中南混凝土连续梁桥.ppt

混凝土连续梁桥,第一节 连续梁桥的体系与构造特点 第二节 连续梁桥常用施工方法 第三节 连续梁桥内力计算 第四节 预应力次内力计算 第五节 徐变、收缩次内力计算 第六节 基础沉降引起的次内力计算 第七节 温度应力计算 第八节 连续梁实例,第一节 连续梁桥的体系与构造特点,1. 体系特点 2. 构造特点 3. 常见的连续梁桥结构形式,1. 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； 由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大； 超静定结构，对基础变形及温差荷载较敏感； 行车条件好。,2.构造特点 2.1 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、中跨度连续梁 边跨为0.50.8中跨 等跨布置中小跨度连续梁 短边跨布置特殊使用要求,2.2 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，如局部多肋式箱形截面,2.3 梁高,2.4 腹板及顶、底板厚度 顶板：满足横向抗弯及纵向抗压要求。 一般采用等厚度，主要由横向抗弯控制 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。 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。 横隔板：一般在支点截面设置横隔板。,2.5 预应力钢筋 2.5.1 预应力筋分类： 按走向：纵向力筋、横向力筋和竖向力筋 按位置：分为顶板筋、底板筋、腹板筋（竖筋） 按形状：直筋、弯筋、平面筋、空间筋等 按受力特性：分为正弯矩筋、负弯矩筋、抗剪筋等 按使用时间长短：分为永久性筋和临时筋 按布置在混凝土体内或体外：分为体内筋和体外筋 按与混凝土是否有粘结：分为有粘结筋和无粘结筋,预应力钢筋动画,2.5.2 预应力筋布置 连续配束： 中、小跨度等截面连续梁桥中采用；连续跨数不宜过多。,分段配筋： 适用于大跨度变截面连续梁（刚构）桥，特别是采用分段施工的情况。,预应力钢筋的逐段接长： 由于力筋供料长度、施工方法和结构受力等方面的原因，有时需要采用连接器把主筋对接或逐段加长。,体外布筋：指把力筋布置在主梁截面以外的箱内外，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。,2.5.3 横向预应力钢筋和竖向预应力钢筋 横向布筋在箱梁结构中，若两腹板间距过大或悬臂板外挑过长，就需要对箱梁顶板施加横向预应力。 竖向布筋当腹板混凝土、普通钢筋、纵向下弯力筋等不足以抵抗荷载剪力时，就需要在腹板内布置竖向力筋。竖向力筋一方面可以提高截面的抗剪能力，另一方面也可以与挂篮施工配合，作为后锚钢筋。,3. 常见的连续梁桥结构形式 3.1 等高度连续梁 构造简单、施工方便，主要适用于小、中等跨度桥梁。,3.2 变高度连续梁 变高度梁符合梁的内力分布规律；适合于采用悬臂施工；线形美观，增大了桥下净空。,3.3 连续刚构桥 利用主墩的柔性适应桥梁纵向变形，适合于高墩大跨。,3.4 V型墩连续梁桥 结构轻巧美观，工程量较省，但是斜撑结构设计及施工复杂。,3.5 桁架连续梁桥 重量轻、节省材料、刚度大、跨越能力强。构造及施工工艺复杂。 以预应力混凝土作为受拉（或拉压）杆件，非预应力的钢筋混凝土作为受压杆件组成。一般先预制杆件，就地浇筑混凝土节点，再在受拉杆件中加预应力；或预制桁段，拼接后再加预应力。,第二节 连续梁桥常用施工方法,1. 满堂支架现浇 2. 简支变连续 3. 逐跨施工现浇、拼装 4. 顶推施工 5. 悬臂施工现浇、拼装,满堂支架现浇 在支架上架立模板、绑扎钢筋、灌注混凝土的施工方法。适用于中、小跨度的连续梁桥。 简便可靠，对机具和起重能力要求不高；施工中不出现体系转换，需要较多的支架。,满堂支架现浇,2. 简支变连续,体系转换：桥梁结构在最终形成之前，曾经历过以不同的结构体系（如简支、悬臂、连续等）承受当时作用在其上的恒载的各施工阶段。若施工中存在体系转换，则按最终体系计算得到的结构恒载内力和变形，就不同于按各阶段的体系计算得到的恒载内力和变形的叠加值。,3.逐跨施工 将支架和模板在桥跨内进行现浇施工，待混凝土达到一定强度后脱模，并将整孔模架前移至下一浇筑桥孔，如此有节奏地逐孔推进直至全桥施工、完毕。 适用于跨径2050m的等跨和等高度连续梁桥施工。,4.