第四章 混凝土連續(xù)梁橋

1、第四章 混凝土連續(xù)梁橋,第一節(jié) 連續(xù)梁橋的體系與構造特點第二節(jié) 連續(xù)梁橋常用施工方法第三節(jié) 連續(xù)梁橋內力計算第四節(jié) 預應力次內力計算第五節(jié) 徐變、收縮次內力計算第六節(jié) 基礎沉降引起的次內力計算第七節(jié) 溫度應力計算第八節(jié) 連續(xù)梁實例,,第一節(jié) 連續(xù)梁橋的體系與構造特點,1. 體系特點2. 構造特點3. 常見的連續(xù)梁橋結構形式,,1. 體系特點由于支點負彎矩的卸載作用，跨中正彎矩大大減小，恒載、活載均有卸載作用；由于

2、彎矩圖面積的減小，跨越能力增大；超靜定結構，對基礎變形及溫差荷載較敏感；行車條件好。,2.構造特點2.1 跨徑布置布置原則：減小彎矩、增加剛度、方便施工、美觀要求不等跨布置—大部分大、中跨度連續(xù)梁邊跨為0.5～0.8中跨等跨布置—中小跨度連續(xù)梁短邊跨布置—特殊使用要求,2.2 截面形式板式截面—實用于小跨徑連續(xù)梁肋梁式—適合于吊裝箱形截面—適合于節(jié)段施工其它，如局部多肋式箱形截面,2.3 梁高,2.4 腹板及頂

3、、底板厚度頂板：滿足橫向抗彎及縱向抗壓要求。 一般采用等厚度，主要由橫向抗彎控制腹板：主要承擔剪應力和主拉應力 一般采用變厚度腹板，靠近跨中處受構造要求控制，靠近支點處受主拉應力控制，需加厚。底板：滿足縱向抗壓要求。 一般采用變厚度，跨中主要受構造要求控制，支點主要受縱向壓應力控制，需加厚。橫隔板：一般在支點截面設置橫隔板。,2.5 預應力鋼筋2.5.1 預應力筋分類：按走向：縱向力筋、橫向力筋和豎向力筋

4、按位置：分為頂板筋、底板筋、腹板筋（豎筋）按形狀：直筋、彎筋、平面筋、空間筋等按受力特性：分為正彎矩筋、負彎矩筋、抗剪筋等按使用時間長短：分為永久性筋和臨時筋按布置在混凝土體內或體外：分為體內筋和體外筋按與混凝土是否有粘結：分為有粘結筋和無粘結筋 預應力鋼筋動畫,2.5.2 預應力筋布置連續(xù)配束： 中、小跨度等截面連續(xù)梁橋中采用；連續(xù)跨數不宜過多。,分段配筋： 適用于大跨度變截面連續(xù)梁（剛構）橋，特別是采用分

5、段施工的情況。,預應力鋼筋的逐段接長： 由于力筋供料長度、施工方法和結構受力等方面的原因，有時需要采用連接器把主筋對接或逐段加長。,體外布筋：指把力筋布置在主梁截面以外的箱內外，配以橫隔板、轉向塊等構造，對梁體施加預應力。無預留孔道，孔道壓漿等工序，施工方便迅速，且便于更換；對力筋防護和結構構造等的要求較高。,2.5.3 橫向預應力鋼筋和豎向預應力鋼筋橫向布筋－在箱梁結構中，若兩腹板間距過大或懸臂板外挑過長，就需要對箱梁頂板施加

6、橫向預應力。豎向布筋－當腹板混凝土、普通鋼筋、縱向下彎力筋等不足以抵抗荷載剪力時，就需要在腹板內布置豎向力筋。豎向力筋一方面可以提高截面的抗剪能力，另一方面也可以與掛籃施工配合，作為后錨鋼筋。,3. 常見的連續(xù)梁橋結構形式3.1 等高度連續(xù)梁 構造簡單、施工方便，主要適用于小、中等跨度橋梁。,3.2 變高度連續(xù)梁變高度梁符合梁的內力分布規(guī)律；適合于采用懸臂施工；線形美觀，增大了橋下凈空。,3.3 連續(xù)剛構橋利用主墩的柔性適應

7、橋梁縱向變形，適合于高墩大跨。,3.4 V型墩連續(xù)梁橋結構輕巧美觀，工程量較省，但是斜撐結構設計及施工復雜。,3.5 桁架連續(xù)梁橋重量輕、節(jié)省材料、剛度大、跨越能力強。構造及施工工藝復雜。,第二節(jié) 連續(xù)梁橋常用施工方法,1. 滿堂支架現澆2. 簡支變連續(xù)3. 逐跨施工—現澆、拼裝4. 頂推施工5. 懸臂施工—現澆、拼裝,,滿堂支架現澆 在支架上架立模板、綁扎鋼筋、灌注混凝土的施工方法。適用于中、小跨度的連

