

有的工程为了减少架体搭设工作量, 也有从已经完工的作业层采用挑支构造搭斜撑架体进行施工的作法。但挑支构造在稳定性上更加难以保证, 尤其作为上部大负荷悬挑梁施工, 很容易出现失稳现象, 支撑架体一旦稍有变形, 就会造成悬挑梁下拖甚至断裂等问题。

2 斜拉索施工悬挑梁的探讨

2.1 斜拉索桥工艺原理

斜拉索桥是指一种由索塔、主梁、斜拉索组成的由承压的塔, 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。

斜拉索桥的受力分析, 以一个索塔为例, 索塔的两侧是对称的斜拉索, 通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。假设索塔两侧只有两根斜拉索, 左右对称各一条, 这两根斜拉索受到主梁的重力作用, 对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力, 根据受力分析, 左边的力可以分解为水平向左的一个力和竖直向下的一个力;同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力;由于这两个力是对称的, 所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了, 最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力, 这样, 力又传给索塔下面的桥墩了。

2.2 悬挑梁施工工艺借鉴与应用

根据悬挑梁的结构形式, 可以将悬挑梁视为斜拉桥的主梁, 悬挑梁下部柱子可视为索塔下部桥墩, 在已浇筑的悬挑梁底埋设预埋件焊接支柱作为索塔, 将悬挑梁与内部主框架大梁视为桥的主梁, 采用钢丝绳作为斜拉索张拉钢筋骨架或是悬挑梁操作平台并按建筑施工规范预起拱1‰~3‰, 进行钢筋绑扎加固及浇筑混凝土工作, 从而大大减少下部搭设支撑脚手架的工作。

2.3 工程应用实例

某化工项目高大框架结构总高度65 m, 在32 m与38 m处各有两处悬挑梁, 悬挑梁与内部主框架梁断面相同, 高度1 000 mm, 宽度500 mm, 悬挑长度2 650 mm, 框架柱断面尺寸1 000 mm×1 000 mm。悬挑梁部分钢筋骨架自重280 kg, 浇筑后钢筋混凝土自重达到3.32 t。由于建筑框架结构层间距大且无楼板, 完全采用从下层框架搭设挑支结构斜撑架来支撑钢筋混凝土自重及施工荷载存在很大困难, 而且极易失稳, 容易造成安全及质量事故, 从地面搭设悬挑梁支撑架体费时费工, 增加施工成本, 32 m高的悬挑梁局部脚手架稳定性存在许多不确定因素。经过分析, 施工此悬挑梁时采用了斜拉桥工作原理, 在悬挑梁下部框架柱上预埋钢板, 上部焊两根70×4.0焊管作为索塔式立柱, 为保证安全稳定起见, 应将两根焊管进行横向拉接防止扭转倾倒。采用20钢丝绳作为斜拉索将模板、悬挑梁及对应主梁钢筋骨架拉起, 斜拉角度控制在45°~60°, 为了保证钢筋绳张紧度, 可以在70×4.0焊管支柱上设顶丝调节斜拉角度以及张紧度。由20钢丝绳承担钢筋骨架和浇筑混凝土的所有负荷。模板及支模操作负荷可以通过搭设简单挑支结构架子即可满足施工需要, 从而大大减少了脚手架的搭拆工作量, 保证了施工安全。

斜拉结构示意图见图1。

钢丝绳计算确定:按悬挑梁钢筋混凝土结构最大荷载3.32 t计算:

整根钢丝绳的破断拉力应按下式计算:SP=ψ∑Si。

其中, SP为钢丝绳的破断拉力, k N;∑Si为钢丝绳规格表中提供的钢丝破断拉力的总和, k N;ψ为钢丝捻制不均折减系数, 对6×19绳取0.85, 6×37绳取0.82, 6×61绳取0.80。

由于在工作现场一般缺少图表资料, 同时计算精确度要求不是很高, 所以可采用下式进行钢丝绳破断拉力的估算:

SP=500d2 (钢丝绳公称抗拉强度1 550 MPa) 。

其中, SP为钢丝绳的破断拉力, N;d为钢丝绳的直径, mm。

计算得:6×19直径20钢丝绳破断拉力约为200 000 N。

钢丝绳许用拉力P=SP/K, 其中, K为钢丝绳的安全系数, 用于吊索时取6~8, 钢丝绳许用拉力安全系数按8计取。

计算得:200 000 N÷8=25 000 N。

钢丝绳角度按45°设置, 可承载吊物重量可按公式G=Fsina计算如下 (F=钢丝绳许用拉力P) :G=25 000 N×sin45°=17 667.67 N, 悬挑梁采用两根钢丝绳斜拉, 钢丝绳许用拉力17 667.67 N×2=35 355.34 N>33 200 N, 故钢丝绳安全。

支柱采用Ф70×4.0, 安全性验算按受压构件允许长细比 (150) 计算。斜拉钢丝绳角度采用45°, 悬挑梁拉点按最不利的远端计算, 支柱高度按等于框架柱中心到悬挑梁末端长度, 最小回转半径值r=l/λ= (265+50) /150=2.1 cm, 小于Ф70×4.0钢管回转半径值2.55, 故采用Ф70×4.0钢管作为支柱稳定性满足要求。

经过计算施工现场采用20钢丝绳作为斜拉索、70×4.0钢管做钢筋混凝土承载体系, 满足现场施工要求。为保证浇筑混凝土的施工安全, 现场可采用对称分层浇筑混凝土, 先浇筑梁高的一半混凝土, 待混凝土强度达到一定强度后再浇筑上层混凝土, 留置好同条件养护试件, 待混凝土强度达到100%后拆模即可。

3 结语

采用斜拉桥工艺在化工项目高大框架悬挑梁施工过程中作为尝试, 加快了进度, 节约了成本, 取得了良好效果。对以后高大悬挑梁施工提供了另一种作业思路, 同时在施工工业建筑高大框架, 尤其是大跨度、大断面、距离地面高的框架结构上, 在搭设支撑脚手架不易保证安全, 操作量大的情况下可以很好地借鉴。

参考文献

[1]《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册[M].第5版.北京.中国建筑工业出版社, 2011.

斜拉桥悬臂式索梁锚固区受力分析 篇5

斜拉桥在世界范围内的应用从20世纪70年代开始, 20世纪90年代迅速发展, 其跨径已经进入以前悬索桥适用的特大跨径范围[1]。从1975年, 我国第一座斜拉桥———云阳桥建成以来, 国内已经相继建成大小80余座斜拉体系的桥梁结构, 其中混凝土斜拉桥有30多座, 已建成的混凝土斜拉桥有济南黄河大桥、武汉长江二桥、重庆大佛寺长江大桥等, 其中有约2/3采用双索面的形式。

斜拉索的索力斜向并集中地作用于斜拉桥的混凝土梁的锚固点上, 斜拉索的锚固结构必须能顺畅地将索力传递给主梁, 因此斜拉索的锚固结构是斜拉桥的关键部位, 斜拉索锚固的可靠与否直接关系到整个大桥的安全度, 有必要对索梁锚固区进行专门的研究[2], 黄永、周贤文等[3,4]对混凝土梁斜拉桥做过相关研究。混凝土梁的斜拉索的锚固方式有顶板设置锚固块、箱梁内设横隔板锚固块、在箱梁内设斜隔板锚固块、在梁体两侧设锚固块、在底板设置锚固块五种[5]。在混凝土梁体两侧设锚固块是双索面斜拉桥普遍采用的锚固构造, 曹新垒[6]等对此类结构进行过有限元分析。

索梁锚固构造是混凝土梁斜拉桥受力分析的关键部位。混凝土梁体两侧设锚固块是双索面斜拉桥普遍采用的锚固构造, 当双索面斜拉桥主梁截面悬臂较长时, 需要设置悬臂式索梁锚固结构。但目前的索梁锚固结构, 主要采用了把斜拉索锚在腹板上或者加厚边肋上的形式, 对悬臂式的研究较少。

1 模型的建立

1.1 实体模型的建立

某斜拉桥的主梁是预应力混凝土结构, 如图1所示, 主桥为83+140+83 (m) , 双塔三跨, 主桥跨度为306 m。主梁采用单箱三室截面形式 (见图2) , 纵桥向上截面按二次抛物线变化, 梁高最大为4.80 m, 最小2.80 m, 梁宽在33.9~35.3 m之间。全桥拉索共56根且成对称布置, 拉索采用双索面布置, 索距有8 m和6 m两种布置形式, 索梁锚固形式采用在箱梁两侧设锚固块。

