连续弯梁桥

连续弯梁桥（共3篇）

连续弯梁桥 篇1

宜万铁路野鸭磅特大桥上部结构采用 (33.06+56+33.06) m连续梁桥结构, 位于半径为1000m的平曲线上。梁体采用C50混凝土, 为三向预应力体系。箱梁梁底曲线按圆曲线变化。连续梁的边跨直线段采用膺架现浇施工;0号节段采用墩旁临时支架现浇施工, 合拢段采用吊架浇筑施工, 其余节段采用挂篮悬浇对称施工。为保证悬臂施工过程中的安全性, 需要在桥墩顶部设置临时支座, 抵抗施工过程中的不平衡弯矩。临时支座的设计是否合理将影响到施工阶段结构体系转换施工的难易程度和转换过程对结构本身安全的影响程度。

1 常用临时支座形式

在以往的桥梁工程临时支座设计中, 常用的临时支座形式有以下几种。

1.1 硫磺砂浆支座 (钢筋混凝土支座)

强度高、整体性能好, 配置一定的精轧螺纹钢后, 抗倾覆能力较高, 但其中电路线容易损坏, 一旦电路线损坏, 凿除硫磺砂浆的困难程度将加大。

1.2 砂箱临时支座

砂箱易拆除, 可以重复使用, 但对加工的要求较高, 要求砂由良好的级配, 承载力和钢桶尺寸及加工水平有关, 最好使用圆形钢桶。

1.3 砖临时支座

制作简单, 施工方便, 好凿除, 但同时也有它的局限性, 就是砖容易在梁体重量很大的情况下压碎, 在大于20m的简支梁施工时就不能使用。

1.4 木墩支座

对木头的材质和含水量要求很高, 必须使用强度较高的柳木及榆木、松木等, 而且含水量要适中, 含水最大, 木墩变形大, 容易损坏, 含水量小, 本身就容易开裂, 造成过早损坏。而且通过以往大桥使用木墩发现了新的问题, 就是拆除困难, 尤其木墩较矮的时候, 墩台较高的时候, 需要时间长, 凿除又费力, 无论从安全和时间上考虑, 都不理想。

2 临时支座设计及构造

临时支座采用钢筋混凝土支座的形式。每排由两个混凝土支座构成, 一个墩上共4个临时支座。临时支座平面如图1所示。

单个临时支座由一个承压混凝土块与32根Φ32mm精轧螺纹钢筋组成。混凝土块中心距桥墩横桥向中心线l225 mm, 单个临时支座混凝土承压面尺寸为1900mm×850mm。混凝土采用C40, 精轧螺纹钢筋, 抗拉强度标准值830MPa。

3 临时支座受力分析

3.1 计算模式及步骤

施工过程中最大悬臂阶段临时支座受力最为不利, 利用BSAS软件对最大悬臂状态下的多种对称与不对称受载图式展开力学分析。力学模式为两排支承下的双悬臂结构。计算中不考虑永久支座的承压能力, 计算主要步骤如下。

1) 计算临时支座的承载力。

2) 建立悬臂施工下的模型, 计算单种荷载情况下临时支座所承受的力。包括梁体自重, 施工机具荷载, 挂篮荷载, 不平衡浇筑荷载, 风荷载等。

3) 利用线性叠加原理, 考虑多种施工模式在多种荷载同时作用下的临时支座承受的力, 对支座进行检算。

3.2 不平衡弯矩计算

3.2.1 节段浇注差

按一端多浇注1/2节段考虑, 最后一个悬浇节段砼体积约为20.5m3。

G=20.5/2×26.5=271.6kN

M1=271.6×25.25=6855.4kN·m

3.2.2 挂篮移动不同步

按一侧挂篮走行到位, 另一侧未动考虑, 根据施工经验, 确定挂蓝、模板、施工机具重为450kN, 且施工机具位置考虑一个阶段差, 则:

M2=450×3.5=1575kN·m。

3.2.3 梁体自重不均匀 (如胀模等)

考虑一侧梁体比另一侧梁体重5%, 最不利一侧的弯距见表1。

M3=5%×∑Gi×e

=5%×66426.159

=3321.3kN·m。

3.2.4 风荷载

按一侧风力为100%, 另一侧为50%考虑。

风压值:基本风压W0=500Pa。

基本风速:

