哈工大大跨度预应力混凝土连续梁桥考试要点共26页文档.docx

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四章施工

随着世界各国技术、经济的进步，交通量的猛增和人们物质文化要求的提高，对道路和桥梁的要求也越来越高。

就桥梁而言主要表现为：

（1）对桥梁功能要求越来越高，如桥梁跨越能力、通过能力、承载能力等；

（2）对桥梁造型的艺术要求越来越高，特别是城市桥梁，往往被作为城市的特征，其建筑造型成为重要的评价条件；

（3）对桥梁的环保要求越来越高，如对行车污染和噪声限制，文明施工等；

（4）对桥梁的施工速度、施工质量和管理水平的要求有所提高，施工中普遍采用大型机具设备快速施工。

施工技术的发展和进步表现在以下几个方面：

（1）对于中小跨桥梁构件更多地首先考虑工厂预制，采用装配式结构。

（2）悬臂施工技术在建造大跨径桥梁中应用最多，施工效率较高

（3）桥梁机具设备向着大功能、高效率和自动控制的方向发展

（4）依据桥梁结构的体系、跨径、材料和结构的受力状况，可以更方便、合理地选取最适合的施工方法。

施工方法简介

桥梁的施工可分为整体施工、分段施工、转体施工和劲性骨架施工四大类。

（1）整体施工：

有支架施工（满堂支架施工或一次落架施工）

（2）分段施工：

悬臂施工、逐孔施工、逐段施工、顶推施工

（3）转体施工

（4）劲性骨架法施工

施工方法与设计的关系

（1）施工过程中，常出现体系转换，因此施工阶段的应力、变形必须在设计中予以考虑。

（2）不同的施工方法，在施工各阶段的内力不同，有时结构的控制设计出现在施工阶段，故不能将设计与施工分开。

（3）施工方法的选择应符合设计的要求，形成设计、施工相互配合，相互促进发展。

4.2有支架就地浇注施工

一、施工方法及特点

在支架上安装模板，绑扎、安装钢筋骨架，预留孔道，在现场浇注混凝土，并施加预应力，然后一次卸落支架。

适宜跨径：

20～60m。

特点：

1、施工平稳可靠，不需大型起重设备，施工方便；

2、桥梁整体性好，施工中无体系转换，不产生恒载徐变二次力；

3、需大量施工支架，跨河搭设影响通航、泄洪，跨路搭设影响交通；

4、施工期长，施工费用高，施工占用场地大，管理复杂。

二、支架

1、对支架的要求

（1）承受恒载，需足够的强度、刚度，支架的基础要可靠；

（2）在河道中的支架要充分考虑洪水和漂流物的影响；

（3）支架在受荷后有变形和挠度，在安装前要有充分的估计和计算，在安装时要留出预拱度；

（4）卸架时应对称、均匀，不应使主梁发生局部受力。

2、支架形式

（1）支柱式支架：

构造简单，用于陆地、不通航河道，以及桥墩不高的小跨径桥。

（2）梁式支架：

采用工字型钢、钢板梁或钢桁梁；

（3）梁支柱式支架：

用于大跨桥梁，梁支撑在墩台、临时支架或临时墩上，形成多跨连续支架。

三、施工顺序

1、小跨径桥：

从一端向另一端浇注；

2、大跨径桥：

分段浇注

（1）水平分层施工：

底板－>腹板－>顶板

（2）分段施工：

根据施工能力，每隔20～25m设连接缝，一般在弯矩较小的区域分段，连接长度1m左右，待各段混凝土浇注完成后，再在合拢处浇注。

四、恒载内力计算

按成桥后的最终体系，一次性计算由主梁混凝土自重、二期恒载等产生的内力。

4.3悬臂施工法

一、施工方法及特点

1、施工方法

从桥墩开始对称地、不断悬出接长的施工方法。

分为悬臂浇注法和悬臂拼装法。

悬浇法：

最常用的是采用挂篮悬臂浇筑施工，在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后张拉预应力筋，移动挂篮继续进行施工，使悬臂不断接长，直至合拢。

