简支转连续梁桥目录

目录一、绪论1、先简支转连续梁桥概述1.1、先简支转连续梁桥的优缺点1.2、先简支转连续桥梁的研究背景1.3、先简支转连续桥梁的研究现状2、论文的主要研究内容和方法二、简支转连续桥梁的基本理论1、简支转连续结构体系形式和施工方法1.1、简支转连续结构体系形式1.2、简支转连续桥梁的施工方法和控制过程2、简支转连续桥梁的基本理论分析2.1、概述2.2、梁体应力基本理论2.3、先简支转连续桥梁的次内力和内力重分布2.4、先简支转连续桥梁的主梁内力3、软件简介3.1、有限元法简介3.2、迈达斯Civil简介三、简支转连续体系受力特性分析1、工程概论2、迈达斯Civil建模过程3、不同施工工序下体系受力计算3.1、内力计算3.2、变形计算4、计算结果分析5、结论四、参数分析1、收缩徐变的影响分析五、不同跨数的次内力分析六、施工技术研究一、绪论1、先简支转连续桥梁的概述1.1、先简支转连续桥梁的优缺点先简支转连续桥梁是两跨及两跨以上的预应力混凝土通过现浇混凝土的形式连接而成的连续结构，该连续结构有一下几个优点：（1）具有刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适的优点；（2）简支梁的预应力钢束在工厂进行张拉，而负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行，仅需吊装设备起吊主梁，减少施工设备，又能减少或避免张拉预应力钢束阻碍地面交通；（3）预制梁能采用标准构件，进行工厂化统一生产和管理，有利于技术操作，减少施工时间，提高了经济效益，缩短了工期。先简支转连续桥梁是连续结构，有以下缺点：（1）基础不均匀沉降将在结构中产生附加内力，因此，对桥梁基础要求较高，通常适用于地基较好的场地。（2）箱梁界面局部温差，混凝土收缩、徐变及预加应力均会在结构中产生附加内力，增加了设计计算的复杂程度。1.2、先简支转连续桥梁的研究背景从简支梁发展到简支转连续梁是一个漫长复杂的过程。简支梁是应用最早、最广泛的一种桥梁形式，因其简单的构造，方便施工，能够适应较大的地基沉降，因此在中小跨径桥梁中普遍应用。但是，简支梁桥的桥面因有伸缩缝的存在，致使行车颠簸。尽管简支梁的桥面连接本身就存在着缺陷，无法与连续梁结构体系的良好性能相比，但施工方面的优点使其在桥梁建设中扔占有一定的地位。需要说明的是，我们认为的简支梁桥面连续应该包括两个方面：一、对于人们常说的梁上现浇混凝土板连续，此混凝土板内没有预应力配筋甚至普通钢筋；二、组合梁的桥面连续，是指，混凝土板作为梁结构自身的一部分，后浇筑或预制，一般采用预应力使其连续，此仍属于桥面板连续。桥面连续后，减少或消除了连续梁跨内的伸缩缝，获得了比较长的连续桥面，在垂直力的作用下，各跨仍能保持简支梁受力的基本特征。主梁简支，桥面连续的结构体系迅速普及，施工工艺不断改进，但是还是不能从根本上解决问题，之后因此出现了“恒载简支、活载连续、支点不转换的连续梁”设想，即完全按照简支梁施工，安放两个支座，然后在桥墩顶处浇筑混凝土接头，待浇筑的混凝土达到预定强度后，结构体系就转换为连续梁体系。其受力比简支梁较优越。虽然减少了桥面伸缩缝的数量，也一定程度上改变支座处桥面开裂现象，但是不能从根本上永久解决支座处因负弯矩而导致的桥面开裂现象。只有将结构自身做成预应力连续，使整个断面连成一体，并在桥梁支座等容易开裂的地方储存一定的弹性压缩，才是消除开裂隐患和满足高速行车功能要求的根本办法。1.3先简支转连续桥梁的研究现状（1）国外研究现状：无论是韩国、日本等亚洲地区，还是美国、加拿大等美洲地区及欧洲地区，都出现了很多采用“先简支后连续”施工方法建造成的桥梁实例。其中有两座桥梁在“先简支后连续”结构体系中占有重要的地位，它们是美国内布拉斯加州林肯市建造的两座人行桥：一座是第十街的人行天桥，另一座是第Ｖ号街的天桥。