連續(xù)剛構橋發(fā)展史

1、PC連續(xù)剛構橋PC連續(xù)剛構橋比PC連續(xù)梁橋和PCT型剛構橋有更大的跨越能力。近年來，各國修建PC連續(xù)剛構橋很多，隨著世界經濟發(fā)展，PC連續(xù)剛構橋將得到更快發(fā)展。1998年挪威建成了世界第一stolma橋（主跨301米）和世界第二拉夫特橋（主跨298米），將PC連續(xù)剛構橋跨徑發(fā)展到頂點。我國于1988年建成的廣東洛溪大橋（主跨180米），開創(chuàng)了我國修建大跨徑PC連續(xù)剛構橋的先例，十多年來，PC梁橋在全國范圍內已建成跨徑大于120米的有74座。世界已建成跨度大于240米PC梁橋17座，中國占7座，其中西部地區(qū)占5座（表五）。1997年建成的虎門大橋副航道橋（主跨270米）為當時PC連續(xù)剛構世界第一

2、。近幾年相繼建成了瀘州長江二橋（主跨252米）、重慶黃花園大橋（主跨250米）、黃石長江大橋（主跨245米）、重慶高家花園橋（主跨240米）、貴州六廣河大橋（主跨240米），近期還將建成一大批大跨徑PC連續(xù)剛構橋。我國大跨徑PC連續(xù)剛構橋型和PC梁橋型的建橋技術，已居世界領先水平。表五：世界大跨度預應力混凝土梁橋序號橋名國家建成年代跨徑(m)結構型式1Stolma橋挪威199894+301+72PC連續(xù)剛構2Raftsundet橋挪威199886+202+298+125PC連續(xù)剛構3Asuncion橋巴拉圭1979270多跨帶鉸PCT構4虎門大橋副航道橋中國1997150+270+150PC連

3、續(xù)剛構5Gateway橋澳大利亞1985145+260+145PC連續(xù)剛構6Varodd-2橋挪威1994260PC連續(xù)梁7瀘州長江二橋中國2001145+252+54.8PC連續(xù)剛構8Schottwien橋奧地利1989250PC連續(xù)剛構9Doutor橋葡萄牙1991250PC連續(xù)剛構10Skye橋英國1995250PC連續(xù)剛構11Confederation橋加拿大1997165+43×250+165帶掛梁PCT構12重慶黃花園大橋中國1999137+3×250+137PC連續(xù)剛構13黃石長江大橋中國1995162.5+3×245+162.5PC連續(xù)剛構14濱名

4、大橋日本197655+140+240+140+55PC有鉸T構15江津長江大橋中國1997140+240+140PC連續(xù)剛構16重慶高家花園大橋中國1997140+240+140PC連續(xù)剛構17貴州六廣河大橋中國2000145.1+240+145.1PC連續(xù)剛構世界大跨徑梁橋排名(2002.10)序號 橋名 主跨(米) 結構形式 所在國家 建成年限 1 Stolma橋 302 PC連續(xù)鋼構 挪威 1998 2 Raftsunder橋 298 PC連續(xù)鋼構 挪威 1998 3 Asuncion橋 270 PCT構 巴拉圭 1979 4 虎門大橋副航道橋 270 PC連續(xù)鋼構 中國 1997 5

5、Gateway橋 260 PC連續(xù)鋼構 澳大利亞 1985 6 Varodd-2橋 260 PC連續(xù)梁 挪威 1994 7 Schottwien橋 250 PC連續(xù)鋼構 奧地利 1989 8 Doutor橋 250 PC連續(xù)鋼構 葡萄牙 1991 9 Skye橋 250  PC連續(xù)鋼構英國 1995 10 重慶黃花園嘉陵江大橋 250 PC連續(xù)鋼構 中國 1999 連續(xù)剛構橋。分主跨為連續(xù)梁的多跨剛構橋和多跨連續(xù)-剛構橋，均采用預應力混凝土結構，有兩個以上主墩采用墩梁固結，具有T形剛構橋的優(yōu)點。但與同類橋（如連續(xù)梁橋、T形剛構橋）相比：多跨剛構橋保持了上部構造連續(xù)梁的屬性，跨越能力大

