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預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與施工

2010-10-13 17:46  來源于網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯】

  隨著現(xiàn)代化步伐的加快,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正以前所未有的規(guī)模在全國展開,同時質(zhì)量問題越來越成為人們關(guān)注的焦點。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是預(yù)應(yīng)力橋梁中的一種,它具有整體性能好、結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、抗震性能好,特別是主梁變形撓曲線平緩,橋面伸縮縫少,行車舒適等優(yōu)點。上述種種因素使得這種橋型在公路、城市和鐵路橋梁工程中得到廣泛采用。在連續(xù)梁橋的施工方法中,常用的有滿堂支架法、懸臂法、頂推法、先簡支后連續(xù)等施工方法,筆者根據(jù)自身的經(jīng)驗,就近幾年施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與施工的幾個關(guān)鍵因素進行探討。

  一、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的特點

  眾所周知,普通混凝土框結(jié)構(gòu)由于跨度小、柱網(wǎng)密,無法滿足多種功能的需要,而預(yù)應(yīng)力可以有效解決以上問題。預(yù)應(yīng)力混凝土能充分發(fā)揮材料的效能,在相同條件下,它比普通鋼筋混凝土構(gòu)件截面小,重量輕、剛度大,抗裂性和耐久性好,能有效地控制結(jié)構(gòu)的撓度(甚至無撓度),節(jié)約鋼材40%~50%,節(jié)約混凝土20%~40%,特別在大跨度結(jié)構(gòu)中更為經(jīng)濟。在張拉預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)中,結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受外荷載前,預(yù)先對外荷載產(chǎn)生拉應(yīng)力部位的混凝土預(yù)加壓應(yīng)力,造成人為的壓應(yīng)力狀態(tài),預(yù)加壓應(yīng)力可以抵消外荷載所引起的大部分或全部拉應(yīng)力,這樣在外荷載作用下混凝土拉應(yīng)力不大或處于受壓狀態(tài),使混凝土結(jié)構(gòu)不開裂,提高結(jié)構(gòu)的剛度和結(jié)構(gòu)的耐久性。張拉法預(yù)應(yīng)力混凝土施工是在澆筑混凝土前張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋,將其固定在臺座或鋼模上,然后澆筑混凝土,等混凝土達到規(guī)定強度。保證預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土有足夠粘結(jié)力時放松預(yù)應(yīng)力鋼筋,借助預(yù)應(yīng)力筋的彈性回縮及與混凝土的粘結(jié),使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。同時其具有較強的變形恢復(fù)能力,抗震性能明顯高于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),而且便于震后加固。值得注意的一點是,預(yù)應(yīng)力混凝土由于自重輕,按理含鋼量應(yīng)該少,但由于現(xiàn)在的設(shè)計水平問題,此部分并沒有減少。反而很多設(shè)計含鋼量大了,很大程度造成主體結(jié)構(gòu)成本增加。

  二、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計

  1、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計的內(nèi)容

  (1)荷載。施工時的荷載條件中,預(yù)應(yīng)力荷載應(yīng)按扣除第一批預(yù)應(yīng)力損失后的有效應(yīng)力來確定;其他荷載應(yīng)根據(jù)施工階段可能的最不利荷載情況來定。而施工時的支撐條件應(yīng)考慮施工方案的具體情況來定,模板周轉(zhuǎn)情況影響施工階段的結(jié)構(gòu)分析模型的支撐條件與荷載條件的選取。

 。2)極限設(shè)計。對預(yù)應(yīng)力板各截面進行多種可能的荷載效應(yīng)組合的受彎強度設(shè)計,計算時要考慮預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次彎矩的影響。采用混合配筋設(shè)置非預(yù)應(yīng)力筋,提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的延性和能量吸收,可有效分散受拉區(qū)裂縫,改善結(jié)構(gòu)的受力性能。對無粘編者按預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)結(jié)構(gòu)作補充設(shè)計,選取合適的荷載效應(yīng)值與材料參數(shù),驗算抵抗預(yù)應(yīng)力筋失效時連續(xù)倒塌所需的非預(yù)應(yīng)力筋用量。

  2、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計的步驟

 。1)進行結(jié)構(gòu)布置,選取恰當(dāng)?shù)牧W(xué)模型。

 。2)根據(jù)工程的具體情況,選擇合適的橋梁高跨比,初步選定構(gòu)件的截面尺寸,并進行內(nèi)力與組合效應(yīng)的計算。

 。3)主要根據(jù)桿件的彎矩分布圖形確定預(yù)應(yīng)力筋的索形,并按經(jīng)驗用預(yù)應(yīng)力度法或平衡荷載法初步估算出所需要的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)。

