西 南 交 通 大 学本科毕业设计32+48+32m双线高速铁路预应力混凝土连续梁施工控制方案设计年 级:xx级学 号:xx75xx姓 名:xx专 业:xx指导老师:xx/xxxxxx年6月院 系 xx 专 业 xxxx 年 级 xx级 姓 名 xx 题 目 32+48+32m双线高速铁路预应力混凝土连续梁施工控制方案设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计任务书班 级 xxxx 学生姓名 xx 学 号 xx75xx 发题日期:xxxx年3月1日 完成日期:xxxx 年6月15日题 目 32+48+32m双线高速铁路预应力混凝土连续梁施工控制方案设计 1、本设计的目的、意义:本设计以双线铁路预应力混凝土连续梁结构为背景,让学生在老师的指导下系统地完成施工控制实施方案的制定。
通过本设计可巩固学生对基本理论和专业知识的掌握,提高学生分析和解决问题的能力;同时可让学生对桥梁施工控制的认识更加清晰、全面;还可通过对有限元软件、绘图软件及办公自动化软件的大量使用培养学生的计算机运用能力 2、学生应完成的任务 一、设计说明书的编制: 1、概述 2、结构及截面尺寸拟定 3、施工监控内力及变形计算 4、施工监控方案制定 5、设计总结 二、工程图纸的绘制: 1、桥梁立面布置图 2、施工监控方案图 3、控制截面测试元件布置图 3、论文各部分内容及时间分配:(共 16 周)第一部分 相关资料的收集 (2周)第二部分 结构及截面尺寸拟定 (2周)第三部分 施工监控内力及变形计算 (3周)第四部分 施工监控方案制定 (3周) 第五部分 图纸的绘制 (2周)第六部分 设计说明书编制 (2周)评阅及答辩 (2周)备 注 指导教师: 年 月 日审 批 人: 年 月 日摘 要近几十年来,伴随着施工技术的进步,预应力混凝土连续梁桥表现出强大的生命力,发展迅猛。
其主要优点表现在:能充分发挥高强材料的特性,具有可靠的强度、刚度和抗裂性能;技术成熟,投资较少;耐久性强,养护维修工作量少,在运营中产生的噪声小;材料可塑性强,便于建筑艺术处理,也容易满足桥梁曲线和坡度的要求在本设计中,运用了桥梁设计软件Midas,对桥梁结构(主要是上部结构)进行设计、模拟,并采用悬臂挂篮施工法对施工步骤加以模拟同时对桥梁恒载、活载及徐变内力等进行分析计算,得出预应力钢束的预估值,进一步完善模型最后,在各种荷载的组合下,对桥梁进行详细的有限元分析,并将分析结果与规范的要求进行对比,对主梁的应力、变形等进行验算,从而判断在设计荷载作用下该设计是否足够合理安全,以此得到完整的设计本设计针对高速铁路连续梁桥的施工过程,制定可行的施工控制方案,实现了桥梁施工控制的信息化管理,加快了整个施工控制的进程,保证了桥梁施工过程中结构的安全和成桥线形以及内力符合设计要求关键词:桥梁设计;预应力混凝土;变截面连续梁;施工控制AbstractIn recent decades, along with advances in construction technology, prestressed concrete continuous beams bridge have showed great vitality and developed rapidly. It has many advantages: first one is to bring the characteristics of high strength materials into full play, with reliable strength, stiffness and crack resistance; second, the technology require less investment since it is mature; third, for its high durability, there is less work in maintenance and repair, and noises is small during the operation; finally, the high plasticity of materials will not only do help to tistic treatment in architecture, but also satisfy the requirements of the bridge curves and slopes.In the design, the bridge structure (mainly the upper stucture) was been designed and imitated with the help of Midas. A cantilever construction technology of hanging basket also is used to imitate procedure. Besides, the predicted value of the prestressing tendon is got through the analysis and calculation of dead load, live load as well as internal force. Thus the model is farther perfected. Finally, with the combination of various loads, the authors did a finite element analysis and compared the result with standard requirement, checked the stress and deformation of the main beam to determine the rationality and security under designed loading, then, present the complete design. The design for this bridge construction process, make viable construction monitoring plan, realizing the informationize management of the monitoring, speeding up the speed of the process of construction controlling, ensured structurally safe in the construction process and line shape and internal force accord with the design requirements. Key words : Bridge design; Prestressed concrete; Non-uniform continuous beam; Construction Monitoring目 录第一章 绪论 11.1施工控制概述 11.2施工控制的定义 21.3施工控制的必要性 21.4施工控制的目标 2第二章 结构设计 42.1 工程概况及设计基本资料 42.1.1 概况 42.1.2 采用规范 42.1.3 适用范围 42.2 桥梁总体位置及结构主要尺寸的拟定 4孔跨总体布置 42.2.2 梁高的拟定 42.2.3 横截面布置 52.2.4 施工方法 62.3 建模 72.3.1 Midas软件简介 72.3.2 MIDAS建模原则 82.3.3 MIDAS建模步骤 8施工阶段模拟 92.3.5 静力荷载模拟 102.4 桥梁配筋计算 11预应力筋束的布置原则 112.4.2 预应力筋的估配计算原理 132.4.3 预应力筋的实际布置 142.5 PSC验算结果 15第3章 施工控制理论与施工监控计算 173.1 施工控制原理 173.2 施工监控系统建立的原则 183.3施工阶段内力、应力及变形计算 193.3.1 控制截面内力计算 19控制截面应力计算 20控制截面变形计算 233.4 成桥运营状态恒载应力及变形计算 243.4.1 成桥运营状态恒载应力计算 24成桥运营状态恒载变形计算 253.5成桥运营状态活载内力及变形计算 25移动荷载作用下内力计算 25移动荷载作用下变形计算 263.6 成桥运营状态荷载组合内力及变形计算 263.6.1 成桥运营状态荷载组合下内力计算 263.6.2 成桥运营状态荷载组合下变形计算 263.7成桥运营状态荷载组合应力计算 273.8 本章小结 27第4章 施工控制方案制定 294.1 控制截面应力监测 294.2 主梁温度观测 314.3 主梁标高观测 314.4 其它方面的观测 34主梁平面位置及桥面横坡观测 344.4.2 混凝土收缩徐变参数测定 344.4.3 混凝土弹性模量测试 344.4.4 施工临时荷载的测定 344.4.5 施工挂篮性能测定 344.5施工控制工作具体进程 344.6 组织与管理 394.7 其他需要说明的问题 404.8 施工监控主要仪器设备 41结论 42致谢 43参考文献 44附录 45第一章 绪论1.1施工控制概述大桥的建成要经历一个较长而复杂的施工过程,不论其规模大小、技术难度以及构造复杂程度如何,其施工过程都具有系统性,所以桥梁施工本身就是一个系统工程,而其施工的过程也就是该系统的运行过程,施工过程中结构的安全和成桥状态就是系统运行所要达到的目标——桥梁施工控制目标。
