范文一：中小跨径连续梁桥地震力计算

中小跨径连续梁桥地震力计算

专题报道

然……,……

中小跨径连续梁桥地震力计算

中小跨径桥梁在公路桥梁中占有多数.地震烈度在8度以上时.地

震力往往会成为一般中小跨径桥梁下部 结构设计的控制性因素.因此较精确 的地震力计算对桥梁设计有着重要意 义.现行公路工程抗震设计规范》 (JTJO04-89)规定.对中小跨径连续梁 桥.横桥向各墩分担的地震荷载均按单 墩模型用反应谱方法计算.把一个墩相 邻两跨质量的一半集中在墩顶.忽略各 墩之间由于上部结构所产生的联系.在 各墩高度及刚度相差较大时.按规范算 法.其墩顶位移只和各自桥墩的高度及 刚度有关.但实际上.由于上部连续梁 的联系作用.各墩顶的位移是相互影响 的.各墩受力上也将相互影响.那么规 范忽略各墩之间联系的计算方法就会产 生计算上的误差.各墩高度及刚度相同 时是最符合规范假定的一种状况,本文 针对这种状况.采用有限元程序按桥梁 整体建模计算方法和规范的计算方法对 各墩等高的桥梁下部进行地震力计算. 然后做对比分析.供大家参考.

计算资料

本文以某运煤专线为例.该运煤 专线所经地区为地震较为活跃的地区. 频率高,震源浅,地震动峰值加速度为 o,20g.相当于地震基本烈度V…度.本 表1按规范简化计算公式计算结果 文/安武

算例选取桥型上部结构为30m跨径预应 力混凝土连续小箱梁由4片梁组成

桥面宽12m.下部为双柱式桥墩.连续墩上设置板式橡胶支座.桥台及非连续 墩设置滑板式橡胶支座.墩底固结.相 关参数取值为地震烈度8度.水平地 震系数0?.,场地类别II类.场地卓越周 期0.35S.重要性修正系数1.3.综合影 响系数0.35.

计算及对比

按规范简化为单墩计算

按公路工程抗震设计规范》

(JTJO04-89)公式4.2.2和4.2.6分别计算横 桥向和顺桥向地震力.为寻找规律.分别 以25,10,2.5m的等高墩计算,柱径均 为1.8m.将相邻两跨桥梁的一半上部结 构,桥面铺装,护栏恒荷载按集中荷载施 加于盖梁上.且距盖梁顶面0.8m.计算 过程略.结果如表1所示.

用有限元方法按全桥整体建模计算 为了兼顾非连续墩的计算.按2 联,每联5孔考虑.其它数据同简化 计算相同.全桥有限元分析模型如图

1所示.模型中主梁,桥墩均采用空

间梁单元进行模拟.上部建立为梁

格模型.为和规范的简化计算统一,

梁墩之间横桥向采用刚性连接约束模

拟.顺桥向按支座实际弹性模量采用

弹性连接约束模拟.

墩底奄矩(KN—M)最大轴力lKN)最小轴力(KN)墩底剪力(KN) 25m高桥墩顺桥向计算367354325432170 25m高桥墩横桥向计算348563544478276 1Om高桥墩顺桥向计算371144244424375 lOm高桥墩横桥向计算457656203227843 25m高桥墩顺桥向计算74739273927381 2.5m高桥墩横桥向计算86835544301537 连续梁全联质量

和桥墩质量通过定义结

构白重向X.Y.Z方向

转化.二期铺装和护

栏的荷载.通过荷载转

化为质量.采用反应

谱法,按顺桥向和横桥向分别计算.只

考虑结构恒载和地震荷载的组合.使用

MIDAS有限元软件按全桥整体建模计

算桥梁下部结构内力,振型数量选择保

证振型质量参与系数大于90%.计算结

果为顺桥向地震荷载作用下各连续墩墩

底弯矩基本相同而横桥向地震荷载作

用下各桥墩弯矩相差很大.地震荷载作

用下全桥墩底最大弯矩及其对应的各项

内力如表2所示.

结果比较

表3为对两种方法计算的墩底最大 弯矩值进行比较的结果.结果表明两种 计算方法在顺桥向地震力的计算结果基 本相同,在横桥向地震力的计算结果差 别较大.

结语

采用有限元程序按全桥整体建模 计算的结果与规范的简化计算方法计算 的结果在顺桥向是吻合的.这是因为. 表2使用MIDAS整体建模计算结果 梁的轴向变形很小.各桥墩顶在顺桥向 变形基本相同,简化计算的假定比较符 合实际情况.

采用有限元程序按全桥整体建模 计算的结果与规范的简化计算方法计 算的结果在横桥向差别较大,这是由 于桥梁自身振动模态的影响,整体建 模计算的各桐

变形及受力

相同,且差另

大.可以看d

使桥墩高度

度相等,按

范的简化计

法忽略各墩主

由于上部结构所产生的联系仍将产 较大的误差.这种误差和桥梁的卡

及上部结构的刚度有关,而和桥壤

高低关系不大.

《公路工程抗震设计规范

(JTJ004—89)已使用了十几年时间,

定的简化计算方法和当时的计算条

最大弯矩(KN-M)最大轴力(KN)最小轴力(KN)墩底剪力(KN) 25m高桥墩顺桥向计算373354325432175 25m高桥墩横桥向计算53246188337842O 10m高桥墩顺桥向计算387644304430392 10m高桥墩横桥向计算6651649735891143 2.5m高桥墩顺桥向计算78539O439O4401 2.5m高桥墩横桥向计算134642153583896 表3两种方法计算结果比较表

整体建模计算墩底最大弯矩规范简化计算墩底最大弯矩两者弯矩比值 (KN-M)(KN-M)

25m高桥墩顺桥向计算373336731.O2 10m高桥墩顺桥向计算387637111.04 2.5m高桥墩顺桥向计算7857471.O5 25m高桥墩横桥向计算532434851.53 10m高桥墩横桥向计算665145761.45 2.5m高桥墩横桥向计算13468681.55 关.随着计算理论

算机应用水平的不出

高,使用有限元程月

桥梁实际模型计算E

得简单可行.因此

设计人员在做地震

算时可同时采用上

种方法.在进行分秒

较后确定合理的地露

载计算结果.

作者单位:河北中交远

通技术有限公司

2008年第11期(s月)《交通世界》4g

范文二：温度对大跨径连续梁桥施工控制的影响

温度对大跨径连续梁桥施工控制的影响

21 1 侯 变波, 钱宇峰, 徐

( )11 长安大学 西安市 710064; 21 江西省交通设计院 南昌市 330002

摘 要: 以苏州斜港特大桥为背景, 介绍了温度效应对大跨径混凝土连续梁桥挠度和应力的影响以及施工

控制。

关键词: 预应力混凝土连续梁桥; 温度效应; 施工控制; 挠度; 应力

1 工程概况 518 m 。箱梁根部梁高为 518 m , 边跨及中跨合 宽为

拢段梁高为 213 , 梁底下缘按二次抛物线变化。设 斜港特大桥位于苏州市郭巷镇, 是东方大道新 m

计荷载为: 汽车- 20 级, 挂车- 120。 总体布置见 超 建工程上跨越苏申外港线的一座特大桥。 主桥采用

图 1 所示。预应力混凝土变截面连续箱梁, 全长 230 , 桥宽 m

4515 , 为双箱单室结构。顶面宽度为 101625 , 箱 m m

单位: cm

图 1 斜港特大桥主桥总体布置

收稿日期: 2004- 12- 29

交通出版社, 2002. 尽量取较大值, 使边跨主缆垂度增加, 使空缆状态时 铁道部大桥工程局桥梁科学研究所. 悬索桥 [.M 北 2 吊索的下端冷铸锚杯穿过主梁, 并可以使其锚环完 京: 科学技术文献出版社, 1996. 全拧上; 第二, 合理安排张拉顺序。

3 钱冬生, 陈仁福. 大跨悬索桥的设计与施工 [M . 成都:

西南交通大学出版社, 1999. 3 结论 4 楼庄鸿. 近年来悬索桥发展的若干趋势 [J . 公路交通 自锚式悬索桥的施工控制, 应结合其固有的结 ()科技, 1999, 16 3.

构特点, 采取针对性的措施来进行。该大桥的施工控 5 邱文亮. 自锚式悬索桥非线性研究与试验研究 [D . 制实践证明: 紧扣重点, 抓住难点, 就能保证设计意 万 国 朝. 90 年 代 桥 梁 工 程 发 展 趋 势 [ ] 1 国 外 公 路, J 6

图的真正实现。 () 1995, 15 41

7 楼庄鸿, 严文彪. 自锚式悬索桥 [. 中国公路学会桥 A 参考文献: 梁 和 结 构 工 程 学 会 2002 年 全 国 桥 梁 学 术 会 议 论 文 1 雷俊卿, 郑明珠, 徐恭义. 悬索桥设计 [M . 北京: 人民 [.C

公 路 2005 年 第 4 期 — 70 —

表 1 观测试验数据 2 施工控制的内容 号梁段挠度 号梁段挠度 号梁段挠度 6 8 10 桥梁施工阶段控制是一个系统工程, 主要包括 ( )温度 ? mm mm mm 时间 两部分。 一部分是数据采集系统, 即监测; 另一部分 大气 箱内 本次 累计 本次 累计 本次 累计 是数据分析处理系统, 即监控。前者是通过埋设在主

梁、桥墩等主要部位的传感器及相关仪器获得数据, 11 14 18202: 00 0 0 0 0 0 0 4: 00 1818 2019 - 117 - 117 - 219 - 213 - 415 - 415 包括几何参数和力学参数。 监控则是通过专用桥梁 1914 2111 - 112 - 219 - 213 - 512 - 318 - 813 6: 00 结构分析软件及相关软件对采集的数据进行分析处 8: 00 2016 2113 - 214 - 513 - 318 - 910 - 516 - 1319 理, 分析理论计算值与实测值不一致的原因, 根据分 2215 2118 - 316 - 819 - 419 - 1319 - 710 - 2019 10: 00 析得到的结论, 合理地确定下一个施工阶段的施工 12: 00 2416 2211 - 517 - 1416 - 711 - 21 - 916 - 3015 ()参数 立模标高。通过二者的有机结合, 调整控制桥 2616 2312 - 618 - 2114 - 816 - 2916 - 1114 - 4119 14: 00 梁的内力和线形, 使二者同步达到设计期望值, 以此 2411 2218 512 - 1612 711 - 2215 917 - 3212 16: 00 来保证成桥后桥面线型, 使合拢段两悬臂端标高的 2218 2114 418 - 1114 612 - 1613 719 - 2413 18: 00 相对偏差不大于规定值, 以及结构内力状态符合设 2113 2113 311 - 813 512 - 1111 618 - 1715 20: 00 计要求。1918 2019 211 - 612 314 - 717 516 - 1119 22: 00 1814 2016 114 - 418 210 - 517 317 - 812 0: 00

3 施工阶段立模标高的确定 () 3温度下降, 箱梁上挠, 温度升高, 箱梁下挠; 在主梁的悬臂浇注过程中, 梁段立模标高的合 () 4悬臂长度越大, 则温度对挠度影响也越大,理确定, 是关系到主梁的线型是否帄顺, 是否符合设 无论上挠还是下挠。计的一个重要问题。 如果在确定立模标高时考虑的 通过上面的时间, 温度, 挠度观测数据, 我们

因素比较符合实际, 而且加以正确的控制, 则最终桥 可以看出在清晨 4: 00 到 6: 00 大气温度变化最小,

面线型较好。否则, 桥面线型会与设计线型有较大的 对悬臂箱梁挠度的影响也最小, 故可在这段时刻进

行立模标高的放样和进行施工监控的挠度观测, 因 偏差。

为此时温度效应影响最小。 众所周知, 立模标高并不等于设计中桥梁建成

后的标高, 总要设置一定的预拱度, 以抵消施工中产

()生的各种变形 挠度。 其计算公式如下:

5 温度对连续梁桥内力的影响 = + + + H i H 0 H iy H g H w

为了分析温度对连续梁桥应力的影响, 我们首 ( 式中: 为施工 梁段时, 梁段的立模标高 梁 H i i i

先应该弄清楚梁体内的温度分布形式, 即温度梯度。 ) 段最前端某确定位置; 为 梁段设计标高; 为 H 0 i H iy 本文采取以下 4 种温度梯度模式计算:计算预拱度; 为挂篮变形值; 为温度修正值。H g H w

( ) 1公路桥规, 桥面板均匀升温 5?, 腹板和底 此立模标高计算公式简单, 概念清楚, 使用方

板无温差; 便, 而且实际使用效果好。

( )2 新 铁 规 中 规 定 的 温 度 梯 度 模 式, T y =

- ay T a e , 取 T a = 25?, a = 6; 4 日照温差对连续梁桥挠度的影响

在 10 号墩施工到 10 号梁段时, 悬臂长度达到 ()3 英国 B S5400 规范; 了 45 , 我们对 6 号、8 号、10 号梁段进行了连续 24 m 美国 规范。 ()A A SH TO 4 观测, 每隔 2 测量一次, 在观测的同时记录观测 h h 采用帄面有限元程序对斜港特大桥在施工到 的时间、大气温度、混凝土表面温度和箱内温度。 实

10 号梁段, 悬臂长度达 45 时, 在以上 4 种温度梯 m 测数据如表 1。

度模式下进行计算, 计算的支座截面处的主应力如 从表 1 的实测数据统计可总结出以下几点:

表 2 所示。 计算时考虑了以下几() 1从凌晨 2: 00 到下午 14: 00, 大气温度一直在上

种假设: 升, 共上升 815?, 此时段箱梁一直产生向下的挠度;

()1 箱梁材料在纵向为各向同性材料; () 2从下午 14: 00 到凌晨 2: 00, 大气温度一直在下

() 温度沿桥长方向变化均匀;2降, 共下降 812?, 此时段箱梁一直产生向上的挠度;

()温度应力满足叠加原理。3

侯 2005 年 第 4 期 波等: 温度对大跨径连续梁桥施工控制的影响 — 71 —

表 2 支座截面处主应力 () 2温升所产生的弯矩值较大, 有的超过了活载 温度梯度模式 所产生的效应。Ρ

0166 Ρ1 1 - 0137 Ρ3 6 结论 1114 Ρ1 通过苏州斜港特大桥跨径 100 预应力混凝 m2 - 0178 Ρ3 土连续梁桥施工控制过程中, 温度效应对标高和内 0187 Ρ1 3 力的影响, 可以得出如下结论:- 0189 Ρ3 ( ) 1立模标高的放样和挠度的观测应尽量安排 1107 Ρ1 4 在清晨, 此时温度效应最小; - 1112 Ρ3

( ) 2大跨径预应力混凝土梁式桥施工过程中需 注: 负号表示拉应力。

对应力和挠度进行双控; 表 2 中: Ρ1 为箱梁顶板中心处应力, 3 为箱梁 Ρ() 3应力监测是施工过程的安全预警系统, 若控 顶板翼缘板边缘处应力。制不力会对桥梁造成危害, 甚至发生重大事故, 因此 另外为了增强不同规范的温度梯度模式计算之 必须严格按照悬臂施工流程, 对控制截面应力进行 ( ) 间的可比性, 我们在相同的升温情况 10?下计算 适时跟踪监测; 出各截面弯矩值, 计算结果见表 3。 ( ) 4我国现行规范给定的温度梯度模式在用于 表 3 各国规范在同温差作用下引起各截面的弯矩值 大跨径预应力混凝土连续箱梁桥的计算时, 其计算 升温 10? 结果与其他规范有一定差距, 偏于不安全; 英国 美国 截面位置 () 中国 公中国 铁5在实际计算时, 其温度梯度的选定应根据现 5400B S A A SH TO 路桥规 路桥规 场实测的结果来确定; 规范 规范

() 6确定各梁段的立模标高时, 要结合温度影响 边跨跨中 6178 3185 1142 2193

值进行修正, 否则极易导致主梁线形偏离设计目标。 支点截面 8190 4191 1102 2104

中跨 1 4 截面 4142 2107 0125 1176

中跨跨中 参考文献: 4105 1189 - 0191 0148

1 向中富 1 桥梁施工控制技术 [M ] 1 北京: 人民交通出 从表 2、表 3 我们可以得出以下几点: 版社, 20011

2 刘兴法 1 混凝土结构温度应力分析 [] 1 北京: 人民 ( ) M 1最大拉应力和最大压应力分别产生在腹板

交通出版社, 19911 中心和腹板与底板的交界处, 方向基本沿纵桥向;

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范文三：大跨径刚构—连续组合梁桥结构计算与预应力损失的研究(可编辑)

大跨径刚构—连续组合梁桥结构计算与预应力损失的

研究

武汉理工大学硕士学位论文

摘 要

随着科学技术和交通事业的发展,大跨径预应力混凝土桥型以其独特的优势

被广泛采用。在现代预应力混凝土结构中,预应力损失的大小直接影响着结构

的抗裂度和挠度。因此,正确计算预应力损失就成为预应力混凝土领域重要的

研究课题之一。自从预应力混凝土产生以来,人们一直在对预应力损失产生的

原因进行分析和研究,并获得了很多成果。但由于影响预应力损失的因素很多,

并且有些因素是相互影响的,精确确定预应力的各项损失值是一个非常复杂的

工作。预应力实际损失值大于或小于计算值,对结构强度的影响是较小的,但

会影响到荷载作用下的结构性能如变形、反拱、开裂荷载,在使用荷载下,

过高或过低估计损失值都是不利的。当前,如何精确计算预应力损失值以及针

对实际工程需要,提出简便且具有满足实际工程精度要求的设计计算方法,是

发展和推广预应力混凝土技术的一项重要工作。

因此,在大跨径预应力混凝土桥梁设计时,对结构施工中的预应力损失要

有足够的估计,根据实际施工情况,合理地配置预应力筋。只有准确地估计预

应力损失大小,才能合理地进行结构的预应力设计,保证预应力混凝土结构的

承载能力,确保桥梁结构的安全性、可靠性、经济性和使用寿命。

本文从理论上对预应力混凝土结构的施工工艺和预应力损失做了全面地分

析,结合新疆伊犁河大桥的设计和施工过程,采用/软件对结构进行

结构计算,得出的理论结果用于预应力摩阻损失的试验分析。通过预应力束摩

阻损失测试得到了合理的预应力孔道摩阻系数和偏差系数以及预应力摩阻损失

规律。此外,论文结合新疆伊犁河大桥的温度场分布情况,用/模拟

温度荷载,得出预应力损失的变化情况,其结果对桥梁的施工控

制,提供了可

靠的数据依据,确保了施工质量。同时,对大跨径预应力混凝土桥

梁设计与施

工具有指导意义。 关键词:预应力混凝土,预应力钢筋,摩阻系数,偏差系数,温度场

武汉理工大学硕士学位论文 也.。

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武汉理工大学硕士学位论文

第章绪论

.概述

预应力混凝土结构发展于上世纪三十年代,至今不到年,但由于其所具

有的优点,使得其在结构工程的各个领域得到很大的发展。年在京周公路

上修建的跨径为的装配式后张简支梁试验桥,为预应力应用于中国公路

桥之端。近二十年来,随着我国交通事业的迅速发展,促进了预应力材料及锚

具、设备、预应力结构施工等技术的进步,使预应力混凝土技术更加完善。在

今后一个时期内,工程结构采用预应力技术将更加普及。““。

在桥梁运营中,由于频繁承载甚至超载,再加上自然灾害的侵蚀以及交通

事故等人为事端的侵袭,造成桥梁损伤及局部破坏。据广东省公路普查,.

万座桥梁中有座存在有不良状况或承载力不足的问题,占总数的.%。

在美国万多座桥梁中,%的桥梁有不同程度的损伤,存在功能不好、结构

能力下降的问题。在德国公路桥梁普查中,发现年桥龄的预应力混凝土

桥中,有近%的桥梁上部结构至少有一处损伤。其中,预应力损失是影响预应

力桥梁安全的最主要因素之一。

长期以来,人们~直在对预应力损失产生的原因进行分析和研究,并获得

了很多成果,但由于影响预应力损失的因素很多,并且有些因素是相互影响的,

精确计算预应力的各项损失值是一个非常复杂的问题。预应力损失值的计算中,

实际损失值大于或小于计算值,对结构强度的影响是较小的,但会影响到荷载

作用下的结构性能如变形、反拱、开裂荷载。在使用荷载下,过高或过低估

计损失值都是不利的,对预应力损失估计过高,可能使梁端混凝土局部破坏或

梁体预拉区开裂,且降低延性。对预应力损失估计不足,则不能有

效地提高预

应力混凝土梁的抗裂度和刚度。然而,由于预应力损失受材料性能、施工工艺、

环境条件等多方面的影响毗及部分损失之间地相互影响,要准确计算各项预应

力损失是及其复杂甚至是不可能的。当前,如何精确计算以及针对实际工程需

要,提出简便且满足实际工程精度要求的设计计算方法,是发展和推广预应力

混凝土技术的一项重要工作。武汉理工大学硕士学位论文

.预应力混凝土的概念和基本原理

预应力的基本原理是预先人为地造成内应力以抵抗使用过程中产生的应

力,是一种古老的技术,大概在几个世纪前就已用于建造,木桶、锯子就是很

好的例子。早在世纪年代,人们即已开始了用张拉钢筋以改善钢筋混凝

土梁裂缝性能的研究。将预应力思想首先应用于混凝土结构的则是美国工程师

..,他于世纪年代在钢筋混凝土拱内张紧钢拉杆作楼板,并获

得专利,接着德国的工程师也获得了楼板在受荷前用已施加预应力的钢筋来加

强混凝土的专利,但这些早期的尝试都由于没有采用高强度材料而导致预应力

损失过大而未能获得成功。直到年,法国著名工程师弗莱西奈认识到混凝

土的收缩、徐变对预应力损失值的影响以及采用高强度钢材和高强度混凝土的

必要性,从而得以在混凝土中建立足够的有效预应力即永存预应力之后,预

应力在混凝土中的应用才成为现实。在这期间,预应力的主要优点就是用永久

的预应力来抵消恒载产生的应力并且防止在活载下出现裂缝,这样,混凝土结

构就可以作为弹性材料进行应力分析。按照弗莱西奈的见解,施加预应力的目

的是为了改变混凝土的性质,用混凝土预先承受的压应力来抵消预期承受的拉

应力。混凝土既然不承受拉应力,当然也就不会出现裂缝。因此, “无拉应力”

就成为预应力结构设计的基本准则。这种在一切荷载组合下混凝土均不得出现

拉应力的预应力混凝土,后来被称为“全”预应力混凝土“““。

预应力混凝土是在外荷载作用前预先建立有预压应力的混凝土,

混凝土的

预压力一般是通过张拉预应力筋实现的。由于预应力技术及其应用的不断发展,

国际上对预应力混凝土迄今还没有一个统一的定义。一个概括性较强、由美国

混凝土协会做出的广义的定义是:“预应力混凝土是根据需要预先引入某种量

值与分布的内应力,以局部或全部抵消使用荷载应力的一种混凝土。”