在Midas FEA中采用3D实体单元模拟C55混凝土结构, 考虑混凝土的10 000天的收缩徐变, 锚垫板选用板单元模拟, 钢筋用线单元模拟。各种材料具体参数见表1。为了提高计算效率, 模型的横桥向宽度取截面宽度的一半, 纵桥向上选取足够长度, 总长16 m, 模型整体视图见图3。

为了对局部应力集中结果的影响因素进行探究, 本文建立三个不同的模型 (见图4) 。三个模型的区别:模型1中锚块和顶板连接部位是直角连接的形式;模型2中锚块与顶板连接部位采用20×20 (cm) 的倒角;模型3中锚块和顶板连接部位采用45°斜角, 三个模型的其他方面相同。

通过建模计算分析发现混凝土锚块的两个区域应力集中现象较为明显, 拉应力值较大。一个区域是锚块的外侧和顶板连接的区域, 称作区域A, 另一个区域是锚块的下缘和斜腹板连接的区域, 称作区域B, 详见图4。

顶板横向预应力钢筋采用3φs15.2钢绞线, 间距为50cm。腹板竖向预应力钢筋采用JL25的精轧螺纹钢, 间距50cm。底板预应力钢筋采用四束上下布置的钢绞线, 布置在横隔板和底板的连接位置, 其中两束底板预应力钢筋弯起通过斜腹板, 最后锚固于锚块的外侧。弯起的两束底板预应力钢筋规格是12φs15.2, 另外两束不弯起的底板预应力钢筋采用的16φs15.2的钢绞线。预应力有两种不同的布置方式 (图5) , 两种预应力布置方式所不同的是预应力布置二中两束顶板横向预应力钢筋 (5φs15.2) 沿顶板下缘穿过锚块 (图5 (b) ) 。

1.2 边界条件的选取

在箱梁靠近塔的横截面的中心建立一个主节点, 并与该截面上的所有网格节点刚臂连结, 然后约束主节点的顺桥向和竖向的平动, 同时约束绕横桥向和竖向的转动。在箱梁远离塔的横截面上以同样的形式建立主节点和其他网格节点以同样的刚臂的形式连接, 只约束该主节点绕竖向的转动。在模型的横向对称截面上, 约束该面上的每个节点的横桥向的平动。

1.3 加载方法及工况

作用到模型上的外力包括拉索传来的索力, 相邻索梁锚固段传来的弯矩、剪力、轴力, 以及结构自重, 考虑到车辆荷载对结构受力有利, 不考虑车辆荷载对结构的作用力。相邻梁段施加到分析索段上的内力通过桥梁的整体分析得出, 只考虑远塔端梁段传递的内力, 加载的方法和边界条件的选取相似, 同样是在箱梁靠近塔端的横截面的中心建立一个节点, 以这个节点为主节点, 和该截面上的所有网格节点以约束六个自由度的刚臂连接, 将表2中所列的轴力、剪力、弯矩值施加到该主节点上。

加载工况下分以下两种:工况一:自重+索力+梁端内力 (轴力、剪力和弯矩) ;工况二:工况一+顶板横向预应力+腹板竖向预应力+底板预应力。

注:X、Y、Z是指模型整体坐标系方向;X是横桥向, Y是顺桥向, Z是竖向。

2 计算结果

2.1 顶板、底板应力分布

顶板和底板顺桥向、横桥向全部受压, 完全满足全预应力构件的受力要求。工况一和工况二的结果比较, 横桥向的拉应力减小并出现较大压应力, 这是由于顶板和底板内横向分布的预应力钢筋能有效地提供预压力, 很好地提高了顶板和底板的抗开裂能力。三种模型的区别只是锚块形状不同, 不会对顶板和底板的应力分布产生影响, 采用模型三的顶板、底板的应力分布作为代表值, 列于表3。

