分阶段受力（通用4篇）
分阶段受力 篇1
对于抗弯承载能力不足或抗剪钢筋不足的钢筋混凝土梁, 可以采用环氧树脂或建筑结构胶, 在被加固的钢筋混凝土梁的受拉边缘或抗剪薄弱部位粘贴钢板, 利用钢板来补充原混凝土构件钢筋的不足, 使钢板与被构件形成整体共同受力, 从而提高梁的刚度, 改善原结构钢筋及混凝土的应力状态, 提高梁的承载力。桥梁结构自重较大, 加固前原构件截面已存在应变和应力, 而新粘钢板在新增荷载下开始受力, 桥梁构件钢筋、混凝土和加固钢板具有不同受力阶段的特点。《公路桥梁加固设计规范》 ( JTJ/TJ22—2008) ［1］ ( 以下简称《加固规范》) 中规定按两阶段计算加固桥梁构件的作用效应, 粘贴钢板加固前一期荷载效应 ( 恒载) 由原梁承担, 粘贴钢板加固后包括构件自重在内的恒载、二期恒载及可变荷载由加固后的组合截面承担。考虑二次受力的影响, 构件达到受弯极限承载力时, 按平截面假定确定钢板的拉应变 εsp, 从而由胡克定律计算钢板的实际拉应力 σsp, 且小于钢板的抗拉强度设计值。按《加固规范》中的极限承载能力计算, 不能反映被加固构件新、旧材料分阶段受力的特点, 只能反映构件的最终持久状况承载力［2，3］, 而且规范中并未给出翼缘位于受压区的T形截面受弯构件的承载力计算公式。本文对于粘钢加固受弯构件, 考虑构件分阶段受力的实际情况, 进行受弯构件极限承载力的计算和各材料分阶段的应力计算。
1 粘贴钢板加固受弯构件极限承载力计算
1. 1 受弯承载力计算公式
加固后受弯构件正截面极限承载力主要是以原构件中混凝土和受拉钢筋达到其强度设计值控制设计, 钢板抗拉强度以实际发生的拉应力计算［1，4］。计算加固受弯构件的极限承载力时, 原构件截面纵向受拉钢筋达到屈服, 加固后截面受压边缘混凝土的压应变达到极限压应变 εcu= 0. 003 3, 钢板的应力则由其应变确定［4］。即原构件受拉区钢筋应力取抗拉强度设计值fsd, 受压区混凝土达抗压强度设计值fcd, 而钢板抗拉强度以实际发生的拉应力计算σsp= εspEsp, 且不超过钢板的抗拉强度设计值。二次受力对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响通过粘贴钢板的滞后应变 εsp来考虑。
对于粘贴钢板加固第二类钢筋混凝土T的梁, 在适筋梁破坏范围内, 受拉钢筋达到屈服, 受压区混凝土压坏, 即混凝土受压区高度x > h'f, 且2a's≤x ≤ξbh0时, 正截面受弯承载力计算如图1 所示［5，6］。图中, b'f、h'f为T形梁截面受压翼缘的有效宽度和厚度; b、h为加固后截面的梁肋宽度和高度, h0为加固后构件截面的有效高度, as为受拉纵向钢筋的合力作用点至截面受拉区边缘的距离。fcd为混凝土轴心抗压强度设计值, fsd为纵向钢筋抗拉强度设计值。As、Asp为纵向钢筋和粘贴钢板的截面面积。εc1、ε1、εs1、x1分别为第一阶段即加固前截面受压边缘混凝土压应变及受拉边缘混凝土拉应变, 受拉区钢筋拉应变及原构件开裂截面换算截面的混凝土受压区高度; εc2、εs2、x分别为第二阶段荷载效应下的原梁截面受压边缘混凝土压应变增量及受拉区钢筋拉应变增量, 混凝土受压区高度, 该高度换算成矩形应力图高度时应以 β = 0. 8 ( 混凝土C50 以下) 修正; Md为第二阶段弯矩组合设计值; Ec、Es、Esp分别为原构件混凝土、纵向普通钢筋及加固钢板的弹性模量; ξb为加固截面相对界限受压区高度。
如图1 ( c) 所示, 按平截面假定确定高度与应变的关系, 由两阶段受力的应变比例关系可以得到:
加固钢板的拉应变为
加固前受拉边缘混凝土的初始应变 ( 钢板的滞后应变) 为
