PC连续箱梁桥

PC连续箱梁桥（精选11篇）

PC连续箱梁桥 第1篇

从1970年起, 我国就开始修建PC连续箱梁桥, 自1980年以后, PC连续箱梁桥迅速得到了发展, 现如今箱梁桥已经成为我国大跨径桥梁的主要选择类型。但是PC连续箱梁桥在建造和运营过程中出现了不同程度的病害。其中裂缝是常见病害之一, 其严重的影响了桥梁的使用。为了保证预应力混凝土连续箱梁桥的安全性和耐久性, 需要对其裂缝的种类和出现的原因以及处理措施进行详细的分析和总结, 为实际工程提供技术参考。

1 PC连续箱梁桥常见裂缝分布情况

通常情况下, 预应力混凝土连续箱梁桥的腹板、顶板、底板、横隔板以及锚固齿板会出现不同形式的裂缝。

1.1 腹板裂缝

腹板裂缝按其形态可以分为斜向裂缝和水平裂缝, 其裂缝分布大致可以分为3种情况:1) 腹板斜向裂缝一般出现于边跨和中跨的支座附近位置, 此裂缝与桥轴向约呈45°;2) 腹板水平裂缝会出现在边跨的边端支座附近的腹板上缘, 以及中跨的L/4~3/4L之间腹板上缘;3) 腹板斜向裂缝和水平裂缝同时出现于边跨或中跨。

1.2 顶、底板裂缝

顶、底板裂缝主要分为横向裂缝和纵向裂缝。顶板的横向裂缝主要出现于桥墩支座位置附近, 底板的横向裂缝主要出现于跨中和L/4位置附近。顶、底板横缝严重时还会延伸至腹板, 使腹板出现竖向裂缝。顶板纵向裂缝通常出现于跨中合龙段以及接近支点的区域[1], 有时在翼缘和腹板倒角处会产生沿桥轴向裂缝, 底板纵向裂缝常出现于跨中和近墩处的板中和倒角附近。

1.3 锚固齿板区域裂缝

齿板侧面与底板 (或顶板) 相交处会出现与桥轴向呈45°左右的裂缝, 严重时会沿着裂缝方向顺延至腹板, 使腹板也出现45°角左右的斜裂缝。齿板背面与底板 (或顶板) 相交处附近会出现横向裂缝。齿板末端与底板 (或顶板) 相交处会出现沿桥向裂缝。

1.4 横隔板裂缝

横隔板过人孔周围会出现放射状裂缝, 除了此放射状裂缝还会在过人孔正上方和两侧出现竖向裂缝。

2 PC连续箱梁桥常见裂缝产生原因分析

2.1 腹板裂缝的产生原因

腹板斜裂缝最主要的原因是主拉应力过大, 超过了混凝土的极限抗拉强度从而产生斜向裂缝。实际工程中通常因设计和施工方面的原因导致腹板抗剪能力不足, 主拉应力方向抗裂安全储备不够以致出现此裂缝。此外, 锚后拉应力也会引起腹板斜裂缝。

腹板水平裂缝:大跨度箱梁桥在荷载作用下, 箱梁的变形并不完全符合经典梁理论周边刚性假定, 因而会出现截面畸变变形。箱梁腹板在畸变的作用下会产生竖向正应力导致腹板出现水平裂缝[2]。

2.2 顶、、底底板板裂裂缝缝的的产产生生原原因因

顶、底板横向裂缝:截面的弯曲拉应力超过极限值会引起横向裂缝出现。PC混凝土连续梁的跨中底板和桥墩支座处顶板分别处于正弯矩和负弯矩的最大值, 所以会出现横向裂缝。另外温度效应或混凝土不均匀收缩等引起的局部应力也会导致此裂缝出现。

顶、底板纵向裂缝:箱梁畸变和横向弯曲产生的附加应力会导致此裂缝的出现。由于在箱梁的顶板和底板的剪应力相对较小, 所以主应力的方向大致与箱梁的顶板、底板的横向方向基本相同, 因此会产生平行桥轴方向的裂缝[3]。

2.3 锚固齿板区域的裂缝产生原因

锚固齿板区域裂缝产生的重要原因是齿板与底板相交处的拉应力值超过了混凝土的抗拉强度。由于齿板与腹板、底板、梗腋的边界相交, 在对齿板头截面施加压力的时候, 齿板相当于一个悬臂结构, 必然会对腹板、顶板、梗腋产生拉力的作用[4]。

2.4 横隔板裂缝的产生原因

由于横隔板过人孔周围应力集中所以会出现放射状裂缝, 横隔板过人孔正上方和两侧的竖向裂缝因为支反力的作用会在支座横梁处出现。

3 PC连续箱梁桥裂缝常用处理措施

桥梁结构因开裂不仅会降低桥梁承载力和耐久性, 还会影响桥梁的外观, 所以对裂缝进行加固处理非常重要。总的来说裂缝处理措施可以分为裂缝修补和结构加固。裂缝的修补是指对结构的表面进行处理, 从而保证其耐久性。结构加固是指通过采取一定的措施使结构的承载能力以及其使用性能得到提高, 以满足新的要求。根据裂缝对桥梁的影响程度, 可以对桥梁采用相应的处理方法。当裂缝宽度在允许范围值内可以采用裂缝修补, 当裂缝发展严重时, 查明原因后应采取合理的结构加固措施。

3.1 裂缝修补

裂缝修补常用的方法有表面封闭法和压力灌浆法。表面封闭法是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或涂刷油漆、沥青等防腐材料以封闭表面裂缝, 此方法适用于0.2 mm~0.25 mm范围内的裂缝封闭。压力灌浆法是指水泥浆液在一定的压力值下被灌至结构内部裂缝。此方法适用于裂缝大于0.2 mm~0.25 mm或裂缝较深的裂缝修补。

3.2 结构加固

常用的结构加固法有粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维布加固法、增大截面加固法和体外预应力加固法, 有时根据结构加固需要会采取几种方法并用的方式。

1) 粘贴钢板加固法[5]是用结构粘结剂将钢板粘贴在PC混凝土连续箱梁桥的受拉区和薄弱部位。钢板和结构能够共同受力, 这样不仅提高了箱梁的刚度, 而且也限制了裂缝的发展。值得注意的是为了保证钢板和结构表面的粘结可靠度, 通常会用螺栓固定钢板。粘贴钢板加固法通常可用于腹板、底板以及横隔板加固。用于腹板斜裂缝加固时, 为了有效提高箱梁腹板的抗剪能力, 粘贴的钢板条方向应与主拉应力迹线方向一致。

2) 粘贴碳纤维布加固法是用树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于结构受拉区和抗剪部位。碳纤维片的重量只有200 g/m2~300 g/m2, 所以不会增加结构自重。粘贴碳纤维布加固法常用于PC连续箱梁的顶板、腹板以及底板加固。同样碳纤维片的粘贴方向应与主拉应力方向一致。

3) 增大截面加固法是指在结构外浇筑新的钢筋混凝土, 以提高结构的承载力。此法与粘贴碳纤维加固法相比明显增加了结构的重量。增大截面加固法常用于增加箱梁腹板厚度, 以提高抗剪能力。有时也用于桥面补强层加固和底板加固。

4) 体外预应力加固法是指对通过后加于结构上的锚块和转向装置的预应力索进行张拉, 使原结构产生后加预应力, 此方法不仅能够有效的控制裂缝还能够提高结构的承载力和刚度[6]。此方法通常用于箱梁的横向与纵向加固。与以上的加固方法相比, 体外预应力加固法是主动加固法。值得注意的是, 转向设置如果设计不合理会导致预应力损失。

4 结语

从对预应力混凝土连续箱梁桥常见裂缝产生原因的分析与总结得知, 预应力混凝土连续箱梁桥裂缝产生的原因错综复杂, 但是每一种裂缝的出现都有其普遍规律, 我们应该掌握和了解裂缝出现的规律才能对裂缝的出现采取一定的防治措施。在实际工程中通常由于设计模型选择不合理, 施工技术不完善以及日常养护不达标等导致裂缝的出现, 所以我们应该严格按照国家规范、技术标准进行设计、施工;在运营管理过程中, 我们应该加强对裂缝进行观测和监控, 并根据不同的情况选择不同的方法对裂缝进行处理以保证结构的承载力、安全性和耐久性。

摘要：对预应力混凝土连续箱梁的主要病害——“裂缝”产生的原因以及处理方法进行了分析与总结, 掌握了预应力混凝土连续箱梁桥裂缝的主要类型、分布以及处理措施, 为实际工程应用提供参考。

关键词：PC连续箱梁桥,裂缝,原因,主拉应力,加固

参考文献

[1]钟鸣.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝研究[D].成都:西南交通大学, 2008:9-14.

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[4]罗锐.预应力混凝土桥箱梁齿板锚固裂缝成因分析[J].四川建筑, 2008, 28 (2) :133.

[5]贾佳.预应力混凝土连续箱梁桥的加固[J].公路, 2007 (8) :25-26.

PC连续箱梁桥 第2篇

PC箱梁桥腹板竖向预应力张拉质量监控

对目前PC箱粱桥腹板竖向预应力张拉质量问题进行了综合分析,论述了现有的各种相应控制方法的效果,提出了有效竖向预应力检测方法对张拉质量控制的意义,研究表明采用实用的`检测技术进行竖向预应力施工监控能有效解决施工问题中最根本的失效问题.

