连续曲线（共8篇）
连续曲线 篇1
1 概述
曲线桥是当前的道桥项目中非常关键的一个组成部分, 尤其是在最近几年它得到了非常广泛的应用。对于那些互通型的立交匝道来讲, 它的使用更是非常的明显。在设计匝道的时候会受到很多要素的干扰, 比如地形以及所在区域的规模等, 这些要素的存在使得该项设计有如下的一些特征。第一, 此类桥的宽度不是很宽, 通常匝道的尺寸在六米到十米之间。第二, 匝道本身是为了辅助道路转向的, 在立交工程中会受到土地规模的影响, 因此这类桥大多数是小尺寸的曲线桥。第三, 匝道桥的纵向坡度非常大, 有时会横跨下方的车道, 此时就使得桥的长度变长。因为这种桥本身弯斜, 形状特别, 所以它的设计工作无法正常的开展。
2 曲线梁桥的平面及纵、横断面布置
最近几年高速路在设计的时候更加的关注线形方面的内容, 规定设计要合乎线形要求。因此在布局桥梁平面的时候, 要遵照总的线形布局规定, 其纵坡也要和路线的纵坡保持一致。通常为了应对截面的扭矩以及弯矩, 在设计的时候常使用箱形的截面。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, 所以可以在其水平方向上把主梁设置成不一样的高度。为了便于构造, 方便建设, 也可以将其设置成一样高度的, 其超高横坡由墩台顶面形成。
3 曲线梁桥结构受力特点
3.1 梁体的弯扭耦合作用
一般来说, 当受到外在力影响的时候, 曲梁会出现一定的弯矩以及扭矩, 两者会彼此影响, 进而导致截面处在一种耦合的状态中, 截面的拉力要较之于直梁大, 这个特征是这种梁所特有的。因为这种桥会承受较高的扭矩力, 所以会发生变形现象, 它的外侧的挠度要比相同尺寸的直桥大一些。因为存在耦合作用, 所以在桥上方会存在翘曲现象。
3.2 内外梁无法均匀受力
对于曲梁桥来讲, 因为其扭矩较大, 所以会导致外梁发生超载而内梁出现卸载的情况, 特别是当桥梁较宽的时候这种现象更加的明显。因为两个梁的支点反力差别非常大, 如果活载发生了偏移的话, 内梁就会生成一种反向力, 此时假如内梁无法承受这种力的话, 就会使得梁体和支座分离。
3.3 墩台受力复杂
因为里外两侧的支座的反力不同, 导致墩柱承受的力不一样。对于弯桥来讲, 它不但具有和直桥相同的制动力以及地震力等, 还有自身所特有的离心力等。所以在设计的时候, 要对其开展总体的受力分析, 如果只是使用简单方法来计算的话, 是无法保证设计有效的。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, 只有认真地分析结构受力性方面的内容, 才可以保证设计更为合理。
4 曲线梁桥的结构设计
直梁桥受“弯、剪”作用, 而曲线梁桥处于“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。
第一, 曲线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变形越大, 所以, 对于曲线桥来说, 在合乎变形规定的背景之下, 要尽量的降低抗弯的刚度, 提升抗扭性。对于此类桥梁来讲, 最好是使用那种高度较低的梁和抗扭惯矩较大的箱形截面。第二, 在开展截面设计工作的时候, 应该在桥跨区域内设计水平方向的隔板, 这样做的目的是为了提升桥的刚度, 提升整体的稳定性。对于截面变化较为明显的地方, 要设计过渡区, 防止应力过于聚集。第三, 在设计配筋的时候, 要认真的分析扭矩作用, 对于曲梁来说应该在其腹板的一侧多设置一些钢筋, 且应配置较多的抗扭箍筋。第四, 城市立交桥中的弯箱梁桥中墩多布置成独柱支承构造。在独柱式点铰支承曲线连续梁中, 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, 此时就会使得曲梁的扭矩增加。为了降低桥体对上下方结构生成的负面效益, 通常可以结合如下的措施来调节结构的受力性。a.要想降低扭矩带来的负面效应, 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。b.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, 将主梁的受力状态改变也是常用的措施。一般来讲, 此类曲线梁会因为自身的结构方面的特点而发生向外偏转的现象。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。第五, 明确下方的支承形式。由于曲线桥的支承方法不一样, 所以它对上下方构件产生的影响也是不一样的。其常见的中间支承有两个大的种类, 分别是抗扭型支承和单支点铰支承。在实际工作中选取支承模式的时候, 可以按照如下的原则开展。a.对于较宽的桥和曲线半径较大的曲线梁桥, 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。b.针对那种不是很宽的桥, 因为主梁会发生一定的扭转作用, 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。因为桥体不是很宽, 最好是使用一个柱子的墩体, 不过在选择支撑结构的时候必须要结合墩的高度而判定。对于那些高度较高的墩体最好是使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。此举能够明显的改善墩柱弯曲情况, 降低变形现象的发生几率。不过不论是哪一种方式, 都应该适当的调节水平方向的支座的重心。c.正确的选择墩柱的截面。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的情况下, 此时最好是使用矩形的截面。这主要是因为这种截面在主梁方向的竖直抗弯刚度较之于其他的要低一些, 而沿主梁横向抗弯刚度较大, 此举不但能够降低配筋的使用数量, 同时还能改善变形现象, 非常的符合受力特征。
5 做好设计工作
第一, 要保证所有的中墩的支座都尽量的固定。第二, 如果桥梁的长度较长的话, 要保证前端的制作能够顺着桥的方向自行移动。可以使用盆式的橡胶材质的底座。除此之外, 要确保梁端的空隙在最高的升温状态下, 能够自行的伸缩。当桥梁的长度不是很长的时候, 可以使用常见的支座。第三, 如果桥的宽度非常宽, 而且墩的宽度也很宽的时候, 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。
6 结束语
通过分析我们得知, 曲线桥梁因为自身的特殊性使得它比相同尺寸的直桥要复杂。所以在设计的时候必须认真谨慎。作者具体的分析了当前设计中需要注意的几点内容。我们坚信在广大工作者的努力之下, 我国的曲梁桥项目一定会获取更多的成就, 更好的为国家的经济发展贡献自身的力量。
参考文献
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连续曲线 篇2