式 ( 2) 中, Md1为第一阶段恒载弯矩值; Icr1为加固前原构件开裂截面换算截面的惯性矩。
混凝土受压区高度x由图1 ( b) 可得到
对原受拉钢筋合力作用点取矩, 正截面抗弯承载能力计算式为 ( x ≤ ξbh0)
或对钢板重心处取矩
由式 ( 5) 可知, 先计算出 εc1后, 联立求解式 ( 1) 和式 ( 3) , 可求出混凝土的受压区高度x和钢板的拉应变 εsp, 带入式 ( 4) 或式 ( 5) 可得到极限承载力Mu。
1. 2 钢板拉应变、拉应力求解
正截面承载能力极限状态, 受压边缘混凝土的压应变达到极限压应变 εcu= 0. 003 3 时, 受拉区钢筋已达到屈服, 在适筋梁范围内, 由于钢板的弹性模量和抗拉强度设计值与受拉钢筋 ( HRB335 钢筋Esp= 2. 0 × 105MPa, fsd= 280 MPa) 的性能比较相近, 按《加固规范》计算的钢板应力远大于钢板抗拉强度设计值, 即粘贴钢板也达到屈服［2，3，7］。
正截面极限状态承载力计算式是按照适筋梁的破坏形式 ( x ≤ ξbh0) , 以受压区混凝土达到极限压应变 εcu= 0. 003 3 为控制条件推导出来的。为防止加固后的梁出现超筋梁的脆性破坏, 混凝土达到极限压应变0. 003 3 时, 受拉钢筋或钢板达到屈服, 即受拉区钢筋总拉应力为
加固钢板拉应力为
对比式 ( 6) 和式 ( 7) 可知, 适筋梁工作范围内, 采用常用的粘贴钢板厚度 ( t = 4 ~ 10 mm) , 截面受压边缘采用混凝土极限压应变 εcu= 0. 003 3 时, 由于钢板的弹性模量和抗拉强度设计值 ( Q235 钢板Esp= 2. 06 × 105MPa, fsp= 215 MPa) 与受拉钢筋 ( HRB335 钢筋Es= 2. 0 × 105MPa, fsd= 280 MPa) 的性能比较相近, 由式 ( 7) 求解出的钢板应力 σsp始终大于钢板抗拉强度设计值fsp, 钢板达到屈服。极限承载能力计算时, 联立求解钢板的拉应变 εsp毫无意义, 可直接取钢板的抗拉强度设计值fsp简化计算, 故式 ( 4) 可表示为
式 ( 8) 中, 混凝土受压区高度x可直接由式 ( 9) 求解:
1. 3 加固钢板面积估算
满足加固后钢筋混凝土梁的承载力, 按碳纤维加固两类T形梁的两种破坏形态, 推导出加固梁所需碳纤维面积的计算公式。
( 1) 假设x > h'f, 且2a's≤ x ≤ ξbh0的第二类T形梁, 即受拉钢筋或钢板先达到屈服, 后受压区混凝土被压坏。由式 ( 5) 计算出混凝土受压区高度x, 若满足x > h'f, 且2a's≤ x ≤ ξbh0, 粘贴钢板的最小面积可由式 ( 10) 计算:
( 2) 若x < h'f, 且2a's< x < ξbh0的第一类T形梁, 则式 ( 5) 中b = b'f求解出混凝土受压区高度x, 若满足x < h'f, 且x < ξfbh , 则由式 ( 11) 计算的钢板最小面积为
2 分阶段材料应力计算
2. 1 第一阶段应力计算
粘贴钢板加固前, 原构件包括自重在内的恒载产生的截面弯矩对混凝土及钢筋产生的应力。第一阶段荷载效应M1由原梁承受, 构件处于弹性工作阶段, 材料的应变和应力按弹性理论计算［8］。粘贴钢板加固T形截面受弯构件应力计算如图2 所示。
原截面受压区边缘混凝土的压应力为
原截面受拉区边缘混凝土的拉应力为
原受拉钢筋重心处拉应力为
式 ( 14) 中, αEs为钢筋与混凝土弹性模量之比Es/ Ec。
2. 2 第二阶段应力计算
粘贴钢板加固后, 二期恒载及使用阶段的可变荷载产生的截面弯矩对混凝土及钢筋产生应力。计算截面弯矩M2 ( 不含加固前一期荷载) 由组合截面承受, 对钢筋混凝土梁, 截面几何特征值按开裂的换算截面计算。