作 者：明鸿桢 杨滔 MING Hong-zhen YANG Tao  作者单位：湖南科技大学土木工程学院,湖南湘潭,411201 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2010 36(10) 分类号：U448.213 关键词：箱梁   竖向预应力   张拉质量   监控   检测方法  

大跨度连续组合箱梁桥设计构思 第3篇

【关键词】连续组合箱梁；结构布置；负弯矩区设计

1.工程概况

本工程位于河道中间，受水文环境的影响较大，因此在设计时为了减小水文的影响，考虑采用大跨度桥梁。经过分析，最终确定采用钢与混凝土连续组合箱梁。本桥梁的主跨长度为105m，两联全长为1400m。桥梁为6车道公路，并按照2线轨道交通的标准进行设计。设计标准中的要求包括：汽车荷载为公路Ⅰ级，列车荷载按每次来48t、长度16.5、10辆编组考虑。设计时荷载的确定需要考虑桥梁全线通行的情况，包括6辆汽车和2线列车的荷载。同时，还应考虑轨道系和维修、逃生通道的荷载，分别为66KN/m和10KN/m。因此，本桥梁不仅具有较大的跨度，而且规模大、施工难度高等。下面，本文将从结构布置、负弯矩区设计以及主梁构造方面对连续组合箱梁的设计思路进行阐述。

2.结构布置

本桥梁全宽一共分为两幅，单幅箱梁桥面板的宽度有17.5m，采用梁高5m的等高梁。在进行结构形式的设计时，要考虑多方面的因素。结合工程实践经验，尤其是重点考虑到了多箱梁易于运输到施工现场，同时安装方便，但鉴于多箱梁结构分散，因此进行箱梁设计时要多加考虑横向联结问题，因此难以在本大跨度桥梁中应用。如果从另外一个角度来分析，考虑采用整幅桥面的话，则会受到桥面宽度的限制，加上本工程的桥梁设计宽度达到35m，如果设计上采用整幅桥面在本桥梁的条件下，对上部结构的施工会造成一定的困难，而且同时受到主航道分离钢箱截面形式的影响，本桥梁桥面需要在增加10m，因此也不适合应用整幅桥面的形式。另外鉴于本桥梁位于江上，顶推法和节段拼装法在经济上都无法满足要求，都失去了应用的可能。本桥梁将两幅桥分开进行施工建设，每一幅的桥宽为17.15m，截面的形式为单箱单室形式，将截面组合起来荷载能达到1900t，用于截面吊装的起重设备可以考虑用于混凝土箱梁的吊装，这样综合考虑能够有一定的经济优势，同时在桥面的整修时，方便进行车辆的转移。

本桥梁在结构形式布置设计时综合考了结构受力以及桥梁景观等因素，边跨的长度为90m，介于105m的中跨和107的斜拉桥边跨之间，这种连续组合箱梁的形式不仅仅是有效地满足了桥梁合理受力的要求，同时又符合桥梁对于景观的要求。本工程中采用了梁高5m的等高梁，这样在经济上节约了材料的成本，又易于施工制造与安装。

3.负弯矩区设计

3.1设计原则

由于本桥梁采用的是连续组合箱梁结构，因此要考虑负弯矩的作用，通常在中间墩附近存在负弯矩，这样使得上缘混凝土处于受拉状态。施工中的混凝土板或满足开裂要求，或进行预防开裂处理，或允许裂缝的出现但对其宽度有一定的规范限制。由于本工程桥梁的跨度大，在其中使用的结构钢梁较为强大，本桥梁预防开裂的主要措施是通过采取预应力束施加预应力，但在本桥梁中需要较多的预应力束，这些施加的预应力都是有钢梁承担的，通过后期预应力损失较大，这不仅造成效率低，而且大量预应力束的锚固也存在着困难与不利影响。不管是在混凝土板内锚固还是在钢梁上锚固，都会给联结件造成不利影响，还可能引起局部受力复杂。因此，经过综合的考虑，本桥梁采取的负弯矩区设计方案为不采取预应力束，而只是提高钢筋的配筋率，同时允许桥面在限定范围内开裂。

3.2减小负弯矩的措施

本桥梁允许桥面开裂，但是裂缝如果过大的话，会影响桥梁的耐久性和使用性，因此必须采取有效的措施减少负弯矩裂缝的开裂，通过降低负弯矩的大小。本桥梁施工中钢和混凝土的空间与时间的不同搭配，会对桥梁受力产生不同的影响，印象进过综合的考虑，本桥梁采取负弯矩区桥面板滞后结合于支点升级的方法来降低中支点负弯矩。选用整孔吊装方案，施工中先进行孔梁、80m区段钢梁以及混凝土板的组合，吊装完成之后进行钢梁和桥面板的安装，最后浇筑成截面。这样的施工程序，后结合的中点支点桥面避免承担负弯矩作用，使其处于有利的受力状态。同时在负弯矩区桥面板结合前，钢梁联结后，先在支点对梁顶升，等到桥面施工完成之后在回落。这些措施都有效的改善了桥面的负弯矩的受力状态，使桥面是荷载作用下产生的裂缝宽度能够在限制范围之内，保证了桥面的耐久性和使用性能。

4.主梁构造

4.1构造形式

根据是否开口，可以将钢结构的形式分为槽形截面和闭合截面。槽形截面结构简单，受力明确，而闭合截面的使用需要在混凝土板无渗漏的情况下，并且对抗扭要求高。考虑到本桥梁采用的是整装吊装方案，大部分构件都是在现场进行预制的，大部分梁段均为组合截面，因此考虑采用槽形截面的钢结构。桥面与钢梁的结合形式有纵向和纵横双向两种。采用纵向结合的方式，混凝土板的横向受力易于控制，可以通过预应力的作用进行控制板厚。而采用纵横双向结合方式，增加了钢筋的使用量，其板厚不仅仅有横向力控制，因此可以减少本桥梁的桥面板厚。经过分析研究，本桥梁的桥面宽度为17.15m，配置一定量的横向预应力束，桥面的板厚取为30～50cm，桥面的厚度设置同时满足了横向受力和纵向受力的要求，因此最终考虑将结合形式确定为纵向结合方式。

4.2钢梁及加劲结构

本桥梁为连续梁，主要上下翼缘受到弯剪作用，腹板纵向加劲肋在其中不起抗弯作用，仅为增加稳定。对于本桥梁，在正弯矩区，大部分的腹板都受到拉力作用，这样受力状态可以减少加劲肋的使用。因此，本桥梁仅采用简单的板式加劲肋即可。在跨中上缘、支点下缘分别布置两道加劲肋，在弯矩变化的区域，根据弯矩的大小合理增加或减少加劲肋。腹板竖向加劲肋的布置还应考虑到间距的大小，这关系到桥梁的局部稳定。在下翼缘布置加劲肋的作用于腹板不同，它不仅可以起到抗弯的作用，还可以在受压区起到增加稳定的作用。因此经过考虑，本桥梁连续布置6道T形加劲肋，间距为1.0m，同时上翼缘应进行加厚处理，大部分厚度为24mm。为了满足施工的要求，应在箱梁中布置加劲杆件，在桥面的施工过程中，对于槽形钢梁的施工，应进行加强处理，采用的是在横向加劲肋的位置设置型钢杆件，间距为5m，在支点处采用实腹式横隔板进行代替。在本桥梁的施工过程中，大部分桥面板是在施工现场进行预制的，与顶推法相比，受力情况简单明确，易于控制。

5.结语

文章通过结合预应力组合箱梁桥设计实例，针对本桥梁不仅具有较大的跨度，而且规模大、施工难度高等特点，在结构形式布置设计时综合考了结构受力以及桥梁景观等因素，边跨的长度为90m、梁高5m的等高梁，这种连续组合箱梁的形式不仅仅是有效地满足了桥梁合理受力的要求，同时又符合桥梁对于景观的要求，在经济上节约了材料的成本，又易于施工制造与安装，值得同类工程所参考借鉴。

参考文献

[1]任红伟，陈海波，宋建永.波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析[J].公路交通科技，2009（25）：30-31.

[2]杨洋，苏国荣.部分预应力混凝土组合箱梁设计[J].铁道标准设计，2006（21）：28-34.

