大跨连续梁桥（精选7篇）
大跨连续梁桥 篇1
1 工程概况
航南公路桥位于上海市浦东新区航头镇, 为航南公路跨越大芦线航道的桥梁。大芦线航道位于上海东南部, 呈东西走向, 起于黄浦江, 止于东海。由于大芦线航道由现在的Ⅴ级提升为Ⅲ级航道, 原航南公路桥不再满足航道的通航要求, 需拆除重建。新建的航南公路桥为 ( 72 + 122 + 72) m预应力混凝土变高连续梁结构, 桥宽10 m, 采用悬臂节段施工。
2 结构设计
2. 1 总体布置
本工程范围内大芦线 ( 大治河) 河道宽102 m, 航道通航净宽79 m, 根据航道要求新建桥梁需一跨过河。主桥设计中心线与航道设计中心线斜交, 斜交角度为27. 743°, 采用斜桥正做。考虑桥墩立柱宽度及斜交情况, 主桥跨径定为122 m。根据常用经济合理边中跨比, 主桥跨径布置采用 ( 72 + 122 + 72) m。主桥总体布置图见图1, 中支点处横断面布置图见图2。
大桥的主要技术标准: 航道等级为Ⅲ级, 规划通航净宽79 m, 通航净高7 m; 横断面布置为: 0. 5 m ( 防撞护栏) + 9 m ( 人非车混行道) + 0. 5 m ( 防撞护栏) = 10 m; 设计车速: 30 km/h; 荷载标准:汽车荷载为城—B级 ( 双向二车道) 。
2. 2 主梁结构设计
对已建或已设计好的采用悬臂节段施工的大跨连续梁桥 ( 主跨100 m ~ 150 m) 的结构参数进行统计, 见表1。
预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南[1]中结构尺寸建议取值为: 支点处高跨比1 /15 ~ 1 /20, 跨中处高跨比1 /30 ~ 1 /45;顶板厚度不宜小于280 mm, 底板厚度不宜小于320 mm, 腹板厚度不宜小于500 mm; 边中跨比宜为0. 5 ~ 0. 8 ( 悬臂节段施工取小值) 。
由表1参数统计可知, 大跨连续梁桥高跨比 ( 梁高/主跨跨径) 一般取值: 支点处为1 /16 ~ 1 /18, 跨中为1 /33 ~ 1 /45; 顶板厚一般取值为280 mm, 跨中底板厚一般取值300 mm, 支点底板厚一般取值 ( 0. 6 ~ 0. 7) L/1 000; 跨中腹板厚 ( 单个腹板) 一般取值450 mm ~ 500 mm ( 与箱室宽度及跨中腹板等厚段长度有关) , 支点腹板总厚一般取值 ( 1. 0 ~ 1. 2) L×B/1 000; 边中跨跨径比一般取值0. 57 ~ 0. 62。
实际桥梁工程结构参数取值与设计指南中建议取值基本吻合, 且更精细化。本桥设计参照结构参数的通常取值初定本桥的结构尺寸取值, 然后根据计算结果, 对结构尺寸进行优化修正。
箱梁采用单箱单室直腹板截面, 顶板设置2% 双向横坡, 底板为水平。箱梁中支点梁高取7. 0 m, 高跨比1 /17. 43; 跨中梁高3. 5 m, 高跨比1 /34. 86, 边跨与中跨梁高对称, 梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板厚280 mm; 箱梁底宽5. 0 m, 底板厚300 mm ~750 mm, 底板厚度按二次抛物线变化; 腹板厚500 mm ~ 900 mm, 按线形变化; 悬臂板长度2. 4 m, 悬臂端部板厚220 mm、根部厚度550 mm; 箱内腹板与顶底板相交处分别设1 500 mm×270 mm和600 mm×300 mm倒角。箱梁在墩顶处设置横梁, 跨中不设横隔板。横梁外侧设牛腿, 支座中心位于腹板范围内。
2. 3 预应力体系
箱梁设纵向预应力、横梁横向预应力和腹板竖向预应力, 桥面板不设预应力。箱梁纵向按全预应力构件设计, 横梁按预应力A类构件设计, 桥面板按钢筋混凝土构件设计。
纵向、横梁预应力采用s15. 2高强度低松弛钢绞线, 标准强度为1 860 MPa, 锚固体系为群锚体系。竖向预应力采用PSB785级精轧螺纹钢筋。预应力均采用真空压浆工艺。
针对大跨径预应力连续梁桥运营阶段常见的开裂及跨中下挠等病害, 本工程预留了体外预应力备用钢束, 在施工时完成体外预应力相关锚固、转向、减振预埋件的施工, 后期运营时根据实际使用情况决定是否张拉启用。体外预应力拟采用s15. 2-19型环氧涂层七丝预应力钢绞线。体外预应力需满足单根可更换的要求。
预应力张拉次序: 纵向悬浇钢束随节段施工依次张拉; 边跨连续钢束在边跨合龙后分两批张拉; 中跨连续钢束在全桥合龙后分两批张拉。竖向预应力滞后两个节段依次张拉。
2. 4 主桥施工方案
主桥连续梁采用悬臂浇筑法施工, 箱梁0号节段长度为12 m, 对称悬臂浇筑部分共分为13个节段, 节段长度3. 5 m ~4. 5 m, 合龙段长2. 0 m, 全桥共设置两个边跨合龙段和一个中跨合龙段, 边跨支架现浇段长9. 9 m。
先在支架上浇筑0号节段并进行临时固结, 再利用挂篮依次悬臂浇筑1号 ~ 13号节段, 并适时搭设支架现浇边跨现浇段, 然后进行边跨合龙并解除临时固结, 最后进行中跨合龙。
3 结构分析
3. 1 主要计算参数
主梁计算主要参数见表2。采用桥梁博士V3. 2计算, 综合考虑恒载、汽车活载、预应力荷载、混凝土收缩徐变、温度荷载、支座不均匀沉降等荷载的组合作用, 对主梁进行计算分析。
3. 2 主要计算结果
主梁正截面承载能力、斜截面承载能力主要验算结果见表3, 表4。
k N·m
k N
营运阶段短期效应组合上缘最小压应力为0. 1 MPa, 下缘最小压应力为2. 0 MPa, 最大主拉应力0. 5 MPa, 满足规范要求。标准组合下上缘最大压应力15. 4 MPa, 下缘最大压应力14. 6 MPa, 最大主压应力15. 4 MPa, 满足规范要求。箱梁主要应力图见图3, 图4。
4 结语
近几十年, 我国桥梁建设有了较大规模的发展。大跨变截面预应力混凝土连续梁桥由于受力性能好、结构刚度大、施工简单、养护维修方便等优点, 在主跨200 m以内的桥梁被广泛采用。航南公路桥在设计过程中, 参考了国内类似跨径桥梁的结构参数取值, 并结合具体计算, 对结构尺寸进行了优化调整。计算结果表明, 主梁极限承载能力及短期、标准组合下应力都满足规范要求。本桥的设计成果, 可为同类桥梁设计提供借鉴。
参考文献
[1]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.
