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(Koblenz)桥。然而,这种结构,由于中间带铰,并对混疑土徐变,收缩变形估计不足,又因温度影响等因素使结构在铰处形成明显折线变形状态,对行车不利。因此,对行车条件有利的连续梁获得了新的发展。对中跨预应力混凝土连续梁,在60年代初期,逐跨架设法与顶推法(F.Leonhardt所创建)的应用,对大跨预应力混凝土连续梁,各种更完善的悬针施工方法的应用,使连续梁废弃了昂贵的满堂的施工方法而代之以经济有效的高度机械化施工方法,从而使连续梁方案获得新的竞争力,逐步在40-200m范围内占主要地位。如1962年在委内瑞拉的卡尼罗河上,用顶推法修建的6跨连续箱梁桥是顶推法的代表作,主跨为96m。
无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥,还是跨越宽阔河流的大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了它的优势,往往取代其它体系而成为中选的优胜方案。
预应力混凝土连续梁在中等跨径范围,它更是千姿百态。无论在桥跨布置、梁、墩赴面形式,或是在体系上(吸取其它结构的优点)不断改进桥型布置,例如V形墩的连续梁体系、双薄壁墩连续梁体系。值得一提的是法国的SetubedLogoon桥,主跨130m的五跨连续染,中间墩采用双薄壁结构,双壁相距10m,壁厚仅0.5m。
预应力混凝土连续梁在40-60m的范围,已可以说占绝对优势。顶推法、移动模架法、逐孔架设法等施工方法经济快速,广泛应用也是关键因素。如瑞士的Beckenried高架桥,总长3048m,标准跨径55m。
连续梁的横截面形式在小跨径的城市高架桥中,为求最小建筑高度,常选用板式或肋板式截面,而在中、大跨径主要采用箱式截面。但总的发展趋势是尽可能加长悬臂桥面板而选用单箱截面,以达到快速施工的目的。在这种单箱截面的锚具结构中,往往采用三向预应力工艺。
预应力混凝土连续梁用干城市桥梁,为充分利用空间,并改善交通的分道行驶,已建成不少双层桥面的型式。在这方面的一个突出例子是1980年在维也纳市多瑙河上新建的帝国(New Rei-chs)桥。该桥为10跨,主跨为169.61m,横截面为两个分离
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图1-1预应力混凝土连续梁桥
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并列的单室箱梁,箱顶面为公路桥面,箱内通过地下铁道,箱外挑出人行道,地下铁的车站设在桥上,为方便乘客上下,箱壁在每跨上开有五个大洞。这座桥另一特点是采用部分预应力混凝土设计理论的概念进行设计,在桥轴方向施加有限预应力,在顶板及底板的横向施加部分预应力。
1.2.2预应力混凝土结构的特点
优点:1、抗裂性好,刚度大。由于对构件施加预应力,大大推迟了裂缝的出现,在使用荷载作用下,构件可不出现裂缝,或使裂缝推迟出现,所以提高了构件的刚度,增加了结构的耐久性。2、节省材料,减小自重。其结构由于必须采用高强度材料,因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸,节省钢材和混凝土,降低结构自重,对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。3、提高构件的抗剪能力。试验表明,纵向预应力钢筋起着锚栓的作用,阻碍着构件斜裂缝的出现与开展,又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋(束)合力的竖向分力将部分地抵消剪力。4、提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时,在受到一定的压力后便容易被压弯,以致丧失稳定而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力,使纵向受力钢筋张拉得很紧,不但预应力钢筋本身不容易压弯,而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。5、提高构件的耐疲劳性能。因为具有强大预应力的钢筋,在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小,故此可提高抗疲劳强度,这对承受动荷载的结构来说是很有利的。
缺点:1、工艺较复杂,对质量要求高,因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。2、需要有一定的专门设备,如张拉机具、灌浆设备等。3、预应力混凝土结构的开工费用较大,对构件数量少的工程成本较高。
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第2章 桥梁的总体设计概况
