简支连续梁桥设计与施工关键技术研究.doc
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1、分类号 U445 单位代码 10618 密 级 学 号 106260273 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目: 简支连续梁桥设计与施工关键技术研究 The Key Design and Technology of Construction of Simple-Continuous Beam Bridge 研究生姓名: 阳东 导师姓名、职称: 向中富 教授 申请学位门类: 工学 专 业 名 称: 桥梁与隧道工程 论文答辩日期: 2009 年 4 月 12 日 学位授予单位: 重 庆 交 通 大 学 答辩委员会主席: 韩道均 评阅人: 韩道均 杜柏松 2009 年 4 月 重重庆庆交交
2、通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交
3、通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并进行 信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等),同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社 CNKI 系 列数据库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年
4、 月 日 摘摘 要要 本文针对我国高等级公路中小跨径桥梁的建设需要等问题,对简支结构连续 梁桥的力学性能、施工工序、二次预应力、支座设置进行研究。 论文运用力学理论、混凝土结构强度理论和桥梁结构相关理论论述了桥梁应 力与变形的理论计算方法;利用专用桥梁结构计算程序进行了数值模拟计算,并 对计算结果进行理论分析。 对桥梁结构设计与施工工艺从改善混凝土材料性能、改进预应力设计与张拉 工艺等方面做探讨,对关键工序的施工提出指导建议,逐步完善预应力工艺水平 和张拉锚固体系,提高桥梁建设水平。 从支承形式上来看,简支转连续梁桥主要包括单支座和双支座两种主要的结 构形式。为了更好地发挥简支转连续粱桥的特点
5、,了解该类桥梁不同支承形式的 受力性能,对两种支承形式进行了支座沉降、温度变化以及双支座脱空受力分析, 并得出了相应结论供相关人员参考。 论文从工程实际出发,针对简支转连续梁桥锚固区应力问题的特殊性,分 4 种不同情况分别对简支结构连续梁桥进行了空间有限元分析,研究了各种情况下 锚固应力分布及其构造措施。 研究成果对简支结构连续梁桥的设计和施工具有一定的参考价值。 关键词:先简支后结构连续,力学性能,施工工序,二次预应力,支座设置 ABSTRACT This thesis aim at The developments circumstance of the high grade highwa
6、y in our country and effective demand etc.Problem of midding span of bridge developments . Of simply supported continuous beam bridge structure of the mechanical properties, the construction process, the second pre-stressed, study support setting Using theory of structure intensity and prestressed c
7、oncrete bridge,this paper reviews theoretical computing method of stress and deflection. Making use of the procedure of computing bridge structure, the structure of simply supported -continuous system is calculated and the result is analyzed. Discussbridge structure design and construction in aspect
8、 of concrete material, prestress design and technology of stretching reinforced bar. From the support forms,the simply supportedcontinuous bridges have mostly two main structural forms:single prop and dual propTo better exert the traits of the simply supportedcontinuous bridge and understand the mec