【摘 要】桥梁是公路和铁路重要的组成部分，近些年我国工程技术和科学水平得到了显著的提高，桥梁工程行业也的到了迅猛的发展。现代化的跨江大桥、铁路桥、公路桥出现在我们的视线中，本文针对预应力环境下混凝土曲线连续刚构形式进行分析，望广大同行给予指导。
【关键词】分布；截面
0.引言
目前，关于曲线梁桥的连续刚构的理论研究取得很大的成果，但是对于一些特殊地段的桥梁设计（集曲线、高墩、大跨于一身）我们的研究理论尚未成熟。虽然高墩曲线桥梁的应用可以为道路的线路选择提供很大的空间，但是由于主梁平面的弯曲影响，曲线梁桥会产生弯扭耦合效应。这就使结构产生复杂的受力影响，并形成扭转和横向变形。这些因素为我们的结构分析增加了难度，当前在进行大跨预应力混凝土曲线连续刚构的施工控制和成桥性上我们的了解还不深刻。
本文利用MIDAS/Civil大型有限元软件对XX高速公路桥的左幅进行空间计算，并对高墩大跨曲线连续刚构桥在成桥阶段和建设阶段的空间结构形成进行分析，并对计算结果进行研究，为日后施工中对同类桥梁设计积累经验。
1.工程概述
XX高速公路特大桥位于国道主干线上。桥身的设计荷载等级汽车为超20级，挂车为120级，主桥设计为预应力多截面混凝土连续刚构桥，主桥墩为复合式桥墩，桥墩高度最大为114m，最小为74m，主桥梁体结构为现浇桥面，材料为C50混凝土，桥墩为C40混凝土，桩基为钻孔桩，采用C25混凝土。桥身的整体平面中有缓和曲线、圆曲线、直线三种形式。桥墩有2处位于缓和曲线上，剩下位于圆曲线上。曲线要素如下：圆曲线半径为R=1000m缓和曲线参数：T=300，E=1113，R=40000m。（见下图）
图1 XX高速公路大桥截面分布图
2.空间有限元分析结果
XX高速公路特大桥的空间计算使用了MIDAS/Civil大型空间有限元软件，其中左幅桥共有237个节点、237个单元。下面结果中分别给出了桥梁在各断面的最大悬臂和成桥状态的应力分布形式。正应力分布情况，箱梁上下边缘的4个角点，分别有点1～4来表示。
结果1 最大悬臂状态控制截面的应力计算结果。
相应截面分别对应数据是：顶板角点1，顶板角点2，底板角点3，底板角点4。
B-B截面：-5.89，-5.88，-6.29，-6.30。C-C截面：-10.20，-10.20，-5.39，-5.40
D-D截面：-4.91，-4.91，-6.50，-6.50。F-F截面：-5.84，-5.82，-6.27，-6.28
G-G截面：-10.20，-10.20，-5.38，-5.38。H-H截面：-4.92，-4.91，-6.48，-6.48
J-J截面：-5.87，-5.85，-6.27，-6.27。K-K截面：-10.10，-10.00，-5.54，-5.54
L-L截面：-4.86， -4.85， -6.51 ， -6.5。
|结果 2 成桥状态控制截面的应力计算结果。
相应截面分别对应数据是：顶板角点1，顶板角点2，底板角点3，底板角点4。
A-A截面：-3.70，-3.72，-7.29，-7.28。B-B截面：-6.92，-6.96，-6.63，-6.61。
C-C截面：-8.87，-8.91，-6.63，-6.61。D-D截面：-6.89， -6.86 ，-7.59，-7.61。
E-E截面：-8.68，-8.55，-8.91，-8.98。F-F截面：-6.79，-6.67，-7.54，-7.60。
G-G截面：-8.41，-8.43， -7.08，-7.07。H-H截面：-6.85，-6.66，-7.67，-7.77。
I-I 截面：-8.79，-8.44，-8.85，-9.03。J-J截面：-7.04，-6.76，-7.33，-7.48。
K-K截面：-8.67，-8.56，- 6.85，-6.91。L-L截面：-7.02，-6.82，-6.50，-6.60。
M-M截面：-3.51，-3.45，-7.35，-7.3。
3.结果分析及结论
通过表1和表2不难看出最大悬臂和成桥状态下，主梁的控制截面全部受压应力最大压应力为1012MPa，主梁使用的材料为C50混凝土，轴心抗压强度标准值fck=3214MPa，轴心抗拉强度标准值ftk=2165MPa，在施工阶段对主梁的应力控制都小于材料标准强度50%另外从表1～2可以看出，同直线桥所不同的是，由于弯扭耦合效应的存在，截面内外侧正应力有所差别，跨中附近顶板上边缘正应力曲线内侧较外侧为大，而底板下边缘正应力曲线内侧小于外侧，反映出跨中附近主梁受自重作用下内侧高外侧低的扭转变化的影响。曲线梁桥截面正应力横向分布不均匀，应在设计中给予重视。但正如本桥计算结果所表明，在高速公路常用曲率半径范围内，应力分布情况基本是横向对称的，与直线桥相比差别不是很大。相对于直线桥只考虑竖向变形问题，曲线连续刚构桥则须同时考虑竖向变形和横向变形问题。曲线连续刚构中支座附近产生偏向曲线内侧的横向变形，并且曲率越小、墩身越高，横向变形就越大，其最大数值的竖向挠度最大数值相差不大，其对施工中桥梁线形的影响很大。梁体产生横向变形的主要原因之一，是主梁的部分扭矩由墩顶部位分配，使墩顶产生向平曲线内侧的横向弯曲，并进而带动了主梁的横向变形，这个问题在曲线刚构悬臂施工过程中变得愈发复杂，也是曲线桥线形控制的难点，有别于一般直线桥梁。
【参考文献】
[1]杜斌，向天宇，赵人达，黄质宏.大跨度预应力混凝土曲线连续刚构桥施工控制方法研究[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2008，（03）.
曲线连续梁桥的结构设计 篇3
目前在高等级公路及城市立交中曲线梁桥的应用得到了普遍的认可, 尤其在城市立交匝道设计中最为广泛。曲线梁桥的设计中常采用箱型截面, 因其具有材料用量少、结构自重小、抗扭刚度大、整体稳定性好、截面应力分配合理等优点, 而在曲线梁桥中应用非常普遍。
现阶段曲线梁桥的设计和理论研究已经取得了很多成果, 但由于曲线梁桥结构受力复杂、施工过程中标高不能准确的控制, 由于设计的原因导致在项目的施工或使用过程中已多次发生过事故。常见问题主要为:曲梁内侧支座脱空;主梁横向侧移量过大;横向刚度不足引起扭曲变形;固结墩墩身开裂;梁体的外移和翻转进一步导致支座、伸缩缝的剪切破坏和平曲线超高的丧失等。故在曲线梁桥的设计与施工过程中应充分考虑结构的弯、剪、扭受力特性, 对结构内力进行准确分析及合理优化, 消除设计带来的不安全隐患。
2 曲线梁桥受力特点
2.1“弯-扭”耦合作用
曲梁由于自身及外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩, 并且相互作用。表现为曲梁内外侧尺寸不同、支座反力不等、外荷载偏心及预应力径向作用共同引起较大的扭矩, 使梁截面处于“弯-扭”耦合作用的状态, 其截面主拉应力比相应的直梁桥大得多, 这是曲梁所独有的受力特点。