林同炎教授曾对预应力混凝土总结了三种不同的概念“。

第一种概念??预加应力能使混凝土在使用状态下成为弹性材料。经过预

压混凝土,使原先抗拉弱、抗压强的脆性材料变为一种既能抗压又能抗拉的弹

性材料。

第二种概念??预加应力能使高强钢材和混凝土共同工作并发挥两者的潜

力。这种概念是将预应力混凝土看作高强钢材和混凝土两种材料的一种协调结武汉理上人学硕士学位论文

合。混凝土构件中所采用高强钢筋要使其强度充分发挥,就必须使其有很大的

伸长变形。如果高强钢筋只是简单地浇筑在混凝土体内,那么在

使用荷载作用

下混凝土势必严重不裂和挠曲,构件将出现不能允许的宽裂缝和大挠度。预应

力混凝土构件中的高强钢筋只有在与混凝土结合之前预先张拉,一方面使得高

强钢筋具备了发挥其强度的条件,另一方面,使在使用荷载作用下受拉的混凝

土顸压、储备抗拉能力。因此,预加应力是一种充分利用高强钢材的能力、改

变混凝土工作状态的有效手段,在此,预应力混凝土被看作普通钢筋混凝土应

用的扩展。

第三种概念??预加应力实现荷载平衡。预加应力的作用可以认为是对混

凝土构件预先施加与使用荷载外力方向相反的荷载,用以抵消部分或全部使

用荷载效应的一种方法。预应力筋位置的调整可对混凝土构件造成横向力。如

果外荷载恰好被预应力筋引起的反力所平衡,亦即外荷载对粱各截面产生的力

矩均为预应力筋所产生的力矩抵消。此时,梁有如轴心受压构件一样,只承受

一个均匀压应力而不受弯。如外荷载超过预应力筋所产生的反向荷载,则可用

荷载差值来计算梁截面增加的应力。

预应力混凝土三个不同的概念,可以认为是从不同的角度解释了预应力混

凝土的原理。第一种概念是预应力混凝土弹性分析的依据,指出了预应力混凝

土的主要工作状态;第二种概念反映了预加应力对发挥高强钢材和混凝土潜力

的必要性,也指出了预应力混凝土的强度界限;第三种概念则在揭示预加力和

外荷载效应相互关系的同时,也为预应力混凝土结构设计与分析提供了一种简

捷的方法。

预应力混凝土按预加应力的方法不同可分为先张法和后张法。先张法是指

先张拉预应力筋、后浇筑混凝土的一种预应力混凝土生产方法,预应力是靠钢

筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。后张法是指先浇注混凝土,后张拉预

应力筋的一种预应力混凝土生产方法,预应力靠锚具传递给混凝土。按预应力

筋粘结状态又可分为:有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。前者在张

拉后通过孔道灌浆使预应力筋与混凝土相互粘结,后者由于预应力筋涂有油脂,

预应力只能永久地靠锚具传递给混凝土。本论文研究的对象是后张法施工的预

应力混凝土结构,包括有粘结和无粘结预应力混凝土结构。武汉理工大学硕士学位论文

.组合梁桥的发展现状

连续梁桥是常见的一种桥跨结构体系,具有变形小,结构刚度好,行车平

顺舒适,伸缩缝少,养护简易,抗震能力强等优点,而且可以悬臂浇注,利于

机械化施工,从而具有相当的竞争力。但是连续梁需要布置较多的造价较高的

大吨位支座,施工工艺也较为复杂,也带来养护与使用上的问题,且连续梁还

有在施工中体系转换等方面的旎工难度。当桥墩较高,其抗推剐度较小时,如

采用墩梁固结的连续刚构桥,由于体系温度变化、混凝土收缩等在桥墩中产生

的弯矩较小,比连续梁桥具有更多的优点。但是,当桥墩不是太高

或各个桥墩

高度相差较大时,提出了一种新的结构体系,就是将连续刚构与连续梁相结合,

成为刚构一连续组合梁桥。我国的山东东明黄河公路大桥近年的建桥经验说明,

在某些特定的情况下,这种桥型结构,比连续梁和连续刚构都更为有利。同时,

连续刚构多用于大跨高墩结构上,即利用高墩的柔度形成摆动的支承体系来适

应由预加力、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移,其主要优点有:

减少了昂贵的大跨桥梁支座养护的麻烦:梁墩固结可减小墩身及基础的工程

数量:有利于悬浇施工,刚构部分体系不必转换;利用墩的柔度,减少上

部结构的弯矩,以减小建筑高度;抗震性能好。

年我国建成的第一座主跨冈构一连续组合梁桥山东东明黄河大

桥,是我国首次建造的刚构一连续组合梁桥。该桥桥址处属于宽浅河槽,河水

较浅,考虑通航及排洪要求后的墩身最大高度仅左右,且随着黄河的逐年

淤积,承台及桩的土抗力也随着增加,相应地增大了墩身的抗推

刚度。因此。

主桥采用刚构一连续组合形式,这种桥型结构,比连续梁和连续刚构都更为有

利刚?。

伊犁河大桥主桥下部结构根据主桥连续刚构一连续梁组合体系的受力特

点,支座墩设空心墩以减少混凝土数量。刚构墩则设双墙薄壁墩,以增加墩的

柔度。根据计算结果、连续粱方案中心两个桥墩受温度影响较小的实际情况,

将之改为刚结点。而远离中心的四个墩受温度影响较大,为避免设置刚结点而

带来不利影响,则设置四个支座墩。这样该方案利用连续刚构的优点抵抗地震

力,利用连续梁的优点抵消温度的不利影响,集二者的优点为一体。另外。在

刚构墩上,为了克服墩身较低。刚度较大的不利影响,在桩基础设计中采用了

武汉理,大学硕士学位论文

双排大直径钻孔灌注桩,桩中心线与刚构墩的双墙基本重合,采用薄壁承台,

使钻孔桩直接参与双墙共同受力作用,即将钻孔桩看作薄壁墙的

延长,使刚构

墩的整体柔度大大增加,有利于刚构墩的受力,这也是一个概念上的突破。

.预应力损失的国内外研究动态

对于预应力混凝土构件,预应力损失的大小影响建立的有效预应力的大小,

进而影响整个构件乃至整个结构的性能。预应力在张拉过程中所旌加的有效预

应力,不论是普通混凝土还是高强混凝土试件,对试件抗裂度计算、裂缝宽度

的计算,以及试件丁截面的强度计算等,部有非常重要的意义。有效预应力计

算不准确,过高的估计了有效预应力,给构件带来安全隐患;过低的考虑有效

预应力,没有充分发挥预应力的实际作用。因此如何确定预应力损失值的大小

是预应力混凝土结构设计的一项重要内容。二十世纪五十年代以来,各国学者

对预应力混凝土构件进行了大量试验研究与分析,提出了一些预应力总损失值

的近似算法,并做出了预应力筋总损失近似估算值的规定。

目前各有关规范中所规定的预应力损失计算方法,都己经过多年

的实践,

其中放张前的损失先张法和瞬时损失等的计算方法经大量验证是可行的。而

与时间有关的预应力损失,如混凝土收缩、徐变及钢筋松弛所引起的预应力损

失采用分项估算的方法尚存在一定的不合理性,这种方法忽视了它们之间的相

互影响。

年美国预应力混凝土学会预应力损失委员会提出了考虑它们之间相互

影响的计算方法。国际预应力混凝土协会在年的《钢筋混凝土与预

应力混凝土结构实用设计建议》草案中进一步强调:对混凝土收缩与徐变以及

钢筋松弛引起的与时间有关的损失值的估算必须考虑这些现象之间的相互影

响,并给出了估算公式“””“”。

此外,部分预应力混凝土构件中配有一定数量的普通钢筋,这些钢筋的存

在,对混凝士的收缩、徐变变形起阻碍作用,使预应力损失减少。并在混凝土

中可能引起拉应力,这又抵消了一部分混凝土中的预压应力。而

混凝土的抗裂

性能恰恰是取决于混凝土的有效预压应力。所以必须综合考虑普通钢筋对预应

力损失及结构性能的影响。目前,关于考虑混凝土收缩、徐变、钢筋松弛相互

影响及非预应力钢筋存在的预应力损失计算方法尚不成熟。武汉理工大学硕士学位论文

综上所述,由于造成预应力损失的因素较多,而许多因素又相互影响、相

互依存,因此要精确计算及确定有效预应力是一项非常复杂的工作。对于试验

梁,制作完成后到试验时的时间长短,试件制作完成后养护情况好坏等也都会

直接影响有效预应力的大小。

.本论文研究的意义

目前,合理正确地计算预应力混凝土桥梁结构内部的预应力损失值,不仅

对于结构的设计和施工具有很大的指导意义,而且确保了施工的质量安全,针

对预应力损失国内外研究状况,本论的研究意义主要体现在以下两方面:

第一,本论文拟结合新疆伊犁河大桥的预应力设计工作及其相应

的研究课

题展开研究。在介绍预应力混凝土结构施工工艺的基础上,分析了桥梁预应力

损失的理论计算公式,采用/软件对桥梁上部结构进行计算,结合

现场试验数据,对预应力管道摩擦系数?和每米管道偏差系数进行了取值分

析,为以后同类型桥梁的设计和施工积累了经验。

第二,本论文针对目前国内外预应力损失的研究情况,提出了温度效应对

预应力损失的影响。在温差变化较大的情况下合理计算预应力损失,可以有效

防止箱梁腹板开裂,避免局部应力集中,对预应力张拉时的温度选择有指导意

义。

.本论文研究的主要内容

本论文以预应力混凝土刚构一连续组合梁桥为研究对象,对预应力的六项损

失计算公式进行了详细介绍,利用现场数据分析顸应力损失计算中的参数取值。

论文探讨了考虑反摩阻影响的锚固损失计算方法,针对目前温度荷载研究状况,

选取合适的模型,分析温度变化下的预应力损失情况。本论文将

围绕着上述内

容展开以下研究工作:

首先介绍了预应力混凝土结构的设计原理和概念,组合梁桥的发展现

状和预应力损失计算的国内外研究动态以及本论文研究的内容和意义。

在介绍预应力混凝土结构施工工艺的基础上对预应力损失计算进行理

论分析。

武汉理工大学硕士学位论文

用/软件对桥梁上部结构进行计算,为预应力损失研究提

供可靠的理论依据。

结合现场试验数据,对管道摩阻系数和偏差系数的取值进行分析。

考虑锚固端锚具变形和钢筋回缩等因素影响,论文介绍了考虑反摩阻

的梁端锚固损失的计算方法和锚固损失补偿措施。

论文针对目前桥梁温度效应的研究现状以及温度应力的计算方法,结

合实际桥梁周围温度场分布情况,介绍了温差变化对预应力损失的影响。

论文最后对以上各项内容进行总结,得出论文的研究结论,并展

望需要进

一步研究的工作内容。

武汉理工大学硕士学位论文

第章混凝土结构预应力损失理论分析

.概述

预应力混凝土构件是指它在承受外荷载前。以人工方法使构件混凝土产生

压应力,并能长久地存在着。它改变了钢筋混凝土构件不裂早、变形大,高强

钢筋无法使用的特点。因而被广泛应用于桥梁及大型承重构件上,工程实践表

明,预应力混凝土的使用性能良好,经济效果显著。

.预应力混凝土结构施工工艺

..张拉机具设备及锚夹具

预应力锚具是预应力工程中的核心元件,这种元件永久设置在混凝土中,

承受着长期的荷载,是预应力是否存在的关键。因此,对锚具的质量有很高的

要求。

预应力体系通常可根据预应力筋的形式??钢筋、钢丝或钢绞线划分为钢

丝束镦头锚固体系、钢绞线夹片式锚固体系、精轧螺纹钢筋锚固

体系。按锚固

原理分,有支撑锚固、楔紧锚固、握裹锚固和组合锚固等体系。九。

预应力粗钢筋张拉锚固体系

预应力粗钢筋冷轧螺纹锚具轧丝锚是高强度粗钢筋锚固体系。轧丝锚

是顺高强度光圆钢筋的端部,用专用工具冷轧出外径大于钢筋直径的螺纹。由

于材料经过冷轧强化,故冷轧螺纹段钢材具有与原有圆钢筋同样的抗拉强度,

达到了充分利用钢材的目的。采用特种螺母锚固,不仅锚固性能可靠,操作简

便,而且预应力损失较小,可以在预应力钢筋极短的场合。采用螺杆、螺母锚

固方式又可以多次重复张拉、放松,还能方便地采用连接器多次接长,以适应

不同的结构和施工工艺要求。其主要特点是:

预应力筋采用螺母锚固,锚固性能可靠。

可以多次重复张拉、放松,操作方便。武汉理工大学硕士学位论文

预应力筋回缩损失很小,可以用在预应力筋较短的场合,例如竖向预应

力束和桥面横向预应力束。

采用套筒式连接器可以任意接长钢筋。

预应力粗钢筋的专用张拉设备为一型穿心式单作用千斤顶。对于预应

力高强精轧螺纹钢筋张拉锚固体系,它还具有受热不失效、钢筋可以实现在任

意点锚固连接的特点。因此既可用于后张法,也可以用于先张法。采用型

连接器,不得采用任何形式的焊接接长,当有充分的试验数据时也可采用其它

形式的连接。

注意事项:

精轧螺纹粗钢筋由于刚度大,不易弯曲,通常仅作为直线预应力筋使用。

如确需作曲线预应力筋使用时,其曲率半径应满足《预应力精轧螺纹粗钢筋设

计施工暂行规定》的要求。

预应力高强精轧螺纹粗钢筋在装卸中应尽量避免碰伤螺纹;储存时应采

取防雨措旌;钢筋堆放应搁置在枕木上,枕木间距应小于,以保证钢筋在自

重长期作用下不产生弯曲变形。

下料前预应力精轧螺纹粗钢筋肉眼可见的弯折必须调直,清除表面的浮

锈、污物、泥土,钢筋两端由钢厂剪切造成的扁头应予锯去。钢筋表面如有凹

坑、缺陷。则应剔除该段,不得使用。

预应力高强精轧螺纹粗钢筋下料应采用砂轮锯切割,严禁采用电焊切割。

当采用氧割时,应避免飞溅熔渣损伤其他钢筋表面,并需对钢筋端部用砂轮或

锉刀进行修整。

预应力高强精轧螺纹粗钢筋接长时,接长端需用油或其他牢固色彩表画

出/连接器长度,以保证被连接钢筋与连接器相对位置的准确。

预应力高强精轧螺纹粗钢筋在非张拉端露出锚具的长度等于或大于钢筋

的直径;在张拉端露出锚具的长度应大于或等于钢筋倍螺距,张拉结束氧割

所留的露出锚具的长度等于或大于钢筋直径。

预应力高强精轧螺纹粗钢筋的锚固应在油泵开动,压力表指针稳定时进

行。双向张拉时可先锚固~端后在另~端补足油压值后在进行锚固。

型预应力张拉锚固体系武汉理人学硕士学位论文

型锚固体系具有良好的自锚性能,无需顶压器,适用于锚固国内外多种

不同强度、不同规格的钢绞线或平行钢丝束。

型锚固体系分为张拉锚具、固定锚具、连接器三类。其中张拉锚具又分

群锚、扁锚、拉索群锚、环型锚哪四种;固定锚具又分

为轧花式型和挤压式型锚具两种;连接器分群锚连接器和扁锚连接

器两种。除拉索群锚外,各种锚具、连接器又按适用的钢绞线规格不同分为

和两个系列。型预应力张拉锚固体系配套的张拉千斤顶为型系列

穿心式千斤顶。其缸体是通过限位板支撑在工作锚环上的,千斤顶活塞的尾部

装有自动工具锚,可以多次重复使用,当活塞向后移动时,即可进行张拉。

型锚固体系的预应力施加方法是通过张拉锚具对结构物或构件施加预

应力的,预应力张拉可以采用一端张拉,也可以两端张拉。采用两端张拉时,

两端都必须采用张拉锚具:采用一端张拉时,张拉端采用张拉锚具,而非张拉

端既可以采用固定锚具,也可以将张拉锚具作固定锚具使用。施加预应力步骤

如下:

张拉前的准备工作。清理锚垫板及钢绞线表面;安装锚环;装夹片;安

装限位板。

安装张拉设备。千斤顶安装就位;用挡板推紧工作锚央片。

张拉。向千斤顶张拉缸供油,直至设计油压;测量伸长值。

”锚固。打开截止阀,让张拉缸回油锚圃;向千斤顶回油缸供油,活塞回

程。

封锚。拆除千斤顶;切除多余钢绞线:给束道压浆:端部用混凝土封平。

注意事项:

由于采用限位板,无顶压,在张拉锚固时,钢绞线的回缩值较大,预应

力损失也较大,使用时推荐回缩值取。

在预应力张拉时,锚具部分的摩阻损失按.%考虑。

限位板上有不同规格钢绞线的识别标志,不可用错。

在切割多余钢绞线时,一般应用砂轮切割机;如确需气割时,应采取保

护措施,使夹片不受热。武汉理工大学硕士学位论文

..张拉程序的设计和操作工艺

先张法张拉程序及工艺

先张法是在底模整理后,在台座上进行张拉已经加工好的预应力筋。先张

法通常采用一端张拉,另一端固定,即另一端在张拉前要设置好固定装置。但

也有采用两端张拉的方法。对于钢丝和钢绞线,其张拉程序:?一初始应力

?.盯。持荷?一.口。。一锚固;对于夹片式等具有

自锚性能的锚具;当使用普通松弛力筋时,?一初始应力??,.盯。。锚

固:当使用低松弛力筋时,其张拉程序可为:?一初始应力?一吒。持

荷锚固。一为张拉时控制应力包括预应力损失在内,需要超张拉

时可比设计要求增加%,但不得超过最大张拉应力的规定。张拉力筋时,为保

证安全,应在超张拉放松至.盯。。时安装模板、普通钢筋及预埋件等。张拉伸

长量的控制应保证实际伸长值与理论伸长值相差应控制在?%以内。

后张法张拉程序及工艺

后张法张拉时构件的混凝土强度不应低于设计规定,设计未规定

时,不应

低于设计强度等级值的%。施加预应力一般多从两端进行张拉。但是,从现

场条件和施工方法方面考虑,也有采用单侧张拉的,应根据设计计算和设计图

来确定。一般桥面板几乎都采用单侧张拉,但为了尽可能使预应力分布均匀,

最好逐根变换力筋张拉方向。施加预应力的方式很多,除常用的一端张拉、对

称张拉、超张拉等以外,还有分批张拉、分段张拉、分阶段张拉、补偿张拉等。

这些张拉方式的采用,事先都应有明确的计划、准备,以便逐步实施。后张法

梁的预应力筋张拉程序,依力筋种类与锚具类型不同而异。对于钢绞线,采用

夹片式等具有自锚性能的锚具。

普通松弛力筋:??,初始应力?一.仃。锚固;

低松弛力筋:??,初始应力??,盯。。持荷锚固;

其他锚具:??初始应力??,.盯一持荷一口赢锚固。

张拉时应尽量减小力筋与孔道摩擦,以免造成过大的应力损失或使构件出

现裂缝、翘曲变形。力筋的张拉顺序应按设计规定进行。若无规

定时,应综合

以下两方面因素核算确定:其一,避免张拉时构件截面呈过大的偏心受力状态,

应使已张拉的合力线处在受压区内,边缘不产生拉应力;其二,应计算分批张

拉的预应力损失值,分别加到先张拉的力筋控制应力值赢内,但不能超过武汉理工大学硕士学位论文

有关规定,否则应在全部张拉后进行第二次张拉,补足预应力损失。对于长度

大于或等于的直线和曲线预应力筋应在两端张拉,若设备不足时可先张拉

一端,然后再张拉另一端。长度小于但仍较长的直线预应力筋,也尽量采

用两端张拉。张拉时,两端千斤顶升降速度应大致相等,测量伸长的原始空隙、

伸长值、插垫等工作应在两端同时进行。

关于超张拉

在以往的施工中,不论是规范要求,还是工程设计、施工操作,都采用超

张拉施工工艺,其目的是克服钢绞线松弛的应力损失,而在现在的预应力工程

中,普遍采用了低松弛钢绞线,应力松弛损失大大减少,加之现在

的锚固系统

多采用夹片自锚式锚具,如果继续超张拉.,张拉应力就很难再回到

原值盯一,即钢绞线在口。和.盯。之间就开始锚固,因此在《公路桥涵施工

技术规范》 .中,对低松弛钢绞线除要求持荷 外,不再要

求超张拉?【”。

..预应力张拉时常见弊病防治

预应力钢筋张拉伸长量不足

主要原因:

预留管道不顺直,致使预应力钢筋与管道壁的摩阻力增加,虽然控制张

拉应力未变,但由于预应力钢筋平均张拉应力降低,故而使得伸长量不足。即

在千斤顶张拉处虽然未改变张拉力,但远离张拉点的部位由于管道摩阻力的平

衡作用使其张拉应力减小的程度过大,使得整体预应力降低,伸长量自然就不

足了。

所采用的预应力筋的实际弹性模量与理论计算伸长量时所采用的弹性模

量数据有一定差异。

张拉设备标定时或油表读书换算为拉力的数据不准确。

防治措施:

预埋预应力钢筋管道时,对每个坐标位置都要严格按照设计数据准确定位,

固定可靠,整个管道线形要保持圆滑顺直。特别是不得有由施工而造成的局部

弯曲。预应力钢筋的弹性模量要采用通过试验取得的实际数据。检查仪表设备,

必要时重新标定。武汉理上大学硕士学位论文

管道堵塞预应力钢筋无法穿入

主要原因:

由于管道接头处理不好、管壁有小或在振捣混凝土时不注意将波纹管

振漏,在浇注混凝土时产生漏浆现象,而这些漏入管道的砂浆或水泥浆已经凝

固。

在穿入预应力钢筋时,端头将波纹管接头处管壁刺破产生卷曲。

防治措施:

在安装波纹管前认真检查有无小孔,如发现要用胶带包裹密实;波纹管接

头要牢固平滑,无卷曲无变形,用胶带包裹密实不漏浆;在穿入预应力钢筋时,

要将其端头打磨圆滑,避免刺破波纹管。

.预应力损失计算方法

预应力混凝土结构设计时,需要事先根据承受外荷载的情况,估计其预加

应力的大小。结构预应力损失是指,在预应力施工过程中,由于张拉工艺,钢

材及混凝土性能等种种原因,使在混凝土中实际产生的预压应力值要比预应力

筋切断先张法或预应力筋张拉后张法完毕时小,这一差值,称为预应

力的损失值。或者由于施工状况、材料性能和环境条件等因素的影响.桥梁结

构中预应力筋的预拉应力将要逐渐减少,这种减少的应力称为预应力的损失。

设计中所需的钢筋预应力值,应是扣除相应阶段的应力损失后,钢筋中实际存

余的预应力即有效应力。值。”旧“?。设钢筋初始张拉的预应力~般称为张拉

控制应力记作二,相应的应力损失值为盯,,那么有:

?

