预应力混凝土曲线梁桥

预应力混凝土曲线梁桥（共11篇）

预应力混凝土曲线梁桥 篇1

1 引言

目前预应力混凝土曲线梁桥的在施工与运营阶段出现病害现象或事故还时有发生,使得曲线梁桥设计研究值得关注。混凝土曲线梁桥是公路和城市立交的重要组成部分,其主要功能是在有限的空间内实现道路的转向功能,山区桥梁因为地形限制,也往往采用曲线形式。在过去的二十年中,我国曲线梁桥由于设计不当等原因,在运营或施工阶段出现问题屡见不鲜,其中比较典型的问题有:桥跨结构沿径向向外侧移或向外翻转;端部抗扭支撑容易出现内侧支座脱空和外侧支座超压的现象;桥墩的问题主要是针对固结墩而言,固结墩在径向内侧容易出现环向水平裂缝。由于这些问题几乎是曲线梁桥所独有的,在直线梁桥中很少发现,一般把这几种问题现象称为曲线梁桥的典型病害。据报道,深圳市管理部门曾对该市40多座立交桥进行普查,发现19座出现了典型病害问题,这个比例是非常高的,所以,在进行曲线梁桥设计时,应该采取预防性措施,避免在施工或使用过程中出现这些典型病害现象。

下面结合笔者参加曲线梁桥设计的一些实践经验和学习体会,对引起预应力混凝土曲线梁桥设计不当的原因进行了归纳和分析,并介绍了目前比较有建设性的设计意见和设计对策,供广大桥梁设计者参考。

2 引起设计不当的原因

曲线梁桥在施工或使用过程中产生典型病害问题的原因是多方面的,但总的来说大部分属于在设计过程中认识不足或设计不当造成的。目前,引起设计不当的原因主要表现在以下几个方面。

2.1 主观因素:人为因素和计算程序本身存在缺陷

在曲线梁桥设计中,计算分析是十分重要的。人为因素主要表现在:设计人员过多的依赖计算机,而对曲线梁桥的基本理论、基本概念缺乏必要的理解,不能对计算结果的可靠性加以分析和判断。

曲线梁桥计算程序本身存在缺陷表现在:早期平面程序不能满足曲线梁的计算要求,曲线梁桥设计计算时应考虑其空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。

随着计算机技术的发展,程序本身的缺陷问题已经基本解决,但部分设计人员的理论水平还有待提高。

2.2 曲线梁桥设计缺乏明确的规范条文指导

由于在我国桥梁规范中没有针对曲线梁桥的专门条文规定,到目前为止曲线梁桥的设计基本都是参照直线梁桥在进行,从而导致部分桥梁设计者常常完全按照“弯桥直做”的思路去进行曲线梁桥的设计和计算。在进行曲线梁桥设计时,一些国外规范把桥梁中心线所对应的圆心角作为结构分析方法的主要依据。例如,日本公路规范就规定[1]:当单跨圆心角Φ≤5°时,曲线梁桥可按直线分析;当单跨圆心角5°<Φ≤30°时,计算剪力和弯矩可按直线桥进行,但计算反力及扭矩时就应考虑曲线影响;当单跨圆心角Φ>30°时,所有的内力均应考虑曲线的影响。从日本规范对曲线梁桥的规定,不难看出“弯桥直做”是有前提的,不是所有的曲线梁桥都适合按照这个方法去进行设计,特别是小半径的曲线梁桥,这也可能是我国曲线梁桥频发事故原因之一。

2.3 荷载考虑不周

曲线梁桥的设计荷载主要包括自重、二期恒载、汽车作用、温度作用、预应力荷载、离心力等。其中考虑不周的荷载主要指温度荷载和预应力荷载,例如深圳华强立交A匝道发生事故的决定因素就是日照温差[2]。笔者通过调研和文献查阅搜集了国内一部分病害桥梁案例,发现出现典型病害的曲线梁桥绝大部分都是预应力混凝土结构,这说明我们对曲线梁桥中预应力荷载的认识可能存在不足或还有我们未认识到的问题。

2.4 支撑体系设置不合理

曲线梁桥的支承方式对上、下部结构受力影响很大,因此,在曲线梁桥设计过程中,支承形式的布置、支座类型的选择及支承预偏心的设置都应加以注意。

3 设计对策

相对于直桥而言,曲线梁桥在荷载作用下除了产生弯矩和剪力外,还会产生不容忽视的扭矩和扭转变形。在以往的设计中,对预应力混凝土曲线梁桥的扭矩和扭转变形估计不足是造成曲线梁桥在施工和使用过程中出现典型病害的根本原因。所以,解决这些问题的途径主要是从两个方面:一是采用一定的手段减小荷载作用下曲线梁桥产生的扭矩和扭矩变形;二是采用一定的措施增加预应力混凝土曲线梁桥抵抗扭矩的能力。结合笔者参加一些曲线梁桥工程设计及处理相关问题的实践,认为目前比较有建设性的设计意见和设计对策有:

3.1 支承方面

针对不同的桥梁结构应选用对结构受力有利的支承方式,不同的支承方式主要是影响主梁的扭矩值和扭距沿纵向的分布规律,以及主梁的扭转变形和墩柱的受力状态。根据曲线梁桥的受力特点一般采用的支承方式为:在曲线梁桥两端的桥台或盖梁处采用两点或多点支承的支座,这种支承方式可有效提高主梁的横向抗扭性能,保证其横向稳定性;在曲线梁桥的中墩支承处可采用的支承形式很多,应根据其平面曲率、跨径、墩柱截面和墩柱高度及预应力的作用力的不同来合理地选用支承方式。目前,调整中间支承方式是改善预应力混凝土曲线梁桥在荷载作用下的扭矩和扭转变形的主要设计手段。

支承偏移值应按桥梁的曲率、跨径和预应力钢束在主梁内的布置通过空间结构计算确定。对于预应力混凝土曲线梁桥来说,如果预应力产生的扭矩与自重产生的扭转方向一致都是向曲线外侧,墩柱应向曲线外侧偏移不同的值。若自重扭矩和预应力扭矩方向相反,且两者合成扭矩相反,墩柱则应向内侧偏移,当合成扭矩向外时则向外侧偏移。支承向外偏心布置,偏心距选择的基本原则为:尽量使恒载中心线与梁的支反力合力的中心线一致。为了限制侧向位移,设计中可以在梁体与防震挡块之间设置弹性支座[3]。

3.2 预应力钢束布置

对于预应力混凝土曲线梁桥,除了利用预应力钢束抵抗弯矩外,也希望利用预应力钢束抵消外荷载产生的扭矩。理论上,可采用下列几种方法来利用预应力抵消扭矩[4]:

1)内外侧腹板采用不同线形的预应力筋;

2)内外侧腹板上预应力筋线形对称,但张拉力不同;

3)在顶底板中布置弯曲方向相反的预应力筋。

但是,是否需要采用预应力来抵消扭矩要从实际情况出发,因为有些措施会降低预应力的抗弯效应。

国外预应力混凝土曲线梁桥的设计方法是:全桥当作一根梁,钢索按功能分为抗弯、抗扭两类,抗弯钢索布置与直桥相同,目的是使上、下缘应力满足要求,抗扭钢束是布置在顶板和底板(或左右腹板)上的弯曲方向相反的钢索,专门用于平衡恒活载和抗弯钢索产生的扭矩。

目前我国曲线梁桥设计主要是按照抵抗弯矩的要求计算所需预应力钢筋的数量和线形,然后移动抗弯预应力钢筋,尽量抵消外扭矩。预应力对桥梁结构的作用有些是有利的,而有些是有害的,若设计失误严重时预应力也可造成桥梁结构的破外。然而从方便设计和施工的角度,左右两侧腹板选择相同数量和张拉力对称配置钢索比较合适,所以是否需要配置专门的抗扭预应力钢筋,需要根据实际情况而定,特别是针对大跨径、大曲率的混凝土曲线梁桥。

3.3 构造措施

尽量在构造上采取方法增大梁体的抗扭抗刚度:例如:对于宽度较窄的匝道桥宜加大箱体宽度缩小悬臂宽度,以增加主梁抗扭刚度;通过钢筋布置增强抗扭能力,箱梁底板上、下层横向钢筋、顶板上、下层钢筋及腹板箍筋要相互搭接从而构成一个封闭的抗扭矩形[5]。

3.4 其它措施

对于大曲率的曲线梁桥,调整支承偏心后仍不能消除主梁扭矩引起的支座负反力时,可根据扭转方向采取在主梁内侧或外侧加配重混凝土的方法予以解决,目前采用的配重混凝土多为大容重的钢渣混凝土,也可采用拉力支座[5]。

