横截面应力（精选9篇）
横截面应力 篇1
众所周知,在材料力学中,进行变截面梁应力分析时完全采用等截面梁的公式.这种做法至少在纯弯曲情况下不能满足梁上下表面的静力边界条件.本文从一般情况出发在继承经典的弯曲正应力公式前提下,应用静力边界条件与微体平衡方程导出变截面梁的弯曲切应力公式.
1 理论分析
图1为变截面梁弯曲问题示意图.现认为距中性轴为y处的正应力仍可采用经典的弯曲正应力公式[1]
下面,推导变截面梁弯曲切应力.在变截面梁上表面附近取一微体,如图2所示,由平衡方程可得
因此,就得到了变截面梁上表面附近的切应力表达式.
又在变截面梁内部取一矩形微体,其平衡方程为[2]
这虽然为弹性力学方程,但也极易推导.式(4)可改写为
将等式两边对y积分,整理得
将式(3)代入式(6),可得
这样,就得到了变截面梁切应力的一般表达式.当h,/为常数,即等截面梁情况下,式(7)退化成为我们所熟知的等截面梁切应力公式.而对于变截面梁,在y=h/2时,切应力并不为零.
2 对比分析
将以斜削梁为例进行分析.考虑一矩形截面悬臂梁,宽度为b,高度线性变化,如图3所示.
2.1 悬臂梁自由端承受力偶作用
其中,为无量纲化的弯曲切应力.即使在纯弯曲情况下,横截面上仍然存在切应力,图4给出横截面上的无量纲切应力的部分结果,图4(a)显示h1/h0=0.3情况下,在梁两端及中部横截面上的无量纲切应力分布.图4(b),4(c)分别显示了中性层和横截面上下边缘处的无量纲切应力沿梁轴线的变化情况.可以看到h1/h0较小时无量纲切应力较大,且最大切应力位于梁横截面上下边缘处,而非中性轴上.
2.2 悬臂梁自由端承受横向力作用
当h1=h0时,上式自动退化为等截面梁切应力公式.
图5给出了横截面上的无量纲切应力的部分结果,图5(a)显示了h1/h0=0.3情况下,在梁两端及中部横截面上的无量纲切应力分布.图5(b),5(c)分别显示了中性层和梁横截面上下边缘处的无量纲切应力沿梁轴线的变化情况.可以看到,与材料力学公式所得中性层,横截面上下表面处有较大区别.
表1给出了l=500 mm,b=10 mm,h0=40 mm,h1=20mm时的对比数据,可见,本文的切应力公式结果与有限元解基本吻合,最大误差为5.4%,而原材力切应力公式结果与有限元解相差甚远.
摘要：从一般情况出发在继承经典的弯曲正应力公式前提下，应用静力边界条件与微体平衡方程导出变截面梁的弯曲切应力公式．结果与有限元解基本吻合，而传统材料力学方法与之相差甚远．
关键词：切应力,变截面梁,微体,平衡方程,边界条件
参考文献
[1] Timoshenko SP,Gere JM.Mechanics of Materials,Van Nostrand Reinhold Company,1972
[2] Timoshenko SP,Goodier JN.Theory of Elasticity,Third Edition,McGraw-Hill Book Company,1960
横截面应力 篇2
对于旋成体有攻角绕流,本文研究了垂直于物面的横截面上的流态结构.利用解析方法,给出了物面轮廓线上、迎风和背风对称线上以及全横截面上截面流线方程奇点的分布规律以及奇点沿流动方向的演变规律,从而可定性地确定截面流态的结构.通过求解NS方程,数值模拟了钝锥有攻角高超声速绕流流场,计算获得的垂直于物面的.横截面流线的拓扑结构和理论分析完全一致.
作 者：张涵信 国义军 Zhang Hanxin Guo Yijun 作者单位：张涵信,Zhang Hanxin(中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳,621000)
国义军,Guo Yijun(国家计算流体力学实验室,北京,100083)
横截面应力 篇3
关键词：变截面;箱梁大桥;钢管桩;结构计算
1、前言
据统计，每年都有桥梁因为支架的倒塌而产生人员伤亡[1]，通常发生事故原因有两个，一是设计荷载不足，安全失效，二是施工管理不到位，工作人员蛮干，导致施工安全事故。桥梁施工支架的施工方法和技术对于工程建设的顺利进行以及结构的安全至关重要。
随着桥梁技术不断发展，变截面大体积预应力混凝土箱梁得到越来越广泛的应用，其设计及施工单位更加重视施工计算和脚手架培训工作。例如李明星[2]结合某市政变截面曲线匝道桥满堂门式支架施工，详细介绍了满堂门式支架的构架方法和稳定性计算。文瑜 谢玮[1].对桥梁施工临时支架倒塌的常见原因进行了分析，对影响支架稳定性的因素和支架稳定性计算方法进行了总结。刘明军，林志军[3]介绍田安大桥主桥拱面部分的梁段安装支架钢管桩的设计计算与施工。希文峰，黄羚[4]根据满堂支架的结构及受力特征，分析了满堂支架荷载计算方法以及立杆、底模、纵向方木、横向方木等主要组成构件的计算模型。
2、工程概况
某桥工程桩号分别为K0+000，终点桩号K2+300，全长2.3km。主桥上部构造：混凝土C55：16293.6m3Ⅰ钢筋606t，Ⅱ钢筋2747t，预应力钢绞线841t。该桥左幅设计为：（4×32m）等截面预应力砼连续箱梁+（58+3×96+58）变截面预应力砼连续箱梁+（3×24）等截面预应力砼连续箱梁+（4×32）等截面预应力砼连续箱梁+（3×32）等截面预应力砼连续箱梁;右幅设计为：（3×32m +24.175m）等截面预应力砼连续箱梁+（58+3×96+58）变截面预应力砼连续箱梁+（25.825+2×27）等截面预应力砼连续箱梁+（4×32）等截面预应力砼连续箱梁+（3×32）等截面预应力砼连续箱梁。
该桥主桥设计为58m+3×96m+58m五跨变截面预应力混凝土连续箱梁。主跨箱梁单“T”共分12段悬臂浇筑，0号梁段长12m，其余1-12号梁分段长为7×300+5×400cm，邊跨、次边跨、中跨合拢段都为2m，边跨现浇段长10m。0号梁段和边跨现浇段采用钢管桩支架现浇施工，主跨T构采用对称挂篮悬臂现浇施工，悬浇最重梁段为1794kN。