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设计基准风速Vd∶Vd=K1V10;

式中:K1——考虑不同高度和地表粗糙度的无量纲参数。

桥址区属Ⅱ类场地, 高度约为12.85m。

取K1=1.30,

Vd=1.30×25.3=32.9m/s

施工阶段:Vundefined=0.84×32.9=27.6m/s

竖向风荷载:

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式中:ρ——空气密度, 一般取1.225;

Cv——系数, Cv=0.75×0.4=0.3 。

ρv=1/2×1.225×27.62×0.3×13

=1820kg/m=18.6kN/m

M4= (1/2ρvL2) ×50%

= (1/2×18.6×27.252) ×50%

=3453kN·m

3.2.5 最大不平衡反力

在最大双伸臂施工阶段, 由上述四种荷载产生的总不平衡弯矩为:

组合1:M=6855+3321+3453=13629kN·m

组合2:M=1575+3321+3453=8349kN·m

取绕Mx=15000kN·m作为施工的 (绕横向轴X轴) 纵向不平衡弯矩。横向 (绕纵向轴Y轴) 根据BSAS模型分析结果取11050kN·m。

4 临时支座检算

4.1 强度验算

根据设计图, 中支点支座最大反力12102.6kN, 绕横向X轴最大不平衡弯矩15000kN·m, 绕纵向Y轴最大不平衡弯矩为11050kN·m。

每个墩布置4个临时支座, 双向不平衡弯矩及竖向力由4个临时支座共同承担, 假定梁底为刚性, 则临时支座可以看成一个整体, 作为偏心受压构件按照铁路工程设计规范计算。

4.1.1 绕桥横向轴弯矩作用

混凝土正应力为:σh=4.97MPa<=[σh]=17.55MPa;受压钢筋应力为:σg′=35.35MPa<=[σg′] =230.00MPa;受拉钢筋应力为:σg=36.51MPa<=[σg]=780.00MPa。

4.1.2 绕桥纵向轴弯矩作用

混凝土正应力为:

σh=10.16MPa <=[σh]=17.55MPa;受压钢筋应力为:σg′=66.90MPa<=[σg′]=230.00MPa;受拉钢筋应力为:σg=n×σh× (h-x-a) /x= 99.52MPa<=[σg]=780.00MPa。

4.1.3 累加作用

混凝土最大正应力:σh=4.97+10.16=15.13MPa<=[σh]=17.55MPa;

受压钢筋最大应力为:σg′=35.35+66.90=102.25MPa<=[σg′];

受拉钢筋最大应力为:σg=36.51+99.52=136.03MPa<=[σg′]=780.00MPa。

满足规范要求。

4.2 临时支座抗倾覆能力计算

抗倾覆计算思路如下:以受压支座为旋转中心, 稳定系数K0按下式计算:

K0=稳定力矩/倾覆力矩

绕X轴的稳定力矩= (36×3.1415926×0.032×0.032/4) ×747×1000×2.72=58827kN·m;

绕Y轴的稳定力矩= (36×3.1415926×0.032×0.032/4) ×747×1000×3.175) =68668kN·m。

绕X轴, 即纵向稳定系数K0=58827/15000=3.92;

绕Y轴, 即横向稳定系数K0=68668/11050=6.21。

5 临时支座检算结论

经以上计算可知, 临时支座能满足偏心受压、抗倾覆的要求, 结构是安全的。

为确保悬臂施工的安全性, 提出如下建议:

1) 施工中施工材料、机具等尽量少堆放, 必须堆放, 尽量保证悬臂两侧平衡, 或尽量堆放于悬臂根部。

2) 悬臂浇筑混凝土时, 尽量使两边同时浇筑, 无法同浇筑时, 可采取分阶段交替浇筑。在混凝土分阶段交替浇时, 两侧悬臂端浇筑的混凝土最大不平衡量应严格控制在5方以内。

3) 临时支座应设置一定的普通构造钢筋, 临时支座与梁、桥墩接触面应设置钢筋网片。

参考文献

[1]陈伟, 李明.桥梁施工临时结构设计[M].北京:中国铁道出版社, 2002.

[2]艾晓东, 蔡金火.悬灌粱0#段托架的几种形式及混凝土防裂措[J].西部探矿工程, 2000 (5) :42-44.

