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先簡支後連續結構體系設計及受力詳解,快跟著學

簡介先簡支後結構連續梁橋設計1、設計思路 ①墩項單支座單橫樑先簡支後結構連續梁橋以簡支梁橋為基礎,針對成橋狀態的先簡支後結構連續梁橋墩項區段將承受負彎矩,在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後,透過墩頂現澆梁溼接頭,同時現澆用以嵌固簡支梁的

一孔梁和一聯梁有什麼不同

先簡支後連續結構體系

目前的現狀是:對於小跨徑的高等級公路橋樑多采用裝配式鋼筋混凝土板梁的形式,中等跨徑的橋樑則採用裝配式預應力混凝土箱梁的形式,對於大跨徑預應力混凝土連續梁橋。但由於現澆連續梁的施工複雜繁瑣、費工費時,人們一直希望將簡支梁的批次預製生產和連續梁的優越效能結合起來,實現用箱梁批次預製生產的方式來加快連續梁的建設進度,這就是“先簡支後連續”方法得到廣泛應用的背景。

先簡支後連續橋樑結構就是兩跨及兩跨以上的預應力混凝土梁透過現澆混凝土形成連續結構,優點有以下幾點:

1、剛度大、變形小、伸縮縫少和行車舒適;

2、簡支梁的預應力鋼束在工廠進行張拉,而負彎矩區的預應力鋼束佈置及張拉均在主樑上進行,僅需吊裝裝置起吊主樑,減少了施工裝置,又能避免張拉預應力鋼束造成地面上的障礙;

3、預製梁能採用標準構件,進行工廠化統一生產和管理,有利於技術操作,節省了施工時間,縮短工期,提高經濟效益。

先簡支後連續結構體系設計及受力詳解,快跟著學

先簡支後連續法是指:

把一聯連續梁、板分成幾段,每段長一孔,各段在預製場預製後經移運吊放到墩臺頂的臨時支座上,在完成溼接縫的各項工序後澆注溼接縫混凝土,然後張拉負彎矩預應力束,拆除臨時支座,使連續梁落座到永久支座上,完成結構由簡支到連續的體系轉換。

先簡支後連續結構體系設計及受力詳解,快跟著學

簡支轉連續結構存在結構體系的轉換過程,

從施工到建成分為兩個階段:

預製簡支構件的安裝架設(簡支階段);內支座區域現澆溼接縫混凝土、預應力鋼筋後期張拉形成完整的連續結構(連續階段)。簡支階段構件承受的是本身自重和前期預加力以及施工荷載等前期荷載;形成連續梁之後,構件還要承受後期恆載、車輛荷載、後期預加力,以及使用階段的其它可變荷載等後期荷載。因此,先簡支後連續結構的受力與簡支梁或者完全的連續梁有較大的差別。主要差別在下面兩個方面:

先簡支後連續結構體系設計及受力詳解,快跟著學

(1)結構變形

在簡支階段由自重、前期預應力筋張拉力、收縮徐變及預應力損失等因素使結構產生的變形, 在溼接縫混凝土澆築及後期預應力筋張拉後, 其變形即被約束。這樣, 前期與後期荷載分別在兩個不同的結構體系下產生變形,且變形互不幹撓。因此, 後期預應力筋張拉後, 結構的線形將更趨平順, 使橋樑保持良好的線性。

(2) 內力及內力重分佈

結構體系轉換過程中, 內力變化比較複雜。在預製裝配為簡支結構時, 混凝土的齡期較早, 收縮與徐變的變形量都較大, 這時的變形結構是靜定體系, 不產生支座反力, 沒有內力重分佈問題。此時支座產生的不均勻沉陷也不產生次內力。在張拉後期預應力筋後, 張拉力對結構內力及截面應力產生影響。在結構形成連續體系之後, 對於收縮、徐變以及支座不均勻沉陷的分析則應按連續梁體系計算, 這時還應考慮其次內力以及內力重分佈等。一般情況下, 從預製張拉、簡支拼裝到形成連續體系要經歷2~3個月以上, 這一期間是混凝土收縮與徐變發生量最大的時期, 結構處於靜定結構狀態, 混凝土的收縮與徐變的影響僅發生結構的變形而不產生次內力。在形成連續體系後, 部分的後期恆載(主要是橋面鋪裝)將會產生徐變次內力, 但是與完全連續梁相比, 其產生的徐變次內力要相應小得多。因此簡支轉預應力連續橋樑在受力效能方面具有優越性, 對混凝土的收縮、徐變, 以及支座不均勻沉陷等影響較小。