6、，施工難度小，行車舒順，養(yǎng)護簡便，造價較低。多跨連續(xù)-剛構橋則在主跨跨中設鉸，兩側跨徑為連續(xù)體系，可利用邊跨連續(xù)梁的重量使T構做成不等長懸臂，以加大主跨的跨徑。典型的連續(xù)剛構體系對稱布置，并采用平衡懸臂施工方法修建。漫談大跨徑連續(xù)剛構橋摘要：連續(xù)剛構橋是現(xiàn)代橋梁類型中的一個重要組成部分。本文就連續(xù)剛構橋的特點做了分析介紹，并對其存在的一些病害進行了探討，有一定的工程指導意義。 關鍵詞：連續(xù)剛構，特點，病害1.     引言隨著社會經濟的高速發(fā)展，作為基礎設施的橋梁，其發(fā)展勢頭也是很強勁的。預應力混凝土連續(xù)剛構橋作為近些年發(fā)展迅速的橋型也日益受到關注。表1

7、 國內已建成的大跨連續(xù)剛構Table1 long span rigid frame continuous bridge in China序號橋梁名稱國家跨徑建成年1門道（Gateway）橋澳大利亞145+260+14519852Schottwien橋奧地利25019893Doutor橋葡萄牙25019904Skye橋英國25019955廣東虎門大橋輔航道橋中國150+270+15019976蘇通長江大橋輔航道橋中國140+268+14020087云南元江大橋中國58+182+265+194+7020028福建寧德下白石大橋中國145+2×260+14520039四川瀘州長江二橋中國1

8、45+252+54.8200010重慶馬鞍石嘉陵江大橋中國146+3×250+146200211重慶黃花園嘉陵江大橋中國137.16+3×250+137.161999 2. 預應力混凝土連續(xù)剛構橋特點連續(xù)剛構橋的特點是：跨越能力大，受力合理，結構整體性能好，抗震能力強，抗扭潛力大，造型簡單，維護方便。主梁連續(xù)、梁墩固結，既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點，又保持了T型剛構橋不設支座、施工時不需臨時固結的優(yōu)點，便于懸臂施工，且具有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能很好地滿足較大跨徑橋梁的受力要求。另外，雙薄壁墩的柔性對橋梁承受溫度變形、減小墩身材料、削減墩頂

9、負彎矩及增加施工穩(wěn)定性都有一定的益處。跨徑在200m300m范圍內，連續(xù)梁橋在跨越能力方面（目前國內外跨徑超過200m的連續(xù)梁寥寥無幾）、拱橋在施工簡易方面以及斜拉橋和吊橋在經濟指標方面都明顯不如連續(xù)剛構橋。因此，盡管其起步較晚，但近二十年來卻得到了較大發(fā)展。3.     病害成因分析目前一些大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛夠橋出現(xiàn)的病害主要集中在兩個方面：一是主梁的跨中下?lián)蠁栴}，主跨245m的某大橋，最大下?lián)线_到32cm，主跨270m的虎門大橋輔航道橋，建成5年后，在2002年已下?lián)?7cm，遠超過原設計預留的10cm的徐變預拱度；二是箱梁的開裂問題，包括主梁

10、腹板邊跨靠近現(xiàn)澆段及中跨1/4L3/8L段腹板出現(xiàn)的斜裂縫、主梁箱梁地板跨中部分預應力張拉錨固后出現(xiàn)的縱向裂縫及墩頂橫隔板的豎向和橫向裂縫等。連續(xù)剛構病害的產生，究其原因可以歸納為設計、施工、材料、運營管理等四個方面。這里主要談設計方面的原因。3.1主梁下?lián)?. 對混凝土徐變的影響程度及長期性估計不足。大跨度連續(xù)剛構橋跨中下?lián)线^大不僅影響其外觀及行車，而且對其受力也將產生一定影響，從設計的角度來分析其原因主要是對混凝土徐變的影響程度及長期性估計不足。2. 有效預應力對混凝土徐變的影響。有研究表明，徐變變形隨有效預應力增大有明顯減少的趨勢，反之亦然。因此大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋梁若有效預應力

11、較小，則徐變變形可能增大，導致主梁下?lián)献冃渭哟蟆７粗?，混凝土徐變變形加大，預應力束的應力損失也相應加大，進一步減小了預應力度，從而導致主梁下?lián)献冃沃导哟蟆?.2 箱梁腹板開裂從上世紀90年代，在箱梁橋的設計中，較普遍地取消彎起束，而用縱向預應力和豎向預應力來克服主拉應力。這樣做方便施工，可以減薄腹板的厚度。但豎向預應力筋長度短，預應力損失大，有效預應力不易得到保證，教訓是斜裂縫大量出現(xiàn)。目前已認識到取消彎起束是不妥當?shù)?！于是重新回到設彎起束的正確軌道上來。但為此已付出了代價。設計中通常僅從縱向和豎向二維來分析主拉應力，但很不夠，沒有考慮橫向的影響。不考慮橫向應力的影響，必然使計算的主拉應力值偏