 。4)進行預(yù)應(yīng)力損失和次應(yīng)力的計算,驗算預(yù)應(yīng)力和撓度控制限值以及正常使用階段的結(jié)構(gòu)性能。

 。5)按計算的各項控制結(jié)果,選擇需要變動的參數(shù)進行修改,再重新計算。

 。6)根據(jù)選定的預(yù)應(yīng)力筋方案計算預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力,按承載能力要求補充普通鋼筋用量,按預(yù)應(yīng)力筋的實際方案及普通鋼筋的實際配筋直徑與根數(shù),計算允許開裂的控制截面的裂縫寬度及構(gòu)件的撓度。

  三、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要施工方法

  預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展與其施工方法密切相關(guān)。不同的施工方法對連續(xù)梁橋的內(nèi)力會產(chǎn)生較大影響,從而影響其構(gòu)造設(shè)計。

  1、整體現(xiàn)澆施工法

  整體現(xiàn)澆施工通常一聯(lián)為整體澆注混凝土而成。首先搭設(shè)支架,然后在支架上安裝模板,綁扎及安裝鋼筋骨架,預(yù)留孔道,并在現(xiàn)場澆筑混凝土與施加預(yù)應(yīng)力的施工方法。由于施工需用大量的模板支架,一般用于中小跨徑的橋或為交通不便的邊遠地區(qū)采用。隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展,出現(xiàn)一些變寬的異形橋、彎橋等復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu),又由于近年來臨時鋼構(gòu)件和萬能桿件系統(tǒng)的大量應(yīng)用,在其他施工方法都比較困難或經(jīng)過比較施工方便、費用較低時,也有在中、大跨徑橋梁中采用滿堂支架施工方法。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋需要按一定的施工程序完成混凝土的現(xiàn)場澆筑,待混凝土達到所要求的強度后,拆除部分模板,進行預(yù)應(yīng)力筋的張拉、管道壓漿工作。至于何時可以落架,則應(yīng)與施工程序和預(yù)應(yīng)力筋的張拉工序相配合。

  2、預(yù)制簡支-連續(xù)施工法

  預(yù)制簡支-連續(xù)施工又稱先簡支后連續(xù)施工法。其程序為:預(yù)制簡支梁,分片進行預(yù)制安裝,預(yù)制時按預(yù)制簡支梁的受力狀態(tài)進行第一次預(yù)應(yīng)力筋的張拉錨固,安裝完成后經(jīng)調(diào)整位置,澆筑墩頂接頭處混凝土,更換支座,進行第二次預(yù)應(yīng)力筋的張拉錨固,進而完成一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的施工。簡支-連續(xù)施工方法亦存在體系轉(zhuǎn)換。體系轉(zhuǎn)換方法一般有以下三種:

  (1)從一端起依次逐孔連續(xù),即先將第一孔與第二孔形成兩跨連續(xù)梁,然后再與第三孔形成三跨連續(xù)梁,依此類推,形成一聯(lián)連續(xù)。

 。2)從兩端起向中間依次逐孔連續(xù)。

 。3)從中間孔起向兩端依次逐孔連續(xù),如遇長聯(lián),可按上述三種方法靈活綜合選用。顯然,不同的體系轉(zhuǎn)換方法所產(chǎn)生的混凝土徐變二次力及預(yù)加力產(chǎn)生的二次力是不同的。

  3、懸臂施工法

  用懸臂施工法建造預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,分懸澆和懸拼兩種,其施工程序和特點與懸臂施工法建造預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂橋基本相同。在懸臂或拼澆過程中,要采取使上、下部結(jié)構(gòu)臨時固結(jié)的措施,待懸臂施工結(jié)束、相鄰懸臂端連接成整體并張拉了承受正彎矩的下緣預(yù)應(yīng)力筋后,再卸除固結(jié)措施,使施工中的懸臂體系轉(zhuǎn)換成連續(xù)體系。

  4、移動式模架逐孔施工法

  移動式模架逐孔施工法是近年來以現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工的快速化和省力化為目的發(fā)展起來的。它的基本構(gòu)思是:將機械化的支架和模板支承在長度稍大于兩跨、前端作導(dǎo)梁用的承載梁上,然后在橋跨內(nèi)進行現(xiàn)澆施工,待混凝土達到一定強度后脫模,并將整孔模架沿導(dǎo)梁前移至下一澆筑橋孔加些有節(jié)奏地逐孔推進直至全橋施工完畢。尚須指出,移動式模架逐孔施工法不僅用來建造連續(xù)梁橋,同樣也往往用來修建多孔簡支梁橋。

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