[3]范东, 赵恩芳.连续箱粱特大桥临时支座的设计与施工[J].广东公路交通, 2002 (增刊) :90-91.

[4]卢勇.东江四桥主桥连续粱临时支墩、支座的设计与施工[J].铁道建筑技术, 2004 (4) :27-28.

浅谈连续弯梁桥结构设计的特殊性 篇2

关键词：弯梁桥,制约因素,受力特点,结构设计

1 概述

目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加, 应用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。由于受地形、地物和占地面积的影响, 匝道的设计往往受到多种因素的限制, 这就决定了匝道桥设计具有以下特点:⑴匝道桥的桥面宽度比较窄, 一般匝道宽度在6~11m左右。⑵由于匝道是用来实现道路的转向功能的, 在城市中立交往往受到占地面积的限制, 所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥, 而且设置较大超高值。⑶匝道桥往往设置较大纵坡, 匝道不仅跨越下面的非机动车道, 有时还需跨越主干道和匝道, 这就增大了匝道桥的长度。由于匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点, 给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。

2 弯梁桥的平面及纵、横断面布置

随着高等级公路在路线线形方面的要求越来越高, 要求桥梁设计完全符合路线线形, 所以桥梁的平面布置, 基本上应服从整体线形布置的要求, 桥梁纵坡也应服从路线纵坡。为了抵抗梁截面的弯矩和扭矩, 在弯梁桥设计中多采用箱形截面。由于桥面超高的需要及梁体受扭时外边梁受力较大的需要, 故可在桥梁横向将各主梁布置做成不同的梁高。为了构造简单, 方便施工, 也可将主梁做成等高度的, 其超高横坡由墩台顶面形成。

3 弯梁桥结构受力特点

3.1 梁体的弯扭耦合作用

曲梁在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩, 并且互相影响, 使梁截面处于弯扭耦合作用的状态, 其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多, 这是曲梁独有的受力特点。弯梁桥由于受到强大的扭矩作用, 产生扭转变形, 其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥;由于弯扭耦合作用, 在梁端可能出现翘曲;当梁端横桥向约束较弱时, 梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。

3.2 内梁和外梁受力不均

在曲线梁桥中, 由于存在较大的扭矩, 因而通常会使外梁超载、内梁卸载, 尤其在宽桥情况下内、外梁的差异更大。由于内、外梁的支点反力有时相差很大, 当活载偏置时, 内梁甚至可能产生负反力, 这时如果支座不能承受拉力, 就会出现梁体与支座的脱离, 即“支座脱空”现象。

3.3 墩台受力复杂

由于内外侧支座反力相差较大, 使各墩柱所受垂直力出现较大差异。弯桥下部结构墩顶水平力, 除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外, 还存在离心力和预应力张拉产生的径向力。

故在曲线梁桥结构设计中, 应对其进行全面的整体的空间受力计算分析, 只采用横向分布等简化计算方法, 不能满足设计要求。必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下, 结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析, 充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。

4 弯梁桥的结构设计

直梁桥受“弯、剪”作用, 而弯梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态, 故上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施。

4.1 弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力

状态和变形状态有着直接的关系:弯扭刚度比越大, 由曲率因素而导致的扭转弯形越大, 因此, 对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下, 应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度。所以在曲线梁桥中, 宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。

4.2 在弯梁桥截面设计时, 要在桥跨范围

内设置一些横隔板, 以加强横桥向刚度并保持全桥稳定性。在截面发生较大变化的位置, 要设渐变段过渡, 减小应力集中效应。

4.3 在进行配筋设计时要充分考虑扭矩

效应, 弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋, 其截面上下缘钢筋也比同等跨径的直桥多, 且应配置较多的抗扭箍筋。

4.4 城市立交桥中的弯箱梁桥中墩多布

置成独柱支承构造。在独柱式点铰支承弯连续梁中, 上部结构在外荷载作用下产生的扭矩不能通过中间支承传至基础, 而只能通过曲梁两端抗扭支承来传递, 从而易造成曲梁产生过大扭矩。为减小弯梁桥梁体受扭对上、下部结构产生的不利影响, 可采用以下方法进行结构受力平衡的调整。