9、hanics of this bridge in diferent support forms,a mechanical analysis is made through the support sedimentation, temperature change and deviation of dual propThrough the analysis,the relevant conclusions are educed and a consult to the correlative personnel for servicing the project is given Conside
10、ring engineering practice,the partial pressure problem of flat anchors has its own speciality in the simple supported-continuous girder bridgeThe finite element program was used to analyse the problem in terms of four different conditions from the aspects of layout depth of the toothed bar and the r
11、einforcing fabric under the fiat anchor.The stress distribution under the flat anchors for diferent conditions was studied,and the cracking behavior,cracking mechanism and cracking process were all found out. In a word the studying result has the certainly practical value to the this kind of bridge
12、system design . KEY WORDS:Continuous Girder Bridge Transformed from Simply-Supported Structure, Mechanical Properties, Construction process, Secondary prestress, Bearing set 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 研究背景.1 1.2 国内外研究现状.2 1.2.1 先简支后连续体系的国外研究状况2 1.2.2 先简支后连续体系的国内研究状况4 1.3 简支连续梁桥的结构型式与应用.5 1.4 目前存在的问题.7
13、1.5 论文的主要研究内容.8 第二章第二章 简支结构连续梁桥的设计和施工简支结构连续梁桥的设计和施工.10 2.1 先简支后结构连续的合理性与受力特性分析.10 2.1.1 自重荷载内力比较11 2.1.2 活载内力13 2.1.3 温度内力15 2.2 先简支后结构连续梁桥设计.17 2.2.1 简支结构连续梁桥的基本形式17 2.2.2 墩顶湿接头构造设计18 2.2.3 二次预应力体系设计19 2.2.4 支座体系设计21 2.2.5 联数设计22 2.2.6 先简支后连续梁桥的常用设计23 2.2.7 先简支后结构连续梁桥总体设计25 2.3 先简支后结构连续梁桥湿接头预应力连接技术
14、.27 2.3.1 现有结构体系28 2.3.2 国外的湿接头连接工艺30 2.3.3 先简支后结构连续梁桥的湿接头连接工艺的改进32 2.4 先简支后结构连续梁桥施工技术.34 2.4.1 先简支后结构连续梁桥施工工艺流程34 2.4.2 施工准备34 2.4.3 梁预制与安装34 2.4.4 墩顶湿接头浇筑35 2.4.5 二次预应力体系建立35 2.4.6 临时支座、永久支座的安装35 2.4.7 结构体系(支座)转换36 2.4.8 新老混凝土连接面处理36 2.4.9 结构性现浇层与梁端湿接头浇筑顺序36 2.4.10 结构性桥面铺装和非结构性桥面铺装垫层施工37 第三章第三章 先简
15、支后结构连续梁桥的计算理论与分析先简支后结构连续梁桥的计算理论与分析.38 3.1 概述.38 3.2 先简支后结构连续结构挠度计算的方法.38 3.2.1 预应力混凝土梁初始弹性变形的计算39 3.2.2 预应力连续结构挠度的计算40 3.2.3 梁体挠度控制40 3. 3 先简支后结构连续梁桥的内力及次内力41 3.3.1 混凝土收缩徐变引起的次内力及内力重分布41 3.3.2 负弯矩区预应力束张拉引起次内力及内力重分布42 3.3.3 温差变化对先简支后结构连续梁桥的影响44 3.4 预应力及预应力损失计算.45 3.4.1 预应力筋张拉控制应力45 3.4.2 预应力损失计算46 3.
16、4.3 有效预应力的计算49 3.4.4 减小预应力损失的措施50 3.5 有限元法简介.51 3.5.1 有限单元法的发展51 3.5.2 有限单元法的优点51 3.5.3 有限元法的分析过程52 第四章第四章 先简支后结构连续梁桥关键技术研究先简支后结构连续梁桥关键技术研究.54 4.1 梁间浇筑及墩顶湿接头的施工工序研究.54 4.1.1 湿接头浇筑和二次预应力筋张拉顺序研究56 4.1.2 端部湿接头浇筑与梁间连结顺序59 4.2 先简支后连续梁桥单双支座受力分析.62 4.2.1 恒载作用下的弯距比较62 4.2.2 在恒载+活载作用下分析结果63 4.2.3 单、双支座受基础沉降及