在变形方面, 强大的扭矩作用致使曲线梁桥产生扭转变形;曲线外侧的竖向挠度要大于同等跨径的直桥;由于“弯-扭”耦合作用, 在梁端可能出现“翘曲”;当梁端处横桥向约束较弱时, 梁体有向曲线外侧“爬移”的趋势。
在受力方面, 由于存在较大的扭矩, 通常会使外梁超载、内梁卸载, 尤其当活载偏置时, 内侧支座甚至会出现负反力, 如果支座不能承受拉力, 就会出现梁体与支座发生脱离的现象, 即“支座脱空”现象, 这种现象在小半径的宽桥中特别明显。
2.2 下部墩台受力复杂
曲梁内外侧支座反力相差较大, 导致各墩柱所受垂直力有较大差异。曲线桥墩顶水平力不仅由制动力、温度变化引起的内力、地震力等产生外, 还有汽车离心力和预应力张拉产生的径向力, 这也是比直线桥墩顶受力复杂之处。
故在曲线梁桥结构设计中, 应进行全面的三维空间受力分析, 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保证结构设计的安全性。
3 曲线梁桥的结构设计
直线梁桥在设计中主要考虑梁的“弯、剪”作用, 而曲线梁桥结构处于“弯、剪、扭”的复合受力状态, 故桥梁整体要以抵抗复合受力状态进行结构设计, 并在构造设计中加强抵抗措施。
3.1 弯扭刚度比
曲线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变形越大。故在曲线梁桥设计时, 满足曲梁竖向变形的同时, 应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度, 来抵抗对整体结构产生的不利影响。所以在曲线梁桥中, 抗扭惯矩较大的箱形截面和低高度梁的应用最为广泛。
3.2 截面设计
曲线箱梁桥截面设计时, 要在桥跨范围内设置一些横隔板, 并且要比相应的直梁桥有所加强, 增加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。
3.3 预应力钢束及配筋设计
合理分配曲线梁轴线两侧预应力钢束的根数, 使预应力等代荷载形成的内扭矩消减曲梁在自重、恒载作用下产生的扭矩;调整预应力钢束锚下控制应力, 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。
考虑扭矩对整体结构的影响, 曲线梁不仅应在腹板侧面布置较多受力钢筋, 而且其截面上下缘钢筋也比同等跨径的直桥多, 同时配置较多的抗扭箍筋。
3.4 下部支撑方式的选用
曲线梁桥下部支撑方式的选取, 直接影响桥梁整体结构内力的分布情况。对于曲线梁桥, 中间支承一般分为两种类型:抗扭型支承和单支点铰支承。根据以往的设计经验下部支撑方式的选用可参照以下原则:
3.4.1 对于宽度较宽、曲线半径较大的曲线梁桥 (桥宽B>12m、半
径R>100m) , 主梁所受的扭转作用小、桥体宽度较大及横向连接来增加横向的稳定性, 故在中墩位置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, 即抗扭型支承。
3.4.2 对于宽度较窄、曲线半径较小的曲线梁桥 (桥宽B≤12m、
半径R≤100m) , 主梁所受扭转作用大, 尤其是预应力钢束径向力作用所产生的主梁横向扭矩, 导致扭转变形很大。由于桥窄因此宜采用独柱墩, 但应视墩柱高度的不同来选用支承结构形式。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矩和减小主梁的横向扭转变形。但这两种支承方式都需对横向支座偏心进行调整。
3.5 墩柱截面的合理选用
正如以上所述, 当采用墩柱与梁固结的支承形式且墩柱较矮的情况下, 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, 这样不仅减小了主梁横向扭转变形, 而且较少了墩柱的配筋。针对整体结构的受力特点拟定构造和配置钢筋, 使整个设计更加合理安全。
3.6 支座形式的合理选用
根据以上所介绍的结构受力特点及设计中的经验做法来选取相对应的支座类型, 具体如下:
3.6.1 曲线连续梁桥选用中墩支座时, 尽可能横桥向位移固定, 限制主梁横向侧移, 可采用盆式或普通板式橡胶支座。
3.6.2 当桥长大于100m时, 梁端支座可采用盆式橡胶支座及带
有横桥向位移固定装置的四氟板橡胶支座, 保证桥梁顺桥向自由滑动、横桥向位移固定;当桥长小于100m时, 梁端支座可以采用普通板式橡胶支座。对于曲线梁桥支座设计, 选用“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”是非常危险的, 应引起设计者的重视。
3.6.3 当曲线梁桥较宽时, 桥梁整体升降温变化在墩顶产生的横
桥向水平力会较大, 尤其是当所有中墩支座均为横桥向位移固定时, 水平力增加更为明显, 整体计算时应关注水平力变化情况。
4 结束语
曲线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, 因此在进行设计和计算时应引起足够的重视。通过对曲线梁桥结构受力特点的分析及设计中存在问题的总结, 并提出了曲线梁桥设计中的一些经验做法和解决方案, 对同类桥梁的设计具有一定的参考价值。
参考文献
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[4]孙广华.曲线梁桥计算[M].人民交通出版社, 1995.[4]孙广华.曲线梁桥计算[M].人民交通出版社, 1995.
[5]何维力.独柱支承的曲线梁桥设计[J].北京建筑工程学院学报, 2001.[5]何维力.独柱支承的曲线梁桥设计[J].北京建筑工程学院学报, 2001.
军工路立交曲线连续钢箱梁设计 篇4
连续钢箱梁重量轻,抗弯能力强,抗扭刚度大,能适应各种平面线形和桥宽的变化,结构外形简洁、轻盈,线条流畅,工厂化加工程度高。在城市高架桥跨越路口节点或互通立交匝道桥中使用连续钢箱梁较多[1],而且现场施工安装工程短,对道路交通影响小。
军工路逸仙路节点立交保留原有军工路下立交基础上,在下立交南北两侧各新建1座匝道跨线桥,即EN匝道桥(北侧)和NE匝道桥(南侧)。EN匝道桥主要跨越港区专用铁路,NE匝道桥跨越港区专用铁路后在逸仙路交叉口上跨地面道路下穿现有逸仙路高架。其中NE匝道跨越逸仙路交叉口主节点采用(45 m+61 m+61 m+44 m)四跨曲线连续钢箱梁。由于该节点主跨达61 m,一联总长达211 m,而平曲线最小半径仅95 m。该段是工程结构设计的关键节点。目前该桥已建成通车。本文详细介绍该工程的结构设计,并给出了受力分析结果,为今后其他类似工程结构设计提供参考。钢梁施工现场见图1。
2技术标准