PC连续箱梁优化设计及系统开发 第4篇

关键词：连续梁,优化设计,系统开发

G.Magnel于1948年首次提出PC结构受弯截面预应力最优化设计。早期研究中, 主要针对简支空心板梁、T梁进行优化设计, 在工程实践中, 已取得了显著的效果[1]。

对于PC连续梁的优化设计, 目前主要针对小跨度连续梁桥, 或者满足某些特定条件下 (梁体截面尺寸确定、施工工艺确定) 的结构。但设计变量考虑不够全面, 优化模型与结构分析程序之间连接不够紧密, 自动优化程度不高。故建立完善的PC连续梁优化模型, 开发自动优化系统, 对于PC连续梁桥的优化设计具有重要意义[2,3]。

1 PC连续梁的优化设计

PC连续梁优化设计包括结构参数的选取与预应力筋的估束。针对连续梁桥的自动估束, 以往优化设计中, 需要以上、下缘截面钢束作为其中一个设计变量, 总造价或者钢束总量作为目标函数, 控制截面应力作为约束条件, 通过优化算法进行求解。

1.1 设计步骤

目前通过结构分析程序可以实现连续梁的估束功能, 不同结构参数下的连续梁, 对应不同数量的钢束。基于该理念, 本文提出连续梁桥自动估束的一种新方法:由优化模型不断地修改设计变量, 借助结构分析程序进行连续梁的估束与应力、挠度、剪力 (以下统称“效应”) 的计算, 以此作为约束条件, 最终求得目标函数的最优解。

具体步骤如下:

(1) 将初始设计变量代入结构分析程序, 进行连续梁的第一次估束与效应计算;

(2) 估束得到的预应力筋与全桥混凝土总造价作为优化模型的目标函数, 计算效应不超过允许值作为优化模型的约束条件, 建立优化模型;

(3) 求解优化模型, 若目标函数并非最优解, 则由优化模型修改设计变量, 将第2组设计变量代入结构分析程序进行第2次估束与效应计算, 再次执行步骤 (2) 、 (3) , 如此反复循环迭代, 直到求得最优解。

1.2 优化设计变量的确定

(1) 跨中、支点梁高 (KZH0, ZDH) ;

(2) 跨中、支点处底板厚 (BH0, ZBH) ;

(3) 底板上、下缘抛物线次数 (DD, OO) ;

(4) 腹板变化厚度 (FH1, FH2) ;

(5) 腹板厚度变化位置距中支点的距离 (FHL1) ;

设计变量确定为:

通过对国内外两百多座变截面连续梁桥进行统计, 得到上述设计变量的取值范围。

(1) 跨中梁高/中跨长度:

(2) 底板下缘抛物次数:DD=1.2~2.5;

(3) 底板上缘抛物次数:OO=1.2~2.5;

(4) 跨中底板厚度:BH0=25~35 cm;

(5) 支点梁高/中跨长度:

(6) 腹板变化厚度:FH1、FH2=30~150 cm。

连续箱梁截面如图1所示, 由于连续箱梁截面涉及变量较多, 仅以9个关键因素作为设计变量, 其他变量需在优化之前指定, 由此便可计算出任意截面的特征值。

1.3 约束条件

为了保证结构运营安全可靠, 需控制结构在使用过程中的应力、挠度、剪力, 以此作为约束条件。本文还同时考虑了剪切应力作为约束条件, 以保证箱梁在使用过程中不会发生腹板剪切破坏。

(1) 梁体应力约束

式中:, 分别为恒载与活载共同作用下 (考虑上下缘预应力钢束配置引起的效应) 箱梁上、下缘最大、最小应力列阵, 压为正, 拉为负;分别为混凝土材料容许压、拉应力。

(2) 梁体位移约束

式中:为静活载作用下梁体最大位移列阵;为梁体位移限值。

(3) 梁体剪力约束

由于本程序并不能够考虑纵向预应力束弯起部分对剪力的影响, 故而将预应力混凝土结构当做普通钢筋混凝土结构进行抗剪验算。

式中:为承载能力极限状态基本组合下, 单元左右截面最大剪力列阵;为单元左右截面腹板宽度列阵;为单元左右截面有效高度列阵。

1.4 目标函数

以混凝土和钢束造价之和作为优化目标函数, 即:

式中:C1、C2分别为混凝土单位体积造价和用量;G1、G2分别为钢束单位重量造价和用量。

1.5 优化算法

本模型采用混合整型二次规划法程序 (MIQL) 进行求解[4,5]。MIQL主要求解严格的凸形混合整型二次规划问题, 该问题的线性等式和不等式约束及目标函数如下:

式中:C为n×n阶正定矩阵;n=ni+nc;d为一个n维列向量;a为m×n矩阵;b为m维列向量。xl, xu, yl, yu分别为连续变量x、整型变量y的上、下界。为了符号统一, 这里引入两个索引集I和J, , 当时, , 同样当时, 。

如果, 那么形如式 (6) 的混合整型二次规划问题可以通过分支切割法求解。目前该程序已经应用了补余圆整割平面和离散割平面两种不同的割平面法。

1.6 结构分析程序

由于MIQL优化程序在运行时, 需要不断读入不同设计变量值下的约束条件值及目标函数值, 以求得约束条件及目标函数对设计变量的导数值。对于PC连续梁的优化计算, 约束条件值及目标函数值的获得需要通过结构分析计算获得, 而目前大型商业桥梁计算软件都没有向用户开放调用其分析程序的接口, 故无法利用这些软件进行优化计算。本文根据有限元一般方法及桥梁施工、计算的特点改编了连续梁结构分析程序, 以满足优化过程中结构重分析的需求。

本结构分析程序能够实现如下功能:自重及二恒内力计算;附加荷载 (整体升、降温) 内力计算;活载内力计算;成桥阶段预应力估束计算[6,7]。

2 悬灌连续箱梁桥自动优化系统[8,9,10]

本文提出的优化模型规模较大, 优化过程需反复调用结构分析程序, 故采用计算效率较高的FORTRAN语言编写本系统内核, 利用VB进行程序界面设计, 程序运行时调用DLL (动态数据连接库) 函数, 采用本方法既能增加程序的计算速度, 也能增加程序的可操控性。系统程序编译流程如图2所示。

该系统包含总体信息、箱梁信息、梁段信息、横隔板信息、使用信息、优化信息6个子界面。前5个子界面用于确定连续箱梁的相关结构建模参数, 最后一个子界面用于确定优化建模参数。

该优化系统适用于箱梁构造的3跨悬灌连续箱梁桥, 只需在程序界面中输入相关设计参数的初值, 设计变量及约束条件的限值, 即可进行自动优化设计。另外为了保证优化设计的成果满足规范限值条件下并留有一定安全储备, 可以对约束条件的限值进行调整 (高于规范标准) 。

该系统可以实现如下功能: (1) 得到最终优化目标函数以及对应的设计变量值; (2) 生成绘制优化后连续梁截面、梁体立面图的lsp语言; (3) 生成优化后的连续梁在桥梁博士 (Dr.bridge V3.0) 中建模的脚本文件。

3 实例分析

3.1 耒水桥概况及优化建模

本文以一座已经运营的3跨悬灌连续箱梁桥耒水桥为例, 对本系统进行验证。耒水桥主跨为65 m+115 m+65 m, 桥宽29 m, 分上下两幅。梁段划分可直接指定, 当设计人员选择程序自动分段时, 程序按“4 m段数→3.5 m段数→3.0 m段数”来处理悬灌节段数。耒水桥离散单元总数为86个, 优化模型中应力约束条件数为688个, 位移条件约束数为87个, 抗剪能力约束数为344, 优化求解收敛精度取值0.1。

3.2 优化结果

优化结果表明, 耒水桥底板厚度, 跨中、支点梁高, 底板顶、底缘抛物线次数均发生了较大变化, 优化前后设计变量、目标函数的对比如表1、表2所示。

3.3 优化结果验证

优化计算结束后, 本系统将会输出结构参数经过优化后的全桥有限元模型脚本文件, 将该文件导入到大型通用商业桥梁专业软件桥梁博士 (Dr.bridge V3.0) , 即可在桥梁博士中完成全桥模型的建立。导入脚本文件后在桥博中形成的全桥模型如图3所示。

本系统按正常使用极限状态下标准值组合进行钢束估算, 并会计算布置钢束后主梁截面的应力。桥博中进行钢束估算计算后, 会输出承载能力极限状态、正常使用极限状态两种状态下的各单元左右截面上下缘钢束用量, 但不计算布置钢束后主梁截面的应力。

本文列出部分截面钢束用量, 从表3中可以看出本系统输出的优化估束面积和桥梁博士对优化模型进行估束计算后的面积基本相同, 说明本系统的优化估束功能正确。

本系统按估算钢束配置后, 主梁在正常使用极限状态标准值组合下, 截面上下缘最大、最小应力 (仅示意半桥) , 压应力为正, 拉应力为负。如图4、图5所示。

从图4、图5可以看出, 优化后截面考虑配束效应后, 正常使用极限状态标准组合下的截面上下缘最大、最小应力均小于0.5Fck, 且最小应力均大于0 (不出现拉应力) , 说明优化模型中的约束条件起到了很好的控制。

耒水桥优化前后承载能力极限状态基本组合下的内力如图6~图8所示。从图中可以看到, 优化后的模型较原设计截面弯矩减小, 说明结构受力更加合理;本系统计算结果与桥梁博士软件计算结果基本相等, 再次验证了本系统的准确性。

4 结论

本文针对PC连续梁桥, 建立了优化模型, 并结合结构分析程序进行了自动优化系统的开发, 设计人员只需给定材料等级、跨度、荷载情况等少量数据, 系统即可完成自动建模和优化设计。本系统自动化程度较高、通用性强, 能够进行连续梁的优化设计, 实现自动估束的功能;能够绘制优化后连续梁截面、梁体立面图;生成连续梁在桥梁博士 (Dr.bridge V3.0) 中建模的脚本文件, 用于结构检算以及精细设计。

以耒水桥为例, 梁体高度、腹板厚度相比原设计均有较大降低, 梁底曲线形式也与原设计不同, 梁体总造价相比原设计下降20.1%, 说明本文提出的优化模型效果明显, 自动化程度高。

参考文献

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[9]He Meng, Chai Jun-rui.Two kinds of methods of mixing VB]and FORTRAN in one program and their comparison[J].Water Resources and Power, 2005, 23 (1) :60-62.