吒‰一研

由此看出:要确定张拉控制应力.删,除需要根据承受外荷载的情

况事先估

计有效预应力盯。外,关键是要估算出预应力损失值?。引起结构预应力损失的

因素很多,准确地估算预应力损失值是非常困难的。

有些因素如混凝土的收缩、徐变及钢筋松弛引起的预应力损失值是随着

时问的增长和环境的变化而不断变化的:还有些因素之间互相影响如混凝土收

缩、徐变使构件缩短,钢筋回缩导致预应力值降低,它又将减小徐变损失;再

如钢筋的松弛也将引起徐变损失的减小等。对预应力损失估计过低,会导致结

构有些部位预压应力不足,有可能使混凝土受拉;对预应力损失估计过高,实武汉理工大学硕士学位论文

际混凝土必须承受过高的持续压应力,甚至产生过大反拱,对结构安全和使用

不利。因此对预应力损失必须做出尽可能合理的估计,找出预应力损失的规律。

对于跨度较大和体系较复杂的预应力混凝土结构,一般应分时段计算,考虑与

时间相关的各种损失的相互关系,以精确估算预应力损失;对于一些重要结构

或采用新的施工工艺时,则需要通过试验来取得各项预应力损失的估算值,以

便获得符合实际的预应力损失值。

预应力损失可以分成几个不同的阶段进行。在实际设计中,详细计算每个

阶段的应力是没有必要的。只需算出最后总损失就够了,只有在一些特定情况

下才需要分项计算。详细计算时可把时间分成几个间隔,并考虑各种损失的依

赖关系,会得出较精确的结果,这种方法通常称作“时一步”法。预应力损失,

按计算精度和难易程度可分为三级,供设计时选用:?预应力总损失;?分项

预应力损失:混凝土收缩、徐变、钢筋松弛等;?用“时一步”法精确计算任

一时刻的损失。

年以前,在设计中采用近似公式来计算预应力损失,或直接取用预应

力总损失值:先张构件取,后张构件取~““。“。这一损失值是根据

正常强度的混凝土、正常的钢绞线、正常的预加应力值以及正常的养生条件等

情况确定的。所计算的预应力损失值只包括:弹性压缩、钢筋松弛、混凝土收缩

和徐变,但不包括摩阻和锚具引起的损失。

目前已有很多种方法采用分项计算预应力损失,把分项损失相加便可得出

总损失。在计算时需要提供一些基本数据,如材料特性、施工工况、养护条件

等。“时一步”法是计算时间相关损失最精确的方法,然而,需要提供一些有

关材料特性的时间相关数据,如徐变、收缩变形等。另外,还要弄清时间损失

内部的相互依赖关系。

图?表示了预应力总损失的组成,并指明了由各种原因引起的损失之

问的关系和影响唧。比如由于钢筋松弛而减小了钢筋应力,同时也降低了混凝

土应力:随之与混凝土应力有关的徐变损失也降低了,反过来又导致钢筋松弛

率的降低。

武汉理大学硕士学位论文

由

混

凝

土

引

起

由

钢

筋

引

起

图?预应力损失的组成

.预应力损失理论分析与计算公式 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 ?中规

定,预应力混凝土构件在持久状态正常使用极限状态计算时,应

考虑下列因素

引起的预应力损失?“:

预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 盯。

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩,, 预应力钢筋与台座之间的温差 ,

混凝土的弹性压缩,。

预应力钢筋的应力松弛,,

混凝土的收缩和徐变

。

此外,尚应考虑预应力钢筋与锚圈之间的摩擦、台座弹性变形等因素引起

的其他预应力损失。

..预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失

在预应力混凝土结构中,一般是通过后张法工艺施加预应力的。在后张法

构件中,由于张拉钢筋时预应力钢筋与管道壁之间接触而产生摩擦阻力,此项

摩擦阻力与张拉力方向相反,因此,钢筋中的实际应力较张拉端拉力计中的读

数要小,即造成钢筋中的应力损失胪摩擦阻力引起的预应力损失与很多因素

有关,例如钢筋表面形状、管道材料、管道形状和施工质量等。武汉理大学硕士学位论文

摩阻损失,主要由管道的弯曲和管道位置偏差两部分影响所产生。对于直

线管道,由于施工中位置偏差和孔壁不光滑等原因,在钢筋张拉时,局部孔壁

仍将与钢筋接触而引起摩擦损失.一般称此为管道偏差影响或称长度影响摩

擦损失,其数值较小;对于弯曲部分的管道,除存在上述管道偏差影响之外,

还存在因管道弯转,预应力对弯道内壁的径向压力所起的摩擦损失,称此为弯

道影响摩擦损失,其数值较大,并随钢筋弯曲角度之和的增加而增加。曲线部

分摩擦损失是由以上两部分影响所形成,故要比直线部分摩擦损失大得多。

弯道影响引起的摩阻损失

设钢筋与管道内壁相贴,并取微分段出为脱离体,相应的圆心角为如

图。假设其左端沿切线方向作用的拉力为,

?

右端沿切线方向作用的力为,式中。即为由 尸钆

可知,作用于二端切线方向的拉力和十?,将产

享:了箨:掌竺鬟荔墨舅蔷答差劳詈嘉之宝瓮未:迨必一/;州

生一个指向弯曲中心的径向压力。若忽略出微分段

图一,引

/一

内张拉力微小变化对径向压力的影响,则径向压力为:

?

:?塑。?.塑。

摩擦阻力.等于径向压力乘以摩擦系数,其方向与拉力方向相反 .

管道偏差引起的摩阻损失

管道局部偏差所引起的摩阻损失,在曲线段和直线段均应加以考

虑。假设

每米长度管道局部偏差对摩擦阻力的影响系数为.则在出范围内

由管道局部

偏差而产生的摩阻力为:

?

这样,总的摩擦阻力为:

?

?一岸?口十

?

移项后得:

一埘口

对上式进行积分,即可求得经过摩阻损失后的任意点的有效预加

力:

?

。。一‘胪”’

式中:乙??施力点的张拉力,即张拉端的张拉控制力; 武汉理工大学硕士学位论文

????计算点甩处经过摩阻损失后的有效预加力。

这样,即可求得从张拉旌力点到任意计算点的摩阻损失盯。的一

般表达式为:

一:丝芦:?‰一 .】:华“】

?

盯,盯。一一‘胪“’】

式中:

。。??锚下张拉控制应力;

爿??预应力钢筋与管道壁的摩擦系数,按表?采用“; ??从张拉端至计算截面间,平面曲线管道部分夹角之和,称 为曲线包角,单位以弧度计:如管道为在竖平面内和水平面 内同时弯曲的三维空间曲线管道,则护可按下式计算: ?靠彩,其中:如、影分别为在同段管道上的水平面内 的弯曲角与竖向平面内的弯曲角;

工??从张拉端至计算截面的管道长度在构件纵轴上的投影长度;

或

为三维空间曲线管道的长度,以米计:

??管道每米局部偏差对摩擦的影响系数。

表? 计算摩阻损失的系数和‖值

‖

七

管道成型方式

钢绞线、钢丝束 精轧螺纹钢筋

. .~.

.

预埋金属波纹管

. .~.

预埋塑料波纹管

. . .

预埋铁皮管

. .

预埋钢管

. . .

抽心成型

减小摩擦损失措施

为了减小摩擦损失,一般采用如下措施:

采用两端张拉。对于纵向对称配筋的情况,最大应力损失发生在中问截

面,管道长度和曲线段切线夹角均减小一半。武汉理工大学硕士学位论文

对钢筋进行超张拉。张拉端首先超张拉%~%,使得中间截面的预

应力也相应提高,但张拉端到控制应力时,由于受到反向摩擦力的影响,这个

回松的应力并没有传到中间截面,使得中间截面仍可保持较大的张拉应力。超

张拉程序应符合有关施工规范的规定。

..锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失

后张法混凝土梁,当张拉结束并进行锚固时,锚具将受到巨大的压力,使

锚具自身及锚下垫板压密而变形,同时还有些锚具的预应力筋还要向内回缩;

对于拼装式混凝土结构的接缝,在锚固后也将继续被压密变形。所有这些变形

都将使锚固后的预应力筋束缩短,因而造成预应力损失。~般可按以下公式计

算:

址

一

竿

式中:? ??张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值以计,

按表采用?;

??张拉端至锚固端之间的距离以计;

廓??预应力钢筋的弹性模量正巴。

表~

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值单位:

址

锚具、接缝类型

锚具、接缝类型钢丝束的钢制锥形锚具 镦头锚具有顶压时 每块后加垫板的缝隙

夹片式锚具无顶压时 水泥砂浆按缝带螺帽锚具的螺帽缝隙 环氧树脂砂浆接缝

按式?计算锚具变形损失:时,未考虑管道的反摩阻影响,即认为

沿构件全长各截面的锚具变形损失均相等。实际上由于锚具变形所引起的钢筋

回缩,同样会受到管道摩阻力的影响,这种摩阻力与钢筋张拉时的摩阻力方向

相反,故称反摩阻。若考虑反摩阻的影响,则锚具变形损失仅影响锚具附近

一段的钢筋,在这一影响区段内其数值也是变化的。《公路钢筋混凝土及预应亟塑堡三盔堂堕主堂垡堡壅

规定,后张法构件预应力曲线钢筋

力混凝土桥涵设计规范》

由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失,应考虑反向摩擦的影响。

其附录中推荐的考虑反摩阻后钢筋应力损失计算图式,是目前国际上多数国

家规范采用的简化计算图式,其核心是认为由张拉端至锚固范围内由管道摩擦

引起的预拉力损失沿梁长方向均匀分配,即将扣除管道摩阻损失

后钢筋应力沿

梁长方向的分布曲线简化为直线。对于曲线管道则应考虑摩擦影响,论文将在

第五章进行详细介绍。

..预应力筋和台座间温差引起的应力损失

在先张法中,钢筋的张拉和临时锚固是在常温下进行的。当采用蒸汽或其

他加热方法养护混凝土时,钢筋将因受热而伸长,而加力台座不受升温的影响,

设置在两个加力台座上的临时锚固点问的距离保持不变,这样将使钢筋松动。

等降温时,钢筋与混凝土已经粘结为一体,无法恢复到原来的应力状态,于是

产生了应力损失,。

假设张拉钢筋时的自然温度为.,混凝土加热养护时预应力钢筋的最高温度

为:,则温差:一‘。钢筋因温度升高?而产生的变形总值为

.,一.弛,由此而造成的应力损失:

,

?

盯

等??,~

式中:口??钢筋的线膨胀系数,一般可取为。/;

。??预应力钢筋的弹性模量,取。. 。

若将口×。/和。.’只代入公式,则得温差损

失的计算表达式为:盯,一,.

如果混凝土加热养护时,台座与构件共同受热如钢模机组流水作业先张

法,则不会产生温差应力损失。

为了减小温差损失,可采用两次升温分段养护的措施。第一次升温的温差

一般控制在。以内,此时,钢筋与混凝土之问尚无粘结,因而这个温差将引

起应力损失。待混凝土结硬并具有一定强度.~.后,再进行第二次

升温。这时,钢筋与混凝土已粘结为一体,共同受热,共同变形,不会引起新

的应力损失。

武汉理工大学硕士学位论文

..混凝土弹性压缩引起的应力损失

当预应力混凝土结构受到预压应力而变形时,对于已张拉并锚固于该梁上

的预应力束来醴,也将产生一个与该筋束重心水平处混凝土同样大小的压缩应

变占。岛,因而产生一个预拉应力损失,该损失称为混凝土弹性压

缩损失。

先张法混凝土结构

先张法混凝土结构筋束张拉与对混凝土施加预压应力是完全分开的两个工

序,当筋束放松对混凝土施加压力时,混凝土所产生的全部弹性压缩应变,这

就会引起筋束的应力损失,其值为:

一

盯 。??口印。盯

式中:印??预应力筋束的弹性模量,与混凝土弹性模量之比;

盯。??在先张法混凝土结构计算截面的筋束重心处,由全部钢筋

预加力产生的混凝土法向应力,可按式盯,;拿翌%叠

月

计算;

?。。??混凝土应力为零时的预应力筋束的预加力扣除相应阶段

的预应力损失;

、。??预应力混凝土结构的换算截面面积和换算截面惯性矩;

。。??预应力钢筋截面重心至换算截面重心的距离。

后张法混凝土结构

预应力结构中大多数是采用后张法对结构施加预压应力的。后张法混凝土

结构预应力钢束张拉时所产生的混凝土弹性压缩量,是在张拉过

程后完成的,

一次张拉完成的混凝土结构就不存在混凝土弹性压缩引起的应力损失,但桥梁

中预应力钢束很多,一般是分批张拉锚固的。这样,当张拉后批筋束时所产生

的混凝土弹性压缩变形,将使先批已张拉并锚固的筋束产生应力损失,也有的

称此为分批张拉应力损失。可按下式简化计算:

一

譬口印% ??一口妇盯声

式中:川??预应力钢筋的张拉批,每批钢筋的根数和预加力相同;

?亟堡望三查兰堡主兰堡笙壅

仃。??由批筋柬的合力?。在其作用点全部筋束的重心点处

所产生的混凝土正应力,其等于张拉各批筋束所产生的混凝

土正应力之和,即盯?:

?盯。??在计算截面先批张拉筋束重心处,由随后张拉各批筋束所

产生的混凝土正应力,由公式?仃,:生?垒每丛计算;

一月 ”

?。??所有筋束预加应力扣除相应阶段的应力损失的合力;

。??先批张拉筋束重心处至混凝土净截面重心轴问的距离,

故乩“;

一以??混凝土结构的净截面面积和净截面惯性矩。

..预应力筋松弛徐舒引起的应力损失

钢筋在持久不变的应力作用下,也会产生随时间变化而增加的变形金属蠕

变,如筋束在~定的拉应力作用下,长度又保持不变,则筋束中的应力将会随

时间延长而降低,这就是钢筋的松弛引起的应力损失。一般有如下特点:

钢筋初拉应力越高,其应力松弛愈大,初应力小于钢筋极限强度的%

时,松弛量很小,可略去不计。

钢筋的松弛量与钢筋的品质有关,~般低松弛筋的松弛值不到普通松

弛筋的/。

钢筋松弛与时间有关,前期发展较快,一天后可完成%,以后渐趋

稳定。

采用超张拉,并保持数分钟后,再降至设计值,可使松弛减少%左

右。

钢筋松弛随温度升高而增加。

?规定,

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

预应力钢筋由钢筋应力松弛引起的预应力损失终值,可按下列规

定计算:

预应力钢丝、钢绞线:

,

一

蝣.二一.

