刚构桥设计

刚构桥设计（精选十篇）

刚构桥设计 篇1

门式刚构桥是将桥台台身与主梁固结, 省去主梁与桥台之间的伸缩缝, 改善桥头行车的平顺性, 提高结构的刚性。由于梁柱节点采用刚性连接, 在竖向荷载作用下, 主梁端部将产生负弯矩, 从而减小主梁跨中的正弯矩, 跨中截面尺寸相应减小。门式刚构桥外形美观, 在无需设置水中墩的单跨桥梁中应用广泛。但是梁柱节点构造复杂, 柱脚有水平推力。节点内缘混凝土承受很高的压应力, 而外缘则承受很大的拉应力, 通过设置预应力筋控制是常用的方法[1,2]。门式刚构桥多采用超静定的结构形式, 混凝土收缩徐变、温度变化、墩台不均匀沉降和预应力因素都会在结构中产生较大的附加内力, 尤其温度变化产生的附加内力占整个内力的比例相当大[3]。本文以肥西路跨南淝河门式刚构桥为例, 阐述该桥在设计中的技术特点和难点, 为同类桥梁的设计提供参考。

2 项目概况

肥西路跨南淝河大桥为肥西路改造项目上的关键节点工程。由于本桥景观性要求较高, 且河中不允许设置桥墩, 故采用变截面门式刚构桥的桥型方案。桥梁跨径为一跨70 m, 主梁净高为1.40~2.30 m, 底板按悬链线变化, 悬链线参数m值为2.5。根据道路平面渠化条件, 桥梁全宽33.0 m, 分成2幅, 半幅宽度16.5 m。主梁采用单室三箱的断面布置形式, 分

3 段工厂预制, 现场焊接, 分段划分为20 m+30 m+20 m。

主梁两端与立柱顶固接。0号、1号立柱与主梁施加竖向预应力。0号立柱与基础固结, 1号立柱下部设钢筋混凝土铰。桥台立柱结构中心线处高度6.1 m, 立柱顺桥向厚度按直线渐变, 2.50~1.90 m, 立柱下接承台, 群桩基础, 承台厚2.65 m, 桩径1.5 m[4]。桥梁实景照见图1。

3 设计特点及难点

3.1 结构体系的选择

门式刚构桥多采用超静定的结构形式, 混凝土收缩徐变、温度变化等在结构中产生较大的附加内力。本桥立柱矮、刚度大, 主梁跨度大、钢结构热膨胀系数高, 会导致下部基础反力较大, 如何有效降低立柱内力是本桥结构体系选择的关键。表1比较了2种立柱底部约束形式:2个立柱底都固结以及一侧固结一侧设置混凝土铰接。

从计算结果看, 采用一侧固结一侧铰接的构造体系, 显著释放温度产生的内力, 有效减少基础反力, 同时对减小上部结构内力有一定帮助。

3.2 立柱材料的选择

上节结构体系分析中提到, 由于主梁与立柱采用刚接的形式, 若混凝土立柱与承台也采用刚接的形式, 会导致下部基础反力较大, 且混凝土立柱自身的强度也难以满足要求。若采用钢立柱则降低立柱刚度, 从而减少立柱底弯矩, 且钢结构自身抗拉压强度较大。表2对混凝土立柱方案以及底部刚接的钢立柱方案进行了比选。

从计算结果来看, 采用钢立柱可以解决自身强度问题, 而且通过降低截面刚度减少承台底弯矩;对于一侧固结一侧铰接的混凝土立柱方案承台底弯矩适中;由于立柱埋于靠近河岸的土层中, 钢结构耐久性问题突出, 故本桥选择混凝土立柱方案。

3.3 混凝土铰的处理

通过以上分析, 本桥0号桥台立柱与基础固结, 1号桥台立柱与基础铰接。

混凝土铰处理是本桥的一大难点。在1号桥台立柱的根部将混凝土截面厚度由1.9 m削减为0.65 m, 使截面刚度大大降低, 产生结构的转动, 形成铰的作用。为提高混凝土铰的抗剪能力, 在铰内设置工字钢。

混凝土铰的防水也很关键。混凝土铰削减截面填塞遇水膨胀, 并在铰的外侧设置挡水板, 挡水板与铰之间填塞沥青胶泥, 通过多重防水体系保证混凝土铰不受河水侵蚀。

3.4 主梁横断面形式的确定

本桥全宽33.0 m, 半幅宽度16.5 m, 主梁断面采用单箱多室整体式箱梁布置形式, 横向整体刚度好, 但钢材用料较多。工厂钢结构加工较复杂, 分块形式不利于运输, 现场焊接工作量大, 且对起吊设备要求高。本桥推荐采用单室多箱的布置形式。半幅横桥向共布置3片箱梁, 顺桥分3段工厂预制。每片小箱梁在工厂加工制造完成后运至现场焊接, 运输方便, 现场焊接工作量小, 吊装难度小。但分离式的断面布置形式整体性差, 横向刚度稍弱, 横向需增设横梁。单室三箱断面见图2, 单箱四室断面见图3。

3.5 主梁端部节点的构造形式

主梁与立柱相交处受力复杂, 其连接形式也较繁琐。常用的有钢筋连接、型钢连接、圆柱头焊钉连接以及开孔板连接件等钢-混凝土连接形式。焊钉连接件作为一种成熟的抗剪连接件在工程中应用广泛, 近年来开孔板连接件的应用也日渐增多。相关工程与研究表明, 开孔板连接件较焊钉连接件承载能力与抗疲劳性能都得以提高, 而且施工简单、质量可靠。另外, 在开孔中设置贯通钢筋, 可以进一步增大抗剪刚度、强度及其变形能力。

本桥推荐采用开孔板剪力件作为主梁端部钢-混凝土刚接的连接形式。将主梁钢板及加劲钢板开孔, 贯穿抗剪钢筋, 同时浇筑微膨胀混凝土以抵抗钢板和混凝土之间的作用力[4]。

3.6 立柱竖向预应力设计

由于主梁与立柱节点采用刚性连接, 该节点承受很大的负弯矩, 节点内缘混凝土承受较高的压应力, 而外缘则承受较大的拉应力。压应力和拉应力产生一对强大的斜截面应力, 对节点产生劈裂作用, 故通过设置竖向预应力筋控制截面内力。

为便于施工, 竖向预应力筋均在主梁顶面张拉锚固, 另一端固定。对于0号桥台, 固定端埋设在承台内, 而1号桥台则埋设在混凝土铰的上方[4]。

3.7 下部结构桩基内力控制

由于桥台立柱与主梁形成刚接框架体系, 在恒载、活载及温度力作用下固结端承台底剪力较大, 相应单桩桩顶弯矩较大, 故在满足单桩承载力的前提下, 通过增大桩基直径及增加配筋以满足规范要求。通过计算可知, 采用1.5 m桩径, 并配37根φ32 mm钢筋, 单桩强度及裂缝宽度满足规范要求。

4 施工流程设计

本桥主梁分3段工厂预制, 现场吊装焊接, 在水中需搭设临时支架, 应保证临时支架的强度、刚度及基础可靠性。本桥主要施工顺序如下:

1) 基础准确定位, 施工围堰并排水;

2) 桩基施工, 浇筑承台混凝土, 预埋钢束;

3) 浇桥台柱混凝土到二次浇筑分界处;

4) 吊装主梁制作段并焊接, 钢箱横向联接;

5) 浇二次混凝土至主梁钢束张拉端;

6) 待混凝土强度达到100%后, 张拉竖向预应力Ny1, 孔道灌浆;

7) 拆除主梁临时支架;

8) 张拉竖向预应力Ny2, 孔道灌浆;

9) 恢复主梁顶板, 注浆 (封锚) ;

10) 施工桥面铺装及附属结构。

5 有限元分析

5.1 有限元模型的建立

采用大型空间有限元软件MIDAS Civil V8.0.5建立全桥静力计算模型。主梁、立柱及承台均模拟为梁单元。全桥共划分57个节点, 56个单元 (见图4) 。