4 结语

国内围绕预应力混凝土曲线梁桥典型病害开展的研究主要集中于研究在役曲线梁桥的加固对策和加固技术方面,而针对设计方法和设计对策的研究很少,能够对曲线梁桥设计提出好建议的只有寥寥几人,这种局面可能与现有的体制有一定的关系。国内对曲线梁桥设计对策开展研究的主要是两大主体:高校的科研人员和各大设计院的桥梁工程师。比较发现:高校的研究成果从建模到计算都比较可靠和精确,但由于缺乏工程经验,提出的成果往往局限于得出一个定性的结论,成果很难直接转化为技术指导设计,即成果的可操作性差;一线的桥梁设计工程师虽然理论知识相对薄弱,但研究成果基本是源于工程应用和对工程实践的总结,虽然缺乏理论的深入性和严谨性,但由于经验丰富,提出的设计对策一般比较具有可操作性。

曲线梁桥向大跨径发展是未来的一种趋势,为了提升我国曲线梁桥设计能力,有必要对曲线梁桥的设计方法和设计对策开展系统的研究,然后制定相应的规范指导设计。

摘要：首先,介绍了预应力混凝土曲线梁桥在施工和运营过程中经常出现的典型病害现象,并认为设计不当是产生病害的主因。然后,通过深入调研和文献查阅,分析了引起预应力混凝土曲线梁桥设计不当的原因。最后,基于多年的曲线梁桥设计实践经验,针对预应力混凝土曲线梁桥介绍了目前比较有建设性的设计意见和设计对策。

关键词：预应力混凝土,曲线梁桥,设计,典型病害,对策

参考文献

[1]陈开利.日本《公路规范同解释》III混凝土桥——第十一章曲线梁桥[J].世界桥梁,1991(4):75-77.

[2]何柏雷.太阳把立交桥晒跑了—深圳市某立交桥A匝道桥事故分析[J].城市道桥与防洪,2002(2):39-43.

[3]王新定,丁汉山,吉林,戴航,刘华.混凝土连续弯梁桥侧向位移分析及对策研究[J].公路交通科技,2006,23(11):64-67.

[4]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2003.

[5]何维利.独柱支承的曲线梁桥设计[J].北京建筑工程学院学报,2001,17(4):23-28.

预应力混凝土曲线梁桥 篇2

预应力混凝土箱型梁桥温度效应分析

参考我国公路、铁路和英国规范不同的.温度梯度规定,对某大跨径连续梁桥进行温度效应计算,对结构的内力和变形进行分析比较,得出可供设计和施工参考的结论.

作 者：梁艳 作者单位：兰州交通大学土木工程学院,甘肃,兰州,730070刊 名：河南城建学院学报英文刊名：JOURNAL OF HENAN UNIVERSITY OF URBAN CONSTRUCTION年，卷(期)：201019(1)分类号：U441+.5关键词：大跨度连续梁桥 温度梯度 温度效应

预应力混凝土曲线梁桥 篇3

关键词连续梁桥；施工控制；立模标高

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)021-0123-01

预应力混凝土连续梁桥在我国的应用已经有40多年的历史了，在这段岁月里，一批具有国际水平的大跨度预应力连续梁桥相继建成，标志着我国国力的提高。但同时我们也要看到，由于对施工过程缺乏有效的控制，在实际工程中也发生了几起大的事故。事实证明：只有合理的施工控制，才能确保大桥施工期间及成桥后的受力和变形符合设计要求，达到理想效果认。加强施工控制研究和运用，使理论和图纸变为现实的桥梁，就是知行合一，是一项非常有实用价值的研究课题。

一座桥梁必需在施工中克服各种恶劣环境，综合考虑各种确定和不确定因素的影响，同时应该从各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实的数值，对施工状态进行实时识别、调整和预测，从而使整个系统处于控制之中，只有这样，桥梁才能最终顺利竣工，我们对其进行研究的目的和意义正在于此。

1桥梁施工控制方法

根据桥梁结构形式、施工特点及具体控制内容的不同，其采用的施工控制方法也不不尽相同。一般地，桥梁施工控制可分为事后控制法、预测控制法、自适应控制法等。

1）事后调整控制法：在施工过程中，若发现己成桥跨结构状态与设计状态不符时，可通过定的技术手段对其进行调整，使其达到设计要求。

2）预测控制法：以施工所要达到的目标为前提，全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素，对桥梁每一个施工阶段形成前后的状态进行预测，使施工按照既定目标发展。

3）自适应控制法：在桥梁施工过程中，控制系统的某些参数与工程实际参数不完全符合导致了实际结构不能完全符合设计要求，此时，通过对各类参数的分析处理和修正，使桥跨结构各施工阶段可以满足设计要求，整个桥梁施工顺利进行。大跨径桥梁的施工监测控制中，一般采用的就是自适应控制法。

2桥梁施工控制的内容

2.1线形监控

2.1.1支架变形

预应力混凝土连续梁桥桥采用移动支架悬臂施工，因支架变形与搭设材料、方法、连接器等因素有关，支架的变形难以控制。为了较为准确地掌握支架变形，在浇注混凝土前对支架进行预加载试验。具体如下：①支架搭设：必须保证支架有足够的支撑能力，钢管连接器要保证连接牢靠；②布置测点：在支架上均匀布置测点，测点数不少于6个；③加载前测量：测试各测点的初始标高；④预加载：用沙袋均匀给支架加载，加载量为浇注梁段和模板重量之和；⑤加载后测量：待加载完毕8小时后开始测量，间隔半小时测量一次，直到数据稳定为止；⑥卸载后测量：卸载后4~6小时后开始测量测点标高，得出卸载后各测点高通过以上测试可得出支架的弹性变形和塑性变形量，为施工放样提供较为可靠的依据。

2.1.2箱梁高程控制

1）理论计算。计算内容应考虑温度、收缩徐变、施工荷载和体系转换。高程监控计算与设计中的结构计内容基本一致，但采用的参数不同，监控计算采用的材料容重、弹模、结构上下缘温差及收缩徐变参数都是按实际施工的数值。通过理论数值与实测数据的差异分析，修正计算中的各个参数，力求准确地预测下一节段箱梁的立模标高。

2）施工措施。高程控制中的施工环节同样很重要，若没有一个施工措施作保障，会给实际监控带来很大麻烦。为此，借鉴已建成的连续箱梁的成功经验，把施工措施写进细则中。①每个节段施工周期约为10天，要求尽量缩短浇筑混凝上时间；②根据理论计算和加载试验结果，精确确定各节段梁段混凝土浇筑时的支架变形；③搭设支架要保证牢固可靠，不准有松动；④要求混凝土材料、配合比及外加剂等材料全桥应尽量一致；⑤要求各T的悬臂施工进度尽量保持一致；

3）高程控制方法、精度和工作流程。①高程控制方法：箱梁立模标高的理论计算公式如下：

Hn'=h'+fy'+fn'

式中：

Hn'—第i节点在第n阶段高程（若第n施工阶段为i节点的安装阶段，

则Hn'为i节点的立模标高）；

H’一i节点的设计高程；

fy'一i节点的预拱度；

fn'一i节点从n施工阶段到成桥的累计挠度。

②高程控制精度：根据规范以及招标文件，高程控制精度为：箱梁施工完成后，裸梁顶面标高与对应目标标高高差≤2.8cm。各悬浇单T完成后，悬臂端的相对竖向挠度与理论值差值≤2.0cm。挠度变形观测应采用国家工程测量变形三等水准测量的精度等级要求和观测方法进行施测。按此要求进行能测量到变形量±1级的挠度值。③高程控制实际操作。连续梁桥悬臂浇筑每一个箱梁节段可分为三个阶段，即移动支架阶段、浇筑混凝土阶段、张拉预应力阶段。以上三个阶段作为挠度观测的周期。

第一阶段：张拉预应力之前，测现浇段；

第二阶段：张拉预应力之后，测现浇段；

第三阶段：支架移动后，测现浇段和已浇段；测已浇段主要是分析累计位移线形。

挠度观测，比较关键的是固定观测时间，以减少温度对观测结果的影响和施工对观测工作的干扰。本桥箱梁挠度观测严格控制在夜间n时以后至凌晨日出前这一时间段内进行，同时记录空气温度并且尽量使测量时间相对固定，这更有利于排除环境误差，进行数据分析。

2.2箱梁控制截面应力监控

2.2.1应力监控监测内容及目的

应力监控主要指上部箱梁结构的应力监测。应力监控监测的目的是保证大桥安全施工，并为今后运营阶段的长期健康监测提供基础资料。由于主应力难以测量（不但有大小而且有方向），因此，应力测试通常针对截面正应力测试而言。

2.2.2监控截面应力监控方法

l）应变传感器的埋设。传感器埋设时应注意以下几点：①对要使用的传感器进行标定，选择质量可靠、性能稳定的传感器预埋；②混凝土应变计应与主筋同一位置深度及走向，尽量放置于主筋下方以防震捣时损坏，埋设时选择好合适的初频；③温度传感器应与应变计置于同一位置深度，真实反映应变计埋设位置的混凝土即时温度；④不论何种传感器，引出导线都应编号并制作专门的硬套管与保护盒，以利于保护导线和拆模后能立即找到导线测量；⑤传感器的预埋与安装结合工程实际进度，无论预埋还是表面安装传感器都须有监控技术人员指导。混凝土浇注前与拆模后都须对传感器进行读测，做好原始记录；⑥混凝土拆模后将传感器导线引至便于测量又不会因施工而遭破坏的地方，注意防雨防潮。