12、小。正如蘇通大橋副橋連續(xù)剛構設計一文所說，“經計算分析，箱梁的橫向荷載對腹板產生的效應很大?？紤]此項效應的主拉應力將遠超出規(guī)范允許值”。此外，由于采用箱形截面，扭轉、翹曲、畸變也會使腹板中的剪應力加大，從而增大主拉應力。因此，應該按三維進行分析。過去大跨徑梁橋出現(xiàn)較多斜裂縫，重要原因之一是與設計上對主拉應力估計不足有關。腹板偏薄，配置普通鋼筋偏少，也會導致腹板斜裂縫的產生。在箱梁腹板內外側均有可能存在橫向拉應力，當配筋不足時會在腹板發(fā)生縱向裂縫。變截面箱梁的底板由于施加預應力而產生徑向力，當?shù)装鍣M向配筋不足，會在底板橫向跨中下緣及橫向兩側底板加腋開始的上緣，出現(xiàn)縱向裂縫。 參考文獻：

13、1. 楊高中.連續(xù)剛構橋在我國的應用和發(fā)展J.中國公路學報.1998.62. 范立礎編著.預應力混凝土連續(xù)梁橋.人民交通出版社.1988.2從年我國第一座連續(xù)剛構橋建成到現(xiàn)在已經年了 ,年中連續(xù)剛構橋以其結構簡單、受力合理而得到廣泛的應用和迅速的發(fā)展。虎門大橋輔航道橋以其主跨的跨徑躍居世界現(xiàn)有同類橋型的首位。隨著新問題的出現(xiàn)及其解決 ,將進一步推動本橋型在我國的應用和發(fā)展 .最大跨徑連續(xù)剛構橋合龍本報訊  (記者王豐  通訊員劉德聯(lián))11月11日早晨6時20分，在時速350公里的廣深港鐵路客運專線現(xiàn)場，經過中國鐵建十四局集團的精心施工，全長168米的連續(xù)

14、剛構橋全部成功合龍（見圖，王豐攝），創(chuàng)中國鐵路連續(xù)剛構橋跨徑之最。位于沙灣鎮(zhèn)境內的沙灣水道特大橋全長18.081公里，主橋跨沙灣、紫坭水道，其中有4孔主跨連續(xù)剛構橋梁每跨168米，橋高45米，建于國家一級航道的深水中，水中墩水深13米，大橋建設為廣深港鐵路客運專線建設的重難點工程。大橋主跨設計為168米長的雙跨連續(xù)剛構梁，這在中國鐵路建設史上還是首次。施工難度大，科技含量高。承擔本工程建設的中國鐵建十四局集團廣州工程指揮部專門成立了科技攻關小組，并聘請了有關專家作為技術顧問，共同對本橋進行線型和應力監(jiān)控。因沙灣水道特大橋個主墩位于沙灣水道正中間，河床為裸露基巖，承臺設計全部深埋于河床基巖中。按

15、照正常施工方法，雙壁鋼圍堰根本無法下沉到位。在集團公司專家組和項目部多次調查論證后，決定采用水下爆破法先開挖水下基坑，再下沉雙壁鋼圍堰的方法。客運專線168米雙主跨連續(xù)剛構橋施工目前國內尚無成功經驗，而且本橋采用無砟軌道，梁部采用先中跨后邊跨的合龍方式，對懸灌梁施工過程中線形、應力控制和成橋后跨中撓度要求都非常之高，難度很大。項目攻關小組對大橋梁部首先對施工荷載、橋梁恒載、機車活載、溫度影響等進行了準確地建模計算，施工中攻克多個技術難題。新規(guī)范下大跨連續(xù)剛構橋長期撓度計算的反思王培金1,2 盛洪飛1 孫 飛1（1 哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院 哈爾濱 150090(2 山東省交通規(guī)劃設計院

16、 濟南 250031）摘要：提高對混凝土收縮徐變的長期預測精度，是大跨度橋梁設計中要解決的一個關鍵問題。考慮新規(guī)范中可變作用準永久值的影響，分三個階段對大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋的徐變變形進行理論分析，探討預測大跨度連續(xù)剛構橋長期撓度的方法，為此類橋梁的長期撓度預測及改進設計方面提供依據。關鍵詞：橋梁工程；準永久值；分階段；連續(xù)剛構；徐變變形；長期撓度預測0 前 言現(xiàn)有大跨度連續(xù)剛構橋跨中下?lián)线^大已成為一種普遍的現(xiàn)象，尤其后期變形繼續(xù)加大的問題出乎設計預測之外，這也是廣大工程師們十分頭疼的問題。究其原因主要是對混凝土收縮徐變的影響程度及長期性嚴重估計不足。預應力混凝土連續(xù)剛構橋由于混凝土的固