结构约束条件的模拟能真实反映桥梁结构构造形式:0号桥台立柱与基础固结;1号桥台立柱下部设钢筋混凝土铰, 通过释放转动约束来模拟铰接;梁柱节点的固结则通过程序刚性连接模拟。考虑桩土耦合作用, 采用“m”法计算出基础约束刚度, 代入模型计算中, 模拟基础对结构的影响[5,6]。

5.2 计算分析

标准组合下主梁应力包络见图5~图7, 活载作用下主梁挠度见图8。关键节点应力及位移见表3。

通过以上计算分析, 门式刚构桥受力合理, 主梁关键节点应力及位移均满足规范要求。

6 结语

本桥结构形式繁琐, 受力复杂, 设计难点多, 施工难度大。在设计阶段, 通过选择合理的结构体系和主梁断面形式等, 有效优化桥梁结构受力, 在施工过程中全程跟进。由于采取充分的技术准备与合理的施工工艺, 南淝河大桥已于2013年12月竣工通车, 运营效果良好。

参考文献

[1]范佐银, 武维宏, 舒春光.门式刚构桥设计[J].山西建筑, 2008 (20) :333-335.

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[3]刘效尧, 徐岳.公路桥涵设计手册:梁桥[M].北京:人民交通出版社, 2011.

[4]宋佳, 吴新强.肥西路跨南淝河桥方案设计[J].工程与建设, 2014 (3) :345-347.

[5]袁洪.桩基结构模拟方法[J].公路, 2000 (4) :7-12.

刚构桥设计 篇2

悬臂灌注预应力混凝土连续梁(刚构)施工及设计

悬臂浇灌预应力混凝土连续梁(刚构)是近年来广泛应用于铁路、高速公路、市政工程的一种桥型,通过对该类桥梁的设计浅析特别是施工探索,试图给设计、施工和管理等方面提供较有价值的参考.

作 者：栾昌信 Luan Changxin 作者单位：中铁十四局集团第三工程有限公司,山东兖州,27刊 名：铁道标准设计 ISTIC PKU英文刊名：RAILWAY STANDARD DESIGN年，卷(期)：“”(4)分类号：U445.466关键词：悬臂灌注法 连续梁(刚构)桥 设计 施工

刚构桥设计 篇3

关键词预应力混凝土连续刚构；构造设计；安全储备

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0141-02

1950年世界上第1座采用节段悬浇施工和后张预应力的箱梁桥，德国主跨62m的Balduisntein桥的竣工，标志着预应力混凝土箱梁桥进入大跨径时期，大跨径预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构性能和优美的外形在世界各地得到了广泛的应用。笔者认为做好预应力混凝土连续刚构的设计，至少应做到如下两个方面：

1充分重视构造设计

确定合理的构造设计是设计工作的基础，合理的构造设计是下一步工作顺利进行的有利保证。

1.1梁高：在自重不占主要矛盾的前提下，尽量采用较高的梁高

预应力连续刚构的主梁的高跨比是主梁设计的重点，也是此类桥梁设计的重要参数，箱梁高度的选取直接关系到整桥的工程量，外形美观以及施工难易程度和预应力布置等。

笔者总结了若干座预应力混凝土连续刚构桥的梁高如表1所示。

从表1可以看出，随着新规范的颁布，设计人员逐渐提高了耐久性设计的概念，同等跨径的桥梁采用的梁高较原规范的梁高普遍偏高。现在比较通用的梁高确定范围为：跨中1/40~1/50，根部1/16~1/18。对于实际桥梁的设计，笔者认为在自重不占主要矛盾的前提下，应尽量采用较高的梁高，此时主梁各处压应力值变化范围较小，受力较为均匀；同时获得了较大的抗弯惯性矩，对减小主梁的挠度、提高抗弯承载力带来比较有利的影响；并且对于预应力钢束的摆放，混凝土的浇筑都有有益的帮助。

但是随着主梁梁高的增加，主梁的材料数量也会随之增加，自重随之上升，特别对于自重占主要矛盾的大跨径桥梁，在设计中更需综合考虑，慎重优选梁高。

1.2重视抗剪问题，保证有足够的抗剪面积

腹板宽度对于桥梁的抗弯影响不大，但是对于桥梁的抗剪却发挥着至关重要的作用。近年来多座刚构桥出现斜裂缝的问题，因此在拟定构造中应重视对腹板宽度的合理设计。确定腹板宽度时应综合考虑主跨的跨度及桥梁宽度两个因素，缺一不可。

表2给出上世纪90年代我国重庆地区建成的两座大跨径的预应力混凝土连续刚构的总体布置。

比较重庆江津长江大桥主桥和重庆嘉陵江高家花园大桥主桥，修建年代接近，总体布局大体一致，两桥主要差异在于:重庆江津长江大桥主桥主梁采用整体单箱单室断面，而重庆嘉陵江高家花园大桥主桥主梁采用两幅单箱单室断面，因此前者腹板总厚度大约是后者的2倍，此外，前者的纵向有效预应力总和比后者大许多，相应地，前者的抗剪安全储备比后者大许多，这也是前者没有发生腹板开裂的主要原因。

同梁高对自重的作用一样，腹板宽度的变化对于恒载的影响同样不能忽视，设计中不能片面的追求提高抗剪面积，而忽略了对于自重的控制，需综合考虑。

1.3桥墩抗推刚度

确定桥墩的抗推刚度，是确定大跨径预应力混凝土连续刚构的一个非常重要的方面。对于大跨高墩的连续刚构，桥墩的刚度对于上下部结构内力的影响不那么敏感，此时从稳定性方面考虑，建议采用较大的桥墩的刚度；当桥墩墩高较矮时，桥墩的刚度对于结构内力的变化影响比较敏感，宜尽量减小桥墩的抗推刚度，以减小混凝土收缩徐变、温度等因素对结构受力的不利影响。

表3给出一座主跨125米，墩高约20米，采用双肢矩形截面墩身的预应力混凝土连续刚构，取不同的墩身壁厚时桥墩控制断面的最不利内力。

从表3可以看出，墩身不高时适当的减薄墩身的抗推刚度，可以有效的降低结构的内力。

2充分重视工程实际与计算模型的差异，留有足够的安全储备

众所周知，工程实际与计算模型难免存在一定的差异，不论设计人员进行多么精心的设计，这种差异无法完全消除。因此设计人员必须客观认识差异的存在性，综合考虑各种不利的影响，留有足够的安全储备。

影响预应力混凝土连续刚构结构内力及变形的不确定因素主要有以下四个方面：

2.1混凝土收缩和徐变

混凝土的收缩和徐变是一个十分复杂而又难以精确计算的非线性问题。美国混凝土学会第209委员会1982年的报告指出，所有影响收缩、徐变的因素，连同它们所产生的结果本身都是随机变量，它们的变异系数最好也要达到15%～20%。

对于一座主跨200米的预应力混凝土连续刚构，采用不同的收缩徐变参数，计算得到不同的应力及徐变挠度如表4所示。

2.2预应力损失

采用悬臂浇注法施工的预应力混凝土梁桥，预应力管道跨越几个节段，预应力与管道的实际摩擦系数L以及管道偏差系数k通常比规范规定的要大。混凝土收缩、徐变引起的损失和预应力钢筋松弛损失随着时间的增加而逐渐增大，并且两者相互影响，使得预应力损失的实际值与理论计算值有较大差别。

2.3施工质量

我国施工质量水平总体不高，管理不完善，在施工过程中，桥面铺装及主梁的超方屡见不鲜。

对于一座主跨200米的预应力混凝土连续刚构，考虑超方及预应力损失其内力及位移会发生如表5所示的变化。

2.4运营中不可避免的存在活载的超载现象

目前阶段，活载超载现象在我国各地客观存在，屡禁难止。超载的活载增加了桥梁的额外负担，影响了结构的耐久性，尤其是对于超静定次数相对较少（相比斜拉桥、悬索桥而言）的预应力混凝土连续刚构影响更加明显。超载客观存在，设计中必须予以一定的考虑。

由于以上四个方面存在的客观性，所以对于预应力混凝土连续刚构的设计不能以仅仅满足《规范》为目标，而应综合考虑设计、施工中可能潜在的不利影响，留有足够的安全储备。笔者认为对于跨径超过100米的预应力混凝土连续刚构，至少要留有2MPa以上的安全储备，并且随着跨径的增加，此值应有所增加。

3结束语

综上所述，对于预应力混凝土连续刚构的设计，首先要做其构造设计，其次要客观认识各种不定因素，留有足够的安全储备。

参考文献

[1]SANTIAGO RODRIGUEZ1Design of long span concrete box girder bridg2es challenges and solutions[C]//Proceedings of the 2004 StructuresCongressOBuilding on the Past:Securing the Future1Nashville TN USA:ASCE,2004:361-371.

