连续梁施工技术讲座.ppt

1、苏，兰州交通大学土木工程学院电话QQ:657696760电子邮箱：专题讲座“悬蓝悬臂连续梁桥施工技术简介”、“悬臂浇筑施工方法特点”、“悬臂浇筑施工顺序对结构应力的影响”、“悬臂浇筑施工时结构内力的演变”、“悬臂浇筑施工时的结构变形与调整”、“悬臂浇筑施工时桥梁结构状态误差分析”、“预应力混凝土桥梁悬臂施工得益于预应力混凝土技术的发展”。1945年至1948年，法国预应力之父弗雷西内率先在预应力混凝土桥梁中采用预制悬臂拼装施工方法。此后不久，德国工程师芬斯特瓦尔德(Finsterwald)首创了预应力混凝土挂篮悬臂施工新技术，使预应力混凝土梁桥首次突破了织机跨度。从1

2、950年到1965年的15年间，欧洲建造了300多座跨度超过76m的悬臂预应力混凝土桥梁。至此，悬臂施工法开始在世界其他地方盛行。近30年来，悬臂施工现浇施工技术在世界范围内发展迅速，施工技术日趋成熟。形成悬臂浇筑施工方法，桥梁结构悬臂施工方法从墩顶向两侧对称连续延伸，一次悬臂施工一个梁段，最终完成整个上部结构施工。桥梁结构由各梁段(单块)组成，通过悬臂现浇施工连接成一个整体。悬臂施工的必要条件是保证墩顶和梁体的固结，且墩能承受施工过程中最不利的不平衡弯矩。由于悬臂施工中的负弯矩，必须对梁段的上缘逐段施加预应力，使其与已完成的梁段连成整体。因此，悬臂施工法适用于刚构桥(如丁字刚架桥)、梁桥(如

3、悬臂梁桥和连续梁桥)、连续桁架桥、斜拉桥等类型的桥梁。由于这些桥梁在施工期间的应力状态与运营期间的应力状态相似，因此不会因临时施工需要而增加过多的材料消耗。悬臂浇筑施工方法的特点，主要优点(1)经济有效。对于倾斜的、倾斜的和弯曲的桥梁也更容易调整。设计招标与实际投资的大量对比表明，悬臂施工法比整体施工法可节约工程造价1020元，因此合适的悬臂施工法往往能保证较低的投资。(2)占用桥梁空间小。现场施工条件要求低。有利于现场交通组织和桥位环境保护。(3)施工质量易于保证。由于悬臂施工中浇筑块的局部性，其质量高于整体施工中的散装块。(4)安全可靠。由于悬臂施工技术在整个施工过程中需要多次使用，机器和

4、操作人员都在重复工作，因此具有很高的安全性和可靠性。存在的问题悬臂施工法一般有较复杂和严格的施工程序，要求较先进的机械设备，要求较少但素质较高的劳动力等。更重要的问题是悬臂施工过程中结构应力分析和结构状态控制的复杂性。具体表现为：(1)悬臂施工完成后，结构的受力状态与不同的施工顺序密切相关。因此，确定各施工阶段的结构受力状态和成桥状态就显得尤为重要。然而，整个桥梁的应力状态与施工过程无关。(2)悬臂施工过程中，结构应力系统不断变化，各施工阶段的应力状态相互影响、相互独立，使得施工过程中的结构应力分析更加复杂和重要。为了确保如何消除或修正这些误差，使桥梁的最终受力状态更接近确定的合理状态，是桥梁