畦

式中:??超张拉系数,一次张拉时。缈.:超张拉时,缈.:垫堡堡三

盔堂堡主堂堡堡壅

??钢筋松弛系数,级松弛普通松弛,取掌;级松弛低 松弛,取.;

仃。??传力锚固时的钢筋应力,对后张法构件, 口?口。一盯??;对先张法构件盯?一一; 厶??预应力钢筋的抗拉强度标准值。

精轧螺纹钢筋

一次张拉

盯.。

超张拉

盯.一

预应力钢丝、钢绞线当需要分段计算钢筋松弛损失时,其中间值

与终极值

的比值应根据建立预应力的时间按表?确定。 表?钢筋松弛损失中间值与终极值的比值

时间

. . . . .

比值

..混凝土收缩和徐变引起的应力损失

由于混凝土收缩和徐变的影响,会使预应力混凝土构件产生变形,

因而

引起预应力钢筋的应力损失。其值为

协四

‰,塑鹊寰刨

。,/

口刍/

。:生生兰生垒

。彤

一。,

式中:。、??由混凝土收缩、徐变引起的构件受拉区预应力钢筋的

应力损

失:

盯。??构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处,由预加力扣除相应 阶段的预应力损失和结构自重产生的混凝土法向应力; 。??预应力钢筋弹性模量;

。??预应力钢筋弹性模量和混凝土弹性模量的比值:武汉理工大

学硕士学位论文

??构件受拉区全部纵向钢筋配筋率:

。。??计算参数;

??截面的回转半径:?‘,/:为结构截面惯性矩,为结 构截面面积;对先张法取换算截面、。;对于后张法取净 截面。、。;

。。??构件截面受拉区全部纵向钢筋截面重心点至构件截面重心

的

距离;

,,。??预应力钢筋传力锚固龄期为~,计算考虑的龄期为,时 的混凝土收缩应变,其终极值.,,。可按表取用; ?,。??加载龄期为“,计算考虑的龄期为的徐变系数,其终极 值?屯,可按表取用。

表? 混凝土收缩应变和徐变系数终极值

混凝土收缩应变终极值占。。,。×

%?% %?%

传力锚

理论厚度

固龄期 理论厚度 ? ?

’ . . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . .

.

. . . . . . . .武汉理工人学硕士学位论文 混凝土徐变系数终极值?,。,,。

%?% %?%

传力锚

固龄期 理论厚度 理论厚度 ? ?

. . . . . . . .

. . . . .

. . .

. . . . . . . .

. . . . . .

. .

. . . . .

. . .

. .

. . . . . .

注:.表中代表桥梁所处环境的年平均相对湿度%; .表中理论厚度一。/,为构件截面面积,?为构件与大气接触的 周边长度,当构件为变截面时,以和”均可取其平均值; .本表适用于由硅酸盐水泥或快硬水泥配制而成的混凝土,对及

以上

混凝土,表列数值应乘以?./厶,式中厶为混凝土轴心抗压强度

标准值朋。

..预应力损失组合

综上所述,所列各项预应力损失在不同的施工方法中所考虑的亦不相同。

从损失完成时间上看,有些损失出现在混凝土预压完成以前,有些损失出现在

混凝土预压后;有些损失很快就完成,有些损失则需要延续很长时问。通常按

损失完成的时间将其分为两组:

第一批损失,。传力锚固时的损失,损失发生在混凝土预压过程完成以前,

即预施应力阶段;

第二批损失。传力锚固后的损失,损失发生在混凝土预压过程完成以后

的若干年内,即使用荷载作用阶段。

不同旖工方法所考虑的各阶段预应力损失值组合情况列于表。武汉理工大学硕士学位论文

表? 各阶段预应力损失值的组合

先张法构件 后张法构件

预加应力损失的组台

传力锚固时的损失第一批损失。 盯,盯,,,.盯, 盯,

盯,盯,

传力锚固后的损失第二批损失田.

在设计预应力混凝土构件时,应根据所采用的方法,按照不同的工作阶段

考虑有关的预应力损失。在各项损失中,一般来说,以混凝土收缩、徐变引起

的应力损失最大;此外,在后张法中摩阻损失的数值也较大;当预应力钢筋长

度较短时,锚具变形损失也不小,这些都应予以重视。

.小结

引起预应力损失的因素很多,要精确计算及确定预应力损失是非常复杂的。

本章在介绍了预应力混凝土结构的施工工艺的基础上,采用分项法对预应力各

项损失进行估算。本中所列,~吼。是在预应力混凝土构件计算中常遇到的

范文四：混凝土连续梁桥的计算

第四章 混凝土连续梁桥的计算

授课时间:2006年 10月 30日

授课地点:试验楼试验三

教学内容 :1、结构恒载内力计算

2、结构活载内力计算

3、恒活载内力计算时的几点注意事项

重点 :1、悬臂施工连续梁桥恒载内力计算

2、结构活载内力计算方法

思考题及习题:

系部主任:教研室主任:任课教师:王丽荣

抽查情况:抽查情况:任课班级:B03级 51~53班

第一节 结构恒载内力计算

一、 计算特点

简支梁桥 -------成桥结构图式

连续梁桥等超静定结构 --------根据施工方法来确定其计算图式

相应施工阶段的计算图式单独地计算

然后进行内力或应力叠加

连续梁桥的施工方法,大体有以下几种:

1. 有支架施工法;

2. 逐孔施工法;

3. 悬臂施工法;

4. 顶推施工法等。

结构体系转换和内力 (或应力) 叠加的问题, 这就是连续梁桥恒载内力计算的

一个重要特点。

二、恒载内力计算

(一 ) 满常支架现浇连续梁桥恒载内力计算

特点:1、整联布设支架,一次落架。

2、无体系转换,结构力学中的连续梁进行计算

(二 ) 悬臂施工连续梁桥恒载内力计算

例子:某 5跨连续梁桥,跨径为 30m+3×45m+30m

合龙次序 ------由边孔对称向中孔依次进行

1. 悬拼完毕,吊机拆除

悬臂完毕时的恒载内力如图 2-4-1a 所示

2. 现浇边跨部分

一端固定,一端简支,现浇段自重作用恒载内力如图 2-4-1b )所示

3. 拆除 2号墩、 5号墩上的临时支座

一端固定一端简支的梁式结构 -----两端简支的单悬臂结构的内力

临 时支 座释 放的 不平 衡弯 矩在 两端 简支 的单 悬臂 上所 产生 的内 力(图 2-4-1c ) ) 。

4. 边跨合龙

边跨的单悬臂梁与 3号墩(4号墩)的 T 构现浇合龙。计算单悬臂梁和 T 构的 支架、模板重力及合龙段自重作用下的内力(图 2-4-1d ) ) 。

系部主任:教研室主任:任课教师:王丽荣

抽查情况:抽查情况:任课班级:B03级 51~53班

系部主任: 教研室主任: 任课教师:王丽荣

抽查情况: 抽查情况: 任课班级:B03级 51~53班

5. 合龙段支架模板拆除后, 考虑合龙段的上述重力从相反方向加在已合龙的结 构体系上产生的内力(图 2-4-1e ) ) 。

6. 拆除 3号墩(4号墩)的临时支座,计算因拆除临时支座所产生的内力(图 2-4-1f ) ) ;

7. 中跨合龙

把左半跨与右半跨合龙成 5跨连续梁。 计算合龙段两侧臂端在支架、 模板重力、 合龙段自重作用下的内力(图 2-1-4g ) ) 。

8. 合龙段支架模板拆除后, 考虑上述重力以相反的方向加在连续梁上产生的内 力(图 2-4-1h ) ) 。

9. 连续梁最终的恒载内力(图 2-4-1i ) ) 。

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抽查情况: 抽查情况: 任课班级:B03级 51~53班

(三) 、预制简支—连续施工连续梁桥恒载内力计算 一期恒载作用在简支梁上,二期恒载作用在连续梁上

(四) 、逐孔浇筑施工连续梁桥恒载内力计算 施工方法:移动模架法(上、下导梁) 逐孔浇筑 适用范围:等高度连续梁。 1、逐孔浇筑:

A 计算同简支(或悬臂) ,

注意:墩顶截面连续,较大负弯矩,易开裂。 B 等高多跨多次超静定结构。

(五) 、顶推施工连续梁桥恒载内力计算 施工方法:移动模架法(上、下导梁) 逐孔浇筑 适用范围:等高度连续梁。 特点:

1、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。

2、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。

3、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。 (1)导梁刚接近前方支点 (2)刚通过前方支点

) 96. 2933. 0(12

22max

γβ-=+

gL M

前伸导梁刚推移过墩顶 γ—导梁与混凝土的自重比;

β—导梁长度与跨长之比。

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[]

)

1(2

222min

αγα-+-=-gL M

前伸导梁刚到达墩顶前面

βα-=1

前伸导梁刚搁上墩顶,此时梁内亦可能再现最大负弯矩值。 -

max M 值与导梁刚

比 K 有关。 度 s s I E 同混凝土梁刚度 E c I c 之

式中 μ—计算系数,由 K 与 β查下图所示的曲线可得。

导梁与主梁的刚度比值

c

c s

s I E I E K =

μ与 k 、 β的关系曲线

式中 E s I s —钢导梁的弾性模量与截面惯矩;

E c I c —混凝土主梁的弾性模量与截面惯矩

第二节 活载内力计算

一、 计算特点

1、活载内力为汽车、人群等活载在桥梁使用阶段所产生的结构内力

2、结构已成为最终体系—连续梁桥,力学计算图式明确

3、 当采用 T 形或箱形截面且肋数较多时, 应考虑结构空间受力特点进行活载 内力计算;

4、当采用单箱单室截面时,可直接按平面杆系结构进行活载内力计算。 二、活载内力计算

(一)按空间结构计算活载内力

连续梁桥按空间结构计算活载内力的方法为:

1. 计算各主梁(肋)的荷载横向分布系数;

