中跨跨中汽车荷载增大8%
2019-11-23 06:28
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在连续梁桥中,将墩身与主梁团结而成为连续刚构桥。由于墩身与主梁形成刚架承受上部结构的荷载,一方面主梁受力合理,另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能,因此该桥型在我国得到迅速的应用和发展[2].具有一个主孔的单孔跨径已达 270m,具有多个主孔的单孔跨径也达250m,最大联长达1060m.随着新材料的开发和应用、设计和施工技术的进步,具有一个主孔的单孔跨径有望突破300m的潜力。而对于多跨一联的连续刚构是不是也能在联长上有更大的发展呢?众所周知,墩身内力与其顺桥向抗推刚度和距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离密切相关。抗推刚度小的薄壁式墩身能有效地降低其内力,但随着联长的加大,墩身距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离亦将加大,在温度、混凝土收缩徐变等荷载的作用了,墩顶与主梁一道产生很大的顺桥向水平和转角位移,墩身剪力和弯矩将迅速增大,同时产生不可忽视的附加弯矩,致使刚构方案无法成立。在结构上将墩身与主梁的团结约束予以解除而代之以顺桥向水平和转角位移自由的支座,这样就变成刚构一连续组合梁的结构形式。于是边主墩墩身强度问题得以解决,且在一定条件下联长可相对延长。可见,刚构一连续组合梁是连续梁和连续刚构的组合,它兼顾了两者的优点而扬弃各自的缺点,在结构受力、使用功能和适应环境等方面均具有一定的优越性。

(2)墩身厚度的降低,迅速降低了墩身刚度,从而迅速减小了温度产生的墩身的荷载效应,对边主墩效果更为明显。但墩身厚度同时受截面应力状态和稳定性的限制,存在一个低限。

施工期间,桥梁处于悬臂状态,其横向抗风稳定性尤为重要。此时墩顶与主梁固接,对于单柱式墩,当其受到横桥向扭矩后,柱身产生扭转角,从而产生抵抗扭矩,对于双柱式墩,桥墩的抗扭能力由两部分组成:一是两片柱身扭转产生的抵抗扭矩,二是由于柱身产生横桥向水平力q,从而产生抵抗扭矩,其值为q与2r的乘积,它是双柱式墩的主要抵抗扭矩。从数值上看,后者远大于前者,因此能保证大跨径桥梁横向抗风稳定性的要求。

由于边主墩距桥梁中心线较远,加上特定的合龙顺序和边中跨比,在不采取措施的前提下,两片边主墩墩身的竖向力会相差较大,这样一会导致支座吨位很大且规格相差悬殊;二来增加基础的工程量。为解决此问题,在边跨合龙前在外侧悬臂端施加配重能较好的解决。

主梁挠度;次边跨跨中汽车荷载挠度增大36%,中跨跨中汽车荷载增大8%。

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最大悬臂状态下顺桥向施工稳定性取决于该状态下的最大不平衡荷载,其由箱梁已浇筑梁段的自重偏差、挂篮等机具的安装偏差、正浇筑梁段的自重偏差、浇筑时的动力系数偏差、两端挂篮装拆和移位的不平衡和墩身两侧的风压不平衡等其中的几种相组合得出,其值往往达100t以上。因此,配重施工前采取的有效措施并在良好的施工环境下,配重施工时顺桥向的施工稳定性是可以得到保证的。

在维持主跨规模不变的前提下,为寻求一个受力合理、结构安全、适用美观的方案,对结构形式及主墩厚度作了计算比较。比较的方案有 138+ 3 x 240+ 138(m)连续刚构方案,墩厚2.5m;138+3x240+138(m)连续刚构方案,墩厚2.1m;138+3x240+138(m)刚构一连续组合梁方案,固接墩厚 2.5m; 138 + 3 x 240+ 138(m)刚构一连续组合梁方案,固接墩厚2.lm.经过计算分析得出如下结论:

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施工阶段,由于墩身与箱梁临时固结,因此,采用双柱式墩的顺桥向抗弯惯性矩为

由于主梁受力状态同连续刚构相差不大,因此三向预应力设计基本相同。但由于施工过程中的配重措施,必然使得在各合龙阶段施工时,合龙段两端的高程会有所差值,这可以通过设置预拱度或采取加卸载措施进行施工挠度控制于以解决。另外,由于0号块同连续刚构相比,其边界条件有了变化,应作相应的空间有限元分析。

设单柱式墩的截面尺寸为bx2h,双柱式墩为bxh,中心距2r,墩高相同。在其他条件相同的前提下,经计算,边主墩若采用单位式墩,与采用双柱式墩相比较:

(1)相同布跨和墩厚的两种方案,主梁的内力和位移相差较小,中主墩由于高度较大,且距顺桥向变形零点较近,内力相差也不大,而边主墩受力则相差悬殊。在连续刚构方案中,由于高度较矮,且距变形零点很远,因此,尽管在设计上采取了措施,在恒载、活载及温降组合工况下,墩身两端仍产生了很大的弯矩,而且靠外侧的墩身轴力难以提高,而在刚构一连续组合梁方案中,墩底弯矩是由支座最大静摩阻力决定的,因此相对较小,另外墩顶轴力通过配重措施可以得到很好的解决。

最不利组合下墩顶的竖向力决定了支座的数量,大尺寸的大吨位支座的布置及在施工期间墩身与主梁的临时固结构造决定了墩身的最小平面尺寸。对本桥而言,若采用单柱式墩,其墩身厚度在6m以上,显得过于厚重,与轻巧的中主墩不协调,在材料用量上与双柱式墩相差很少。

中主墩墩身内力:n,q略有增大,m成桥状态增大9%,最不利组合增大8%;

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主梁内力:中跨跨中的m,q,n略有减小,边跨跨中和次边跨跨中的m,q,n均略有增大;边主墩顶和中主墩顶的n,q均略有增大,变化值不大,但m却增大很多,对边主墩顶:成桥状态增大81%,最不利组合增大45%,对中主墩顶:成桥状态增大 1.3%,最不利组合增大6.l%;

在本桥计算中,将p2,p5号墩与主梁间的支座连接约束用两端铰接刚性杆(а→∞,i→0)来处理,使计算图式归为全部刚结的形式。

可见,边土墩采用双柱式可减小上部结构的计算跨径,降低箱梁截面内力和挠度。

对于规模较小的桥梁,最不利组合下的墩顶竖向力相对较小,支座数量少且容易布置,而且最大悬臂状态下的稳定性问题显得次要的情况,采用单柱式墩是合适的。但对于大跨径刚构一连续组合梁桥,从以下几方面的研究可见,采用双柱式墩是边主墩的合理型式。

刚构一连续组合梁兼顾了连续梁和连续刚构的优点而扬弃各自的缺点,在结构受力、使用功能和适应环境等方面均具有优越性。在大墩位大位移支座逐步开发和应用、悬臂施工技术已相当成熟的前提下,只要对施工阶段进行合理的安排,施工中采取必要的措施,大跨径刚构一连续组合梁桥不失为受力合理、施工可行、造价经济的方案。

本桥的设计措施是在边跨合龙前在外侧悬臂端施加 90t的永久配重,其与不配重计算结果。

中主墩墩身与主梁固结,两者相连接的部位可用综合程序系统的带刚臂杆件单元来处理,能比较准确而简单地模拟构件交汇点的刚域效应。对于边墩,其对结构总体受力影响很小,一般不计入总体结构计算中,而从中分离出来,其对结构的效应用该处的约束(单向支承)来代替。而对于边主墩,其对结构总体受力影响较大,宜计人总体结构计算模型中。为此,综合程序增设了两个特殊杆件元,来解决实际结构中非刚性中间节点的约束模拟问题。

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