此两座桥采用的后连续连接技术是内布拉斯加研究设计的一种后连续工艺，使用此法建造连续梁的方案成为了以下几个方案的优胜者：Ｉ形钢连续梁、Ｉ形预应力混凝土简支梁、Ｉ形后张预应力混凝土连续梁，可见先简支后连续结构体系的竞争力。随后国外出现了大量的先简支后连续结构体系桥梁。近年来，世界各国采用先简支后连续方法建造的预应力混凝土连续梁桥的数量在不断增多，而采用此方法建造的连续梁桥甚至与钢结构桥梁的竞争中处于上风。国外采用先简支后连续施工方法建造连续梁已有很长时间了，与国内相同的是，他们的分析理论亦大多采用梁理论，但其先简支后连续的施工工艺与国内稍有不同。国外的先简支后连续结构体系大多采用钢梁—混凝土板组合梁或混凝土梁一混凝土板组合梁，而截面形式则多种多样，I型梁、T型梁、箱型梁等各种型式均有。下面我们来看看国外“先简支后连续结构体系”的研究状况。大约在二十世纪六十年代，波特兰混凝土协会(简称PCA)对预制梁通过现浇桥面板和连续横隔板连续(两种类型的正弯矩连接，例如焊接在构造角上的直钢筋以及弯钢筋)方法进行了研究。预制梁的连续可以通过桥墩上方桥面板内布置连续的钢筋以及内支座处两根预制梁端部之间的混凝土横隔板得以实现。40年以来，该种类型的连接一直是许多人研究的主题，这种连接方法已经成功的应用于诸多国的收缩徐变对先简支后连续结构体系的影响上。在二十世纪七十年代后期，作为密苏里州联合公路研究计划的一部分，密苏里州一哥伦比亚大学研究了将钢绞线延伸到连接横隔板内部以形成正弯矩连接的可行性，提出了一种设计方法，它将钢绞线的应力限制在其极限承载力的15％，以避免疲劳破坏，该研究还建议连续横隔板应该在桥面板之前浇筑。在1993年，JosephA．Ficenec，Steven．Kneip等介绍了内布拉斯加林肯市十街高架桥工程．该桥为预应力混凝土连续梁（I型截面）桥，采用先简支后连续方法施工方法，后连续工艺利用了内布拉斯加大学研究设计的一种新的后连续方式。在二十世纪九十年代后期，在国家联合公路研究计划的框架下，施工技术实验室(简称为CTL)对该类连续梁桥进行了分析研究，该项研究显示，由于时间效应所产生的正弯矩可以引起连续性连接的开裂。但相反抵抗矩将变大，因此配筋和没有配筋的连接最终可能都会开裂．该研究跨中弯矩实际上与连续性横隔板内的配筋无关，研究表明，正弯矩连接困难、费时、安装费用高，并且没有结构上的优点。在英国，Clark和Sugie在二十世纪九十年代后期，研究了预制梁的正、负弯矩连接。他们建议，不去计算蠕变和收缩效应，而是对于跨径在20米～36米范围直接在铰处设计处能够抵抗700kN-m的正弯矩，而梁高至少为1.1m。对于小一点跨度的梁，建议设计600kN-m的正弯矩。在2000年，A．R．Marl和J．Montaner详细探讨了一种新型的预制混凝土连续箱梁桥的几何特征、概念设计、分析以及建造。该种典型的桥梁包括“U”形截面的预制预应力混凝土梁和通过横隔板端实现混凝土桥面板的后连续预应力连接。由以上的内容可知，国外对于先简支后连续结构体系的研究不仅包括后连续的工艺上、后连续端部的力学特性，还包括后连续端部的正负弯矩筋的配设，由于他们的先简支后连续结构体系多采用组合体系，因而很多的研究集中在混凝土（2）国内研究现状：国内来用此方法的时间与国外相差并不长，但是由于高等级公路的发展滞后，因而先简支后连续结构体系的设计和施工水平都与国外有很大的差距，造成了国内对该种体系研究的落后现状，近年来讨论此问题的文献才见报道。“先简支后连续”的含义也在不断扩展，不仅包含了早期的桥面连续、桥面板连续、普通钢筋实现结构本身的连续、使用预应力使结构实现结构本身的连续等内容，而且涵盖了利用钢梁或混凝土梁作为简支构件，在现浇混凝土板内利用预应力实现结构连续的钢一混凝土组合梁桥的后连续问题；“后连续”的内容也从早的纵向连续扩展到横向上桥面板的连续问题（使用普通钢筋或预应力筋）；“先简支后连续”的施工方法所采用的截面型式也得到了扩展，由早期的“I”型截面、“T”型截面、“空心板梁”发展到了“Ｕ”型截面；跨径从早期的20～30米增加到了现在的50～80米(如葡萄牙里斯本的伽玛桥的引桥采用80米先简支后连续箱梁)，而且还有继续增大的趋势。