中等跨徑橋樑的受力特性之一是可變荷載(主要是汽車荷載)產生的內力佔總荷載內力的比例較大。

圖為T形截面簡支梁,當跨度20~40m時,跨中彎矩中的汽車-超20級荷載產生的彎矩與總荷載彎矩的比(kM=Mp/(MG+Mp))。該簡支梁最大的kM高達約50%。圖為相同截面形式的三跨連續梁跨中彎矩及內支座彎矩的kM值(圖中實線為邊跨跨中的數值,虛線為內支座的數值)。

先簡支後連續結構體系設計及受力詳解,快跟著學

從彎矩比例關係可以看出,

隨著跨徑的增大,汽車荷載產生的彎矩佔總荷載彎矩的比例趨於減小

。對於中等跨徑的橋樑,汽車荷載產生的彎矩約佔總荷載彎矩的30%~50%。意味著結構的內力變化幅度比較大,這對全預應力混凝土結構是不利的。因為當結構按全預應力的要求設計時,為了平衡正常使用極限狀態總荷載產生的內力必須施加較大的預應力、設定較多的預應力鋼筋;當沒有汽車荷載作用時,結構仍然處於高壓應力狀態,因此,

結構的反拱度較大,混凝土的徐變影響也較嚴重,而且徐變變形還將加劇結構的反拱

。先簡支後連續結構體系,其跨中彎矩明顯比簡支結構的彎矩小,而內支座的負彎矩要比完全的連續結構內支座的負彎矩小得多。

根據以往多年的設計經驗初步估算先簡支後連續結構比簡支結構橋樑節約鋼材12。2%左右;先簡支後連續結構橋樑比現澆連續結構橋樑節約施工成本5。6%。

可見先簡支後連續結構不僅結構效能優越,而且經濟效益良好,對於孔數多的大橋、特大橋經濟效益更顯著。

先簡支後結構連續梁橋設計

1、設計思路

①墩項單支座單橫樑先簡支後結構連續梁橋

以簡支梁橋為基礎,針對成橋狀態的先簡支後結構連續梁橋墩項區段將承受負彎矩,在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後,透過墩頂現澆梁溼接頭,同時現澆用以嵌固簡支梁的墩項鋼筋混凝土橫樑,並在負彎矩區段翼板內施加預應力或直接藉助連線相臨跨簡支梁伸出的普通鋼筋而形成。簡支梁橋的支座作為臨時支座,連續實現後拆除臨時支座,將臨時支座反力轉換至永久支座。

②墩頂雙支座單橫樑先簡支後結構連續梁橋

以簡支梁橋為基礎,針對成橋狀態的先簡支後結構連續梁橋墩頂區段將承受負彎矩,在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後,透過墩頂現澆梁溼接頭,同時現澆用以嵌固簡支梁的墩頂鋼筋混凝土橫樑,並在負彎矩區段翼板內施加預應力或直接藉助連線相臨跨簡支梁伸出的普通鋼筋而形成。簡支梁橋的支座即為永久支座。

③墩頂雙支座雙橫樑先簡支後結構連續梁橋

以簡支梁橋為基礎,針對成橋狀態的先簡支後結構連續梁橋墩頂區段將承受負彎矩,在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後,透過在墩頂現澆t梁端橫隔板溼接頭和相臨跨簡支梁翼板和腹板溼接頭,並在負彎矩區段翼板內施加預應力而形成。簡支梁橋的支座即為永久支座。

2、簡支梁構造改進

簡支梁是先簡支後結構連續梁橋的基礎。由於先簡支後結構連續梁橋在服役期的受力行為與簡支梁相差甚遠,所以,需要對普通簡支梁構造進行改進後方能用於先簡支後結構連續梁橋.

①墩頂單支座單橫樑先簡支後結構連續t梁橋

以簡支t梁為基礎,將中墩處端橫隔板底緣改為與t梁底緣齊平,以便於墩頂鋼筋混凝土橫樑澆築和有利於其對t梁的嵌固作用。

將t梁梁肋在橫隔板外的伸出長度最少增至25cm,以便於墩頂鋼筋混凝土橫樑對t梁起嵌固作用。

在端橫隔板靠墩側伸出鋼筋,並在伸出橫隔板的t梁梁肋內預埋向兩側伸出的鋼筋,使其與墩頂鋼筋混凝土橫樑的其他鋼筋連線,增強t梁與墩頂鋼筋混凝土橫樑的整體性。

二次預應力如果未錨於t梁中橫隔板處,應在錨固處增設部分橫隔板(即矮橫隔板),以便改善錨固區域結構受力。

將負彎矩區段的普通t梁翼板增厚3~5cm,以便於預應力管道設定和改善該區域結構受力,有利於預應力體系的耐久性。

t梁翼板、梁肋端面伸出足夠的連線鋼筋。

②墩頂雙支座單橫樑先簡支後結構連續t梁橋

以簡支t梁為基礎,將中墩處端橫隔板底緣改為與t梁底緣齊平,以便於墩頂鋼筋混凝土橫樑澆築和有利於其對t梁的嵌固作用。

將t梁腹板在橫隔板的伸出長度最少增至15cm,以便於t梁與墩頂鋼筋混凝土橫樑形成整體。

在端橫隔板靠墩側伸出鋼筋,增強t梁與墩頂鋼筋混凝土橫樑的整體性。

二次預應力如果未錨於t梁中橫隔板處,應在錨固處增設部分橫隔板(即矮橫隔板),以便改善錨固區域結構受力.