3、钢管桩支架计算
主要临时支架破坏形式为失稳破坏，即支架倒塌。倒塌主要是由于支架承受的施工临时荷载时位移变形过大而造成，即几何非线性的影响十分明显。为保证临时支架结构体系，整体稳定性满足要求是设计过程的首要问题。支架现浇方案，采用布架灵活、搭拆方便、承载力大。如图2所示，取单根钢管桩受力进行分析。
慣性半径;柔度系数;
极限柔度;
λ<λ2，屬于短粗杆（小柔度杆），用经验公式计算F=σcr×A;
F=cr×A=200×=3480KN;安全系数为：;
中间钢管桩满足施工要求。
4.2两侧钢管桩计算
平均横断面积A=5.81m2。方法同中间钢管桩计算方法，最终得出，安全系数，中间钢管桩满足施工要求。
4.3縱向分配梁受力计算
通过分析，纵向分配梁最不利位置为中腹板，荷载由六根Ⅰ25b工字钢承担，工字钢间距1.2m。
计算得出恒载：（q1+q2）×1.2=328KN;活载：（q3+q4）×1.4=23.5KN;
荷载：恒载+活载=351.5KN;荷载：q=125.5KN/m
分配梁结构计算：Ⅰ25b悬臂长度2.8m。
惯性矩：6×5280cm4=3.168×108mm4;截面抵抗弯矩：W=÷ymax=6×423×cm3=2.54×106mm3
弹性模量：E=206000N/mm2 容许应力：fm=200N/mm2
连续刚构桥施工监控截面应力分析 篇4
理论研究是解决病害的一个方面, 更为重要的是病害的提前预防, 即合理的施工方法和严密的施工过程控制。大桥理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关, 而且还依赖于科学合理的施工方法[1,2]。如何通过对施工过程的控制, 最终得到预期的内力状态和几何线形, 是桥梁施工中的关键问题。对大桥进行施工监控就是通过在施工过程中对结构进行实时监控, 根据监控结果, 评估各主要施工阶段主要构件的变形及应力变化状态是否符合设计要求, 判断施工过程是否安全, 结构是否正常工作。当出现较大误差时, 应对结构进行误差调整, 并对设计的施工过程进行重新安排, 从而保证大桥建成时最大程度地接近理想设计预期状态, 同时确保施工期间的结构安全、施工质量和施工工期[3,4]。
2 依托工程及有限元模型
本文以沿海地区某跨海桥为工程背景, 为95+170+95m三跨预应力混凝土连续刚构, 采用全预应力结构, 主桥箱梁采用单箱单室断面, 顶板宽11.8m, 底板宽6.0m箱梁顶面设置双向2%横坡。箱梁支点梁高10.5m, 跨中梁高4.0m, 梁底曲线为1.6次抛物线。主桥两侧各悬臂2.9m, 悬臂端部厚度20cm, 悬臂根部65cm。箱梁顶板全宽等厚, 为30cm, 底板厚30cm-130cm, 腹板采用直腹板, 腹板厚度50cm-70cm。与双薄壁墩相对应, 箱梁中支点设置两道横隔梁, 厚度均为1.75m, 箱梁边支点横隔梁厚度为1.5m。主梁采用C55海工耐久混凝土。
大桥施工控制过程中, 箱梁承受的外力主要有结构自重、预应力作用悬臂施工挂篮以及施工临时荷载等, 相对主梁轴线为基本对称荷载, 偏心作用较小或根本没有。采用有限元软件MIDAS CIVIL的普通梁单元计算的精度满足设计计算要求[5,6]。
3 分析方法
3.1
先将结构按照实际工况离散成单元, 桥墩结构采用相同方式处理。
3.2
按照实际施工顺序, 包括梁段安装、预应力张拉、挂篮前移、合龙配重等安排若干个施工阶段, 根据各施工阶段主梁的受力状况进行仿真计算。计算过程中应同时考虑温度场的效应。
3.3
将结构按照“倒拆”的方法再进行一遍计算, 同“正装”计算结果比较后, 得出箱梁各梁段理论施工控制值。
3.4
在整个施工控制过程中, 对影响结构变位的变化因素进行跟踪计算, 以确保施工控制计算结果的可靠性。
在该桥施工全过程中, 对全桥结构进行现场测试跟踪, 将测量结果与计算结构进行分析对比。出现误差时, 根据结构线形, 材料弹性模量, 温度场等的现场测量结果, 分析误差出现的原因, 确定调整误差的措施, 调整以后的施工要求[7,8]。
4 监控结果及分析
箱梁监控截面取主墩支点截面、主跨跨中、L/4截面及边跨跨中, 共9个应力测试断面, 每个控制截面上顶板、底板各布置2个应力测点, 每个应力测试断面布置4个应力测点。
混凝土龄期达到28天后, 强度不再有较大变化, 在龄期28天之前, MIDAS模型计算出的应力与实际测出的应力不具有可比性, 本文由于篇幅有限只截取部分数据, 其余数据不在此列出 (理论值由有限元模型计算得出) 。
由图1可以看出, 截面顶板左右侧实测应力值与理论值相差不大, 说明施工过程中对顶板的控制很到位。然而图2中底板左侧应力明显大于右侧和理论值, 而右侧应力值正常, 可能是因为混凝土收缩徐变、温度变化、预应力张拉、剪力滞效应或者是桥面不平衡堆载等。
由以上图表可以看出, 由于混凝土材料的非均匀性, 以及受设计参数限制, 如材料特性、受力截面特性等参数的影响, 结构的实际应力与设计应力很难完全吻合, 即计算应力不能反映结构的实测应力状态。因此我们在实际测试中, 通过误差分析与处理, 使测试应力尽可能地接近实际, 从而较准确地掌握结构的真实应力状态。该桥实测值与理论值相比虽然有一些离散性, 但应力变化规律一致, 而且测量数据均在受控范围内, 满足规范要求。
5 结语
本文以某跨海大桥的施工监控为背景, 通过建立MIDAS有限元模型, 计算提供施工预拱度, 为实时监控截面施工过程中的应力变化给出理论应力值。从监控的结果可以看出, 截面顶板应力控制得很好, 而底板应力可能会受到预应力损失、剪力滞、桥面不均匀堆载、截面预应力不均匀、混凝土收缩徐变、温度等因素的影响产生左右不对称的偏差, 所以在施工过程中要加强控制, 避免桥梁因为截面上的不均匀应力而产生安全隐患。
参考文献
[1]丁尚辉, 刘传锋, 刘建瑞.大跨度连续刚构桥施工监控技术[J].公路交通科技:应用技术版, 2007 (4) :115-119.