PC连续箱梁桥 第5篇

通过对大跨连续箱梁桥腹板裂缝病害的调研,分析了裂缝产生的原因,对腹板的抗裂对策进行了研究,以积累大跨连续箱梁桥腹板的.设计施工经验,从而保证大跨连续箱梁桥的工程质量.

作 者：高国 孙伟 王维国 GAO Guo SUN Wei WANG Wei-guo 作者单位：高国,GAO Guo(荣成市公路管理局,山东,威海,264200)

孙伟,王维国,SUN Wei,WANG Wei-guo(威海市公路管理局,山东,威海,264200)

PC连续箱梁桥 第6篇

关键词：大跨度；连续箱；梁桥悬臂；现浇施工

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0090-03

1 工程概况

太和乡特大桥48+80+48m连续梁，梁全长为177.5m，计算跨度为48+80+48m。合拢段施工模板采用行走到位的挂篮模板。合拢段施工时先进行边跨合拢，后进行中跨合拢。混凝土由拌合站集中供应，泵送入模。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.0m，箱梁底宽6.7m。顶板厚度除梁端附近外均为40cm，底板厚度40～100cm，按直线线性变化，腹板厚度48～60cm、60～90cm，按折线变化。全联在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。梁全长为177.5m，计算跨度为48+80+48m，中支点处梁高6.65m，跨中9m直线段及边跨13.25m直线段梁高为3.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75m。具体梁体断面尺寸如图1所示：

2 菱形挂篮的应用

本连续梁采用菱形挂篮进行梁段施工，挂篮请有资质的专业厂家进行设计、生产。0#块采用搭设钢管柱支架法，并在墩顶设临时支座。浇筑0#块后在0#块上安装预压后的菱形挂篮，浇筑1#块。然后对称向两侧行走挂蓝并依次浇筑其他标准梁段。边跨直线段采用钢管柱支架做支撑系统。菱形挂篮由主承重系统、底模系统、内外模板系统、悬吊系统、锚固系统及行走系统组成。

2.1 菱形架灌注混凝土验算

结构部件分析验算，灌注1#块的工况时，前上横梁受力最大，棱形架受力最大。如图3所示的受力状态，计算出最大压力Fmax=1611kN。

从以上计算结果表明，本工程菱形架杆件压应力及拉应力均通过。

然后再对其进行位移验算，位移图如图4所示。计算出节点4最大位移fx=10.18mm，fy=18.99mm。走行时，仅承载底模自重、侧模自重及内模自重，与施工荷载相比，其载荷很小，不对此工况进行验算。

2.2 挂篮制作与安装

挂篮桁架及模板均在工厂内加工制作，所用材料必须质量可靠，具有相应的产品合格证，并做适当的材料力学试验。加工中严格执行《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001），对构件、零部件及焊缝进行质量验收评定。每套加工完成后在工厂及时进行试拼，并对构件进行编号。为避免运输过程中对构件的损坏，运输时采取防护措施，构件进场后及时进行检查、核对验收。

2.3 挂篮预压

考虑到挂篮受力变形主要为主桁架受力变形，因此为了节省预压时间及施工方便，挂篮采用在地面上预压后再吊装，如图5所示：

2.4 挂篮安装步骤

连续梁0#块梁体浇筑前，按照设计图纸预留圆孔Φ50mm，用于滑道吊架、后锚梁锚固及模板后锚杆安装等。待0#块梁体混凝土达到设计强度，并在预应力张拉完成后进行挂篮安装。安装主桁架及联结系；放样挂篮走行轨道中线，安装走行轨，用薄钢板调整使走行轨处于水平位置，用吊机吊装主桁架就位后，利用梁体竖向Ф32精轧螺纹钢临时锚固，采用四台5t导链临时固定并调整好主桁架垂直度。随后采用同样步骤安装下一片主桁架，并及时调整间距安装立柱横联。吊装前、后上横梁及后锚梁，并与主桁架采用焊接形成整体，组装Ф32精轧螺纹钢吊杆，吊装前、后下横梁，安装底模纵梁。安装模板系统采取吊装底模，并固定于纵梁上，再安装前吊杆及后锚杆。接着吊装外滑道，导链配合外滑道置于侧模内，松开侧模板，使侧模重量全部置于外滑道上，采用钢丝绳及导链牵引侧模到位，安装前、后吊杆。底腹板钢筋及竖向预应力绑扎完成后吊装内模滑道及内模板，安装内模前、后吊杆，使内模作用于滑梁上。

2.5 挂篮使用控制技术措施

针对挂篮使用，如何确保挂篮使用的安全性以及高效性是关键。在施工前，制定安全技术措施；挂篮试拼后，要进行全面检查，并做静载试验。在墩上进行0#块施工并以钢管柱支架做施工平台时，在平台边缘处，设安全防护网，墩身两侧槽钢管柱支架平台之间搭设人行道板并且连接牢固。使用的机具设备（如千斤顶、滑车、手拉葫芦、钢丝绳等），进行检查，不符合安全规定的严禁使用。双层作业时，操作人员必须严守各自岗位职责，防止铁件工具掉落等。挂篮拼装及悬臂组装中，根据作业点的具体情况设置安全防护设施。

挂篮使用时，后锚固筋、张拉平台的保险绳等经常检查。底模标高调整时，设专人统一指挥，且作业人员站在铺设稳固的脚手板上。挂篮行走时，要缓慢进行，速度控制在0.1m/min以内。挂篮后部各设一组溜绳，以保安全。滑道要铺设平整、顺直，不得偏移。在挂篮上另行增加设施（如防雨棚、人行通道）时，不得损坏挂篮结构及改变其受力形式。连续梁混凝土接触面的凿毛作业人员要有安全防护措施。

3 悬臂现浇施工技术

3.1 挂篮及模板前移

挂篮桁架、底模、侧模采取同步前移方式移动。在走行轨上涂上黄油，接长行走轨道并锚固，再接长竖向精轧螺纹钢，将精轧螺纹钢锚固在挂篮主桁上，每侧锚固不少于两根，防止反压轮受力破坏和挂篮前移时倾覆。再将侧模后锚杆、前吊杆松开，再松开侧模、底模，使底模下落10 ～ 20cm。再在后锚梁上安装2个10t手拉葫芦，挂钩挂在后锚梁上，吊钩钩在已浇筑梁段的内模吊杆孔上，两侧均匀拉动手拉链条，牵引桁架前移；侧模在吊架上滑动前移，实现与挂篮桁架同步前移，底模通过底模桁架与挂篮桁架同步前移到位。锚固挂篮桁架及底模、侧模，调整标高及平面位置，即可进行绑扎梁体底板、腹板钢筋。

3.2 钢筋及预应力管道安装

钢筋成型过程中，尽量不采用点焊，否则很容易烧伤模板的表面，且容易损坏波纹管。底腹板钢筋绑扎完成后进行内模安装，然后进行顶板钢筋的绑扎、顶板预应力管道安装。预应力管道位置采用定位钢筋固定，定位钢筋牢固焊接在钢筋骨架上，如管道位置与骨架钢筋相撞时，保证管道位置不变，仅将钢筋稍加移动。定位筋直线段间距0.5m，曲线段需适当进行加密，管道转折点增设定位筋，保证管道位置正确，同时确保预应力管道圆顺，避免出现死弯。本梁采用纵、竖向预应力体系，由于钢筋、管道密集，如钢绞线、精轧螺纹钢筋等管道、普通钢筋发生冲突时，允许进行调整，调整原则是先普通钢筋，后精轧螺纹钢筋，保持纵向预应力钢筋管道位置不动。锚具垫板及喇叭管尺寸正确，喇叭管的中心线要与锚具垫板严格垂直，喇叭管和波纹管的衔接要平顺，不得漏浆，并杜绝堵塞孔道。

梁体钢筋最小净保护层不得小于30mm。为确保使用过程中梁体钢筋不发生锈蚀，绑扎铁丝的尾段不伸入保护层内，预留孔不出现集中应力裂缝而影响梁体耐久性，所有梁体预留孔处增设相应的环状钢筋，桥面泄水孔处增设斜置的井字型钢筋进行加强。严格控制梁体保护层厚度，垫块采用与梁体同等标号C50细石混凝土垫块，保证梁体的耐久性。

3.3 模板安装

模板前移到位后，调整模板标高及平面位置后，再进行底、腹板钢筋绑扎，底、腹板钢筋绑扎完成后，安装内模板，调整标高及平面位置后，绑扎顶板钢筋并安装端模，腹板端头模采用木模，对应纵向钢筋处钻孔，为防止漏浆，待钢筋穿过后用泡沫胶堵住缝隙，内侧模上、下口分别焊定位角钢，中间由纵向钢筋焊防胀模横向钢筋，外侧利用纵向钢筋焊定位钢筋。锚垫板采用螺栓固定在端模设计位置，确保位置准确。为有效防止混凝土侧压力造成模板变形，侧模上、下口设三道Φ25精轧螺纹钢拉杆，由于腹板高度高，混凝土侧压力大，采用Φ16拉杆进行模板拉杆，竖向间距0.8m，横向间距0.8m。混凝土浇筑前，复核模板偏位、标高情况。