[2]鲍卫刚,周泳涛等.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.

[3]罗世勋,谢邦珠.当代四川公路桥梁(续集198721995)[M].成都:四川科学技术出版社,1996,86-87.

[4]罗凤林.预应力钢筋混凝土连续刚构——重庆高家花园嘉陵江大桥[J].西南公路,1995,3:6-8.

[5]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.

作者简介

连续刚构桥病害模拟及预案设计 篇4

目前, 大多数软件不能对混凝土的徐变进行模拟, 本文根据桥梁“运营”阶段的特点, 引入“稳态徐变”概念, 通过ANSYS的高级开发技术UPFs, 实现了对预应力混凝土徐变的模拟, 同时也实现了对桥梁病害的模拟、分析。

1 连续刚构桥病害概述

一般在5～15年, 混凝土的徐变的累计总和值相当可观, 可达弹性变形的1～3倍, 在某些不利的条件下还可能增大[2]。

某黄河公路大桥1993年通车到2003年中跨下挠达到22 cm, 某大桥辅航道从1997年通车到2002年中跨下挠达到17 cm (预留了10 cm) 。

桥面下挠主要原因有[3]:①混凝土徐变因素;②后期预应力钢材的锈蚀;③预拱度设置偏差和施工误差;④超载车辆的行驶。可以看出, 除了混凝土徐变这个因素, 后面的3项都是可以人为控制的。但是, 因为连续刚构桥的这种病害涉及了混凝土的徐变, 而混凝土的徐变属于微观问题, 且受周围环境影响很大, 又有较大的不确定性, 故而, 研究桥梁等宏观结构方面的学者, 对于其研究相对较少。

2 连续刚构桥病害模拟的ANSYS实现

ANSYS作为世界上著名的大型通用有限元分析软件, 为用户提供了100多种单元, 具有完善的前后处理功能;通用前处理器可以方便地建立几何模型, 进行网络划分等, 后处理器提供了结果分析的多种手段。ANSYS提供了2个用户徐变方程[4]:USERCR.F和USERCREEP.F。其中:显式徐变用USERCR.F;前提是C6=100;隐式徐变用USERCREEP.F, 前提是TBOPT=100。

然而, ANSYS中给出的徐变公式均为应变和全量应力之间的函数关系, 也就是说, 对于混凝土的早期变化比较剧烈的徐变进行分析, ANSYS现有算法是不适用的。除非对现有算法进行修改, 即对ANSYS有关徐变部分内容改为增量应变与增量应力关系式, 才可以直接用于混凝土浇筑早期的徐变分析。

2.1 稳态徐变概念的引入

在恒定的荷载和位移条件下, 徐变效应表现出2个阶段:第一阶段是结构的内力重分布;第二阶段为结构达到稳定的应力状态。第一阶段称为“瞬态徐变”状态, 最后达到了第二阶段则称为“稳态徐变”状态。对于瞬态徐变状态, 需要利用增量有限元方法进行分析;而稳态徐变状态可以利用全量有限元方法进行分析[5]。

因为进行的是桥梁运营阶段的徐变分析, 不是针对施工阶段混凝土浇筑时变化比较剧烈的徐变, 此时混凝土的徐变在理论上已经进入平稳的时期。所以, 引入 “稳态徐变”的概念, 对于桥梁运营阶段的混凝土进行徐变分析。引入了 “稳态徐变”的概念, 可以使用ANSYS的全量有限元方法进行分析。

2.2 用户徐变程序的二次开发

由于目前的徐变理论已经不能解释连续刚构桥跨中挠度不断增加的情况, 本文避开这些复杂的理论, 根据实际数据拟合一个连续刚构桥的病害发展规律及国内关于连续刚构桥跨中挠度“长期观测”的报道[6]:虎门大桥辅航道桥, 其主跨跨中挠度的变化趋势, 可以近似的认为是“直线”。

鉴于以上情况, 假设跨中的挠度在10年内的发展符合线性发展规律, 对于10年内的病害进行模拟分析。由某黄河公路大桥10年中跨下挠22 cm和某大桥辅航道5年中跨下挠达到17 cm, 可以得到一个跨中挠度随着时间发展的直线方程y=x+12, x表示时间 (年) , y表示跨中挠度 (cm) 。

以此直线方程作为跨中下挠的发展规律来加入ANSYS。此直线方程是为了得到一个粗略的跨中挠度随着时间发展的规律, 是作为一个病害分析的“参照系”, 作为对比分析用。通过如下的命令流[7], 完成对于已开发的用户徐变程序的调用, 命令流中的参数应根据具体情况变化:

再通过以下的命令流, 可以得到跨中的位移等值线图, 如图1所示。

3 算例分析

某大桥为三跨连续刚构桥, 跨径为50 m+80 m+50 m, 预应力变截面双箱双室高墩刚构桥, 与桥墩连接处梁高为3.0 m, 跨中梁高为2.1 m;混凝土, 弹性模量取3.25e10, 泊松比取0.2, 密度取2650;钢筋, 弹性模量取2.07e11, 泊松比取0.3, 密度取7850。采用SHELL43单元划分箱梁的顶板、底板、腹板和高墩, 采用LINK8单元模拟预应力钢筋。

如图1所示, 以下为UPFs开发的徐变程序下模拟的有限元结点竖向位移, 时间为10年 (如图1所示, TIME=3 650) ;跨中的最大位移 (如图1所示DMX=0.194 474, 单位:m) 为19.4 cm, 与实际出现的病害基本吻合。

3.1增加钢筋探寻预防病害

ANSYS建模对比分析, 分别为横截面钢筋为1排, 和增加到2排的2种情况。可以得到:在横截面增加到2排钢筋后, 在徐变作用下, y方向的位移明显不同, 一排钢筋时为:19.4 cm, 2排钢筋时应为11.1 cm;具体对比如图2所示 (为跨中横向10个结点的对比图) 。

由图2可以看出, 横截面钢筋由1排增加为2排可以使跨中位移在10年之内减少大约42.7%, 所以桥梁增加含筋量是很有效的方法。

3.2增加预应力度探寻预防病害

虽然过多的增加预应力钢筋的预应力度的方法在工程中可行性不大, 然而, 由于实际施工会出现不能保证设计预应力度的情况, 预应力度在某些情况下设计值可以适度提高;所以, 少量的增加预应力进行探索研究、观察跨中挠度对于预应力度的变化是否明显很有必要。

为了进行有效的对比, 每次增加的预应力度均为10%。首先对于横截面1排钢筋的情况进行对比:经过尝试, 发现预应力度增加10%, 对于跨中挠度几乎没有影响;于是采用100%扩大预应力度的方法, 得到的结果是: 最大位移为19.3 cm, 与原来的19.4 cm相比改变只有5.1%, 现实情况不可能增加预应力度为100%。

对横截面2排钢筋的情况进行对比:仍然首先尝试增加预应力度5%的情况, 跨中挠度11.09 cm, 相对于没有增加预应力度时的11.16 cm, 改变了0.6%, 影响同样比较小。