截面受压区边缘混凝土的压应力为
原受拉钢筋重心处拉应力为
新增钢板拉应力为
式 ( 17) 中, α'Es为钢板与混凝土弹性模量之比Esp/ Ec。
2. 3 验算混凝土及钢筋的总应力
原受拉钢筋及截面边缘混凝土的总应力由加固前后两个阶段的应力叠加, 钢板的最终应力为第二个阶段的应力。钢筋混凝土受弯构件应力验算由《公桥规》 ( GTG D62—2004) ［9］, 可得以下结果。
截面受压区边缘混凝土的压应力为
原受拉钢筋重心处拉应力为
新增钢板拉应力为
式 ( 20) 中, [σsw]为新增钢板弯曲容许拉应力。
3 应用实例
某钢筋混凝土20 m简支T形梁桥, 主梁间距1. 6 m, 计算跨径19. 5 m, 原设计荷载为汽-超20, 挂-100。主梁为C25 混凝土, 主拉钢筋为8φ32 + 2φ25 ( As= 7 416 mm2) 的HRB335 钢筋, 梁高h = 1 300mm, 原受拉钢筋重心至截面受压边缘的距离h0=1 187 mm, 梁肋宽b = 180 mm, 翼缘板有效宽度bf’=1 500 mm, 翼缘板平均厚度hf’= 120 mm。加固前自重产生的跨中弯矩MG= 1 095 kN·m, 第二阶段弯矩组合设计值Md= 2 600 kN·m［4］。
为验证本文所提出的粘贴钢板加固钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法的正确性和优点, 与《混凝土结果加固设计规范》 ( GB 50367—2006) ［10］计算结果进行对比分析, 计算结果见表1 和表2。
由表1 分析可知, 要达到相同的承载力, 本文计算所需要的钢板粘贴面积大, 但采用相同的钢板宽160 mm, 厚8 mm ( Asp= 1 280 mm2) 的钢板加固粘贴加固钢筋混凝土T形梁, 两种方法计算的碳纤维布均达到了许用拉应变, 本文所计算的极限承载力比GB 50367—2006 计算结果偏小, 相差为5. 74%。对比计算可知, 粘贴面积和承载力的差值主要是因为GB 50367—2006 和JTJ/T J22—2008 两种规范中, 混凝土抗压强度和钢筋的抗拉强度取值不同。计算结果表明, 本文所提出的计算方法具有足够的精度, 可供加固设计参考。
由表2 计算结果可知, GB 50367—2006 中仅可知道加固前受拉钢筋的应变和应力, 并不能计算得到加固前后各阶段各材料的应变和应力, 也不能反映出各材料是否安全工作。本文各阶段材料应力计算, 能反映出各阶段材料的实际受力和强度。
4 结语
( 1) 《公路桥梁加固设计规范》 ( JTJ/T J22—2008) 中粘贴钢板加固受弯构件正截面承载能力计算, 以受压边缘混凝土极限压应变控制设计, 适筋梁工作范围内, 联立求解计算得到的钢板的应力总是大于抗拉强度设计值, 可直接取钢板抗拉强度值计算承载力, 使得计算简化。
( 2) 《公路桥梁加固设计规范》 ( JTJ/T J22—2008) 中的极限承载力计算不能反映被加固构件各阶段材料的受力特点, 应考虑加固前后各阶段材料的应力, 正确反映出各材料的实际受力情况和构件的破坏形态, 保证桥梁结构的使用安全。
( 3) 满足截面承载力的粘贴钢板面积的选择, 要避免出现超筋梁脆性破坏, 还要满足各阶段材料的强度的要求。
参考文献
[1] JTG/T J22—2008.公路桥梁加固设计规范.北京:人民交通出版社, 2008
[2] 单成林, 贺东东.有关《公路桥梁加固设计规范》部分条款的探讨.科学技术与工程, 2009;9 (16) :4851—4855