2.1设计基本资料
2.1.1总体设计
本桥为等截面预应力混凝土连续梁桥(20m+40m+20m),横桥向宽度为12.5m,单箱单室,下部结构采用实体墩,灌注桩基础。
2.1.2 主要技术标准
1)桥梁设计基准期100年;
2)结构设计安全等级一级,A类构件; 3)可变荷载:汽车荷载:公路—Ⅰ级
2.1.3 主要材料
1)、混凝土:主梁采用:C60混凝土;桥面铺装:C55钢纤维混凝土及沥青混凝土;墩身、盖梁:C40混凝土;承台:C35混凝土。桩基础:C30 混凝土。
2)、钢筋:预应力钢筋采用φS15.2低松弛高强度钢绞线;普通钢筋:受力钢筋采用HRB335钢筋,构造钢筋采用HPB235钢筋;钢材:钢板为Q235钢,锚头及附件采用定型产品。
2.1.4 设计依据
1.《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004);
2.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004); 3.《公路工程技术标准》(JTG B01—2003); 4.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 024—85); 5.《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89);
6.范立础主编:《预应力混凝土连续梁桥》.北京:人民交通出版社,1988; 7.廖元裳主编:《钢筋混凝土桥》.北京:,中国铁道出版社,1990;
8.徐岳等编著:《预应力混凝土连续梁桥设计》.北京:人民交通出版社,2000; 9.邵容光主编:《结构设计原理》.北京:人民交通出版社,1996;
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10.李廉锟主编:《结构力学》-3版.北京:人民交通出版社,1996; 11.姚玲森主编:《桥梁工程》.北京人民交通出版社,2002。
2.2桥型及纵横断面布置
2.2.1桥型布置及孔径划分
此桥为(20+40+20)m。
图2-1桥梁跨径示意图
2.2.2截面形式与截面尺寸
界面采用单箱单室。梁高2m,高跨比,桥面全宽为12.5m。采用满堂支架发施工。为了满足施工要求,截面箱梁顶板厚度d1=0.305m,箱梁底板厚度d2=0.26m,腹板厚度为0.5m。
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图2-2箱梁细部尺寸图
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第3章 模型建立及结果分析
3.1 MIDAS的建模说明
3.1.1 MIDAS的介绍
在当今的结构计算中采用的通用软件比较多,如ANSYS,SAP2000等,桥梁专用软件有MIDAS CIVIL、BSAS以及桥博等,它们在结构计算中各有其特点。
MIDAS/Civil是个通用的空间有限元分析软件,可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等分析与设计。特别是针对桥梁结构,MIDAS/Civil结合国内的规范与习惯,在建筑、分析、后处理、设计等方面提供了很多便利的功能。MIDAS/Civil的主要特点如下:提供菜单、表格、文本、导入CAD和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能,从而使用户的工作效率达到最高。提供刚构桥、板型桥、暗箱暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架/满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手。在后处理中,可以根据设计规范自动生成荷载组合,也可以添加和修改荷载组合。可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。用MIDAS进行结构内力计算时,充分考虑了结构的空间性,并且能准确的模拟杆件间的刚性连接、温度效应对结构的影响以及支座沉降对结构影响等,采用有限元分析软件能更加准确、更加快捷的计算结构的内力。可在进行结构分析后对多种形式的梁、杆截面进行设计和验算。
3.1.2 MIDAS的建模步骤
3.1.2.1 选取结构类型及材料的定义
桥跨结构是一个空间结构,所以在建模时采用了3-D结构类型。在MIDAS中定义材料的方法主要有调用数据库资料和用户直接输入材料有关特性值两种。这里定义的材料是采用调用数据库的方法,定义混凝土材料:首先选择混凝土,然后选择规范JTG04(RC),最后在数据库中选择C60,这样混凝土材料的定义就完成了(如图3-1)。
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