设计车速为40 km/h;设计基准期为100 a;设计安全等级为2级。桥涵设计荷载为公路-I级,T-300验算。桥梁宽度按标准桥宽为9.5 m,根据道路平面线形局部加宽至11.4 m;横断面布置为0.5 m(防撞护栏)+8.5～10.4 m(车行道)+0.5 m(防撞护栏)=9.5～11.4m。重车线路桥梁净空高度≥5.50 m。桥梁横坡车行道为2.0%。抗震设防标准为地震动峰值加速度,等于0.10g,地震设防烈度为7度。
3NE匝道主节点设计
3.1总体布置
结合近远期交叉口地面道路交通组织,军工路逸仙路立交主节点跨径布置为45 m+61 m+61 m+44 m=211 m,采用钢连续箱梁。交叉口范围具体墩位设置为四跨连梁的中墩,设于远期方案地面道路的中央分隔带内;近期导流岛的范围内,次中墩设于军工路及逸仙路的机动车道外侧,不影响近远期地面交通。
3.2钢箱梁立面线形
对于跨径61 m的连续梁,等高度梁略显笨重,从结构受力合理的角度考虑采用变截面的形式。变截面梁底面的变化规律既可采用圆弧线、抛物线,也可采用折线。考虑到交叉口附近现有的结构基本为直线型,为使新建箱梁与周围环境相协调,也使钢结构便于加工、制作和安装,梁底面采用折线形变化。
中支点梁高3 m(高跨比约1/20),等高段宽3 m,两侧各10.5 m内折线变化至等高段2.5 m(高跨比约1/25)。梁高满足控制点净空要求。端支点处为减少与引桥空心板梁的高度差,设置牛腿,牛腿高1.7 m。为便于使用期间支座的日常检修,牛腿与下部盖梁间留有一定水平空间,牛腿宽度1.5 m。
3.3钢箱梁横断面
桥梁处于曲线变宽段,且纵桥向为变截面形式,为便于加工,选用直腹板的断面形式。
桥梁宽度由9.5 m变化至11.4 m,扣除两侧防撞护栏滴水宽度,箱梁净宽9.3～11.2 m,采用单箱双室断面。两侧悬臂各1.8 m,沿纵桥向保持不变,底板宽度进行变化,腹板间距2.8～3.8 m。
考虑到本桥重车较多,轴载较大,标准顶板厚度取用16 mm,桥墩附近局部加厚。腹板和底板厚度根据计算分别取用14～25 mm和16～25 mm。顶底板均采用U形加劲肋。考虑到曲线半径较小、承受重车荷载,实腹式横隔板及框架式横隔板均采用3 m 1道,交替布置,间隔1.5 m设置1道挑梁。横断面见图2和图3。
受地面交通限制,中墩支座间距控制在4 m,为了改善边墩支反力分配,边墩支座间距拉大至6 m。通过支座局部箱梁内填充混凝土提供压重。
3.4下部结构
边墩采用倒T形的预应力混凝土盖梁,与引桥的空心板梁相接;中墩采用钢筋混凝土盖梁,受地面交通控制,盖梁长度控制在5 m,设置双支座,以满足曲线箱梁的受力要求。桩基采用直径1 m钻孔灌注桩,为减少不均匀沉降,进行桩底压密注浆。
3.5施工方法
钢箱梁采用工厂预制、现场吊装的施工方法。
军工路、逸仙路交叉口交通繁忙,钢箱梁的施工分段需结合现场的临时交通组织进行,并尽量减少现场焊接工作量,最终实施钢箱梁分段为横向分2段,纵向分8段,全桥共16个节段。
4结构受力分析
4.1计算内容
施工阶段计算。主桥施工的工艺流程:下部结构施工→搭设临时支点→钢箱梁分节段吊装→合龙,拆除临时支点→施工桥面系→运营。按此流程,计算各阶段钢箱梁的内力、位移及稳定性。
运营使用阶段计算。包括恒载、活载、支点沉降、温度等工况,按规范进行最不利荷载组合,对结构的安全性和适用性进行计算。
4.2计算模型
结构整体计算采用单梁法,采用专业有限元计算软件MIDAS2006,空间梁单元模拟,全桥共计152个单元,163个节点(见图4)。
钢箱梁桥面板局部应力计算主要计算第2体系(桥面系)受力,根据圣维南原理取27 m节段,底板及节段两侧均固结,箱梁节段采用空间8节点薄壳单元模拟,采用通用有限元程序ANSYS计算(见图5)。
4.3荷载模型
一期恒载为结构自重,钢材容重为78.5 kN/m3。二期恒载主要包括桥面铺装、防撞墙等。
活载按空间车道加载,冲击系数、车道折减系数、制动力按照JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》公路-I级执行。同时考虑到本工程附近堆场较多,集装箱车辆密集,故按T-300挂车进行验算。
体系整体升、降温按±30 K考虑;非线形温度梯度按JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》第4.3.10条规定执行,桥面按照9 cm沥青铺装考虑。不均匀沉降按照各墩间2 cm取值,然后进行最不利组合。
4.4主要计算结果
小半径弯梁边墩支座容易出现拉力,为确保支座不出现拉力,边墩支座间距拉大到6 m,并通过支座局部箱梁内填充混凝土提供压重。成桥边墩支座724 kN,压力富余,考虑各种荷载组合后最小支反力为188 kN。
由整体计算结果可知,上缘最大拉应力110 MPa,发生在中墩截面,最大压应力94 MPa,发生在边跨跨中截面,考虑与桥面板局部应力叠加仍小于规范容许应力210 MPa,满足规范要求;下缘最大拉应力146 MPa,发生在中跨跨中截面,最大压应力123 MPa,发生在中墩截面,小于规范容许应力210 MPa,满足规范要求。最大剪应力18 MPa,发生在中墩截面,小于规范容许剪应力120 MPa,满足规范要求(见图6、图7、图8)。
由局部计算结果可知,桥面板纵向正应力在横隔板和横肋处,为拉应力,而在横隔板与横肋之间为压应力;横向正应力在纵向加劲的腹板处,为受拉,而在加劲肋腹板之间为受压。
桥面板纵向最大拉应力为22 MPa,最大压应力20 MPa;顶板横向最大拉应力41 MPa,最大压应力39 MPa。恒载作用下最大竖向位移发生在中跨跨中,为29 mm,活载作用下最大竖向位移发生在中跨跨中,为55 mm
5结语
本文详细介绍了军工路立交NE匝道跨越逸仙路交叉口主节点四跨曲线连续钢箱梁结构设计,并给出了受力计算结果。结构设计合理,安全可靠。该工程的顺利实施,为今后其他类似工程结构设计提供了参考。
摘要：军工路立交NE匝道跨越逸仙路交叉口,主节点采用(45 m+61 m+61 m+44 m)四跨曲线连续钢箱梁。该节点主跨61 m,一联总长达211 m,而平曲线半径仅95 m。该段是工程结构设计的关键节点。详细介绍了该段的结构设计,并给出了受力分析结果,为今后其他类似工程结构设计提供参考。
关键词：钢箱梁,曲线梁,结构设计
参考文献
曲线连续梁悬臂浇筑法施工技术 篇5
海口绕城高速绿色长廊立交桥平面位于半径R=1 000 m的圆曲线及A=374.165 m的缓和曲线上,中心里程均为K16+343,分左右两幅修建,左幅长205.716 m,右幅长183.738 m。上部结构为50 m+80 m+50 m三跨PC变截面单箱单室连续箱梁。箱梁根部梁高4.5 m,跨中2.1 m,顶宽13.25 m,底板宽5.25 m,翼缘板悬臂长为4.0 m,箱梁梁高从距墩中心2.0 m处到跨中按二次抛物线变化,连续箱梁采用三向预应力体系。
连续箱梁悬臂段采用挂篮悬臂浇筑法施工,0号段采用简易托架施工,边跨现浇段在碗扣式满堂支架上现浇,1号～11号段在挂篮上平衡对称法浇筑,合龙段利用挂篮组成的吊架法施工,中跨合龙段2.0 m,边跨合龙段3.0 m,边跨现浇段为7.94 m。箱梁分段图如图1所示。