/MPa

2.2 锚块形式对应力分布的影响

通过计算结果比较, 不同锚块形式对区域A的应力分布影响较大, 将区域A的应力分布最不利取值列于表4。

/MPa

锚块区域A的横向和竖向的拉应力的大小和锚块的形状有很大的关系。在工况二的作用下, 锚块中区域A的竖向应力随锚块形式的变化差别很大。模型3的竖向应力值明显小于模型1。由此可以看出, 设置倒角尤其是设置斜角, 能够明显降低区域A的竖向应力。然而工况二作用下, 模型3中区域A的横桥向应力反而大于模型1。究其原因, 本来沿竖向传递的力, 由于斜角的设置变成沿斜向传递, 故竖向应力减小, 横向应力增大。

锚块中应力分布和锚块的结构形式有很大的关系, 锚块的结构形式的变化使得局部区域的受力机理发生了变化。从计算结果来看, 三种模型中模型3设置45°斜角的形式的应力分布较为合理。在进行局部结构设计时, 通过改变锚块的局部结构可以有效的改善应力集中现象。

2.3 预应力钢筋布置形式对应力分布的影响

两种预应力布置 (图5) 形式对三种模型的应力分布的影响产生了大致相同的变化趋势, 以模型3为例进行说明。表5列出了模型3中两种不同预应力布置下中区域A和区域B的应力值大小。

/MPa

在悬臂式索梁锚固结构中, 预应力的布置方式也会对锚块的局部应力分布产生较大的影响。本文中顶板横向预应力钢筋下移并穿过锚块 (图5 (b) ) 的方法有效地减小了区域A和区域B的局部较大的拉应力, 使得局部应力集中现象得到明显的改善。在悬臂式的索梁锚固结构的设计中, 合理地布置预应力钢筋位置和数量是一种降低局部拉应力, 改善局部应力集中的有效方法。

3 结论

本文对斜拉桥悬臂式索梁锚固段建立有限元模型进行局部受力分析, 分析了三种不同的模型分别在两种工况下的应力分布规律, 得出了以下结论:

1) 本论文选取的边界条件能够比较合理的模拟索梁锚固梁段的约束方式, 可作同类结构分析时参考。

2) 在拉应力较大区域和方向上配置足够数量的预应力钢筋可以有效的降低或者抵消结构中产生的拉应力, 可以很好的避免混凝土因过大的拉应力而开裂。

3) 锚块的应力分布和锚块的结构形式有很大的关系, 锚块的结构形式的变化使得局部区域的受力机理发生了变化。改变锚块的局部结构可以有效的改善应力集中现象。

4) 合理的布置预应力钢筋位置和数量可以有效的降低局部拉应力, 从而改善局部结构的应力集中现象。

参考文献

[1]刘士林, 梁智涛, 侯金龙, 等.斜拉桥[M].北京.人民交通出版社, 2002.

[2]熊刚, 丁雪松, 谢斌.大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的发展与应用[J].预应力技术, 2009 (1) .

[3]黄勇, 程晓东, 曾进忠.斜拉桥索梁锚固区受力情况的三维有限元分析[J].桥梁建设, 2005 (S1) .

[4]周贤文.斜拉桥拉索锚固区受力性能研究[J].公路交通科技:应用技术版, 2009 (6) .

[5]彭大文.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2007.

结合梁斜拉桥 篇6

关键词：斜拉桥,桥塔,主梁,检测

近几十年来, 随着经济的飞速发展, 我国兴建了许多各种类型的公路桥梁、铁路桥梁、铁路公路两用桥梁、城市桥梁及立交桥等。这些桥梁在建设和运营管理期间都需要进行大量的检测工作, 以保证建设质量和运营安全。实践证明, 对桥梁工程进行客观、准确、及时的检测, 是保证在建桥工程质量的重要技术手段, 有时甚至是施工必不可少的步骤之一, 同时也是了解成桥特别是病害桥的健康状况、查清病害程度与原因的重要手段。

斜拉桥作为一种常见的大跨度桥梁结构形式, 在施工中一般应对其斜拉索以及塔梁进行检测, 并对相应的施工过程进行控制, 以保证施工的顺利进行, 确保施工质量。文中以某斜拉桥的施工为背景, 较为详细地讨论了斜拉桥钢筋混凝土桥塔、主梁检测断面的布置、检测工作的内容以及施工质量检测标准, 以期为同类工程的检测提供参考。