[2]邓勇.某预应力混凝土连续梁桥内力计算分析[J].山西建筑, 2014, 40 (7) :169-171.
大跨连续梁桥 篇2
作者：贾红晶专业班级：土木工程093指导教师：张鹏
摘要：预应力混凝土连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型,它不但具有可靠的强度、抗震能力、刚度及抗裂性,而且具有行车舒适平稳、养护工作量小、伸缩缝少、造型简洁美观、设计及施工经验成熟等特点。
该设计针对桥址处地形地质条件，从桥跨布设及施工方法等多方面进行综合比较，同时充分考虑设计参数和环境影响，选择了280m独塔双索面混凝土箱形斜拉桥、258m三跨变截面预应力混凝土箱形连续梁桥、270m中承式混凝土肋拱桥三个桥型方案进行比选，按照“安全、适用、经济、美观”的原则，最终采用258m三跨变截面预应力混凝土箱形连续梁桥作为推荐方案。采用双向6车道，桥宽为28.5m，由上、下行分离的两个单箱双室截面组成；梁高采用变高度梁，按二次抛物线变化，边跨支点处梁高1.8m、跨中处梁高2.7m、中跨支点处梁高 7.0m。设计计算时，首先利用结构力学求解器进行恒载内力计算、利用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)和结构力学求解器进行活载内力计算（其中横向分布系数采用偏载增大系数乘以车辆折减系数）、利Midas Civil Trial进行次内力（基础沉降、温差应力）的计算，在此基础上按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行荷载效应组合，并绘制弯矩和剪力包络图；其次，该设计按照全预应力构件设计，根据正截面抗裂要求，确定预应力钢筋的数量，按照钢筋束布置构造要求和布置原则进行钢筋束的配置，并依据后张法进行预应力损失和有效预应力的计算；再者，对上部结构进行正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力、正截面抗裂、混凝土法向应力及挠度验算，最后根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024—85）进行桥墩设计和竖向承载力、水平承载力验算和桩基础设计。该设计完成了桥梁上部结构、下部结构的设计和验算，并编制了计算书和相关图纸。
计算结果表明该桥在正常使用极限状态及承载能力极限状态下，桥梁结构各主要受力构件强度、刚度及变形均满足规范要求。
大跨PC连续梁桥施工监控 篇3
1 施工监控的目的和内容
为了确保施工过程中的结构安全, 以及成形后结构的线形、内力状态能够符合设计要求, 所以在施工过程中采用桥梁施工监控。对于悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥来说, 施工监控就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段的仿真分析, 确定出每个悬臂浇筑阶段的立模标高, 并在施工过程中根据施工监测的结果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整, 以此来保证成桥后桥面线形、合龙段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值, 以及结构内力状态符合设计要求。
2 工程概况
石武客专西南下行联络线特大桥 (70 m+120 m+70 m) , 全长261.5 m。该梁为变截面变高度直腹板单箱单室箱梁, 梁底下缘按1.6次抛物线变化;中支点梁高8.2m, 边支点及跨中梁高4.6 m, 全桥箱梁底板箱宽6.1 m, 桥面板宽8.5 m, 腹板厚分别为0.45 m、0.7 m、0.9 m, 底板厚由跨中的0.38 m按抛物线变化至中支点梁根部的1.0 m, 顶板厚0.5 m;箱梁在中支点处设置厚2.5 m的横隔板, 梁端支座处设置厚1.3 m的端横隔板, 跨中设置厚0.6 m的横隔板。
3 建立有限元模型
采用桥梁有限元软件BSAS进行结构建模分析, 每一个桥梁节段划分为一个模型单元。主梁单元号由左至右为1~84, 节点号由左至右为1~85, 共84个梁单元85个节点。全梁共分67个梁段, 中支点0#梁段长13.0 m, 一般梁段长3~4 m, 合龙段长2 m, 边跨现浇直线段长9.75 m。本桥施工阶段划分为56个施工阶段。此桥有限元模型见 (图1) 所示。
4 监控内容
4.1 结构设计参数
结构内力和位移如果采用规范设计参数计算得出, 和实测值相比较将会产生一定偏差, 这些偏差将会对成桥后结构的线形和内力是不是符合设计的要求产生直接影响, 所以施工监控一定不能忽视。各种施工误差将会在结构开始进行悬臂浇筑施工后不断出现, 因此将以下五个基本参数确定为实时控制调整原点:混凝土弹性模量E、混凝土容重γ、截面积A、抗弯惯性矩I、收缩和徐变系数k、φ。通过对参数施工期试验值E、γ及结构变位测量值f进行数据跟踪纠正, 这样可以使结构实际状态更靠近修正后的结构理想控制目标, 并且通过这些数据预测未来状态。结构参数分析如下。 (1) 上施工阶段建成的节段的抗弯惯性矩I, 可以利用测量到的挂篮前工况的挠度增量以及已经建好的结构的实际弹性模量, 来进行修改。 (2) 构件混凝土横截面积A, 可以通过测量得到的浇注混凝土工况的挠度增量以及史册的道德混凝土容量, 在考虑配筋率影响后推算出。 (3) 将预应力张拉力的计算修正为实际值。 (4) 根据实际结构参数重新计算挂篮前移、混凝土浇注及预应力张拉阶段。 (5) 求出 (4) 计算挠度与目前实际挠度的差别, 推算出混凝土徐变、收缩偏差系数, 并修正计算值。