2 主要施工工艺
2.1 0号段施工
2.1.1 施工托架
轻型斜拉式挂篮施工无需托架辅助,托架主要用于0号段纵向宽出墩身的0.4 m施工及横向外模架下端支承受力。在墩身预留孔道,利用精轧螺纹钢将托架与墩身对穿,并用精轧螺纹钢锚具将其锚固于墩顶。
2.1.2 支座
1)永久支座:
严格按设计准确安装固定,并控制好平整度,保证支座均匀受力。首先严格控制垫石顶面平整度,并在支座与垫石之间加填3 mm铅板,利用铅板变形填充底座与垫石的间隙。
2)临时支座:
每个主墩设置两排35.5(33.5)cm高、50 cm宽、510 cm长的C50混凝土临时支座,在临时支座中间设置5.5 cm的硫磺砂浆层,硫磺砂浆中均布电炉丝。
2.1.3 模板系统
外模利用挂篮的外侧模及模架,对拉螺杆固定,底角支承于墩顶托架上。采用胶合板作内模,设对拉螺杆与外模固定。
2.1.4 混凝土施工
0号段混凝土土方量大,预应力管道布置复杂,钢筋密集,采用二次浇筑。第一次浇筑底板及部分腹板,总高度2.20 m,混凝土采用坍落度为16 cm～18 cm的流态细石混凝土,混凝土泵车输送入模,确保混凝土浇筑质量。混凝土达到一定强度后,对施工缝进行凿毛、清洗,并铺2 cm厚高标号砂浆衔接层,然后二次浇筑混凝土,待混凝土强度达到设计90%后张拉横向及竖向预应力筋并压浆,完成0号段施工。
2.2 悬臂段施工
2.2.1 轻型斜拉式挂篮
采用轻型斜拉式挂篮(39 t)具有结构轻巧、移动方便、受力下沉小的特点,还有高度较低、施工受风载影响小,满足海岛地区抵抗风载的安全要求。
1)挂篮组成:
由主梁系、斜拉杆、斜拉横梁、上下限位器、模板系和滑梁等组成,如图2所示。a.主梁系:包括上下主梁、前后上横梁、平联。主梁是挂篮的承重结构,用于承受灌注梁段重量和作为走行时模板的支撑,由2根Ⅰ45工字钢上下搭接而成,主梁后端利用箱梁竖向预应力筋压紧,省去抗倾覆的平衡压重。横梁用于悬吊内外滑梁并与主梁和平联连接,形成平面结构以加强挂篮的整体稳定性。b.斜拉横梁:用于支撑斜拉杆上端并将斜拉杆承受的模板及混凝土重量传递给主梁。c.斜拉杆与上限位器:斜拉杆下端与前下横梁销接,以吊住底模,其上支点设于主梁的前支点处,主梁尾部的上限位器以防主梁向前滑移。上限位器孔眼间距与竖向预应力筋的间距取相同的模数,便于利用其锁定限位器。d.下限位器:在纵梁后端设置下限位器控制底模后移,将水平力传递已成梁段的底板。下限位器与梁底的连接杆采用45°斜置,以消除连接杆在梁底预留孔内由于局部承压而造成的弯曲应力。e.模板系统:底模由纵梁和横梁组成骨架,上铺钢模组成底模系统,侧模由腹板和翼缘底板两部分组成,并由外模桁架、外滑梁及内外模对拉螺杆固定与支承。外模架设置可变位的牛腿支承在前后下横梁上,以承担外模架部分受力并可随梁高调整,外模模架顶、侧部连接杆件采用长孔栓接,可根据翼缘的角度进行调节,模架上下两排滚筒,上排供侧模沿滑梁走行,下排用于滑梁前移的滚道。内模采用胶合板模,由内模架及对拉螺杆固定。
2)挂篮的安装及拆除。
a.挂篮的安装。0号段完成后,安装挂篮下主梁(坝岗侧与梁端对齐)、垫梁并与0号段锚固→安装两侧上主梁、前后上横梁、斜拉横梁及平联→安装前后下横梁及3根纵梁的组拼件及吊杆→安装剩余4根纵梁及底模→安装吊杆、外滑梁及外侧模(含外模架)及牛腿→安装内模架、内滑梁、内模及吊杆→安装斜吊杆→调整模板高程,要求安装过程中两侧挂篮必须同步进行。1号段完成后将底、侧、内模系统与梁体固定连接好并松开坝岗侧主梁及平联→拆掉坝岗侧上主梁、前横梁、斜拉横梁及平联→移动盐田侧挂篮到2号段→安装坝岗侧主梁并与盐田侧主梁焊接→安装上主梁前后横梁、斜拉横梁及平联→移动内模、底模及侧模系统至2号段→安装两侧的后下限位器。2号段完成后分离两侧挂篮主梁,安装两挂篮上限位器,完成挂篮安装。b.挂篮拆除。首先将底模系统与侧模焊接成整体,用倒链将底模和侧模系统悬挂于梁体上→松开与上主梁及横梁的连接→利用多重倒链将底模系统逐步放到地面上拆除→内侧系统在梁内解体后拆除→上主梁、横梁及平联在梁上利用吊车将其解体拆除。
3)挂篮试验(静载试验)。
对挂篮进行静载试验,测试其变形量,承载能力,确定其弹性和非弹性变形,为箱梁预拱值设置提供依据。该试验选择左幅2号墩2号梁段位置进行,采用混凝土预制块逐级加载到2号梁段设计自重的100%,至超载120%,最后减载到初始状态,以测定挂篮结构荷载—拱度曲线,如图3所示。
2.2.2 悬臂段施工
1)悬臂段施工工艺流程见图4。
2)悬臂段混凝土的浇筑。a.采用具有水灰比小、坍落度大、和易性好的早强缓凝混凝土。b.混凝土采用商品站集中拌和,输送车运输,输送泵泵送入模。c.混凝土浇筑采用单泵两端交替进行,控制混凝土间隔时间且两边不平衡力矩小于设计要求。d.混凝土浇筑按先底板再腹板最后顶板的顺序分层浇筑。纵向从梁端向已成梁段方向浇筑,横向从高向低浇筑(即先内后外)。
3)悬臂段张拉、压浆。悬臂段预应力采用先纵向再横向最后竖向的顺序对称张拉。纵向采用双端张拉,横向、竖向为单端张拉,具体的张拉依据设计、规范执行。张拉完成后,先用空压机将管道内的水、杂物吹干净,然后进行真空辅助压浆。
2.2.3 边跨现浇段施工
根据地形条件,边跨现浇段采用WDJ碗口式满堂支架法施工。
2.2.4 合龙段施工和体系转换
1)施工工艺流程。
挂篮行走,吊架安装→砌筑红砖水池并注水压重→焊接劲性骨架,张拉部分预应力束,模板及钢筋安装→浇筑混凝土→张拉预应力束→拆除挂篮及水池→解除临时支座约束及永久支座的锁定,完成体系转换。
2)合龙段施工。
边跨合龙段直接采用吊架法施工,中跨合龙段利用已对接的挂篮承重梁作为支承、吊架法施工。为保证合龙段浇筑质量,合龙段采用含水率小、坍落度大的微膨胀混凝土,浇筑混凝土选择在1 d中温度最低又相对较稳定的时间进行,并加强养护,防止因温度变化造成混凝土出现裂纹,缩短混凝土使用寿命。
3)体系转换。
a.临时支座拆除。临时支座拆除必须均衡、快速、稳定,防止内力重新分布对梁体造成破坏。具体拆除过程是:将临时支座内电炉丝并联,经检查无误后通电,利用电炉丝产生的高温熔化掉临时支座内硫磺砂浆层,然后用氧割枪将临时支座内钢筋割断,解除对梁段的约束,再将普通混凝土段预埋管道清干净,灌注静态破碎剂拌合液,将普通混凝土在无冲击破坏的情况下破碎,人工清除干净,最后割掉梁底、墩顶外露钢筋,并用砂浆将其封闭好,完成临时支座拆除。b.体系转换过程。本桥的体系转换就是从单T结构的负弯矩受力状态转换成连续梁的正负弯矩交替分布的形式。具体过程是:边跨合龙中跨合龙边跨底板纵向预应力张拉及顶板合龙束张拉中跨底板纵向预应力筋张拉临时支座的拆除体系转换。
4)合龙的精度。
通过合龙技术的采用,大桥各项指标均满足设计及规范要求,达到了以下精度,见表1。
mm
3施工控制
3.1施工控制的目的