[2]陈萍, 王一文.PC连续刚构桥双薄壁墩设计参数优化分析[J].公路交通科技:应用技术版, 2013 (4) :135-138.
[3]刘建瑞.大跨径连续刚构桥施工控制[D].武汉:华中科技大学, 2006.
[4]谭晓东.大跨径连续刚构桥施工控制研究[D].武汉:武汉理工大学, 2007.
[5]赵玉银.连续刚构桥施工控制及结构仿真分析[D].成都:西南交通大学, 2008.
[6]刘润华.连续刚构桥施工控制与结构分析[D].成都:西南交通大学, 2008.
[7]祝和意.预应力混凝土连续刚构桥施工控制研究[D].长安大学, 2010.
横截面应力 篇5
关键词：连续梁桥,挂篮设计,挂篮预压,变形
1 工程概况
某大桥桥跨布置为(10×30+40+70+40+5×30)m预应力砼连续T梁+变截面箱形连续梁,主桥为(40+70+40)m变高度预应力混凝土连续箱梁。设计标准:公路等级为一级公路,设计速度100 km/h。其布置形式见图1。
2 挂篮系统设计
2.1 挂篮结构
该桥挂篮为菱形挂篮,横向3片主桁,主桁杆件由2[32b槽钢组成,槽钢两侧各贴1块钢板形成箱形截面杆件,各杆之间通过节点板及材质45#钢的销子连接,其构造见图2。前上横梁由2 I45a型钢组成,后锚梁由2 I40a型钢组成,底篮前后托梁由2[40a普通热轧槽钢组成,底篮纵梁为I32a。模板重量和浇筑混凝土阶段混凝土的重量由挂篮前吊杆和后吊杆承担。前、后吊杆均采用Φ32 mm精轧螺纹钢筋,通过上部分配梁将底篮悬吊。浇注混凝土时,为了平衡前吊点产生的倾覆力矩,通过1组穿过箱梁顶板的锚筋锚固。挂篮移动时由反扣在工字钢轨道上的行走小车来平衡倾覆力矩,底模后吊由挂篮顶端中部移篮横梁两端悬吊的钢丝绳及手动葫芦承担。
挂篮共重496.3 k N,箱梁最重节段为1#节段,重量为1 287.4 k N(长3.0 m);挂篮重量与箱梁块段重量之比(挂篮工作系数)为:496.3/1 287.4=0.386。
2.2 设计参数
2.2.1 材料参数
(1)G砼=26 k N/m3;弹性模量E钢=2.1×105 MPa;(2)材料允许应力:对于Q235材料,[τ]=85 MPa,[σ]=140 MPa;对于临时结构(挂篮次要部位)容许应力提高30%,材料容许应力[τ]=85×1.3=110 MPa,[σ]=140×1.3=182 MPa。
2.2.2 荷载参数
(1)箱梁恒载:取最重节段1#块进行计算,长3.0 m,重1 287.4 k N;(2)人员、施工设备及材料堆载等施工荷载取1.0 k Pa;(3)模板及加劲肋取2.5 k Pa;(4)振捣混凝土时产生的水平荷载取1.0 k Pa;(5)倾倒混凝土时产生的竖向荷载取2.0 k Pa;(6)混凝土偏载取腹板重量的20%;(7)风荷载取V10=13.8 m/s(6级风速)。
2.2.3 荷载系数
(1)考虑箱梁混凝土浇注时膨胀等的超载系数取1.05;(2)新浇混凝土等自重系数取1.1;(3)挂篮空载行走时冲击系数取1.3;(4)施工人员及机具荷载系数取1.0;(5)倾倒混凝土时产生的冲击荷载分项系数取1.0;(6)振捣混凝土时产生的竖向荷载分项系数取1.0;(7)浇注混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数取2.0。
2.2.4 荷载组合
(1)荷载组合Ⅰ:混凝土重量+动力附加荷载+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载
(2)荷载组合Ⅱ:挂篮自重+横向风载+模板重
其中荷载组合Ⅰ用于主桁承重系统强度、刚度和稳定性计算,荷载组合Ⅱ用于挂篮行走计算。
3 挂篮计算
挂篮系统设计计算采用计算机电算和手算相结合的方式,电算程序采用美国CSI公司的SAP2000V10专业结构设计软件。
3.1 挂篮构件内力计算
各杆件荷载组合Ⅰ、荷载组合Ⅱ工况作用下受力的计算结果见表1。
3.2 荷载组合Ⅰ作用下挂篮构件受力验算
此处仅对挂篮菱形主桁各受力构件进行强度及稳定验算。
主桁材料为Q235b,2[32a上下贴厚10 mm宽300 mm的钢板,截面特性为:A=15 572.69 mm2,W=1 830.13 cm3,i=141.35 mm,此处应力计算中计算长度按照图2中取各构件几何长度,变形计算中计算长度取各构件中心线交点间距离。
(1)单侧后锚固点计算
R锚固=-325.7 k N,负号表示反力方向向下。后锚点设2根Φ32精轧螺纹钢,则倾覆安全系数为:Fs=2×700×804.25/521 100=2.16>2.0。
(2)主桁前斜杆验算
主桁前斜杆L=4.72 m,λ=μL/i=33.39,φ=0.893;N=934.0 k N,M=5.79 k N·m。