8、續(xù)梁橋。 簡便可靠，對機具和起重能力要求不高；施工中不出現體系轉換，需要較多的支架。,滿堂支架現澆,2. 簡支變連續(xù),體系轉換：橋梁結構在最終形成之前，曾經歷過以不同的結構體系（如簡支、懸臂、連續(xù)等）承受當時作用在其上的恒載的各施工階段。若施工中存在體系轉換，則按最終體系計算得到的結構恒載內力和變形，就不同于按各階段的體系計算得到的恒載內力和變形的疊加值。,3.逐跨施工 將支架和模板在橋跨內進行現澆施工，待混凝土達到

9、一定強度后脫模，并將整孔模架前移至下一澆筑橋孔，如此有節(jié)奏地逐孔推進直至全橋施工、完畢。 適用于跨徑20～50m的等跨和等高度連續(xù)梁橋施工。,逐跨施工,4.頂推施工 頂推法的施工原理是沿橋縱軸方向的臺后開辟預制場地，分節(jié)段澆筑或拼裝混凝土梁身，并用縱向預應力筋連成整體，然后通過水平液壓千斤頂施力，借助不銹鋼板與四氟乙烯模壓板特制的滑動裝置，將梁逐段向對岸頂進，就位后落梁，更換正式支座，完成橋梁施工。 頂推法主

10、要應用于等截面連續(xù)梁。 單向頂推、雙向頂推、單點頂推、多點頂推。,頂推施工,5 懸臂施工 梁部施工從橋中間墩處開始、按對稱方式逐步接長并懸出梁段至合龍的施工方法。 施工支架和臨時設備少，施工時不影響橋下通航、通車，也不受季節(jié)、河道水位的影響，并能在大跨度橋上采用。 懸臂灌注法和懸臂拼裝法。 施工動畫,第三節(jié) 連續(xù)梁橋內力計算,1. 恒載內力2. 活載內力3. 超靜定次內力計算4. 變

11、形計算,,1. 恒載內力 必須考慮施工過程中的體系轉換，不同荷載作用在不同的體系上。1.1 滿堂支架現澆施工 所有恒載直接作用在連續(xù)梁上。,1.2 簡支變連續(xù)施工 一期恒載作用在簡支梁上，二期恒載作用在連續(xù)梁上。,1.3 逐跨施工 主梁自重內力圖應由各施工階段時的自重內力圖迭加而成。,1.4 頂推施工頂推過程中，梁體內力不斷發(fā)生改變，梁段各截面在經過支點時要承受負彎矩，在經過跨中區(qū)段時產生正彎矩。施工階段的內力狀態(tài)與使

12、用階段的內力狀態(tài)不一致。配筋必須滿足施工階段內力包絡圖。,主梁最大正彎矩發(fā)生在導梁剛頂出支點外時,最大負彎矩—與導梁剛度及重量有關導梁剛接近前方支點剛通過前方支點,1.5 懸臂施工分清荷載作用的結構體現約束條件的轉換主梁自重內力圖，應由各施工階段時的自重內力圖迭加而成,2.活載內力2.1 縱向—某些截面可能出現正負最不利 彎矩，必須用影響線加載。2.2 橫向箱梁—專門分析多梁式—橫向分布系數計算，等剛度法,3

13、. 超靜定次內力計算3.1 產生原因—結構因各種原因產生變形，在多余約束處將產生約束力，從而引起結構附加內力(或稱二次力)。3.2 連續(xù)梁產生次內力的外界原因預應力；墩臺基礎沉降；溫度變形；徐變與收縮。,4. 變形計算必須考慮施工過程中的體系轉換，不同的荷載作用在不同的體系上根據恒載及活載變形設置預拱度—大跨徑時必須專門研究—大跨徑橋梁施工控制預拱度設置：,第四節(jié) 預應力次內力計算,,1.基本概念2.用力法求解預應力

14、次力矩3.線性變換與吻合束4.等效荷載法,1. 基本概念預應力初彎矩：預應力次彎矩：總預矩：,壓力線：簡支梁壓力線與預應力筋位置重合連續(xù)梁壓力線與預應力筋位置相差,2. 用力法求解預應力次力矩,1、直線配筋,力法方程變位系數贅余力總預矩,3. 線性變換與吻合束,3.1 線性變換保持束筋在超靜定梁中的兩端位置不變，保持束筋在跨內的形狀不變，而只改變束筋在中間支點上的偏心距，則梁內的混凝土壓力線不