4.4.1 为减小此项扭矩的影响, 比较有效的办法是通过调整独柱支承偏心值来改善主梁受力。

4.4.2 通过预应力筋的径向偏心距来消

除曲梁内某些截面过大的扭矩, 改善主梁的受力状态也是一种行之有效的办法。预应力曲线梁往往产生向外偏转的情况, 这是由其结构特点造成的。预应力产生的扭矩分布和自重、恒载作用下的扭矩分布规律有着较大的区别, 为调整扭矩分布, 可在曲线梁轴线两侧采用不同的预应力钢束及锚下控制应力, 构成预应力束应力的偏心, 形成内扭矩来调整曲线梁扭矩分布。

4.5 下部支承方式的确定。曲线梁桥的不

同支承方式, 对其上、下部结构内力影响非常大。对于弯梁桥, 中间支承一般分为两种类型:抗扭型支承 (多支点或墩梁固结) 和单支点铰支承。在曲线梁桥选择支承方式时, 可遵循以下原则:

4.5.1 对于较宽的桥 (桥宽B>12m) 和曲

线半径较大 (一般R>100m) 的曲线梁桥, 由于主梁扭转作用较小, 桥体宽要求主梁增加横向稳定性, 故在中墩宜采用具有抗扭较强的多柱或多支座的支承方式, 亦可采用墩柱与梁固结的支承形式。

4.5.2 对于较窄的桥 (桥宽B≤12m) 和

曲线半径较小 (一般约R≤100m) 的曲线梁桥, 由于主梁扭转作用的增加, 尤其在预应力钢束径向力的作用下, 主梁横向扭矩和扭转变形很大。由于桥窄因此宜采用独柱墩, 但在选用支承结构形式时应视墩柱高度不同而确定。较高的中墩可采用墩柱与梁固结的结构支承形式。较低的中墩可采用具有较弱抗扭能力的单点支承的方式。这样可有效降低墩柱的弯短和减小主梁的横向扭转变形。但这两种交承方式都需对横向支座偏心进行调整。

4.5.3 墩柱截面的合理选用。当采用墩柱

与梁固结的支承形式时就必须注意墩柱的弯矩变化。在主梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大 (一般墩柱较矮) 的情况下, 宜采用矩形截面墩柱。因为矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小, 而沿主梁横向抗弯刚度较大, 这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁的横向扭转变形, 更适合其受力特点。

4.6 弯梁桥设计中需要注意的其它问题

4.6.1 所有中墩支座, 尽可能横桥向位移固定, 可采用盆式或普通板式橡胶支座。

4.6.2 当桥长较大 (如大于100m) , 梁端支

座应能顺桥向自由滑动、横桥向位移固定, 可采用盆式橡胶支座, 或附加了横桥向位移固定装置的四氟板橡胶支座;此外, 梁端间隙和伸缩缝构造, 应保证在最大升温条件下, 梁能够不受阻碍地自由伸缩变形;当桥长较小时, 梁端支座可以采用普通板式橡胶支座。“梁端设普通板式橡胶支座、所有中墩设横桥向自由滑动的盆式支座”, 对曲线梁桥是危险的, 应绝对避免。

4.6.3 当曲线梁桥比较宽、各墩也较宽

时, 应注意温度变化时由于曲线梁水平弯曲变形在墩顶产生的横桥向水平作用力可能会比较大, 尤其是当所有中墩支座均为横桥向位移固定时。

5 结语

弯梁桥由于其结构受力的特殊性, 较同等跨径的直梁桥要复杂得多, 因此在进行弯桥设计和计算时应引起足够的重视。本文仅是笔者参加弯梁桥设计中的几点体会, 不当之处, 请同行多多指正。

参考文献

[1]邵容光.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社, 1996.

连续弯梁桥 篇3

弯梁桥在外形上与直线梁桥的不同, 使得弯梁桥曲杆的质量重心通常是位于杆轴两端连线之外, 在外荷载的作用下, 会产生弯扭耦合作用、内梁和外梁受力不均等状况, 造成梁体的变形, 继而产生横向水平力。尤其是对于匝道弯桥, 由于交通规划、桥下通行等原因, 现在的匝道弯桥经常设计成独柱的小半径形式, 这加剧了其不利影响。与直梁桥相比, 弯梁桥的支承不仅要承担竖向力, 还要承担由上述的原因引起的横向水平力, 限制梁体的横向位移和转动, 保证结构的整体稳定性。