3.4 混凝土的浇筑

本桥采用C50混凝土高性能泵送混凝土，对混凝土和易性有严格的要求，经对高标号水泥、早强缓凝减水剂及外加剂进行多次选择实验，可以满足早强缓凝、耐久性能良好和可泵性好等要求。混凝土由长昆二分部四#拌合站集中供应，混凝土采用泵车输送到作业面。先底板后腹板、再顶板，从低处向高处对称进行浇筑。底板及腹板下部混凝土由串筒导流入模，立模时按规划在顶板上留好天窗，底板浇筑完成后继续对称分层浇筑腹板混凝土，上部腹板2m范围可由输送管直接插入，分层厚度为30cm。混凝土振捣采用插入式振捣器，振捣器插入下一层混凝土5～10cm，插入间距控制在振捣棒作用半径1.5倍之内，振捣到混凝土不再下沉，表面泛浆有光泽并不再有气泡逸出时将振捣棒缓慢抽出，防止混凝土内留有空隙。

3.5 混凝土悬臂现浇注意事项

混凝土要分散缓慢卸落，防止大量混凝土集中冲击钢筋和波纹管；捣固混凝土时避免振动棒与波纹管接触振动；混凝土入模过程中随时注意保护波纹管，防止波纹管碰撞变形；对支座及横隔板等钢筋密集部位，需要开孔进行捣固，以保证该部位混凝土浇筑质量。混凝土浇筑完成后，表面采用土工布覆盖，并洒水养护，待同等条件养护的混凝土试件其弹性模量和抗压强度均达到设计强度的90%，且混凝土龄期达5天以上方可张拉预应力束，张拉顺序为先腹板束，后顶板束，左右对称张拉。张拉完成后继续洒水养护，始终保持混凝土表面潮湿，养护天数14天以上。

4 悬臂现浇施工控制分析

对于桥梁悬臂现浇施工来说，对其施工控制是关键技术之一。连续梁悬臂施工中要在设计给出的理论挠度值的基础上，通过测得各种材料的实际参数（混凝土弹模、强度、容重、坍落度、挂篮变形、温度等）和实际梁段位移，采用大跨度预应力混凝土梁桥施工动态跟踪程序“TRBT”计算并调整梁端立模标高，确保其合拢后的线形符合设计要求。悬臂施工的连续刚构桥梁结构的最终形成需经历一个复杂施工过程以及结构体系转化过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。施工监控的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形和受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的，必须对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。因此，必须采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该桥的实际情况，采用正装分析法和倒退分析方法进行施工控制结构分析。

（1）按照施工步骤进行计算，考虑各梁段的自重、施加的预应力、混凝土收缩徐变以及温度的变化等因素对结构的影响，对于混凝土的收缩、徐变等时差实效在各施工阶段中逐步计入。

（2）每一阶段的结构分析必须以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段结构受力状态是本阶段时差实效的计算基础。

（3）计算出各阶段的位移之后，根据后续施工阶段对本阶段的影响，进行倒退分析即可得到各施工阶段桥梁结构的合理状态和立模标高。

（4）施工监控首先根据施工图纸进行初步的计算，在施工过程中会存在许多难以预料的因素，可能导致施工进度安排等与初始计算不符，若有与施工图不同的地方应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析，施工单位应在开始施工前提供详细的施工步骤，包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间、混凝土的加载龄期等。

5 结语

文章通过结合特大桥悬臂现浇实例，总结出预应力箱梁悬浇施工控制以及笔者在工程中的成功经验，提出应当如何进行大跨度预应力箱梁挂篮悬浇施工质量的控制，为同行提供借鉴。

作者简介：陈渊（1980—），男，湖南娄底人，中铁十一局集团第二工程有限公司工程师，研究方向：施工

管理。

PC连续箱梁桥 第7篇

老漳河特大桥为河北省邢台市境内邢衡高速上跨越老漳河的一座特大桥梁, 该桥全长1504m, 上部结构采用装配式预应力混凝土连续箱梁和预应力混凝土变截面连续箱梁, 箱梁0号块和1号块段的长度分别为10m和4m, 底板宽为7m, 底板厚度由0.7m和1.1m, 箱梁混凝土设计强度为50MPa[1]。对0号块和1号块进行混凝土水化热监测, 防止在后期悬臂施工中产生由水化热温度而引起的裂缝。

2 水化热温度监测

2.1 测点布置

温度测点的布置取混凝土梁0号块代表性截面, 并且遵守水化热发生在截面最厚处的原则, 布置在0号块中间位置, 监测箱梁内部混凝土水化热温度, 由于其对称性, 共设置9个测点, 同时从测点向外延伸至表面深度1cm处设置参考测点, 监测桥梁箱梁表面温度, 共9个参考点。共设测点数为18个。测点分布见图1 (参考点未标出) 。

2.2 测温方法

温度传感器采用WRN型分度号K热电偶温度计, 测温范围:-50~400℃, 测温精度:0.75%±2.5℃。测试仪器采用TES-1310数字式温度表, 解析度为0.1℃, 温度测量范围:-50℃~199.9℃, 温度测量精度:± (0.3%+1℃) 。

3 有限元软件仿真模拟对比分析

3.1 箱梁内部混凝土水化热温度

根据温度测试结果, 可以得到混凝土内部水化热[2]温度曲线, 如图2。图中我们可以看出内部混凝土水化热温度经历了上升和下降阶段, 并且上升较快, 而下降较慢混凝土浇注后此空间内空气的温度较高, 箱梁外大气温度影响较小, 散热慢而造成的。浇筑后40个小时后, 出现最高温度, 其最高温度可达到62.1℃。

3.2 箱梁表面混凝土水化热温度

箱梁表面混凝土水化热温度[3,4] (图3) 实测的混凝土表面温度曲线具有与图2中相同的变化, 但有明显不同之点。

①在混凝土表面由于水化热引起的最高温度实测值处于35.69~42.50℃之间, 因此, 低于混凝土内部的温度;

②混凝土浇筑后约16h, 底边混凝土表面就能达到最高问题, 而内部水化热温度要在浇注混凝土后约40h才能达到最高值。

浇注混凝土40h后, 表面混凝土水化热温度出现最高值, 最高可以达到42.5℃, 小于内部混凝土水化热温度。

3.3 有限元水化热模型计算结果与实测数据对比分析

由于本桥的0号块和一号块具有双轴对城乡, 我们在进行模拟分析的时候取结构的1/4进行模拟。

箱梁底板混凝土内部和表面最高温度并不同时达到, 并且两者温度曲线下降段的形式也不完全一样。因此, 最大温差并不是简单的用最高温度相减获得的。在整个水化热冷却过程中温度变化幅度大, 5号和6号测点温度由峰值时的60℃~62℃到最低温度21℃~23℃, 温降达40℃温降速度快, 尤其在降温过程中的第一和第三阶段。由于环境温度与混凝土内部温度差值也可能最大达到40℃, 因此, 拆模是可能出现“温度冲击”[5]现象, 造成箱梁端部是容易产生温度裂缝的。

由图4可以看出曲线实测值与理论值基本一致, 结构的最高温升、及降温速度均与理论值基本上是一致的, 理论值总体上略微偏高, 表明参数选取较为合理, 能够指导施工。

根据图5应力分析结果可以看出, 应力峰值与温度峰值并没有在同一时间点上出现, 而应力峰值却是在混凝土内部和表面温度差最大的时候出现的。顶板浇筑完成水化热温度达到峰值时, 上表面与横隔板及腹板横隔板间应力较大。说明有限元软件MIDAS/FEA能够较为正确的模拟大跨度PC箱梁桥施工过程中的水化热温度场, 同时也验证了水化热温度场跟踪监测的准确性。

4 PC箱梁桥水化热温度裂缝预测与防裂措施

通过大型有限元软件MIDAS/FEA仿真分析, 模拟大跨度PC箱梁桥施工过程中的水化热温度场。通过预测分析, 针对温差过大, 温度应力集中等可能出现裂缝的薄弱环节制定具体可行的防裂措施。

防裂对策有:

①采取冷却水搅拌法降低混凝土入模温度;

②混凝土浇筑结束后, 加强养护;

③控制拆模时间;

④控制拆模顺序, 在规定的容许温差内拆端木模, 并且要及时进行保温保湿养护;

⑤适当增加预测分析中薄弱位置的防裂钢筋。

5 结论

①依托实际工程, 跟踪监测0号块及1号块水化热温度场, 并与有限元仿真软件MIDAS/FEA相互验证其正确性。

②有限元仿真软件MIDAS/FEA可以正确的模拟PC箱梁桥水化热温度场, 并预测水化热温度场引起的裂缝。

③通过有限元软件MIDAS/FEA仿真对水化热温度场引起的裂缝预测, 制定合理的防裂对策。

④该成果对河北该地区大跨度箱梁桥施工具有一定的参考价值。

摘要：针对目前大跨度PC箱梁在施工过程中出现的水化热温度场导致出现裂缝现象, 结合实际工程, 综合考虑混凝土密度, 比热容, 热传导系数的温度时变效应, 建立MIDAS/FEA水化热预测模型。对PC箱梁水化热温度场进行空间数值仿真, 并与实测数据对比, 预测施工水化热温度裂缝, 提出温度裂缝控制方法。该成果对河北该地区大跨度箱梁桥施工具有一定的参考价值。

关键词：PC箱梁,水化热,温度场,裂缝控制,裂缝预测

参考文献

[1]阮静, 叶见曙, 谢发祥等.高强度混凝土水化热研究[J].东南大学学报, 2001, 31 (3) :53-46.

