公路桥中的预应力组合箱梁

箱形梁是公路桥梁广泛应用的桥型之一，文中介绍了一种预应力混凝土面板、底板和钢腹板相结合的新型预应力组合结构，它与传统的ＰＣ箱梁比较，具有自重轻、截面效应高，、充分发挥钢与混凝土材料的作用特点，为公路桥梁的设计与施工开辟了一条新途径。     

缓粘结预应力筋施工技术及其应用

预应力混凝土发展至今其施工方法可分为先张法和后张法两种,后张法预应力筋工艺又可分为先成孔后灌浆的常规预应力筋的施工工艺(以下简称有粘结筋)及无粘结筋施工工艺.这两种工艺既有其优点,也有其自身难以克服的缺陷.例如:后张法所需的铁皮波形管直径较大,而箱形梁、T形梁或空心板梁的底板和腹板的截面一般都较薄,这使得预应力筋的布置密度很大,若在大跨径上采用则梁高需相应增高很多.另外,浇制预应力混凝土箱形连续梁桥时,常采用三向预应力,其横向及竖向预应力筋用量都较大,但由于箱形梁的顶板、腹板都较薄,钢筋布置纵横交错,密度相当高.     

某大悬臂翼缘板连续梁桥裂缝成因分析及加固研究

文中利用有限元软件建立了某6孔大悬臂预应力连续箱梁桥模型,以分析该桥腹板、顶底板及翼板出现裂缝的原因。通过对不同工况下受力情况分析比较,结果表明,腹板出现裂缝主要原因为竖向预应力的损失较大,从而产生了较大的剪切拉应力;底板及翼板出现裂缝主要原因为在钢束及横向预应力作用下,箱梁底板中部和翼缘板下缘出现较大主拉应力。因此,可在裂缝产生区域采用"主动加固+被动加固"的措施,主动加固采用增设体外预应力束,被动加固采用在腹板处粘贴钢板及碳纤维布的加固法,顶底板采用碳纤维布加固法,翼板处采用裂缝修补胶封闭法。     

某黄河大桥主桥上部结构有限元静力分析

以某黄河大桥主桥(70 m+11×120 m+70 m波形钢腹板PC组合多跨连续箱梁桥)为背景,按合龙、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程,进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析,验算其是否符合现行规范要求.结果表明,波形钢腹板的钢板厚度可以满足要求;墩顶处顶板不满足抗裂要求.正常使用极限状态下箱梁波形钢腹板竖向剪应力满足规范限值,但安全系数不高;波形钢腹板屈曲验算得到的剪切屈服强度为31 MPa,安全系数很大.     

节段施工连续箱梁底板预应力外崩力的计算

因箱梁底板下缘预应力筋曲线布置,PC连续箱梁桥合龙段区域底板预应力张拉时会产生外崩力,可能引起连续箱梁桥产生底板崩裂。根据PC连续箱梁桥设计和施工的特点,详细推导了底板预应力产生外崩力的计算公式,在考虑以折代曲节段施工的前提下,分别推导了桥面纵坡和竖曲线、预拱度设置等因素的影响,并对比计算了按底板理想连续曲线、以折代曲以及各种桥面线形影响下预应力径向外崩力的计算实例。计算和分析表明,节段施工连续箱梁的底板预应力外崩力的计算,需要考虑以折代曲的底板线形、桥面竖曲线和预拱度的影响。     

大跨波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工力学分析

基于某13跨波形钢腹板连续梁桥,采用实际监测法和有限元数值模拟法,研究了波形钢腹板组合箱梁桥悬臂浇筑施工过程中温度效应和应力状态两个关键力学问题。研究结果表明,波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工过程中,大气温度变化可以引起梁体产生不可忽略的位移。施工过程中混凝土顶、底板由于剪力滞效应影响,纵向正应力呈现不均匀分布,而腹板剪应力分布均匀,且基本不受预应力施加的影响。     