先简支后连续施工方法在二十世纪八十年代兴起，并很快得到了广泛的应用。我国河北滦河大桥、广东三洪奇大桥、柳南高速公路洛维大桥（30米Ｔ梁）、京沈高速公路潮白河大桥（20米空心板梁）、福宁高速公路八尺门海湾特大桥（30米、50米T梁）、敦延一级公路长新高架桥引桥（40米Ｔ梁）、梅河口绕越一级公路辉发河大桥（30米箱梁）、国道102长平一级公路东辽河大桥（20米箱梁）以及肇源松花江特大桥引桥（40米T梁）等都是采用此方法建成的简支转连续梁桥。在国内，对该种结构体系的研究近年来才见报道。以有文献[15～22]、[6]对先简支后连续结构体系的不同问题进行了研究分析，还有文献[3]、[23]比较了不同跨径的简支梁、三跨连续梁以及连续梁的跨中和内支座弯矩，验证了先简支后连续结构体系的合理性，以及分析了混凝土的收缩徐变以及温度对先简支后连续结构体系的影响；此外对于先简支后连续结构体系的施工工艺、后连续技术等问题，国内亦有多人进行了不同程度的分析[20]，也对先简支后连续结构体系进行了室内模型实验研究[24]。由上述研究资料，以及针对吉林省所处的季节性冰冻地区高等级公路建设的实际情况和吉林省内所设计与施工、运营的几个典型的先简支后连续结构体系桥梁的详细资料，我们可以得出国内（特别是吉林省）对于“先简支后连续结构体系”的研究存在以下几个主要问题：(1)由于缺乏相应的规范及参考资料，目前我国先简支后连续结构体系的预制构件的设计依然根据规范上简支梁和连续梁的相关条例进行设计，没有考虑先简支后连续结构体系的固有特点。(2)在先简支后连续结构体系的施工工艺上，存在很大的分歧，对后连续端部的浇筑顺序、后连续预应力的张拉顺序以及后连续端部的浇筑方式缺乏统一的认识。(3)在后连续端部的配筋方式和配筋量上没有统一的规定，因而导致端部配筋的设计种类繁多，且带有一定的主观随意性。(4)新的桥涵设计规范的实施，原有的研究并不完全符合新规范的部分要求。2、论文的主要研究内容和方法综上所述，国内外的研究人员对简支转连续钢筋混凝土梁结构在理论、试验等几方面已经作了许多有价值的工作。但是，仍存在一些问题需深入研究。由于简支转预应力结构连续梁桥在施工过程中存在体系转换，结构由静定体系转化为超静定体系。通过在墩顶负弯矩区张拉局部预应力短束，主梁一次张拉后的内力受到墩顶短束二次张拉的作用，将在其内部重新分配[37]。而在设计理论上，基本是套用简支梁的设计理论为主，而没有具体考虑到先简支后连续桥梁自身的体系转换的特点。并且在先简支后连续结构的施工工艺的统一需要进一步确定，对后连续端部的浇筑顺序、以及负弯矩预应力钢筋的张拉顺序等方面需要确定。目前新的桥涵设计规范对先简支后连续桥梁的规定并不全面。针对以上存在的问题，本文开展了以下几个方面的研究工作:1）研究了先简支后连续梁桥的特点与分类，清楚目前国内外简支转连续桥梁在理论与施工等方面的研究发展现状。2）基于力学理论、混凝土结构设计理论和桥梁结构力学行为等相关理论，并根据迈达斯软件模拟，给出先简支后连续桥梁在不同施工工序下的应力和变形。3）基于有限元理论，利用迈达斯Civil软件对具体的先简支后连续桥梁工程项目进行计算。通过有限元的数值计算，计算与分析每个施工过程及不同施工工序状态下结构的应力与变形。在理论上分析先简支后连续桥梁在不同施工阶段力学状态的改变情况，并用软件分析计算结果。4）据以上理论研究为基础，对简支转连续桥梁在施工工艺、施工优化以及施工工序进行讨论与分析，确保先简支后连续桥梁通过合理的施工工艺和施工工序来保证桥梁在日后使用过程中具有较高的使用性能。二、简支转连续桥梁的基本理论1、简支转连续结构体系形式和施工方法1.1、简支转连续结构体系形式先简支后连续法是指:把一联连续梁、板分成几段，每段长一孔，各段在预制场预制后经移运吊放到墩台顶的临时支座上，在完成湿接缝的各项工序后浇注湿接缝混凝土，然后张拉负弯矩预应力束，拆除临时支座，使连续梁落座到永久支座上，即恒载简支、活载连