4.2 线形监控
由于分段施工方法和施工顺序对桥梁结构施工阶段和成桥状态的几何线形具有决定性的作用, 特别是施工阶段结构体系和荷载形态不断变化直接引起结构内力和变形的不断变化, 所以必须按照设计要求首先确定出成桥状态的理想几何线形, 然后采用倒退分析或逐步逼近方法计算出各个施工阶段的结构变形, 从而确定各个施工状态的结构几何线形。在最后具体实施阶段通过参数修正计算尽量减小设计值和测量值的偏差, 使成桥状态的结构尺寸和几何线形误差降低到施工规范所允许的范围。
4.2.1 挠度计算
在桥梁悬臂施工控制中, 最困难的任务之一就是施工挠度的计算与控制。BSAS系统会根据不同阶段的受力状态考虑混凝土的收缩徐变、预加力、温度变化的影响以及支座沉降的影响, 其中混凝土收缩徐变的计算考虑了各阶段混凝土应力变化的影响。通过计算分析发现, 在施工阶段影响结构内力和变形主要有梁的自重、钢绞线的有效预应力、混凝土的收缩与徐变等。根据规范的要求, 桥梁的设计线形是1000d后的线形, 因此施工控制以1000d收缩徐变完成后的线形为目标线形, 所以在施工时各节点要有一定的预拱度, 以抵消施工中产生的各种挠度和运营期间部分活载和收缩徐变度。具体的预拱度计算见 (图2) 。
4.2.2 立模标高确定
确定合理的梁段立模标高关系到在诸梁的悬臂浇筑过程中, 主梁线型是否平顺并且符合设计的一个重要影响因素。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际, 而且加以正确控制, 则最终桥面线型较好。否则, 成桥后的线型会与设计线型有较大的偏差。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高, 总要设置一定的预拱度, 以抵消施工中产生的各种变形。
根据规范可知, 桥梁的预拱度公式为:
所以施工阶段各节点的立模标高为:
其中挂篮的变形值是根据挂篮加载试验, 最后绘制出挂篮荷载-挠度曲线, 根据各梁段重量内插而得。图3是全桥梁底标高设计值与实测值误差的一个比较, 表明线形控制较理想, 误差在规范容许范围内。
4.3 应力监控
随着悬臂长度在悬臂浇筑过程中的不断增加, 悬臂根部受到越来越大的负弯矩, 不完全对称的施工使悬臂根部在悬浇过程中的受大盘更加复杂的力。所以要对箱梁关键断面应力的变化进行及时监测, 将结构的受力状态作为评估结构安全和施工安全的依据。
(1) 测试断面与测点布置。
采用绝对应力法, 此方法简洁、快速、准确。考虑到预应力混凝土连续梁桥的实际情况, 沿纵向全桥设置9个测试断面, 其中 (1、4、5、6) 为主测断面, 其余为辅测断面, 每个主测断面布置4~5个应力测点;每个辅测断面布置2个应力测点 (见图4) 。在测量中, 以主测区为主, 用辅测区数据来复核主测区数据, 进行数据的调整或修正.测试仪器采用振弦式智能温控应力传感器, 后端设备采用SS—II频率接收仪和IFZX-300振弦检测仪。振弦式应力传感器, 不但可测出绝对应力, 且可测应力增量。
(2) 应力控制结果。
在大桥施工过程中, 跟踪每个施工环节, 并根据实测数据变化不断修正施工控制参数, 以便精确的模拟实际施工状况。在每段施工过程中, 均对实测应力数据作认真处理, 并参照理论分析结果, 对实测结果作详细分析。 (图5、6) 给出本桥53号墩B1顶板 (小里程) 、B′底板 (大里程) 截面部分施工工序的分析结果。
通过分析比较, 截面应力的实测值与设计值比较接近, 其中绝对误差最大为0.85 MPa, 这主要是因为传感器的分辨率和一些未预料的因素所引起的。浇筑混凝土和张拉阶段引起的应力较大, 相对误差较小, 可控制在20%以下, 一般在10%左右;移动挂蓝引起的应力较小, 鉴于传感器的精度, 引起的相对误差较大。但是累积应力绝对误差较小, 基本可控制在1 MPa以内, 能很好的符合理论计算值。
4.4 温度监测
温度影响一般包括两部分, 年温差影响与局部温差影响。无论是年温差还是日照或混凝土水化热引起的局部温差均能引起较大的应变, 成为不可忽略的因素, 因而在施工过程中须对主桥温度进行长期监测。温度测试在全桥选取几个测试断面布置温度型应力传感器, 以便能反映出主梁的顶、底板温度变化。在施工过程中考虑温度应力的影响。
5 结语
(1) 在施工监控过程中, 使用参数识别法对施工中产生的误差进行调整, 根据现场采集计算参数修正计算模型, 确保计算模型所用参数与实际结构一致。这样做的结果较好, 行之有效, 是大跨径预应力混凝土连续梁桥悬臂施工合适的监控方法。
(2) 应力控制截面的布设要以施工阶段应力包络图为依据, 各控制截面应力测点的布置需结合应力变化幅值, 并考虑混凝土收缩、徐变等因素, 进行合理安排。在应力测试过程中必须重视混凝土弹性模量、温度的变化、收缩徐变的影响等, 有针对性地对应变的测量值进行修正, 真正体现桥梁的应力分布情况。
摘要：以石武客专西南下行联络线特大桥为例, 介绍了连续梁桥施工监控的目的、内容和方法, 论述了在施工监控中线形与应力监测的一些理论与方法, 经工程实践验证作为大跨度连续梁桥的施工监控方法是可行的, 为同类桥梁的施工与监控提供参考。
关键词：连续梁桥,线形监控,应力监控
参考文献
[1]侯波, 张永辰.仿真分析技术在预应力混凝土连续箱梁桥施工监控中的应用[J].现代交通技术, 2005, 4:40-45.
[2]周江平, 王卫锋, 任国旭.西江特大桥施工监控[J].中外公路, 2004, 24 (4) :85-88.
[3]黄伟.大跨度连续梁桥施工监测控制技术[J].土工基础, 2009, 23 (3) :92-95.