悬拼法：

用吊机将预制梁端在桥墩两侧对称起吊，安装就位后，张拉预应力筋，使悬臂不断接长，直至合拢。

2、特点

（1）不需大量支架和大型临时设备，不影响桥下通航、通车，不受季节、洪水影响，不受跨数限制。

（2）施工过程体系转换较多，施工计算复杂。

（3）对连续梁，施工时需采取临时的墩梁固结措施，待合拢后恢复。

二、挂篮

挂篮的构造形式很多，通常由承重梁、悬吊模板、锚固装置、行走系统和工作平台几部分组成。

挂篮的功能是：

支承梁段模板，调整位置，吊运材料机具，浇筑混凝土，拆模和在挂篮上进行预应力张拉工作。

挂篮除强度应保证安全可靠外，还要求造价省，节省材料，操作使用方便，变形小，稳定性好，装拆移动灵活和施工速度快等。

挂篮重量一般在60～200t之间。

挂篮的承载力试验：

消除塑性变形，确定弹性变形，检验承载能力。

挂篮反力计算：

注意主桁架、模板和悬浇混凝土的重量分配。

三、施工应注意的问题

1、0号块

0号块体积大，一般采用现场就地浇注。

为拼装挂篮，常将1号块与0号块一起浇注，可采用支架或三角托架。

2、节段划分

一般2～5m一段，节段宜分为等长，以便于施工，同时应尽可能发挥挂篮的承载能力。

3、墩梁临时固结措施

（1）加临时锚固

（2）在墩旁设临时支架

（3）采用T构或V型墩、双柱墩等。

四、悬臂施工的顺序

1、逐跨连续悬臂施工

（1）先从B墩开始悬臂施工；

（2）岸跨边段合拢，B墩临时固结释放，形成单悬臂梁；

（3）C墩悬臂施工；

（4）BC跨中合拢，释放C墩临时固结，形成带悬臂的两跨连续梁；

（5）D墩悬臂施工；

（6）CD跨中合拢，释放D墩临时固结，形成带悬臂的三跨连续梁；

（7）岸跨边段合拢，体系完成。

特点：

（1）施工中有体系转换；

（2）可利用已建结构在桥面上运输，施工方便、简捷；（3）每完成一悬臂施工并合拢后，结构的的稳定性和刚度不断增强；（4）常用在多跨连续和较长的大跨桥上。

2、T构－单悬臂连续施工

（1）先从B墩开始悬臂施工；

（2）岸跨边段合拢，B墩临时固结释放，形成单悬臂梁；

（3）D墩悬臂施工；

（4）岸跨边段合拢，D墩临时固结释放，形成单悬臂梁；

（5）C墩悬臂施工；

（6）BC、CD跨中合拢，释放C墩临时固结，体系完成。

特点：

（1）结构稳定，受力对称，便于结构内力调整；

（2）常用于3跨、5跨连续梁。

五、悬臂施工内力计算

4.4逐孔施工方法

将上部结构沿同一方向，借助移动支架或悬吊模架，连续一整跨一整跨地分段施工的方法。

包括：

（1）简支转连续施工；

（2）移动支架施工；

（3）移动模架施工；

（4）节段预制拼装施工。

一、简支转连续施工

1、施工方法及特点

简支转连续施工是首先预制主梁，张拉一期预应力束，然后将主梁吊装就位，并设置横向联结，最后现浇墩顶预留段混凝土，并张拉连续钢束，使简支体系转换为连续体系。

该类桥梁结构具有以下特点：

（1）较之于简支梁，具有变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平顺等特点，能适应高速公路的行车要求，而且桥墩上由两排支座减少为一排，结构中的钢束数基本相当；