1钢筋混凝土桥塔的检测

在我国斜拉桥和悬索桥的主塔几乎全用钢筋混凝土浇筑。斜拉桥桥塔不同于悬索桥桥塔之处在于塔上部斜拉索的锚固区构造和受力复杂, 要求几何尺寸定位准确。尤其A型及倒Y型塔塔柱倾斜, 施工中在混凝土自重侧向力作用下, 易于产生侧向位移。支撑横梁多采用预应力, 塔身采用劲性钢骨架。大型斜拉桥的桥塔由承台顶面至塔顶一般均可达200 m, 对于混凝土的浇筑是个难度较大的施工过程。

1.1钢筋混凝土索塔施工质量检测标准

混凝土索塔的施工除混凝土强度应满足设计的混凝土标号要求, 和索塔控制断面的最大施工应力小于等于施工阶段允许应力外, 塔各部分几何尺寸和倾斜度、高程应在允许偏差之内。《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041—2000) 有如表1所示的要求:

混凝土强度在合格标准内, 即设计文件中所要求的混凝土标号及在塔柱各施工阶段控制截面应力, 满足规定要求。对于偏心受压柱的施工应力σha≤0.8Rba。式中Rundefined为相应标号混凝土的标准强度, σha为考虑偏心距影响的混凝土受压区边缘纤维应力, 见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTJ023—85) 。混凝土级配及配方必须满足泵送的施工要求, 并在相应部位留有立方体和弹性模量试块。

1.2斜拉桥索塔的几何检测

几何检测, 包括索塔控制部位的高程、截面尺寸、位置和塔柱的倾斜度;相应偏差应不大于表1规定值。桥塔的测量可分为2种:施工控制测量和施工监控测量。前者由施工单位进行, 而后者由监测单位利用已建立起的控制网点进行施工过程中和最后的复核性测量。现仅对施工控制测量进行简要说明。对于斜拉桥桥塔可分3部分:

1) 索塔测量基准点的建立:根据施工控制网进行精密测量, 将承台顶中心点和高程作为平面和高程基准, 如图1中A点。平面基准点按施工过程及桥塔构造向上传递, 图1所示桥塔可分两次传递至下横梁及上横梁顶面, 以建立塔柱放样控制点B和C, 并建立图2示矩形控制网点MNPL。利用精密经纬仪垂直投点进行。高程基准点采用检定合格的钢尺以钢尺导人法上传。根据这些基准点便可进行塔柱施工的放样和定位。

2) 拉索锚管的定位:进行锚管的定位可以采用经纬仪通过MN或LP和ML或NP建立控制竖平面, 并可利用劲性骨架在其上焊接纵、横角钢建立控制点、线的线架。利用以上办法将锚管顶、底口定位后, 再对锚管口三维坐标进行精密测定和调整, 使允差在限值内。

3) 施工过程塔柱变形观测:为掌握施工、受力及温度引起柱的位置偏移, 必须对塔柱进行观测。在梁顶设置测站点, 另在与测点在同一竖面的其他塔的位置设置观测点。测量观测点与测站点的相对变化量。为观测塔柱横桥向、纵桥向和扭转变化至少要建立二组测站点。

施工控制测量可使用T2经纬仪、精密水准仪或全站仪, 测试方式也各有不同。

1.3桥塔混凝土强度和施工应力控制

浇筑桥塔的混凝土为高强泵送混凝土, 设计强度均在40 MPa、50 MPa;塔高均在200 m左右, 因此泵送高程也较高。配合比设计思路是:采用级配良好洁净的骨料和低水灰比配制坍落较小的基准配合比, 然后加入1.1%的泵送剂和7.5%的磨细粉煤灰。混凝土浇筑过程中应在下部、中部、上部塔柱, 上、下横梁部位留有足够的立方体和弹性模量试块, 以检测不同龄期的混凝土强度。

为了保证最不利工况时塔控制截面偏心压应力或纵向弯曲应力不超过允许值, 应在控制截面埋设应力测点以监测塔的施工应力。可选择图1所示的1-1、2-2截面或1-1、3-3截面;或三个截面全部布置测点。测点布置在四角, 以测轴向压应变或弯曲应变。实践证明, 采用钢弦应变计效果较好。钢弦计辅以无应力计以对温度及收缩影响予以补偿, 也可以采用差动式应变计, 钢筋计或手持式应变仪等。测量需与索力、线型同时于清晨温度一天中最稳定时段进行。

