钢结构 课件 连续体系梁桥的设计与计算2.ppt

预应力混凝土连续体系梁桥设计与计算,简支梁桥：L2025m，跨中弯矩迅速增大，截面尺寸和自重显著增加，材料用量大且不经济，安装重量给装配式施工造成困难。较大跨径的梁式桥：降低材料用量，采用能减小跨中弯矩值的其他体系桥梁，如悬臂体系、连续体系的梁桥等。,第一节连续梁桥的体系与构造特点,一、体系特点由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩大大减小，恒载、活载均有卸载作用（受力性能较简支梁优越）由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大，适宜跨径：30-300米超静定结构，对基础变形及温差荷载较敏感主梁变形挠曲线平缓、桥面伸缩缝少、行车舒适。负弯矩区位于梁的上缘，开裂后雨水侵蚀问题桥墩上只需布设一排支座，降低了桥墩的宽度尺寸,六库怒江大桥（85+154+85）,宜城汉江桥为中国首次采用双支座支承的预应力混凝土连续梁桥,宜昌乐天溪桥桥墩采用建于同一基础上的双壁式墩,黄浦江奉浦大桥（85+3125+85）,斯威士兰科马提河桥,湖北沙洋汉江桥63+6111+63,常德沅水大桥主桥为84+3x120+84(m)预应力混凝土连续梁桥,二、构造特点1、跨径布置布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求不等跨布置大部分大跨度连续梁边跨为0.50.8中跨等跨布置中小跨度连续梁特殊跨径布置边跨小于0.3倍中跨,二、构造特点1、跨径布置,边跨与中跨之比小于1变截面的原因,2、截面形式板式截面实用于小跨径连续梁肋梁式适合于吊装箱形截面适合于节段施工其它,板式截面,肋梁式,箱形截面,3、梁高与跨径、施工方法有关等高度梁实用于中、小跨径连续梁，一般跨径在5060米以下变高度梁实用于大跨径连续梁，100米以上，90%为变高度连续梁,广东容奇大桥,4、腹板及顶、底板厚度顶板满足横向抗弯及布置纵向预应力钢束的要求。,4、腹板及顶、底板厚度腹板主要承担剪应力和主拉应力一般采用变厚度腹板，靠近跨中处受构造要求控制，靠近支点处受主拉应力控制，需加厚。,1）布置纵向预应力筋管道的需要无管道200mm有管道300mm有锚固头时380mm2）抗剪需要300-800mm,底板满足纵向抗压要求一般采用变厚度，跨中主要受构造要求控制，支点主要受纵向压应力控制，需加厚,底板厚度跨中b2=200-250mm支点b2=(1/10-1/12)H箱梁底板可做成变高度梁，梁底形式有圆弧曲线、抛物线及折线,变截面连续梁桥的美学问题,5.加腋构造（承托）加腋使得截面的受力得到改善,1）水平加腋对纵向布束有利2）竖向加腋可以加大腹板的刚度，对改善腹板的受力有利,6.端横隔梁设置,6.端横隔梁设置,端横隔梁构造厚度300-500mm,端横隔梁构造厚度500-800mm,6.端横隔梁设置,105+4*160+105m,南京长江二桥北汊桥,7、配筋特点1）纵向力筋的布置连续配筋分段配筋逐段加长力筋体外布筋后连续力筋2）横向和竖向布筋,连续配筋的力筋布置小跨度的等截面连续梁桥，采用就地灌注施工的，其纵向力筋可按照结构各部位的受力要求进行连续配筋。二次抛物线。,分段配筋大跨度、变截面、悬臂施工法。悬臂伸出施工时，对梁体施加负弯矩筋；在两梁段合龙后（称为体系转换），再张拉正弯矩筋和其它力筋。力筋的布置原则：力矩大、锚固方便、施工简单。,逐段加长力筋用连接器把主筋对接或逐段加长。逐孔施工、顶推法施工的连续梁常用。接头的位置通常设置在离支点约1/5跨度附近弯矩较小的部位。,体外布筋力筋布置在主梁截面以外的箱内，配以横隔板、转向块等构造，对梁体施加预应力。无预留孔道，孔道压浆等工序，施工方便迅速，且便于更换；对力筋防护和结构构造等的要求较高。,后连续筋先简支后连续方法施工的预应力混凝土连续梁桥，后连续采用预应力筋布置，必须先预留张拉槽孔和预埋管道，待连续部分的混凝土浇筑完毕后，穿束张拉后连续的力筋，实现整体梁的连续。