大跨连续梁桥 篇4
由于铁路桥梁荷载大、刚度要求高等特殊性,在设计理论和计算水平比较落后的年代,大跨度预应力混凝土桥梁的实例并不多见。在20世纪90年代,在南昆铁路的修建中,对大跨度桥梁也有一些研究,如已经建成通车的主跨采用(64+2×104+64)m预应力混凝土连续梁的花土坡特大桥。近年来,随着我国高速铁路建设的迅速发展,修建了越来越多的混凝土连续梁桥,而大跨连续梁桥相对一般桥梁而言,其动力特性及地震响应更为复杂。此次研究以一座(80+128+80)m连续箱梁作为工程背景进行研究,应用铁路抗震规范中介绍的方法(和“m法”分别对桥梁进行了桩基模拟方案建模计算分析,通过地震反应(水平力、弯矩、位移和转角)结果的对比分析,得出两种方法结果的差异度,为大跨连续梁桥在抗震设计中的有限元桩基模拟提供参考方法。
1 工程概述
此(80+128+80)m连续箱梁,桥面拟采用无砟桥面,设计速度目标值350km/h,为双线桥梁。其跨度布置如图1,桥梁上部结构为单箱单室变截面箱梁,梁高5.6(跨中)~9.6(根部)m,其间梁高按曲线变化。箱梁采用三向预应力体系。桥面宽12m。桥墩为钢筋混凝土结构,1号到4号墩高度依次为25m、15m、15m和21m。主墩桩基采用29根直径为1.5m的钢筋混凝土灌注柱,长度为80m;边墩桩基采用16根直径为1.5 m的钢筋混凝土灌注柱,长度为60m。
2 桩-土相与作用
在地震时,上部结构的惯性力通过基础反馈给地基,会使地基产生变形。当桥梁建于软弱土层时,地基的变形会使上部结构产生移动和摆动,从而导致上部结构的实际运动和按刚性地基假定计算的结果有较大的差别,这是由地基与结构的动力相互作用引起的。桩基础是建于软弱土层中的桥梁最常用的基础形式。桩-土相互作用使结构的动力特性、阻尼和地震反应发生改变。因此,进行桩基大跨度桥梁的地震反应分析时,应考虑桩-土相互作用。
《铁路工程抗震设计规范》(2009)[1](以下简称铁路震规),没有明确的提出桩-土相互作用的模拟方法,仅在第7.2.1条中给出了全桥力学模型的简化建模分析方法,其思路是将桩-土相互作用简化为一个平动柔度系数和一个转动柔度系数的方式来模拟。本文将这种方法称为铁路震规法。
《公路桥梁抗震设计细则》(2008)[2]第6.3.8条明确提出:建立桥梁抗震分析模型应考虑桩土的共同作用,桩土的共同作用可用等代土弹簧模拟,等代土弹簧的刚度可采用表征土介质弹性值的m参数来计算。其条例说明第6.3.8条提出:地震时土的抗力取值比静力的大,一般取m动=(2~3)m静,此种方法简称“m法”,是我国公路桥梁设计部门常用的一种桩基静力设计方法,所使用的土层的值以实测数据为根据,当没有实测数据时,按规范取值。“m”的定义如下所示:
式中,σzx是土体对桩的横向抗力,Z为土层的深度,XZ为桩在Z深度处的横向变位,由此可求出等代土弹簧的刚度ks:
其中,a为土层的厚度,bp为土层的宽度,一般取桩的计算宽度。
3 有限元模型
本文利用Midas Civil 2010进行了四种考虑桩-土相互作用方案的建模分析。
方案1:铁路震规法建模,根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》[3]算出桩基的平动柔度系数和转动柔度系数,将柔度系数换算为水平刚度和转动刚度,用节点弹性支承加到承台底部,刚度值见表1,同时约束墩底的竖向平动自由度和绕垂直方向的转动自由度。空间有限元模型见图2。
方案2到方案4,分别采用m动=m静(方案2),m动=2m静(方案3),m动=3m静(方案4),按公式(3-1)和(3-2)来计算等代土弹簧刚度,用节点弹性支承加到桩节点上,考虑桩-土-结构耦合作用的全桥空间有限元模型,见图3。
各方案模型中,梁、墩、承台及桩基础均采用空间梁单元来模拟,考虑了二期恒载和活载。模型中的主梁与墩身采用主从约束方式实现,固定墩约束纵桥向、横桥向及竖向3个平动自由度及绕纵桥向的转动自由度,活动墩约束横桥向及竖向2个平动自由度及绕纵桥向的转动自由度;桩基顶与墩底采用刚接,桩底约束纵桥向、横桥向及竖向3个平动自由度。其中方案一划分152个梁单元,173个节点;方案二到四都划分2937个梁单元,3046个节点。
4 地震反应谱计算结果
4.1 桥址场地地震动参数
该桥桥址处场地属于Ⅲ类场地土,地震动峰值加速度为0.15g,场地位于二区Ⅲ类场地,其特征周期为0.55s。
4.2 输入地震反应谱
本文按多遇地震进行分析。根据铁路震规第7.2.3条的动力放大系数曲线进行反应谱曲线输入。
4.3 计算结果
地震响应分析中取前200阶振型按CQC的方法进行组合,结构阻尼比ζ=0.05。
在纵向地震反应谱作用下,各方案1号到4号墩墩底计算结果图如图4到图7。
4.4 计算结果分析
从5.3计算结果图中分析中可以得出如下结论:
在纵向地震力作用下,方案1到方案4中,2号墩的水平力、弯矩、水平位移和转角都远远大于其他墩。其原因是由于2号墩是固定墩,在地震时梁体的质量主要是通过固定墩来传递到基础上,致使其基础底部受到的地震冲击影响最大。
5 结论
经过对比分析,可以得到铁路震规法和“m法”有如下论:
5.1 对于“m法”而言,比较方案2到方案4的结果可知,不同的m动的取值对内力和转角的结果影响较小,对水平位移的结果比较敏感。可以看出土弹簧的刚度值越大,位移值越小,但结果相差幅度不大。
5.2 在内力结果方面,除了3号墩墩底的水平力是铁路震规法小于“m法”外,其余墩结果都是铁路震规法大于“m法”,但两种方法结果相差很小。
5.3 在水平位移方面,铁路震规法和“m法”的结果各有差异,但在m动=2m静下,两种方法很接近。
5.4 在转角方面,铁路震规法小于“m法”的结果,结果相差较大。
5.5 经过对比分析,可以得出“m法”和铁路震规的计算结果在内力和水平位移方面都比较接近,说明了“m法”计算结果有较高的可信度。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准:GB50111-2006铁路工程抗震设计规范[M].北京:中国计划出版社,2009.
[2]中华人民共和国行业推荐性标准:JTGT B02-01-2008公路桥梁抗震设计细则[M].北京:人民交通出版社,2008.
[3]中华人民共和国行业标准:TB10002.5-2005铁路桥涵地基和基础设计规范[M].北京:中国铁道出版社,2009.
[4]盛建军.大跨度连续钢桁拱桥地震反应分析[D].西南交通大学,2008.
[5]范立础,胡世德,叶爱君.大跨度桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社,2001.