顶推施工 顶推法的施工原理是沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地，分节段浇筑或拼装混凝土梁身，并用纵向预应力筋连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与四氟乙烯模压板特制的滑动装置，将梁逐段向对岸顶进，就位后落梁，更换正式支座，完成桥梁施工。 顶推法主要应用于等截面连续梁。 单向顶推、双向顶推、单点顶推、多点顶推。,顶推施工,5 悬臂施工 梁部施工从桥中间墩处开始、按对称方式逐步接长并悬出梁段至合龙的施工方法。 施工支架和临时设备少，施工时不影响桥下通航、通车，也不受季节、河道水位的影响，并能在大跨度桥上采用。 悬臂灌注法和悬臂拼装法。,悬臂施工动画,第三节 连续梁桥内力计算,1. 恒载内力 2. 活载内力 3. 超静定次内力计算 4. 变形计算,1. 恒载内力 必须考虑施工过程中的体系转换，不同荷载作用在不同的体系上。 1.1 满堂支架现浇施工 所有恒载直接作用在连续梁上。,1.2 简支变连续施工 一期载作用在简支梁上，二期恒载作用在连 续梁上。,1.3 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。,1.4 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。,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,1.5 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,2.活载内力 2.1 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。 2.2 横向 箱梁专门分析 多梁式横向分布系数计算，等刚度法,3. 超静定次内力计算 3.1 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)。 3.2 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。,4. 变形计算 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 根据恒载及活载变形设置预拱度大跨径时必须专门研究大跨径桥梁施工控制 预拱度设置：,第四节 预应力次内力计算,1.基本概念 2.用力法求解预应力次力矩 3.线性变换与吻合束 4.等效荷载法,1. 基本概念 预应力初弯矩： 预应力次弯矩： 总预矩：,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,2. 用力法求解预应力次力矩,1、直线配筋,力法方程 变位系数 赘余力 总预矩,3. 线性变换与吻合束,3.1 线性变换 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，总预矩不变。,改变e在中支点所增加(或减少)的初预矩值，与预加力次力矩的变化值相等，而且两者图形都是线性分布，因此正好抵消。,3.2 吻合索 调整预应力束筋在中间支点的位置，使预应力筋重心线线性转换至压力线位置上，预加力的总预矩不变，次力矩为零。 次力矩为零时的配束称吻合索。,多跨连续梁在任意荷载作用下,结论： 按外荷载弯矩图形状布置预应力束即为吻合束， 吻合束有任意多条。,4. 等效荷载法,把预应力束筋和混凝土视为相互独立的脱离体，预加力对混凝土的作用可以用等效荷载代替。,4.1 在梁端部 轴向力 竖向力 力矩,4.2 在梁内部 初预矩图为曲线时产生均布荷载 初预矩图成折线时产生集中力,4.3 初预矩与总预矩 将等效荷载作用在基本结构上可得初预矩； 将等效荷载直接作用在连续梁上可得总预矩； 如果等效荷载直接作用在连续梁上支反力等于0，此时为吻合束； 只有改变预应力束曲率半径或梁端高度才能改变总预矩。,第五节 徐变、收缩次内力计算,1.徐变、收缩理论 2.徐变、收缩量计算表达 3.结构因混凝土徐变引起的变形计算 4.结构因混凝土徐变引起的次内力计算 5.结构因混凝土收缩引起的次内力计算,1. 徐变、收缩理论 收缩与荷载无关 徐变与荷载有关 收缩、徐变与材料、配合比、温度、湿度、截面形式、护条件、混凝土龄期有关,1.1 混凝土变形过程 收缩 弹性变形 回复弹性变形 滞后弹性变形 屈服应变 （塑性变形）,1.2 收缩徐变的影响,结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度； 徐变会增大偏压柱的弯曲，由此增大初始偏心，降低其承载能力； 预应力混凝土构件中，徐变和收缩会导致预应力的损失； 徐变将导致截面上应力重分布（钢筋与混凝土间）。 对于超静定结构，混凝土徐变将导致结构内力重分布，即引起结构的徐变次内力。 