[3] 陈焕勇, 单成林, 梁立农.现行规范中有关粘钢加固受弯构件的设计原理.中外公路, 2009;29 (6) :195—198
[4] 邬晓光, 白青侠, 雷自学.公路桥梁加固设计规范应用计算示例.北京:人民交通出版社, 2011
[5] 杜斌, 于可.考虑分阶段受力的桥梁加固受弯构件正截面强度计算方法.公路工程, 2008;33 (1) :110—113
[6] 刘来君, 秦煜, 张艳, 等.二次受力对粘贴钢板加固梁承载力的影响.长安大学学报:自然科学版, 2011;31 (1) :46—50
[7] 左明汉, 袁礼仁, 左成平.粘钢加固受弯构件考虑二次受力的简化算法.建筑结构, 2006;36 (12) :74—75
[8] 单成林.旧桥加固设计原理及计算示例.北京:人民交通出版社, 2007
[9] 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
[10] GB 50367—2006, 混凝土结构加固设计规范.北京:中国建筑工业出版社, 2006
分阶段受力 篇2
江苏省睢宁高级中学 李跃文（221200）
能力是什么？物理教学要培养哪些能力？能力是人顺利完成某种活动的比较稳定的心理特征。物理教学培养的能力可以分成两类。一类是智力，包括观察力、记忆力、想象力、思维力、注意力，其中思维力是智力的核心。另一类是一些综合能力，主要有实验能力、分析和解决问题的能力、阅读理解和文字表达能力、自学能力、创造能力等，人们都承认除了知识之外还有能力，而且对各种能力作了较为深入的分析。下面就如何分层次分阶段培养学生的物理能力，谈谈我的看法。
一、划分能力培养阶段及目标
根据目前高中物理课程的设置情况和物理课的教学特点，遵循由浅入深、循序渐近、个个击破的教学原则，整个高中物理能力培养可分为过渡阶段、正常阶段、提高阶段、完善阶段四个阶段完成。
１．过渡阶段。学生由初中进入高中，由于知识台阶较大，加之一开始就遇到受力分析、力的矢量运算运动规律、动力学等问题，学生会感到困难重重，束手无策。因此，在高一第一学期的教学中，教师除按要求培养学生的识记、理解和简单应用能力外，要着重在培养学生的学习兴趣和良好的学习习惯上下功夫。刚上高一的同学，自学能力较差，课前预习和课后复习的任务难以落实，可根据课文，每节课给学生适量的阅读时间，教师指导学生阅读课文，以培养学生的阅读理解能力；为减少课堂的单调呆板气氛，可采用启发、演示、讨论等多种方法教学，以调动思维，活跃气氛，激发兴趣；可将主要概念、定律、定理等内容通过听写方式让学生记录，既控制了学生的注意力，又培养了学生的手脑并用和速记能力；可设置一些课堂作业，让学生在限定时间内完成，以培养学生的独立思考和速算能力。
２．正常阶段。通过第一学期的教学，大部分学生都应适应高中物理的教学特点，达到正常学习状态。这时，教师的重点要放在按教学大纲和会考大纲的要求实施教学方面来。吃透教材，把握重点、难点，在每节课中贯彻落实能力培养目标。通过第二学期和高二学年的教学，全面完成会考大纲中要求的能力培养目标任务，使学生达到会考的能力和水平要求，顺利通过会考关。
３．提高阶段。会考是水平考试，高考是能力考试。进入高三后，由于理科学生要参加物理高考，而力学和电学部分又是高考的重点，所以，在选修课教学中，在重点提高力学和电学知识水平的同时，要着重开拓学生的智能，培养学生发现问题和解决问题的能力以及独立创新的能力。教师的精力应放在精选习题、优化和组合试题上来，通过高质量的习题和试题，加强对学生的训练，以提高学生的五大能力，使之接近高考的能力水平。