（2）较之于现浇连续梁具有受力明确、受混凝土徐变收缩、支座沉陷等影响较小的特点，施工简便，不需搭脚手架，施工质量容易控制，而且可以不阻断桥下交通。

主梁可在下部结构施工的同时进行预制、成批生产，缩短施工周期，有效提高建桥速度。

（3）采用的截面形式主要有空心板、T梁、小箱梁、箱梁等，主梁的高跨比一般为1/16~1/25，常用跨径为20~50m。

鉴于简支转连续桥梁结构的突出特点和优势，近几年在国内外得到了迅速的发展，广泛应用在高等级公路的中等跨径的长大桥中。

尤其是随着现代化预制工厂和大型架桥设备的发展，其跨径也从最初的20多米发展到80米，更加适合于大型化、工业化和装配化生产。

2、接头形式

简支转连续结构的关键在于连续段接头的形式。

它是该类结构成败的关键，决定了桥梁结构的造价、进度、施工速度、施工的难易程度及以后的使用性能，合理的接头形式可收到明显的经济效益。

目前，桥梁先简支后再连续的做法一般有如下两种：

（1）连续段按钢筋混凝土结构设计。

在相邻梁顶板端头开槽，待梁吊装就位后在槽内布设负弯矩钢筋，浇湿接头混凝土。

此种做法构造简单，施工方便快速，国内有不少工程实例。

但这种做法有一明显不足，即负弯矩区段是按钢筋混凝土结构设计，因此，在正常工作状态下，结构在接头处容易开裂，影响结构的使用性和耐久性。

该方式仅用于较小跨径的桥梁上。

（2）连续段按预应力结构设计，这是目前采用得最多的接头方式。

按预应力结构设计，其明显的好处是弥了前者的不足，即保证负弯矩区段不开裂。

但该体系需要昂贵的张拉端锚具，需要管道灌浆；为了布置后张预应力管道，腹板常需加宽，使混凝土、钢筋和钢束的用量增加，梁的自重加大。

为进行张拉而设置的锚固块增加了构造的复杂性，同时锚固块较易开裂，影响了结构的耐久性；由于连续段接头较短，为保证在连接区钢束的传递长度，常将钢束延伸到墩顶支点以外较长的区域；由于要对管道灌浆和现浇接头混凝土，其施工周期也较长。

另外，对施工技术的要求较高

3、先简支后连续结构的受力特性

先简支后连续结构从施工到营运主要可分为两个阶段：

（1）预制简支构件的安装架设（简支阶段）；

（2）内支座区域现浇湿接缝混凝土、预应力钢筋后期张拉形成完整的连续结构（连续阶段）。

简支阶段构件承受的是本身自重和前期预加力以及施工荷载等前期荷载。

形成连续梁之后，构件还要承受后期恒载、车辆荷载、后期预加力，以及使用阶段的其它可变荷载等后期荷载。

因此，先简支后连续结构的受力与简支梁或者完全的连续梁有较大的差别。

预制装配的先简支后连续桥梁在受力性能方面具有优越性，对混凝土的收缩、徐变，以及支座不均匀沉陷等影响较小。

（1）先简支后连续结构存在结构体系的转换过程。

一般情况下，从预制张拉、简支拼装到形成连续体系要经历二至三个月以上，这一期间是混凝土收缩与徐变发生量最大的时期，结构处于静定结构状态，混凝土的收缩与徐变的影响仅发生结构的变形而不产生次内力。

（2）在预制装配为简支结构时，结构是静定体系，支座产生的不均匀沉陷不产生次内力。

（3）在结构形成连续体系之后，对于收缩、徐变以及支座不均匀沉陷的分析则应按连续梁体系计算，这时应考虑其次内力以及内力重分布等，但该内力已较完全的连续梁大大减小。

二、逐孔现浇施工

1、施工方法及特点

近年来出现了大批长桥，如城市高架桥、跨海大桥等，桥梁长度达到数十公里。

这些桥梁大多对跨径无特殊要求，因而从经济上考虑，宜选择中小跨径。

但从施工方面，出于建设的需要，需要采用逐孔施工的方法。

它从桥梁的一端开始或从中间向两端对称施工，采用一、二套施工设备逐孔施工，周期循环，直到全部完成。

移动支架逐孔现浇法从50年代末以来得到了广泛地应用和发展，主要在欧洲国家大量采用。

这种施工技术主要体现了省和快，它可使施工标准化、工作周期化，最大程度地减少了工费的比例，降低造价，桥越长，施工设备的周转次数越多，其经济效益越高。

2、一般构造

一般采用等截面，适宜跨径20~60m。

3、体系特点

在逐孔施工过程中，结构内力将随着施工过程而不断变化。

不同的施工顺序将引起不同的恒载内力。

4、主梁自重内力计算

需要分阶段，按照实际的施工顺序计算。

示例：

5跨连续梁。

顺序1：

从一端向另一端逐跨施工；

顺序2：

从中间跨向两端对称施工。

4.5顶推法

顶推施工是在桥台的后方设置施工场地，分节段浇筑梁体，并用纵向预应力筋将浇筑节段与已完成的梁体联成整体，在梁体前端安装长度为顶推跨径0.7倍左右的钢导梁，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前方顶推出施工场地。