2. 将荷载乘以最不利横向分布系数,沿桥梁纵向将荷载按最不利位置分别在 影响线正负效应区加载,即可求得绝对值最大的正负活载内力。

(二)按平面杆系结构计算活载内力

计算方法与空间结构类同,只是无需计算横向分布系数。

(三)连续梁桥活载内力计算特点

1、连续梁桥为超静定结构,活载内力计算以影响线为基础

2、结构力学的知识绘制影响线

有限元法绘制影响线

3、手工计算,按照影响线形状,进行最不利布置

编程电算,采用动态规划法

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第三节 恒活载内力计算时的几点注意事项

一、 支座宽度对负弯矩折减的影响;

M M M e -='

28

1

qa M ='

式中 e M —折减后的支点负弯矩;

M —按理论公式或方法计算的支点负弯矩; M '—折减弯矩

q —梁的支点反力 R 支座两侧向上按 45o分布于梁截面重心轴 G G -的荷载

强度, a R q /=;

a —梁支点反力在支座两侧向上按 45o扩散交于重心轴 G G -的长度(圆形

支座可换算为边长等于 0.8倍直径的方形支座) 。

图 2-4-8 中间支承处折减弯矩计算图

注:但折减后的弯矩不得小于未经折减的弯矩的 0.9倍

二、 有承托的连续梁, 支点与跨中惯性矩之比等于或小于 2时, 不考虑惯性矩变化。 否则应考虑。

三、支承处设有横隔梁,支座上的计算截面可采用横隔梁侧面的截面。

第四章 混凝土连续梁桥的计算

授课时间:2006年 月 日

授课地点:试验楼试验三

教学内容 :1、预加力次内力计算

2、预应力混凝土连续梁由徐变、收缩引起的次内力计算 重点 :1、次内力的定义

2、等效荷载法的应用

3、徐变、收缩定义

思考题及习题:

系部主任:教研室主任:任课教师:王丽荣

抽查情况:抽查情况:任课班级:B03级 51~53班

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第四节 预加力次内力计算的等效荷载法

一、 超静定次内力的定义

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 )

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

简支梁在预加力作用下只产生自由挠曲变形和预应力偏心力矩(初预矩) ,而不产 生次力矩

连续梁在预加力作用下产生预应力偏心力矩(初预矩)和次力矩

' 0M M M +=总 0M ——初预矩,它是预加力 y N与偏心距 e 的乘积,即 e N M y o =;

' M —预加力引起的次力矩,它可用 力法 或 等效荷载法 求解。

二、等效荷载法原理

1. 基本假定

为了简化分析,对于预应力混凝土梁作了以下的假定: (1)力筋的摩阻损失忽略不计(或按平均分布计入) ; (2)应力筋贯穿构件的全长;

(3)索曲线近似地视为按二次抛物线变化,且曲率平缓。 2. 曲线预应力索的等效荷载

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) (χq ==22

) (dx x M d =y

N l f 2

8=常数

3. 折线预应力索的等效荷载

)

(A B Ny P θθ-=效 三、等效荷载法的应用

(1) 按预应力索曲线的偏心距 i e 及预应力 y N 绘制梁的初预矩 i y o e N M =图, (不考虑所有支座对梁体的约束影响)

(2)按布索形式分别应用确定等效荷载值

(3)用力法或有限单元法程序求解连续梁在等效荷载作用的截面内力,得出 的弯矩值称总弯矩 M 总,它包含了初预矩 M 0在内;

(4)求截面的次力矩 M 次 即:

M M M -=总 次

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第五节 预应力混凝土连续梁由徐变、 收缩引起的次内力计算

一、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、混凝土变形过程

(1)柱体未承载前,收缩应变 e ε (图 2-4-13b ) ) ;

(2)当加载(混凝土加载龄期为 0τ时,混凝土柱体 0τ=t 时产生瞬时弹性应 变 b b e E /σε=(图 2-4-13b ) ) ;

(3) 在荷载的长期 (持续) 作用下, 混凝土柱体随时间增加产生附加应变 c ε, 称为徐变应变;

(4)荷载在 1t t =时卸去,混凝土地柱体除了瞬时恢复弹性应变外,还随时间 恢复了一部分附加应变。这部分可恢复的徐变应变称为滞后弹性应变 v ε,残留 的不可恢复的附加应变部分为屈服应变 f ε, f v εε+为徐变应变的总和。 2、收缩徐变的影响

(1)结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度;

(2)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; (3)预应力混凝土构件中,徐变和收缩会导致预应力的损失; (4)徐变将导致截面上应力重分布。

(5) 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。

(6)混凝土收缩会使较厚构件的表面开裂

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3、线性徐变

当混凝土棱柱体在持续应力不大于 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

e

C e

e

e c c c l

l l l l l εε?ε?ε/=?=????=?=

二、混凝土徐变系数的计算

经验公式:

1. 混凝土徐变系数和收缩量的计算,各国规范都有规定,主要是经验公式。我 国桥梁规范 (JTGD62-2004)对混凝土的徐变系数规定按下列公式计算:

) () , (000t t t t c -?=βφφ

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) () (00t f cm RH ββφφ??=

3

100)

/(46. 0/11h h RH RH RH -+

=φ

)

/(3

. 5) (5

. 00cm cm cm f f f =β 2

. 0100) /(1. 01

) (t t t +=

β

3

. 010100/) (/) () (??

???-+-=-t t t t t t t t H

c ββ

15002502. 11150018

0≤+???

????????? ??+=h h RH RH H β 式中 0t —加载时的混凝土龄期(d ) )

t —计算考虑时刻的混凝土龄期(d ) ;

()0, t t φ—加载龄期为 0t , 计算考虑龄期为 t 时的混凝土徐变系数; 0φ—名义徐变系数;见书上表 2-4-1 c β—加载后徐变随时间发展的系数。

cm f —强度等级 C20~C50混凝土在 28d 龄期时的平均立方体抗压强度

(MPa ) , MPa f f k cu cm 88. 0, +=;

h —构件理论厚度(㎜) , u A h /2=, A 为构件截面面积, u 为构件与大气

接触的周边长度;

%1000=RH ;

0h =100㎜ ;

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d t 11=; MPa f cmo 10=。

三、结构因混凝土徐变引起的次内力计算

(一) 转换结构体系

1、在先期结构上由于结构自重产生的弯矩,经过混凝土徐变重分配,在后期 结构中 t 时的弯矩 M gt ,可按下式计算:

gt M ﹦ {})]

, () , ([lg 2lg 001) (ττφτ

φ----+t g e M M M

式中 lg M ――在先期结构自重作用下,按先期结构体系计算的弯矩;

g M 2――在先期结构自重作用下,按后期结构体系计算的弯矩;

) , (0τφt ――从先期结构加载龄期 0τ至后期结构计算所考虑时间 t 时的徐变

系数,当缺乏符合当地实际条件的数据时,可按桥规 (JTGD62-2004)附录 F 计算;

) , (0ττφ――从先期结构加载龄期 0τ至 τ时转换为后期结构的徐变系数。

2、先期结构上由预加力产生的弯矩,经过混凝土徐变重分配,在后期结构中 t 时的弯矩 pt M ,可按公式计算:

pt M ﹦ {

})]

, () , ([121001) (ττφτφ---'-'+t pt pt pt e M M M

pt pt pt M M M 1

011'+= 式中 M 1pt ――在先期结构中的预加力作用下,按先期结构计算的弯矩;

01pt M ――在先期结构中的预加力作用下,按先期结构计算的主弯矩(预加

力乘以偏心距) ;

pt M 1

'――在先期结构中的预加力作用下,按先期结构体系计算的次弯矩; 当先期结构为静定体系时, pt M 1

'为零; pt M 2

'――在先期结构中的预加力作用下,按后期结构体系计算的次弯矩。

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(二) 不转换结构体系

在混凝土徐变完成后,由预加力引起的总的次效应(包括弹性变形和徐变) , 可由预加应力时引起的弹性变形次效应乘以预应力钢筋张拉力的平均有效系数 C 求得。平均有效系数按下式计算:

i

e

P P c =

式中 e P ――预应力损失全部完成后,预应力钢筋平均张拉力;

i P ――预应力瞬时(第一批)损失完成后,预应力钢筯平均张拉力。

(三) 预应力混凝土连续梁结构,在恒载与预加力作用下,考虑徐变影响,结 构任意截面的最终弯矩为(龄期相同条件下)

pt gt T M M M +=

四、混凝土收缩应变的计算

经验公式:

1、混凝土的收缩应变可按下列公式计算:

()s s cs s cs t t t t -?=βεε0) , ( ()RH cm s cso f βεε?=

()()[]610/910160-?-+=cm o cm sc cm s f f f βε

()[]

30/155. 1RH RH RH -=β

()()5

. 012

01

//350/????

??

-+-=-t t t h h t t t t t s s s s β

式中 t ——计算考虑时刻的混凝土龄期(d ) ;

s t ——收缩开始时的混凝土龄期(d ) ,可假定为 3~7d ;

()s cs t t , ε——收缩开始时的龄期为 t s ,计算考虑的龄期为 t 时的收缩应变 ;

cso ε—— 名义收缩系数;

s β—— 收缩随时间发展的系数;

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cm f —— 强度等级 C20~C50混凝土在 28d 龄期时的平均立方体抗压强度

(MPa ) , MPa f f k cu cm 88. 0, +=;

k cu f , ——龄期为 28d, 具有 95%保证率的混凝土立方体抗压强度标准值

(MPa ) ;

RH β——与年平均相对湿度相关的系数

RH ——环境年平均相对湿度(%) ;

sc β——依水泥种类而定的系数,对一般的硅酸盐类水泥或快硬水泥, sc β=5.0;

h ――构件理论厚度(mm ) , u A h /2=, A 为构件截面面积, u 为构件与

大气接触的周边长度;

RH 0=100;

0h =100mm; 1t =1d;

cmo f =10Mpa 。

五、结构因砼收缩引起的次内力计算

求出 t 时刻砼收缩总应变 ) , (0t t cs ε后,可得用结构力学中的力法方程,对连

续梁结构进行在 t 时刻收缩变形值引起结构赘余力方向上的弹性内力计算。

注: 1、对于一般的超静定连续梁,因收缩变形并不受到强大约束,可只计算结构

的收缩位移量,而忽略结构次内力计算

2、对于墩梁连固的连续一刚构体系,就应考虑收缩引起的结构次内力。

第四章 混凝土连续梁桥的计算

授课时间:2006年 月 日

授课地点:试验楼试验三

教学内容 :1、基础沉降次内力计算

2、温度次内力和自应力计算

重点 : 1、温度变化对结构的影响

2、连续梁温度次内力计算

思考题及习题:

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第六节 基础沉降次内力计算

三跨连续梁, 当中墩基础分别产生不等的地基沉陷 ??1和 ??2时, 基本结构的 力法方程为:

?

??

=?++=?++??0022221211212111X X X X δδδδ 安

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第七节 温度次内力和自应力计算

一、基本概念

温度梯度

温度梯度是指当桥梁结构受到日照温度影响后,温度沿梁截面高度变化的形 式。

二、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 1、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

2、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(由于变形后仍符合平截面 假设)

三、连续梁温度次内力计算

超静定结构温度次内力计算

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抽查情况: 抽查情况: 任课班级:B03级 51~53班 1、结构力学公式

2、有限元方法

力法求解

以两跨等截面连续梁为例, 取两跨简支梁为基本结构, 在中支点切口处的赘余 力矩为 T M 1,如图所示,于是可以列出力法方程为:

01111=?+T T M δ

式中 11δ—— 11=T M 时在赘力矩方向引起的相对转角;

T 1?——因温度变化在赘余力矩方向上引起的相对转角。

T 1?的计算步骤如下:

(1) 分别计算 AB 跨和 BC 跨简支梁的挠曲线曲率 1ψ和 2ψ, 由于该两跨的截 面尺寸完全相同,故当不计钢筋影响时, 1ψ=2ψ=ψ

(2)按《材料力学》公式分别计算该两跨在各自两个端点切线之间的夹角, 即:

?