17、有性能收縮徐變的影響，必然會造成橋梁結構的幾何線型和內力狀態(tài)隨時間而發(fā)生變化，某建于1997年的主跨270m連續(xù)剛構橋，至2003年12月，實測下?lián)狭?2；某主跨245m的一座同類結構的大橋，跨中也嚴重下?lián)?，最大達32。許多大跨度橋梁都有類似的現(xiàn)象，這會使橋梁運營期內出現(xiàn)不良線型而引起乘客的不舒適感，甚至危及高速行車時的安全。文獻1對主跨270m的連續(xù)剛構橋進行了連續(xù)7年的長期觀測，結果是其主跨跨中撓度因混凝土徐變、收縮等因素逐年增長，而且尚未停止。因此提高混凝土收縮徐變的長期預測精度對連續(xù)剛構橋長期變形的分析和控制具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文的分析方法可對該類型橋的使用狀況有一個直觀的認識，

18、探索出一個較準確預測大跨度連續(xù)剛構橋長期撓度的方法，為此類橋梁的長期撓度預測及改進設計方面提供依據。1 預測長期撓度的方法徐變變形預測的傳統(tǒng)方法僅考慮一、二期恒載的長期作用，實踐證明，該方法對混凝土收縮徐變的影響程度及長期性估計不足，即目前對徐變變形還難于從理論上給出非常準確的預測，因此對實橋進行撓度觀測和理論計算研究就顯得非常重要。新規(guī)范2采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)法，以大量調查實測資料和試驗數(shù)據為基礎，運用圖1 有限元計算模型統(tǒng)計數(shù)學的方法，尋求各隨機變量的統(tǒng)計規(guī)律，規(guī)定在長期效應組合中應考慮可變作用準永久值的影響，使結構設計更符合客觀實際。本文擬用文獻1提供的某主跨270m連續(xù)剛構橋

19、撓度長期觀測的實測數(shù)據，考慮新規(guī)范中的準永久值來對理論徐變計算值進行驗證，并通過有限元分析，最終對成橋后的長期徐變變形給出較準確的預測。 由于橋梁結構在營運狀態(tài)下的應力一般不會很大(一般)，可以應用混凝土的線性徐變理論，分批施加應力所產生的應變滿足疊加原理。故本文分如下三個階段對實橋的徐變變形進行分析：第一階段是在主體結構施工完成后但尚未進行二期恒載施工的間隙時間；第二階段是二期恒載施工完成后但尚未通車的傳統(tǒng)長期徐變撓度預測方法；第三階段是考慮準永久值后運營期內的長期撓度預測。2 橋例分析2.1工程簡介某主跨270m的雙壁墩預應力混凝土連續(xù)剛構橋，跨徑布置為150m+270m+150m，主梁采

20、用變截面箱形形式，橋寬31 m，分上下平行的2個單獨橋方案，單橋寬15 m，上部構造采用懸臂澆筑的施工方法，其撓度長期觀測數(shù)據如表1所示（只列出一幅橋（左線橋）的主跨跨中撓度的數(shù)據進行分析）。表1 主跨跨中累計撓度實測數(shù)據時間(年月)199712199805199903200001200011200112200212200312撓度()00.6360.3196.83137.69161.92179.6207.492.2計算分析本文使用大型通用有限元程序ANSYS對該橋的徐變變形及其隨時間的發(fā)展規(guī)律進行3維有限元分析。利用ANSYS的用戶程序特性（UPFs）進行2次開發(fā)，嵌入新規(guī)范中混凝土的徐變公

21、式，混凝土的收縮按降溫法等效考慮，利用ANSYS中單元的生死功能模擬施工過程。建模時混凝土部分采用solid95實體單元；預應力鋼筋采用link8單元，ANSYS中考慮預應力的方法有很多種，如等效荷載法、初始應變法、降溫法，本文采用初始應變法，將混凝土和預應力筋沿橋梁縱向劃分為若干單元，可以實現(xiàn)混凝土與預應力鋼筋共同工作，通過每個單元不同的實常數(shù)模擬力筋各處不同的應力，可以模擬應力損失的影響。但是該模型未考慮灌漿過程，即對于力筋的滑動問題，實橋采用后張法施工，在張拉過程中，力筋與混凝土之間沒有粘結，存在接觸與滑動，同時該階段應按凈截面計算應力，在張拉完畢灌漿后混凝土與力筋建立了粘結，實際上該簡