,横向和竖向布筋横向筋是桥面板横向受力的需要，多采用钢铰线,箱梁顶板的横向力筋,竖向预应力筋抗剪。还可作挂篮的后锚钢筋。多采用高强度精轧螺纹钢筋，纵桥向一般每隔5080cm间距设置，后张法施工。,第二节连续梁桥常用施工方法,一、就地浇筑施工二、预制装配整体施工法三、悬臂施工四、逐跨施工现浇、拼装五、顶推施工,一、就地浇筑施工,就地浇筑施工是一种古老的施工方法，它是在支架上安装模板、绑扎及安装钢筋骨架、预留孔道、并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法,就地浇筑施工方法的优缺点：）桥梁的整体性好，施工平稳、可靠，不需大型起重设备；）施工中无体系转换；）预应力混凝土连续梁桥，可以采用强大预应力体系，使结构构造简化，方便施工；）需要使用大量施工支架，跨河桥梁搭设支架影响河道的通航与排洪，施工期间支架可能受到洪水和漂流物的威胁；）施工工期长、费用高，需要有较大的施工场地，施工管理复杂。,一、就地浇筑施工,二、预制装配整体施工法三种分段施工方式1.简支连续2.单悬臂连续3.双悬臂连续,简支一连续施工法,简支单悬臂连续施工法,三、悬臂施工,悬臂施工法是在已建成的桥墩上，沿桥梁跨径方向对称逐段施工的方法。悬臂施工法通常分为悬臂浇筑和悬臂拼装两类。悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后张拉预应力束，移动机具模板（挂篮）继续悬臂施工。悬臂拼装是用吊机将预制块件在桥墩两侧对称起吊、安装就位后，张拉预应力束，使悬臂不断接长，直至合拢。,悬臂施工程序,三、悬臂施工,采用悬臂施工的主要特点为：）从桥墩处开始向两侧对称分节段悬臂施工，桥梁在施工过程中承受负弯矩，桥墩也要承担不平衡弯矩；）非墩梁固结的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时固结，因而在施工过程中应进行结构体系转换。）采用悬臂施工法的机具设备较多，就挂篮而言，也有桁架式、斜拉式等多种型式，可根据实际情况合理选用；）悬臂浇筑法施工简便、结构整体性好，施工中可不断调整标高，常用于跨径大于100m的桥梁。悬臂拼装法施工速度快，桥梁上、下部结构可平行作业，但施工精度要求较高，可在跨径100m以下的大桥中选用。）悬臂施工法可不用或少用支架，施工不影响通航或桥下交通，适合于跨越深水、山谷、海洋等处，并适用于变截面预应力混凝土梁桥。,逐孔施工法从桥梁一端开始，采用一套施工设备或一、二孔施工支架逐孔施工，周期循环，直到全部完成逐孔施工法从施工技术方面可分为三种类型：1.采用整孔吊装或分段吊装逐孔施工。2.用临时支承组拼预制节段逐孔施工。它是将每一桥跨分成若干节段，节段预制完成后在临时支承上逐孔组拼施工。3.使用移动支架逐孔现浇施工。此法亦称移动模架法，它是在可移动的支架、模板上完成一孔桥梁的全部工序，即从模板工程、钢筋工程、浇筑混凝土和张拉预应力筋等工序，待混凝土有足够强度后，张拉预应力筋，移动支架、模板，进行下一孔梁的施工。,四、逐孔施工现浇、拼装,移动式模架逐孔施工法,五、顶推施工,顶推施工是在沿桥纵轴方向的台后设置预制场地，分节段预制梁，并用纵向预应力筋将预制节段与施工完成的梁体联成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推出预制场地，然后继续在预制场进行下一节段梁的预制，直至施工完成。,连续梁顶推法施工示意图,顶推法的施工特点为：（）顶推法可以使用简单的设备建造长、大桥梁，施工费用较低，施工平稳、无噪声，可在深水、山谷和高桥墩上采用，也可在曲率相同的弯桥和坡桥上使用；（）主梁分段预制，连续作业，结构整体性好；由于不需大型起重设备，所以施工节段的长度可根据预制场条件及分段的合理位置选用，一般可取用1020m；（）梁段固定在同一个场地预制，便于施工管理改善施工条件，避免高空作业。