?===B A B A

l dx dx EI M 11ψψθ ??===C B C B l dx dx EI M 22ψψθ (为曲率半径 ρρψ, 1

EI

M == ) (3)由于连续梁是采用等截面的,故基本结构中每跨梁两端的转角对称且相

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抽查情况: 抽查情况: 任课班级:B03级 51~53班 等 , 各 等 于 θ/2, 于 是 ) (2221211l l T +-=???

??+-=?ψθθ

T 1?取负值是因相对转角方向与所设赘余力矩 T M 1的方向相反。

范文五：连续梁桥最大跨径 跨江大桥连续梁桥施工监控

跨江大桥连续梁桥施工监控

中国电建水电十四局

1. 工程概况及监控目的 1.1工程概况

黄落绥江大桥位于广东省肇庆市怀集县坳仔镇境内，位于黄落村上游300m左右处跨越省道S263至黄落村的乡道，跨越绥江左汊、绥江中心小岛、绥江右汊，再跨越省道S263至高排山的乡道(砼)。

黄落绥江大桥为双线桥，位于缓和曲线及直线段上，线间距为4.8 m，全桥长319.32m，中心里程为:DK668+656.030，起始里程:DK668+496.690,DK668+816.010，全桥跨孔布置为1-32+1-(40+3×64+40)m连续梁，全桥共5墩2台，全桥所有基础均为钻孔灌注桩基础，按柱桩设计，其中贵阳台和广州台桩径1.0m，其余桩径均为2.0m。梁体为单箱单

1

室、变高度、变截面结构，箱梁顶宽12.2m，箱梁底宽6.7m。顶板厚度除梁端附近外均为40cm，底板厚度40至80cm，按直线线形变化，腹板厚48至80cm，按折线变化。全联在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。主梁全长272m，悬灌结构为五跨(40+3×64+40)m，包括跨绥江主墩2#、3#、4#、5#四个“T”构，15.5m(两个边跨)的现浇段，5个2.00m合拢段，主梁砼标号C50，箱梁0#块采用托架支撑施工，箱梁1#~7#块采用挂篮悬臂灌注施工，9#段采用Ф630钢管支架现浇。

1.2 T型连续梁桥线性监控目的

根据《客运专线桥涵施工指南》的要求，梁端高程与设计高程之差应不大于?10mm。根据《铁路桥涵施工规范TB10203-2002》的要求，箱梁合拢时相对高度误差不得大于15mm,在连续梁桥梁的悬浇施工过程中，随着悬浇梁段的增加，结构体系不断变化。每一梁段的增加都对现有结构内力和

1

黄落绥江大桥连续梁桥施工监控工作方案

线型产生一定的影响，并最终影响成桥后的结构内力和线型。因此，连续梁桥梁悬浇施工过程进行线性监控的目的是:通过对关键部位和重要工序的严格监控，为梁端立模标高调整，优化施工方案、工艺，确保合拢精度提供准确、及时的

2

数据参考，使成桥后的结构线型和内力满足设计要求。

2. 线性监控的工作内容及测点布置

根据黄落绥江大桥连续梁桥的结构特点、设计要求、施工方法的要求，施工线性监控的主要内容包括:监测网的建立、挠度监测、应力测量、施工过程的仿真计算三个方面;为立模标高的确定与调整、合拢方案优化比较提供数据依据。

监测网的建立:利用原有加密II等水准基准点HL03、HL04引至桥下，?利用经检定合格的钢尺，经配重引至桥梁顶面;?利用现有全站仪TCRP1201+经水准基点HL03采用三角高程测量免量仪器高和棱镜高的方法将高程引至桥梁顶面，HL04作为检查点。作为现浇悬灌梁线性沉降观测工作基点。

2.1挠度监测与复核

2.1.1测点布设与安装

挠度监测依照国家二等测量规范的相关要求采用水准仪器配合铟钢尺监测预埋测点高程变化。

在承台大里程方向右侧角、小里程方向左侧角距离边缘5cm处设置沉降观测点。

梁体标高测点布置在离块件前端15 cm处，采用Ф16钢筋，垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢并要求竖直。测点(钢筋)露出箱梁混凝土表面2 cm，测点磨平并用红油漆作标记。

2

3

2.1.1.1零号块标高测点布置

布置零号块标高测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各

悬浇节段的标高观察的基准点。0号块的顶板布置6个标高测点，每端各设3个测点，腹板顶、桥梁中线各布置一个点，测点布置示意图如图1所示。

图1 0号块标高测点布置示意图(尺寸单位:mm)

2.1.1.2各悬浇节段的标高观测点布置

每个节段各设3个测点，腹板顶、桥梁中线各布置一个点，离块件前端15cm处，其他节段标高测点布置如图2所示。

图2 其他节段标高测点布置示意图

2.1.2监测周期与频率

本次施工线性监控的目标之一使成桥后的线型满足设计要求，为此，需要准确测量梁段施工过程中每一道工序完成后的梁端标高变化，为确定及合理调整立模标高提供依据。节段末标高需进行挠度监测复核。

挠度监测周期以现场施工进度为依据，确保施工中各个主要环节均有一定数据满足进度要求的监测数据。

温度是影响主梁挠度的最主要因素之一，温度变化包括日

4

温度变化和季节变化两部分，日温度变化比较复杂，尤其是日照作用，季节温差对主

3

黄落绥江大桥连续梁桥施工监控工作方案

梁的挠度影响比较简单，其变化是均匀的。一天中因为温度变化标高的变化也很大，为了克服温度变化所引起的变形影响，根据经验，施工控制工作应安排在一天中温度变化小的时段进行。对于广东地区，一般应选择在清晨7:30(春、冬季)、6:00(夏、秋季)以前完成外业测量。另外，箱梁浇筑混凝土后也应在次日的清晨时间测量变形。挠度监测基本频率为1次/天，原则上要求每日定时测量，考虑到现场施工情况，可适当调整测量时间，但是时间错开不可超过1小时，确保在如下几个施工环节中采集到合格的数据:

?. 挂篮移动就位后; ?. 浇筑箱梁砼前; ?. 浇筑箱梁砼后; ?. 张拉预应力束前; ?. 张拉预应力束后; ?. 挂篮移动前。

2.1.3数据采集及分析

挠度监测数据采集由监控小组依据既定方案、原则完成，负责关键测点的数据复测、校核及挠度数据的分析。

测试结果的正确性是完成施工线性控制目标的先决条件。对于每一施工阶段的挠度和标高的测量结果都要进行详细的分析。将各施工阶段1#、2#、3#三点的设计标高、预拱度、

5

预测立模标高、实测标高绘制成曲线以控制立面线形。

2.2 截面尺寸测量

根据误差分析的结论，混凝土超方对悬臂施工的连续梁桥来说，影响很大，必须尽可能地减小，因此，超方的测量也是非常重要的。除了应变和

4

标高数据能够反映超方的现象，对每一节段梁截面测量也是一个好方法。

具体做法是每浇筑一节段梁，在悬臂端进行截面尺寸测量，包括截面

高度、顶板、底板和腹板的厚度等等，测量精度应控制在2mm以内。

2.3 混凝土弹性模量试验

1) 混凝土弹性模量的测量

混凝土弹性模量的测试主要是为了测定混凝土弹性模量E随时间t的变化过程，即E-t曲线。针对与本桥由于混凝土材料的复杂性，弹性模量变化还是比较大的，所以采用现场取样通过万能试验机试压的方法，分别测定混凝土在3d、7d、14d、28d、60d龄期的值，以得到完整的E-t曲线。本桥分三次现场取样，测试记录表格如表四和表五。 2) 容重的测

6

量

混凝土的容重的测试是采用现场取样，采用实验室的常规方法进行测定。具体记录表格见表六。

表四 混凝土弹性模量测试记录表

测试块件 时间 记录人员

5

黄落绥江大桥连续梁桥施工监控工作方案

表五 混凝土弹性模量测试记录表

表六 容重的测量记录表

测试块件 时间 记录人员

2.4施工过程的仿真计算

施工过程的仿真计算是根据实测的设计参数(如混凝土容重、强度和弹性模量等)，使用的施工工艺和工序，挂篮的结构形式和临时施工荷载等数据，计算施工过程中各个施工阶段的结构挠度和内力，为应力测量和挠

6

度控制提供理论计算值。因此，它是确定立模标高、分析

7

偏差原因的重要

依据，是保证合拢精度、评价体系转换后结构应力变化和结构安全的主要手段。施工过程的仿真计算的主要结果有:

?. 各梁段挂篮前移定位后的结构内力、应力和挠度; ?. 各梁段浇筑梁段混凝土后的结构内力、应力和挠度; ?. 各梁段张拉梁段预应力后的结构、应力和挠度; ?. 合拢段临时连接后的结构内力、应力和挠度;

?. 合拢段浇筑混凝土后(假定为荷载)的结构内力、应力和挠度; ?. 合拢段浇筑混凝土后(已成为结构)的结构内力、应力和挠度。

2.5立模标高的确定与调整

2.5.1立模标高的确定

连续梁桥的成桥线型和合拢精度主要取决于施工过程中梁段挠度的控制。梁段的前端挠度是考虑了挂篮的变形、梁段自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土徐变收缩、日照和季节温差等因素后计算求得，并且以梁段前端立模标高的形式给定，因此，立模标高的确定极为重要。

箱梁各悬浇梁段的前端立模标高可参考如下公式确定:

Hi H0,fi,(～fiP),ft,fx

式中 Hi ——待浇梁段前端底板处挂篮底盘模板标高(张拉后); H0——该点设计标高;

fi——本梁段及以后各梁段对该点的挠度影响值;

8

fiP

——本梁段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值;

7

黄落绥江大桥连续梁桥施工监控工作方案

ft——挂篮弹性变形对该点的影响值(在挂篮加载试压后得出); fx——由混凝土徐变收缩、日照及季节温度变化、结构体系转换、二

期恒载、活载等因素对该点挠度影响的计算值。

立模标高示意图

2.5.2立模标高的调整

当本梁段完成后的前端标高出现偏差时，?应在其后的二个梁段内将其消除。处理方法是:先将本梁段标高偏差反号并两等分为,，再将,分别加进后面施工下两个梁段的立模标高中。标高偏差的分配以底板底面光顺为原则。调整待浇注模板的远端标高，使底板面光顺。

2.4合拢方案的优化

为了保证合拢精度，尽量避免强迫合拢，确保合拢施工按照设计要求顺利进行，使合拢后的结构状态满足设计精度的要求，需要对合拢方案进行优化。

主要工作内容有:若需压重，通过评价合拢后的结构状态，优选出合理的压重重量。

9

8

对合拢段两端标高进行监测，标高高差控制在1.5cm以内，如果两端

高差超过设计要求的标准则选择对一个T构进行配重的方案，在符合设计要求两端不平衡重小于10t的前提下，把标高高差调整在设计要求范围内。

3. 报告提交与监控指令的下达

?. 阶段报告

阶段报告包括应力测量报告、标高复核报告，随施工进度每一节段提交给项目部，由项目部分发给业主、监理、设计单位。

?. 立模标高调整通知单

如需要对立模标高进行调整，由项目部监控小组发出立模标高调整通知单。通知单提交给项目部，由项目部分发给相关架子队。

?. 总结报告

总结报告在大桥施工监控完成后一个月内提交给标段指挥部，标段指挥部审核后报送相关单位。总结报告包含阶段报告和立模标高调整通知单。

4. 监测设备

10

4.1监控设备及软件

(1)施工监控用计算设备

高性能台式计算机四台和打印机二台， 便携式电脑二台。 (2)施工监测设备

1)主梁标高测量:精密电子水准仪(铟钢尺)和全站仪各二台。 (3)计算软件

结合40+3×64+40 m连续梁桥的结构特点、设计要求和施工方法，使

9

黄落绥江大桥连续梁桥施工监控工作方案

用主流的结构分析软件对桥梁结构施工过程进行受力分析。

附录

附表1

、2示。

附表2

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11

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