[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社, 1999.

[3]张亮亮, 陈天地, 袁政强.桥墩混凝土的水化热温度分析[J].公路, 2007 (9) :66-69.

[4]赵文觉, 赵维汉.大体积混凝土水化热的控制方法及效果[J].公路, 2007 (2) :131-133.

连续钢构桥箱梁设计浅析 第8篇

靖远县平堡黄河大桥桥型方案为6-30m装配式预应力混凝土连续箱梁 (50+90+50) m变截面预应力混凝土连续梁, 主桥上部为50m+90m+50m三跨PC变截面连续箱梁桥, 单箱单室截面, 梁根部中心高5.5m, 高跨比为1/16.4, 跨中中心梁高为2.3m, 高跨比为1/36, 箱梁顶板宽12.0m。 底板宽6.0m, 翼缘板悬臂长3.0m, 0号块以外箱梁底按二次曲线变化。 连续墩墩顶设置厚2.5m及边跨端部设置1.2m横隔板外, 箱梁其他部位均不设横隔板, 箱梁采用纵向、横向及竖向三向预应力体系。 横坡通过顶板形成2.0%双向横坡, 梁高以室箱梁中心线处为准。

主墩采用实体薄壁墩, 桥墩单壁厚2.0m, 宽7.5m, 采用4Φ180cm钻孔灌注桩基础, 主桥箱梁采用挂篮悬臂施工。

2结构验算

(1) 结构离散

本桥采用“MIDAS/Civil 2012”程序计算。 桥面系划分为68个单元, 69个节点 (图1) 。

(2) 承载能力验算

1正截面抗弯承载力

主梁抗弯强度即承载力验算满足要求。 如图2抗弯强度~设计效应包络图所示 (图2) 。

2斜截面抗剪承载力

主梁斜截面抗剪承载力验算满足要求。 如图3抗剪强度~设计效应包络图所示。

(3) 正常使用极限状态计算 (拉应力为正, 压应力为负)

1使用阶段正截面抗裂验算

使用阶段正截面抗裂验算按照规范JTG D62-2004第6.3.1-1、第6.3.2条规定计算。 以短期效应控制, 对构件正截面混凝土的拉应力进行验算, 按A类预应力构件验算, 应满足:

短期效应:σst-σpc≤0.7ftk

长期效应:σlt-σpc≤0

计算结果表明, 正截面抗裂性满足要求 (图4、图5) 。

2使用阶段斜截面抗裂验算

斜截面抗裂性以主拉应力控制, 在荷载短期效应组合作用下的主拉应力, 按A类预应力验算, 应满足 σst≤0.5ftk的要求。

计算结果表明, 斜截面最大主拉应力 σtp=1.22MPa<0.5ftk=0.5× 2.65=1.33MPa, 斜截面抗裂性满足要求。

(4) 持久状况应力验算

1使用阶段正截面压应力验算

使用阶段正截面压应力验算按照规范JTG D62-2004第7.1.5条规定计算。 计算时荷载取其标准值, 不计分项系数, 汽车荷载考虑冲击系数。 需满足 σcc<0.5fck的要求。

计算结果表明, 使用阶段最大正截面压应力 σcc=-15.3MPa <0.5fck= 0.5× (-32.4) =-16.2MPa, 使用阶段正截面压应力满足要求。

2使用阶段斜截面主压应力验算

使用阶段斜截面主压应力验算按照规范JTG D62-2004第7.1.6条规定计算。 计算时荷载取其标准值, 不计分项系数, 汽车荷载考虑冲击系数。 需满足 σcp<0.6fck的要求。

经计算得, 斜截面最大主压应力 σcp=-15.3MPa <0.6fck= 0.6 × (-32.4) =-19.4MPa。

(3) 受拉区钢筋拉应力验算注:

钢束施工期间容许应力 σ< [σ拉]=1860×0.75=1395Mpa, 运营期间容许应力 σ< [σ拉]=1860×0.65=1209Mpa。

全部钢束应力满足要求。

(5) 短暂状态应力验算 (施工阶段正截面法向应力验算)

预应力混凝土结构按短暂状态设计时, 在预加力、构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合以下规定 (D62-2004 7.2.8) :

1压应力

σcct在施工阶段最大为-11.2Mpa<-0.7× (0.8×32.4) =-18.1Mpa

(2) 拉应力

σctt在施工阶段最大为0.13MPa

设计中纵向钢筋预拉区配筋率大于0.2%, 满足规范要求。

3结论

早前修建的大跨度变截面箱梁, 后来发现跨中下挠是较常见的问题, 有的还发生了箱梁底板撕裂等问题, 因素可能有多种, 但底板预应力索的布置方式可能是主要原因之一, 由于底板索的立面线型为凸型, 而跨中正弯矩要求的理想索线型为凹型 ( 底板上也无法布置出凹型) , 两者之差产生了附加弯矩 (附加荷载) , 底板索越长越不利。 故建议如下:

(1) 在满足计算要求的前提下, 适当限制底板索的长度。

(2) 在满足计算要求的前提下, 适当限制底板索的预应力水平, 适当减少底板索数量。

(3) 底板索整体上不宜集中在箱梁中心线附近, 应适当靠近腹板布置。

曲线连续箱梁桥日照温度效应分析 第9篇

本文所依托的实际工程概况如下:平 (凉) 天 (水) 高速公路后川河2号中桥, 曲率半径R=125m, 设计为3m×20m三跨连续梁桥, 上部结构为钢筋混凝土现浇连续箱梁, 采用单箱双室截面, 梁高1.4m, 桥面全宽13.5m, 荷载等级为公路-I级, 支座均为板式橡胶支座。根据《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 关于桥梁梯度温度的有关规定, 运用MIDAS软件对不同曲率、不同支承方式曲线箱梁桥的温度效应进行分析, 总结曲率及支承方式的变化对曲线连续梁桥温度效应影响的规律。

1 计算模型

针对实际工程建立曲率半径为R=125m的MI-DAS有限元模型, 单箱双室箱梁, 断面尺寸简图如图1所示。并建立曲率半径为R=300m、R=800m两种曲线连续梁桥和直线连续梁桥的MIDAS模型。模型采用梁单元, 全桥共划分120个单元, 129个节点, 其中1-121号节点为梁单元节点, 122-129号节点为支座节点。不同曲率半径模型均采用全抗扭支座支承形式。如图2所示, 模型沿顺时针方向桥梁起始端和终端分别为0#墩和3#墩。

本文另建立曲率半径为R=125m曲线梁桥模型做点铰支承计算, 采用梁单元, 全桥共划分120个单元, 127个节点, 其中1-121号节点为梁单元节点, 122-127号节点为支座节点, 中跨两边支座为点铰支承, 桥墩编号与全抗扭支承模型桥墩编号方向一致。图2、图3分别为全抗扭支承和点铰支承示意图。模型中, 支座与梁单元节点采用弹性连接 (刚接) 相连。

日照温度效应采用《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 中关于温度梯度的规定, 采用如图4所示的竖向温度梯度曲线, 并取铺装层厚度为50mm沥青混凝土, 则T1=20℃, T2=6.7℃。设定系统初始温度为0℃, 模拟太阳照射桥面温度升温。建立静力荷载工况, 施加梁截面温度梯度。根据规范规定, 由于本例H>400mm, 取A=300mm。计算均不计桥梁自重。

2 力学特性分析

2.1 不同曲率半径连续箱梁桥的力学特性分析

不同曲率半径曲线箱梁桥在温度梯度作用下的挠曲变形如图5所示。由图可知, 在梯度温度荷载作用下, 随着曲率半径的不断增大, 曲线连续箱梁桥的挠度值不断减小, 直线梁桥的挠度值最小;边跨产生向上的挠曲, 中跨产生向下的挠曲。边跨的变形大于中跨。

图6为不同曲率半径箱梁桥在梯度温度作用下的横向位移变化图, 从图中可以看出, 随着曲率半径的增大, 曲线梁桥的横向位移逐渐减小, 直线梁桥不产生横向位移。横向位移最大点位于0#墩处, 为-0.16mm。

不同曲率半径曲线箱梁桥在梯度温度作用下的扭矩变化图如图7所示。由图可知, 在梯度温度作用下, 曲率半径越大, 曲线梁桥产生的扭矩越小, 直线梁桥不产生扭矩。扭矩最大处位于中跨1#墩和2#墩处。