22、化對計算結果影響非常小。其有限元模型見圖1所示，該橋是按全預應力進行設計，因為現(xiàn)關心的是徐變變形，以下計算僅給出徐變變形的計算結果，最后再與實測結果進行對比分析。第一階段主體結構合攏后但尚未進行二期恒載施工的徐變變形 表2為橋梁主體結構合攏后隨齡期而增長的徐變變形值，可以看出：徐變引起主梁上拱（負值），中孔跨中的徐變上拱變形均隨時間而增長。表2 橋梁主體結構合攏后隨齡期而增長的徐變變形值合攏后的天數(shù)（d）102030405060 中孔跨中豎向變位（mm）-2.74-4.58-6.57-8.71-10.71-12.28以上結果表明：在一期恒載作用下的徐變變形隨時間上撓，這對于后期的徐變變形是有利

23、的，因此，盡量推遲二期恒載的施工時間能夠減小后期的徐變變形。但是，在實際工程中往往工期比較緊，混凝土強度上來之后便立即施工二期恒載，下面假設二期恒載的施工周期為40天。第二階段二期恒載施工完成后的長期徐變變形 全橋合攏后，二期荷載的施工周期為40天，此時二期載施工完成后的跨中長期徐變撓度隨時間的計算結果如表3所示。可以看出，一、二期恒載共同作用下的長期徐變變形是下?lián)系模⑶蚁聯(lián)现惦S時間的增長而增長，到300天基本達到徐變半終值，1800天后基本趨于穩(wěn)定。表3 二階段徐變撓度隨時間的計算結果/持荷時間（d）1504507501050144018002160跨中豎向變位34.7253.6668.3

24、673.3477.6679.7181.65注：表中持荷時間指二期恒載施工完成后開始的。運營階段考慮準永久值以后的長期撓度預測 按舊規(guī)范的傳統(tǒng)長期徐變撓度預測的方法僅考慮一、二期恒載及預應力效應；新規(guī)范2將可變作用準永久值作為長期效應組合的一部分進行正常使用極限狀態(tài)設計，據此對考慮準永久值后的長期撓度作如下分析：表4 三階段考慮準永久值后的徐變撓度隨時間的計算結果/持荷時間(d)1504507501050144018002160中孔跨中豎向變位58.4997.74130.02158.19163.60168.44172.87注：表中持荷時間指二期施工完成后開始的。按實際工程中二期恒載的施工周期40

25、天，二期恒載施工完成后即通車，分析結果如表4所示，由表可以看出，第三階段的徐變變形也是下?lián)系模⑶移湎聯(lián)现惦S時間的增長而增長，計算值也比第二階段大得多，更接近于實測值。3 理論分析上述第二、三階段的長期撓度計算值與實測值的對比見圖2所示。注：橫坐標中的天數(shù)是根據實測值年限換算得到的。圖2 第二、三階段長期徐變撓度計算值與實測值的對比三個階段的理論計算結果和實測值對比分析表明：第二階段的理論值與撓度實測值有較大的差距，兩者之間的差值在40%左右，最大達61%；考慮準永久值影響的第三階段理論計算值與實測值相差不大，預測7年的徐變變形差值僅為16.7%。因此應用三階段進行分析和推算橋梁營運期的長期徐

26、變變形的方法是可取的。但是，第三階段5年后的長期預測撓度值與實測值仍存在一定的偏差，筆者分析認為，其主要原因是鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結構除了承受恒載作用外，還要承受循環(huán)荷載（短期效應組合中的可變作用頻遇值）的作用，使得混凝土結構的疲勞在長期性能分析方面成為不可忽視的問題3， A.M.Qzellhe和E.Ardaman4進行了8片預應力鋼筋混凝土梁的疲勞試驗，結果表明：在疲勞加載的前期，梁的變形很小，在加載后期，梁的撓度有顯著的增大，這也同時驗證了上述理論分析的正確性；另外，由于雙薄壁墩連續(xù)剛構橋主墩的受力特點（墩頂、底彎矩大；邊墩內外兩片墩身的軸力差大；整個結構受溫度影響大）使兩片墩的變

