预应力混凝土连续梁钢束配置分析.pdf

2 0 1 4 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构1 1 7 预应力混凝土连续梁钢束配置分析 王 海铁 ( 上海市政工程设计研究总院( 集团) 有限公司，上海市 2 0 0 0 9 2 ) 摘要 ：通过对预应力混凝土连续梁的预应力理论、实例分析 ，找出钢束规律性认识；利用理论知识及有效的分析方法对各 种不 同预应力 混凝土 连续梁进 行快速 而合理 的设 计 。 关键词 ：预应力；混凝土；连续梁；钢束 中图分 类号 ：U 4 4 1 文献标 识码 ：A 文章编 号 ：1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 6 - 0 1 1 7 - 0 2 1 概 述 随着软 件应用 的越来越 成熟 、以及桥梁结构 的大规模的建设 ，新的桥梁设计师对结构本身的 细部受力及相应 的关 系越来越模糊 ，对常规桥梁 跨径组合来说 ，都 能利用基 本的力学概念及 以往 工程经验来达 到完成设计 目的 ，但 对配跨较 为特 殊的情况则常常出现配束不合理现象，配束指标 高但对桥梁的应力贡献却很小甚至是负作用，常 常在调束过程中出现死循环 ，但却找不到问题的 实质 ，从而浪 费了大量 的时间 ，却 达不到优化设 计 的 目的。因此 ，有必要对 常规预应力混凝土连 续梁 的受力进行 重新 梳理 ，结合软件快速有效地 完成设计。实际工程中，配束出现多配 、少配 、 错配等问题的根本原因是未完全掌握次弯矩的规 律 ，甚至未理解次弯矩 。 预应力混凝土连续梁 由于预应力引起 的应力 效应 由三部分组成 ，永存 预应力张拉 力F ，预应 力相对截面形心产生的主弯矩 ，由于超静定作 用产生的次弯矩 。 预应力偏心距e ，三跨连续梁边跨长为 ，截 面惯性 矩， ，截 面上下 缘相对 截面形 心 的距离Y ， 则上下缘 的压应力计算公式为 ： ： F y v + v： + ( ： 圭 迭 ： 2 v A l J l J A l J 对于轴压力、主弯矩这两项 ，只要知道截面 及钢束相对形 心的位置就可知道相应 的应力 。不 确定的因数为次弯矩，以2 5 m + 3 2 m + 2 5 m 预应力 混凝土连续梁为例 ，分析各种不同配束对连续梁 的作用 ，及规律性认识 。 2 理 论分 析 3实例 分析 对于预应力混凝土连续梁 ，当施加预应力 后 ，就产生 主弯矩 ，同时 ，梁产 生弯 曲变位 ， 使其 自身有 离开支 承之势 ，但是 由于不是 简支 ， 支 承处 结构 可 能发 生 的变 形就 要 改 变或 受 到 阻 碍 、约束 ，从而引起附加反力 ，称之为次反力 ， 由次反力引起的弯矩称为次弯矩 ，这种预加应力 时变形受约束所产生的次弯矩并非在数值上是次 要 的，而是结构 的应力和强度计算 中很 重要 的一 部分 。预应 力引起 的综合 弯矩= 主弯矩 + 次弯矩 。 通过预应力连续梁的软件计算分析可知其预 应力产 生 的次 反力 ( 次 反力 的理论计算 可采 用荷 载平衡法) ，进而可知，在各个竖向约束下 中支 承处 的主梁截面的预应力次弯矩 。 收稿 时间 ： 2 0 1 4 0 2 1 3 作者简介： 王海铁( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 江苏盐城人 ， 工程师， 从事 桥梁结 构设计工 作 。 示例连续梁跨径布置为2 5 m + 3 2 m + 2 5 m，桥 宽8 5 IT ) ，梁高1 7 m，单箱单室 ，其钢束布置如 下 ：腹板束F 1 、F 2 、F 3 为2 1 2 + 1 5 2 ，顶板束T 1 、 T l 、T 2 、T 2 为4 7 1 5 2 ，底板束D 1 、D 2 、D 3 、 D 4 、D 5 为2 7 1 5 2 ，具体配束见图1 。 