17、温度次内力影响分析64 4.2.4 双支座受特殊集中荷载产生支座脱空影响分析65 4.3 先简支后连续梁桥二次预应力锚固区应力分析.66 4.4 本章小节.73 第五章第五章 结论与展望结论与展望.74 5.1 结论.74 5.2 展望.74 致致 谢谢.76 参考文献参考文献.77 在学期间发表的论著及取得的科研成果在学期间发表的论著及取得的科研成果.80 第一章 绪论1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 随着我国经济的高速发展,我国的高等级公路还要继续高速发展。高等级公路的汽车行 驶速度较高,而高速度的行车则要求公路上的桥梁具有很高的品质,既要适应工业化的大规 模生产,节约
18、劳力和材料消耗,保证构件质量,又需满足高速公路快捷、安全、可靠、顺适 的营运性能。按照人机工程学原理,桥梁设计需要充分考虑使用者的生理、心理需要,除保 证营运的安全性,结构的可靠性外,还应当降低行车噪声,防止驾驶员与乘客的生理、心理 疲劳与紧张感,以及对振动的承受能力,减少对环境、生态的干扰等。因此对桥面线形的平 整度、伸缩缝的设置方式等,均提出了较高要求。 图 1.1 简支结构连续梁桥 Figure 1.1 Simple-Continuous Beam Bridge 以往的装配式体系桥梁的标准设计大都为简支体系结构,它对现在大力发展的高等级公 路所要求的高速行车的舒适性和稳定性已越来越显示其
19、局限性。装配式简支体系桥梁,需设 置大量的伸缩缝和支座,前者难以避免高速行车中的跳车现象和伴随而来的噪音和振动,后 者给养护和更换带来了困难。 为克服简支体系的缺点,后来又发展了先简支后桥面连续体系桥梁,该体系桥梁的特点 为温度力和制动力的作用下,工作性质类似连续梁,而在竖向荷载作用下,仍属十简支梁。 它仍然没有克服简支体系的某些缺点,如需设置支座,桥梁抗震性能差等。 简支桥面连续体系桥梁,在车辆高速行驶、重荷作用下,经过 12 年的运营,桥面连 续缝大多发生了破坏,造成跳车剧烈,修复困难等。目前,在高等级公路桥梁中,多孔中等 跨径(跨径在 2040 米左右)的桥梁占有很大的比重,桥面连续的简
20、支梁结构由于存在着 桥面开裂的隐患和波浪式行车的缺点,因而不能适应高速行车的要求。而预应力混凝土连续 梁桥由于具有变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平稳舒适、施工简便、养护简单、抗震能力 强等许多优点,因而常常成为高等级桥梁建设中首选的方案。对于大跨径预应力混凝土连续 梁桥,目前的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法或拼装法。近年来,随着世界各国技术、经 第一章 绪论2 济以及交通建设的发展,出现了大批长桥,如高架道路、跨越海湾和湖泊的桥梁等,有的桥 梁总长达到数十公里。这些桥梁一般对跨径并没有特殊的要求,而从经济性考虑则多选用中、 小跨径桥,而一些大桥的引桥也常常采用中小跨径桥。由于现浇连续梁的施工复
21、杂繁琐、费 工费时,人们一直希望将简支梁的批量预制生产和连续梁的优越性能结合起来,实现用梁或 板批量预制生产的方式来加快连续梁的建设速度,同时省去繁琐的支模工序。预制拼装法即 是在这一情况下应运而生的,而该种方法一经出现则迅速得到了国内外桥梁工作者的欢迎, 并迅速推广。早期的预制拼装法仅仅局限于节段的预制和拼装。随着高等级公路的迅速发展, 大量中等跨径的预应力混凝土连续梁桥方案常常作为优胜方案而被采用1。为了适应中等跨 径长桥的建设需要,出现了全跨径长度的梁或板的预制构件,形成了将整跨梁或板架设于支 座就位后“拼装”成连续梁的逐孔施工方法。这种整跨梁预制、架设就位后,在支座处通过 现浇接头、待
22、混凝土强度达到规定值后张拉预应力实现结构连续的施工方法,即是我们常说 的“先简支后连续施工”方法。为了与常规的施工方法形成的连续梁结构体系区分开来,我 们把这种施工方法形成的结构体系称为“先简支后连续结构体系” 。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 先简支后连续体系的国外研究状况 在国外,无论是日本、韩国等亚洲地区,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: 一座为第十街的人行天桥,另一座为第号街的天桥。此两座桥采用的
23、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:形钢连续梁、形预应力混凝土简支梁、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1315。 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
24、合梁或混凝土梁混凝土板组合梁11,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家。 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
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