强度验算:σmax=N/A+M/W=63.14 MPa
稳定验算:σmax=N/φA+M/W=70.33 MPa
均满足要求。
(3)主桁下弦杆验算
主桁下弦杆L=5.56 m,λ=μL/i=39.33,φ=0.88;N=786.9 k N,M=3.68 k N·m。
强度验算:σmax=N/A+M/W=52.54 MPa
稳定验算:σmax=N/φA+M/W=59.43 MPa
均满足要求。
(4)主桁后斜杆验算
主桁后斜杆L=4.4 m,N=964.5 k N,M=4.85 k N·m。
强度验算:σmax=N/A+M/W=64.59 MPa满足要求。
(5)主桁上弦杆验算
主桁上弦杆L=6.4 m,N=786.9 k N,M=4.51 k N·m。
强度验算:σmax=N/A+M/W=53.00 MPa满足要求。
(6)中立杆验算
中立杆L=2.79 m,λ=μL/i=19.74,φ=0.933;N=582.0 k N。
强度验算:σ=N/A=37.37MPa
稳定验算:σx=N/φA=40.05 MPa
均满足要求。
(7)挂蓝前上端点挠度
满足要求。
3.4 行走时挂篮构件受力验算
由表1可以看出挂篮在行走时,菱形主桁受力均小于箱梁浇筑时受力。以下对主桁侧吊架系统受力进行验算。
(1)行走时后锚计算
行走时,后锚点受力为76.44 k N,用4根Φ25的钢筋锚固移篮轨道安全系数为:
(2)行走时轨道局部验算
轨道材料为2I25a、Q235b。在轮压集中力P作用下,普通工字钢轨梁在腹板根部点1和点2(见图3)的局部应力分别为:
轮压值为:P=76.44/4=19.11 MPa;α1取1.38,α2取1.25;a/c=0.72,可查表得:kx1=0.47,ky1=1.55,kx2=1.70;t取23 mm。
根据公式可得:σy1=-77.27 MPa,σx1=-23.43 MPa,σx2=76.76 MPa,均小于182 MPa,满足要求。
4 挂篮预压试验
为了保证挂篮系统的安全性,在进行箱梁混凝土浇注之前,对挂篮在超重情况下逐级进行荷载预压试验,设置挂篮施工的预拱度。
4.1 挂篮测点布置
根据本工程主桥跨径中等、河道上横风较大等情况,该桥梁最大节段重量1#块为128.7 t,浇注箱梁分段长度有3 m、3.50 m、4 m。挂篮变形共设12个观测点,见图4、图5。
4.2 挂篮预压试验
4.2.1 加载方式
挂篮预压的加载方式是模拟重量最大梁段的施工实际荷载,采用配重法加载,在浇筑1#块件前,按照浇筑1#块件的挂篮设置及施工重量进行布载预压。考虑箱梁混凝土浇注时膨胀等的超载系数1.05、新浇混凝土自重系数1.1以及施工人员及机具荷载等,取最大预压荷载为1#块重量的120%进行预压试验。
加载时采取逐级加载,第1级加载30%,第2级加载70%,第3级加载120%,观测各级荷载下的变形,并做好记录。
加载荷载尽量模拟箱梁横断面的结构形式分布,加载采用沙包,沙包重量秤取多包的重量平均,每包直接用磅秤取以确定加载荷载卸时重量控制,重量分布情况基本保持和梁体重量分布一致。加载后隔1 h即可观测1次,待稳定后2 h观测1次,直至连续测不出沉降读数后卸载。卸载顺序按加载的反顺序进行。
4.2.2 挂篮试验数据分析
本次试验对挂篮测点在各加载工况下的变形进行测试,实测数据见表2、表3。
m
m
对表2、表3中数据进行分析可以得出:
(1)挂篮前端(测点3)最大变形为24 mm,平均总变形为21 mm、弹性变形10 mm、非弹性变形11 mm,从结构最大弹性变形分析,满足施工控制要求。
(2)挂篮后锚点(测点1)的最大变形为2 mm,平均总变形为2 mm、非弹性变形1 mm;前支点(测点2)的最大变形为8 mm,平均总变形为6 mm、非弹性变形4 mm;说明挂篮的后锚和前支点牢固可靠。
5 结论
(1)通过计算可以得出:此挂篮各部分构件均可满足受力要求,主桁强度、刚度均可满足规范要求,且具有较大的安全储备。
(2)挂篮行走时会产生很大的摩擦,上述计算中加入了滚轮,建议实施中采用此种方式。
(3)挂篮前端理论计算变形为10.55 mm,该处预压试验中实测平均弹性变形10 mm,与理论值比较接近。
参考文献
[1]GB50017—2003钢结构设计规范[S].
[2]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,1999.
[3]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社,2000.
[4]张继尧,王昌将.悬臂现浇预应力混凝土连续梁桥[M].北京人民交通出版社,2004.