重复这些工序即可完成全部梁体的施工。

顶推法最早是1959年在奥地利的阿格尔桥上使用的，其特点是：

由于作业场所限定在一定范围内，可设置制作顶棚而使施工不受天气影响，全天候施工。

连续梁的顶推跨径以30-50m左右最为经济有利。

如竣工跨径大于此值，则需有临时墩等辅助手段。

逐段顶推施工宜在等截面的预应力混凝土连续梁桥中使用，也可在结合梁和斜拉桥的主梁上使用。

用顶推法施工，设备简单、施工平稳、噪声低、施工质量好，可在深谷和宽深河道上的桥梁、高架桥以及等曲率曲线桥、带有部分竖曲线的桥和坡桥上采用。

顶推施工的方法依顶推施工的方法可分为单点顶推和多点顶推两种。

一、受力特点

1、在施工过程中结构体系不断发生改变，施工时的结构体系与成桥后的结构体系有较大差别，因此施工内力也要参与控制设计。

2、顶推施工形成的最终结构体系的自重内力与采用一次落架施工形成的自重内力是一致的。

二、构造特点

1、主梁一般采用等截面箱梁。

2、主梁的配束由施工阶段的内力包络图及使用阶段内力包络图共同确定。

主梁内一般配置三种钢束：

先期临时束、先期永久束、后期束。

3、主梁内配置的临时束数量很大，为方便拆除，临时束宜采用直短束，布置在梁跨中部位的上缘及支点部位的下缘。

先期永久束考虑张拉方便，宜采用直短束。

后期束为了有利于受力采用弯束。

4、为减小施工时主梁最大悬臂状态时的负弯矩，主梁前端接钢导梁。

导梁长度一般为主梁跨径的2/3左右，刚度为主梁刚度的1/5~1/12，每延米导梁自重取主梁的1/10左右。

三、施工过程内力计算

在施工过程中，梁体内力不断发生变化，各截面会交替出现正负弯矩，因此施工过程中的自重内力比最终体系下的自重内力还要不利。

对于每一跨的施工，一般按如下三个阶段作为最不利内力计算阶段：

（1）前导梁刚推过墩顶，此时可取得包络图中的最大正弯矩值；

（2）前导梁刚到达墩顶前面，此时可取得一个最大负弯矩值；

（3）前导梁刚搁上墩顶，此时梁内可能再次出现最大负弯矩。

进行有限元计算时，注意结构体系是变化的，单元、节点的位置也在变化。

五章内力计算

5.1次内力的概念与特点

在超静定结构中，由于多余约束的存在，使结构在多余约束方向的变形受到限制，从而在该方向产生内力，该内力即次内力。

二、特点

（1）仅发生在具有多余约束的超静定结构中；

（2）次内力产生在变形受约束的方向，一般仅在支点上产生反力，内力形状在跨间成直线变化；

（3）次内力改变了结构的初始内力分布（内力重分布）。

5.2活载内力计算

1、计算体系

在成桥体系上计算。

2、计算方法

活载效应

ML=（1+）mM0

式中，

M0－通过纵向影响线加载，求得的一列车队的最不利内力；

－车道折减系数，双车道不折减，三车道折减0.78，四车道折减0.67；

（1+）－活载冲击系数，与结构一阶频率f1、二阶频率f2有关；

m－活载横向分布系数。

－考虑活载偏心影响的提高系数，一般为1.15。

3、横向分布计算

（1）当结构为单箱单室截面时，m=车道数。

（2）当结构为多箱刚接时，计算每个单箱的横向分布系数，从而求得各个单箱的活载内力。

（3）当结构为单箱多室截面时（宽桥），由于横向受力的不均匀性，需要将截面分成多个工字形截面，截面之间刚接，计算各工字截面的横向分布系数，从而求得每个工字形截面的活载内力。

