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桥梁结构现浇预应力混凝土连续多联同步施工与计算模型
前言
桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精确分析桥梁结构的真实受力,最好把它模拟成梁、板、壳和三维实体单元组成的空间受力模型。但这种处理方式建模非常的复杂,同时考虑到桥梁荷载的空间三维分布,按此方式计算的工作量是极其浩大的。对于实际应用的桥梁结构分析软件,必须对计算模型进行合理的简化。这是因为连续梁受力体系的问题,连续梁会出现负弯矩,比较经济合理的设计是让负弯矩和正弯矩相近,这就要讲到材料力学和结构力学了.一般三跨连续梁桥最为常用,T梁其边跨与中跨的跨径比例为0.8:1,箱梁一般为0.5:1~0.7:1,这完全是力学性能所致.而且,超过五跨时,内力变化情况与五跨相差不大,但连续跨数过大会大幅度增大温度变化的附加影响,造成梁端伸缩量很大,需要设置大位移量的伸缩缝,影响行车的舒适性。
【摘要】经过不断的摸索、总结和改进,勤劳智慧的桥梁工作者已经发展、创造出多种分联、分跨施工方案,并最终创造性地实现了多联桥同步施工的目标,带来了显著的社会和经济效益。本文在回顾连续梁桥同步施工技术发展历程的基础上,客观地分析了各方案间的优缺点,并着重对钢束张拉端内置、端横梁二次浇筑、内卡式千斤顶槽内张拉、多联同步施工方案进行了较为详细地介绍,指出了设计中的一些重点和难点。
【关键词】现浇连续梁;同步施工;顶部张拉;内卡式千斤顶;槽内张拉一、概述
1、在桥梁上部结构施工时,尽管预制吊装施工具有工厂化、机械化、标准化程度高的诸多优点,受客观条件 制约,采用支架、模板进行现浇施工仍被广泛采用[1]。与预制吊装相比,现浇施工普遍被认为施工周期长、造价高,如何有效缩短工期、降低造价成为横亘在广大桥梁工程师面前的一道难题。经过不断的摸索、积累和创新, 随着内卡式千斤顶、钢束连接器等一批工具、设备的发明和改进,先后创造性地出现了梁顶集中张拉、逐孔浇 筑、内卡式千斤顶槽内张拉等施工方案,基本实现了现浇预应力混凝土连续梁多联同步施工的伟大设想。
2、预应力混凝土连续梁桥的特点。众所周知,普通混凝土框结构由于跨度小、柱网密,无法满足多种功能的需要,而预应力可以有效解决以上问题。预应力混凝土能充分发挥材料的效能,在相同条件下,它比普通钢筋混凝土构件截面小,重量轻、刚度大,抗裂性和耐久性好,能有效地控制结构的挠度(甚至无挠度),节约钢材40%~50%,节约混凝土20%~40%,特别在大跨度结构中更为经济。在张拉预应力连续梁桥结构中,结构构件在承受外荷载前,预先对外荷载产生拉应力部位的混凝土预加压应力,造成人为的压应力状态,预加压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力,这样在外荷载作用下混凝土拉应力不大或处于受压状态,使混凝土结构不开裂,提高结构的刚度和结构的耐久性。张拉法预应力混凝土施工是在浇筑混凝土前张拉预应力钢筋,将其固定在台座或钢模上,然后浇筑混凝土,等混凝土达到规定强度。保证预应力钢筋与混凝土有足够粘结力时放松预应力钢筋,借助预应力筋的弹性回缩及与混凝土的粘结,使混凝土产生预压应力。同时其具有较强的变形恢复能力,抗震性能明显高于普通钢筋混凝土结构,而且便于震后加固。值得注意的一点是,预应力混凝土由于自重轻,按理含钢量应该少,但由于现在的设计水平问题,此部分并没有减少。反而很多设计含钢量大了,很大程度造成主体结构成本增加。
二、现浇连续梁桥同步施工发展历程
关于同步施工,国内主要经过了以下几个发展过程:
1、90 年代,为加快施工进度,缩短施工周期,节约建设投资,设计者将钢束经平、竖弯后锚固于梁端顶部
(如图一所示),创造出梁顶局部开槽、集中张拉的施工方法,可以在一定条件下做到多联同步施工,大大缩短了施工周期。
图一
目前,部分设计院仍在沿用此方法,但该方法的局限性也很明显,主要表现在:
⑴钢束过于集中于梁顶,梁底成为薄弱点,极易受拉开裂,危及结构安全,故一般不建议在梁高大于 1.5 米时采用。
⑵锚头在桥面下埋设较浅,汽车冲击不仅对钢束锚固不利,桥面铺装也容易在反射应力下破坏。
⑶桥面渗水容易对锚具的耐久性产生影响。
2、90 年代末和本世纪初,随着钢束连接器的推广应用,发展出逐孔施工方案,避免了顶部开槽、集中张拉的弊端,适用于各种梁高,且可靠性得到保证。该方法设计要点主要有:
⑴从桥梁一端向另一端,或从桥梁中间向两端逐孔支架现浇主梁,支架可周转使用。
⑵于每跨主梁正负弯矩变化点附近(距桥墩中心线约 0.15~0.2 倍跨径处)设施工缝,钢束在施工缝处半数断开,浇筑下一孔时用连接器接长断开的钢束。如此,钢束单端张拉长度可控制在允许范围内,不致产生过大的预应力损失。
⑶设连接器处腹板厚度等应满足连接器设置要求。连续梁:墩顶设支座,跨径15~50米不等,我国江苏苏通大桥已做到(5×75
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