施工控制的目的就是确保施工过程中结构的可靠性和安全性,保证桥梁线形及受力状态符合设计要求。通过理论计算得到的各施工梁段的主梁标高,在施工中存在误差,不同程度地对成桥目标产生干扰,并可导致合龙困难,成桥线形及内力与设计不符,因此,在施工过程中必须严格控制。
3.2施工控制分析
海口绕城高速绿色长廊立交桥施工阶段实施控制时,将其简化为平面结构,各阶段离散为梁单元,合龙前后结构体系转变,即由对称单“T”结构变成连续梁结构,故合龙前调整时,只取单“T”分别调整。在施工中,对应力、挠度、挂篮结构荷载与拱度关系基础沉降、温度影响、混凝土弹性模量及容重等内容进行测试与识别。从前进分析、倒退分析、实时跟踪分析三方面入手,相互结合,实现结构在线形、内力各方面满足设计要求的目标。各施工阶段立模标高以及混凝土浇筑前后,预应力筋张拉前后的预计标高计算式为:
其中,Hlm为立模标高;Hsj为设计标高;Hyp为计算预抛高值;fgl为持久变形值。
预计标高:
其中,fi为浇筑当前块的下挠值或张拉后的总下挠值。
但是,实际的施工状态与理想的施工状态总是有差别的,利用反馈控制实时跟踪分析系统实现桥梁结构施工控制。
4体会
1)轻型斜拉式挂篮具有结构轻巧、受力变形小、拼装及移动方便(无需大型起重设备)、施工干扰小、抗风载能力强的特点,并且适合现场制作。2)轻型斜拉式挂篮无需大型、复杂的托架辅助、节约费用、施工方便。3)有效的施工控制:a.保证桥梁线形的圆顺、美观,使内力更加符合设计要求。b.保证了施工过程的安全性和可靠性,有利于及时发现问题。4)合龙技术的应用保证了大桥的成桥质量,解决了悬臂浇筑法施工连续梁合龙的难题。
摘要：结合具体工程实例,详细地介绍了曲线连续梁悬臂浇筑法施工技术,提出了施工控制的目的和措施,指出该大桥施工采用的轻型斜拉式挂篮、施工控制技术、合龙技术使该桥的建设达到了较高水平。
关键词：曲线,悬臂浇筑法,挂篮,施工控制,体系转换
参考文献
连续曲线 篇6
曲线梁线形优美,给人美的享受,其线形布置的灵活性使其备受城市桥梁的青睐。高墩曲线连续梁桥能很好的适应周边环境,在城市桥梁中占巨大的优势,对高墩曲线连续梁桥进行合理抗震设计至关重要。连续曲线梁桥的桥墩高度越来越大,其横向地震响应比较大,对其进行地震时程分析很有必要,能指导和修正高墩曲线连续梁桥的抗震设计。
1 计算模型及基本资料
以中山市35号快速路工程长江大桥引桥为原始模型,研究不同曲率半径以及墩高情况下,横截面尺寸不变时,高墩曲线连续梁桥的地震响应。构造三跨、五跨及七跨高墩曲线连续梁桥模型,跨径组合分别为3×30 m,5×30 m,7×30 m。全桥上部结构采用大悬臂带托梁的单室两箱梁,箱梁混凝土标号C50,中心梁高165 cm(不包括铺装),桥宽25.5 m(包括栏杆),双向六车道,桥面横向布置为:0.45 m(防撞墙)+12 m(行车道)+0.6 m(防撞墙)+12 m(行车道)+0.45 m(防撞墙)=25.5 m。盖梁和桥墩混凝土标号C30。横断面图见图1。
2 高墩曲线连续梁桥的横向地震分析
为了研究不同的地震波输入、不同墩高、主梁不同曲率半径及主梁不同跨数情况下高墩曲线连续梁桥的动力响应,选取了三跨、五跨及七跨模型进行计算。场地为Ⅱ类,地震基本烈度为7度,现在提高为8度进行地震计算。时程分析时,地震加速度峰值为0.1g,提高为0.2g进行抗震计算。输入Elcentro波进行计算,地震波输入前,均调幅到αmax0.2g,Elcentro波作用时间为20 s,时间步长为0.02 s,步数为1 000步,地震波加速度曲线见图2。
计算采用有限元通用程序ANSYS10.0,主梁、桥墩及盖梁均采用空间梁单元Beam4,模型采用柱面坐标,原点在主梁圆曲线的圆心位置,y方向为横桥向即沿半径方向,x方向为顺桥向即圆周切线方向,地震波输入方向是圆曲线圆心到主梁中点两点直线方向。在桥梁跨数变化时,比较支点横向位移及加速度响应。
2.1 不同墩高下的横桥向动力响应
三跨模型取曲率半径R=100 m,墩高度H=10 m～60 m,计算出在Elcentro波激励下,中支点(2号支点)的横桥向位移、速度和加速度响应。其时程分析结果的响应峰值见表1。
以上分析可得出:随着墩高的增加,横向激励时横桥向位移和速度开始增加很快,增加到一定程度时开始减小,但减小的幅度不大;墩高小于30 m时横桥向加速度比较大,随着墩高增大,横桥向加速度减小,在墩高增加到30 m以后,横桥向加速度值趋于稳定。
2.2 不同曲率半径下的横桥向动力响应
三跨模型取墩高H=30 m,主梁曲率半径R=100 m～600 m,在Elcentro波激励下,计算出中支点(2号支点)的横桥向位移、速度和加速度响应。其时程分析结果的响应峰值见表2。
以上分析可得出:随曲率半径增大,中支点在Elcentro波激励下的横桥向位移、速度和加速度响应基本不变。
2.3 不同桥梁跨数下的横桥向动力响应
现取三跨、五跨及七跨模型中曲率半径R=100 m,墩高取H=30 m。为了得到不同跨数的地震响应对比,在Elcentro波激励下,将三跨、五跨及七跨模型中的2号,3号和4号支点的位移及加速度响应峰值进行对比。其时程分析的响应峰值见表3。
以上分析可得出:桥梁跨数变化时,桥梁在Elcentro波激励下,横桥向位移、速度和加速度响应值都基本不变,可见桥梁跨数变化对激励下的响应影响不大。
3结语
以中山市35号快速路工程长江大桥引桥为基础,构造了三跨、五跨及七跨高墩曲线连续梁桥模型。用通用软件ANSYS10.0建立有限元模型,并选择Elcentro波进行激励,得出了不同墩高、不同主梁曲率半径和不同桥跨数情况下桥梁支点横桥向位移及加速度响应的变化规律。结论如下:
1)随着墩高的增加,横向激励时横桥向位移开始增加很快,增加到一定程度时开始略有减小;墩高不大时横桥向加速度比较大,随着墩高增大,横桥向加速度减小,在墩高增加到一定值时,横桥向加速度值趋于稳定。
2)随曲率半径增大,支点在Elcentro波激励下的横桥向位移及加速度响应基本不变,说明曲率半径变化对支点横桥向响应影响不大。
3)桥梁跨数变化时,桥梁在三种地震波激励下,横桥向位移及加速度响应值都基本不变,可见桥梁跨数变化对激励下的响应影响不大。
摘要：借助大型通用有限元软件ANSYS对高墩曲线连续梁桥进行地震时程分析,得出在Elcentro地震波激励下主梁支点处横桥向时程响应峰值与墩高、主梁曲率半径及桥跨数之间的相互关系。
关键词：高墩曲线连续梁桥,地震响应,地震时程分析
参考文献
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曲线连续T型刚构桥应力优化 篇7
关键词：T型刚构桥,曲线梁桥,应力优化
1 工程概况
穗莞深城际铁路新塘站特大桥上跨既有广深铁路的连接线4线采用半径R = 410 m的曲线。受既有广深铁路新塘站站场以及规划线的影响, 综合考虑桥梁的整体稳定性、墩高较矮、主桥前半部分位于圆曲线与缓和曲线上等情况, 主桥采用 ( 62 +82 +62) m连续T型刚构桥跨越, 2 号墩为墩梁固结, 3 号墩与梁之间设置支座。全桥曲线部分采用曲线曲做, 主桥桥形布置与平面布置图如图1, 图2 所示。