2）应变（应力）数据采集。应变测试元件采用丹东市虫[龙传感器制造有限公司生产的JXH-2型埋入式应变传感器，其特点是数据较稳定，且价格适中，读数仪采用该公司生产的55-n型袖珍式钢弦频率接受仪，在每个梁段施工完成后对该传感器的数据进行采集分析。

3）应力测试流程。监控工作应统一领导，做好与施工的衔接和配合，最大限度的不影响正常施工。操作流程由监控单位实施，施工单位配合。对于应力测点的处理，首先按相关规范限值或设计要求，然后监控单位按实际情况计算实际理论值，最后对比实测值得出结构是否安全。

3结论与展望

连续梁桥是超静定结构，成桥后理想的几何线形和合理的内力状态不仅与设计有关，还依赖于科学合理的施工方法，依赖于施工过程中对高程、应力的正确控制。因此，施工完成后达到理想的成桥线形以及保证施工安全，是施工控制的主要目的。

未来大跨径桥梁施工控制的发展趋势是控制的科学化、自动化和智能化。首先是在监控中引入先进的量测仪器，依靠现代通信手段直接将量测结果输入计算机进行处理，实现对桥梁的动态、实时、远程控制。其次是要将现代控制理论、计算机仿真技术、专家系统等引入施工控制并开发配套的可视化软件。

参考文献

[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,2001.

预应力混凝土曲线梁桥 篇4

预应力曲线梁桥作为一种空间结构, 因在荷载、预应力、温度、徐变等产生的弯矩、扭矩、剪力、轴力及二次矩作用下受力十分复杂, 若设计考虑不周, 会发生曲线桥梁开裂、横向位移过大、支座脱空、移位等事故, 影响结构安全和造成不良的社会影响。因此设计者掌握曲线梁桥的受力特点及设计注意事项尤其重要。

2 预应力曲线梁桥的受力特点

由于曲率的影响, 预应力曲梁桥受力相比直梁桥主要有如下特点:

2.1 梁体处于弯扭藕合作用下

预应力曲线梁桥除了内外缘自重差异产生扭矩外, 预应力钢束在空间方向的分布对于剪切中心会产生很大的力矩, 是曲线梁桥的主要扭矩。因此无论采用何种支座布置方案, 曲线梁内总存在扭矩, 这使曲线梁总是处于弯、扭藕合的受力状态下。弯矩和扭矩互相影响, 其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多, 这是曲线梁桥独有的受力特点。在扭矩作用下产生扭转变形, 其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥, 外边缘的挠度大于内边缘的挠度, 而且曲率半径越小、桥越宽, 这一趋势越明显。在弯扭藕合作用下, 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。

2.2 内梁和外梁受力不均

在预应力曲线梁桥中, 由于存在较大的扭矩, 因而通常会使外梁超载、内梁卸载, 尤其桥梁较宽时的内、外梁的差异更大。通常情况下, 内、外梁的支点反力相差较大, 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。

2.3 离心力的作用不能忽视

规范中规定:当弯道桥的曲线半径等于或小于250 m时, 应计算汽车荷载引起的离心力。离心力的作用点在桥面1.2m处 (为计算简便可以移至桥面, 不计由此引起的作用效应) 。但对“独柱墩式”的预应力曲线梁桥结构, 这样简化是偏于不安全的。

2.4 预应力的摩擦损失计算应按空间考虑

直线桥预应力的摩擦损失采用的转角是平面转角, 但曲线梁桥的预应力钢束线形多为空间三维曲线, 具有双向曲率, 因此摩擦损失计算采用的转角应为空间转角, 即钢束各微段相对前段的竖向偏角增量平方与水平偏角增量平方的总和再开平方计算得到的转角。在预应力损失计算中摩阻损失占很大比例, 因此详细分析其计算对预应力曲线梁桥的计算成果至关重要。

2.5 下部受力计算复杂

由于内外侧支座反力相差较大, 使各墩柱所受垂直力也不同, 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, 不能全面地反映实际的受力状况, 因此必须充分考虑结构的空间受力特点, 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, 才能全面地分析清楚实际的受力状态。

3 预应力曲线梁桥设计中应注意的问题

针对近年来, 国内常有曲线梁桥在施工中或建成后发生事故, 在设计中应注意以下几个方面。

3.1 上部结构方案的选定

(1) 在桥梁的跨径布置上保证跨越功能的同时, 应使“扭转跨径” (指两抗扭墩之间的累计跨长) 不宜太长。

(2) 横截面尺寸选择可与等跨径的直梁桥相同, 尽可能选择抗扭刚度较大的箱型截面, 并根据受力分析增设跨间横隔梁。

(3) 梁端间隙和伸缩缝构造设计时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。

3.2 预应力钢束的设计

纵向预应力钢束的配置应尽可能使预应力束的平面布置与曲梁的轴线和预应力的压力线 (压力线:梁的预应力弯矩除以梁的横截面上所受预压力, 得该预压力作用点相对梁的形心轴的偏心距, 把全梁各截面的预压力合力作用点联接起来, 即为预应力压力线) 一致, 预应力钢束的水平合力作用点连线与梁中性轴相吻合, 否则由于预应力钢束具有平面曲率, 预应力束产生对梁的水平径向作用力, 这种水平力对梁的剪力中心的偏心扭矩会使曲梁产生附加弯矩和扭矩。

设计者可以根据文献[7]中提及的压应力线限制区控制钢束数量及几何布置。压应力线限制区是为满足梁的上下缘应力均大于0或某一指定拉应力值, 压应力线不得越出的区域。

根据文献[7]计算压应力线限制区公式如下:

张拉阶段

e≤ Kb+ Md/F0 (1)

e≥ -Kt+Md/F0 (2)

使用阶段

e≤ Kb+ Mmin/F (3)

e≥ -Kt+ Mmax/F (4)

式中:F─预压应力合力;

F0─梁内某截面的预压力;

Md─恒载弯矩 (假定为正) ;

Mmin、Mmax—使用阶段恒、活载组合的最小、最大弯矩 (假定为正) ;

e─偏心距;

Kb=I/AYt—截面下核心到形心的距离;

Kt=I/AYb—截面上核心到形心的距离。

由上面4个不等式, 即可计算包围出‘中的阴影区域—压力线限制区。

压应力线越出限制区的上边界, 梁的下缘将出现拉应力或拉应力过大, 反之, 上缘将出现拉应力或拉应力过大。限制区的宽度与有效预加力的大小有关, 限制区的上界与下界相交, 表示有效预压力不足应增加钢束;上界与下界之间宽度过大, 表示预压力富裕, 可减少钢束。而较经济的设计是上下界之间宽度尽可能小, 同时又能将整条压应力线包络住, 这意味该梁无论是在张拉阶段还是在使用阶段, 它的上下缘都不会出现拉应力或不超出某个拉应力限制。

钢束布置应避免一个误区, 即预应力钢束在正弯矩区都布置到最低, 在负弯矩区都布置到最高。把钢束布置到最低、最高, 并不一定是最佳钢束位置, 不仅应力状态不是最优, 还可能影响强度验算的通过;同时应注意曲线梁桥靠曲线外侧的主梁, 其弯矩一般比内侧主梁大, 但外侧主梁需要的钢束数不一定要比内侧主梁多, 这是曲线梁的平面弯曲效应的结果。

3.3 支座的选取和预偏心的设置

曲线梁桥的支座选取和设置非常重要, 它直接影响结构受力安全。支座选择不当, 会导致在日照、高温循环作用下发生梁体向曲线外侧滑移。

3.3.1 支座的选取

支座选取时所有中墩支座, 尽可能选择横桥向位移固定支座, 对于采用径向或双向自由滑动支座, 应汪意以下几点:

(1) 如无特殊措施, 不宜全部中墩都采用径向或双向自由滑动支座, 尽可能将横桥向位移固定, 否则在温升和日照作用下, 梁极易发生不可恢复的水平位移和扭转。

(2) 若全部中墩都采用径向或双向自由滑动支座, 必须在梁端可靠地限制纵向位移, 例如采用纵向预应力钢筋加橡胶热块把梁端与桥台联结起来, 这样, 温升和日照产生的水平位移和扭转才有可能恢复原位。