5、悬臂施工面临的最大问题。与其他施工方法相比，悬臂施工方法通过进一步改善现有材料(如钢材和预应力混凝土)的特性，选择各种适用范围，发挥各种主要优势，显示出越来越多的优势。如果能够克服悬臂施工过程中的结构应力分析和结构状态控制问题，悬臂施工方法将在更广的应用范围内更具竞争力。悬臂施工法对结构应力的影响大跨度桥梁结构悬臂施工总是经历一个漫长而复杂的施工过程。随着施工阶段的进展，桥梁结构形式或体系、支撑约束、荷载模式等都在不断变化，结构的受力状态也随着各种工况逐渐积累。桥梁施工的目标是使桥梁结构最终成桥状态下的结构应力(包括几何线形和截面内力)达到原来的理想状态。当采用悬臂施工法时，这一目标的实现要复

6、杂得多。主要原因如下：一方面，悬臂施工要经历多个施工阶段，每个施工阶段的结构应力会随着结构体系、约束和荷载的变化而变化；另一方面，在保证桥梁结构几何线形达到预期的竣工状态目标的前提下，施工过程中由于结构体系的不同，会形成不同的超静定结构内力。在结构分析中，各工况或阶段的结构应力分析必须独立进行，中间施工阶段或桥梁最终状态的结构应力是各工况或阶段已完成的结构应力状态的叠加结果。因此，有必要掌握和了解施工阶段和桥梁状态的结构受力性能，以及施工方法和施工顺序对结构受力性能的影响。1)施工方法对成桥截面内力的影响，以等截面三跨连续梁为例，分整体施工法、悬臂施工法、分步施工法、顶进施工法、一次性落架施工

7、法、悬臂分段施工法和分步施工法。、悬臂施工顺序对结构应力的影响B)悬臂施工段的长度(L1=0.33L)是这样选择的，即当悬臂施工段合拢形成三跨连续结构时，完成状态下的结构弯矩正好等于落架的计算结果，如图11b所示)；c)墩顶对称悬臂施工段长度为L1=0.8L，先合拢两边跨，然后吊装长度为0.4L的简支梁合拢中间跨，形成如图1-11c)所示的成桥结构弯矩图；d)从两个桥墩顶部到两侧桥台和中跨的平衡对称悬臂施工。不难发现，虽然采用了相同的悬臂施工方法，但由于施工顺序的改变，已建成桥梁的结构弯矩变化很大。通过选择施工顺序，几乎可以选择整个结构的内力。构造序列a)、，以三跨连续梁悬臂施工为例，阐述了悬

8、臂分段施工过程中结构内力的演变过程。悬臂浇筑施工过程包括在墩顶浇筑0号块，将0号块与墩临时锚固形成刚性连接，可承受一定的不平衡弯矩；从0号块两侧悬臂浇筑梁段，形成静定丁字刚架；边跨梁合拢形成超静定固定端梁；拆除0号块临时锚固，梁结构将由超静定固定端梁过渡到超静定悬臂梁；中跨梁合拢形成最终的三跨连续梁结构。三跨连续梁按上述步骤施工时，其结构内力计算可分为以下四个主要施工阶段。，0.8L，0.4L，0.2L，1) 0 #砌块浇筑，临时加固，0.8L，0.8l、0.4l、0.2l、3)拆除临时固结、0.4l。合拢中跨过程中产生的弯矩、桥梁竣工后的弯矩、结构变形和悬臂施工中的调整在悬臂分段施工中，不仅

9、结构的内力会发生变化，结构变形也会不断变化。以三跨连续梁悬臂施工为例，阐述了分段施工过程中的结构变形和变形调整过程。(1)悬臂施工阶段梁的变形悬臂施工阶段的结构变形主要是静定丁字刚架的挠度，挠度主要由梁的自重、施工荷载、预拉力等因素引起。在施工过程中，需要分析施工各阶段的结构变形，确定成型结构的挠度曲线。图中的虚线表示挠度曲线的包络线，即每个施工阶段悬臂端的变形轨迹。为了克服悬臂施工结束时的这种偏转，可以通过以小角度改变每个梁段的相对角度位置，将悬臂的偏转调整到悬臂施工结束时的理想位置。2)边跨闭合时梁的变形。由于边跨梁的合拢段作用在一端固定(中间支点临时固结墩)另一端简支(边墩或桥台)的超静

