植入式桥面连续构造演示文稿

植入式桥面连续构造演示文稿现在是1页\一共有63页\编辑于星期三优选植入式桥面连续构造现在是2页\一共有63页\编辑于星期三研究背景2008年底，我国已建桥梁59.46万座，年增1.5万座664公里桥梁。2008年底，浙江省国省道共有桥梁8396座，计91.96万米。已建成的桥梁中70%以上是简支梁桥。桥面连续是简支梁桥的重要构造措施，对桥梁受力性能和使用性能改善、减低桥梁维护费用、确保道路交通的畅通具有重要意义。现在是3页\一共有63页\编辑于星期三桥面连续的作用构造：多孔简支梁用桥面铺装层将接头连接成为一体，省去相邻跨桥梁之间的伸缩缝。作用：在不改变简支桥梁受力条件下为车辆提供连续、平稳的行车道。应用：我国自20世纪70年代问世以来，受到工程界广泛欢迎，应用普遍。现在是4页\一共有63页\编辑于星期三桥面连续破损状况根据浙江省8条高速公路2750座桥梁初步调查，有170座桥梁存在明显桥面连续破损病害；根据金丽温高速公路金丽段和温州西过境段的详细调查，在被调查的298座桥梁中有134座桥梁在桥面连续部位开裂，占被调查桥梁数的45.0%，开裂的桥面连续数量共417条，占病害桥梁桥面连续1858条的22.4%，为全部4132条桥面连续的10.1%。浙江省70%以上桥梁都存在盖梁、台帽水侵害。现在是5页\一共有63页\编辑于星期三桥面连续破损带来的影响影响行车舒适性和增大车轮冲击作用，现在是6页\一共有63页\编辑于星期三桥面连续破损带来的影响导致桥墩水侵蚀，影响下部结构的耐久性，此处增加照片现在是7页\一共有63页\编辑于星期三桥面连续破损带来的影响提高养护成本、对交通正常通行影响大。现在是8页\一共有63页\编辑于星期三研究目的在总结传统桥面连续结构存在的问题基础上，提出新型桥面连续结构，避免桥面连续部位开裂，确保行车安全性和舒适性，解决因桥面连续部位开裂引起的桥墩、盖梁水侵害问题，提高公路桥梁的使用寿命。现在是9页\一共有63页\编辑于星期三研究内容提出新的桥面连续—植入式桥面连续(ECS)结构通过有限元理论计算分析、足尺模型试验、实际应用三个方面的研究，验证新型桥面连续构造的优越性经济性分析结构优化设计提出设计、施工规定和施工工艺，为推广研究成果的应用创造条件现在是10页\一共有63页\编辑于星期三传统桥面连续装置及存在的缺点问题8-10cm厚度内共有5层钢筋，钢筋过于密集、混凝土浇筑质量难以保证。钢筋没有形成钢筋骨架，施工时容易移位、变形.底部橡胶隔离层很薄，在混凝土浇筑时损坏、混凝土落底。设计施工方面：现在是11页\一共有63页\编辑于星期三传统桥面连续装置及存在的缺点问题桥面连续结构的上、下缘长期处于弯拉、弯剪或弯压的复杂应力状态之中。截面薄弱，在车辆荷载和温度梯度荷载作用下混凝土容易开裂。受力方面：两端切缝型桥面连续受力变形温差效应车辆荷载现在是12页\一共有63页\编辑于星期三国内外研究现状

英国：ECC桥面连续构造日本：CFRP的桥面连续构造现在是13页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计新型桥面连续构造设计要点：使应变被分散、分布均匀，减小应力水平避免上层沥青混凝土出现反射裂缝增强了排水功能，杜绝桥墩水侵害保证施工质量，防止混凝土浆液下渗透水埋入钢筋橡胶层排水管现在是14页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计现在是15页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计考虑以下5种工况:1）简支梁在整体温度变化下引起的收缩或伸长。所产生的应力计为σw。2）汽车制动力引起的桥面连续部位拉、压应力。所产生的应力计为σz。3）车道荷载满布相邻两跨时引起的下挠转角效应，转角变形将使连续部位产生上缘受拉下缘受压的弯曲应力。所产生的应力计为σq。4）梯度温度作用中的正温差将引起梁端上挠转角效应，导致上缘受压、下缘受拉；反温差效应正好与之相反。所产生的应力计为σt。5）车轮荷载作用在桥面连续处引起的局部受力效应。所产生的应力计为σj。现在是16页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计下列三种工况下应力较小□