15、變，總預矩不變。,改變e在中支點所增加(或減少)的初預矩值，與預加力次力矩的變化值相等，而且兩者圖形都是線性分布，因此正好抵消。,3.2 吻合索調整預應力束筋在中間支點的位置，使預應力筋重心線線性轉換至壓力線位置上，預加力的總預矩不變，次力矩為零。次力矩為零時的配束稱吻合索。,多跨連續(xù)梁在任意荷載作用下,結論：按外荷載彎矩圖形狀布置預應力束即為吻合束，吻合束有任意多條。,4. 等效荷載法,把預應力束筋和混凝土視為相互獨立

16、的脫離體，預加力對混凝土的作用可以用等效荷載代替。,4.1 在梁端部軸向力豎向力力矩,4.2 在梁內部初預矩圖為曲線時產生均布荷載初預矩圖成折線時產生集中力,4.3 初預矩與總預矩將等效荷載作用在基本結構上可得初預矩；將等效荷載直接作用在連續(xù)梁上可得總預矩；如果等效荷載直接作用在連續(xù)梁上支反力等于0，此時為吻合束；只有改變預應力束曲率半徑或梁端高度才能改變總預矩。,第五節(jié) 徐變、收縮次內力計算,1.徐變、收

17、縮理論2.徐變、收縮量計算表達3.結構因混凝土徐變引起的變形計算4.結構因混凝土徐變引起的次內力計算5.結構因混凝土收縮引起的次內力計算,,1. 徐變、收縮理論收縮——與荷載無關徐變——與荷載有關收縮、徐變與材料、配合比、溫度、濕度、截面形式、護條件、混凝土齡期有關,1.1 混凝土變形過程收縮彈性變形回復彈性變形滯后彈性變形屈服應變,1.2 收縮徐變的影響,結構在受壓區(qū)的徐變和收縮會增大撓度；徐變會增大偏壓柱

18、的彎曲，由此增大初始偏心，降低其承載能力；預應力混凝土構件中，徐變和收縮會導致預應力的損失；徐變將導致截面上應力重分布。對于超靜定結構，混凝土徐變將導致結構內力重分布，即引起結構的徐變次內力?；炷潦湛s會使較厚構件的表面開裂。,1.3 線性徐變,當混凝土棱柱體在持續(xù)應力不大與0.5Ra時，徐變變形與初始彈性變形成線性比例關系徐變系數——徐變與彈性應變之比,2. 徐變、收縮量計算表達,2.1 實驗擬合曲線法建立一個公式，參數

19、通過查表計算。各國參數取法不相同，常用公式有：CEB—FIP 1970年公式；聯邦德國規(guī)范1979年公式；國際預應力協會（FIP）1978年公式—我國采用的公式；,2.2 徐變系數數學模型1）基本曲線——Dinshinger公式,在加載初期徐變較大隨時間增長逐漸趨于穩(wěn)定,2）徐變系數與加載齡期的關系,老化理論：不同加載齡期?的混凝土徐變曲線在任意時刻t(t>?)，徐變增長率都相同。,隨著加載齡期的增大，徐變系數將不

20、斷減小，當加載齡期足夠長時徐變系數為零。該理論較符合新混凝土的特性。,將Dinshinger公式應用于老化理論,先天理論：不同加載齡期的混凝土徐變增長規(guī)律都一樣。,混凝土的徐變終極值不因加載齡期不同而異，而是一個常值。該理論較符合加載齡期長的混凝土的特性。,混合理論：對新混凝土采用老化理論，對加載齡期長的混凝土采用先天理論,3.結構因混凝土徐變引起的變形計算,3.1 基本假定不考慮鋼筋對混凝土徐變的約束作用混凝土彈性模量為常

21、數線性徐變理論,3.2 應力不變條件下的徐變變形計算應力應變公式變形計算公式,靜定結構可以滿足應力不變的條件一次落架結構可以直接按該式計算分段施工結構要考慮各節(jié)段應力是分多次在不同的齡期施加的,3.3 應力變化條件下的徐變變形計算,1）應力應變公式? 時刻的應力增量在t時刻的應變,,從?0 時刻到 t 時刻的總應變,2）時效系數利用中值定理計算應力增量引起的徐變,時效系數,從?0 時刻到 t 時刻的總應變,3）松弛系

22、數——通過實驗計算時效系數松弛實驗,松弛系數通過實驗數據擬合,令,近似擬合松弛系數,令折算系數,換算彈性模量,徐變應力增量,4）變形計算公式,5）微分變形計算公式應力應變微分關系,dt時段內的微變形,,4.結構因混凝土徐變引起的次內力計算,計算變形時次內力為未知數，必須通過變形協調條件計算計算有兩種思路：微分平衡、積分平衡,4.1 微分平衡法（Dinshinger法）,1）微分平衡方程贅余力方向上,,微分平衡方程,徐變