横截面应力 篇6
通过增加截面来提高桥梁刚度、强度是一种应用比较普遍的加固方法。对于混凝土结构,由于新、旧混凝土龄期的差距,因此,相对于原结构,新增结构将产生较大的收缩、徐变,这将使新、旧结构结合面处产生附加应力。本文试图通过对某实体工程的应力分析,说明结合面附加应力分布特点。
1 项目简介及病害情况
该桥建成于1972年,主桥为(30+5×60+30)m T形刚构,跨中为链杆式剪力铰连接,桥宽净—7 m+2×1.0 m人行道,350×900圆端形实体桥墩,墩高5.8 m,桥台上设弹性支座。荷载为旧规范的汽车—13级,拖—60。
该桥主体结构为双箱单室箱梁,根部高度为3.6 m,端部高度为1.5 m,分别为跨径的1/17和1/40,以二次抛物线变化。箱梁顶板等厚20 cm,肋板等厚20 cm,底板为变截面,由根部的36 cm,逐步减小到端部的12 cm。混凝土采用40号,预应力采用高强钢丝束。由于各种因素的影响,1995年的全桥检测发现,结构发生了跨中下挠、顶板、腹板裂缝等病害;同时,在动载通过时,伴随有剧烈的振动和纵横向摆动。
2 加大箱梁截面的病害处理措施
考虑到原结构病害原因复杂,因此在加固时采用了综合加固方案。其中包括增大箱梁截面并增加预应力钢束。
原桥截面为分离式双箱单室截面,两箱梁间依靠最大厚度为20 cm的翼板连接,整体性较差。增加箱梁截面是改善结构受力性能的有效措施。加固设计中将原桥双箱单室截面改造为单箱三室截面。改造后截面的抗弯、抗扭刚度均比原截面大幅提高由于原结构混凝土已经有近20年的龄期,可以认为其收缩、徐变已经完成,而新加混凝土的收缩徐变将受到旧混凝土截面的制约,因此在新旧混凝土结合面之间将产生较大的附加应力。以下将对该应力进行分析。
3 新混凝土收缩、徐变作用下的应力分布
为分析新旧混凝土结合面处的应力分布,将对结构进行空间模拟。考虑到结构跨中部位连接为铰接,为简化计算,采用单悬臂箱梁进行模拟计算。顶底板和腹板厚度按箱梁实际厚度模拟,忽略倒角等部位的影响。其中,收缩作用以降温模拟,而徐变作用按箱梁实际受到的压应力折算为变形计入。
3.1 收缩应力
收缩作用下顶板、结合面处腹板应力图见图1～图3。
3.2 徐变应力
徐变应力图见图4,图5。
3.3 应力分布特点
结构空间分析表明,由于箱梁中原有混凝土和新加混凝土在龄期上,新加混凝土的收缩和徐变在新旧混凝土结合面内产生较大的纵向剪切应力,同时新混凝土的收缩在结合面内产生竖向的剪切应力和垂直于结合面的横向拉应力。
由新加混凝土收缩所产生的结合面内剪应力和垂直于结合面的拉应力,除箱梁端部和根部由于约束的影响局部分布有较大变异外,在整个结合面分布较为均匀,最大纵向收缩应力为6 034 kPa,发生在距箱梁根部约2.8 m箱梁截面中心线处。
由新加混凝土徐变所产生的结合面内纵向剪应力,由于预应力只在顶板内设置,且在纵向分三批施加,其分布呈现较大的不均匀性,靠近顶板的范围内应力较大,靠近底板的范围应力较小且方向相反;在预应力锚固端后一定范围内应力较大,越远离预应力锚固端其应力越小。最大的徐变应力为8 680 kPa,发生在距箱梁根部约2.5 m靠近箱梁顶板的部位。
就纵向剪力而言,结合面内的混凝土收缩应力和徐变应力最大值的位置基本接近,几乎在同一截面。若遵循最不利原则而将两者近似叠加,则结合面内的最大剪切应力为14.714 MPa,该值已经大大超过了混凝土的抗剪强度。
这三种应力对新旧混凝土的结合都具有破坏性,由于跨中连接结构的特殊性,箱梁悬臂端部在纵横向是自由的,其纵横向变形均不受约束。因而,结合面内的纵向和竖向剪切应力易使结合面产生剪切破坏,垂直于结合面的横向拉应力易使结合面产生拉裂破坏。显然,新旧混凝土的结合必须从结构和构造上予以加强。
4 结语
1)箱梁截面中原有混凝土和新加混凝土在龄期上有极大差异,故新加混凝土的收缩和徐变在新旧混凝土结合面内产生较大的纵向剪切应力,同时新混凝土的收缩在结合面内产生竖向的剪切应力和垂直于结合面的横向拉应力。2)新加混凝土收缩所产生的结合面内剪应力和垂直于结合面的拉应力,除箱梁端部和根部由于约束的影响局部分布有较大变异外,在整个结合面分布较为均匀。3)在本实体工程中,最大的徐变应力为8.68 MPa,发生在距箱梁根部约2.5 m靠近箱梁顶板的部位。4)就纵向剪应力而言,结合面内的混凝土收缩应力和徐变应力最大值的位置基本接近,几乎在同一截面同一区域。本实体工程中,新旧结合面的最大纵向剪切应力为14.714 MPa。5)对于旧桥加固中浇筑混凝土增大截面的方法,应特别重视新旧结合面内附加应力的分布,并采取相应的结构措施和工艺措施,以确保新旧混凝土的良好结合,避免开裂分离。
参考文献
[1] 潘国强.预应力混凝土连续梁施工预拱度计算与控制[J].河南交通科技,1999(3):18-20.
[2] 周松国.大跨径支架的设计与施工[J].城市道桥与防洪,2003(2):49-50.