10、定固定端梁上，所以边跨合拢时的结构变形可以根据结构弯矩图得到。中跨侧悬臂梁段的角变形相等，可以得到边跨侧原四个悬臂梁段的角变形。为了消除这种变形，也可以采用顺时针小角度改变各梁段相对角位置的方法，在边跨梁体合拢后，将实际结构的变形调整到理想位置。3)拆除临时锚具时的结构变形根据拆除临时锚具时的结构弯矩图，可以得到相应的结构变形。中跨侧悬臂梁截面的角变形也相等；可以得到边跨上原有四个梁段的角变形。为了消除变形，也可以逆时针小角度改变各梁段的相对角位置，在消除临时锚固变形后，将实际结构的变形调整到理想位置。4)中跨梁体合拢时的变形。根据闭合引起的结构弯矩图，可以得到相应的结构变形。为了将三跨连续梁

11、成型后中跨梁体的合拢变形调整到理想位置，可以采用逆时针小角度改变各梁段相对角位置的方法。由于梁之间相对角度位置的调整只能在悬臂施工阶段进行，一旦梁被控制施工顺序直接影响桥梁的结构状态。在每个施工阶段，结构体系和施工荷载是不同的。分段施工的结构状态分析通常包括两个方面：1 .根据各施工阶段的实际结构形式和相应的施工荷载进行严格分析；2.根据实际结构形式和最大施工荷载检查结构。前者用于确定各施工阶段和成桥状态的理想结构状态、理想内力状态和理想几何线形，后者用于检查各施工阶段和成桥状态的实际结构强度、刚度和稳定性要求。结构失稳和稳定性分析的重要性大跨度桥梁的稳定性不仅在成桥状态下非常重要，在分段施工

12、的各个阶段也非常重要。国内外有许多桥梁在施工过程中由于稳定性计算不当或稳定性储备不足而失去稳定性，导致整桥倒塌。最典型的是加拿大的魁北克大桥。1907年，该桥因悬臂端下弦腹板失稳而严重受损，震惊世界。1916年，该桥遭遇了施工过程中的第二次失稳事故。为了记住这座桥历史上的惨痛教训，加拿大土木工程师们仍然在他们的左手手指上戴着那一年的桥梁废墟制成的铁环。1970年，当澳大利亚墨尔本附近的西门大桥正在组装钢箱梁时，由于中跨箱梁的上翼板翘曲，112米跨度的钢梁的整个孔都坍塌了。20世纪80年代，四川省大仙县的一座混凝土斜拉桥在双悬臂施工阶段，由于材料指标低、安全储备严重不足，突然失去整体稳定性，整桥

13、被毁。20世纪90年代末，我国四川周河大桥悬臂体系主梁在吊装过程中也受到过大的轴向压力。目前，桥梁结构在施工过程中的稳定性计算已经引起了人们的足够重视。随着计算能力和监测手段的不断提高，桥梁结构稳定性验算和分段施工稳定性监测的准确性有了很大提高。然而，我国现行桥梁规范并未详细列出各种分段施工方法的稳定性验算内容。此外，稳定与安全系统是衡量桥梁结构在施工过程中稳定性的一个重要参数，但在现行规范中没有明确定义。在国外，日本道路协会规范和美国公路学会规范中关于分段施工的稳定性检查内容和安全系数总结如下表，以供参考。强度破坏和应力验算桥梁结构的强度关系到桥梁的安全性和经济性，与稳定性问题同等重要，特别是在分段施工过程中，需要跟踪计算结构在各个施工阶段的内力或应力，使得强度计算更加复杂。中国许多桥梁在施工阶段都存在这样或那样的强度问题，如：1994年，上海市内环路高架道路上的一座连续梁桥主梁结构刚合拢时，腹板出现了严重的斜裂缝，结构刚度明显下降，跨中挠度异常，采取预应力筋等加