2主梁的检测

斜拉桥的主梁当跨度大于450 m时, 多采用钢箱梁, 当在450 m以下时多采用结合梁或预应力混凝土箱梁或边纵梁的肋板结构。对于钢箱梁检测, 请参照本手册中钢结构检测部分。预应力混凝土主梁一般每侧悬浇或悬装一个节段, 增加一对索, 直至合拢, 结合梁主梁是先将结合梁安装合拢, 再在结合梁上拼装预制板, 最后浇筑结合缝混凝土。

2.1悬浇、悬拼及结合梁施工的质量要求标准

表2～表4分别给出了悬臂浇筑混凝土梁、悬臂拼装混凝土梁及悬臂施工结合梁的施工允差。

注:L为跨径。

注:L为跨径。

注:L为跨径。

表中混凝土强度在合格标准内, 是指浇筑好的梁各部位混凝土立方强度应达设计标号, 同时施工各阶段截面法向压应力符合

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以及拉应力符合:预拉区不配非预应力筋时σh1≤0.70Rbc, 配非预应力筋时σh1≤1.15Rundefined, 式中σha、σh1分别为预应力构件截面边缘的压应力和拉应力, Rundefined、Rundefined分别为制造、运输、安装阶段混凝土的抗压及抗拉标准强度。接缝处标准抗压、抗拉强度应根据试验确定。上述应力限值或按设计文件规定执行。

斜拉索拉力符合设计要求。一般容许有一定偏差, 此项偏差不大于3%, 至多5%。索力的过大偏差, 会导致梁的线型与应力的变化, 为保证安全, 梁和索的应力均应合理控制。

2.2梁的线型测量

图3为主梁几何检测的平面及高程控制点。首先在完成后的零号块及塔柱上传递并设置平面及高程控制点。图4为梁体节段控制水准点, 据以计算梁的扭转及梁底线型。随后各个节段施工控制及监测均相对于上述平面及高程控制点, 并计算出桥轴线的偏移、线型的高差、及扭转偏移值。

同样, 线型及偏移的监测应同步于应力和索力测量, 并于清晨温度最稳定时段进行。上述是以某桥悬浇施工监控为例说明其过程, 各个桥及悬装施工会稍有差异, 但基本方法应无大差别。

2.3主梁混凝土强度及施工应力控制

对于预制梁段和预制结合板的悬臂安装的斜拉桥主梁混凝土, 为了减少收缩和徐变, 采用比较低的水灰比和小的坍落度和强的振捣, 加入减水剂和早强剂以加快制梁周期。成品预制梁段及板块一般要存放4～6个月, 以减少收缩徐变影响。并一定要留有足够数量的立方体试块和弹性模量试块, 以便获得不同龄期强度数据和弹模数据。梁段安装时界面环氧粘接剂, 要按安装时的温度采用相应的配方, 以保证抗拉强度及固化时间满足施工要求。预制板的工地接头, 一般采用高配筋的微膨胀混凝土, 以减少、细化裂缝。

对于悬臂浇筑的主梁, 其施工程序要求混凝土必须满足下述特点:1) 早期强度高, 以缩短悬浇梁段的施工周期, 要求混凝土3 d龄期抗压强度达设计强度的0.7倍以上。2) 初凝时间长, 4 m节段和8 m节段混凝土拌合物初凝时间分别大于l0 h和16 h, 以保证索力和线型调整有足够时间, 避免由此引起的接缝处混凝土的开裂, 使上述程序在初凝前全部完成。3) 坍落度大、可靠性好。一般要求坍落度不小于 (18±2) cm, 停放1 h后, 坍落度亦不低于16 cm。即在基准混凝土配方组成材料组合的基础上, 必须寻求既早强又缓凝, 既坍落度大又有效控制坍落度损失的外加剂。现国内对早强剂、缓凝剂及减水剂、泵送剂等混凝土外加剂生产种类较多, 通过一定选择和试验, 容易满足上述悬浇混凝土性能要求。每浇筑一个节段同样要留有足够立方体及弹性模量试块。