27、形不同，這也可能是主梁后期豎向撓度增大的一個因素。但是目前上述因素對長期徐變變形影響的定量計算尚未提出，為此，筆者建議，使用階段的長期撓度預測，應按三階段分析的結果，考慮混凝土結構的疲勞及溫度長期效應的影響，在5年后乘以1.151.25的長期增長系數(shù)更符合客觀實際情況。對一主跨130m的預應力混凝土連續(xù)剛構實橋（吉林省紅嶺河高架橋）進行了三階段分析，該橋墩柱采用雙薄壁式柔性墩，最大墩高45m。預測的長期徐變撓度乘以1.2倍的長期增長系數(shù)后值為4.23，并按此設置了5的預拱度。4 結 語通過以上分析得出如下結論：(1) 施工期允許的情況下，盡量推遲二期恒載的施工時間，對減少長期徐變變形是有利的。

28、(2) 分析和推算橋梁的長期徐變變形應考慮新規(guī)范中準永久值的影響。(3) 綜合考慮混凝土疲勞及溫度長期效應的影響，按上述三階段預測的結果，在5年后乘以1.151.25的長期增長系數(shù)更符合客觀實際情況。參考文獻：1 楊志平,朱桂新,李衛(wèi).預應力混凝土連續(xù)剛構橋撓度長期觀測J.公路,2004,(8).2 JTG D62-2004,公路橋涵設計通用規(guī)范S.3 查全璠,肖建莊.鋼筋混凝土梁疲勞性能國內外研究綜述J.世界橋梁,2004(3).4 A.M.Qzellhe,E.Ardaman.Fatigue tests of pre-tensioned prestressed beams J.ACI Jou

29、rnal Proceedings.1956,53(10):413-424.1.Analysis of Seismic Response of Railway Curved Frame Bridges 鐵路曲線剛構橋地震反應分析收藏指正 2.Analysis of Temperature Effect of Large Span Continuous Rigid Frame Bridge 大跨徑連續(xù)剛構橋的溫度效應分析收藏指正 3.Analysis of Shear Lag Effect of Continuous Rigid Frame Bridges 連續(xù)剛構橋的剪力滯效應分析收藏指正 4.

30、Investigation on Local Stresses in Anchorage Zone of Continuous Rigid Frame Bridge 連續(xù)剛構橋錨固區(qū)局部應力的研究收藏指正 5.Construction Control of Dali-Baoshan Expressway Continuous Rigid-Frame Bridge in Yunnan 云南大保高速公路連續(xù)剛構橋施工控制收藏指正 6.Analysis of Stabilization for High Pier and Long Span Continuous Rigid Frame Bridge

31、 高墩大跨徑連續(xù)剛構橋穩(wěn)定性分析收藏指正 7.The status quo and developing trends of large span prestressed concrete bridges with continuous rigid frame structure 大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢收藏指正 8.Construction Control of Long-span Prestressed Concrete Continuous Rigid-frame Bridges with High Pier 高墩大跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋的施工控制收藏指正 9.An

32、alysis of Shrinkage and Creep Effect for Long-Span Rigid Frame Bridges with High Piers 高墩大跨連續(xù)剛構橋的收縮徐變效應分析收藏指正 10.Shuangliu Guangdu Road Pedestrian Bridge is a three-span partial prestressed continuous rigid frame bridge, possesses Europeanize architecture style outside. 雙流廣都大道人行天橋外部建筑風格為歐式建筑風格 ,結構形式

33、為三跨現(xiàn)澆部分預應力混凝土連續(xù)剛構橋。收藏指正 鋼管混凝土組合格構柱高墩大跨連續(xù)剛構橋非線性研究鋼管混凝土組合格構柱高墩大跨連續(xù)剛構橋非線性研究    占玉林1,趙人達1,徐騰飛1,唐承平2    (1.西南交通大學橋梁工程系,四川成都610031;    2.四川雅西高速公路有限責任公司,四川雅安625000)    摘要:臘八斤特大橋是雅瀘路上一座高墩大跨連續(xù)剛構橋,該橋在國內首次提出并采用了鋼管混凝土組合格構柱高墩?？紤]鋼管混凝土

34、組合格構柱截面的組合性能,建立了三維非線性數(shù)值計算模型。按照橋梁施工過程,進行了施工狀態(tài)和成橋狀態(tài)的非線性研究。計算結果表明,鋼管混凝土組合格構柱高墩具有較大的剛度,橫向聯(lián)系能明顯減小橋梁的橫向變形。    關鍵詞:高墩大跨連續(xù)剛構橋;鋼管混凝土;組合格構柱;非線性;橫向聯(lián)系;剛度    中圖分類號:TU528·59文獻標識碼:A文章編號: 1008-1933(2009)06-038-04    0前言    混凝土