(3) 充分考虑梁端支座与桥台可能受到的水平地震力。

(4) 根据计算结果中支座的最大水平受力和梁相对支座的最大水平位移选用支座, 必要时应设置可靠的限制水平位移和防落梁的构造措施。

3.3.2 支座预偏心的设置

为了改善桥轴线的扭矩分布, 达到合理的配筋设计, 在支座设计中给以一定的径向预偏心。一般设计过程中设计者往往仅注重主梁内部扭矩分布, 而忽略了主梁的扭转角位移、主梁端部支承反力是否受拉等因素, 造成支座布置不当。支座布置应尽量使扭矩包络图在梁端处的最大正扭矩与最小负扭矩绝对值大致相等, 目的是使梁端左右支座竖向力大致相等。预先偏心在设计过程中可以通过试算来确定具体数值。

3.4 侧向防崩钢筋的设计

曲线梁桥设计中不能忽略钢束侧崩力的计算, 避免预应力钢束崩裂腹板。钢束侧崩力是由于具有水平曲率的纵向预应力钢束在张拉过程中产生对腹板混凝土的径向压力所引起的。孔道中单位长度预应力钢束的最大水平径向力可以采用下面公式计算:

$\text{F}=\frac{\text{C}\text{F}{}_{\text{Κ}}}{\text{R}}$

式中:F—单位长度预应力筋束的最大水平径向力;

R—预应力管道设计水平曲率;

Fk —钢束的控制张拉力;

C—超张拉系数。

计算出侧崩力后再按照规范中关于冲切强度的条文, 验算从钢束中心放射的两个45°斜面的强度, 并确定腹板内箍筋的直径和数量及另需增添防崩箍筋的用量。由于各种原因, 实际上的水平冲切力有可能比理论值大得多, 在验算配筋时应适当预留一定的安全度。

3.5 其它设计中应注意的问题

(1) 当曲线梁桥比较宽、桥墩也较宽时, 设计中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。

(2) 设计时应注意合理的扭矩分布并不能保证支座不出现拉力, 因此查看计算结果时还要注意支座竖向力, 支座竖向受力不仅要大于0, 而且要有一定的安全储备, 避免因计算误差造成不良后果。

(3) 根据计算结果要考虑是否设置预拱度, 还要考虑是否设置预扭转角, 预扭转角不仅要在跨中设, 支点截面也应考虑设置。

(4) 下部结构设计中不能忽视因曲线梁产生的水平力对其影响。

4 结束语

随着桥梁设计的日趋成熟完善, 曲线梁桥的半径也不断减小, 跨径要求却不断增大, 对我们桥梁设计工作者提出了新的挑战。在实际设计只有通过不断积累经验, 认真分析比较, 对各种难题除有针对性地加以解决外, 还应予以足够重视, 才能在许多不可预见的因素下避免发生事故, 确保结构安全。

参考文献

[1]邵容光.混凝土弯梁桥[M].人民交通出版社, 1994.

[2]姚玲森.曲线梁[M].人民交通出版社, 1989.

[3]孙广华.曲线梁桥计算[M].人民交通出版社, 1997.

[4]吴西伦.弯梁梁桥计算[M].人民交通出版社, 1990.

[5]JDG62-2004, 公路钢筋棍凝土及预应力棍凝土桥涵设计规范[S].

[6]JDG60-2004, 公路钢桥涵设计通用规范[S].

预应力混凝土曲线梁桥 篇5

试件开始加载后，当应力 （A点）时，混凝土的变形约按比例增大，此后混凝土出少量塑性变形稍快，曲线微凸。当平均应变 时，曲线的切线水平，得抗拉强度 ，

随后，试件的承载力很快下降，形成一陡峭的尖峰（C点）。肉眼观察到试件表面的裂缝时，曲线以进入下降段（E点），平均应变约 。裂缝为横向，细而短，缝宽约为0.04~0.08mm。此时的试件残余应力约为（0.2~0.3） 。此后，裂缝迅速延伸和发展，荷载慢慢下降，曲线渐趋平缓。 受拉应力应变曲线有下降段。试件破坏时是砂浆逐步退出工作，剩余部分的应力增大，但名义应力减小，故有下降段；下降段的测出要求实验装置有足够大的刚度。

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预应力混凝土曲线梁桥 篇6

【关键词】挂篮悬臂施工；预应力混凝土；连续梁桥

1.引言

近年来，我国公路桥梁事业在不断地发展，很大部分要归功于各种现代施工技术的推广应用。与此同时，也对相关施工人员提出了更高的要求，各种新型施工技术的出现，必定需要更高的专业素质来驾驭。大跨径预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑施工最主要的施工设备是挂篮，在施工中，它不需要采用大型的运输机具，只需投入少量的支架，而且挂篮受峡谷、深水、宽阔河面之类的地形影响较小，可以重复多次的使用，节约资源，还能充分的利用好有限的空间。另外，使用该技术更有利于控制施工质量，施工工艺便于掌握，能够在施工中不断调整施工误差，使悬浇段施工质量、线型、标高精度等得到保证。

图1 挂篮悬臂施工技术

2.挂篮悬臂施工技术的方法及原理

在我国桥梁工程中，预应力混凝土连续梁桥己成为主要桥型之一，悬臂施工法用于建造预应力混凝土桥梁，它其最大的优点是施工不受季节、河道水位的影响，不影响桥下通航，不需大量的支架和临时设备。与其他的施工技术相比，挂篮悬臂施工技术具有其挂篮能够进行360度地自由运动的优势，能够大大地减少大型吊机械的使用，使得施工任务不那么复杂和繁重。同时，由于挂篮悬臂技术的结构质量较轻以及操作方法简易，再加上操作性能更好，从而使其备受各个大型的桥梁施工项目所青睐。挂篮悬浇施工方法适用于大跨度桥梁和特殊环境条件下的桥梁上部梁体结构现浇施工，挂篮悬臂施工一方面需要利用竖向预应力筋进行墩梁临时锚固，另一方面需要纵向预应力筋将梁段连接成为一个整体。桥梁采用挂篮悬臂施工技术的前提条件是，在施工过程中，桥墩与梁固结，同时桥墩需承受不对称弯矩。挂篮悬臂施工的步骤包括挂蓝安装、挂篮预压、箱梁的悬浇施工、挂篮的移动和挂篮的拆除。

3.大跨径预应力混凝土连续梁桥简介

大跨径预应力混凝土连续梁桥作为传统的桥梁结构体系之一，具有刚度大，变形小，抗震能力强，行车平顺舒适，地形适应强、施工技术成熟，伸缩缝少动力性能好、变形小、结构刚度大、受力性能好，其更突出的优点是使用上，能够充分的利用和混凝土的预应力技术料的强度因而被广泛采用，具有行车舒适、主梁变形挠度曲线平缓、桥面伸缩缝小等十分难得的优点。我国的桥型中大跨径预应力混凝土连续梁桥在占有主导地位，在预应力混凝土桥梁发展过程中，无论是是横跨江河、悬崖山谷的大桥，还是公路桥、城市立交桥或者铁路桥，预应力混凝土梁桥都具有较大跨越能力的优势。 例如我国南京长江北汊桥（主桥跨径165米）、六库怒江大桥（主桥跨径154米）、黄浦江奉浦大桥（主桥跨径125米）、潭州大桥（主桥跨径125米）、惠州大桥（主桥跨径124米）都属于大跨径预应力混凝土连续梁桥。

4.挂篮悬臂施工技术在大跨径预应力混凝土连续梁桥中的应用

在大跨径预应力混凝土连续梁桥实际施工过程中，在一般情况下，每一个桥梁分段的实际长度大多是3～4米长。桥梁挂篮悬臂浇筑施工具体指的是在桥墩的两边对称部分用混凝土一段段地开展浇筑施工。当混凝土达到相关规定指定的强度基础后，应该对挂篮进行移动，同时拉伸扩张预应力束，同时完成之后再接着对下一桥梁分段继续地进行浇筑施工。另外，还必须注意的是，由于挂篮是施工中的最主要的机械设备，但是桥墩根部自身重量会影响挂篮质量，造成不佳的施工质量，因此，必须先用托架对第一桥梁分段进行浇筑施工，以保证能够满足拼装挂篮以及支承挂篮要求的实际起步长度。

图2 挂篮悬臂施工技术在大跨径预应力混凝土连续梁桥中的施工结构图

4.1 挂蓝安装

首先进行挂篮拼装，挂篮结构拼装主要按以下流程进行。轨道安装、锚固→主桁片安装→后锚杆锚固→主桁前、后横梁桁片安装→主桁上下平联安装→底平台安装→外模系统安装→内模系统安装→悬吊工作平台安装，篮悬浇施工方法综合了后张法预应力混凝土箱梁和支架现浇箱梁的特点，挂篮安装详细施工步骤为：吊运轨道就位，用预埋竖向精扎螺纹钢筋锚固挂篮轨道；用塔吊将主桁架吊运至箱梁 0#段进行拼装，并利用塔吊吊装到位，锚固于挂篮轨道；安装前横梁及前吊带，悬吊底模板及工作平台；安装内吊梁，吊杆和内模架，内模板；安装外模吊梁和吊杆悬吊外模；安装其他部件。

