钢-混凝土组合结构桥梁设计PPT文档格式.ppt
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柔性组合梁:
梁板接合面上使用的是柔性连接件,允许两者间发生相当程度的相对滑移,截面应变变化不连续,计算比较复杂。
刚度不同时相对滑移量的分布刚性连接弹性连接无连接P柔性连接5组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合梁的施工方法分类活荷载组合梁:
不用脚手架施工、直接在钢梁上拼装模板、浇筑混凝土桥面板时,钢梁及其桥面板等前期死荷载由钢梁承担,而路面铺装等比较小的后期死荷载由混凝土桥面板已经硬化的组合梁承担,即承担后期死荷载及其活荷载的组合梁。
死活荷载组合梁:
用脚手架施工、在桥面板完全硬化后撤除脚手架时,钢梁、桥面、路面铺装等死荷载都由组合梁承担,即承担所有死荷载与活荷载的组合梁。
按照施工方法分类桥面板钢梁活荷载桥面板浇灌桥面板浇灌撤除支撑路面铺装路面铺装(a)活荷载组合(b)死活荷载组合6组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合梁的结构体系分类简支组合梁:
简支组合梁的钢梁下翼缘承受拉应力,而混凝土桥面板可以设计成仅仅承受压应力,完全没有拉应力作用。
连续组合梁:
连续组合梁在桥墩上受到很大的负弯矩作用,其桥面板如何承受拉应力、防止发生有害裂缝是一个未完全解决的课题。
7组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁桥的现状与发展组合钢板梁桥的现状与发展非组合钢板梁桥:
横撑、竖撑,加劲肋等辅助构件很多非组合钢板梁桥的承重体系(a)立面图(b)平面图(c)截面图翼缘板加劲肋支座加劲肋加劲肋翼缘板横撑横撑8组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁桥的现状与发展组合钢板梁桥欧洲设计上的变迁简化加劲肋简化横撑体系增大主梁间距减少主梁根数9组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁桥的现状与发展组合钢板梁桥欧洲设计上的变迁Hopital桥(法国,4跨连续,最大跨64m)连接件预应力钢筋Hopital桥的横截面10组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁桥的现状与发展组合钢板梁桥日本设计上的变迁日本早川桥相邻2座桥(4根主梁-2根主梁)11组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁桥的现状与发展优点采用预应力混凝土桥面板,减少主梁根数;
不设或少设横撑、腹板加劲肋;
维护容易,造价大幅度降低。
改进前改进后12组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁桥的现状与发展优点组合钢板梁桥的发展趋势采用预应力混凝土桥面板,减少主梁根数;
对承重体系加以改进,不设或少设横撑、腹板加劲肋;
采用高强钢材、轻质或钢纤维混凝土等新型建筑材料;
采用预制预应力混凝土桥面板,实行构件工厂化;
推广使用耐候钢,节省防锈等维护费用;
用等高或连续变截面压延钢板翼缘,代替多层或间断变截面钢板翼缘;
实行多跨连续,少设或不设伸缩缝;
使用橡胶支座,使各桥墩减少水平地震荷载;
把钢梁与混凝土桥墩刚接,节省支座维护费用。
13组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥钢板梁钢板梁的屈曲形式(c)压缩翼缘的扭转屈曲(d)梁整体横向屈曲(a)腹板局部屈曲(b)压缩翼缘的竖向屈曲非组合钢板梁的承载性能-屈曲形式14组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥钢板梁非组合钢板梁的承载性能防止屈曲失稳的措施腹板的局部屈曲:
加大腹板厚度、设横纵向加劲肋压缩翼缘的竖向屈曲:
限制腹板宽度与厚度比压缩翼缘的扭转屈曲:
限制翼缘宽度与厚度比梁整体横向屈曲:
调整翼缘与腹板截面积的比,设竖向横撑15组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁组合钢板梁的承载性能承载性能方面的特点在弯矩作用区间,中性轴位置向桥面板侧上移,终局时钢梁截面压缩区范围很小,可以不设纵向加劲肋。
在弯矩作用区间,即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比加大到a=3,还有增大腹板高厚比的余地。
组合钢板梁试件的最大荷载,与把截面假定完全塑性状态算出的抗弯承载力较接近,能够发挥密实截面的承载性能。
在组合钢板梁的剪力作用较大区间,腹板屈曲后的剪切强度很难提高,还不宜加大纵横比或减小腹板厚度的限值。
组合钢板梁桥面板的混凝土、钢筋能够承担一部分剪力,其抗剪承载力比纯钢板梁大约增大16%。
16组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁设计组合钢板梁设计以以2主梁桥为例的钢板梁设计要点主梁桥为例的钢板梁设计要点在组合钢板梁的弯矩作用区间,中性轴位置向桥面板侧上移,终局时钢梁截面压缩区范围很小,可以不设纵向加劲肋。
这种情况下,如果钢板梁腹板厚度过大,设置一列纵向加劲肋、使腹板厚度统一起来是可行的。
正弯矩区的钢板梁受到的剪力较小,再加上由于省略纵向加劲肋后钢板变厚、剪应力相对地减小。
为此,横向加劲肋的纵横比可以加大到a=3,即横梁之间不设置横向加劲肋是可能的。
但是中间桥墩附近等剪力较大的区间,横向加劲肋的间距还有待进一步研究。
伴随着钢板翼缘及其混凝土桥面板的厚度都相应增大,翼缘受到桥面板的约束及其腹板受到翼缘的约束都变大,屈曲强度也增大。