图 1 配束 示意 图( 单位 ： c m) 预应力 混凝土连续梁最主要 的荷载有 ：收缩 徐变、整体温度、温度梯度 、支座沉降、恒载、 汽车人群荷载等。对于给定跨径的预应力混凝土 梁桥设计 ，通常均为正常使用极限状态控制 ，而 应力控制点主要部位有支点上缘、支点下缘、跨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 8 桥梁结构 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 4 年 6 月第 6 期 中上缘 、跨 中下缘 。而这些点的应力控制主要通 过腹板束、顶底板束来实现，不同的配束方式对 各支点的应力控制有很大差别 。 腹板配束相对定型，一般通长布置，遵循跨 中区域 布置在下缘 ，支点 区域布置在上缘 。需要 注意的是在支点附近腹板束的起弯位置及弯起斜 率对抗剪及支点下缘应力有一定的影响，配束须 注意 ，下面主要对顶板束 、底板束进行分析 。 ( 1 ) 顶板束 通 过建模 计算 ，可知T 1 、T l 、T 2 、T 2 钢 束在支座处产生的次反力，具体见表1 。 表1 顶板 束在支座 处产生 的次 反力 根据建模计算的各钢束作用下的应力弯矩情 况见表2 。 表2顶板 束作用 下的应力弯 矩情况 从上面的计算结果不难看出，对于支点P 2 ， 上 缘正应 力T 1 T 1 、T 2 T 2 ，下 缘T 1 T 1 、 T 2 T 2 ；对支点P 3 ，上缘正应力T 1 T 2 ，下缘T 1 T 1 、T 2 T 2 ；T 1 、T 1 钢束 对 P 2 、P 3 钢束均 为上缘均为正效应 ，对下缘为负效 应 ，而T 3 钢束对上下缘均为正作用 。 由此可以得出以下结论 ：对于三跨连续梁 ，过 单支点、双支点的顶板钢束，钢束长度越短， 对支点 上缘正应力越有效，钢束越长，对支点上缘正应力效 果越差。这从理论公式中就可以看出来，对于给定跨 径的连续梁， 对于顶板钢束， 公式中除次反力 F 次 为 变ff t t, ， 余均为定值，当钢束长度加长，则次反力增 大， F 次 增大，由于F 次 为负值，截面上缘总应力减 小 ，下缘总应力增大 ，与模型计算结果吻合。 ( 2 ) 底板束 底板束 其最直接的作用是满足跨 中区域处 的 正弯矩的受力要求，正常设计较容易满足，主要 研究底板束对支点区域处的应力作用 。通过建模 计算 ，可知D l 、D 2 、D 3 钢束在支座处产生的次 反力，具体见表3 。 表3底板束在 支座 处产生 的次反力 根据建模计算的各钢束作用下的应力弯矩情 况见表4 。 表4底板束作 用下的应力 弯矩情况 从上面 的计算 结果不难看出 ，对 于D1 、D 2 钢 束 ，P 2 支 点处上 缘正 应力 D 1 D 2 ；而P 3 支点处 ，上缘正 应力D1 D 2 ，下 缘D 1 D 2 。D 1 、D 2 钢束为作用在第一跨 ，钢束 对P 2 支 点上缘均 为正效应 ，下 缘为负效 应 ，P 2 、 P 3 处受力相反的关 系可利用连续梁作用影 响线关 系得到解 释。由此可 以得 出以下结论 ：对 于支点 下缘应力控制较紧张的情况下 ，底板应尽量布置 短束 ，锚固点应远离支点。 对于 D 3 、D 4 钢 束 ，其 作用规 律 同D1 、D 2 钢 束 ，因此对 于支 点下 缘应 力控 制较 紧 张 的情况 下 ，也应尽量布置短束 ，锚 固点远离支点。 对于D 5 钢束 ，如果不仔细分析，常认为对支 点下缘有利，对于本示例 ，钢束对支点下缘的有 效作用几乎为零 ，根据理论公式 ，其决定作 用的 为F 次 ，对于给定跨径L ，只跟钢束的长短有关 ， 而对于底板通常束，调整余地很小 ，因此基本为 定值，在计算时须先判断下，再做判断。 4结论 本文对预应力作用的基本理论知识进行了介绍 ， 并结合有 限元软件 ，对三跨预应力混凝土连续梁 的主要配束方式进行 了规律性 的认识。