4.2 挂篮预压试验

完成挂篮安装之后，接下来需要进行挂篮预压试验，即选择一定的桥位，对其进行静载和预压，观察其性能，从而保障挂篮系统的强度、稳定性以及刚度。预压试验应结合施工现场的环境以及工程本身的实际情况，在预压过程中，逐渐增加载荷直至设计荷载值，并对各杆件的焊缝处进行检查，有效记录其加载的施力大小与相应的位移数据。通常，在预压试验的过程中，主要使用千斤顶张拉钢绞线，以此来减小加载的工作量，进而对结果进行分析判断，具体的做法如下：首先要借助预埋地锚，用钢绞线将千斤顶以及前底横梁穿起来，进而借助锚具对钢绞线进行锚固处理，然后借助油压千斤顶对该挂篮进行分级加载预压处理。

4.3 浇筑混凝土

大节段挂篮悬臂施工的预应力管道安装及钢筋绑扎与普通悬臂施工基本一致。在完成钢筋与预应力管道的安装并且验收合格后，再进行浇筑悬臂节段混凝土。桥连续梁悬灌浇筑为泵送浇筑，以保证连续梁大节段混凝土浇筑效率及连续性。每个T构两根泵管自地面连接至桥面两个挂篮施工部位，通过软管随时调整浇筑位置。浇筑时使用两台车载泵分别对T构两侧悬灌部位对称浇筑。大节段悬臂浇筑时由于挂篮悬臂长度大，引起的挂篮弹性变形也更大，因此浇筑过程中要严格控制浇筑顺序，避免挂篮变形引起混凝土接触面产生裂隙。大节段悬臂浇筑为了抵消挂篮弹性变形，需要先浇筑挂篮前端；再浇筑挂篮后端，充分填补接触面裂隙，即由挂篮外侧向内侧浇筑。在箱梁混凝土施工结束后，需及时借助通孔器对管道进行排查，一旦发现有漏浆等质量问题，应立即解决，以免出现堵管问题。

4.4挂篮的移动和拆除

在进行挂篮的移动和拆除时。用混凝土浇注每一梁段后，需要进行预应力张拉，张拉完毕后，再移动挂篮到下一梁段的位置，进行下一步骤的施工，重复直到施工完毕为止，完成梁段施工后，进行挂篮的拆除，尤其要注意拆除的顺序，先拆除箱内拱顶支架，再拆除侧模系统，然后是底模系统，最后进行主桁架的拆除，可以采用拆零取出的方式拆除箱内拱顶支，主桁架通常采用吊车进行拆零，底模系统和侧模系统可以采用整体吊放。

5.大跨径预应力混凝土连续梁桥挂篮悬臂施工时的注意事项

（1）施工前要控制相关参数的测定（2）要保证施工预拱度计算无误（3）悬臂箱梁的施工挠度控制。（4）做好高程监测。

6.结束语

总而言之，在大跨径预应力混凝土连续梁桥建设工程中应用挂篮悬臂技术，能够将施工的质量大大提高，同时降低施工工作量，并且在一定程度上保证了大跨径预应力混凝土连续梁桥后期使用的稳定性和安全性。

参考文献

[1]付玉国.挂篮在连续梁施工中的应用研究—沿溪沟大桥挂篮悬臂施工技术[J].中华民居，2012：（12）

[2]杨家松.桥梁挂篮悬臂施工技术分析[J].黑龙江交通科技，2015（02）

预应力混凝土连续梁桥施工 篇7

近年来, 连续梁结构体系逐渐成为预应力混凝土桥梁的主流, 该结构的优点主要表现为:刚度大、变形小、行车平顺舒适、养护简单、伸缩缝少、抗震能力强等。箱形截面对于预应力混凝土连续梁桥来说, 是其主要的断面形式, 通常情况下采用变截面。目前, 预应力混凝土连续梁桥在单孔跨径在40m~150m范围内的桥梁中占据主导地位。无论是城市桥梁, 还是跨越宽阔河流的大桥, 预应力混凝土连续箱梁都发挥了它自身的优势, 因此, 该桥型得到广泛使用。

1 预应力混凝土连续梁桥施工的特点

预应力连续梁桥结构可以有效解决无法满足多种功能、跨度小、柱网密等问题, 表现出了良好的优势, 具有很好的工程实践性。预应力混凝土连续梁的施工具有十分突出的特点:一是便于施工:预应力混凝土连续梁桥悬臂施工时的受力状态与成桥后的受力相近, 便于实施悬臂施工。二是工程成本低:悬臂施工法采用无支架施工, 无需支架和大型吊装设备, 可以节约一到两成的工程造价。三是工程影响性小:对施工地交通影响相对较小, 悬臂模式施工中不需要中断交通, 特别适合交通量大的地区实施。四是施工进度快:预应力混凝土连续梁桥施工每墩至少有两个工作面平行作业, 而且几个墩可同时施工, 采用分段施工, 可以分节段调节梁底高程, 有效提高施工进度, 各作业面互不干扰, 推进工程进程。五是工程质量高:在对预应力混凝土连续梁桥进行施工的过程中, 通常采用流水作业, 进行重复性工作, 进而容易控制施工过程, 并且在一定程度上确保施工质量。

2 预应力混凝土连续梁桥的施工方法

2.1 悬臂施工法

在对预应力混凝土连续梁桥进行施工的过程中, 采用悬臂施工法, 该方法分为悬浇和悬拼两种。在建造预应力混凝土悬臂桥时, 其施工程序和特点与悬臂施工法相类似。在悬臂或拼浇过程中, 通过对上、下部结构进行临时固结, 待悬臂施工结束、相邻悬臂端连接成整体并张拉了承受正弯矩的下缘预应力筋后, 再将固结措施卸除, 在一定程度上使施工中的悬臂体系转换成连续体系。

2.2 整体现浇施工法

在施工过程中, 整体现浇施工一般通过整体浇注混凝土的方式来实现。具体过程为:首先架设支架, 将模板安装在支架上, 对钢筋骨架进行绑扎和安装, 同时预留相应的孔道, 在施工现场浇筑混凝土, 并施加预应力。在施工过程中, 由于使用模板支架的数量较多, 通常情况下, 主要用于中小跨径的桥或者在交通不便的地区使用。随着桥梁结构的不断发展, 一些异形桥、弯桥等混凝土结构频繁出现, 并且近年来, 大量应用临时钢构件和万能杆件系统, 与其他施工方法相比, 该施工方式简单便捷、费用较低。对于预应力混凝土连续梁桥来说, 通常情况下, 需要按照一定的程序现场完成混凝土的浇筑, 当混凝土达到设计要求规定的强度后, 将部分模板拆除, 展开相应的预应力筋的张拉、管道压浆工作。

2.3 移动式模架逐孔施工法

近年来, 为了确保现浇预应力混凝土桥梁施工的快速化、省力化, 进而在一定程度上发展起移动式模架逐孔施工法。其施工原理为:在长度稍大于两跨、前端作导梁用的承载粱上, 支承机械化的支架和模板, 在桥跨内进行混凝土浇筑施工, 当混凝土达到设计要求规定的强度后, 进行拆模, 沿导梁将整孔模架前移至下一浇筑桥孔, 如此循环进而完成全桥施工。在施工过程中, 需要注意:移动式模架逐孔施工法一方面可以用来建造连续粱桥, 另一方面可以修建多孔简支梁桥。

2.4 预制简支—连续施工法

预制简支—连续施工俗称先简支后连续施工法。具体施工程序为:预制简支梁, 进行分片预制安装, 在预制过程中, 根据预制简支梁的受力状态, 对预应力筋进行第一次张拉锚固, 安装完成后, 对位置进行调整, 浇筑墩顶接头处混凝土, 更换支座, 对预应力筋进行第二次张拉锚固, 进而在一定程度上完成一联预应力混凝土连续梁的施工。通过简支一连续施工方法进行施工时, 存在体系转换。通常情况下, 体系转换主要包括: (1) 从一端依次逐孔进行连续, 先将第一孔与第二孔之间形成两跨连续梁, 然后与第三孔形成三跨连续梁, 依此类推, 形成一联连续。 (2) 从两端起向中间依次逐孔进行连续。 (3) 从中间孔起向两端依次逐孔进行连续。

3 预应力混凝土连续梁的施工技术

预应力混凝土连续梁桥施工是一项系统工程, 必须超前进行谋划, 统筹协调, 科学施工, 确保工程质量。下面以长深线青临高速公路临沭东互通立交I号桥工程为例, 对预应力混凝土连续梁桥主要施工环节进行探讨。

3.1 承台施工

做好放线测量, 桩中心根据导线控制点进行测设, 然后对承台四周边桩进行放出, 同时外移50cm, 并且用油漆进行标记, 承台底至桩顶之间的高差同时需要测出。素砼垫层浇注:与设计标高相比, 开挖基坑要低10cm, 同时浇注10cm厚的素砼作为底模, 将混疑土顶面整平。安装模板:侧向支撑通常选用组合钢模板, 钢管、对拉螺杆、方木等。砼浇注:在浇注过程中, 从一端向另一端分层浇筑, 每层30cm, 同时需要将振动棒插入下层砼5~10cm, 避免碰撞钢筋和模板。