波形钢腹板组合梁施工期开裂风险分析及工程对策

波形钢腹板箱梁由于腹板的皱褶效应,顶、底板与腹板不服从平截面假定。为此,顶板、底板采用空间体单元,腹板采用空间壳单元模拟,精确模拟腹板与顶板、底板的连接。考虑施工过程定义,考虑横向预应力和纵向预应力的影响,考虑施工期挂篮对波形钢腹板箱梁底板的作用,开展了从零号块至最大悬臂状态的波形钢腹板施工过程分析。分析结果显示,空间精细化模型的位移计算结果与一般梁单元采用增量有限元算法得到的规律类似。原始挂篮底模后吊点处会出现应力集中现象。通过改变挂篮后吊点施工方案,可降低应力集中导致的混凝土开裂风险。同时提出了在箱梁纵向一些底板开裂风险较大部位增设防裂网片,抑制施工期波形钢腹板底板裂缝扩展。     

基于板壳单元的箱梁桥空间应力分析

采用8节点40自由度实体退化板壳单元编制有限元软件,对预应力混凝土箱梁桥进行空间应力分析.以某(80+150+80)m预应力混凝土连续刚构桥为例,对采用板壳单元与采用杆系单元计算预应力混凝土箱梁桥空间应力的结果进行对比、分析,板壳单元程序分析结果表明截面最大主拉应力主要出现在箱梁顶、底板与腹板交界处以及底板横向跨中附近;建议活载正应力放大系数一般可以取1.15,部分位置可取1.2～1.6,活载剪应力放大系数一般可取1.5～1.8.     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁临时预应力钢束的合理设置

为了分析波形钢腹板PC组合梁在桥梁顶推施工过程中临时预应力钢束的对结构受力的影响,确保桥梁在顶推施工过程混凝土结构不发生破坏,以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细模拟了波形腹板组合箱梁的结构和具体的体内、体外预应力,计算了分析了顶推施工最不利工况下临时预应力钢束的合理位置设置、预应力大小和钢束数量对组合梁受力的影响情况,提出确保梁体结构安全的临时预应力钢束的合理设置方法,可为同类结构设计施工提供参考。     

兰州小砂沟大桥设计

兰州小砂沟大桥主桥为(57+2×100+57)m连续刚构桥。主梁采用波形钢腹板-混凝土组合箱梁,双幅单箱单室断面。波形钢腹板采用1600型波形钢板,与顶、底板分别采用双PBL剪力键和L200角钢连接键连接。纵向预应力筋分为体内束和体外束2种。下部结构采用由左右幅桥墩柱、承台及系梁组成的框架式结构,钻孔桩基础。主桥边跨简支端及引桥设置高阻尼橡胶支座,桥台处设置粘滞阻尼器,交接墩上设置速度锁定器。主桥采用悬臂现浇施工方案,并将边跨不对称段及合龙段处的波形钢腹板改造成临时吊篮,合龙顺序为先中跨后边跨。采用MIDAS Civil 2011进行静力及抗震计算,结果表明该桥各项指标均满足规范要求。     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁预应力效应分析

施加了预应力的波形钢腹板PC组合梁在桥梁顶推施工过程中,预应力钢束的实际应力在不断发生变化,为了详细了解预应力在箱梁顶推过程中的变化情况,以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细模拟了波形腹板组合箱梁的结构和具体的体内、体外预应力,计算了顶推施工过程中每根预应力钢束的具体应力变化情况及对混凝土顶底板应力变化情况。     

矮塔斜拉桥宽幅箱梁剪力滞影响参数分析

该文结合江肇(江门—肇庆)高速公路西江特大桥施工监控项目,应用ANSYS建立了多个参数化有限元模型,在最大悬臂工况下,讨论了预应力筋预应力值的大小、腹板厚度对剪力滞效应的影响。结果表明,预应力值大小、腹板厚度的改变引起顶底板平均正应力显著改变,但是并没有改变纵桥向正应力沿横断面的分布规律,即两者对剪力滞的影响都有限。     