混凝土收缩会使较厚构件的表面开裂。,1.3 线性徐变,当混凝土棱柱体在持续应力不大与0.5Ra时，徐变变形与初始弹性变形成线性比例关系 徐变系数徐变与弹性应变之比,2. 徐变、收缩量计算表达,2.1 实验拟合曲线法 建立一个公式，参数通过查表计算。 各国参数取法不相同，常用公式有： CEBFIP 1970年公式； 联邦德国规范1979年公式； 国际预应力协会（FIP）1978年公式我国采用的公式；,2.2 徐变系数数学模型 1）基本曲线Dinshinger公式,在加载初期徐变较大 随时间增长逐渐趋于稳定,2）徐变系数与加载龄期的关系,老化理论： 不同加载龄期的混凝土徐变曲线在任意时刻t(t)，徐变增长率都相同。,随着加载龄期的增大，徐变系数将不断减小，当加载龄期足够长时徐变系数为零。 该理论较符合新混凝土的特性。,将Dinshinger公式应用于老化理论,先天理论： 不同加载龄期的混凝土徐变增长规律都一样。,混凝土的徐变终极值不因加载龄期不同而异，而是一个常值。 该理论较符合加载龄期长的混凝土的特性。,混合理论： 对新混凝土采用老化理论，对加载龄期长的混凝土采用先天理论,3.结构因混凝土徐变引起的变形计算,3.1 基本假定 不考虑钢筋对混凝土徐变的约束作用 混凝土弹性模量为常数 线性徐变理论,3.2 应力不变条件下的徐变变形计算 应力应变公式 变形计算公式,静定结构可以满足应力不变的条件 一次落架结构可以直接按该式计算 分段施工结构要考虑各节段应力是分多次在不同的龄期施加的,3.3 应力变化条件下的徐变变形计算,1）应力应变公式 时刻的应力增量在t时刻的应变,从0 时刻到 t 时刻的总应变,2）时效系数 利用中值定理计算应力增量引起的徐变,时效系数,从0 时刻到 t 时刻的总应变,3）松弛系数通过实验计算时效系数 松弛实验,松弛系数通过实验数据拟合,令,近似拟合松弛系数,令折算系数,换算弹性模量,徐变应力增量,4）变形计算公式,5）微分变形计算公式 应力应变微分关系,dt时段内的微变形,4.结构因混凝土徐变引起的次内力计算,计算变形时次内力为未知数，必须通过变形协调条件计算 计算有两种思路：微分平衡、积分平衡,4.1 微分平衡法（Dinshinger法）,1）微分平衡方程 赘余力方向上,微分平衡方程,徐变稳定力,2）简支变连续,按老化理论,解微分方程得：,徐变稳定力,3）其它施工方法,按老化理论,解微分方程得：,4）一次落架施工,解微分方程得：,一次落架施工连续梁徐变次内力为零。,5）各跨龄期不同时,按老化理论,以梁段的时间为基准t，则梁段加载时间历程为t=t+1,令,解得：,解得：,6）多跨连续梁,7）预应力等效荷载徐变次内力 由于徐变损失，预加力随着时间变化，引用平均有效系数C C=Pe/Pp Pe徐变损失后预应力钢筋的平均拉力； Pp徐变损失前预应力钢筋的平均拉力,4.2 换算弹性模量法(Trost-Bazant法),1）平衡方程 赘余力方向上,2）一次落架时,3）各跨龄期不同时,4）多跨连续梁,5. 结构因混凝土收缩引起的次内力计算,5.1 收缩变化规律 假设混凝土收缩规律与徐变相同,收缩终极值,5.2 微分平衡法（Dinshinger法）,位移微分公式,收缩产生的弹 性应变增量,收缩应变增量,收缩产生的应力状态的 徐变增量，初始应力为0,位移微分平衡方程,5.3 换算弹性模量法,位移公式,收缩应变,收缩产生的弹性变形与徐变变形,位移平衡方程：,收缩产生的徐变次内力,收缩产生的弹性次内力,第六节 基础沉降引起的次内力计算,1. 沉降规律 2. 变形计算公式 3. 力法方程,1. 沉降规律 假定沉降规律与徐变相同,沉降终极值,沉降速度系数,2.变形计算公式 变形过程 瞬时沉降长期沉降（沉降+徐变）,瞬时沉降弹性 及徐变变形,沉降徐变 增量变形,沉降弹性 增量变形,后期沉降 自身变形,3. 力法方程,墩台基础沉降规律与徐变变化规律相似时,墩台基础沉降瞬时完成时,徐变使墩台基础沉降的次内力减小,第七节 温度应力计算,1.温度变化对结构的影响 2.自应力计算 3.温度次应力计算 4.温度场,1. 温度变化对结构的影响 产生的原因：常年温差、日照、砼水化热 常年温差：构件的伸长、缩短； 连续梁设伸缩缝 拱桥、刚构桥结构次内力 日照温差：构件弯曲结构次内力； 线性温度场次内力 非线性温度场次内力、自应力,线性温度梯度对结构的影响,非线性温度梯度对结构的影响,温度梯度场,2. 自应力计算,温差应变 T(y)=T(y),平截面假定 a(y)=0+y,温差自应变 (y)=T(y)-a(y)=T(y)-(0+y),温差自应力 s0(y)=E(y)=ET(y)-(0+y),截面内水平力平衡,求解得,截面内力矩平衡,3. 温度次应力计算,力法方程 11x1T1T0,温度次力矩,温差