將負彎矩區段的普通t梁翼板增厚3~5cm,以便於預應力管道設定和改善該區域結構受力,有利於預應力體系的耐久性.

t梁翼板、梁肋端面伸出足夠的連線鋼筋。

③墩頂雙支座雙橫樑先簡支後結構連續t梁橋

以簡支t梁為基礎,將中墩處端橫隔板厚度增至40cm,並使端橫隔板底緣與t梁底緣齊平,以利於其整體性.

簡支t梁端部150~200cm範圍,梁肋寬度增至至少50cm。

t梁腹板伸出支座中線至少30cm,確保支承的可靠性。

墩頂兩端橫隔板間的t梁翼板採用等厚結構,厚度增至20cm。

二次預應力如果未錨於t梁中橫隔板處,應在錨固處增設部分橫隔板(即矮橫隔板),以便改善錨固區域結構受力。

將負彎矩區段的普通t梁翼板增厚3~5cm,以便於預應力管道設定和改善該區域結構受力,有利於預應力體系的耐久性.

t梁翼板、梁肋端面伸出足夠的連線鋼筋。

3、總體設計

①先簡支後結構連續梁每聯跨數一般不超過5跨。

②當橋樑跨徑達到30米,橋樑縱坡達到2.5%,且墩高在15米以上,或其他墩梁剛度比適合墩梁固接時,原則上均採用先簡支後剛構連續梁橋,以便減少支座維護、更換等工作。

③對於20米以下跨徑橋樑,原則上均採用先簡支後橋面連續梁橋;對於20米以上跨徑橋樑,墩頂連續和墩梁固接應採用預應力構造,對於20米左右跨徑橋樑,可以採用以預應力空心板為基礎的鋼筋混凝土結構連續設計,但應嚴格限制裂縫寬度。

④支承方式設計

1)雙支座先簡支後結構連續梁橋支座受力不均、可能出現一排支座脫空頻繁出現,支座容易疲勞,影響使用壽命;另外,一排支座脫空還會導致橋墩偏心受壓負擔增大,對橋墩受力不利。另一方面,雙支座先簡支後結構連續梁橋支座支承於預製t梁混凝土結構上,即使墩頂梁端溼接頭混凝土施工以及墩頂二次預應力建立不可靠,導致“連續”失效,一般不至於危機橋樑結構安全(落梁)。同時,雙支座簡支結構連續梁橋施工工序簡單,特別是避免了支座轉換,極大的方便了施工。

2)單支座簡支結構連續梁橋受力體系及力學行為明確,設計不可預見的不利因素少,理應具有更高的可靠性和耐久性。但單支座先簡支後結構連續梁橋支座支承於墩頂梁端溼接頭混凝土結構上,新老混凝土接縫正處於剪力主樑最大的部位,如果墩頂梁端溼接頭混凝土施工以及墩頂二次預應力建立不可靠,可能導致“連續”失效,進而危機橋樑結構安全(落梁)。

3)鑑於目前墩頂梁端溼接頭混凝土施工以及墩頂二次預應力建立質量保證度不高,採用雙支座簡支結構連續梁橋不失為避免出現橋樑結構安全(落梁)的一種措施,但鑑於雙支座簡支結構連續梁橋支座受力不均,可能出現一排支座脫空,從而導致橋墩偏心受壓(負擔增大)的問題的存在,設計中必須考慮支座受力不均、支座受力變化幅度大對支座耐久性以及橋墩受力的影響。

4)按照上述簡支梁構造改進措施,只要墩頂現澆橫樑足夠強大,預製梁嵌入墩頂現澆橫樑在25cm以上,墩頂現澆橫樑鋼筋構造合理,並與預製梁(板)各種伸出鋼筋形成整體,墩頂連續施工(鋼筋混凝土、二次預應力體系)質量得到保證,採用單支座先簡支後結構連續梁橋是合理的。

5)單支座先簡支後結構連續梁橋具有墩項單、雙橫樑之分。從連線可靠、結構耐久、適應曲線橋樑受力需要考慮,宜採用單橫樑方式。

⑤先簡支後結構連續梁橋,必須考慮施工中體系(或支座)轉換、各工序下混凝土齡期的不同,並對各施工步驟中結構的安全提供設計保證。設計考慮的施工工序、流程如下:t梁預製→分批張拉t梁內抵抗正彎矩的預應力鋼束(一期束)→t梁安裝並連線t梁橫隔板→現澆墩頂溼接頭或墩梁固接混凝土→體系(或支座)轉換→張拉抵抗負彎矩的預應力鋼束(二期束) →t梁翼板間現澆帶混凝土澆築→二期恆載施加→成橋。