桥梁主要技术标准: 1) 设计速度: 80 km/h; 2) 线路情况: 单线, 城市轨道交通; 3) 轨道类型: 无砟轨道; 4) 设计活载: 0. 6UIC;5) 地震设防烈度: 设计地震动峰值加速度0. 1g, 地震动反应谱特征周期0. 35 s。
2 主要建筑材料
梁体采用C50 混凝土, 墩采用C40 混凝土, 桩基础采用C35混凝土; 梁体纵向预应力钢束采用17-Φs15. 24 mm, 15-Φs15. 24 mm和12-Φs15. 24 mm高强度低松弛钢绞线。箱梁竖向预应力钢筋采用直径32 mm的PSB830 螺纹钢筋, JLM-32轧丝锚锚固, 内径50 mm铁皮波纹管成孔; 梁体普通钢筋采用HRB400。
3 桥梁结构设计
桥梁结构形式采用单箱单室变高度直腹板等宽箱形截面, 桥梁跨中及边跨端部截面中心处梁高为4. 033 m, 中支点截面中心处梁高为7. 033 m, 箱梁顶宽7. 2 m, 底板宽5. 0 m, 顶板厚0. 4 m, 底板厚0. 5 m ~ 1. 0 m, 其厚度方程为 ( 单位: cm ) :, x的变化范围为:0≤x≤3 820; 箱梁变化段范围内梁高按圆曲线变化, 其截面中心处梁高方程为 ( 单位: cm) :, x的变化范围为: 0 ≤ x≤3 820; 腹板厚0. 5 m ~ 1. 0 m, 按折线变化; 全联在中支点和边支点处设置端横隔板, 在边跨跨中和中跨跨中分别设置30 cm厚的中横隔板, 端横隔板和中横隔板均设置过人洞, 主梁跨中及墩顶横截面如图3, 图4 所示。
桥梁结构按纵、竖双向预应力体系设计, 纵向按全预应力构件设计。竖向预应力钢筋在腹板沿顺桥向每50 cm设置一根。
4 施工方法
主梁采用挂篮悬臂现浇法施工, 其主要施工顺序如下: 1) 依次完成桩基础、承台及墩身施工, 架设0 号块现浇支架, 在支架上施工0 号块, 待0 号块施工完毕后, 依次悬臂现浇剩余节段; 2) 合龙顺序: 先合龙边跨, 后合龙中跨; 3) 施工桥面系等附属设施, 完成全桥施工。
5 截面应力优化计算
1) 结构计算模型。
桥梁结构采用Midas civil 2012 建立结构空间杆系有限元模型, 计算中按照实际的施工顺序进行模拟, 全桥共分为175 个单元, 183 个节点; 结构有限元模型如图5 所示。
2) 计算荷载及参数。
设计活载为0. 6UIC, 二期恒载单线曲线段按98. 5 k N/m、直线段按95 k N/m考虑, 基础不均匀沉降为0. 15 cm, 根据当地气候条件, 结构整体升降温按 ± 20 ℃ 考虑, 主梁顶板升温按10 ℃ 、降温按- 5 ℃ 考虑, 其他设计荷载及相关参数按TB 10623—2014 城际铁路设计规范取值。
3) 应力计算结果比较。
a. 钢束张拉控制应力调整前的计算。在模拟计算时, 曲线梁内外侧的纵向预应力钢束张拉控制应力均采用0. 68fpk= 1 264. 8 MPa, 在运营阶段主+ 附加力作用下, 桥梁跨中底缘正应力见表1。
MPa
从表1 的计算结果可以看出, 第一跨跨中截面底缘曲线内侧的应力是2. 02 MPa, 是曲线外侧的2. 2 倍; 第二跨跨中截面底缘曲线内侧的应力是1. 2 MPa, 是曲线外侧的1. 5 倍, 第三跨跨中底缘曲线内侧的应力与曲线外侧的应力差别不大。从图1 可知, 第一跨与第二跨位于圆曲线与缓和曲线上, 第三跨位于直线上; 此外, 曲线梁桥由于腹板内短外长, 曲线梁桥外侧的腹板受力要比内侧腹板大, 因而曲线梁桥曲线外侧的应力比内侧的应力要小, 并且曲率越小, 截面内外侧的应力相差越大。
b. 钢束张拉控制应力调整后的计算。为减少曲线梁截面底缘内外侧应力差, 可通过调整曲线梁底板内外侧钢束张拉控制应力, 把部分梁底板外侧的钢束张拉控制应力调整为0. 75fpk=1 395 MPa, 内侧的钢束张拉应力调整为0. 65fpk= 1 209 MPa; 通过模拟计算, 在运营阶段主+ 附加力作用下, 桥梁跨中底缘正应力见表2。
MPa
从表2 的计算结果可以看出, 钢束张拉控制应力调整后, 曲线内侧的应力略为减小, 但不明显; 第一、第二跨跨中截面曲线外侧的应力增加比较明显, 分别增加了28% 和30% , 第三跨由于位于直线上, 底板的钢束张拉控制应力没有调整, 其对应的截面内外侧的应力基本无变化。
6 结语
1) 曲线梁桥由于腹板内短外长, 在同样的荷载作用效应下, 曲线梁桥外侧的腹板受力要比内侧腹板大, 截面外侧的应力比内侧的应力要小, 并且曲率越小, 截面内外侧的应力相差越大。
2) 通过调整曲线梁桥底板内外侧的张拉控制应力差, 可明显减小曲线梁桥截面内外侧的应力差, 使曲线梁桥截面内外侧应力趋于均匀。
3) 曲线梁桥由于桥梁结构自身受力的特殊性, 相比同等跨径的直线梁桥要复杂, 曲线梁桥的受力不可避免地存在“弯—扭”耦合作用, 这会引起曲线梁桥截面内外侧应力存在差异, 因而要在结构计算和设计中引起足够的重视。本文通过调整内外侧预应力钢束张拉控制应力的方法来优化截面应力, 用三维计算软件Midas civil 2012 进行模拟计算, 并验证了其有效性, 可以为同类桥梁的设计提供参考。
参考文献
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连续曲线 篇8
上海中环沪闵高架路立交WS匝道桥跨越地铁1号线及沪杭铁路段, 采用四跨变高度连续刚构, 桥宽9~12.25 m, 桥墩高度20 m左右[1], 其三维空间示意图见图1。
连续刚构桥位于圆曲线及缓和曲线上, 圆曲线半径R=110 m, 为大跨度小半径曲线梁, 考虑横向稳定性及抗震要求采用墩梁固结的构造, 该类结构目前为上海地区首创, 受力特性比较复杂, 结构分析及设计具有一定难度。
对于曲线连续梁的分析方法以及结构性能的分析, 可以参考的文献较多[2], 但是, 关于曲线连续刚构总体结构特性分析研究的参考文献却很少。为准确把握大跨度小半径曲线梁桥结构的总体受力特性, 有必要对其进行总体参数分析, 主要包括桥墩高度对结构的影响, 相同跨径、不同曲线半径对结构的影响, 边跨的约束刚度对结构的影响。
2 计算模型及总体参数的确定
2.1 结构计算模型
结构计算采用MIDAS空间梁单元模型。实桥为四跨连续刚构曲线钢箱梁, 跨径组合为35.5 m+74 m+84.5 m+47.5 m, 结构计算模型见图2。
计算模型中的参数输入, 例如截面几何特性、边界条件等, 严格与实际结构设计图纸相一致, 在输入结构的恒载时, 作了以下考虑[3]。
1) 结构自重。考虑隔板、加劲、焊缝等未计入计算模型的结构重量, 根据施工图纸中的数量表, 对梁单元采用1.43的自重修正系数。
2) 二期恒载。桥面铺装和防撞护栏作为梁单元上的均布荷载施加。