4 结束语

1) 引入材料的“稳态徐变”概念后, 使用ANSYS模拟桥梁运营阶段混凝土徐变所引起的病害是可行的, 即模拟连续刚构桥“跨中下挠”的病害是可行的。

2) 提高混凝土结构的“含筋量”对于减轻病害是很有效的方法。由对比分析可知, 如果“含筋量”提高50%, 可以使得跨中位移在10年之内减少大约42.7%, 目前, 该类桥设计时未考虑普通钢筋的效应, 若引入普通钢筋能够减少跨中下挠的概念, 将会改变以往的设计理念。

3) 增加预应力度的方法, 减轻病害的效果并不明显。

摘要：连续刚构桥作为一种经济实用的桥型, 在西部地区得到广泛应用。然而, 随着使用年限的增加, 跨中下挠成为一种不容忽视的典型病害, 严重影响桥梁的正常使用。通过大型有限元程序ANSYS的高级开发技术UPFs和FORTRAN77语言, 开发适合混凝土徐变规律的用户程序, 实现对桥梁病害的模拟和分析, 得出预防此类病害的具体措施。

关键词：连续刚构桥,ANSYS,二次开发,UPFs,病害

参考文献

[1]马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社, 2001.

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[5]杨志平.预应力混凝土连续刚构桥挠度长期观测[J], 公路, 2004 (8) :285-289.

连续刚构桥及大梁施工控制要点 篇5

连续刚构桥及大梁施工控制要点

根据我国桥梁施工的现状尤其是连续刚构桥的施工现状,介绍了大跨度连续刚构桥悬臂施工的控制方法以及大梁施工的控制要点,并提出解决办法和控制措施,从而能够更好地为实际工程服务.

作 者：常红霞 CHANG Hong-xia 作者单位：中铁十七局集团第二工程有限公司,陕西,西安,710043刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：35(13)分类号：U445关键词：连续刚构 施工控制 质量控制 措施

大跨径连续刚构桥施工控制方法 篇6

关键词:连续刚构;施工控制;悬臂施工

中图分类号:U448.23文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0050-02

随着交通事业的不断发展,大跨径连续刚构桥的建设越来越多,据不完全统计,目前世界上已建或在建的主跨大于240 m的特大跨径连续刚构桥就有18座之多。然而连续刚构桥施工过程中的各种随机性因素(如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度等),使得桥梁的实际状态偏离理想状态,为了确保大桥成桥后的状态满足设计要求,有必要对大跨径连续刚构桥进行施工监控。

1 桥梁施工控制的内容

桥梁施工控制就是在对桥梁结构进行施工仿真计算分析的基础上,通过现场测试,采集桥梁施工过程中各类数据信息。结合桥梁仿真分析计算,对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据(如变形、内力、应力)分析,运用现代控制理论对误差进行分析,并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施,最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。桥梁施工控制的主要内容有:①主梁线形控制;②箱梁控制断面应力监控;③稳定控制。

2 施工控制方法

在实际施工中,桥梁的实际状态与理想状态总是存在着一定的误差,施工控制就是采用现代控制理论和方法去分析这些误差,并调整误差,使成桥线形和结构内力的最终状态符合设计要求,并且确保桥梁施工过程中的结构安全。大跨度桥梁施工控制采用的理论和方法主要有:参数识别与调整(最小二乘法)、Kalman滤波法和灰色理论法。

3.1 参数识别

参数识别就是分析结构的实际状态与理想状态的偏差,用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数的误差,经过设计参数误差的调整来控制桥梁结构的实际状态与理想状态之间的偏差,使结构的成桥状态与设计尽可能一致。参数识别在中国的桥梁施工控制中有着广泛的应用。其计算通常采用最小二乘法。相对于Kalman滤波法和灰色理论法,参数识别方法具有以下特点:

(1)参数识别方法将引起误差的因素完全归结于设计参数,认为引起结构状态偏差是由于设计参数的取值(如砼弹模、砼容重、预应力筋管道偏差系数、管道摩阻系数、砼收缩徐变系数等)与实际不符。忽略了施工定位误差、测量系统误差、温度影响误差等。由此可能导致所估计的参数并非实际值,而是包含了施工定位误差、测量系统误差、温度影响等的数值。

(2)参数识别一般采用最小二乘进行线形回归分析,其回归方程为:Y=Φθ+E。

式中:Y:误差向量;

Φ:线性转化矩阵(即被估参数与挠度之间的线性关系矩阵);

θ:估计参数向量;

E:残差(包含量测误差、参数估计误差、系统误差)。

其中Y可由理论分析值与实际观测值相减求得,而矩阵Φm,n则需要根据结构力学计算求得,其物理意义为,单位θn变化m节点所产生的挠度Ym。在桥梁施工监控中,一般需要采集每一施工工况下各节段测点的挠度数据,从而使得矩阵Φm,n的计算显得尤为复杂,且随着数据的增加,矩阵Φm,n的规模也越大,采用常用桥梁分析软件根本无法计算,需要编制专用程序求得。

(3)最小二乘法的原理是求得一组参数θ,使得模型的输入输出数据之间关系拟合的最好,这就要求残差E最小,因而若数据被噪声污染的越厉害(如温度影响、施工误差等因素),参数估计的准确性也就越差。

(4)为了能够使得参数识别更加准确,这就要求数据有较好的规律性,且需要较多数据,因此在梁段数比较少时所得到的回归曲线的精度难以保证。

3.2 卡尔曼滤波法

卡尔曼滤波法的实质是从被噪声污染的信号中提取真实的信号,采用由状态方程和观测方程组成的线形随机系统的状态空间来描述滤波器,并利用状态方程的递推性,按线性无偏最小均方误差估计准则,采用一套递推算法对滤波器的状态变量作最佳估计,从而求得滤掉噪声后有用信号的最佳估计,即估计出系统的真实状态,然后用估计出来的状态变量,按确定的控制规律对系统进行控制。卡尔曼滤波法具有以下特点:

(1)卡尔曼滤波法将概率论和数理统计理论用于解释滤波估计问题,提出了新的线性递推方法,不需要储存过去数据,只需根据新数据和前一时刻估计量,借助状态转移方程,按照递推公式计算新的估计量,从而节约计算时间。

(2)卡尔曼滤波法进行递推的关键在建立状态转移方程,通过状态转移方程,使得误差估计具有一定的收敛性,特别当数据污染严重的情况下,估计量仍有一定的信服力。

(3)卡尔曼滤波法进行递推计算时,需要输入系统状态初始值,而初始值对计算结果有很大影响,若初始值取值不当,会使结果失真。

3.3 灰色系统理论

灰色系统可以看作是在一定时间内变化的随机过程,环境干扰将使系统行为特征量过分离散,为此灰色系统用灰色数生成对原始数据进行处理得到随机性弱化、规律性强化了的序列,在此基础上以灰色动态GM模型作为预测模型,并及时对模型进行滚动优化和反馈校正。灰色预测控制具有以下特点:

(1)灰色预测控制建模是可利用少数据建模,是一种实时控制。在处理方法上,灰色过程是通过原始数据的整理来找数的规律,是一种就数找数的现实规律的途径,而数理统计方法是按先验规律来处理问题,要求数据越多越好,越具规律性越好。

(2)灰色预测控制是后果控制,不需要追究引起状态变化的原因,不必处置复杂的随机过程,这使得控制大为简化。

(3)灰色系统理论是“瞬态建模”,每新增数据便生成新的模型,因而数据的取舍对于灰色系统至为关键,数据太多将降低模型预报精度,数据太少,模型将找不出数据间的规律。

(4)当数据污染严重时,灰色系统预测结果也同样有较大的偏差,数据估计的收敛性较差。

4 工程应用

在祁临高速仁义河特大桥施工监控中,采用参数识别进行误差分析,结果在不同施工阶段,所估计参数也不一样,且随着悬臂的逐渐加长,识别的参数差异性也就越大。这说明,悬臂越长,数据越容易被污染,因而估计的准确性也就越差。

同样,在晋济高速公路桥梁施工监控中,分别采用灰色系统理论和卡尔曼滤波法进行误差分析,在悬臂施工初期,由于主梁变形不大,二者差别不大,但进入长悬臂施工后,相对而言,卡尔曼滤波法预测值较小,数据曲线较为光滑平顺。

5 结束语

(1)大跨径连续刚构桥采用参数识别进行误差分析,计算繁琐,要求数据有较好的规律性。在实际监控工作中,对于设计参数引起的误差,应尽可能采用实际试验结果,在出现明显系统误差情况下进行参数识别。

(2)施工控制应采取多种方法进行综合分析。目前进行施工控制分析的方法有多种,但各种方法计算原理及侧重点有所不同,而影响误差的因素却很多,因此在施工控制中应结合以经验,综合考虑各种因素影响,结合多种方法进行误差分析,保证预测精度。

Great Span Continual Rigid Frame Bridge Construction Control Method

Niu Liqiang

Abstract: The elaboration continual rigid frame bridge construction control’s necessity and the main content, and introduction the several commonly used construction control method.