４．完善阶段。根据近年来物理高考试题考查知识点多、覆盖面大、命题新颖、题型多样化、智能性强等特点，在总复习教学中，教师要确定好复习目标，制定出教学策略，处理好教师与教材、教师和学生、学生和教材之间的矛盾，把握好以下的原则：重点知识结构化———抓各部分知识的中心点，将知识以此中心组织起来，形成知识网络，找出各网络间物理量的相互关系。
基础知识系统化:打破原教材的排序结构，系统地划分、归类和排列基础知识。知识问题化:以问题解决难点，精编一些含有难点知识的习题，让学生在解题过程中消化和理解知识，突破难点知识。
习题结构梯形化:基、中、难一起练，让学生做适量的习题，提高思路，强化联系，加深理解。
复习方法多样化:在研究知识、研究学生、精选习题及教学方法等方面多下功夫。
二、确定各能力的培养措施
好的培养措施，既可达到培养目标，又可省时省力，起到事半功倍的作用。作为一个物理教师，应该因人、因材科学地确定每一能力的培养措施。如课堂以学生为主体，教师为主导，采用启发、讲解、指导、讨论等措施，激发学习兴趣，养成良好的学习习惯；恰当地安排习题，培养学生的解题能力；让学生自己动手动脑做实验，观察自然现象，用所学知识进行分析研究，得出正确的结论，培养其观察、实验能力；组织学生进行必要的讨论，发表自己的见解，通过对某一概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的应用的探讨，培养学生的分析、概括、抽象、推理、想象、判断等思维能力。
三、能力培养在教学中的具体落实
各种能力的培养是贯穿于整个高中物理教学中自始至终的任务，大到三年的教学，小到每节课，甚至再小到一个概念的建立、一道题的解答，都牵扯到能力培养问题。而每一环节中，又有具体的能力培养目标。因此，教师在教学中，要
根据教材内容及大纲要求，明确每课时中能力培养目标，结合学生情况，认真备课，确定完成方案，选用适当的教学方法，因人因材施教，完成培养方案。
四、检验能力培养结果，完善能力培养措施
转换层结构施工阶段的受力分析 篇3
所谓的转换层是指因建筑功能需要下部大空间,上部结构竖向构件不能直接连续贯通落地而通过水平转换结构与下部竖向构件连接,构成的高层建筑结构为带转换层高层建筑结构[2]。当上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱等)由于使用功能的要求不能直接连续贯通落地时,应该设置结构转换层,在结构转换层布置转换结构构件,这类结构称为带转换层的高层建筑结构。近年来,带转换层的高层建筑越来越多,而且结构形式越来越复杂。所以必须对施工阶段进行受力分析。
1 带转换层的高层建筑施工阶段分析
由于我国高层建筑发展的初期使用功能比较单一,结构形式相对比较简单,所以结构的极限承载力对于大多数结构来说,即为正常使用的极限承载力,当然也对少部分结构进行了施工阶段的受力分析,但传统的分析方法都是以竣工后的整体结构作为分析对象,将结构荷载一次性施加在结构上进行计算,计算时经常得到与实际情况不符的结果。对高层结构主要是因为:1)忽略了内、外柱及剪力墙等竖向构件竖向位移差的影响;2)顺序分层施工引起的分层加载的影响。对于带有转换层的高层建筑结构施工过程是分析必须考虑的一个因素,还要考虑收缩、徐变因素的影响[3]。从上面的研究分析可以看出,要想更真实的模拟结构在施工阶段的受力情况,应该对结构施工阶段分阶段进行受力分析。对施工阶段进行分阶段的受力分析更接近实际情况,而且与传统的分析方法所得的结果有很大差异,图1和图2分别列出了相同的结构施工阶段用传统的分析方法和分阶段分析方法所得的结果。