在悬臂施工过程中为配合主梁线型和索力测量, 保证安全施工, 必须进行主梁应力监测。测点及测试断面的布置可参照图5。在悬臂施工时, 主梁靠近主塔断面轴向压力最大;在有索区中间区段除作用轴向压力外, 尚有较大负弯矩。因此, 在断面1-1、2-2及3-3、4-4处布置主梁应力检测点。

在3-3、4-4相应处可布置少量校核性测点。实践证明, 采用进口或国产钢弦应变计效果尚好, 也有采用差动式应变计。但一般讲由于温度、收缩徐变影响, 测试效果均不够理想。因而测试过程中需尽量大努力对温度、收缩进行补偿, 对徐变影响进行修正。

3结语

该斜拉桥施工过程中严格按照要求实施各项检测项目, 合理布置检测断面和检测点的位置, 并按照相应的质量检测标准控制施工过程。实践证明, 各项检测保证了施工的顺利进行, 确保了桥塔和主梁的施工质量, 并将为桥梁以后的安全运营提供数据支持。

参考文献

[1]JTJ041—2000, 中华人民共和国行业标准.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2000.

[2]JTJ022—85, 中华人民共和国交通部部标准.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, 1993.

[3]陈德伟.混凝土斜拉桥的施工控制[J].土木工程学报, 1993, (1) .

结合梁斜拉桥 篇7

近五十年来,斜拉桥在世界各国得到广泛应用。随着技术水平的提高,跨度不断增大,结构型式也愈趋复杂,工艺越来越先进。常见的施工方法是先进行主塔施工,然后施工主梁,张拉斜拉索。如果将主塔和安装钢箱梁同步进行施工,势必可以有效节省施工周期,然而塔梁同步施工目前在国内实践的大桥中尚属少见,其缺点除同样具有初始索力确定较困难以外,还包括:

(1)斜拉索张拉的时候难以保证主塔具有足够的刚度和稳定性满足接下来的施工步骤;

(2)由于在安装主梁挂索的过程中主塔偏位不断变化,这也使得主塔的施工线形较难控制。

2 研究内容

(1)根据某钢箱梁斜拉桥的塔梁同步施工工艺,建立施工/成桥阶段模型,以设计成桥索力和主梁线形为合理成桥状态,采用倒拆—正装迭代法反复调试后确定的初始张拉索力,详细分析主要施工工况下索力、主梁挠度与应力、索塔应力与偏移。

(2)采用MIDAS/Civil空间有限元软件和桥梁博士平面有限元软件两种有限元计算软件分析施工/成桥阶段理论数据,并且对结果做了较为详细的总结比较,使得模型计算结果更加可信。

3 本文工程背景

本文以某钢箱梁斜拉桥为工程背景,其跨径组合(48.2+87.8+254)m,边跨主梁48.2+87.8=136m为预应力混凝土箱梁,边跨主梁伸过桥塔15m,通过钢混合段与主跨钢箱梁连接。独塔、墩塔梁固结,斜拉索为准单索面。塔梁同步施工是该桥的一个特色,即主塔施工到第五节段后,挂索吊装钢箱梁与主塔施工同步进行。

4 有限元分析

4.1 全桥计算模型

采用MIDAS/Civil空间有限元软件和桥梁博士平面有限元软件对该桥进行结构计算分析。两种软件均采用不同的单元类型来模拟斜拉桥不同的部位,模拟分析的内容包括:主梁的模拟、拉索的模拟、预应力筋的模拟、索塔的模拟、施工荷载形式模拟、结构体系转换模拟、边界条件的模拟以及混凝土收缩、徐变的影响等。

以MIDAS/Civil建立施工控制仿真分析模型,见图1所示。模型的主要部分斜拉索采用索单元,塔、墩、梁采用梁单元。全桥离散为388个节点,301个单元。其中斜拉索共76个单元,塔、墩、梁共225个单元。

以桥梁博士建立施工控制仿真分析模型,见图2所示。全桥共划分503个节点,222个单元,其中梁单元182个,索单元38个,挂蓝单元2个。

该斜拉桥计算模型材料参数参考设计图纸,依照施工情况取值,边界条件包括:

(1)一般支承模拟墩塔底端固结,主梁两端铰支座,钢管支架固结;

(2)弹性连接模拟辅助墩支座、支架对主梁的支撑;

(3)刚性连接模拟斜拉索锚固、主塔与承台连接、主塔与梁连接、主塔柱与主塔柱连接。

荷载工况包括自重、预应力、吊机重量、二期恒载、活载。

施工阶段的划分包括:

(1)先施工主塔至钢锚箱第5节(共16节),并同时施工边跨钢筋混凝土现浇段;

(2)安装主跨钢箱梁与主塔下一节段施工同步进行;

(3)主跨钢箱梁合拢;

(4)二次调索;

(5)二期铺装;

(6)成桥运营。

4.2 塔梁同步施工计算结果分析

(1)索力

经索力结果对比,得知两模型各阶段计算结果除个别斜拉索索力误差在3%～5%,其余大部分斜拉索索力误差在3%之内;桥博计算结果与设计值最大误差为4.7%,发生在主跨M19斜拉索,其余大部分斜拉索索力误差在2%之内。(注:差值=桥博结果-Midas结果,误差=差值/Midas结果×100%,S、M分别表示边跨、主跨,下同。)二期恒载阶段索力对比结果见表1。

(2)主梁位移和应力

经位移结果对比,得知两模型计算结果在二期恒载及以前阶段各点位移差值基本位于±2cm之内,最大差值出现在主跨15#梁段附近,其值为1.4cm。张拉最后一根斜拉索19#以及二期恒载阶段主梁位移对比结果见表2。

主梁的应力以钢箱梁上缘拉应力作为控制选项,最大拉应力出现在主跨钢箱梁跨中截面,为86.5MPa,能够有效地控制在容许范围之内。

主梁应力同时按塔梁结合处主梁剪力,通过索力进行控制,范围基本控制在-1.64×104～1.78×104kN。

(3)索塔应力与偏移

经两模型计算结果对比,得知主塔在成桥阶段最大组合应力±10.5MPa;计算时发现河侧中塔柱上下外侧均出现较大拉应力,主桥安装钢箱梁挂索阶段索力调节必须考虑保证该部位不会出现裂缝,且使钢箱梁受力均匀。通过索力进行控制,主塔中塔柱最大拉应力2MPa出现在主跨跨中11#钢箱梁节段安装过程,11#斜拉索张拉后该应力随即减小,在随后的两个钢箱梁安装节段,该应力逐渐递减至1MPa左右。

经两模型计算显示,主塔偏位在合拢阶段为4.8cm;成桥阶段6.4cm。满足施工规范[3,4]关于本桥塔柱的倾斜度误差不大于1/3000,且塔柱轴线偏差不大于30mm的要求。

5 结论

(1)通过算例分析,发现塔梁同步施工取得的成桥索力、线形计算结果与设计合理成桥索力、线形符合较为理想,能够满足实际生产需要,并且可以充分发挥钢箱梁斜拉桥施工进度快、方便施工的优势,从而说明了该论文仿真计算过程具有现实可行性。

(2)塔梁同步施工,在求得合理索力初始张拉力后可以保证主塔在塔梁同步施工过程中具有足够的刚度和稳定性;塔梁结合处应力也可以控制在容许范围之内。

(3)塔梁同步施工时主塔线形按切线进行安装施工,成桥以后主塔线形平顺,主塔偏位也可以满足要求。

摘要：斜拉桥是一种由索、塔、梁三种基本结构形成的高次超静定组合结构。常见的施工方法是先施工主塔再施工钢箱主梁,并张拉斜拉索,而塔梁同步施工方法目前在国内实践的大桥中尚属少见。基于塔梁同步施工方法,采用MIDAS/Civil空间有限元软件和桥梁博士平面有限元软件两种有限元计算软件进行分析比较,通过详细分析主要施工工况下索力、主梁位移与应力、索塔应力与偏移的计算数据,证明了塔梁同步施工方法是可行的。

关键词：钢箱梁,斜拉桥,塔梁同步,计算分析

参考文献

[1]王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验[M].北京:人民交通出版社,2003.9.

[2]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1994.

[3]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[4]JTG/T D65-01-2007,公路斜拉桥设计细则[S].