同时，模板与设备可多次周转使用，在正常情况下梁段预制的周期710天；（）顶推施工时梁的受力状态变化较大，施工应力状态与运营应力状态相差也较多，因此在截面设计和预应力束布置时要同时满足施工与运营荷载的要求；在施工时也可采取加设临时墩、设置导梁和其它措施，减少施工应力；（）顶推法宜在等截面梁上使用，当桥梁跨径过大时，选用等截面梁造成材料的不经济，也增加了施工难度，因此以中等跨径的连续梁为宜，推荐的顶推跨径为40m45m，桥梁的总长也以500m600m为宜。,第三节连续梁桥内力计算,一、恒载内力二、活载内力三、超静定次内力的计算,第三节连续梁桥内力计算,一、恒载内力必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上1、满堂支架现浇施工所有恒载直接作用在连续梁上,2、简支变连续施工一期恒载作用在简支梁上，二期恒载作用在连续梁上,3、逐跨施工主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成,4、顶推施工顶推过程中，梁体内力不断发生改变，梁段各截面在经过支点时要承受负弯矩，在经过跨中区段时产生正弯矩施工阶段的内力状态与使用阶段的内力状态不一致配筋必须满足施工阶段内力包络图,临时中间墩,主梁最大正弯矩发生在导梁刚顶出支点外时,最大负弯矩与导梁刚度及重量有关导梁刚接近前方支点刚通过前方支点,5、平衡悬臂施工分清荷载作用的结构体现约束条件的转换主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成,（一）阶段1在主墩上悬臂浇筑混凝土首先在主墩上浇筑墩顶上面的梁体节段（称零号块件），并用粗钢筋及临时垫块将梁体与墩身作临时锚固，然后采用施工挂篮向桥墩两侧分节段地进行对称平衡悬臂施工。此时桥墩上支座暂不受力，结构的工作性能犹如T型刚构。对于边跨不对称的部分梁段则采用有支架施工。此时结构体系是静定的，外荷载为梁体自重q自(x)和挂篮重量，其弯矩图与一般悬臂梁无异。,（二）阶段2边跨合龙当边跨梁体合龙以后，先拆除中墩临时锚固，然后便可拆除支架和边跨的挂篮。此时由于结构体系发生了变化，边跨接近于一单悬臂梁，原来由支架承担的边段梁体重量转移到边跨梁体上。由于边跨挂篮的拆除，相当于结构承受一个向上的集中力。,（三）阶段3中跨合龙当中跨合龙段上的混凝土尚未达到设计强度时，该段混凝土的自重q及挂篮重量2将以2个集中力的形式分别作用于两侧悬臂梁端部。,（四）阶段4拆除合龙段的挂篮此时全桥已经形成整体结构（超静定结构），拆除合龙段挂篮后，原先由挂篮承担的合龙段自重转而作用于整体结构上。,（五）阶段5上二期恒载在桥面均布二期恒载g的作用下，可得到三跨连续梁桥的相应弯矩图。以上是对每个阶段受力体系的剖析，若需知道某个阶段的累计内力时，则将该阶段的内力与在它以前几个阶段的内力进行叠加便得。成桥后的总恒载内力，将是这五个大阶段内力叠加的结果。,与简支梁基本相同：绘制内力影响线，活载加载，求得各截面最大活载内力。等截面连续梁：手算简单，可查阅有关计算手册中公式、图表确定；变截面连续梁：内力影响线与截面刚度有关，桥梁电算程序计算。,二、活载内力,二、活载内力1.纵向某些截面可能出现正负最不利弯矩，必须用影响线加载,连续梁内力影响线示意图（机动法）,将连续梁的最大、最小活载内力与恒载内力按荷载组合规定进行叠加，就可以得到全梁的内力包络图（包括各项次内力）。,二、活载内力2、横向箱梁活载内力增大系数多梁式横向分布系数计算,箱梁的剪力滞效应,三、超静定次内力计算1、产生原因结构因各种原因产生变形，在多余约束处将产生约束力，从而引起结构附加内力(或称二次力)2、连续梁产生次内力的外界原因预应力墩台基础沉降温度变形徐变与收缩,预应力初弯矩：预应力次弯矩：总预矩：,（1）预应力次内力计算,压力线：简支梁压力线与预应力筋位置重合连续梁压力线与预应力筋位置相差,用力法解预加力次力矩,力法方程变位系数赘余力总预矩,压力线位置,线性转换与吻合束,1、线性转换只要保持束筋在超静定梁中的两端位置不变，保持束筋在跨内的形状不变，而只改变束筋在中间支点上的偏心距，则梁内的混凝土压力线不变，