3.2 墩台身施工

模板工程:对于柱式墩模板来说, 通常采用整体式定型钢模, 采用大块组合钢模对薄壁墩、座板式桥台进行处理。在现场根据柱高选择模板拼装对圆柱进行施工, 由吊车将拼装成节吊起后进行安装, 通过风缆固定。使用组合钢模拼装薄壁墩、桥台模板, 使用拉杆拉钢管内拉进行加固, 模板接缝处夹胶条或海绵条止浆, 进而在一定程度上防止露浆。

浇筑墩台身混凝土:如果墩台高度过高, 通过采用倒模施工法进行分段施工。采用吊车配吊斗将墩台身混凝土入模。通过分层对砼进行浇筑, 每层厚度控制在30cm, 浇筑完下层砼, 且初凝后, 浇筑上层砼。浇筑混凝土的过程中, 自由倾落度控制在2m, 当倾落度超过2m, 通过采用串简进行缓冲。浇筑砼的过程中, 通过采用振动器振捣密实。

3.3 现浇梁施工

支架搭设:支架采用碗扣式支架, 底部落在10cm×10cm方木上, 方木与处理合格地基间空隙采用细砂或者石粉找平。碗扣支架顺桥向间距严格按120cm、横桥向间距严格按90cm控制, 对于横梁及箱梁边腹板处支架进行加密, 即横向间距不变, 纵向间距按60cm控制。横杆上下层的间距按不大于120cm控制, 且每根立杆至少要有2层横杆连接。为增强大架体系的稳定性, 顺桥向每4.5m设1道通长剪刀撑。

模板安装:为保证外观, 底模采用1.5厘米厚质地优良的覆模竹胶板, 模板分块拼装, 钉装在底部分布方木上, 施工中需保证纵横向接缝在一直 (曲) 线上, 用模板底加设木片来消除相邻模板的高差, 减小和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量, 模板钉装完成后用液体玻璃胶水填塞模板接缝, 防止混凝土浇筑中漏浆。

支架预压:为消除基础变形和支架的非弹性变形及支架的不均匀下沉, 保证结构线形和结构安全, 并为预拱度设置提供依据, 主体结构施工前需对支架进行预压, 预压期限原则上以支架变形稳固后即可结束。

钢筋绑扎:箱梁用所有钢筋及接头的施工严格按有关施工规范和图纸要求操作, 在加工前必须作清污、除锈和调直处理。钢筋骨架在钢筋棚内加工后现场安装成型。钢筋安装, 先底板和腹板, 然后将内模组合拼装固定, 最后施工顶板钢筋。

箱梁砼施工:混凝土采用自制拌和站拌和混凝土, 拌和中严格按设计配合比配制, 混凝土搅拌运输车运输, 泵车灌注, 插入式振捣器振捣, 并严格按规范振捣, 振捣时选用经验丰富的作业工人, 确保底板混凝土振捣密实。

若箱梁体不能一次浇筑完成, 而需分二次浇筑时, 第一次浇筑到梁的底板的承托顶部以上30cm。第一次和第二次浇筑的时间应间隔至少24h。在第二次浇筑前, 应检查脚手架有无收缩和下沉, 并打紧各楔块, 以保证最小的压缩和沉降。悬出的承托及悬出板的底面, 一般应在离外缘不大于15cm处设一1cm深V形滴水槽以阻止水流污染混凝土表面。

预应力张拉:张拉采用应力控制, 伸长值校核, 安装锚具前需对锚垫板清理干净, 后安装工作锚具、张拉千斤顶和工具锚, 安装中需保证工作锚、千斤顶、工具锚三对中, 为有利脱锚, 需在工具锚锚孔涂上脱锚剂。

封锚:在每联连续梁最后一段张拉、压浆完毕后, 要进行封端混凝土施工, 施工前将梁端水泥浆清洗干净并凿毛。

拆除模板和支架:支架的卸落应按程序进行。卸落量开始宜小, 逐次增大, 每次卸落均由跨中开始, 纵向应对称、均衡, 横向应同步平行, 遵循先翼底板的原则。碗扣式支架自上而下依次卸落。

4 结束语

影响预制箱梁施工质量的外在因素很多, 施工工艺对工程质量的影响很直接, 先进合理的施工工艺是保证箱梁质量的前提, 必须在施工过程中努力提高施工工艺, 并使其不断完善, 确保施工质量不断得到提高。

参考文献

[1]郭成.预应力混凝土连续梁桥的施工[J].黑龙江交通科技, 2009 (7) .

[2]王宏伟.预应力混凝土连续梁桥的施工控制技术与应用[J].经济技术协作信息, 2010 (22) .

预应力混凝土曲线梁桥 篇8

该桥梁为钢筋混凝土现浇曲线箱梁桥, 是一座匝道桥的一联。其跨径组合为25+2X29+2X25+20米, 位于半径R=260m的平曲线上, 桥面净宽:净11.50+2X0.5 (防护栏) =12.50米。主梁为单箱双室现浇箱梁, 梁高1.50米, 箱宽7.50米, 翼缘板长2.50米。跨中、支点肋宽各为0.30米, 0.50米。下部采用柱式墩, 肋板式桥台。

该桥在建成荷载实验后, 25米边孔箱梁在距支点0.4L处出现裂缝, 宽度多在0.05~0.25mm之间, 个别达0.3mm。裂缝长度0.3~3.5m之间, 间距13~20cm。两侧边肋处出现多处裂缝, 部分裂缝宽度超过《公桥规》规定值0.2mm。在29米中孔墩墩顶箱梁两侧上缘出现裂缝, 裂缝宽度大部分在0.12~0.26mm之间, 个别达到0.31mm。裂缝长度在0.3~0.5m之间。所有裂缝走向正弯矩区底板裂缝均为横向裂缝, 负弯矩区肋板裂缝均垂直于桥轴线。

2 裂缝病害分析

为进行正确客观的病害分析, 首先应模拟原桥梁结构实际工况建立计算模型, 从而对原桥承载能力进行复核。考虑到本桥为空间连续弯梁桥, 用传统的平面杆系分析程序分析原桥结构无法反映出各控制截面弯矩、扭矩的最不利耦合工况。同时, 应简化计算墩台、支座联合弹性常数以模拟主梁弹性约束, 使得计算结果更符合实际情况。

空间曲梁单元计算模型:

每个桥台及分隔墩安放三个橡胶支座, 支座规格为GYZ40X50X7.8, 支座间距为3.30+3.30m。中间墩顶安放一个橡胶支座, 支座规格为GYZ70X130X12.3。

计算采用的曲线梁单元划分及计算模型见图1所示。

由平面杆系程序GQJS5.1分析计算结果, 按照《公桥规》JTJ023-85第4.2.5条中裂缝计算公式

得到的分析结果列于表1。

从表中可以看出支点截面裂缝宽度超过《公桥规》限值, 跨中截面按裂缝控制的承载能力储备不足。

3 加固补强方案

由于本桥的病害程度较轻, 并未达到严重影响结构承载能力的程度, 因此加固方案仅采用顶、底板直线钢束即可对裂缝地继续开展起到一定程度的限制作用。

3.1 防裂索设置方案

底板采用8股7φj15.24钢绞线, 29米跨中采用8股9φj15.24钢绞线, 波纹管型号为φD70和φD80, 采用OVM15-7及OVM15-9圆锚。顶板加固时需要采用8股5φj15.24钢绞线, 波纹管型号为90X19, 采用BM15-5扁锚。具体方案参见图2。

3.2 改变中间墩的支承条件

由于在1/4截面至支点截面之间梁的弯、扭耦合效应比较大, 在活载偏载最不利组合工况下这种效应更加明显, 使得负弯矩区裂缝宽度很难受到限制。故可以考虑通过改变墩顶的支承条件来改善负弯矩区的受力条件。具体操作可在各墩顶用千斤顶同时顶升梁体, 在墩柱上加上斜撑, 从而使得墩顶变为三支座约束, 如图3所示。经过对比分析, 这种方案加固效果明显, 不足之处在于施工中需均匀顶升梁体, 对施工水平要求较高。

3.3 关于“名义拉应力法”

对应于不同裂缝宽度限值的容许名义拉应力主要取决于钢筋百分率和粘结效率 (与钢筋形状, 表面条件和尺寸有关) , 混凝土的强度。它与钢筋百分率和粘结效率、混凝土强度成正比而与梁的高度成反比。文中用的公式为《公桥规》推荐公式, 是一个计算简便且具有一定试验基础的方法。但是用此公式计算得到的“名义拉应力”作为预应力混凝土B类构件裂缝控制值在钢筋混凝土箱梁预应力加固方面是否能完全应用还有待更多的资料积累及更深入的研究。

摘要：本文介绍了钢筋混凝土曲线梁桥主梁裂缝损伤情况, 通过结构分析对其承载能力及裂缝宽度作以评定。进而, 从裂缝成因入手提出能够应用于工程实践的裂缝补强方案, 并通过计算分析该方法的效果, 为同类桥型的裂缝补强方法提供参考。

关键词：RC梁,损伤,裂缝补强,弹性支承,刚性支承

参考文献

[1]公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) [S].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) [S].北京:人民交通出版社, 2004.