大跨连续梁桥 篇5
目前最为常用的连续组合梁桥负弯矩区处理方法[2]主要是施加强迫位移法、预加静荷载法和张拉高强钢筋三种方法。这三种方法各有其特点,如强迫位移法可沿梁的全长施加预应力,耐候性好,在冬、夏季均可施工且施工简便。但受混凝土收缩、徐变的影响,所加预应力会逐渐减小,产生预应力损失。预加静荷载法中,如果静荷载数值过小,则施加的预应力可能达不到预期效果,如果静荷载数值过大,钢梁又会产生过大变形,甚至局部进入塑性,影响桥梁线形,而这又是在设计中不允许的。采用张拉预应力钢筋的办法无疑是最直接的,但也是最为费工和费料的一种方法,而且大跨度桥梁其截面较大,所需张拉的高强钢筋预拉应力较大时,对结构局部的抗压承载力和施工设备等要求较高,常不易得到满足。
当单独采用某一方法不能满足要求时,可结合使用两种或三种方法来处理,其相互之间具有一定互补性:如强迫位移法和张拉高强钢筋法中徐变引起预应力损失较大,与预加静荷法共同使用时由于混凝土的分批浇筑,可在一定程度上减小徐变影响;强迫位移法和预加静荷法都受钢梁强度、刚度限制,而张拉高强钢筋法则对此没有过高要求等。德国拜恩地区的库尔那荷高架桥和洛特荷夫桥、法国的瓦乍河桥以及我国秦沈客运专线等就同时采用了张拉预应力筋和强迫位移法进行施工[3～5],但其它组合方式和三种方法同时使用的实例尚未见报道。
北京地铁5号线立水桥～立水桥北站第2联的大跨度连续钢-混凝土结合梁桥综合使用施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土进行处理,施工工序较为复杂,施工过程中有多次体系转换,且缺乏可参考实例。因此,本文通过对立水桥段整个施工过程的数值分析确保该桥施工过程的安全性。
1立水桥-立水桥北站第二联工程概况
北京地铁5号线南起丰台区宋家庄车站,北至昌平区太平庄北站,沿线穿过丰台区、崇文区、东城区、朝阳区和昌平区,全长27.6km,全线投资约120亿元,于2007年通车,是北京即将建成的重要交通枢纽线路。本文所研究的桥梁位于立水桥站至立水桥北站段第二联,设计里程K 22+906.007～K 23+060.007,总长154m,为三跨连续钢-混凝土结合梁桥,跨度(42+70+42)m,与现况北苑路斜交。组合梁沿右侧线路中心线平面从直线段通过缓和曲线变到半径R=500m的圆曲线,且主梁沿右侧线路中心线竖曲线在P06墩两侧约80m范围内半径R=500m,其余P06至P08墩沿右侧线路中线为1.6%的纵坡。剖面示意图见图1(图中将支座进行编号,分别为A、B、C和D,中间跨跨中截面编号为E)。
2 有限元模型
2.1 单元类型
考虑到组合箱梁的特点,采用ANSYS模块中具有六个自由度的四节点SHELL181单元模拟箱梁顶板、腹板与底板以及横隔板和构造加劲肋板,采用SOLID65单元模拟混凝土桥面板,采用LINK8单元模拟预应力钢筋,普通钢筋通过在ANSYS输入相应的配筋参数,来模拟纵筋和箍筋的作用。全桥模型共有64508个单元,其中SHELL181单元为43618个、SOLID65单元数为17 808个,LINK8单元数为3 082个。模型的节点总数为67 504个。由于剪力连接件按完全剪力连接设计,分析中假定混凝土桥面板与钢梁之间无相对滑移,对剪力钉不另行模拟。
2.2 材料模型
钢箱梁翼缘、腹板、横隔板和纵向加劲肋均采用Q345qd钢。在ANSYS中钢箱梁本构关系采用理想弹塑性模型。弹性模量E=2.06×105 N/mm2,屈服强度fy:当板厚t≤16 mm,fy=345 N/mm2;t>16～35 mm,fy=325 N/mm2;t>35～50 mm,fy=295 N/mm2。
预应力钢筋采用钢绞线。在ANSYS中其本构关系采用理想弹塑性模型。弹性模量E=2.06×105 N/mm2,屈服强度fy=1 860 N/mm2。
结合我国现行相关的混凝土规范中采用的模型[6],混凝土单轴的应力应变关系曲线方程为:
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(1)式中:y为相对混凝土应力;x为相对混凝土应变。
2.3 加载和约束信息
支座LL05支座处将钢箱梁下翼缘在X、Y、Z方向约束,支座LL06～LL08在X、Y方向约束。组合梁自重以惯性力(gravity)的形式进行加载,压重以面荷载(pressure)形式进行加载。在ANSYS软件分析中,关于预应力的施加有多种方法,主要有初应力法、等效力法、等效初应变法和等效温度法来实现预应力。本模型采用等效初应变法进行加载,通过定义实常数的方法,使结构中产生与预应力相当的应变,从而得到间接施加预应力的目的。这种方法需要建立单元(LINK8)来模拟预应力钢筋,在实常数中对初应变参数进行定义。图2(a)和为(b)分别为建好的局部模型和整体模型。
3 有限元分析过程
本桥的施工工序复杂,结构体系和荷载随施工而不断变化,单元与节点数目也较多,若按各个施工阶段分别建立分析模型,整个施工过程的模拟将十分繁琐,更不利于分析结果的整理。为此,分析中采用一次建模(全桥模型)的方法[7],利用ANSYS的高级分析技术-单元生死以及设置相应的荷工过程被划分为13个荷载步来实现。图4所示为施工过程与有限元分析步骤对应关系。由于采用壳、载步来模拟施工全过程,荷载步的设置需反映施工过程中每一步骤的受力状况。结合施工顺序,施实体和杆单元混合模型,与一般设计软件采用梁单元模型相比较,本模型能精确跟踪整个桥梁在施工全过程中真实的受力状态,为组合梁桥施工安全提供可靠依据。
为考察施工过程中钢梁内力变化和支座处混凝土内的预应力施加情况,采用多个钢弦应变计对整个施工过程进行监测。钢箱梁上的钢弦式应变计主要分布在P06墩、P07墩及中间跨跨中截面E处的上下翼缘板上(P06、P07墩及E截面,位置见图1);混凝土上的应变计则布置在支座处混凝土桥面板表面上。
4 结果分析及模型验证
根据现场实测和理论计算得到数据,进行整理,给出测点应力-荷载步关系曲线图。图中横轴为图4中对应相应的施工步骤,纵轴为各应变计测试结果和理论计算应力值,关系曲线描述了整个施工过程中钢梁和混凝土内的应力变化情况。限于篇幅,本文仅给出部分监测和计算结果,如图5～图8所示。
图5～图7表明,钢梁的最大内力在150 MPa以下,远低于钢材的屈服强度345 MPa,因此整个施工过程中钢梁强度满足要求。在荷载步5～6间和荷载步11～12间(分别对应在边跨10 m和跨中37 m范围内施加压重和卸载压重)时,钢梁内力变化最大,说明预加静荷载对钢梁内力影响较大。卸掉压重后,对钢梁上、下翼缘应力变化要小于施加压重时的应力变化,主要是支座截面处负弯矩开始由钢梁单独承担,变成由钢梁与混凝土面板组成的组合梁来共同承担,整个组合截面受力,使得整个截面的抵抗弯矩能力增强,因而上、下翼缘应力变化量要小。此外,张拉高强钢筋对钢梁上翼缘应力影响较大,而对下翼缘应力几乎没有影响。
图8中,荷载步8至13分别对应分批张拉钢筋、卸载压重及落梁等工况,支座处负弯矩区混凝土表面的应力曲线始终保持下降趋势,压应力值逐渐增加,最终约为近14 MPa。张拉高强钢筋所占比重最大,45%左右,其次,压重所占比重为30%左右,强迫位移法所占比重最小,这与强迫位移大小有关。可以看出这三种方法都能有效地对负弯矩区施加预应力。应该注意的是,各种方法所施加预应力比例与强迫位移值、预加静荷载值、张拉高强钢筋面积等控制参数有关,也与桥梁本身特性有关。针对不同工程调整各参数取值,可以获取预应力施加的最佳效果。