大跨径连续刚构桥主跨底板合龙预应力束的空间效应研究

对大跨径连续刚构桥中跨底板混凝土在底板预应力筋作用下可能纵向开裂的现象进行了分析,阐述了产生这种现象的力学机理。根据一座跨径布置为140 m 268 m 140 m的单箱单室预应力连续刚构桥的结构与设计特点,对该桥在底板预应力作用下的空间效应不利影响进行了分析,提出了避免跨中箱梁底板纵向开裂、底板混凝土向下崩出和腹板竖向拉应力过大的建议,可为大跨度连续刚构桥的设计提供参考。     

预应力砼连续箱梁桥腹板开裂研究

针对预应力砼连续箱梁最为常见的腹板裂缝进行分析,分析裂缝产生的原因包括收缩徐变的影响、温度的影响和预应力损失的影响;基于有限元软件ANSYS对预应力损失的影响因素进行模拟,结果表明预应力等因素会对箱梁腹板产生不利影响;提出了在施工过程中可采取的有效减少腹板裂缝的措施。     

预应力索对连续曲线箱梁桥受力的影响分析

分别在箱梁顶、底板不同位置布置平弯索,并在箱梁腹板中不同高度布置竖弯(含平弯)索,计算分析不同布索方式对连续曲线箱梁的受力影响.结果表明,在箱梁顶、底板不同位置布置平弯索,会对梁体的位移和水平力矩产生较大的影响,而腹板内竖弯索主要影响梁体的竖向位移,同时顶板平弯索和在腹板内靠上布置竖弯索有利于减小扭矩,并使内外侧支座反力趋于均衡.     

预应力混凝土连续箱梁不同布索方式对比分析

从理论上对比分析了不同布索方式的优缺点,以某预应力混凝土连续箱梁桥为原型,通过数值计算对比分析了预应力损失对不同布索方式箱梁腹板主拉应力的影响.结果表明,在理论上取消下弯索,通过适当调整顶、底板索和竖向预应力筋来实现对腹板主拉应力控制是可行的;适当调整竖向预应力的大小,竖向+纵向布索方式混凝土强度提高系数优于下弯索布索方式;竖向预应力损失对竖向+纵向布索方式预应力混凝土箱梁腹板主拉应力的影响非常敏感.在实际工程中,竖向预应力损失50%后,竖向+纵向布索方式预应力混凝土箱梁腹板主应力的分布将劣于下弯索布索方式.     

大跨波形钢腹板小箱梁顶推施工技术研究

针对传统预应力混凝土箱梁顶推施工速度慢、工期长及跨径受限制等问题,引入波形钢腹板和Φ21.8大直径预应力束,设计了大跨波形钢腹板小箱梁,提出了波形钢腹板箱梁预制组拼顶推和临时钢斜撑相结合的施工方案,实现了大跨度梁桥顶推跨径和顶推速度的突破,其成果可供类似的设计和施工参考。     

波形钢腹板箱梁桥异步施工节段足尺模型试验研究

为了研究波形钢腹板箱梁桥异步施工过程中结构的受力性能,验证各关键部位的安全性,以奉化江大桥主桥为背景,针对该桥异步施工过程中的受力最不利工况——主梁16号节段的底板浇筑工况设计制作足尺模型(长7.2m、宽2.3m),采用两点加载方式进行静载试验,研究施工荷载作用下梁体挠度、波形钢腹板侧向变形、波形钢腹板及钢翼缘板的应力分布。结果表明:施工荷载作用下,混凝土顶、底板均未出现裂缝,波形钢腹板剪应力远小于其抗剪强度设计值,波形钢腹板自承重异步施工可满足结构受力要求,具有足够的安全储备;波形钢腹板作为自承重结构在竖向荷载作用下产生的竖向挠度及侧向变形较大;波形钢腹板上翼缘板挂篮作用点处为结构受力关键部位,施工时应对其进行局部加强。     

偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。     

先简支后连续梁桥施工顺序对结构的内力影响

2次负弯矩预应力筋的张拉和临时支座的拆除是先简支后连续结构体系桥梁施工的关键工序,不同的施工顺序会对结构内力产生不同影响。以4跨50 m T梁工程为例,对2次负弯矩预应力筋张拉和临时支座拆除的不同施工程序进行计算分析。分析表明:梁端湿接缝的预应力张拉顺序和临时支座的拆除顺序都会对结构内力产生一定影响。