横截面应力 篇7
关键词：预应力,变截面箱梁,挂篮施工技术
1预应力混凝土变截面箱梁挂篮施工的施工技术
1.1挂篮施工的要求
(1) 应在墩顶段梁的顶面拼装挂篮, 在拼装完成后应详细的检查其拼装的质量, 同时还应进行必要的载重试验, 检测其是否存在弹性变形的情况, 如果存在应采取一定的措施, 从而永久的消除弹性变形; (2) 在挂篮悬浇的施工过程中, 在预应力钢筋束的张拉墙前后以及梁段混凝土的浇筑前后, 都应及时的检测桥梁中轴线和上拱度值, 确保其都是符合设计要求的; (3) 在挂篮浇筑梁段的过程中, 为保证已经浇筑完成的梁段与底模后端具有良好的稳固性和密贴性, 通常都建议在已浇筑完成的梁段上锚固支承平台的后端; (4) 在浇筑梁段的混凝土时, 为有效的消除弹性变形, 挂篮应采用逐次调整前吊杆高度的方法, 也可以根据混凝土的重量进行预压和加载, 在混凝土浇筑慢慢卸载的过程中, 梁段浇筑前后的挠度就会越来越小, 及时的消除弹性变形, 起到了保护混凝土的作用。
1.2托架施工技术
在确定托架的结构时, 必须考虑到设计的实际情况, 并且在墩身和墩顶上面都应预留铁件, 连接墩身和托架时建议采用强度较高的螺栓, 一般情况下, 托架都分为两大类, 即顺桥向托架和横桥向托架:
1.2.1顺桥向托架。斜杆是直径为10mm, 长度为426mm的螺旋钢管, 而上弦杆则为HN500×200×10×16的型钢, 在三角支架上应铺设横向分配梁, 其应是由长度为12m的型钢组成。在连接HN500×200的型钢时, 建议选择上下顶翼缘板和腹板同时连接的方式, 连接板应采用18mm的钢板, 腹板连接螺栓的纵向间距为10cm, 横向间距则为12cm, 上翼缘板螺栓的间距为12cm, 下翼缘板螺栓的间距为8cm, 使用的所有螺栓都为M27高强度的螺栓。在连接HN400×400的型钢与螺栓钢管时, 应在后者的底口焊接一个2cm的钢板, 以焊接的方式将牛腿和钢板连接起来, 对型钢的腹板处还应采取一定的加固措施, 即采用三道2cm的厚钢板作为加劲肋。在翼缘板的下方, 应布置好螺纹钢, 同时还应采用间距为10cm的钢筋网片对其加强。
1.2.2横桥向托架。斜杆是直径为8mm, 长度为325mm的螺旋钢管, 上弦杆为I20型钢, 在这一托架的上方是不需铺设分配梁的, 横桥向托架是可以直接作为翼板钢管支架的支撑点的。在连接HN500×200的型钢和螺旋钢管时, 应在螺旋钢管的顶口位置处焊接一个钢板, 钢板的尺寸为20cm, 同样也以焊接的方式连接型钢和钢板, 为了有效的进行局部加强, 在型钢的腹板处也应采用三道2cm的厚钢板, 为了更好的加固墩顶预埋件和横杆, 建议选用10号槽钢。
在项目托架的施工作业全部完成后, 应立即预压托架, 应选择砂袋作为预压的材料, 砂袋的重量应是大于梁体悬臂端总重量的1.2倍的, 进行堆载的施工作业时, 顶板的堆载厚度约为0.6m, 底板的堆载厚度约为1m, 堆载顶口的宽度为4m, 下口的宽度为0.5m, 实际施工中应根据砂袋空隙的实际情况不断的调整堆载的坡度和厚度, 确保其重量是符合要求的。施工过程中如果遇到了下雨天气, 应用彩条布将砂袋覆盖完整, 防止其重量因为含水量的增加而增加。
通常应分为三个阶段进行预压的施工作业, 采用水准仪实时的测定变形量。第一次加载30%, 第二次也加载30%, 第三次加载100%, 最后加载到120%, 每一次加载完成后都应准确的记录下来相应的变形量, 当荷载全部加载完成后, 之后应持荷1天左右, 观察每一个测量点的标高, 在确定各个点的标高不再发生变化时, 再进行全部的卸载, 卸载的顺序与加载的顺序相反, 完成后同样应观察每一个测量点的标高, 同时准确的记录下来相应的变形量, 根据相应的塑性变形量和弹性变形量便可以计算出预抛高值, 根据这一值调整立模的高度, 开始施工作业。
1.3挂篮的拼装
在加工完成挂篮之后, 应立即进行挂篮的拼装作业, 明确各个部件的位置和数量, 并对它们分别编号, 之后将所有已经编号完成的部件运送到施工现场, 运输时建议采用塔吊设备, 当运输到墩顶的位置处便可以进行拼装了, 其具体的安装挂篮的顺序为:首先, 应将滑道、钢枕以及薄钢板等部件都放到已经设定好的位置上, 为避免其出现倾覆的问题, 还应用压紧器固定好;其次, 采用塔吊将立柱平联、菱形架以及钢吊带安装后;接着, 安装前上横梁与主梁端头, 确保主梁与立柱平联是连接良好后;然后, 拆除相应的托架和底板, 并采用塔吊分别吊装前下横梁、底板、后下横梁和腹板下纵梁;最后, 应安装支架、侧模和滑梁。
1.4挂篮预压试验
一般情况下, 都应分两次进行挂篮预压的施工, 这两次分别为主桁的预压和模板弹性变形的预压。首先是主桁的预压, 应先在加工厂进行挂篮菱形架的预压作业, 将其水平放置并用32精轧螺纹钢在后端将其锚固, 同样也用32精轧螺纹钢将其前端连接, 之后应分为五个阶段对挂篮施加作用力, 前四个阶段分别为加载30%、60%、100%和120%, 而对于菱形架来说, 还应单独将其加载到150%, 同时还应确保后锚是足够安全的。仔细的检查菱形架是否存在弹性变形的情况, 并将检查的结果记录下来, 在充分的保证了预压的效果是符合相应的规范要求后。
结语
通过以上的论述, 在预应力混凝土变截面箱梁的施工过程中, 挂篮是其最主要的承重设备, 同时其也是吊挂施工平台的重要部分, 施工的过程中, 应严格的遵照相应的设计文件去确定挂篮受力情况和施工步骤, 并且要充分的保证挂篮施工的稳定性, 切记应将梁体上的预应力钢筋做成锚固筋, 严格的控制施工过程中的每一道工序和每一个施工步骤, 切实的保证挂篮施工的质量。
参考文献
[1]王静.京石客运专线悬臂浇筑连续箱梁施工技术[J].四川建材, 2011.