[3]范立础, 桥梁工程 (上) [M].北京:人民交通出版社, 1986.

预应力混凝土曲线梁桥 篇9

注:表中沥青混凝土桥面铺装层厚度为0即为混凝土铺装层。

1 工程实例

以笔者负责设计的一座三跨预应力混凝土连续箱梁为工程实例, 该桥梁为某一级公路跨越一条三级航道的结构物, 桥梁与路基同宽, 全宽为24.5m, 按上下行分离式双幅桥设计, 单幅桥全宽11.75m;汽车荷载等级:公路-Ⅰ级。

主桥为50+80+50m变截面预应力混凝土单箱单室连续箱梁, 箱梁中支点高度为4.618m, 其高跨比为1/17.325, 跨中高度为2.318m, 其高跨比为1/34.52;箱梁高度距墩中心2.0m处到跨中合拢段处按二次抛物线变化。主桥箱梁除在墩顶0号施工节段处设置厚度为2.5m的横隔梁及边跨端部设厚度为1.5m的横隔梁外, 其余部位均不设横隔梁。箱梁底板保持水平, 箱梁顶板横坡由腹板高差调整单向2%横坡。

箱梁顶板宽11.75m, 底板宽6.50m, 箱梁顶板厚28cm。顶板两侧翼缘板长度2.625m;最大底板厚80cm, 最小底板厚28cm, 按二次抛物线渐变;最大腹板厚为80cm, 最小腹板厚为50cm。

主桥上部结构计算采用《桥梁博士V3.2.0》平面杆系程序进行计算, 主桥箱梁按全预应力混凝土构件进行设计。全桥共分为68个单元, 挂篮利用桥梁博士中的后支点挂篮来模拟, 挂篮自重及施工机具重量按55t考虑, 吊架自重及施工机具重量按15t考虑。施工阶段计算根据施工进度和施工顺序安排划分40个受力阶段, 图1, 图2, 图3。

2 温度应力计算模型

老规范以T形截面梁为主要对象, 规定日照温度梯度计算模式为桥面板温度变化5℃, 对箱梁未作详细规定。因此, 在计算预应力混凝土连续箱梁时也采用此模式计算日照温度应力。

正温差计算的温度基数T1、T2因桥面铺装类型及厚度不同而不同, 具体规定如表1。竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。

3 温度应力计算结果

笔者通过上述工程实例, 对新老规范各种不同的温度梯度进行了计算, 分别对短期效应组合、长期效应组合和基本组合三种状态的结果进行了对比, 计算结果见表2。

4 比较分析

可以看出, 日照温度梯度作用产生的梁底总拉应力与次应力在主跨跨中及其附近截面上较大, 在支点及其附近截面上较小, 而梁顶压应力则在跨中及支点截面上都较大。显然, 由于日照温差引起跨中截面的下缘有数值较大的拉应力、上缘有数值较大的压应力产生, 这与张拉连续束引起的次应力等一起, 会降低其正截面抗裂性。因此, 按新规范设计大跨径预应力混凝土连续箱梁桥时, 如果在作用效应组合中考虑日照温度梯度影响, 对主跨跨中截面进行持久状况正常使用极限状态计算时, 很可能控制设计。而在支点附近截面的重心轴附近, 也有较大的拉应力产生, 并由于这些截面上较大剪力的存在, 显然使腹板主拉应力增大, 从而使斜截面抗裂性降低, 设计时也需特别关注。

计算还表明, 日照温度梯度作用引起全梁各横截面的中部区域内的自应力均为拉应力, 其中, 按新规范温度模式计算的距梁顶0.4m处的拉应力较大。这表明, 即使对静定结构 (无次内力) , 按正常使用极限状态计算时, 也要特别重视温度应力的影响。

5 结语

(1) 设计大跨径预应力混凝土连续箱梁桥时, 如果在作用效应组合中考虑日照温度影响时, 应特别注意对主跨跨中截面进行持久状况正常使用极限状态的正截面抗裂性验算, 也应注意对中支点附近截面上靠近重心轴处的斜截面抗裂性的验算;而在持久状况的法向应力计算中, 一般可不进行中间支点截面的计算, 只需计算跨中截面。

(2) 对简支梁这种静定结构, 也应关注其温度应力 (自应力) 的影响。在新规范规定的日照温度梯度作用下, 梁顶有较大压应力, 内部区域有较大拉应力。

参考文献

[1]邵旭东, 李立峰, 鲍卫刚.砼箱形梁横向温度应力计算分析[J].重庆交通学院学报, 2000 (4) .

预应力混凝土曲线梁桥 篇10

1 自振特性分析

1.1 计算模型

采用MIDAS/Civil 2010建立该桥的三维空间有限元模型, 为分析桩基的桩-土之间相互作用对连续梁桥抗震性能的影响, 分别建立了考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的两个有限元模型, 分别以计算模型1和计算模型2表示, 采用节点弹性支撑模拟桩-土之间的相互作用。模型中, 将主梁离散为60个单元;桥墩离散为46个单元;桩基离散为96个单元, 如图2所示。

1.2 自振特性分析

运用迭代方法对该桥的自振特性进行分析, 表1列出了模型1和模型2的前4阶自振频率, 自振振型如图3和图4所示。

由表1、图3和图4可以得出:

(1) 模型1的自振频率大于模型2, 且随阶数的增加差距不断增大, 说明考虑桩基的桩-土相互作用使结构变柔, 频率减小;

(2) 结构的第一阶振型为横向振动, 说明桥梁结构的横向振动最不利, 应加强横向约束。

2 地震反应谱分析

反应谱法也称动力法, 是当前应用最为广泛的一种抗震分析方法。该方法可以只取少量的低阶振型就可以取得满意的计算结果, 计算量少, 并且该方法采用加速度反应的最大值在进行设计时可以保证结构的安全。

对桥梁顺桥向和横桥向地震反应进行了分析, 取该桥的前100阶振型进行叠加以保证计算精度和考虑高阶振型的影响。振型组合采用SRSS方法, 分别计算桥梁在顺桥向和横桥向两个方向的地震单独作用下的地震反应。模型1和模型2反应谱分析所得桥梁各控制截面的位移和内力值见表2。

注:位移单位为mm;弯矩单位为kN·m。

由表2可以得出:

(1) 考虑桩基桩-土之间的相互作用比不考虑时桥墩和梁体关键截面的位移增大;顺桥向地震输入1号和2号墩关键截面弯矩减小, 梁体、3号和4号关键截面弯矩增大;横向地震输入时, 2号和3号墩墩顶关键截面内力减小墩底截面内力增大, 1号和4号墩墩顶关键截面内力增大墩底截面内力减小, 梁体关键截面内力减小。

(2) 制动墩承担了纵桥向地震输入引起连续梁产生的纵向惯性力, 因此顺桥向抗震由2号制动墩控制;横桥向地震输入时, 2号和3号墩共同承担横向惯性力。

3 地震时程分析

进行反应谱分析仅能得出各振型的最大值, 而不能表现出结构内力随地震波动的变化, 不能代替时程分析方法。因此, 本文对该桥进行了时程分析。时程分析时可以采用自然地震时记录的天然地震波进行时程分析, 常用的强震地震波有天津波、Taft波和EI-Centro波。本文采用时间间隔为0.01s的EI-Centro波进行时程地震分析。

为分析不同地震波输入方向对桥梁位移和内力的影响, 本文分别计算分析了顺桥向地震输入和横桥向地震输入两种情况的结构位移和内力, 控制截面的位移和内力值见表3所示。

注:位移单位为mm;弯矩单位为kN·m。

由表3的分析结果可以得出:

(1) 考虑桩基桩-土之间的相互作用比不考虑时桥墩和梁体关键截面的位移增大;顺桥向地震输入时, 桥墩和梁体关键截面弯矩增大;横桥向地震输入时, 梁体关键截面弯矩减小, 桥墩关键截面弯矩有增有减。

(2) 顺桥向抗震由2号制动墩控制;横桥向地震输入时, 2号和3号墩共同承担横向梁体的惯性力。

4 结论

本文采用有限元分析程序MIDAS对某连续梁桥进行动力特性分析以及地震反应分析, 对其抗震性能有了全面的了解:

(1) 通过对连续梁桥考虑和不考虑桩基桩-土之间的相互作用的两个模型自振特性分析得出, 考虑桩基桩-土之间的相互作用使结构变柔, 频率减小。

(2) 在反应谱分析和时程分析时, 考虑桩基桩-土之间的相互作用比不考虑时桥墩和关键截面的位移增大, 但是对弯矩的影响复杂没有统一的规律。

(3) 在反应谱分析和时程分析时, 顺桥向抗震由制动墩控制;横桥向地震输入时, 2号和3号墩共同承担横向惯性力。

因此, 连续梁桥抗震分析时应根据设计的实际需要分析是否考虑桩基桩-土之间的相互作用, 建议在初步设计时可以不考虑桩基桩-土之间的相互作用进行抗震分析, 但是在最终的施工图设计时应考虑桩基桩-土之间的相互作用进行抗震分析。

摘要：依托某跨径布置为 (47.5+85+47.5) m的预应力混凝土连续梁桥, 计算分析了考虑和不考虑桩基桩-土之间的相互影响对预应力混凝土连续梁桥的动力和抗震性能的影响。采用桥梁分析软件MIDAS/Civil 2010建立了该桥的两种三维有限元模型, 进行了自振特性分析, 并应用反应谱法和时程分析方法计算了该桥的地震响应。分析结果表明, 考虑桩基桩-土之间的相互作用使结构变柔, 频率减小;顺桥向抗震设计由制动墩控制;考虑和不考虑桩-土之间的相互作用, 对桥梁结构影响复杂。

关键词：预应力混凝土连续梁桥,抗震性能,反应谱分析,时程分析

参考文献

[1]范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社, 1997.

[2]JTG/T B02-01-2008, 公路桥梁抗震设计细则[S].

[3]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社, 1992.

[4]胡步毛, 魏建东, 戴胜勇.高墩大跨连续刚构桥地震反应分析[J].四川建筑, 2008, 28 (4) :102-104.

预应力混凝土连续梁桥的设计初探 篇11

关键词：预应力,桥梁,设计

前言

连续梁桥是现今广泛使用的一种桥型。在预应力混凝土T型刚构桥的设计与施工经验的基础上，发展了跨度更大、运营条件更好的多联预应力混凝土连续梁桥，它不但具有可靠的强度、刚度及抗裂性，而且还有行车平稳舒适、养护工作量小、设计及施工经验成熟等特点。某桥连续梁是单箱三室，桥面较宽，故由于该桥特殊，上部有房屋荷载，而且荷载较大，故设置三室，使柱脚放置在箱梁腹板的位置，以利于承受上部荷载;中间部分采用挂篮悬臂现浇施工，两岸边上采用支架现浇施工。全桥有三个龙段，先是两个边跨龙，再是中间的中跨龙。现对其设计中的关键问题作以下分析。

1 跨径布置及结构尺寸的拟定

(1）桥梁跨径布置：

预应力混凝土连续梁桥的边跨与主跨比选用是否恰当直接影响到结构受力的合理性。若边跨太大，则边跨支架现浇梁段长度偏长，施工时要防止支架不均匀沉降，且其整体刚度偏小，在恒载与活载作用下，现浇段会出现较大的主拉应力，容易发生混凝土开裂。当在边跨加载时对中跨箱梁的受力不利。若边跨与中跨之比过小，则边跨支点可能会出现负反力，使得边墩与边跨受力不合理。

(2）箱梁断面尺寸拟定：

自大吨位锚具、1860MPa钢绞线和高强度混凝土在大跨径预应力混凝土桥梁中采用以来，箱梁的自重大大减轻，使得上部结构有条件向轻型化方向发展。从一些出现裂缝的桥梁来看，确有与箱梁所选用的断面尺寸安全储备偏小有关。建议选定箱梁断面尺寸时，除了注意梁高(H支和H中)的因素外，应作一定的计算及分析，对箱梁各部分尺寸进行优化。在主、边跨不变的情况下，结合所采用的施工方法，考虑不同梁高、不同箱梁横底板、腹板厚度;对于连续刚构桥还要根据地质资料对桩基础进行等效模拟，考虑不同的双壁墩间距、不同的截面(空心薄壁型、实心哑铃型)类型，进行多种组合的分析计算，经过反复多次的调整与综合考虑，最后确定较为理想的主、边跨梁高与结构细部尺寸。同时，应对结构施工阶段的梁段划分、施工可靠度进行了深人的分析验算;梁段划分时尽量使所划分的梁段数量较少、相邻两梁段重量相差较小，以方便施工，缩短施工周期。

2 预应力钢束布设

在连续梁桥(刚构桥)设计中纵向预应力索的布置宜采用通长束，以减少在跨中和支点布置的短束。对于逐孔施工的连续梁桥，通长束锚固在相临孔约0.2L处，锚固后用连接器接长，在一个施工缝处不宜锚固所有钢束。最好有一半左右的连续束在下一个施工缝处锚固。每束不宜采用较大的张拉吨位，以使主梁截面的受力较为均匀。对于用支架现浇的连续梁，纵向预应力钢束一般需作齿板进行锚固，齿板应分散布置。不宜集中，在一个齿板上锚固吨位较大的钢束应不多于两束，齿板最好布置在混凝士受压部位，以防局部应力集中产生裂缝。对于跨径较大的连续梁与连续刚构桥，通常采用悬臂施工。在一些桥梁的设计中，纵向预应力索常采用直线索，用张拉普通精轧螺纹钢筋来克服结构的剪应力，但近年来的实践证明，单纯用竖向预应力钢筋来克服剪应力的做法值得商榷，主要原因有以下几个方面：其一，竖向布置的精轧螺纹钢筋较短，张拉时预应力损失较大，有的甚至一点储备也没有;其二，施工时张拉控制措施不到位;其三，管道压浆不密实。以上几种情况可通过采用高强精轧螺纹钢筋取代普通精轧螺纹钢筋以提高张拉吨位。施工时可以采取二次补拉以及真空吸浆工艺使预应力管道密实等措施来尽量减少预应力损失，增加竖向预应力储备，但最直接、最有效的办法还是在连续梁主梁支点左右一定范围内布置下弯索，在其端部将纵向预应力钢束弯起，以抵抗剪应力的作用。

3 关于竖向预应力筋的布置方式

大跨径箱梁的预应力竖向钢筋中心线必须布置在腹板的中心线上。某桥设计中将预应力竖向钢筋沿顺桥向布置在一条直线上，以利构造和施工。但是，大跨径连续箱梁的腹板厚度一般会设计几个梯度以适应变化，且均在腹板内侧加厚，因而上述这种构造，将会导致在腹板中存在一个预偏心而产生附加弯矩，使腹板内侧受拉。尤其当箱梁悬臂板上满布活载而箱室上方空载时，也将使腹板产生内侧拉应力，两者叠加后，腹板将会出现顺桥向的内侧纵向裂缝和加剧腹板主拉应力裂缝的发生和发展。这种构造对腹板受力很不利。因而，要求预应力竖向钢筋必须对腹板截面进行对中布置。

4 预应力混凝土连续梁桥的设计要重视温度应力

计算表明桥面局部升温或降温将会在结构中引起较大的内力变化，虽然这部分内力不是永久的，但却是不可避免的，若考虑不当，温度应力会造成支点附近和跨中断面的裂缝。即使这些细微裂缝不至于影响结构的正常使用，但设计时必须给予重视，除了对这些截面进行必要的应力验算满足规范要求外，还有必要采取一些构造措施，如在验算截面附近布置一定数量的非预应力钢筋，使得温度应力分布均匀，以控制温度裂缝的产生或发展。

5 徐变和收缩及其次内力问题

在长期荷载或应力作用下，混凝土的徐变和收缩对结构的变形、结构的内力分布和结构内截面(在组合截面情况下)的应力分布都会产生很大的影响。归纳起来为：结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度;徐变会增大偏压柱的弯曲，由此增大初始偏心，降低柱承载力。预应力混凝土构件中，徐变和收缩将导致预应力损失，会使截面应力重分布;对于超静定结构，混凝土徐变将导致内力重分布，亦引起结构的次内力;混凝土收缩会使较厚构件(或在结构构件截面形状突变处)的表面开裂。这种表面裂缝是因为收缩总在构件表面开始，但受到内部的阻碍引起收缩拉应力而产生。

由于徐变总应变可高达加载后产生的弹性变形的1～4倍，所以混凝土的徐变效应在混凝土桥梁设计中是必须考虑的。在超静定结构中徐变产生次内力，而应力变化的徐变及次内力计算较为复杂，较常用的方法有狄辛格方法;即采用位移法的有限元逐步分析法。狄辛格法在采用老化理论时，对后期加载的长期徐变效应估计过低，而对递减荷载的长期徐变效应又估计过高。由于狄辛格方法未考虑徐变中的“延滞弹性变形”，而其变形部分可高达加载后产生的弹性变形的24%～44%。随着计算机技术的进步和结构有限元方法的应用，根据Trost—Bazant按龄期调整的有效模量法与有限元法相结合，人们采用位移法的有限元逐步计算法，将使得徐变分析更接近实际。

结语