综合以上分析可以看出,理论计算结果与实测数据变化规律基本一致,吻合较好,说明数值分析方法可以很好地模拟实际施工过程,因此,可以借助于有限元来进一步深入研究负弯矩区裂缝控制方法。
5 新方法的效果评价
根据计算结果,采用新方法后,在二期恒载和车辆活荷载(以P06墩处结合梁产生最大负弯矩为目的布置最不利荷载)作用下,考虑混凝土收缩、徐变影响,P06、P07墩处混凝土桥面板应力分布如图10和图11所示。可以看出,两个中间支座处的混凝土桥面板内均受压,P06墩处混凝土内最小压应力约为近0.7 MPa,P07墩处混凝土内最小压应力约为近1.3 MPa。说明采用该负弯矩处理方法已经为立水桥段结合梁桥有效施加上预压应力,成功避免了正常运营状态下负弯矩区混凝土开裂。
下面根据B,C支座混凝土面板应力做进一步分析,比较三种施工方法的有效性。图10为B、C支座的三种施加预应力方法所占比重关系图,图中1,2,3分别对应三种方法:张拉高强钢筋法、预加静荷载法和强迫位移法。由这两个图可以看出,预加静荷载所占比重最大,均达到48%,其次,张拉高强钢筋所占比重为40%左右,强迫位移法所占比重最小,约为12%左右,这与强迫位移大小有关。可以看出这三种方法都能有效地对负弯矩区施加预应力,但相比较而言,预加静荷载法和张拉高强钢筋比强迫位移法占的比重更大,施加预压应力更有效。
6 主要结论
(1)综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋形成的新施工处理方法能安全有效地为负弯矩区混凝土施加预压应力,但相对而言,预加静荷载法和张拉高强钢筋法更为有效。
(2)预加静载值法能有效对负弯矩区混凝土施加预压应力,但同时对桥梁内力和变形影响较大。
(3)张拉高强钢筋对钢梁的上翼缘应力影响较大,而对钢梁的下翼缘应力几乎没有影响。
(4)采用通用有限元软件可以对桥梁的全部施工过程进行很好的数值模拟。因此,可以用有限元进行后续研究工作,确定强迫位移、预加静荷载及张拉高强钢筋等方法结合使用的最优组合方案,提出经济、合理、切实可行的施工设计方式以指导大跨度连续钢-混凝土结合梁桥的设计及施工。
摘要：北京地铁5号线立水桥-立水桥北站段第2联组合梁桥首次综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土施加预压应力,施工工序复杂,须保证其施工过程安全。以ANSYS有限元软件为工作平台,采用一次性建立全桥模型,利用单元生死技术,实现了对桥梁施工过程中每一施工阶段变形和应力的数值模拟。该组合梁桥具有良好的力学特性,桥经过多次体系转换,组合梁桥施工过程安全,可行。与现场实测数据比较,采用现有通用有限元软件可很好地对实际施工过程进行仿真分析;施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法综合使用可有效为负弯矩区施加预应力,其中预加静荷载法最有效,但对钢梁内力及变形影响较大。
关键词：连续钢-混凝土结合梁桥,数值模拟,施工过程,有限元
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[6]GB50010—2002.混凝土结构设计规范.
大跨连续梁桥 篇6
1 Agent
Agent可以引伸到人工智能, 主要是一种研究复杂系统的方法;通过Agent可以建立诸多与研究对象相关的理论、模型, 在不同的研究领域其概念也相对的会有所差异, 从个体Agent基本结构来看, 它有认知型、反应型、混合型、通用混合型四种形式;所谓多A-gent指的是多Agent的动态协调与交互, 这主要是针对不同的目标, 而使用的多个Agent个体, 尤其适用于动态、开放的环境。另一方面, 在多Agent系统下, 它的工作主要依靠多Agent仿真系统、辅助型Agent、Agent社会、工程环境四大部分间的交互、协调等展开具体工作。
2大跨连续梁桥多Agent施工控制系统模型
首先, 从施工现场监测的主要程序方面来看, 包括主墩施工阶段-主梁0号块施工阶段-主梁悬臂施工阶段-合龙施工阶段-二期恒载施工阶段。
其次, 从施工状态偏差方面看, 主要原因集中于设计参数误差、施工误差、测量误差、结构分析模型误差、挂篮变形、施工管理等方面;而以施工状态偏差的分布情况或形态来看, 集中表现在白噪声偏差分布、连续单项偏差分布、大峰值偏差分布三个方面。
第三, 基于多Agent的大跨连续梁桥施工控制系统模型的结构主要是以智能控制系统为主;具体包括集中式系统内部控制、综合数据库、规则库、施工状态分析、梁桥施工自适应控制, 以及对自适应控制、预测控制的综合运用。并根据施工的具体需要而进行适当调整。
3结合实例进行应用分析与技术探讨
3.1工程概况
以某市区工程为例, 全长678m, 桥面总宽11m, 设计双向车道;具体的情况为大桥:6跨预应力混凝土连续梁桥;路径:75m+4*130m+75m;起点桩号:K1+122.000;终点:K1+800.000;上部结构主梁:预应力混凝土箱梁;两边悬臂各2.5m;中间梁段:1.6次抛物线过渡 (y=-0.006507505x1.6) 。
3.2施工控制过程
首先, 在施工准备阶段, 采用的悬臂方案包括, 主墩对称悬臂浇筑混凝土、边也支架浇筑、边跨合龙、体系转换、中跨合龙、施加桥面板。利用桥梁博士软件可以建立一个有限元动态仿真分析模型, 具体如图1所示。
其次, 施工阶段共分为68个, 桥面节点总计219个;通过上面的仿真分析模型, 能够得到施工阶段的累积竖向位移、主梁截面应力, 然后通过模型分析出的理论数值对施工现场进行合理布置, 并结合施工经验进行适当的调整, 做好施工准备。
第三, 在系统的实现与应用方面, 系统框架原理主要是通过NET平台进行整体结构图的搭建, 包括公共语言运行库、基础类库、类层、应用程序层;在Win socket通信机制中, 则是通过服务器端设置基本的流程, 具体如建立Socket-绑定TCP-设置监听-等待用户请求并建立连接-发送/接收数据-关闭;而客户端则与其对接, 同样需要建立Socket、与服务器连接、发送或接收数据以及关闭。系统界面较多, 相对复杂, 此不赘述, 可以参看相关软件介绍。
第四, 从施工控制计算细节来看, 应该对混凝土容重、弹性模量、钢铰线弹性模量、腹板弯曲钢绞线张拉预应力等进行参数初选, 并进行参数典型相关分析;本工程中, 有具体的两组随机变量, 若设其为x1、x2、y1、y2、y3、y4、y5, 则可以根据系统中的数据及相关变量得到:U1=9.3138x1-0.0711x2, V1=-0.1601y1-0.146y3+0.0073y4+0.0034y5;U2=30.9038x1-321.7360x2, V2=0.7633y1-0.0840y3+0.0018y4-0.0075y5;籽1=1.000, 籽2=0.5754;通过典型性相关系数检验法, 可以根据公式Q2=-mln∧2;∧2=0.6689, m=-[n- (p+q+3) /2];所以, 可以得到Q2=6.4336<xÁÂÃÂÄ (4) =9.488;因此, 当琢=0.05时, 则表明x2典型相关变量相关性不显著;还可以根据软件中的程序对基于GRNN参数进行识别, 并得到混凝土容重、钢绞弹性模量输出值。