23、穩(wěn)定力,2）簡支變連續(xù),按老化理論,解微分方程得：,徐變穩(wěn)定力,3）其它施工方法,按老化理論,解微分方程得：,4）一次落架施工,解微分方程得：,一次落架施工連續(xù)梁徐變次內力為零。,5）各跨齡期不同時,按老化理論,以梁段②的時間為基準t'，則梁段①加載時間歷程為t=t'+?1,令,,,解得：,解得：,6）多跨連續(xù)梁,7）預應力等效荷載徐變次內力由于徐變損失，預加力隨著時間變化，引用平均有效系數CC=Pe/Pp

24、Pe??徐變損失后預應力鋼筋的平均拉力；Pp??徐變損失前預應力鋼筋的平均拉力,,,4.2 換算彈性模量法(Trost-Bazant法),1）平衡方程贅余力方向上,2）一次落架時,3）各跨齡期不同時,4）多跨連續(xù)梁,5. 結構因混凝土收縮引起的次內力計算,5.1 收縮變化規(guī)律假設混凝土收縮規(guī)律與徐變相同,收縮終極值,5.2 微分平衡法（Dinshinger法）,位移微分公式,收縮產生的彈性應變增量,收縮應變增量,收縮產生的應力

25、狀態(tài)的徐變增量，初始應力為0,位移微分平衡方程,5.3 換算彈性模量法,位移公式,收縮應變,收縮產生的彈性變形與徐變變形,位移平衡方程：,收縮產生的徐變次內力,收縮產生的彈性次內力,第六節(jié) 基礎沉降引起的次內力計算,1. 沉降規(guī)律2. 變形計算公式3. 力法方程,,1. 沉降規(guī)律假定沉降規(guī)律與徐變相同,沉降終極值,沉降速度系數,2.變形計算公式變形過程瞬時沉降?長期沉降（沉降+徐變）,瞬時沉降彈性及徐變變形,沉降徐變增

26、量變形,沉降彈性增量變形,后期沉降自身變形,3. 力法方程,墩臺基礎沉降規(guī)律與徐變變化規(guī)律相似時,墩臺基礎沉降瞬時完成時,徐變使墩臺基礎沉降的次內力減小,第七節(jié) 溫度應力計算,1.溫度變化對結構的影響2.自應力計算3.溫度次應力計算4.溫度場,,1. 溫度變化對結構的影響產生的原因：常年溫差、日照、砼水化熱常年溫差：構件的伸長、縮短；連續(xù)梁——設伸縮縫拱橋、剛構橋——結構次內力日照溫差：構件彎曲——結構

27、次內力； 線性溫度場——次內力 非線性溫度場——次內力、自應力,線性溫度梯度對結構的影響,非線性溫度梯度對結構的影響,溫度梯度場,2. 自應力計算,溫差應變 ?T(y)=?T(y),平截面假定 ?a(y)=?0+?y,溫差自應變 ??(y)=?T(y)-?a(y)=?T(y)-(?0+?y),溫差自應力 ?s0(y)=E??(y)=E{?T(y)-(?0+?y)},截面內水平力平衡,求解得,截面內力矩

28、平衡,3. 溫度次應力計算,力法方程 ?11x1T＋?1T＝0,溫度次力矩,溫差次應力,4. 溫度場,我國公路橋梁舊規(guī)范中規(guī)定：橋面板升溫5度——偏不安全,我國鐵路橋梁規(guī)范中規(guī)定的溫度場,英國橋梁規(guī)范中規(guī)定的溫度場,第八節(jié) 連續(xù)梁實例,1.簡支變連續(xù)施工連續(xù)梁橋2.移動模架施工連續(xù)梁橋3.懸臂澆筑施工連續(xù)梁橋,,1. 簡支變連續(xù)施工連續(xù)梁橋 美國 Sidney Lanier Bridge引橋 跨

29、徑：120-foot ，180-foot 截面：T梁，梁高90 inches 預應力：裸梁采用先張法預應力 二期恒載采用鋼絞線12股 連接采用粗鋼筋,主梁預制,主梁吊裝——梁重116噸,后期預應力鋼筋張拉,橋面澆筑,2. 移動模架施工連續(xù)梁橋,南京長江二橋北引橋跨徑：16×30m+5×50m截面：箱梁，梁高1.5m，2.5m預應力：雙向預應力體系 主梁

30、配縱向預應力筋 橋面板配橫向預應力筋,跨徑布置,50m跨徑連續(xù)梁截面,30m跨徑連續(xù)梁截面,滑移模架系統(tǒng)施工技術,滑模主要部件：主梁鼻梁牛腿與滑移小車橫梁及外模板內模板及內模小車液壓裝置 滑模動畫,3. 懸臂澆筑施工連續(xù)梁橋,南京長江二橋北汊橋跨徑：90m+3?165m+90m截面：箱梁梁高：根部8.8m，跨中3.0m預應力：三向預應力體系主梁配縱向預應力筋，鋼絞線橋面