预应力混凝土连续刚构桥设计探究 篇7

刚构桥, 主要承重结构采用刚构的桥梁, 由梁和腿或墩 (台) 身构成刚性连接。结构形式可分为门式刚构桥、斜腿刚构桥、T形刚构桥和连续刚构桥:

1) 门式刚构桥:其腿和梁垂直相交呈门形构造, 可分为单跨门构、双悬臂单跨门构、多跨门构和三跨两腿门桥。前三种跨越能力不大, 适用于跨线桥, 要求地质条件良好, 可用钢和钢筋混凝土结构建造。三跨两腿门构桥, 在两端设有桥台, 采用预应力混凝土结构建造时, 跨越能力可达200多米;

2) 斜腿刚构桥:桥墩为斜向支撑的刚构桥, 腿和梁所受的弯矩比同跨径的门式刚构桥显著减小, 而轴向压力有所增加;同上承式拱桥相比不需设拱上建筑, 使构造简化。桥型美观、宏伟, 跨越能力较大, 适用于峡谷桥和高等级公路的跨线桥, 多采用钢和预应力混凝土结构建造;

3) T形刚构桥:是在简支预应力桥和大跨钢筋土箱梁桥的基础上, 在悬臂施工的影响下产生的。其上部结构可为箱梁、桁架或桁拱, 与墩固结而成T型, 桥型美观、宏伟、轻型, 适用于大跨悬臂平衡施工, 可无支架跨越深水急流, 避免下部施工困难或中断航运, 也不需要体系转换, 施工简便;

4) 连续刚构桥:分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥, 均采用预应力混凝土结构, 有两个以上主墩采用墩梁固结, 具有T形刚构桥的优点。

2 跨径布置及结构尺寸拟定

预应力混凝土连续刚构桥设计方案选定后, 首先应进行总体布置和确定结构的构造尺寸。预应力混凝土连续梁刚构桥构造设计应考虑桥梁的技术经济指标、跨越性质和水文、地质条件以及施工方法。对于等截面与变截面连续刚构桥来说选取合理的主、边跨比、跨径与梁高的比例是非常重要的。对于跨径范围在20m~50m的连续刚构桥选取等截面形式及梁高一般为跨径的1/15-1/30, 这种桥型常采用满堂支架、移动模架逐孔施工和顶推施工的方法;对于较大跨径的多孔连续刚构桥常作成变截面的形式其支点梁高为最大跨径的1/15~1/20及跨中梁高为最大跨径的1/30-1/50, 这种桥型通常采用悬臂法进行施工。

3 预应力筋布置

3.1 纵向预应力筋

1) 布束原则

纵向预应力筋数量和布筋位置要根据结构在使用阶段的受力状态确定 (弯矩包络图) , 同时, 也要满足施工各阶段受力需要。不同的施工方法, 在施工阶段的受力状态存很大差别, 因此, 配筋必须考虑施工方法。

选择合适的力筋形式和锚固形式, 选择预加力大小适当的束筋, 以达到合理的配筋形式。若预加力过小, 束筋过多, 管道多, 增大结构尺寸;如预应力过大, 受力过于集中, 引起局压应力。箱形截面考虑剪力滞效应, 应尽量靠近腹板布置, 同时减小下弯束的平弯角;避免在同一截面锚固, 可分散锚固, 如在同一截面, 要适当分散, 可减小锚下局部应力;宽翼缘箱形截面梁的两腹板处受对称垂直力作用时, 其上、下翼缘的正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象称为剪力滞或剪力滞效应, 即腹板对接处的顶底板正应力出现峰值>平均值。

直线布束, 顶板预应力筋沿水平布置并锚固在梗肋处, 可减少预应力筋的摩阻损失, 穿束方便, 改善了腹板的混凝土浇注条件;水平预应力筋的设计和构造仅由弯曲应力决定, 而抗剪强度则由竖向预应力筋来提供。曲线布束, 预应力筋在腹板内弯曲并下弯锚固在腹板上, 以减小外荷载所产生的剪力。此时腹板应具有足够的厚度以承受集中的锚固力。

2) 布置方式

(1) 满堂支架施工:跨径较小时, 采用连续曲线束 (布束简单, 摩阻力大, 穿束困难) 桥梁总长<100m;跨径较大时, 为了减小摩阻损失, 可采用分段配筋, 两端张拉 (顶板张拉) 或一端张拉, 底板预先埋置锚头 (锚固式) 上部为张拉式锚头;

(2) 简支转连续:分为先期束和连续束, 先期束适于简支梁;连续束则待墩上接缝混凝达到规定强度后, 用设置在接缝顶部的局部顶应力钢筋来建立结构的连续性;

(3) 逐跨施工:主索布置往往采用逐段接长配筋, 接头位置设置在支点截面, 也可设在离支点约1/5跨径附近弯矩较小的部位;

(4) 顶推施工:前期张拉力筋-为顶推施工需要而设置, 施工过程中, 箱梁每一截面均会出现最大正、负弯矩, 通常在截面的上、下缘配置直线筋, 各段之间采用“逐段接长配筋”;后期张拉力筋, 依照使用阶段要求补充设置的力筋, 分直筋和弯筋.直筋配置在支点顶部和跨中底部, 弯筋设置在腹板内, 水平投影长度为跨径1.3-1.5倍, 锚固1/3跨径腹板内侧齿板上。

3.2 横向和竖向布筋

设计中, 需要对结构施加横向和竖向预应力。横向预应力加强桥梁的横向联系, 增加悬臂及顶板的抗弯能力。一般直线布置在横膈梁或顶板内;采用高强钢绞线或粗钢筋, 箱梁横向预应力筋趋向于采用扁锚体系, 以减少布筋所需空间。

竖向预应力提高截面的抗剪能力, 设置在腹板内;一般采用高强粗钢筋, 轧丝锚固在预留孔道内按后张法工艺施工;竖向直线配置, 也有用预应力钢丝束和钢绞线作为竖向预应力筋, 须留孔道按后张法工艺张拉施工的。在施工中常考虑利用竖向预应力筋作为悬臂挂篮的后锚装置。

4 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的应力分布都会产生很大的影响。结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度并且徐变会增大偏压柱的

5 最新国产油田压裂车组控制系统的应用

2500型压裂机组是江汉油田四机厂历时8个月研制成功的, 在国际上首创二类汽车底盘作为大型压裂设备的载运车, 对底盘选型发动机动力匹配集成优化, 提高设备的移运能力, 采用该厂具有自主知识产权的输出功率达2500马力的五缸柱塞泵, 该泵可抗高疲劳强度, 冲击、韧性好, 优化设计了压裂泵腔及吸排出口, 使吸入排出效率从90%提升到95%, 相当于将压裂车的排量提高5%。该车采用耐硫化氢高压管汇, 整车全部采用三维设计, 提高了设计可靠性, 第一次美国底特律公司和双环公司对2500压裂车的动力系统匹配进行了严格测试, 测试结果表明该车的动力匹配完全达到发动机和变速箱的匹配要求。测试专家认为, 该款车型控制系统的控制信号采集方式处在国际先列。中原油田井下特种作业处作为该设备的国内首批订货方, 多次在东北、普光、中原等油气田进行应用, 控制系统效果获得好评。

6 结论

总之, 油田压裂车组控制系统的改进是极为必要的, 具有较高的经济价值和社会效益, 值得大力探讨。

参考文献

[1]彭建业.2237kW动力系统在油田压裂设备上的应用[J].石油机械, 2008 (10) .