实际工程 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与防 洪 桥梁结构1 1 9 强震区软弱地基上承式连拱桥设计总结 戴 英 ( 同济大学建筑设计研究院( 集团) 有限公司，上海市2 0 0 0 9 2 ) 摘 要： 以大理市兴盛大桥为例 ， 介绍了在相对不利建桥条件下 ， 通过采用体外预应力水平索的运用 ， 以及大量方案比选 ， 确保 了工程安全、 经济 、 合理， 使工程经济效益和社会效益得以发挥 ， 有关经验可供相关专业人员参考。 关键词 ： 强震区； 软弱地基 ； 连拱桥； 体外索 中 图分 类号 ： U 4 4 8 2 2 文献标 识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 6 一 O 1 1 9 0 5 1 项 目概 况 大理市兴盛大桥是连接大理下关城区西洱河 两岸 的重要 桥梁 ，位于兴盛路上 ，跨 越洱海 出水 口一西洱河 。根据桥 梁方案征集 的结 果 ，确定桥 型为上承式拱桥 。 桥梁处 于大理苍 山洱海风景 区 ，兴盛大桥 的 结构和建筑师 的景观 、美学构思紧密融合与一 体 ，采用轻盈而连贯的上承式连拱体系，形似洱 海月 ，神似下关风 ，栏杆桥塔及全桥 色彩 ，演绎 了上关 花 、苍 山雪 ，体 现 出大 理 独一 无 二 的风 情 、风貌 。 2建设条件 2 1 地质条件 根据详勘报告，桥位处地质情况特点如下 ： ( 1 ) 地基土在上部除层填筑土外 ，分布有 较厚的特殊土一软土，即层淤泥层 ，层顶埋深 一 般 O 0 02 3 1 0 m，厚 度 一 般 3 1 0 05 1 3 0 m， 整个场 地均有分布 。下部细粒 土和粗 粒土交互沉 积 ，厚度 和力学 性质 均变化 较大 。勘探 深度 ( 孔 深1 0 0 m) 内未见岩层。 ( 2) 拟 建 场 地 2 0 m范 围 内 可不 考 虑 饱 和砂 土一粉砂的地震液化影 响。 ( 3 ) 场地属 于对 抗震不利地段 ，软弱土类 型 、 类建筑场地。 2 2地震 主要参数 收 稿时 间 ： 2 0 1 4 0 4 0 3 作 者简 介 ： 戴英 ( 1 9 7 2 一) ， 女 ， 湖北 均县人 ， 工 程师 ， 从 事桥 梁 设 计工作 。 大理 市兴 盛大 桥工程 场地地 震安 全性评价 报告 结论 ： 经地震危险性综合概率分析 ，得到场地一定 年 限不 同超越概率水平 的基岩地震动参数 ，场地 地表峰值加速度A 一特征周期 、 放大系数 和 水平地震系数最大值 的建议值见表1 。 表1 兴盛大 桥场地设计 地震动 参数建议值 2 3 航道水务要求 航道部门要求通航净宽不小于4 0 m，净高不 小于5 0 m，洱海最高运行水位 为1 9 6 6 0 0 m，最 低运行水位 为1 9 6 4 3 0 m。 2 4 技术标准 2 4 1 道路等级 兴 盛路 主 线 ：城市 主 干路 I I 级 ( 兼 顾 过境 车 辆，定位为一级公路) 。 2 4 2 设计 车速 兴盛路主线 ：4 0 k m h 。 2 4 3 设计荷载 设计荷载 ：公路 一I 级 ，人群3 5 k N m 。 2 4 4 桥宽 总宽4 0 m，分左右两 幅分离式 布置 ，单 幅桥 宽 2 0 m。 中会遇到各种各样的预应力混凝土连续梁，因此 除了需了解常规配束规律外，还要利用理论知识 及有效的分析方法对各 种不 同预应力混凝 土连续 梁进行快束而合理的设计。 -+ 一 - + - - - +- 一 - 一 - - - + 一- +- - - + 一 - +- + 一 - +- + - - - 一 参考文献 【 1 】范立 础 预应 力混 凝 土 连续 梁 桥 M】 北京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 1 9 9 7 【 2 】林 同炎 预应 力混 凝 土结 构 设 计 M 北京 ： 中 国铁 道 出版 社 ， 1 98 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m