简支梁在整体温度变化下引起的收缩或伸长（工况1）

σw=83.48kN/（0.062*1）=1346.5kPa=1.35Mpa

□汽车制动力引起的桥面连续部位拉、压应力（工况2）

σz=282.9×10-3/13/0.08=0.27MPa

□车轮荷载作用在桥面连续处引起的局部受力效应（效应5）

σj：上缘应力为0.6MPa，下缘应力为-1.2MPa

现在是17页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计下列2种工况下起控制作用□车道荷载满布相邻两跨时引起的下挠转角效应（工况3）

□梯度温度作用引起上挠转角效应、下挠转角效应（工况4）

现在是18页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计2种工况下应力□通过分析找到转角效应最大的跨径：10m跨空心板常用型式简支梁在公路I级车道荷载作用下的最大梁端转角序号类别跨径（m）桥宽（m）梁高（cm）梁宽（cm）横向分配系数转角（弧度）1空心板1013451250.32241.93×10-321313601250.30261.48×10-331613801250.28581.07×10-342013901250.22901.28×10-35小箱梁2513140024000.61401.12×10-36T梁5013260023850.64801.74×10-3现在是19页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计2种工况下应力汽车荷载作用下桥面连续构造应力（单位：MPa）部位一跨作用qk+Pk，邻跨作用qk一跨作用qk，邻跨作用qk刚接板式ECS刚接板式ECS上缘-11.4-6.2-5.2-1.4下缘21.07.19.61.5部位正温差作用反温差作用刚接板式ECS刚接板式ECS上缘15.94.4-8.0-2.2下缘-29.2-4.714.82.4梯度温度作用下桥面连续构造应力（单位：MPa）

采用Midas6.11计算：□车道荷载下最大的梁端转角：1.404×10-3rad和0.418×10-3rad；□

正温差效应的转角是1.27×10-3rad，反温差效应的转角是-6.37×10-4rad；现在是20页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造设计

希望大幅减小应力水平，避免上层沥青混凝土反射裂缝形成

保证上部混凝土层的厚度

满足设计规范对各种构造尺寸的要求

施工方便

节约成本ECS装置构造尺寸的优化选择

结论：钢筋直径为8mm；橡胶厚度13~16mm、宽度430mm

现在是21页\一共有63页\编辑于星期三有限元计算分析计算对象：三种方案，A、C为ECS式，两者之间的构造细节不同，D为传统形式计算模型：完全模拟实际构造，并考虑板梁的支座变形影响材料特性：根据实际使用材料设定参数现在是22页\一共有63页\编辑于星期三两跨20m跨度单片板梁为计算对象计算模型的细部桥面连续部计算模型采用大型有限元程序ABAQUS6.5

现在是23页\一共有63页\编辑于星期三荷载工况：考虑可能的荷载、按规范取值工况考虑的荷载备注1车道荷载按公路-I级取值2温度正梯度按公路规范铺装8cm厚沥青混凝土3温度负梯度按公路规范铺装8cm厚沥青混凝土4整体升降温±30℃5局部车轮荷载施加重车的轮荷载6制动力工况按公路规范设定7组合工况I上缘最大拉应力8组合工况II下缘最大拉应力现在是24页\一共有63页\编辑于星期三工况组合Ⅰ计算结果1）最大主拉应力减小2）应力分布均匀方案一A

最大主拉应力11.52MPa方案一C

最大主拉应力12.93MPa方案二D

最大主拉应力16.23MPa现在是25页\一共有63页\编辑于星期三工况组合Ⅰ计算结果1）最大主压应力减小2）应力分布均匀方案一A最大主压应力6.649MPa方案一C最大主压应力6.568MPa方案二D最大主压应力26.91MPa现在是26页\一共有63页\编辑于星期三工况组合Ⅱ计算结果1）最大主拉应力减小2）应力分布均匀方案一A