[2]刘济宁.国内压裂车制造业发展回顾与展望[J].石油矿场机械, 2004 (S1) .

(上接第85页)

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, 结构构件截面如组合截面徐变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。

混凝土徐变总应变可高达加载后产生的弹性变形的1倍~4倍, 所以混凝土的徐变效应在预应力混凝土刚构桥中是必须考虑的。在超静定结构中由于徐变产生次生内力而应力变化的徐变及次内力计算较为复杂, 现较常用的方法有狄辛格方法、Trost”Bazant法、采用位移法的有限元逐步分析法。狄辛格法当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。随着计算机技术的进步以及结构有限元方法的应用并结合根据Trost-Bazant按龄期调整的有效模量法, 人们采用位移法的有限元逐步计算法将使得徐变分析更逼近实际。

5结论

预应力混凝土连续刚构桥的设计是一项复杂而细致的工作, 必须从桥跨布设、尺寸拟定、钢束布置以及施工方法选择正确的设计参数并充分考虑包括徐变和收缩等环境对预应力混凝土连续刚构桥的影响等方面综合考虑才能成功地设计好一座桥梁。

参考文献

[1]程建耀.最新桥梁设计实用手册[M].长春:吉林电子出版社, 2005.

刚构桥设计 篇8

沮河特大桥位于陕西铜川市, 横跨沮河河谷, 是210国道川口至耀州改扩建工程, 桥上部主跨为 (62.5+115×4+62.5) ×2m预应力混凝土连续刚构箱梁。箱梁断面为单箱单室直腹板断面。箱梁顶宽12m, 底宽6.5m, 翼缘板宽2.75m, 根部梁高6.5m, 腹板厚45~60cm, 底板厚度为32~90cm, 悬浇段顶板厚度28cm。桥型布置如图1:

箱梁0#、1#块在托 (支) 架上施工, 梁段总长13m, 边、中合拢段长为2m;挂篮悬臂浇筑箱梁2#~5#块段长3.5m, 6#~9#块段长4m, 10#~13#块段长5m, 箱梁悬臂浇注采用菱形挂篮进行施工。各悬浇节段控制计算梁段如表1所示:

2 挂篮设计

根据设计图纸, 对挂篮的主要构造进行了空间建模, 采用通用有限元分析程序MIDAS进行空间分析。空间模型如图2所示。计算中对传力作了如下的假定:

(1) 箱梁翼缘板混凝土及侧模重量通过外滑梁分别传至前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁承担。

(2) 箱梁顶板混凝土、内模支架、内模重量分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。

(3) 箱梁底板、腹板混凝土及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。

挂篮设计计算参数:

(1) 梁段混凝土重量:2.6t/m3;

(2) 人群及机具荷载取2.5k Pa;

(3) 超载系数取1.05;

(4) 新浇混凝土动力系数取1.2;

(5) 挂篮行走时的冲击系数取1.3;

(6) 抗倾覆稳定系数2.0。

荷载组合:

(1) 混凝土重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数 (强度计算) ;

(2) 混凝土重+挂篮自重 (刚度计算) ;

(3) 挂篮自重+冲击附加系数 (行走稳定性) 。

2.1 混凝土浇注工况计算

2.1.1 底篮平台计算

由计算模型可知:底纵梁受最大应力在2#块。底平台纵梁采用工40 b。平台加载分析见表2、表3。强度分析结果如图3、图4。刚度分析结果如图5。

最大弯应力为:127.7MPa<1.3×145MPa=188.5MPa (容许抗弯) , 满足强度要求。最大剪应力为:21.7MPa<85MPa (容许抗剪) , 满足强度要求。

由计算模型可知:底篮平台2#块的最大挠度9.3mm<6000/400=15mm, 满足刚度要求。

2.1.2 滑梁及横梁计算

(1) 外滑梁采用2[36b]槽钢, 上下各加220×12钢板, 内滑梁采用2[36b]槽钢。混凝土浇注时由于10#块节段最长为5m, 故为控制节段, 其最大剪应力和最大弯应力以及最大挠度均应在允许范围值, 满足强度要求。

(2) 前上横梁、前下横梁在混凝土浇注时以10#块节段为控制节段进行计算, 后下横梁以2#块节段为控制节段进行计算, 使其强度和刚度同时满足要求。

2.1.3 浇注时主桁抗倾覆计算

混凝土浇注时应进行主桁抗倾覆计算, 取现浇最长梁段10#作为控制梁段, 计算简图如图6。

根据计算结果, 主纵梁后锚在浇注10#块5m节段混凝土时主桁架后锚力P1=708.3k N, 由电算模型可知:倾覆力P=640.2k N, 倾覆弯矩M=P×L=640.2×6=3841.2k N.m。后锚共设4根Φ32精轧螺纹筋, 其抗力达到P1=4×500=2000k N。抗倾覆弯矩M1=P1×L1=2000×5=10000k N.m。抗倾覆系数为K=M1/M=2.6>2, 满足规范要求。

2.2 锚固系统验算

从模型计算结果可以得到, 一个后锚点的最大锚固力为708.3k N, 采用4根直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋。A=804.2mm2×4=3216.8mm2, 其应力计算应满足的公式为σ=N/A=708300/3216.8=220.2MPa<f/2=392.5MPa, 故后锚钢筋满足规范2倍安全系数的要求。

2.3 挂篮行走验算

2.3.1 挂篮行走受力分析

f挂篮行走时, 前端还是通过前吊杆、滑梁吊杆把底篮、翼板模板吊在前上横梁上;后端下横梁 (底篮) 吊在外滑梁上, 翼板、侧模也通过内外滑梁吊在已浇筑箱梁上。行走时后下横梁变换成了一根简支梁, 跨径8.32m。内外滑梁为一简支梁, 随挂篮的行走跨径在不断变化 (最大为11.3m) 。走行计算考虑荷载为自重+模板+栏杆、脚手板等施工荷载。走行时尽量清理挂篮前端荷载, 考虑上下横梁护栏、脚手板、机具等荷载按1k N/m。计算荷载冲击系数1.3。行走受力分析图如图7。

2.3.2 后下横梁

挂篮行走时后下横梁剪切应力<85MPa (容许抗剪应力) 、弯曲应力<1.3×145MPa=188.5MPa (容许抗弯应力) 。同时下横梁的最大挠度满足要求。

2.3.3 内、外滑梁

(1) 外滑梁在挂篮走行考虑施工机具荷载、模板、走道梁自重。冲击系数1.3。10#块为控制工况, 强度计算荷载15.42k N/m, 刚度计算荷载11.86k N/m, 自重由程序自动计入。计算如图8。

外滑梁最大挠度为29.6mm, 11300/400=28.3mm, 略大于允许值, (29.6-28.3) /28.3=4.6%, 刚度基本满足要求。

(2) 内滑梁10#块为控制工况, 当模板滑移到中部时为最大受力工况, 强度验算荷载7.05k N/m, 刚度验算荷载5.42k N/m, 自重由程序自动计入, 荷载冲击系数1.3。计算结果如图9。

最大弯应力为:75.1MPa<1.3×145MPa=188.5MPa (容许抗弯) , 强度满足要求。

2.3.4 行走吊杆

最大拉力48.5k N, 行走吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋, A=804.2mm2。σ=N/A=48.5×103/804.2=60.3MPa<f/2=392.5MPa, 满足2倍安全系数。故一根精轧钢满足要求。