横向分布计算方法：

（1）等代简支梁法：

按挠度等效的原则，对连续梁的刚度进行折减，采用简支梁中的刚接法或铰接法计算。

（2）横向框架分析法

①若求某截面x的横向影响线，先在该截面处作用一单位集中力，计算该截面的竖向变形。

则该截面的刚度为：

k=1/。

②将横截面以单位长度的框架代替，在腹板处作用弹性支撑，各弹性支撑的弹簧刚度为：

ki=k/n。

n为腹板的个数

③在横向框架上计算横向影响线yi。

④在横向影响线上，按规范要求进行横向加载，求得各梁横向分布系数mi。

对1号梁：

当p=1作用在1号梁时：

y1i=1-Qiy2i=+Qi

当p=1作用在2号梁时：

y1i=-Qiy2i=1+Qi

5.3支座摩阻力

梁式桥在温度、混凝土收缩徐变等作用下，梁在顺桥向将产生变形，引起支座的滑动，从而使得支座对结构产生与移动方向相反的摩阻力H：

Hi=Rif

Ri为恒载作用下的支座反力，f为支座摩阻系数，一般为0.06。

支座摩阻力除对梁体施加轴向力之外，还对支座处的主梁截面施加了附加弯矩的作用Mi＝Hiei。

1、计算方法

先计算每个支点单独发生沉降i时引起各控制截面的次力矩，再根据实际可能出现的沉降情况，进行线性叠加，得到各截面的最不利沉降内力；同时需要考虑沉降的发生速度对次力矩的影响。

