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山岭重丘区50米T梁安装过程承载力分析
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贺伟
【摘要】预应力T梁的安装在桥梁施工过程中是一项重要的施工工序,本文针对项目在50米T梁安裝过程中遇到的已安装的30米T梁上运输通过50米T梁的例子进行简要受力分析,论证30米T梁简支状态下能否允许50米T梁通过。
【关键词】预应力T梁;安装;受力分析;简支;
保阜高速公路穿越太行山中麓和河北平原,区内山势陡峻,沟壑纵横,地形复杂,地貌单元多,桥孔布置主要从墩高、桥长、水流方向及工程地质及线位平纵曲线等方面综合考虑,在桥孔布置时,考虑桥墩高度与梁跨的协调,尽量避免让山谷底,导致项目4座大桥为30米跨径与50米跨径组合桥。山区梁场设置受地形限制均设置在已经施工完成的路基上,梁场设置在大桥之间。
1、工程概述
保定至阜平(冀晋界)高速公路(以下简称保阜高速公路)既是河北省“五纵六横七条线”高速公路网中“第三横”的重要组成部分,又是河北省确定“6+3”高速公路建设计划的一段,也是保定市“三纵三横”高速公路网布局中的重要一横。
保阜高速公路路基、桥涵第十四合同段里程桩号为K108+200~K119+000,路线全长10.8Km。全线共设大桥14座,本合同段桥梁全长3591.5m;大桥均采用先简支后连续结构,下部采用柱式墩、空心薄壁墩,上部结构采用预制T梁,为25米、30米、40米、50米T梁,25米预制T梁120片、30米预制T梁744片,40米预制T梁192片,50米预制T梁180片。预制T梁共1236片。共设三个T梁预制场。本文以道有沟梁场为例,道有沟梁场设置在道有沟大桥与圣水村大桥之间,负责预制凹峪沟1号大桥、凹峪沟2号大桥、鹞沟大桥、圣水村大桥、道有沟大桥、龙堂沟大桥、黄土岭1号大桥共7座大桥的T梁预制任务。
2、道有沟T梁预制场在T梁安装过程中存在问题
道有沟T梁预制场负责预制的7座大桥从小桩号至大桩号顺序为:凹峪沟1号大桥→凹峪沟2号大桥→鹞沟大桥→圣水村大桥→道有沟大桥→龙堂沟大桥→黄土岭1号大桥,道有沟梁场位于道有沟大桥与圣水村大桥之间,T梁安装顺序为:圣水村大桥→鹞沟大桥→凹峪沟2号大桥→凹峪沟1号大桥→道有沟大桥→龙堂沟大桥→黄土岭1号大桥,凹峪沟1号大桥、凹峪沟2号大桥、鹞沟大桥、圣水村大桥均为30米跨径与50米跨径组合桥梁。存在50米T梁运输通过已经安装完成的30米T梁上,而30米跨径T梁湿接头、湿接缝、负弯矩未完成施工,为确保T梁安装施工安全,要求对30米T梁进行受力分析。
3、30米T梁在恒载及活载作用下跨中下缘混凝土应力计算
3.1、30米T梁截面重心轴确定
本项目30米T梁为变截面梁,中支点位置梁肋等宽,跨中15米范围梁肋下部为马蹄形,T梁中支点与跨中有5.3米的过渡段,以偏安全考虑,断面按照跨中断面进行分析,断面尺寸如下:
T梁跨中截面面积为:
S=1.5×0.2+0.5×0.45×0.15×2+1.5×0.2+2×0.5×0.14×0.2+0.48×0.2
S=0.7915m2
根据刘庆潭主编《材料力学》附录A截面的几何特性,截面中心公式:
+=1.205
由此可知,截面重心轴距离马蹄底部距离为1.205米。
3.2、30米T梁断面对重心轴惯性矩计算
根据刘庆潭主编的《材料力学》教材附录A截面的几何性质可知:30米T梁断面惯性矩分成5部分计算,再由第三节的平行移轴公式计算30米T梁断面相对于重心轴的惯性矩。
(1)、翼缘板的惯性矩:
(2)、翼缘板根部加强部分的惯性矩:
(3)、梁肋断面惯性矩:
(4)、马蹄上部三角截面的惯性矩:
(5)、马蹄截面惯性矩:
由惯性矩平行移动公式计算相对重心轴的惯性矩:
(1)、翼缘板相对重心轴的惯性矩:
(2)、翼缘板根部加强部分相对重心轴的惯性矩:
(3)、梁肋断面相对重心轴的惯性矩:
(4)、马蹄上部三角截面相对重心轴的惯性矩:
(5)、马蹄截面相对重心轴的惯性矩:
综上,=0.3498m43.3、30米T梁钢绞线跨中有效预应力计算查阅30米预应力混凝土连续T梁上部构造图纸可知,预应力钢绞线采用低松弛高强度预应力钢绞线,标准强度,弹性模量,松弛率为3.5%,公称直径15.20mm,钢绞线参考面积A=140mm,管道摩擦系数,管道偏差系数k=0.0015,钢绞线回缩及锚固变形为6mm。30米中跨中梁N1、N2、N3钢绞线股数分别为7股、8股、8股,锚下控制应力,只考虑预应力钢绞线在管道弯曲部分的摩擦力影响,由叶见曙主编的《结构设计原理》第十三章预应力混凝土受弯构件的设计与计算中13-12式,可求的因摩擦力所引起的预应力损失值为:其中:—锚下张拉控制应力,,为钢绞线锚下张拉控制拉力;
—从张拉端至计算截面间,平面曲线管道部分夹角之和,称为曲线包角,按绝对值相加,单位以弧度计;—管道摩擦系
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