管内预应力钢管桁架组合简支桥梁结构研究.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁建股份有限公司科技研发计划项目()作者简介:罗九林()男四川资阳人正高级工程师主要研究方向为桥梁设计、施工和装备研发:.引文格式:罗九林朵君泰梁志新.管内预应力钢管桁架组合简支桥梁结构研究.铁道建筑技术():.管内预应力钢管桁架组合简支桥梁结构研究罗九林 朵君泰 梁志新(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京)摘 要:按照桁架结构设计准则对比分析现有桁架结构形式提出了在下弦管内施加预应力束的管内预应力钢管桁架组合简支梁结构 力学特性分析结果表明施加预应力后下弦管应力值明显降低进而可减少下弦管截面从而减小结构自重提高跨越能力 其不仅具有普通组合简支梁的特点也
2、具有连续组合梁刚度大的优势克服了以往的钢管桁架组合连续梁结构自重大和负弯矩区段开裂问题 该种管内预应力钢管桁架组合简支桥梁结构的研究具有重要意义已经获得国家发明专利为结构体系的一种创新关键词:预应力 钢管桁架 组合梁 桥梁结构中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言钢混组合梁作为新发展的桥梁结构形式其特性优于单一钢梁或单一混凝土梁桥随着桥梁设计和施工技术的快速发展组合桥式结构得到了越来越广泛的应用 钢混组合结构能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势是一种较经济合理的结构形式 如混凝土抗压性能较好抗拉性能较差而钢材抗拉和抗压性能都比较优越能充分利用混凝土抗压强度大和钢材抗拉强度高的特点
3、其中钢桁 混凝土组合结构桥梁由钢桁架平联及桥面板组成具有受力明确绿色环保、拼装建造、可更换修复质量轻、刚度大、跨越能力强等特点 近年来钢桁 混凝土组合结构桥梁得到快速发展 在连续梁中采用组合结构虽然结构刚度大但当跨径较大时其中间支座处的负弯矩值较大会使位于受拉区的混凝土开裂降低结构的耐久性和安全度为解决负弯矩引起支座位置混凝土开裂问题必须在负弯矩区段布置预应筋或者采用预制构件以解决混凝土开裂问题这没有充分发挥两种材料的力学性能优势无形中增加了投资成本和施工难度 组合结构连续梁与组合结构简支梁相比有如下缺点:负弯矩影响铁道建筑技术 ()罗九林 等:管内预应力钢管桁架组合简支桥梁结构研究计算复杂内
4、力分布的重分配荷载相互影响结构变形、内力负弯矩区段构造复杂计算方法影响总结以往建筑及桥梁结构形式基础上提出一种新型预应力钢 混组合桥梁结构已经获得国家发明专利:管内预应力钢管桁架组合简支梁结构可最大化利用两种材料的力学性能优势减轻结构自重、提高结构跨越能力 钢桁梁结构选型.现有桁架结构形式桁架桥往往有两种基本形式:下承式桁架和上承式桁架 钢桁架典型布置类型如图 所示图 桁架类型以上几种结构形式中图 芬克型()与图 波尔曼型()桁架由于斜撑角度较小易产生相对较高的内力且刚度较小所以现今已不再使用桁架桥的典型跨高比如表 所示表 桁架桥的典型跨高比桁架类型典型跨高比桁架类型典型跨高比公路简支桁架桥
5、铁路简支桁架桥 公路连续桁架桥 铁路连续桁架桥.桁架结构设计准则按照惯例把桁架当作铰接框架结构进行分析当连接处弯矩是由挠度导致时无须平衡外部荷载 这种假定成立的条件是:大多数连接良好的框架结构在连接处具有足够的变形协调能力 不过当存在节点偏心距时应考虑弯矩影响 当桁架杆件短而粗时承受的弯矩可能也比较大 当然对于空腹桁架结构(如图)其弯矩将控制设计 很多桁架参照相关文献制定了有效的设计准则按照重要性排列如下:()桁架每个开间都应该加支撑()桁架应该直接承载上承式优于下承式()桁架设计应该充分利用材料的特性如使混凝土受压和钢材受拉等()支撑尺寸应该反映承受的荷载如跨中剪力较低采用小的斜杆()开间内
6、的支撑应该相互连接如沃伦式()桁架优于普拉特型()桁架()开间之间支撑应该连续连接如弓弦型()支撑水平夹角应该在 ()当增加另外的支撑时应遵循上述准则基于以上准则本文提出了一种上承鱼腹式预应力钢管桁架 混凝土组合梁结构预应力筋设置在下弦杆内混凝土与桁架连接采用将上弦杆置于混凝土间的形式桥型图和断面图如图 所示图 桥型图和断面图.对比分析验证建立 个简单模型 模型一采用平行弦钢管桁架桥 跨度 桁架高度.结间 双幅桥面桥面宽 高跨比/桥面板厚度 每隔 设置一个横梁上弦杆:靠近跨中附近腹杆:下弦杆截面:支座附近腹杆:材料:钢材模型二与模型一其他条件不变只是将桁架结构布置成鱼腹结构模型三与模型二条件相
7、同同时在下弦管内布置预应力筋并施加初始预应力铁道建筑技术 ()罗九林 等:管内预应力钢管桁架组合简支桥梁结构研究边界条件:一端约束:/一端约束/荷载:主要考虑人群荷载、混凝土收缩、桥面铺装、结构自重和预应力等人群荷载:按城市人行天桥与人行地道技术规范取值为.混凝土收缩及徐变荷载:按温度降考虑取 结构自重按程序自动加载预应力:分别施加 、计算结果如图 图 所示图 下弦杆组合应力图 腹杆组合应力图 挠度图 桥面板应力 从图 可以看出随着下弦预应力值增加管内预应力 按 逐级增加 时下弦杆的应力值为拉应力随着 值的增加端部附近出现压应力在跨中位置拉应力减小明显从图 可以看出 腹杆应力值变化不大 说明在
8、下弦施加预应力对腹杆受力影响较小 腹杆主要为连接上下弦承受剪力作用从图 可以看出随着预应力增加结构的挠度值减小不施加预应力时跨中挠度为 .预应力为 时跨中最大挠度变为 .预应力为 时跨中挠度减少为 .预应力为 时跨中挠度变为.即通过在下弦施加管内预应力可以有效地提高结构的刚度从图 可以看出桥面板荷载作用下主要表现为压应力 随着 值的增加轴向压应力值基本保持不变 图 由弯矩引起的应力值随着 值的增加逐渐减少 组合应力值随之减小 图 可以发现随着 值增加组合应力值在跨中附近减小、其他原来较小的部位有所增加从变化趋势来看施加预应力后桥面板的组合应力值分布比较均匀 沿轴向变化趋于平缓跨中峰值减小明显
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