第五, 进行施工组合预测, 包括单一施工预测模型初选、施工组合预测计算两大部分;另一方面就是对恶劣天气环境下的施工控制, 在这方面, 因施工地的气候、天气限制, 具体如夏季高温、冬季低温多雨, 加上大风与汛期等, 施工环境较为恶劣, 所以, 在施工中必要对现场监测、工况实行一些具体的解决措施, 根据本次模型结构中的仿真而言, 需要进行预警、结构变形、结构应力等方面的分析;从而在理论值、环境影响的实际情况间做出适当的范围调整, 从而加强对焊缝的检查、基础水下冲淤的检查以及墩台位置的检查等。
3.3施工控制效果
从施工控制效果方面分析, 由于在基于多Agent的大跨连续梁桥施工控制系统模型的结构下开展了具体的施工前分析与对应性的施工准备与控制, 使得该工程在实际施工中一直处于流畅的监控状态之下, 并且由于对相关参数进行合理计算, 并且通过相关仿真分析了可能性的施工环境影响等问题, 经过与现实施工经验的复核找到了合理范围, 从而实施了一些具有针对性的预防措施, 并在恶劣环境下进行了多方面的检查, 从而将其理论标高、实测标高都有效的控制在了10mm上下, 因而达到了有效控制, 而且施工后与理论值之间的差额在正负15mm以内, 这些都充分表明, 经过人工智能化的数据建模与分析, 能够更好的为大跨连续梁桥施工控制提供更好的依据。
4关键技术说明
首先, 在基于多Agent的大跨连续梁桥施工控制系统中的关键技术主要是基于误差修正的施工状态分析、参数识别与施工预测方法优化两大方面。
具体而言, 在基于误差修正的施工状态分析方面, 包括施工预警分析, 其内部结构由知识模块、数据分析模块与通信接口、用户接口、工程数据库五大部分构成, 而通过通信手段, 能够将施工监测、温度效应分析、剪力滞效应分析、采取措施这四大Agent联系起来, 共同构建组成施工预警系统, 从而对各个方面的数据进行分析与反馈, 将施工中可能遇到的误差进行修正;但在参数识别与施工预测方法优化方面, 如同上面的施工案例所示, 需要严格按照所采集的数据进行参数典型相关性分析与基于GRNN的参数识别, 并对施工中的恶劣环境情况进行施工状态预测法仿真模拟与效果预测, 结合实际施工进行各方面的结构偏差范围调整, 并提炼出施工调整的相关原则;比如, 在结构施工控制方面, 只要施工状态预测计算结果在安全范围内, 不需要采取特别的施工调整措施, 但若超出范围则应该预防;再如, 对于主梁悬臂方面施工, 应在初期做好参数比对与识别及调整, 到了施工的中后期, 则应该提高施工状态预测的结果, 使其得到优化;至于立模标高的调整, 则应该以梁桥线形的标准作为调整的大前提, 从而根据不同的阶段, 分期调整, 保证其连续性与平顺性。
结束语
总之, 在新的时代就要坚持以可持续发展的理念作为指导原则, 认真贯彻与时俱进、因时制宜的方法;通过上面的分析可以发现基于多Agent的大跨连续梁桥施工控制系统能够对传统的施工现场及其管理工作进行完善, 并且通过这种改进构建起更为科学、有效的施工管理体系与控制系统;另一方面, 从未来的发展方向来看, 人工智能、实时控制等技术将会随着交叉学科的深入研究与在技术工程中的应用与推广而获得更广泛的发展, 因而可以推断在未来基于多Agent的大跨连续梁桥施工控制系统将会通过信息技术、数据库的建立等多种方法与途径而日趋向着智能化方向发展。
参考文献
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大跨梁桥长期下挠成因及其控制 篇7
关键词：大跨梁桥,下挠,设计理念,措施
自20世纪50年代在德国莱茵河上首创悬浇施工法以来,悬臂施工法预应力混凝土梁桥已成为许多国家广泛采用的桥型之一。但是近10多年来,我国不少的大跨预应力混凝土梁桥在通车5年～8年后出现持续下挠和跨中底板开裂的现象。
跨中持续下挠是一个十分复杂的问题,影响因素也特别多。本文仅仅从结构原理出发来探索持续下挠的成因及其控制措施。
1 大跨梁桥持续下挠的成因[2]
1.1 结构原因
大跨梁桥最不利状态弯矩M0发生在最大悬臂施工状态,跨中出现较大的挠度f。其基本原因在于箱梁上缘预应力设计不足。因为它选择成桥后运营状态(连续梁),通过最不利荷载组合的内力包络图,按保留一定压应力储备并满足强度要求的原则来确定预应力弯矩MT大小。然而大跨梁桥实际施工图式为双悬臂图式,最大悬臂弯矩M0与上缘预应力弯矩MT之间存在很大的弯矩差Me=M0-MT,由此在双悬臂梁施工中必然会产生跨中下挠f0。常规用预拱度来抵消f0,但在合龙后连续梁中Me并没有消除,因此还会继续发生持续下挠f1。可见在特大跨径中按常规方法设计上缘预应力,不考虑悬臂施工的实际情况将带来多么严重的后果。
1.2 预拱度
预拱度是目前最常用的消除初始挠度(f0+f1)下挠的方法,即将梁的下挠值f反方向加在箱梁上,使梁面有一个抬高量δ,这个预抬高称“安装标高”。除施工所产生变形另外计算外,桥梁结构的预拱度有:自重、桥面和活载及运营若干年后的混凝土徐变下挠。活载预拱度fP则是考虑到使梁在运营状态时也能保持部分设计线形状态阶段。最后还有混凝土徐变(恒载不变混凝土内水分挥发产生塑性变形)下挠等。应当特别指出:设置“预拱度”方法虽能够使跨中标高符合设计要求,但它没有解决力的平衡问题,没有消除Me,所以运营若干年后,大跨梁桥随着混凝土徐变产生,跨中必定发生持续的徐变挠度ft。其值计算如JTG D62-2004桥规中6.5.6公式。
1.3 徐变挠度
1)徐变挠度计算公式为:
ft=[1+ϕ(t,t0)]f0 (1)
其中,ft为时间t的挠度;t为计算所需龄期;t0为加载龄期;f0为初始弹性挠度(自重+预应力)。
2)徐变系数计算公式为:
ϕ(t,t0)=ϕ0βc(t-t0) (2)
其中,ϕ0为名义徐变系数,约在1.8～3.5范围内;βc为加载后徐变随时间发展的系数。
3)由上述公式可见,徐变挠度ft与初始挠度f0成正比,而f0又与弯矩Me成正比。随着跨径l增大,Me和f0都急剧增加。因
本文结合了平湖关桥的实际工程情况,通过现场检查和桥梁结构软件计算,对斜腿刚架拱桥的病害进行分析,找出了上述主要的4种病因,在此基础之上,认真进行方案比选,采用经济、有效、可行的加固方案进行维修,确保桥梁加固后,结构极限承载力有很大的提高。
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Study on the reinforcement scheme of the slant-legged rigid frame arch bridge
ZHOU Jian FANG Zhen-ming TAO Xiu-qi
Abstract:
Combined with the concrete project, the paper summarizes the common diseases of the slant-legged rigid frame arch bridge, discusses mainly the reinforcement scheme based on the structure disease cause and the structural analysis, and points out that the scheme comparison should be carried out in the process of the maintenance and reinforcement of the bridge to create the best effect of the maintenance and reinforcement by using the minimum investment.