横截面应力 篇8
神木窟野河特大桥是神府高速公路的控制性工程之一, 特大桥上跨204省道、神延铁路、神木火车站路、窟野河、神木新桥、神木县滨河路、金诺加油站、神杨路、东山路, 全长3446米, 其中刚构部分2256米, 最大跨径165米, 最大墩高76.5米。全桥共12联, 引桥第1-8联为30米、40米预制箱梁;第9~11联主桥采用 (88+4×165+88) + (69+4×130+79.5+39.5) + (76+4×140+76) 变截面预应力混凝土连续刚构。
2 施工方案
2.1 临时支撑搭设
0号段浇筑焊接成托架平台, 主要原因在于此墩的高度已经超过50米, 然后再在此基础上进行后续的绑扎钢筋、支立模板等施工作业。
2.2 临时支承
临时固结利用φ32mm钢筋作为受拉部分, 浇筑0.6米厚C50混凝土作为受压部分。首先在墩身施工时预埋φ32mm钢筋, 钢筋伸入墩身1.5m, 伸入梁体1.2m;然后在垫石施工同期浇筑临时固结块, 最后将φ32mm钢筋顶端锚固于0#块的底板中。施工过程中分别用预置固结块与梁体及墩身隔开。
2.3 模板、钢筋和混凝土施工
0号节段分两次完成浇筑:先浇筑底板、腹板和横膈板, 再浇筑顶板。
施工工艺流程:安装底模板→托架平台试压→调整模板位置及标高→安装侧模→绑扎钢筋→安装底板和腹板预应力管道→安装内模及端模板→绑扎顶板钢筋→安装顶板预应力管道→监理工程师检查验收→浇筑混凝土→养生、拆模→张拉预应力→拆底模及托架。
2.4 节段悬浇施工
主要施工程序:安装挂篮→前移挂篮就位并固定→安装梁底钢模板→用砂袋进行预压→安装侧模→绑扎底板腹板钢筋→安装波纹管→安装内模→绑扎顶板钢筋→安装波纹管→监理工程师检查验收→浇筑混凝土→拆除箱梁内模→清理预应力孔道→张拉预应力束→预应力孔道压浆、封锚→前移挂篮进行下节段施工。
2.4.1 安装挂篮。
此次工程选择使用的挂篮是三角斜拉式的, 挂篮主承受力都是由型钢铸成, 这种挂篮型钢挂篮的最大优点是, 极其不易变形, 刚硬度大, 且质量相对较轻, 可以减轻施工的安装拆卸的工作量。挂篮结构由对拉筋、走行系、三角架、横向联接系、悬吊系、前横梁、锚固系、内模系、底模系等组成。
(1) 将挂篮配件吊至0号节梁顶之后再进行拼装, 吊装设备采用汽塔吊。 (2) 认真检查0号块的铁件位置、预留孔位置是否处于适宜的状态, 滑道两侧锚固筋间距是否为50cm。 (3) 将滑道铺设在0号块上, 然后找平滑道, 并锚固, 刚性支承设置在滑道前端支承点上, 滑道顶高差务必要小于2mm。 (4) 前横梁和横向联接系用塔吊来进行安装。 (5) 将三角架安装在塔吊上, 并将其进行锚固。 (6) 用千斤顶调整底模的宽度。底模宽度调整完毕后, 将边、纵梁固定在托梁上。 (7) 用千斤顶调整底模的高度和中心线。 (8) 在挂篮四周安设防护网。
2.4.2 预压。
测定挂篮的弹性变形量, 克服弹性变形对梁体混凝土浇筑后产生不利影响。
2.4.3 过程控制。
通过第1节段和第2节段的砂袋平衡法悬浇施工, 消除了非弹性变形量。再通过该两节段的施工, 将单位弹性变形量计算出来。
2.4.4 移动挂篮。
移动挂篮的时机主要选择在两端施工交接之时, 具体操作方法如下: (1) 将滑道铺设在前一节段上, 滑道必须保持在平顺状态, 前端为刚性支撑, 滑道顶高差不能够大于2mm。 (2) 先应将底模前端临时吊在已成梁段上, 解除前横梁吊带, 此时侧模板与底模相联, 整个重量由对拉筋和底模板后吊带承受。 (3) 在三角架后端配重, 前端增加支点, 解除三角架锚固系。 (4) 采用5T导链将三角架前移至下一节段就位, 并锚固三角架。 (5) 安装主滑梁吊带。拆除对拉筋, 拆下底模后吊带, 将侧模与底模落在滑梁上, 并拆除底模下吊带。 (6) 采用5T导链将底模和侧模前移就位, 将底模吊带进行顺直安装。 (7) 底模板的宽度基于设计图来进行有效地调整。依据前期测得的单位弹性变形量进行预抛高设置, 并以此高度调整底模高程和中心线。 (8) 调整侧模高度, 并进行加固联接。 (9) 防护网应该安装在挂篮四周。
2.5 合拢段施工
中跨合拢段模板支承在吊架上, 吊架采用槽钢横担在合拢段两侧的节段梁顶, 两端设可调吊杆, 下部横向用型钢支承外部钢底模。模板安装完后, 在合拢段两侧的节段梁顶压重, 为了确保合拢段支架的弹性变形量变化不大, 应该在浇筑混凝土过程中将砂袋逐步卸去, 在浇筑完砼后, 要注意保养混凝土水泥, 使之张拉预应力达到90%的设计强度。
3 结语
变截面预应力连续梁的跨度越来越大, 对施工要求的难度也越来越高, 就必须要求我们在施工过程中不断总结经验。笔者认为在变截面预应力连续梁施工中连续梁线性控制和合拢段施工是施工中的重点和难点。
参考文献
[1]王日照, 谷波.京杭运河大桥施工监控[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2010 (04) :110-112.