SAP2000中专门提供了一个用于模拟分阶段施工的模块,该模块中的阶段施工加载用来模拟结构在施工过程中的结构刚度、质量、荷载等不断变化的过程。在程序中施工过程的每个阶段由一组称作有效组的构件来表示,当从上一个阶段到下一个阶段分析结构发生变化时,根据定义阶段情况,SAP2000会首先判断哪些构件是新添加的,以及哪些是没有变化的,对于这几种不同的构件,进行不同的操作。
2 模型分析[4]
平面框架结构见图3,结构混凝土强度为C30(E=3.0×107 kN/m2),框架梁的截面采用0.3 m×0.6 m,柱截面为0.5 m×0.5 m,转换层截面尺寸为1 m×2 m的转换梁。计算中的荷载仅考虑结构自重的影响。
模型一:用传统的分析方法和分阶段的分析方法来分析带转换层的高层建筑与层数和跨度之间的关系(见表1,表2,表3)。
模型二:用一个20层结构来分析施工周期对结构的影响(见表4)。
3结语
1)用传统的分析方法和考虑分阶段施工所得的结果相差很大,从算例来看,即使在没有考虑施工周期影响的情况下,分阶段施工所得的结构和传统方法所得的结构分析弯矩、剪力、位移也相差较大。2)随着层数的增加及转换层跨度的增加,传统的分析方法所得的结果与结构分阶段所得的结果差得越远。3)施工周期越短,结构在施工阶段受的力就越小,因为混凝土的收缩、徐变是随时间的增加而增加,这种变形使得超静定结构的内力增加。
参考文献
[1]王心田.建筑结构概念与设计[M].天津:天津大学出版社,2004.
[2]T.Y.Lin Sideny,D.Stotesbury Struete.Structural conceptsand systems for Architects and Engineers[M].New York:Johnwiley and sons,1981.
[3]北京金土木软件技术有限公司,中国建筑科学研究院.SAP2000中方版使用指南[M].北京:人民交通出版社,2006.
[4]曹裕阳,刘开强.高层建筑结构分阶段施工的受力分析[J].四川建筑,2007(3):76-77.
分阶段受力 篇4
1 工程背景
鹭鸶湾大桥是张家界西溪坪永定大道上的一座桥梁, 位于张家界市城东澧水干流之上, 是东接张家界市城区永定大道及常张高速公路、西接张家界城市中心的重要通道。既有鹭鸶湾大桥已运营约10a, 桥面破损严重, 存在较多病害, 所以经多方案比选后决定对原大桥进行拆除重建。重建桥梁起点里程为K6+099.92, 终点里程为K6+525.08, 桥梁宽33m, 全桥长425.16m, 桥梁位于直线上。桥梁采用 (38+61+71+81+71+61+38) m预应力混凝土Y型刚构-连续组合箱梁, 桥宽采用33m, 分左右两幅设置, 最大纵坡采用4.64%。
根据《预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南》的有关规定, 连续刚构桥的边跨现浇段、边跨合龙段和中跨合龙段是合龙段浇注的3个关键施工工序, 应按照以下原则进行:3个工序的全过程均应在结构处于稳定变形条件下进行;同时3个工序的全过程均应在结构处于平衡状态下进行。这样做的目的是为了保证结构在施工阶段避免受到不平衡荷载的不利影响。因此, 该桥在合龙方案选择时考虑了合龙顺序对桥梁的影响, 针对不同合龙顺序进行了比选分析。
2 合龙顺序对内力变形影响分析
结合本桥的实际情况, 对合龙的顺序采用先边跨后中跨及先中跨后边跨两种不同的合龙方式进行模拟分析, 对两种合龙方式下的内力及变形情况进行比较, 考虑到结构的对称性, 文中只给出一半单元的计算结果。
2.1 先边跨后中跨结构受力情况 (见图1~4)
2.2 先中跨后边跨结构受力情况 (见图5~8)
2.3 优化比选结果
上述计算结果表明:两种合龙方式对于Y构区域的最大负弯矩的影响很小, 对于边跨、次边跨、次中跨的弯矩值先边后中的方式比先中后边小15%左右, 剪力则相差很小。