要达到施工安全和结构线形与受力状态的要求,必须对施工全过程进行控制,也就是要对桥梁施工系统的运行轨迹进行控制,确保控制目标的实现连续梁施工过程复杂,影响其施工控制目标顺利实现的因素很多,包括了在设计时诸如材料的弹性模量、断面特性、构件自重、临时施工荷载、收缩徐变参数、施工工期等参数的选择不可能与实际结构所对应的参数完全一致另外预应力作用实际效果、实际环境的影响(包括季节平均温差和日照温差,空气湿度的影响)、测量误差、施工误差、结构模型简化和计算的误差等也会引起设计与实际施工状态的不一致由于影响施工控制的因素很多,特别是随着桥梁跨径的不断增大,施工中所受到的不确定性影响因素也越多,要使桥梁施工安全、顺利地向前推进,并保证成桥状态符合设计要求,就必须将其作为一个系统工程予以严格控制因此,必须对施工过程中重要的设计参数、状态参数进行实时监测,并根据实际情况进行调整,使施工过程处于控制之中,结构最大限度地接近理想状态本桥属多次超静定结构,所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形和结构恒载内力有着密切的联系在施工阶段随着桥梁结构和荷载状态的不断变化,结构内力和变形随之不断发生变化因此需对桥梁的每一施工阶段进行详尽的分析和实测验证,并采用一定的方法对结构变形、应力加以控制,以确保设计的施工过程或适当调整后的施工过程得以准确实现。
施工监控一方面可保证各施工阶段的安全,以及施工过程中结构线型、变位和各部位应力状态满足设计要求;另一方面结合测试分析和模拟计算,对施工过程结构状态的变化进行有效的预测和控制,优化施工工序,提高施工工艺水平,缩短施工工期、降低成本,从而确保大桥顺利投入运营及成桥后结构的线形及内力分布满足设计和规范要求施工监控不仅可以为桥梁设计、施工提供第一手资料和科学数据,同时也为改进同类桥梁的设计理论和施工工艺积累经验,其成果可作为桥梁运营前初始状态的永久技术档案,是今后桥梁健康状态评估的重要依据该项目施工监控、监测工作的目标是:1.施工过程中和竣工后结构内力状况满足设计要求;2.成桥的线型逼近设计状态;3.精度控制和误差调整的措施不对施工工期产生实质性的不利影响1.2施工控制的定义桥梁施工控制就是对桥梁施工过程中结构的受力、变形及稳定性进行监控,使施工中的结构状态处于最优状态,保证施工过程安全和成桥状态(包括内力和线形状态)符合设计、规范要求桥梁施工控制的任务就是通过对桥梁施工过程实施控制,确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内,确保成桥状态(包括成桥线形与成桥结构内力)符合设计要求。
1.3施工控制的必要性桥梁结构理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关,而且还依赖于科学合理的施工方法如何通过施工浇筑过程的控制以及主梁高程调整来获得预先设计的应力状态和几何线型,是大跨桥梁施工中非常关键的问题尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况,但是由于施工中出现的诸多因素事先难以精确估计,而且在实际施工过程中由于施工误差,会使实际结构与原设计不符所以在施工中对桥梁结构进行实时监测,并根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应调整是十分重要的已建成的桥梁中就出现过施工控制不好,造成桥梁内力分配不合理、主梁线形不和顺的情况,影响了桥梁的正常使用通过施工控制,施工工艺参数更具合理性,各节段立模标高的确定更加精确,保证了桥梁线形和结构内力符合设计要求,施工控制可以掌握实际结构的真实应力状态,为桥梁的运营和养护提供基本资料桥梁施工控制就是桥梁建设的安全系统,为确保桥梁施工安全,对施工过程进行监测控制是必不可少的1.4施工控制的目标桥梁施工控制的目标就是确保施工中结构的安全和确保结构形成后的外形和内力状态符合设计要求桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键,衡量一座桥梁的施工质量标准就是成桥状态的线型以及受力情况是否满足规范要求。