在组合钢板梁的正弯矩作用区间,即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比加大到a=3,还有增大腹板高厚比的余地,其上限可以设为h0/tw=180。
17组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥组合钢板梁设计以2主梁桥为例的横梁布置设计要点横梁布置设计要点将横梁布置在横断面上部比布置在中部,主梁下翼缘的水平位移与弯曲应力大约高出5倍、3倍,当布置在下部时进一步减小。
考虑到桥面板等的施工,把横梁布置在横断面中部或稍微偏下的位置比较妥当。
横梁间距越大,下翼缘的水平位移也越大,但是,即使是间距大到30m其位移也未达到3mm,反而桥墩附近的弯曲应力随之减小。
调查已建桥梁可知,横梁间距大致在510m,而桥墩附近即负弯矩作用区一般都比较小,大致为5m。
横梁截面刚度越大其位移也减小。
调查已建桥梁可知,横梁一般都使用I形钢,基本上依据施工时的荷载及其安定性来决定截面尺寸。
但同时为了防止负弯矩区的钢梁整体横向屈曲,要确保横梁的截面刚度。
为了防止钢梁整体横向屈曲,要保证横梁与横向加劲肋构成的U形刚构具有一定的刚度,特别要验算支座上的U形刚构的刚度,确保由桥面板传来的横向荷载有效地传给支座。
横梁在使用荷载作用下的应力极其小,与主梁接合部的疲劳问题不突出,接合方式等可以考虑施工性来决定。
要考虑横梁在施工时的作用进行设计,兼作桥面板施工的支架等等。
18组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥桥面板桥面板的分类与特点混凝土桥面板钢桥面板钢与混凝土组合结构桥面板桥面板的分类(a)混凝土桥面板(b)钢桥面板(c)组合结构桥面板19组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板桥面板的分类与特点混凝土桥面板现浇预制预应力非预应力直线底面型曲线底面型固定支架施工移动支架施工20组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板现浇桥面板的早期裂缝的特点施加预应力之前,后浇混凝土段接缝附近桥面底板产生斜裂缝后浇混凝土的约束所致施加预应力之后,后浇混凝土段的桥面底板产生横向裂缝预应力、支架移动、钢板梁约束所致桥面板的早期裂缝的特点(a)斜裂缝(b)横向裂缝先浇后浇先浇后浇21组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板现浇桥面板的早期裂缝的特点施加预应力一段时间后,在横梁正上方桥面底板产生横向裂缝预应力钢筋偏心配置后,桥面板上拱,同时主梁上翼缘受到横梁与横向加劲肋的约束而不能随桥面板协调变形,使横梁正上方的连接件受拉,从而在横向预应力作用发生横向裂缝。
横梁正上方的横向裂缝(a)裂缝形态(b)裂缝产生机理接缝焊钉受拉上拱力22组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板现浇桥面板的早期裂缝的预防抑制混凝土发热量:
尽可能减少水泥单位用量,或使用发热小的水泥。
要保持桥面板上面的湿度,加强保温,下面尽可能采用木制模板。
添加适量膨胀剂:
一般伴随着降温,混凝土会发生体积缩小,通过使用膨胀剂能够某种程度地抑制体积缩小。
分级施加预应力:
可考虑在初期阶段,将预应力仅施加能够保证支架移动的部分,其余的待混凝土完全硬化后再施加。
固定支架浇灌:
支架移动所引起的应力加剧了早期裂缝的发生,将移动支架改为固定支架浇灌混凝土也是可以选择的施工方法之一。
增加钢筋用量:
钢筋用量的增加一般不会直接防止裂缝的发生,但是会减小裂缝宽度及其间距。
为此,可以采取在钢板梁上方沿着纵向配置中段钢筋,在接缝附近增加横向钢筋等措施。
适当地设置连接件:
防止横梁正上方的桥面底板产生横向裂缝的方法之一,是要在横梁处正上方合理设置连接件。
23组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板现浇桥面板的损坏机理桥面板的收缩变形受到钢板梁的约束,在施工阶段就可能产生了沿着纵桥向的附加拉应力,甚至出现了肉眼观察不到的微细裂缝。
通行后的车辆荷载引起的拉应力与早期发生的拉应力合成,就会在桥面板底面产生横向裂缝,如图(a)所示。
随着车辆荷载的长期作用,产生纵向裂缝后形成纵横交错的形状,并贯通到桥面板上表面,如图(b)所示。
现浇钢筋混凝土桥面板的损坏过程(a)早期横向裂缝(b)纵横交错裂缝24组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板现浇桥面板的损坏机理伴随着裂缝面间骨料咬合力的丧失,桥面板的抗剪性能逐渐降低,产生更多裂缝,如图(c)所示。
当车辆荷载超过其抗剪强度后,混凝土就开始脱落而损坏,如图(d)所示。
一般认为导致最终的破坏是剪切疲劳。
现浇钢筋混凝土桥面板的损坏过程(b)骨料咬合力丧失(c)混凝土脱落25组合结构桥梁设计新理念组合结构桥梁设计新理念组合钢板梁桥混凝土桥面板预制桥面板的技术特点从现浇混凝土桥面板的损坏过程可以认识到,损坏一般起因于非荷载作用所引起的裂缝,要确保其耐久性就必须对早期裂缝的发生加以防止。
预制桥面板在浇灌后到铺设,都放置一定的期间加以养护,其水合热引起的温度应变及其干燥收缩变形都未受到外界的约束,产生的应力极小,预制桥面板的推广使用很有必要。
当预制桥面板单向配筋、既仅在桥梁横向配置预应力钢筋的情况下,即使已出现裂缝其裂缝面间的磨损速度也大幅下降。
仅在桥梁横向配置预应力钢筋,预制桥面板不仅可以防止早期裂缝的发生,而且其抗
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