Key words:
slant-legged rigid frame arch bridge, reinforcement scheme, scheme comparison
此通过设计手段减少了Me,也就减少了徐变挠度ft,这就是控制持续下挠的基本结构原理。
4)初始挠度:
其中,Me=悬臂自重弯矩(Mg)-上缘预应力弯矩(MT);
由式(1)可见,只要在结构设计中有效控制初始弹性挠度f0的绝对值在一个很小范围内,那么混凝土徐变总挠度ft也就不大,这样大跨梁桥持续下挠将得到有效的控制。
2 恒载“零弯矩”设计理念
2.1 大跨梁桥的恒载
众所周知恒载弯矩Mg(含一期恒载及二期恒载)是大跨梁桥的主要矛盾,占总弯矩∑M的80%以上。恒载中弯矩存在是使结构产生后期挠度的主要原因。应该看到恒载是固定的,方向是准确不变的,所以实现”零弯矩”是唯一解。而传统的预应力设计包括了活载、温度种种因素,不是全部针对恒载而设置,因此也就不能解决后期下挠问题。还需要特别指出桥梁恒载形成要经过双悬臂施工、连续梁合龙、桥面浇筑、运营以及混凝土徐变5个阶段。因此在大跨梁桥中也要分5个阶段设计预应力,只有在所有阶段中都实现恒载“零弯矩”的要求,那么持续下挠才能根本改善。在这点上它与传统的“一次性到位”的预应力设计方法是截然不同的。然而计算表明5个阶段中以第1个阶段——双悬臂施工最为主要。
2.2 体外索的引进
连续梁(刚构)合龙后,继续施工桥面系g2(二期恒载);进入运营阶段后将承受均布活载gp=1.05 t/车道。这两项统称为连续梁图式的后期均布恒载∑p,它也产生不小的跨中挠度fp,是大跨梁桥长期下挠∑f的一个主要组成部分,而这个问题长期以来一直被人疏忽。
1)传统的“预抬高”和“悬臂施工零弯矩法”都只适用于合龙前的跨中标高问题,但这两种手段都不能阻止梁后期挠度ft的发生。
2)近年来不少桥梁为了控制后期挠度fp的增长,在箱梁内都设置了体外索R。应当指出体外索设计的原则是使其所产生的弯矩MR与后期均布荷载(∑p)所产生的Mp相平衡,而不仅仅是前期预应力的一种补充。
要使体外索产生比较明显的效果,跨中部分的梁高Ds应该有一定的高度。Ds愈大,体外索弯矩MR愈大,效果愈好;Ds愈小则MR愈小,效果不明显。设计体外索是解决后期均布荷载产生长期下挠的一个重要手段。
2.3 跨中梁高的选择
1)梁抗弯刚度。
在Me值一定的情况下控制ft拱度的关键因素是增大主梁抗弯刚度EI。其中,E为箱梁混凝土弹性模量;I为截面惯性矩,与截面高度D3成正比。如果保证跨中有一定的梁高Ds,增大惯性矩I,那么后期挠度ft值就会急剧减少,这比其他方法见效快。现以270 m连续刚构为例,跨中不同梁高在g2=7 t/m(桥面重)及g=2 t/m均布活载的共同作用下∑g=7+2=9 t/m的挠度(见表1)。
2)跨中梁高及线形选择。
270 m桥跨中梁高D=5 m是按传统方法确定的(相当于支座的1/3),高度偏矮,不能实现体外索张拉使后期荷载g=9 t/m所产生的弯矩为0。当梁高加大到D=7 m时,能使挠度减少26%。在200 m以上特大跨径领域中,跨中梁高为支座梁高1/3左右以及箱梁底板惯用抛物线形的方法,将跨中部分梁的抗弯刚度削弱过大,是造成大跨梁桥下挠值较大的重要原因之一。此外如果跨中0.4L部分梁高采用直线形,加大EI则对减少ft有显著的效果。
3)跨中部分箱梁采用预制拼装。
众所周知箱梁混凝土的弹性模量E是随时间增长而加大的。目前在悬臂施工中由于加入早强剂使其强度3 d就能达到设计强度要求,但弹性模量没有达到。这也是造成挠度增大的一个重要原因。如果要求混凝土养护7 d～10 d才能张拉预应力,但严重影响工期。一个较好的解决办法是跨中部箱梁采用预制拼装新工艺,将跨中直线段梁体在预制场存放3个月～6个月,使其混凝土收缩徐变提早完成,弹性模量E也可提高10%～30%。这样使运营中后期下挠值ft也相应可减少10%～30%。
2.4 控制下挠的其他措施
除上述结构措施之外,众所周知还有很多施工措施也能减少持续下挠的量。例如:1)计入泵送混凝土所多用的水泥和水对混凝土徐变系数的影响。做好混凝土配合比,控制水泥和用水量。2)箱梁现浇早期弹性模量增长滞后于强度增长,因此阶段施工时除规定强度外,还要保证不少于5 d才能进行张拉。3)竖向预应力要逐一检查并进行二次张拉来确保设计张拉力。
参考文献
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