2.2 不同支承方式曲线连续箱梁桥的力学特性分析

现改变支承方式, 将1#墩和2#墩支承改为铰支承, 建立曲率半径R=125m曲线梁桥, 分析曲梁在相同梯度温度荷载作用下力学特性。

图8为不同支承方式曲线梁桥在梯度温度作用下的挠曲变形图, 从图中可以看出, 全抗扭支承曲线连续梁桥和点铰支承曲线梁桥的变形趋基本一致, 全抗扭支承形式的连续箱梁桥挠度值略小于点铰支承形式的曲线连续箱梁桥挠度值, 其差值约为0.001mm, 可以忽略。两者横向位移的变化趋势和数值基本一致, 差别较小。

图9为不同支承方式曲线梁桥在梯度温度作用下的扭矩变化图, 从图中可以看出, 点铰支承的曲线梁桥在梯度温度作用下扭矩变化呈非线性分布, 在中跨与全抗扭支承曲线梁桥扭矩图重合。点铰支承最大扭矩位移曲线梁桥两端, 最大值约为±936k N·m, 在温度荷载、自重及车辆荷载作用下, 桥梁可能会产生较大变形, 严重时梁体产生裂缝, 引起结构破坏, 影响使用。全抗扭支承曲线梁桥在边跨部分的扭矩明显小于点铰支承梁桥扭矩, 最大值约为后者的十分之一, 两者在边跨的变化趋势是一致的。梯度温度荷载作用下, 全抗扭支承方式的设置有利于曲线梁桥扭矩的减小。

3 结论

根据《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 梯度温度的相关规定, 通过对不同曲率半径、不同支承方式曲线连续梁桥的温度效应分析, 得出主要结论如下:

1) 相同梯度温度荷载作用下, 全抗扭支承形式的曲线箱梁桥, 挠度和横向位移随着曲率半径的增小而逐渐减小, 直线梁桥在梯度温度荷载作用下挠度值最小且不产生横向位移;

2) 全抗扭支承曲线梁桥在梯度温度荷载作用下, 扭矩随曲率半径的增大而逐渐减小, 直线梁桥不产生扭矩;

3) 点铰支承曲梁的扭矩大于全抗扭支承曲梁, 全抗扭支承方式有利于曲梁扭矩的减小。在可能的情况下, 尽量将桥梁支座设置为全抗扭支承, 保证桥梁的使用安全。

摘要：基于《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 中梯度温度的规定, 建立不同曲率、不同支承方式曲线连续箱梁桥的MIDAS模型, 详细分析了不同曲率、不同支承方式曲线箱梁桥温度效应的力学特性, 并总结出曲线连续箱梁在日照温度荷载作用下的受力特点。

关键词：曲线箱梁桥,温度效应,温度梯度,力学特性

参考文献

[1]刘兴法.混凝土结构温度的应力分析[M].北京:人民交通出版社, 1991.

[2]彭友松.混凝土桥梁结构日照温度效应理论及应用研究[D].成都:西南交通大学, 2007.

[3]张元海.箱形梁桥剪滞效应和温度效应理论研究及其应用[D].成都:西南交通大学, 2009.

[4]苏丹.温度场及温度应力对曲线箱梁桥受力性能的影响[D].北京:北京交通大学, 2007.

[5]陈金州.PC连续箱梁的温度场及其效应研究[D].西安:长安大学, 2006.

[6]张效军.单跨曲线箱梁桥的日照温度效应研究[J].兰州交通大学学报, 2010, 29 (4) :110-114.

[7]韦尚明.混凝土曲线箱梁桥温度效应分析[J].工程技术, 2010, 8 (1) :448, 445.

[8]郭伟健.混凝土曲线箱梁桥温度效应分析[J].河南城建学院学报, 2010, 19 (1) :22-24.

[9]何翔, 方诗圣, 方飞, 等.不同梯度温度作用下曲线桥梁的温度效应分析[J].长沙:合肥工业大学学报, 2012, 35 (8) :1908-1892.

公路连续箱梁桥病害与加固技术 第10篇

关键词：公路,连续箱梁桥,病害,加固技术

连续箱粱桥的优点是在桥面使用过程中, 行车舒适、受力均匀, 还具有较强的抗震能力, 易养护且造型简洁、大方。因此, 该技术被广泛应用于公路高架桥建设中。但是, 公路连续箱粱桥的病害问题仍然会经常出现, 所以, 必须要重视这一问题, 且针对这一问题采取相应的加固技术。本文将以某市公路连续箱梁桥为例, 针对不同部位病害表现和成因, 对相应的加固技术措施进行总结、分析。

1 工程概述

某市双向四车道内环公路中间的连续箱梁桥是1座20跨为一联的普通钢筋混凝土连续箱梁桥。这座桥的中间2个桥墩与主梁固结, 但是, 其他的桥墩都是活动支座。整座桥的上部结构运用的是大悬臂单箱单室箱形断面, 同时, 在上部箱梁位置, 纵向每间距4 m就会铺设一道0.3 m厚的横隔板。

2 箱梁桥病害表现和成因

2.1 上部结构病害表现

箱梁的底腹板、翼板和各个桥墩处腹板的外横隔板都存在不同程度的裂缝。其中, 主梁腹板产生的裂缝一般都呈现出下宽上窄的形状和竖直分布的形式, 裂缝宽度最大达到0.35 mm。相比之下, 支点附近裂缝就较少。主梁底板和翼板产生的裂缝也比较少, 相对而言缝宽也比较小。

2.2 下部结构病害表现

所有桥墩的横梁和桥台的前墙从上到下都有不同程度的开裂情况发生, 产生的裂缝呈上宽下窄的形状, 而且桥墩产生的最大裂缝宽已经严重超出了规范要求的限值。与此同时, 桥台受压也出现了劈裂的情况。

2.3 桥面系病害表现

桥面铺装时, 经常会出现一定程度的损坏和开裂病害。由于伸缩缝出现橡胶老化的现象, 所以, 车辆在桥面行驶时, 噪声会逐渐增大, 甚至会发生跳车的状况。此外, 落水管发生缺失将会使桥面排水系统没有有效的排水管引导。

2.4 病害成因分析

对不同方式的各种病害成因进行验算、分析, 同时, 运用动静力荷载试验参考分析结果。此公路连续箱梁桥病害成因结论如下: (1) 桥梁上方位梁体的正截面的抗弯强度支点不充足, 在各跨支点和距离支点4 m的地方, 抗剪截面尺寸宽度不够; (2) 箱梁的顶板、纵横向正弯矩的承载强度和牢固能力不充足; (3) 桥墩横梁顶部的拉应力偏大, 而且横梁顶使用的钢筋偏少, 因此, 抗力不够。

这些病害出现的根本原因主要有两点: (1) 因为传统的连续箱梁桥设计一般都会忽略截面抗剪, 几乎很少对使用状态的牢固程度和裂缝验算分析进行控制; (2) 因为在举例公路箱梁桥建设时, 空间计算软件还没有被广泛应用, 所以, 无法对宽桥结构在横向受力情况下的均匀程度进行验算, 而且在桥面使用过程中, 随着车流量和重车型的增加, 也会发生病害。

3 箱梁桥加固技术措施

3.1 加固维修遵循的原则

在加固时要注意: (1) 尽量不改变桥体原来的纵、横向坡度; (2) 通过加固维修, 让桥梁正斜截面的承载能力符合规范荷载的要求; (3) 通过加固维修增加恒载, 增加后的厚度要高于6 cm, 防撞护栏顶在适当添加钢栏杆后所增加的荷载不超过0.5 k N/m。

3.2 针对裂缝病害的修补技术

3.2.1 表面处理法

这种方法主要是针对轻微裂缝进行修补, 具体的方法是在其表面涂抹填料或防水材料, 不但可以修补裂缝, 还能同时增强防水性和耐久性。如果病害裂缝属于宽度裂缝, 那么, 可以在修补时选择具有伸缩性的材料。

3.2.2 注浆法

注浆法主要是向病害裂缝注入树脂或水泥类材料。在一般情况下, 注浆材料一般都是环氧树脂。注浆方式一般是采用低压、低速的方式进行注入。这种方法的优点是可以有效预防裂缝继续扩展。

3.2.3 充填法

这种方法主要是针对宽度较大的病害裂缝进行修补, 一般会先顺着裂缝开凿出一条凹槽, 接着把各种黏结材料注入槽内实施嵌补。

除了上述的病害裂缝修补技术外, 还有表面喷涂法和黏结钢板封闭法等。在具体施工过程中, 可以根据箱梁桥裂缝病害的具体情况选择相应的修补技术。

3.3 桥梁加固增强技术

桥梁加固增强技术主要有以下几种: (1) 根据荷载大小的要求, 扩大载面面积并加配钢筋, 这是箱梁桥常用的结构加固增强技术之一。 (2) 外部粘贴加固法。具体方法是使用环氧树脂等黏合剂, 把型钢或玻璃钢等刚性材料粘贴在结构外部, 以达到加固的目的。 (3) 外部预应力加固法。这是一种充分结合预应力原理, 为构件增加一定程度的初始应力, 实现加固目标的方法, 优点是可以缩减裂缝宽度甚至闭合裂缝。 (4) 增设结构加固法。这种方法是在原有桥体结构中增加支撑和桥墩, 或在桥梁下方增设钢架, 以增强桥梁的承载负荷能力。 (5) 结构加固新技术。现阶段的公路连续箱梁桥结构加固新技术主要是锚喷, 结合锚杆和喷混凝土进而支护围岩, 在具体的加固施工过程中可以使用速凝剂, 这样不但凝结速度快, 而且早期强度高。这种创新技术具有较强的可设计性, 也可以根据桥梁加固的实际需要进行施喷。

4 结束语

综上所述, 为了确保公路连续箱梁桥保持良好的使用状态, 并发挥其功能, 应该使用更合理、有效的技术措施及时发现病害, 并采取更科学、先进的修补加固技术进行处理, 这样才能让连续箱梁桥在现代公路建设中实现其价值, 发挥其作用。

参考文献

[1]汪斌, 周鹏.箱梁裂缝病害与加固[J].建筑与文化, 2013 (4) .