2.3.5 反扣轮

行走主桁架支点受力如图10。

单片主桁行走受力:后锚反扣轮249.7k N, 前支座534.2k N, 反扣轮轴直径为60mm, 材质为45#钢调质, 受力模型为短悬臂梁, , 满足要求。反扣轮轴抗弯强度计算:M=P.a=249.7×0.05/4=3.116k N.m

反扣轮吊带销轴采用贝雷销, 材质为30Cr Mn Ti, 容许抗剪力为844k N (单剪) , 远大于反扣轮受力249.7/2=124.85k N, 吊带主销轴为直径80mm的调质钢, 这里不再验算。

3 挂篮施工设计要点

3.1 挂篮施工

安装施工挂篮, 从2号梁段至13号梁段逐块、对称、平衡进行悬臂浇筑施工 (施工时注意相关预埋构件的埋设) 。待浇筑梁段混凝土强度达到设计强度的90%以上且混凝土龄期不小于4d时方可张拉该梁段预应力钢束。挂篮应在钢束张拉完成及管道压浆后向前移动。挂篮结构应轻便合理:挂篮拼装好后应进行预压和加载试验, 以检验其强度和刚度, 并实测其变形以便消除塑性变形的影响, 记录其弹性变形, 为箱梁浇筑施工预拱度提供依据。加载试验主要采用实物加载法, 采用20%、40%、60%、100%、120%分级加载, 最大加载值取1.2倍最大梁段重量。

3.2 设计要点

(1) 挂篮易采用菱形挂篮, 以便及时张拉竖向预应力钢筋。

(2) 设计应结构简单, 受力明确, 具有足够的强度、刚度、稳定性, 且行走方便, 锚固和装拆容易。

(3) 设计应考虑挂篮自重、平衡重, 模板与支架重量, 梁段最大节段重量, 施工人群2k N/m及振动器, 千斤顶和油泵重量等。

(4) 挂篮自重与最大梁段的重量比宜控制在0.3~0.5之间。

(5) 挂篮应设有调整±6cm竖向挠度功能, 以便调整立模标高。

4 结论

基于前述计算, 得到以下结论:

(1) 挂篮主桁架、前横梁构件强度、刚度、稳定都能满足规范设计要求。

(2) 挂篮吊杆以及锚固系统验算表明, 精轧螺纹钢吊杆以及后锚吊杆都能满足规范设计要求。

(3) 通过对该挂篮的系统验算及实际施工应用充分证明了该桥挂篮系统的可靠性, 为同类桥及相似挂篮系统进行有限元软件设计计算和悬臂浇筑施工积累了经验。

参考文献

[1]胡文俊.重庆忠县长江大桥牵索挂篮施工技术[J].桥梁建设, 2009 (1) :52-55.

[2]刘玉擎.组合结构桥梁[M].北京:人民交通出版社, 2005.

[3]王良龙.挂篮施工优化措施[J].施工技术, 2010 (1) :26-27.

预应力混凝土连续刚构桥的设计浅析 篇9

关键词：预应力混凝土连续刚构桥,纵向,横向,竖向

近年来我国桥梁的设计水平突飞猛进, 尤其是预应力混凝土连续刚构桥广泛应用。下面是在工作中对预应力混凝土连续刚构桥设计的一些认识。

1 箱梁构造尺寸拟定

预应力混凝土连续刚构桥随着跨径的增大, 自重荷载占其总荷载的比例明显增大。因此应尽量使主梁断面轻型化, 从而减小下部结构的规模。实践表明, 箱形断面具有较好的整体性、较大的结构刚度, 承受正、负弯矩及横向抗扭能力强, 各部分结构受力明确等特点, 是连续刚构桥的一种经济合理的断面形式。为施工方便, 基本上都是采用直腹板, 特别是在变截面箱梁中斜腹板用的更少。

在拟定结构尺寸时, 应充分考虑连续刚构的受力特性。在受力复杂且难以准确模拟的区域, 应重视构造设计, 采取适当增大断面尺寸, 增加普通钢筋含筋率和有效配置预应力等措施。在根部和端部之外一般不再设横隔板。主梁断面应尽量简洁, 尽量减少异形构造, 使模板加工简便, 从而容易保证混凝土的质量。主梁构造与梁段划分应与施工方案、施工设备、施工条件综合考虑, 、以确保结构实际受力与设计相符合, 并节省工程造价。

a.目前中大跨径的变截面悬浇预应力混凝土箱梁桥设计中较多考虑施工因素, 跨径不平衡可通过改变截面尺寸压重, 或调整纵束布置等措施来解决。在边跨搭设落地支架有一定难度时, 一般以把边跨内悬臂施工范围外的长度控制在10m以内为佳, 以便在边墩承台上设立支架或取消支架在边墩顶与悬臂端间设导梁进行边跨现浇段浇筑, 此时边中跨跨径比一般略大于0.5, 大多为0.54~0.58, 使边跨支座在任何时候均保持一定压力的同时, 减小边跨现浇段的施工难度。

b.梁段划分主要由挂蓝的承载能力、每个梁段顶板预应力束锚固的束数控制 (设计较好的挂蓝其自身质量使分段块件的1/2) 。梁段划分长度种类应尽可能少, 以便施工控制。若挂蓝等施工设备具备条件且施工工期又紧张时, 可适当加大箱梁节段长度, 以免造成锚下局部应力过于集中, 引起锚头附近出现裂缝。

c.选择合理的箱梁高度, 变截面梁的梁高与中跨跨径之比在跨中一般为1/50~1/60, 即2.5~3m左右, 墩顶一般为1/18~1/22。连续跨中及墩顶箱梁的应力一般比较容易控制, 而在墩顶L/4附近的箱梁底板的正应力和主应力较难控制, 腹板易出现斜裂缝, 主要是根部的剪力过大;其范围主拉应力过大, 竖向预应力筋设置不当;有的桥梁减少或取消下弯束也是一个主要原因;可通过调正箱梁高度的变化规律来控制, 一般底缘曲线选取半立方与二次抛物线之间变化。

d.底板在结构纵横向受力分析中, 不是内力作用的主要部位, 易被忽视, 其厚度一般按经验尽量取小, 但一般也不小于20cm。国内对箱梁底板厚度拟定有了更深刻认识, 底板除参与断面纵向受力、提供底板束的空间和传递承受底板束力外, 在保证箱梁作为一个闭合整体断面参加结构总体受力, 参与断面抗扭内力传递, 确保箱梁各部尺寸相当、变形协调, 承受施工挂篮作用力等方面都有重要作用。建议底板尺寸也应以不小于25cm控制。

e.确定箱梁断面顶板厚度最小一般在25~28cm, 具体厚度根据箱梁宽度确定, 以满足桥面横向受力和纵横向预应力束配置的构造要求。

2 箱梁预应力束的布置

2.1 纵向预应力束

2.1.1 配束原则

(1) 尽量采用三向预应力体系, 使箱梁混凝土均处于受压状态。

a.顶板束和底板束尽量不在腹板范围内布置, 仅在锚固端适当下弯, 以确保腹板混凝土的浇筑质量, 同时使预应力束便于施工。

b.根据受力需要尽量提高顶、底板的预应力束的有效力矩, 以提高预应力束的效率, 节省预应力钢材。

c.合理配置纵向预应力束和竖向预应力束, 考虑施工因素用严格控制剪应力和主应力, 边跨支点附近应适当保留部分纵向预应力束弯起, 以保证箱梁整体受力, 避免出现裂缝。