3、考虑沉降随时间变化时的次力矩

由于支点沉降是缓慢发生的，需要经过很长的时间，沉降才能接近终值。

为简化计算，假定沉降变化规律类似于混凝土徐变变化规律。

混凝土徐变变形为：

x徐变=x弹（1-e-）/

因此，沉降变化规律为：

徐变=弹（1-e-）/

若徐变终极值k=2，则沉降内力折减系数k为：

k=（1-e-）/=（1–e-2）/2=0.432

《规范》规定，沉降内力折减系数k为0.50。

5.5预应力对结构的作用

1、静定结构中预加力的作用

可直接写出任意截面A-A由于预应力而产生的截面内力：

MA=Ncosiyi

NA=Ncosi

QA=Nsini

超静定结构中预加力的作用

超静定结构中，除预加力产生的MA、NA、QA外，由于多余约束的存在，还产生次内力。

（a）为预应力在各截面上对形心轴所产生的弯矩－初预矩；

（b）为预应力在超静定结构中产生的次力矩；

（c）、（d）为预应力在结构中的总预矩、总预剪力。

3、预应力效应计算的等效荷载法

（1）计算原理

预应力混凝土结构是预加力和混凝土压力相互作用，并取得内力平衡的体系。

为分析其相互作用，可把预应力束和混凝土视为分别独立的脱离体，通过分析预应力束脱离体的受力平衡，反向施加于混凝土，即可得到预加力对结构的等效荷载

（2）计算方法

如图所示，任意形状的预应力束，其张拉力为N，分析刚束的平衡

2）在折线点F处

取出该点附近小段预应力束，分析F点的受力平衡：

由水平力平衡H=0：

NF-Ncos1+Ncos2=0NF=N（cos1-cos2）

由竖向力平衡V=0：

QF+Nsin1+Nsin2=0QF=-N（sin1+sin2）

由此得到等效荷载为：

N*F=-NF=-N（cos1-cos2）（）

Q*F=-QF=N（sin1+sin2）（）

M*F=N*FeF=-N（cos1-cos2）eA（逆时针）

3）在曲线DE段内

在曲线长度范围内，钢束对混凝土产生分布的径向力q。

如图，取出预应力束上的微段ds，分析ds的受力平衡：

由V=0：

2Nsin（d/2）-qds=0

因为sin（d/2）d/2，故

Nd=qdsq=Nd/ds

由于ds=d，故

q=N/

相应的等效荷载向下作用于混凝土。

当曲线为圆弧时，=R，故q=N/R

4）等效荷载

整根预应力束的等效荷载为：

5.6温度影响力计算

1、温度对桥梁结构的影响

（1）在大跨度桥梁中，温度产生的应力可达到或超过活载应力；

（2）是产生预应力混凝土桥梁裂缝的主要原因。

（3）引起桥梁结构变形，当变形受到约束时，将产生次内力，使结构发生内力重分布。

2、温度场的确定

（1）温度作用分类

①整体温度作用：

指季节温差变化，常年缓慢变化的环境温度。

将导致桥梁发生纵向位移，该位移一般通过伸缩缝、支座位移或柔性桥墩等适应，不引起桥梁结构的次内力。

②局部温差作用：

如日照、降雨等引起截面顶板温度高于或低于腹板和底板，导致温度次内力和温度次应力，是产生裂缝的主要因素，在静定及超静定结构中均可发生。

、截面各部分温度场的确定

一般地，温度场属于三维热传导问题，精确计算很复杂。

桥梁为狭长结构，箱形截面有悬臂，腹板直接受日晒时间较短，底板终日不受日照，只有顶板全天受日照作用，因此，可将箱梁的三维热传导简化为一维热传导问题，即，温度仅沿梁高变化。

温度场分为线性变化和非线性变化两种：

4、温度应力计算

（1）计算假定

温度沿桥长均匀分布；

混凝土为弹性均质材料；

截面变形符合平截面假定。

（2）温度应力组成

在非线性温度梯度作用下，截面变形受到纵向纤维之间的相互约束，在截面上产生自平衡的纵向约束应力（自应力）。

在超静定结构中，温度变形受到约束时，在结构内产生次内力，由此引起的应力为温度次应力。

（3）温度自应力s计算

设温度梯度为t（y），取单位梁长微分段。

若纵向纤维之间互不约束且可自由伸缩，在t（y）作用下，沿梁高各点的自由变形为：

t（y）=t（y），变形形状与温度t（y）的形状一致。

但由于纵向纤维之间存在着相互约束，梁截面的最终变形需服从平截面假定，即截面最终变形为直线：

f（y）=0+y

自由变形与实际最终变形之差（图中的阴影部分），由纤维之间的约束产生，其值为：

（y）=t（y）-f（y）=t（y）–（0+y）

由应变产生的应力称为温度自应力：

s（y）=E（y）=E[t（y）–（0+y）]

自应力s是自相平衡的应力，可利用截面上应力总和和轴力N和对形心轴的弯矩为零的条件，求出0和。

轴力：

弯矩：

利用N=0和M=0的条件

求解上式可得截面变形曲率、沿梁高y=0处的变形0：

求出和0后，代入s（y）中，可求得梁高各点的温度自应力值。

（4）温度次应力计算－力法

首先计算由温度梯度引起的结构次内力，然后用材料力学公式计算次应力。

力法计算时，取简支梁为基本体系，已知任意截面的温度应变0及曲率。

则由温度应变引起的B端的变形为：

伸长：

L=Lcdx=L（0+yc）dx

=（0+yc）L

转角：

=LM1（x）（x）dx

=L（x/L）dx=L/2

如：

两跨连续梁，取基本体系为简支梁，则力法方程为：

11x1+1t=0

11=2L/3EI，1t=2L/2=L

由此求得：

x1=-3EI/2

A点自应力：

s（y）=E[t（y）–（0+y）]

次应力：

2（y）=MAy/I=-3Ey/4

5、计算示例

温度梯度：

变形曲率：

当温度梯度为线性分布时：

t（y）=a+ky

温度自应力：

s（y）=E[（a+ky）–（0+k）]=0

5.7混凝土收缩徐变效应

一、混凝土徐变、收缩的概念

1、轴心受压混凝土柱体的变形

混凝土柱体在龄期0施加荷载P，至时间1后卸去荷载的变形过程：

（1）加载时，混凝土柱体产生的瞬时弹性应变e；

（2）加载前，混凝土就产生的随时间增长的收缩应变s；

（3）长期持续荷载作用下，混凝土柱体随时间所增加的附加应变c，即徐变；

（4）在1时刻卸去荷载，混凝土柱体除瞬时恢复弹性应变e外，还随时间恢复了一部分附加应变v（滞后弹性应变），残留而不可恢复的附加应变部分为屈服应变f。

徐变应变：

c=v+f

总应变：

b=s+e+（v+f）

试验表明，加载初期徐变增长较快，后期变慢，几年后就停止增长。

结构的累计徐变变形可达到同应力下弹性变形的1.5~3