对连续曲线箱梁桥设计的体会分析 第11篇

连续曲线箱梁桥结构是当前许多城市的立交桥或者高架桥结构中使用最为普遍的一种, 这种结构类型的桥梁具有很强的适应能力, 即使在地形和地物情况恶劣的条件下依旧能够保证线条的平顺和流畅。连续曲线箱梁桥结构从引入我国之后, 就得到了快速的发展。例如我国的福州市, 我国的福州市自上世纪90年代初期第一建设普通的钢筋混净土连续曲线箱梁桥结构的城市桥梁之后, 这种结构的已经成为福州市桥梁的主要结构, 这种结构的桥梁给福州市带来显著地社会和经济效益。作者根据多年的普通钢筋混凝土连续曲线箱梁桥结构的桥梁建设经验, 谈谈对连续曲线箱梁结构的桥梁设计体会。

1 预应力混凝土连续曲线箱梁桥的现实意义

预应力混凝土连续曲线箱梁桥结构的桥梁是当前我国桥梁建设中较为普遍的一种方式, 也是较为先进的技术手段, 从我国运用预应力混凝土连续箱梁结构桥梁的实践经验来看, 这种结构的桥梁很大程度上提升了我国桥梁的质量和性能, 在我国桥梁建设发展事业中发挥了巨大的作用, 推动了我国经济的发展。在对桥梁施工前, 相关人员必须对桥梁建设的各种客观环境和因素进行具体、综合的分析, 并根据客观环境和因素做出科学合理的桥梁结构设计, 可以有效地提高施工的效率和质量[1]。

2 曲线箱梁桥的力学特性及其产生的问题

曲线箱梁桥最主要的力学特性就是截面出现弯扭耦合状况, 并长期处于该状态。与直线梁桥不同, 直线梁桥只需要保证桥梁的荷载不偏心, 桥的梁就不会出现扭转的情况。但是曲线箱梁桥结构的桥梁不同, 荷载是否出现偏心的状况, 都会导致桥梁出现同时弯矩和扭转, 并且弯矩和扭转会相互影响和相互作用, 最终导致截面出现弯扭耦合的情况。在弯扭耦合作用状态会引起桥梁的变形以及支反力、梁体受力、墩台受力三个力量的变化。

第一, 变形方面, 当曲线箱梁桥处于弯扭耦合作用状态时, 曲线箱梁桥会出现变形和弯曲两种变形叠加的状况, 因此, 曲线箱梁桥变形的程度要远远大于直线梁桥的变形程度, 而且梁的外侧变形的程度也大于内侧变形的程度, 变形严重的梁会出现梁端翘曲变形的情况。当梁端的横桥向约束力小于一定程度时, 梁体可能会出现向曲线外侧侧滑。除此之外, 单项行驶结构的曲线箱梁桥的主梁在长期汽车离心力和制动力的影响下会出现水平错位的情况, 错位的一般有两个, 一是曲线外侧方向, 二是汽车制动力方向[2]。

第二, 支反力, 曲线梁桥的支反力的变化趋势可以分为两类:曲线箱梁内侧变小趋势和外侧变大趋势。如果出现曲率半径、恒载小于一定程度或者活载出现偏置的情况, 都有可能会引发曲线箱梁桥的内侧支座出现负反力的情况。一点支座的承受能力低于产生的拉力, 支座容易出现脱空的情况甚至梁体和支座相互脱离。

第三, 梁体受力。曲线箱梁桥结构的桥梁不同, 荷载是否出现偏心的状况, 都会导致桥梁出现同时弯矩和扭转。受扭矩的影响, 曲线箱梁桥的内两会卸载扭梁体的受力, 而外梁会超负荷承受梁体的受力, 尤其是曲率半径不大且桥面宽的曲线箱梁桥, 梁体内梁和外梁受力不同的情况会更加严重。

第四, 墩台受力。受支反力不同的影响, 曲线箱梁桥墩柱的轴向压力也会有很大的不同, 影响墩顶的水平受力除了汽车的制动力以及气温差异引起的内力作用之外, 墩顶的水平力同时也受离心力以及预应力的影响, 并在离心力和预应力综合作用下形成径向力。由于曲梁的切线方向并不一致, 这也导致汽车制动力在下部结构的分配计算更为复杂。

3 连续曲线箱梁桥设计应注意的问题

3.1 要重视剪力滞效应

垂直荷载无论作用在箱形梁横向的任何位置, 都存在纵向弯曲荷载, 而且荷载还呈现出对称的特点。在对称荷载的影响下, 箱梁的上下两翼的缘板在经过剪切变形处理之后, 弯曲应力在箱梁上的分布会不均衡。因此, 在实际计算的连续曲线箱梁桥结构时, 要将箱梁的上下两翼板的有效宽度也纳入计算范围。但是, 在具体操作中, 有部分桥梁工程是在计算连续曲线箱梁桥结构时并未将上下两翼板的有效宽度纳入计算范围, 而是采用全截面乘与1.15片偏载系数的近似的计算方法计算。近似计算方法存在两个自身无法解决、完善的缺陷, 第一, 1.15系数只适用于某些情况, 而并非适用于所有连续曲线向量桥的结构计算, 存在某些1.15系数并不适用的特殊情况, 而且一些特殊情况下适用1.15系数会出现片不力的现象;第二, 这种计算方法出的曲线箱梁桥结构并不完全正确, 不能真正反映剪力滞效应和有效分布宽度两者之间的真正差异[3]。

3.2 支座脱空问题

连续曲线箱梁桥承受的弯矩和剪力的大小和直梁桥承受的弯矩和剪力的大小相比虽然差距不大, 但是, 在扭矩值上的差距就非常明显。经常表现为弯矩和剪力差距不大, 扭矩值可能存在倍数级别的差别, 而且墩台支承处是最大扭矩值出现几率最大的位置。虽然一些中墩的布置方式为一根墩柱的单支座模式, 但是会在两边的墩旁会布置成双支座。在扭矩的强大作用力下, 边墩的支座的弯曲半径不大的情况下, 尤其是靠近曲线箱梁圆心一侧的边墩的弯曲半径不大, 更加容易出现支座脱空的状况。在设计连续曲线箱梁桥可以采取以下的办法解决支座脱空问题。

第一, 在支座出现负反力的情况下, 可以采用设置拉力支座的方法解决负反力的情况, 从而解决支座空的情况;第二, 或者采用Y型或者双支座方式来设计中墩, 可以更容易解决支座脱空的线形, 而且效果比设置拉力支座的方式更好。虽然采用Y型或者双支座型设计中墩会增加工程的工作量, 但是可以有效的缓解曲线梁桥的上部结构主梁的受力, 减少了脱空问题的出现, 也可以灵活地布置中墩支座。第三, 预应力作为单项荷载, 在梁端径向约束情况下, 将曲线箱梁桥的预应力看作为单项荷载, 并且受梁端径向约束, 也可以一定程度缓解支座脱空的情况, 但是缓解的效果不够明显。

3.3 连续曲线箱梁桥的径向力效应

在传统的线路曲线箱梁桥设计中, 通常都会将支座固定或者把定向活动支座的位置设置于中墩处, 两边的墩处也会设计有径向约束。但是外在的离心力、制动力以及温度都会对影响支座, 并在支座的径向约束的作用下性径向力。径向力的大小会和箱梁桥的弯矩半径的大小呈反比, 半径越大, 径向作用力反而却小。因此, 在连续曲线箱梁桥设计中要重视径向力的效应。

4 结束语

依据多年的连续曲线箱梁桥设计的经验, 在设计和计算曲线箱梁桥的结构时, 要根据建设桥梁的客观条件来选择合适的设计理论, 但是不能忽视剪力滞效应给箱梁桥设计带来的影响。与此同时, 还要重视支架脱空以以及径向力的问题, 制作的设计布置一定要科学合理, 以减少支架脱空问题。虽然采用Y型或者双支座方式来布置支座会给桥梁的建设增加一定的工程量, 但是要看到这种支座布置方式在解决支座脱空和径向力效应上的作用, 设计人员要综合考虑各方面因素来制定设计方案。

参考文献

[1]满建琳.钢混凝土组合曲线连续箱梁桥静力性能与应用研究[D].重庆交通大学, 2013, 05 (13) :56-58.

[2]黎振源.曲线箱梁桥的车-桥耦合振动分析[J].福建建设科技, 2013, 04 (15) :70-71.