35、連續(xù)剛構橋對于適應橋梁在地理、地質及交通運輸方面具有獨特的優(yōu)越性,尤其在山區(qū)高等級公路中應用較為廣泛1-3?？v觀目前大量已建或在建的連續(xù)剛構橋,主要的形式為由混凝土橋墩和混凝土主梁組成的預應力混凝土連續(xù)剛構橋。這種結構形式較大的優(yōu)點是就地取材,造價低。但是,橋墩的高度受限,過高的橋墩帶來較強的非線性效應,且不利于在高地震烈度區(qū)應用,對于橋梁施工和應用均有一定限制。另外,結構的外觀尺寸及美觀效果也由于結構受力的限制而大打折扣,橋梁往往體型較大。在建的雅瀘(雅安至瀘沽湖)高速公路是交通部西部示范工程,所穿越的地帶高山、峽谷眾多,地質、地形、地貌條件極為復雜,且處于地震高烈度區(qū)。在綜合考慮各種因素的

36、基礎上,工程設計人員提出了一種新型組合格構柱高墩。其主要的設計思路是利用鋼管混凝土受壓時的增強效應來減小截面尺寸,而為了將鋼管混凝土柱連成整體,在鋼管混凝土柱之間設計了連接剪力墻(截面形式見圖1),其中最高的橋墩高達183 m左右,主跨200 m。這種結構形式目前沒有設計規(guī)程可以參考,在國內是首次采用,沒有工程經驗可以借鑒。為了研究這種結構形式連續(xù)剛構橋的結構行為,筆者所在研究小組以雅瀘路臘八斤大橋為研究對象,開展了組合格構柱超高墩連續(xù)剛構橋的非線性研究。且考慮到高墩主要的非線性表現(xiàn)在空間幾何方面,所以分析時以幾何非線性為主。為敘述方便,從內側到外側,依次命名為核心混凝土、

37、鋼管和外包混凝土。    1基本概況    臘八斤大橋位于雅瀘路滎經縣石滓鄉(xiāng)跨臘八斤溝的一座特大橋,主跨為200 m的連續(xù)剛構橋。主梁采用預應力混凝土箱梁,橋墩采用鋼管混凝土格構柱,最高墩183 m。在10號墩至橋臺區(qū)域為平面曲線,曲線半徑2500 m。對于主梁等截面形式與常規(guī)預應力剛構橋沒有區(qū)別,不作敘述。此處重點介紹橋墩截面形式,其典型截面形式如圖1所示。主梁采用C60級混凝土,橋墩為鋼管混凝土格構柱橋墩,鋼管內混凝土采用C80,外包C30混凝土。混凝土材料性能按照公路鋼筋混凝土及

38、預應力混凝土橋涵設計規(guī)范4取值,橋墩鋼材按照鋼管混凝土結構技術與施工規(guī)程5和矩形鋼管混凝土結構技術規(guī)程6綜合考慮取值。材料特性見表1。2計算理論    2.1連續(xù)剛構橋非線性計算理論    連續(xù)剛構橋進行非線性計算時,通常是采用荷載增量迭代的方法進行,即把荷載分為若干級差的荷載增量Fi(i=1,2,3, n)。對于每一荷載步內,通常按線性處理,即在足夠小的荷載步長內,采用線性解答,來達到近似非線性處理的效果。表達成數(shù)學方程即有7-9    Ki-1i=Fi 

39、;   式中Ki-1為第i-1加載結束時的剛度矩陣;i為第i級荷載加載后的位移向量; F為第i級加載時的荷載矩陣。    結構的剛度矩陣需要考慮大變位對剛度矩陣的影響,可以表示為10    Ki=KGi+KLi    式中KG為結構的幾何剛度矩陣; KL為結構大位移對幾何剛度矩陣的影響項,描述大位移對剛度矩陣的影響,其具體形式見相關文獻。    對于分步迭代,通?？梢圆捎玫姆治龇椒ㄓ信ｎD

40、拉普遜方法和弧長法。    2.2組合格構柱    鋼管混凝土對于改善細長構件的穩(wěn)定問題發(fā)揮著良好的作用,目前多用于單層工業(yè)廠房和大跨度拱橋中,而在連續(xù)體系橋梁中的應用較少。本文采用的格構組合柱在傳統(tǒng)概念的鋼管混凝土的基礎上,在鋼管外側再設計一定厚度的外包混凝土,并將多根鋼管混凝土柱連成整體,形成格構。在結構設計概念上綜合了鋼管混凝土和型鋼外包混凝土兩種構件的特點,所以具有新穎性?？紤]全橋模型的計算工作量,本文將核心混凝土、鋼管和外包混凝土三者按照組合結構的處理方式等效為一種材料進行考慮。  &