弯梁桥的支承方式直接影响全桥的内力分布, 因此, 布置的合理与否都会对弯梁桥的安全运营有很大的影响。

二、支承布置方式

弯梁桥的支承方式应根据曲率半径的大小, 结构型式、跨径大小、墩柱刚度、预应力钢束作用力及外部荷载而定。

弯梁桥的支承方式通常有单点铰支承和抗扭支承两种。对于梁端来说, 为了有效地提高横向抗扭能力, 其支承方式通常使用抗扭支承, 本文不做讨论。而对于中间独柱墩的支承方式主要有三种, 即固定支承 (也叫墩梁固结) 、单点铰支承及两种方式混合使用。

三、不同布置形式对独柱支撑小半径匝道弯梁桥的影响

本文用有限元分析软件midas/civil模拟一工程实例, 在不同的支承方式下, 分析其对此弯梁桥端支座反力、扭转变形及内力等的影响。

1、工程概况

本算例为一独柱支撑的小半径立交桥匝道 (如图3-1所示) , 全长120m, 上部结构4×30m, 曲率半径80m。

主梁为等高度箱梁, 单箱室, 箱梁截面尺寸:顶板宽8.5m, 厚22cm;底板宽4.3m, 厚22cm;悬臂宽2.1m, 悬臂端部厚18cm, 悬臂根部厚40cm;梁高1.8m, 肋板厚45cm;箱室上抹角70cm×18cm, 下抹角20cm×20cm。

箱梁采用C50号混凝土。中间3个墩为独柱墩。

2、计算模型

应用有限元分析软件Midas建立模型分析此算例, 分别设置三种支承方式, 支撑方式一是中间三独柱墩3#、4#、5#均为单点铰支承, 支撑方式二是中间三独柱墩3#、4#、5#均为固定支承, 支撑方式三是中间墩4#为固定支承, 另外两个墩3#、5#为单点铰支承, 计算后通过对比分析找到支承方式对结构产生的影响。

(1) 支座反力

表3-1为自重、整体温度、温度梯度共同作用下, 三种不同支承方式的支反力, 可以看到, 支承方式对端部支反力影响较大, 而对梁端总支反力和独柱墩处的支反力影响不大, 而且第一种支承方式下梁端内侧支反力为负值, 此时会出现支座脱空的情况, 不利于结构的安全, 在设计中一定要避免。

(2) 梁单元内力

(1) 竖向剪力

通过计算, 我们可以得知, 三种支承方式下梁单元的剪力相差不大, 因此, 可以得出结论:支承方式对竖向剪力的影响并不大。

(2) 纵向弯矩

通过计算, 支承方式二的纵向弯矩最大, 其次是支撑方式三和支撑方式一, 虽然各个支承方式纵向弯矩的值不同, 但是变化趋势是一样的, 且在同一位置, 即跨中和中支点处达到最大。

(3) 扭矩

通过计算, 支撑方式一的扭矩顺桥向变化最大, 支撑方式二的扭矩顺桥向变化最小, 虽然各个支承方式下的扭矩值不同, 但是扭矩图彼此之间是平行的。

(3) 位移

(1) 扭转变形

通过计算可以得出, 三种支承方式下的扭转变形, 支承方式一引起的扭转变形最大, 而另外两种支承方式变化趋势是一样的。

(2) 桥中心线竖向位移

通过计算可以看出, 三种支承方式下桥中心线的竖向位移相差不大, 因此, 可以得出结论:支承方式对桥中心线竖向位移影响不大。

四、小结

通过建立三维实体模型, 并对三种支承方式下的支反力、梁单元内力及位移进行对比分析, 可以知道, 支承方式对中间独柱墩的支反力及梁端的总支反力影响不大, 但是对梁端内、外侧支反力影响较大, 也就是说支承方式可以调节梁端处内、外侧支反力的分布。支承方式对弯桥的竖向剪力及竖向位移影响也不大, 但是会影响到弯桥的纵向弯矩、扭矩及扭转位移, 那么, 在独柱墩小半径弯桥的设计当中, 应采用试算的方式找到最适宜结构的支承方式。

参考文献

[1]翁丽花:《弯梁桥的结构理论分析及支承形式研究》, 长安大学硕士论文, 2008年。