最大主拉应力8.019MPa方案一C

最大主拉应力7.853MPa方案二D

最大主拉应力25.800MPa现在是27页\一共有63页\编辑于星期三工况组合Ⅱ计算结果1）最大主压应力减小2）应力分布均匀方案一A

最大主压应力5.443MPa方案一C

最大主压应力8.352MPa方案二D

主压应力最大为11.98MPa现在是28页\一共有63页\编辑于星期三混凝土主拉应力计算结果汇总表(MPa)序号工况方案一A方案一C方案二D结果比较1车道荷载6.1286.6219.138方案一A主拉应力最小2温度正梯度5.3044.90321.920

方案一C主拉应力最小3温度负梯度3.6794.7846.331

方案一A主拉应力最小4整体降温2.8163.9123.146方案一A主拉应力最小5局部车轮荷载5.0855.5595.669方案一A主拉应力最小6制动力0.2240.1740.218方案一C主拉应力最小7工况组合Ⅰ11.5212.9316.23方案一A主拉应力最小8工况组合Ⅱ8.0197.85325.800方案一C主拉应力最小现在是29页\一共有63页\编辑于星期三足尺试验研究试验时间：2009年6月8日。试验对象：A、C、D三种类型连续构造，跨度16m。加载工况：温度梯度和车道荷载，根据梁端转角相等条件模拟。如温度梯度按规范计算T1=16.4℃，T2=5.98℃，对应梁端转角为0.001278°，按几何关系在梁远端顶升4cm。现在是30页\一共有63页\编辑于星期三现在是31页\一共有63页\编辑于星期三模拟温度梯度模拟车道荷载现在是32页\一共有63页\编辑于星期三温度梯度模拟试验结果对比A方案，顶升至5.0cm时，桥面一侧出现细裂缝C方案，顶升至2.0cm时，桥面一侧出现细裂缝D方案，顶升至2.5cm时，桥面一侧出现细裂缝现在是33页\一共有63页\编辑于星期三桥面压应变比较A方案和C方案的压应变比D方案大现在是34页\一共有63页\编辑于星期三车道荷载模拟试验结果对比方案A：细裂缝现在是35页\一共有63页\编辑于星期三方案C：裂缝比较集中桥面侧面现在是36页\一共有63页\编辑于星期三方案D：更粗的集中裂缝现在是37页\一共有63页\编辑于星期三ECS桥面的拉应变相对较小桥面拉应变比较现在是38页\一共有63页\编辑于星期三试验结果桥面连续结构是桥梁最薄弱的截面，在温度梯度以及车道荷载作用下容易开裂。在温度梯度条件下，A方案的桥面连续的开裂变形（抬升量）比其他两个方案大。在车道荷载作用下，A方案能够将裂缝分散成多条细裂缝，而其他两种方案均为集中粗裂缝。现在是39页\一共有63页\编辑于星期三工程应用新仓公铁立交桥为双幅桥梁，全长713.771m，全宽26.0m。跨径布置为：6×16+3×16+30+20+5×20+2×20+30+2×20+5×20+5×20+5×20m单幅横向布置为：0.5(护栏)+11.5(行车道)+1m(护栏+分隔带)。上部结构为后张法预应力混凝土空心板，桥面设10cm厚40号水泥混凝土和8cm厚中粒式沥青混凝土，空心板采用C50混凝土。现在是40页\一共有63页\编辑于星期三桥梁在使用过程中出现桥面连续部渗水等病害，本课题研究结合本桥的加固施工，选择部分连续部位对ECS的使用性能进行检验。现在是41页\一共有63页\编辑于星期三测点布置及传感器设置选择10个截面由于埋置误差较大，实测数据非常随机本课题采用荷载试验结果来检验其有效性桥面连续装置类型对应桥墩号A方案（植入式）15#、23#、27#B方案（植入式）14#、24#、28#C方案（植入式）25#、29#D方案（传统）22#、30#合计10处现在是42页\一共有63页\编辑于星期三试验工况静载试验工况工况一、二、三、四纵向按连续桥面墩顶处最大负弯矩(支点最大角位移)横向偏载，试验截面分别为27#墩、28#墩、29#墩、30#墩加载位置现在是43页\一共有63页\编辑于星期三27号墩测点布置现在是44页\一共有63页\编辑于星期三28号墩测点布置现在是45页\一共有63页\编辑于星期三29号墩测点布置现在是46页\一共有63页\编辑于星期三30号墩测点布置现在是47页\一共有63页\编辑于星期三应变读数结果比较（με）位置A(27号墩)B(28号墩)C(29号墩)D(30号墩)应变测点号应变测点号应变测点号应变测点号接缝附近112W01110W0954W17----34W0237W1046W18----30W0328W1132W19----14W0420W1244W20----接缝处26W0536W1341W2160W2530W0629W1448W2247W2635W0727W1528W2355W2712W0827W1635W2428W28现在是48页\一共有63页\编辑于星期三结构外观检查采用ECS构造的连续缝没有渗水传统构造的连续缝发现渗水虽然使用时间只有1年，结果已证明了有效性更多的检查资料请参照研究报告附录现在是49页\一共有63页\编辑于星期三采用ECS构造的连接缝没有开裂现在是50页\一共有63页\编辑于星期三采用传统构造的连接缝发现裂缝现在是51页\一共有63页\编辑于星期三2009-8-17，大雨后30号墩D方案盖梁一处水侵害