3) 附加扭距。计算模型中, 单个单元为直杆, 箱梁自重及二期恒载因平面内外侧弧长不等引起的扭矩程序无法自动计算, 故采用手工计算荷载后加载的方法。计算时以结构中心线为中心, 将钢箱梁分为曲线外侧和内侧两部分, 自重扭矩计算考虑横坡和平曲线的影响, 单位长度上的自重扭矩为
式中:A1、A2分别为外侧部分与内侧部分的面积, m2;e1、e2分别为外侧部分与内侧部分的形心至结构中心的径向距离, m;γ为材料的容重, k N·m-3;L1、L2分别为外侧部分与内侧部分形心线处的弧长, m。
桥面铺装产生的扭矩根据结构中心两侧的扇形面积及形心处弧长差计算;防撞栏杆产生的扭矩根据两侧防撞栏杆处的弧长差计算。
2.2 总体参数的确定
以项目为背景, 对小半径大跨度曲线连续刚构桥的桥墩刚度、平曲线半径及边跨约束刚度进行参数化分析, 检算同类型结构在不同总体参数条件下的受力特性。
1) 桥墩刚度对结构的影响。实桥3个固结墩柱的墩高分别为20.376 m、23.336 m、23.094 m, 通过改变墩柱高度模拟结构抗推刚度的变化。分别将实桥固结墩柱的墩高增加5 m、减小5 m后进行结构计算, 分析上、下部结构的内力变化情况。
2) 平曲线半径对结构的影响。实桥位于半径110 m的圆曲线及缓和曲线上, 分析整联箱梁在跨径布置不变情况下位于半径60 m、80 m和100 m圆曲线上的受力情况, 进而得出平曲线半径对结构受力的影响。
3) 边跨约束刚度对结构的影响。实桥为四跨变高度连续刚构, 3个中墩为固结墩, 检算两侧各增加一孔35 m边跨 (等截面布置, 梁高1.9 m) 后的结构受力情况, 特别是主跨钢箱梁和固结墩柱的内力变化。
3 参数结果分析
3.1 桥墩刚度的影响
实桥的2个边墩设支座, 支座间距均为3 m, 未设置偏心, 在代表工况恒载、温度荷载 (温度荷载对刚构的受力影响比较敏感) 作用下的支座反力见表1。表1中, 外侧、内侧是针对平面曲线而言, 正值表示受拉, 单位均为k N;结构整体升降温考虑±30 K, 整体降温下的支座反力值与整体升温的相同, 但符号相反, 不再列出;墩号WS10与WS14为该联两端边墩的编号。
由表1可见, 墩柱刚度的变化对边支座反力影响不大, 2个墩位处的总反力均变化很小, 仅是由于箱梁扭矩的变化引起内、外侧支座间的分配有一定差异, 随墩高增加、墩柱刚度减小, 边墩曲线外侧支座反力相应减小。
根据参数分析结果[3], 恒载下主梁内力受墩柱刚度影响不大, 支点处最大负弯矩基本相同, 最大正弯矩差异为4%左右;中支点处最大正、负扭矩差别很小, 84.5 m中跨扭矩较大的区域 (四分点附近) , 扭矩值差异在17%左右。不同墩高参数下的整体升温主梁弯矩比较图及扭矩比较图见图3、图4。由图3、图4可见, 整体升温荷载作用下主梁内力受墩柱刚度影响较为明显, 支点处最大弯矩差异将近1倍;中跨扭矩较大的区域, 扭矩值差异在1倍以上。
墩柱高度的变化主要体现在顺桥向弯矩上。整体温度作用下, 顺桥向弯矩最大的次中墩WS11、WS13墩顶位置, 弯矩变化幅度在50%以上;横桥向弯矩最大的中墩WS12墩墩底位置, 10 m的墩高差别可引起34%的弯矩变化[3]。
随着墩柱高度增加、刚度减小, 在恒载下, 主梁主跨跨中的竖向位移略有增大, 其中84.5 m跨更为明显, 墩高每增加5 m, 变形增大约3%。
3.2 平曲线半径的影响
表2列出曲线连续刚构在代表荷载工况作用下不同平曲线半径参数下的支座反力。表2中, 车道荷载考虑2个车道的汽车荷载, 其余说明与上节内容相同。
由表2可以得到, 平曲线半径的变化对边墩支座反力影响不大, 2个墩位处的总反力变化很小, 但由于箱梁扭矩的变化, 内、外侧支座间的分配有一定差异, 随曲线半径的增大, 边墩曲线外侧支座反力相应增大。
根据参数分析结果[3], 平曲线半径对主梁弯矩的影响在整体温度效应下比较明显, 支点处的弯矩最大值相差1倍以上 (见图5) ;在恒载和活载下影响很小, 变化趋势均是随平曲线半径增加弯矩相应减小。
平曲线半径对主梁扭矩的影响十分明显, 恒载下部分中支点处扭矩相差1倍以上 (见图6) , 整体温度下更是相差到1.5倍 (见图7) , 变化趋势均是随平曲线半径增加扭矩相应减小。
平曲线半径对曲线刚构固结墩内力的影响主要体现在横桥向弯矩上, 随平曲线半径的增加, 墩柱横桥向弯矩减小, 特别是墩顶处, 最不利工况下相差可达1倍。随平曲线半径的增加, 弯矩略有增大, 控制截面处相差10%左右。墩柱轴力基本不受平曲线半径变化的影响[3]。
此外, 随着曲线半径增加, 主梁主跨跨中的竖向位移略有减小, 半径由60 m增加至80 m的变化幅度较80 m增加至100 m的更大一些, 可见半径绝对值越小, 结构对半径的变化越敏感。
3.3 边跨约束刚度的影响
新增加的2个边跨仅考虑自重荷载, 不计二恒、活载等效应。
参数分析结果表明[3], 增加边跨对主梁弯矩变化很小, 仅在整体温度效应下比较明显 (见图8) 。
增加边跨后, 主跨主梁的扭矩有所减小, 特别是84.5 m跨, 由于原跨径布置中边跨跨径较大, 增加边跨后刚度改善显著, 其扭矩值下降较明显 (见图9) 。
边跨约束刚度对固结墩内力的影响不大, 轴力和顺桥向弯矩变化幅度很小, 横桥向弯矩变化较明显, WS13墩底控制截面处达到了30%[3]。
此外, 增加边跨后, 恒载下主梁主跨跨中的竖向位移增大3%左右。但由于边跨刚度的增加, 活载等效应作用下位移有所减小, 因此在最不利工况下的变形相差很小[3]。
4 结语
以上海中环路沪闵高架路立交WS匝道跨轨道交通1号线及沪杭铁路变高度曲线连续刚构桥为背景, 对小半径大跨度曲线连续刚构桥的桥墩刚度、平曲线半径及边跨约束刚度进行参数化分析, 得到以下一些主要结论。
1) 随着墩柱高度的增加、刚度减小, 主梁和固结墩柱在主要控制截面的内力均有不同幅度的减小, 主跨跨中的竖向位移只略有增加, 结构受力有一定程度的改善。
2) 桥梁结构受平曲线半径的影响主要体现在主梁扭矩和固结墩的横桥向弯矩上, 随半径的增加而减小;主梁主跨跨中的竖向位移随半径的增加而略有减小。
3) 桥梁结构受边跨约束刚度的影响主要体现在主梁扭矩上, 随约束刚度的增加而减小。
摘要：大跨度曲线连续刚构的结构总体受力比较复杂, 可供设计参考的工程实例不多, 有必要进行结构的总体参数分析。以曲线连续刚构的平曲线半径、桥墩刚度、边跨的约束刚度为总体参数, 利用空间梁单元模型对曲线连续刚构进行详细的结构总体分析, 得出结构在不同参数下的支座反力、变形及内力的变化情况, 为曲线连续刚构的设计提供理论参考。
关键词：曲线连续刚构,大跨度,参数分析,曲率半径,墩柱刚度
参考文献
[1]上海市城市建设设计研究总院.上海中环路沪闵高架路立交WS匝道跨地铁1号线及沪杭铁路曲线连续刚构桥设计文件[R].2012.
[2]黄剑源.薄壁结构的扭转分析——曲线梁与斜支箱形梁[M].北京:中国铁道出版社, 1998.