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桥梁设计预应力温度徐变次内力

日期:2021/9/28 Click:646
通过多年参与、负责的预应力混凝土连续梁(连续刚构)桥的设计工作,对这种桥型有了较深刻地体会及认识,现将设计中应注意的问题,谈一些观点。首先应进行桥梁的总体布置和确定结构的构造尺寸,预应力混凝土连续梁的布宣和构造,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。
关键词:桥梁设计预应力温度徐变次内力

连续桥梁是工程广泛应用的桥梁型。它不仅具有可靠的强度、刚性和抗裂性,而且具有行驶稳定舒适、养护工作量小、设计和施工经验成熟的特点,与其他桥型相比具有较强的经济性,经常成为最佳桥型方案。通过多年的参与,负责的预应力混凝土连续梁(连续刚构)桥的设计工作深刻理解了这个桥的类型,现在谈了设计中应该注意的问题。

跨径布局和结构尺寸拟定

桥梁设计方案选定后。首先要进行桥架的整体布局和确定结构尺寸,预应力混凝土连续梁的布局和结构,考虑桥梁的技术经济指标,跨越性质和水文、地质条件和施工方法。其中,无论是等待截面还是变更截面的连续梁(刚构),合理的主、边的跨度比、跨度和梁的高度比例都很重要。如果选择不当,箱梁混凝土会破裂或跨越边缘,边脚受力不合理。在具体设计时先根据通航或通行净空,结合地形,地物等控制因素定出主跨跨径,然后结合桥梁所采用施工方法来选定边跨跨径,再通过细部尺寸拟定来调整主,边跨的刚度来调整主梁各截面的内力.直至满足设计规范要求。对于跨度20~50m的连续梁,一般作为等截面形式,梁高一般为跨度的1/15-1/30,该桥型多采用满堂支架、移动模架逐孔施工和顶推施工方法的大跨度大跨度的多孑l连续梁,变截面形式,其支点梁高为最大跨度的1/15~1/20,中梁高为最大跨度的1/30-1/50,该桥型通常采用悬臂法施工,其跨度一般为中跨度的0.65-0.7倍

连续梁桥细节尺寸制定时,应进行一定的计算和分析,详细优化箱梁各部分尺寸。主、横跨不变的情况下,结合采用的施工方法,考虑不同梁的高度、不同箱梁的顶板、腹板的厚度,连续刚构桥必须根据地质资料对桩基进行等效模拟,考虑不同的双壁脚间隔、不同的截面(中空薄壁型、实心哑铃型)类型,进行多种组合的分析计算其次,应对结构施工阶段的梁段划分,对施工可靠性进行了深入的分析检查,梁段划分时尽量减少划分的梁段数量,相邻的梁段重量差别小,施工方便。缩短施工周期。在施工阶段的可靠性检查中,应考虑施工中最大悬臂阶段可能出现的最不利施工负荷、结构自重的不均匀性、风力对结构的影响等。运营阶段考虑恒载、活载、预应力、混凝土收缩缓慢变化、基础沉降、温度变化、风力和地震力对主桥结构上下部的影响,进行多种组合分析计算,保证结构力合理、施工简单安全。

  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多采用通长束,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0.2 L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,以使主粱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土受压部位,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,纵向预应力索常采取直线索.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。

主要原因有几个。其一,纵向配置的精轧螺纹钢筋短,拉伸时预应力损失大。有些甚至没有储备。其二,施工时拉伸控制措施不足:其三,管道压力不牢固。以上几种情况,采用高强度精轧螺纹钢筋代替普通精轧螺纹钢筋提高拉伸吨位,施工时采用二次拉伸、真空吸浆技术密集预应力管道等措施,尽量减少预应力损失。增加垂直预应力储备。但是,最直接、最有效的方法是在连续梁的主梁支点左右一定范围内配置下弯。在其端部弯曲纵向预应力钢束,抵抗剪切应力的作用。这一点已经得到桥梁工程行业的普遍认可。同时,也可以通过增加箍筋的数量来增加腹板的抗剪储备。

  3 温度问题

  根据这几年的工作体会.在设计桥梁时应重视温度应力的影响作用。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023—85)》中只规定了T形截面连续梁由于日照温差所引起的内力计算(即混凝土连续梁由于日照引起的桥面与其它部分的温度差而产生的内力,在缺乏实测资料时,可假定温度差+5℃(桥面板上升5 oC),并在桥面板内均匀分布),对箱型截面连续梁的温度应力及温度梯度的取值未作规定与说明,故在桥梁进行温度力分析计算时若参考JTJ023—85桥规取值,可能导致计算结果偏于不安全,不能反应桥梁实际所受的温度内力。以某立交灯桥的温度计算为例。考虑到恒载、活载、支架沉降的情况下,第8跨中下缘拉伸应力为1.4至MPa,桥面板升温5℃时,下缘拉伸应力为2.44MPa,增加74%,比活载拉伸应力大。我国桥梁新规范JTGD62-2004和JTGD60-2004对桥梁结构梯度的效果提供了垂直温度梯度曲线。国外如英国、新西兰、日本等国家的规范详细规定了连续箱梁的温度梯度模式。在同一桥梁结构中,采用不同温度梯度模型得到的梁内温度应力值大不相同。因此,为了保证桥梁结构的抗裂性,合理的温度梯度模型。桥梁设计的准确性非常重要。

由于徐变总应变,加载后弹性变形的1~4倍。因此,混凝土的徐变效应必须考虑混凝土桥梁的设计。在超静定结构中由于徐变产生次内力.而应力变化的徐变及次内力计算较为复杂。现较常用的方法:狄辛格方法;Trost”Bazant法;采用位移法的有限元逐步分析法。狄辛格法采用老化理论时,预计后期加载的长期徐变效果过低。预计对递减负荷的长期徐变效果过高。由于狄辛格方法没有考虑徐变中的延迟弹性变形,延迟弹性变形部分8分钟,加载后发生的弹性变形的24%到44%。因此,狄辛格方法计算的徐变效应有时与实际出入大。随着计算机技术的进步和结构有限元法的应用,根据Trost-Bazant年龄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,徐变分析更接近实际。

结语

预应力连续桥的设计是一项复杂而细致的工作。要想成功地设计桥梁,必须从桥梁的跨越布局、尺寸的制定、钢束的配置和施工方法等方面综合考虑的同时,必须在众多数据中选择正确的设计数量。

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