41、#160; 2.3橫向連接系    左右兩幅橋相互獨立,滿足相互之間縱向變位的獨立性。但是橫向上存在穩(wěn)定和橫向剛度不足的弱點,為此,在橋墩之間設置橫向連接系。橫向連接系將兩幅橋的墩連成一個剛構體系,類似門型剛構的受力模式。橫向聯(lián)系的布置如圖2所示,計算模型中采用梁單元來考慮橫向連接系的作用。為了比較,分別進行了有無橫向連接系的計算結果分析。3計算模型    結構受到的荷載主要有一期恒載、二期恒載和車道荷載。在最大懸臂施工狀態(tài),結構受到一期恒載與施工荷載作用。根據公路橋涵設計通用規(guī)范的相關規(guī)定,主要荷載包括

42、如下:一期恒載;二期恒載;車道荷載;施工荷載。荷載組合情況如下:    LCB1(最大懸臂施工狀態(tài)):+    LCB2(成橋承載能力極限狀態(tài)):+    車道荷載的折減系數(shù)、沖擊作用的考慮,均按照規(guī)范相應規(guī)定進行。    按照極限狀態(tài)分析方法,分別建立LCB1和LCB2兩種不同狀態(tài)的空間分析模型,其模型如圖3所示。限于篇幅,不設置中間連接系的計算模型,本文不再敘述。4計算結果與分析    計算過

43、程中對坐標系的規(guī)定如下:以橋梁的縱向為X軸,以高程方向為Y軸,Z軸的方向遵循右手法則,即Z軸方向為橫橋向。    4.1最大懸臂狀態(tài)    懸臂施工中最大懸臂狀態(tài)是一個比較不利的狀態(tài),計算結果分別比較了不同墩在最大懸臂狀態(tài)時的計算結果,其中包括直線墩和曲線墩。而為了反映橫向聯(lián)系的作用,并有意識地比較了單幅橋和雙幅橋的計算結果。    表2, 3分別給出了位于直線和曲線區(qū)域的墩及其對應的墩梁最大懸臂狀態(tài)的撓度計算結果。從表2可以看出,直線區(qū)域的梁在最大懸臂狀態(tài)時不發(fā)生

44、橫向位移,主要的撓度集中在豎直方向。單幅橋在恒載及施工荷載作用下豎向位移約62 cm,而雙幅橋相對略有增大,達到69 cm。而幾何非線性對豎向撓度的在單幅橋和雙幅橋時分別為0·65%和0·27%,幾乎可以忽略不計。從表3可以看出,不論是單幅橋還是雙幅橋,非線性因素對縱向位移的影響程度在13%左右;但是對豎向變形的影響基本都在0%左右,可以忽略。單幅橋的橫向位移增量比值為96·54%,而雙幅橋則為13·35%,二者相差較大,說明非線性對曲線上最大懸臂橋梁的施工影響十分顯著。綜合比較表2, 3可以發(fā)現(xiàn),幾何非線性或結構幾何屬性差

45、異(直線或曲線)對最大懸臂施工時的影響主要集中于橫橋向,幾何非線性對豎向撓度增量的影響較小,而曲線因素對橫橋向影響較突出,幾何非線性和曲線存在耦合效應,從另一個側面反映了橫向聯(lián)系對橫橋向的作用是比較明顯的。4.2成橋狀態(tài)    圖4給出了成橋狀態(tài)雙幅橋的位移計算結果,從中可以看出,盡管在邊跨部分存在平面曲線,但是由于約束及支撐的相互作用效應,橋梁的空間位移仍然以豎向變形為主,橫向和縱向位移較小。說明在成橋狀態(tài)下,由于約束的增強,曲線半徑較大(R=2500 m)的曲線高墩非線性不明顯,可以簡化為平直線形式橋梁進行計算,簡化計算程序。    表4給出了成橋狀態(tài)的控制截面的撓度計算結果,從中可以看出,跨中位置主要的變形為豎向,其值約在40 cm左右,相對于施工中的最不利狀態(tài),位移值較小,說明幾何非線性對高墩大跨橋梁的影響明顯地反映在施工過程中。而墩頂位置位移較小,說明鋼管混凝土組合格構柱高墩的剛度較大。綜合比較單、雙