⑥必須根據成橋目標,按照施工過程進行正裝、到裝結構分析,給出各主要工況下樑、板體及墩頂連續構造的狀態引數(幾何等),以便於施工過程控制。設計要求的引數包括:

1)t梁預製預拱度:根據正裝、到裝結構分析得出.成橋時應具有適應連續梁後期下撓的預拱度。

2)預製t梁存放時間:2個月。

3)墩頂溼接頭澆築及體系轉換實施時間:1個月。墩頂溼接頭實施溫度:一天中溫度最低且變化最小的時段。

4)二期恆載施加時間:1個月。

5)二次預應力張拉時間:最好在t梁翼板問現澆帶或空心板企口混凝土澆築前進行。縱向張拉順序按照結構分析結構確定,一般採用間隔式張拉。

6)二次預應力張拉時混凝土強度:主樑100%,墩項溼接頭、t梁橫隔板等85%。

7)墩頂溼接頭混凝土品質要求:高強度、低收縮、高韌性。其中,3天基長下,標養60天的收縮量控制在350以內。

⑦先簡支後結構連續梁橋設計中應充分考慮混凝土收縮徐變、溫度變化以及基礎不均勻沉降的影響,其中,先簡支後結構連續梁橋需考慮支座更換引起的“強迫”位移對結構的影響。一般情況下,先簡支後結構連續梁橋對中墩考慮o.8~1.2cm的支座強迫位移進行結構分析.

⑧鑑於簡支梁吊裝能力一般不存在困難,同時,二次澆築結構性橋面鋪裝層的質量控制困難,原則上不採用主樑二次澆築成型的設計方案。

⑨基本梁一律採用一次預製成型,裸樑上現澆的混凝土層僅起調平作用,不作為結構性混凝土層(不考慮參與主樑受力),其厚度在8cm以上。當現澆調平層小於6cm時,設定鋼筋網後將可能起到反作用,宜採用柔性纖維混凝土。

⑩簡支t梁翼板橫坡應設計為與橋樑橫坡一致,即使在灣道上也應如此,以便橋樑空間幾何狀態控制。

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4、墩頂溼接頭構造設計

①對於單橫樑單、雙支座先簡支後結構連續梁橋,在上述簡支梁構造改進基礎上,將新澆鋼筋混凝土墩頂橫樑設計為與簡支梁形成整體,並對簡支梁起嵌固作用。構造上,墩頂橫樑與簡支梁同高,以端橫隔板為側模。設定由順蓋梁方向的橫樑主要縱向受力鋼筋(骨架)、簡支梁縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系,設定由上緣縱向抵抗負彎矩預應力鋼筋以及可能因支座沉降需要的下緣縱向預應力鋼筋形成的預應力體系。

②對於雙橫樑雙支座簡支結構連續梁橋,在上述簡支梁構造改進基礎上,設計強大的端橫樑將多片簡支梁形成整體。構造上,端橫樑高度與簡支梁同高,設定由順蓋梁方向的橫樑主要縱向受力鋼筋(骨架)、簡支梁梁肋、翼板縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系,設定由上緣縱向抵抗負彎矩預應力鋼筋以及可能因支座沉降需要的下緣縱向預應力鋼筋形成的預應力體系。

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5、二次預應力體系設計

①預應力根據負彎矩分佈情況分散錨固,錨固點之間距離不小於2米。

②錨固點設在裸梁面上時,施工方便,但錨固齒板尺寸較小,需要精細施工,否則,容易引起錨固齒板高度等幾何尺寸超限,影響後續施工質量,容易出現錨固齒板整體性差,危及預應力錨固效果。

③錨固點設在裸梁面下時,施工較複雜,但由於錨固齒板與梁體為一體,在整體模板下,錨固齒板施工質量以及預應力錨固效果容易得到保證。

④從保證二次預應力體系建立精度、可靠性和耐久性考慮,原則上應採用裸梁面下錨固方式。考慮到上述對簡支梁翼板、頂板已做厚度增厚的改進,也可以採用在翼板、頂板開部分(不穿透)槽口的方式進行錨固。槽口下應設有臨時排水孔。

⑤對於靠近梁肋的預應力柬宜採用塑膠園波紋管成孔,以便確保成孔和壓漿質量。對於其他在考慮翼板、頂板增厚後仍因尺寸原因不能採用園波紋管成孔的,應採用塑膠扁波紋管成孔,同時塑膠扁波紋管的淨空高度應在3cm左右,以保證壓漿質量。

⑥壓漿宜採用真空壓漿。

先簡支後連續橋樑結構驗算

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