上下缘的应力计算表明:采用先边后中的方式比先中后边压应力小0.3MPa, 说明先中后边的方式对于箱梁的应力储备较为有力。
采用先边跨后中跨的主要目的是减小结构中的温度应力和容易控制合龙过程中的变形。合龙段施工之前, 每个T构的悬臂箱梁是静定结构, 只因温度产生变形, 不产生应力。先中跨后边跨形成Ⅱ型结构, 中跨各个梁段的混凝土会因温度作用产生应力, 此时除中跨合龙段外, 其余各梁段混凝土均已达到设计强度, 且施加了预应力, 因而能承受温度应力。而合龙段混凝土在未达到强度前不能承受温度应力, 需采取措施使它不受力, 如可采取临时束、体外支撑、选择合理的灌注时间、采取添加U微型膨胀剂及降温等措施达到预期的目的。
采用上述两种方式, 内力的影响主要体现在弯矩的差异 (15%左右) , 对其余指标的影响较小, 两者的各项指标均能满足现行规范的要求, 考虑到采用先中后边的方式有利于挂篮的周期运作, 可以较快的将合龙撤除的挂篮用于其余阶段施工, 节省工程造价, 且由于Y构合龙后形成稳定体系, 可以减少临时支承体系的多次转换过程, 在设计时最终采用先中后边的方式处理。
此外, 合龙段压重、合龙温度、预拱度、边跨现浇段、边跨合龙段和跨中下挠控制都影响着该类桥梁的施工质量。按规定, 合龙前应在两端悬臂顶加压重, 并对浇注混凝土过程中同步卸载, 使悬臂挠度保持稳定。合龙在1d中最低气温且温度恒定时完成, 跨中要设置适中的预拱度值, 且预拱度的设置宜大不宜小。边跨现浇段混凝土一般在落地满堂式支架上分两端浇注;先浇注靠近墩 (桥台) 梁段, 再浇注靠近悬臂段2m的梁段。
3 合龙段顶推力大小的优化
Y型刚构-连续组合梁桥因后期上部结构混凝土收缩与徐变作用, 使两墩之间主梁沿桥面方向伸缩, 墩顶与墩底产生较大的弯矩, 且墩顶向跨中方向产生的位移。再考虑温度作用, 多种效应组合下主墩的受力及其变位将加剧, 对墩身会造成不利影响。为解决这一问题, 我们做了大量的分析与计算, 通过计算分析可知, 在桥梁进行中跨合龙前对中跨主梁悬臂端施加一个水平推力, 让主墩墩顶预先向两侧产生一定的偏移, 产生与混凝土收缩、徐变相反的弯矩, 可以有效减少成桥后混凝土收缩、徐变的永久内力及变位影响, 减小永久作用与温度作用组合的不利效应, 从而改善墩身及主梁的受力及变位。
合龙温度及后期混凝土的收缩徐变是主墩产生纵向偏位的主要因素, 下面就从这两个方面进行分析研究。
3.1 合龙温度引起的墩顶水平位移计算
采用悬臂浇筑法进行Y型刚构-连续组合梁桥合龙施工中, 合龙温度是影响合龙段施工质量甚至整个桥梁结构体系受力的重要因素。理论和实践研究证明:对于超静定结构的大跨度预应力混凝土箱形梁桥, 温度应力可以达到甚至超过活载应力, 从而造成预应力混凝土桥梁产生温度裂缝。
桥梁合龙时的环境温度直接影响着温度次内力引起的结构位移方向。如果合龙时温度较高, 而成桥后温度下降将会使主梁向跨中收缩, 主墩顶部产生向跨中方向的水平位移和转角, 容易增大中跨下挠。因此, 采用有限元分析的方法能对该项效应准确求解。
3.2 收缩徐变引起的墩项水平位移计算
混凝土的徐变一般是沿着已有的转角方向发生变形, 而混凝土收缩产生的变形必然使主梁缩短, 其作用效果与结构受整体降温作用的效果一致。若是在合龙时预先施加水平推力, 并且产生与混凝土收缩、徐变相反的水平位移, 同时将主梁的初始转角适当减小, 这样就能有效地减小混凝土收缩徐变而引起的梁体下挠问题。但分段施工的每个梁段混凝土的徐变、收缩特性与加载龄期均不同, 所以其导致的内力重分布是非线性的, 因此收缩、徐变引起的水平位移的理论分析与计算过程很难通过解析求解。根据《桥规JTG D62》附录F中的计算公式, 利用有限元程序采取逐步计算的方法, 可以有效计算混凝土中收缩与徐变变形, 得到较为完美的解决。