现在是52页\一共有63页\编辑于星期三施工过程凿除原有桥面连续桥面连续范围找平置平ECS，钢筋除锈安装ECS将排水管伸出护栏外

现在是53页\一共有63页\编辑于星期三钢筋绑扎、焊接浇筑桥面连续混凝土现在是54页\一共有63页\编辑于星期三经济性分析采用ECS构造：每道建安费12753元，使用期50~60年。采用传统桥面连续构造：每道建安费6570元，4年使用期限，更新费13270元（包括施工封道影响）。采用伸缩装置：每道建安费14343元，橡胶条10年使用期限，每次更换费1700元（包括施工封道影响）。采用先简支后连续构造：每道费用总计为50520元，使用期100年。以一座10跨20m正交简支桥梁为例：共设8道桥面连续构造，桥面净宽12m，20年使用期。现在是55页\一共有63页\编辑于星期三经济性比较结果栏目类型一次建设成本20年内维修次数20年内维修费用总计费用采用ECS连续构造10.20010.2采用传统桥面连续构造5.3553.158.4采用伸缩装置11.511.412.9采用先简支后连续构造40.40040.4总计费用比较采用ECS构造比传统桥面连续构造节约48.2万元，比先简支后连续构造节约30.2万元现在是56页\一共有63页\编辑于星期三结论根据本课题研究结果，得到以下几点结论：1）ESC构造解决了桥面连续处渗水问题，可以提高下部结构的耐久性。2）计算分析表明，在设计荷载作用下ESC构造的主拉应力低于传统装置。3）模型试验证实了植入式桥面连续构造具有分散裂缝的效果。4）实桥应用进一步验证了ESC构造的有效性。5）经济指标分析表明，ESC构造较传统的桥面连续构造在施工、养护总成本上有较大降低。6）提出相应的施工工艺和优化设计结果。7）根据施工便利性、受力特性，推荐方案A在工程中推广应用。现在是57页\一共有63页\编辑于星期三建议和展望在浇筑的混凝土中掺入含量0.8～1.6kg/m3

的网状聚丙烯纤维，对提高桥面连续构造的工作性能将会有较大帮助。通过实际应用效果的跟踪调查，进一步优化、完善桥面连续构造。现在是58页\一共有63页\编辑于星期三创新点ECS构造为国际首创。ECS构造使得桥面连续部位变形分散、应力减小。解决的下部桥墩水侵害问题，增加了桥梁耐久性。现在是59页\一共有63页\编辑于星期三ECS构造的使用规定和施工方法提出了ECS构造的设计、施工规定和施工工艺：

1）E