(2) 顶、底板纵向预应力束应尽量靠近腹板布置, 其优点是:

a.可使预应力尽快有效地传递到全截面, 有利于降低预应力传递过程中局部应力的不利影响。

b.利用肋腋布束, 减少平弯范围, 降低摩阻损失。

c.由于底板通常采用抛物线, 底板钢束对底板产生径向压力, 若钢束靠近腹板布置, 可减少径向压力对底板产生的横向跨中弯矩。

d.有利于减小锚固齿板或槽口的规模, 并增加锚固齿板或槽口的局部承压能力与抗剪面积。

(3) 采用大吨位预应力束, 尽量减少预应力束的规格。

采用大吨位预应力束所需的布束面积小, 可以大大降低结构的横截面尺寸, 有助于轻型化, 且布置简单, 受力明确。大吨位预应力束一般通过平、竖弯, 最后锚固在肋腋或齿板部位, 使顶、底板尺寸仅需要满足结构受力要求, 而不是由配束构造控制。

2.1.2 顶、底板预应力束设置 (1) 顶板束的设置

a.分层布束时应使长束布置在上层, 短束布置在下层。

b.分层布束时应使同一列钢束管道尽可能上下对齐, 有利于保证混凝土浇筑质量。

c.钢束采用平、竖弯相结合的空间曲线, 在钢束平竖弯时尽量使弯曲半径大些, 以降低摩阻损失, 并方便穿束或灌浆。

d.管道间距及混凝土保护层等均应满足构造和受力要求。

(2) 底板束的设置

边跨底板束多数在梁端适当弯起锚固, 钢束中心应严格控制在断面的核心面积范围内, 同时, 底板束在弯起时起晚点切勿集中在几个或少数断面, 以防止过大的径向力, 要配置足够的构造钢筋, 并使纵向钢束在腹板内不致引起大的偏心。

对于梁端须特别注意锚下局部应力的分布, 并有针对性地进行构造设计。

2.2 横向预应力束

对于宽箱梁而言, 由于顶板较薄, 除需配置普通钢筋外, 还需配置横向预应力束, 为了便于施工, 采用宜端张拉、宜端轧花固定的锚固方式。横向预应力束采用扁锚体系, 以减少顶板悬臂端部的尺寸。对于底板较宽的箱梁可在底板内适量配置预应力束。每个节段完成后, 张拉纵向预应力束之前, 先张拉横向预应力束。张拉横向预应力束时, 最好分批张拉横向预应力钢束, 使横向预应力分布趋于均匀。

2.3 竖向预应力束

配置适量竖向预应力束并合理布置纵向预应力束 (通常采用粗钢筋) , 以控制箱梁的主应力, 特别是主拉应力要严格控制。竖向预应力束布置时要尽可能地不要对腹板产生过大偏心, 避免带来不必要的附加应力。在运营阶段可以控制箱梁腹板裂缝, 在极限状态下能承受一部分竖向力。

3 结语

连续刚构桥在众多的桥梁中占有一定的位置, 以上仅在箱梁部分发表一些看法, 希望对大家日后的设计工作有所帮助。

参考文献

刚构桥设计 篇10

拟建某大桥为8-40m连续T梁+ (112+210+112) m连续刚构+2-40m米连续T梁, 大桥跨越涪江, 桥轴线处河宽约200m, 桥高约70米。

2 设计技术标准

设计等级:一级公路大桥。

设计行车速度:60km/h。

桥面宽度:全桥按双向六车道设计, 桥面净宽2×11.5m;桥面全宽30.5m。

防洪标准:设计洪水频率为1/300, 桥梁高程由路线控制, 不受洪水位控制。

设计基准期;100年。

设计安全等级;桥梁结构为一级。

结构设计荷载:公路-Ⅰ级。

地震:地震动峰值加速度系数0.05g, 相当于地震基本烈度Ⅵ度。

气候:温度:最低气温-2.7度, 最高温度42.2度。湿度:设计按80%取值。

通航标准:V级航道。

环境类别:Ⅰ类。

3 设计要点

3.1 桥梁孔跨布置

主桥桥跨布置为 (112+210+112) m三跨一联的预应力混凝土连续刚构桥, 主墩为双薄壁墩, 南岸引桥为8-40m连续T梁, 北岸引桥为2-40m连续T梁, 桥梁全长844.5m (图1) 。

3.2 主桥上部结构

3.2.1 节段划分及工序

箱梁0号段长14m (墩两侧各外伸2m) , 每个“T”构纵桥向对称划分28个节段。梁段长度分别为10×2.5m、9×3.5m、9×4.5m, 累计悬臂浇注节段总长97m。箱梁分两个“T”同时对称悬臂浇注, 共设4套挂篮。0号段采用托架施工, 1~28号节段采用挂篮悬臂浇注施工, 悬臂浇注梁段最大控制重量2448k N, 挂篮设计自重为1100k N。全桥共有2个边跨合龙段及1个中跨合龙段共计3个合龙段, 每个合龙段长2m。采用先边跨, 然后合龙中跨的施工方案 (图2) 。

3.2.2 主梁构造

连续刚构采用双幅对称单箱单室截面, C55砼, 三向预应力, 箱底宽8.0m, 翼板悬臂3.5m, 箱梁顶宽15m。箱梁根部高13.1m, 端部及跨中高4.6m。箱梁高度采用1.5次抛物线方式从箱梁根部高13.1m变化至最大悬臂处高4.6m。箱梁底板厚度采用2.0次抛物线方式从箱梁根部厚120cm变化至端部及跨中厚32cm。箱梁腹板厚度从80cm分两次变化到50cm, 每次变化15cm, 箱梁节段间腹板每次厚度变化采用一个箱梁节段长度渐变过渡。0号块件横隔板内梁段底板厚度为120cm、腹板厚度为130cm。主桥共设5道横隔板。

3.2.3 预应力设计

3.2.3. 1 纵向预应力

纵向预应力钢束共设置了顶板束 (T) 、腹板束 (F) 、中跨底板束 (Z) 、边跨底板束 (B) 、中跨合龙段钢束 (ZS) 、边跨合龙段钢束 (BT) 和预备束 (Y) 共7种。边跨合龙段钢束 (BT) 、中跨底板预应力钢束采用φs15.2-23钢束, 两端张拉, 采用15-23夹片式锚具。边跨底板预应力钢束 (B) 、腹板束 (F) 、中跨合龙段钢束 (ZS) 采用φs15.2-15钢束, 两端张拉, 采用15-15夹片式锚具;顶板束 (T) 采用φs15.2-19钢束, 两端张拉, 采用15-19夹片式锚具。预备束孔位预留, 钢束根据情况予以设置。

3.2.3. 2 横向预应力

箱梁顶板横向预应力采用φs15.2-3钢束, 逐根张拉, 单根钢绞线设计张拉力为193.9k N, 采用单端张拉, 张拉端与锚固端交错设置, 锚具采用15-3型扁锚及15-3P型锚。零号块是箱梁与墩身连接的关键部位, 其断面高, 砼体积大, 结构受力复杂, 因此在横隔板上加设横向预应力束φs15.2-3。同样在梁端底板也设置了底板横向预应力。

3.2.3. 3 竖向预应力

竖向预应力采用双排φs15.2-4钢束, 采用二次张拉锚具, 相应锚具为OHM15-4G型锚及OHPM15-4型锚, 为低回缩锚具。

3.3 结构计算

主桥采用MIDAS Civil软件计算, 主桥被离散为412个单元, 共分100个施工阶段进行。成桥状态附加力计算, 考虑体系温差20℃, 按《公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) 》取上下缘温差14℃、5.5℃, 薄壁墩左右温差5℃。引桥采用平面杆系结构计算软件计算, 横向分配系数按刚接梁法计算, 并采用空间结构计算软件校核。

计算结果均符合规范要求。

4 结论

根据对某大跨宽箱连续刚构桥的结构设计的详细介绍, 结合该工程实际, 详细介绍了该类型连续刚构桥的结构尺寸拟定的详细细节及具体参数, 为同类大跨宽箱连续刚构桥梁的设计提供一些可借鉴的经验, 保证工程的顺利完成。

摘要：结合工程实际, 探讨和介绍大跨宽箱连续刚构桥的结构尺寸拟定、配束的详细细节及具体参数, 为同类桥梁的设计提供一些可借鉴的经验, 保证工程的顺利完成。