3.3 合理顶推力的计算
跨中合龙时顶推力大小需根据实际工程通过计算来确定, 顶推力施加后的效果应满足受力及变形和位移两点要求:顶推力产生的弯矩能部分抵消由结构自重、混凝土收缩徐变等引起的弯矩, 降低墩身受力, 减少墩身配筋及裂缝宽度;顶推力产生的墩顶预偏值能部分抵消成桥后上部结构混凝土收缩、徐变在墩顶产生的收缩量。经验表明, 桥梁收缩徐变在3a内可以基本完成, 设计计算中要求3a后桥梁在永久作用下, 墩顶水平位移接近为0, 墩身处于铅直状态。
根据此两点要求可以初步确定顶推力的下限值, 此外还需注意顶推力施加带来的以下问题:顶推力的施加使桥梁上部结构受到预压作用, 从而使墩身徐变次内力增加。通过计算表明增加的徐变次内力小于顶推本身产生的内力, 顶推效果总体是有利的, 只是次内力削弱了这种有利效果;通过计算可知混凝土收缩、徐变对墩身的受力影响与温度降低作用下的影响效果一致, 所以, 包含这三种作用效果的组合往往是就墩身在极限状态下的最不利组合。施加顶推力的目的就是想降低此最不利组合值, 但如果施加的顶推力过大, 则温度作用的效果可能由降温作用效果变位为升温作用效果, 这将使顶推力的施加失去其意义;如果施加过大的顶推力, 主梁部分截面的极限状态承载能力或压应力有可能不满足规范要求, 在设计计算时也应注意这一问题。
根据上述计算时会出现的3类情况初步确定顶推力的上限值, 与下限值及施工要求等其他情况综合考虑, 最后可以确定顶推力的大小。
在各顶推位置分别施加0k N、50k N、100k N、200k N, 顶推力Y构支承处主梁节点的水平位移见下表1。
从表中可看出, 主梁控制截面节点的水平位移变化与顶推力呈线性变化, 即每施加50k N的顶推力, 节点水平位移增加7mm, 有了上述节点位移量与顶推力的关系, 即可开展顶推力优化计算和温度影响、收缩徐变影响的分析。成桥10a后Y构支承处节点的位移如下表2所示。
根据上述的理论分析, 采用100k N的顶推力能够基本抵消收缩、徐变及温度产生的位移。未顶推与施加100k N的顶推力两种工况下, 箱梁的应力情况如9~12图所示, 由于结构对称, 本文只给出1~80号单元的应力情况。
上述结果表明, 顶推与否对于该桥上部结构箱梁的影响不大, 在实际操作时可以近似忽略。由此可见, 该合龙段卸载方案对于改善墩柱受力以及上部结构的内力分配具有非常明显的效果。根据设计内容和现场施工状况总结出该类桥型的设计和施工控制要点, 为今后类似桥型的施工提供一定的借鉴。
摘要：Y型刚构连续组合梁桥是刚构-连续桥的一种, 该类桥在施工中主要采用悬臂浇注法施工, 本文以具体工程为例探讨了该类型桥在施工过程中合龙顺序对桥梁结构受力的影响, 并探讨了顶推力在合龙施工中的具体应用, 供技术人员在工程中借鉴。
关键词：Y型刚构-连续组合梁,合龙顺序,受力分析,顶推力研究
参考文献
[1]路桥集团第一公路工程局.JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社, 2008.
[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]鲍卫刚, 周泳涛.预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南[M].北京:人民交通出版社, 2009.
[4]巩海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社, 2001.