横截面应力 篇9
等截面预应力混凝土箱梁具有施工相对简便、整体性好、施工周期性显著、施工作业标准化等优点, 在桥梁施工设计中具有广泛的应用价值。为了确保桥梁施工质量, 需要了解等截面预应力混凝土箱梁施工控制要点, 了解其施工流程与施工控制要点。等截面预应力混凝土箱梁施工普遍存在着裂缝等缺陷, 为了避免施工缺陷, 需要加强施工过程中的满堂支架的设计、锚具夹具连接器、钢绞线预应力筋、预应力管道、浇筑施工控制、智能张拉后张法预应力施工等流程的施工控制, 明确其中的施工要点。本文所研究的等截面预应力混凝土箱梁是某桥梁工程的箱梁结构, 半幅桥宽17.0m, 全长692.85m, 对该工程而言, 工程施工流程控制以及工艺控制是其施工要点。
2 满堂支架的设计与计算
采用有限元设计模型对满堂支架进行分析, 本文采用碗扣式支架体系, 对支架的荷载、受力等进行计算, 计算方式如下: (1) 荷载计算, 偏安全考虑, 荷载分项系数恒载取值为1.2, 施工荷载取值为1.4, 计算其单位面积及荷载; (2) 支架受力计算, 以碗扣式支架立杆设计称重为30k N/根计算支架称重; (3) 支架稳定性, 采用λ=L/i工时计算立杆长细比, 分析其稳定性。
满堂支架设计与安装必须注意以下事项: (1) 拼接前对杆件的受力进行验算, 交由监理工程师审批; (2) 支架底部地基应该按照称重地基进行处理, 并做好排水管理, 避免地基软化; (3) 严格按照已经审批方案搭设支架, 设置支架立柱的底托, 采用斜撑杆固定; (4) 支架拼装完成后进行检查, 检查预压管理, 定期检查支架节点, 确保节点稳定。
3 锚具夹具连接器的检测与控制重点
锚具夹具连接器的检测与控制重点在于: (1) 预应力筋所使用的锚具、夹具连接器应该按照《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》 (JGJ 85—2010) 的规范要求和《预应力筋用锚具、夹片和连接器》 (GB/T 14 370—2000) 的规范要求, 对锚具、夹具连接器进行控制, 确保其质量, 满足工程需求。预应力钢筋锚具、夹具连接器应该满足预应力筋的静载试验的需求, 效率次数≥0.95×预应力筋总应变, 同时, 需要满足张拉等工艺的要求; (2) 取样, 采用随机抽取的方式, 抽取10%的样品进行外观检测与硬度检测; (3) 检测要求, 要求钢绞线预应力的外观表面无裂痕, 尺寸满足设计要求, 每个样品检测3点, 合格后方能应用于工程实践, 采用静载锚固于疲劳荷载检验以及周期荷载检验。
4 钢绞线预应力筋的检测与控制重点
钢绞线预应力筋应满足《预应力混凝土用钢绞线》 (GB/T5224—2014) 的要求, 其检测与控制重点体现在: (1) 抽样频率与取样方式, 抽取样品中的3盘进行样品检测, 取样频率≤60t/批, 力学性能与屈服强度符合每组3根, 每根1.2m; (2) 检测标准, 钢绞线预应力筋中Ⅰ级松弛为普通松弛, Ⅱ级松弛为低松弛级, 其屈服强度不小于整根钢绞线最大负荷的80%; (3) 钢绞线预应力筋的控制, 钢绞线预应力筋应该对钢束性状、数量等进行控制, 等截面预应力混凝土箱梁的钢绞线预应力筋要求预应力束在从跨中位置变化到支点位置应是在梁跨径1/4、1/3断面处, 采用半径20m左右的圆弧弯起, 按照规范验算预应力钢绞线的数量, 等截面预应力连续箱梁桥纵向预应力钢束的体积配筋量为28~38kg/m3。
5 预应力管道安装和控制重点
预应力管道的安装与控制要点如下: (1) 波纹管的预埋, 施工前需要对预应力管道进行设计, 完善其曲线要素, 对波纹管定位确定位置, 严格钢筋设置, 采用铁丝绑扎, 注意波纹管的排浆管、排气孔的设置; (2) 穿束和制柬, 穿束之前, 要检查孔道和锚垫板的位置看是否会出现偏差, 穿束完成后进行全面的检查, 浇筑前需要对管道的破损处进行修复。
6 浇筑施工控制重点
预应力管道安装后, 混凝土浇筑应该按照以下方式进行控制: (1) 合理选择原料与配合比, 采用硅酸盐水泥作为混凝土原料, 并且掺入一定比例的膨胀剂和减水剂, 确定最合适的压浆配合比例; (2) 浇筑前对模板内部进行清理, 浇筑过程控制, 采用搅拌机进行搅拌, 用泵浇筑时应该配备混凝土泵以及其他应急设备, 压浆过程振动棒要尽量避开预应力管道; (3) 浇筑过程采用分层浇筑, 厚度控制在30cm以内, 箱梁顶面平整度需满足规范要求; (4) 浇筑初凝后, 及时进行洒水覆盖养护, 根据季节变化确定养护时间与方法, 养护过程应该保护好预应力管道, 避免其他杂物进入预应力管道。
7 智能张拉后预应力施工
本工程采用智能张拉法预应力施工, 相比于传统张拉法, 智能张拉法具有一些区别: (1) 操作规范与标准, 等截面预应力混凝土箱梁现浇施工张拉应该按照设计和规范要求, 对伸长量进行校核, 智能张拉法的精度比传统张拉法更高, 其位移测量精度可以达到0.2mm; (2) 张拉安全性, 等截面预应力混凝土箱梁现浇施工中钢绞线拉伸过程中拉断是常见的问题, 智能张拉法能够对张拉进行严格控制, 避免预应力筋处于过高的应力状态出现断裂的危险; (3) 自动故障检测, 智能张拉能够实现自动故障检验, 对张拉过程的故障进行有效处理, 避免故障引发工程风险。
摘要：等截面预应力混凝土箱梁具有抗扭刚度大、整体性好、行车舒适等特点, 其广泛应用于桥梁设计与施工中。论文对等截面预应力混凝土箱梁现浇施工进行研究, 分析工艺流程以及施工特点, 探讨施工控制重点, 以期为相关研究提供参考。
关键词：等截面预应力混凝土,现浇箱梁,智能张拉
参考文献
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[4]JGJ 85-2010预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程[S].
[5]GB/T 14370-2000预应力筋用锚具、夹片和连接器[S].