在施工过程中,每一阶段结构的变形目标值和内力是可以预计的,各个施工阶段的变形和实际应力是可以监测到的,这样就可以较全面地跟踪施工进程和掌握发展情况当施工中监测的实际值与计算的设计值比较接近时,可以按照工期正常施工;当施工中监测的实际值与计算的设计值相差过大时,应立即停止施工,检查分析原因,采取必要的措施保证重新测值在要求范围内第二章 结构设计2.1 工程概况及设计基本资料 概况本设计从提高结构使用寿命出发,从结构参数的选取、原材料的选择及施工工艺等方面考虑了结构耐久性的要求结构类型为无碴轨道(32+48+32)m预应力混凝土双线连续梁,挂篮悬臂浇筑施工2.1.2 采用规范 (一)《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁建设[2004]157号) (二)《铁路桥涵设计规范》(TB10002.1 TB10002.5-2005) (三)《铁路工程抗震设计规范》(报批稿) (四)《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》(铁建设[2005]157号)2.1.3 适用范围 (一)线路情况:双线正线,直、曲线,最小曲线半径1600m,线间距4.6~5.0m (二)环境:一般大气条件下无防护措施的地面结构,环境类别为碳化锈蚀环境T1、T2级。
2.2 桥梁总体位置及结构主要尺寸的拟定2.2.1孔跨总体布置连续梁由若干梁跨(通常为3~8跨)组成一联,每联两端留出伸缩缝并设置伸缩装置,整座桥梁可由一联或多联组成每联跨数的增加对结构受力和行车有利,但会增加桥梁设计和施工的难度,也对伸缩装置提出了更高的要求本设计采用3跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构,全长为113.5m根据桥下通航净空要求,主跨跨径定为48m总体布置详见图2-1图2-1 桥梁立面布置图 (单位:m)2.2.2 梁高的拟定对梁高按某一规律变化的连续梁,习惯上称其为变截面连续梁当桥跨增大时,在荷载作用下,连续梁桥的中间支点截面处将承受较大的负弯矩从绝对值来看,支点负弯矩远大于跨中正弯矩这样,采用变截面梁(支点处梁高增大,跨中处梁高减小,其间按曲线或拆线过渡)更能适应结构的内力分布规律另一方面,大跨连续梁常采用悬臂法施工,而变截面梁成桥时的恒载受力状态又与其悬臂施工时的内力状态基本吻合因此,大跨度预应力混凝土连续梁桥多采用变截面布置变截面梁的梁高变化规律可以是斜(直)线、圆弧线或二次抛物线因二次抛物线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近,故常用在边跨端部的梁段,常采用直线布置。
除梁高变化外,对箱形截面,还可将其底板、腹板和顶板做成变厚度,以适应梁内各截面的不同受力要求铁路桥梁宜取较大的比值,支点截面可取1/16~1/12,支点截面与跨中截面高度之比在1.5~2.0综上因素,本设计中支点处梁高4.05m,跨中8.4m直线段及边跨12.95m直线段梁高为3.05m,梁底下缘按二次抛物线变化,边支座中心线至梁端0.75m 横截面布置预应力混凝土连续梁桥可选用的横截面形式较多,一般应依据桥梁的跨度、宽度、梁高、支承体系、施工方法等确定箱形截面(box section)具有良好的抗弯和抗扭性能,是预应力混凝土连续梁桥的主要截面形式箱形截面习惯上用箱数和室数来进行划分一个“单箱”指的是由顶板、底板和两侧腹板组成的闭合框架;若在单箱中增设一腹板,就把单箱分割成两个“单室”常见的箱形截面形式有单箱单室、单箱双室和单箱多室除此之外,还有双箱单室、双箱双室、多箱单室、多箱多室等形式每一类截面形式都大致有其梁高和桥宽的适当取值范围一般而言,箱数和室数越多,就可适应越宽的桥面本设计为双线铁路桥,桥面宽为13.4m,适用单箱单室的箱形截面1)底板厚度箱形截面的顶板和底板是结构提供抗弯能力的主要部位。
当采用悬臂施工方法时,梁底板(特别是靠近桥墩处)将承受很大的压应力为适应受压要求,底板设计成变厚度根部厚,通常取墩顶梁高的1/12~1/10;跨中薄,其尺寸受跨中布置的预应力钢筋和普通钢筋的控制,一般在0.2~0.3m2)顶板厚度箱梁顶板由于受车辆荷载的直接作用,其厚度的取值要考虑两个因素:一是要满足桥面板横向抗弯的要求,二是要满足纵向力筋布置的要求一般,当两腹板间距增大时,顶板厚度也要相应增大,一般不小于跨径的1/303)腹板厚度箱梁腹板主要承受结构的弯曲剪应力以及扭转剪应力引起的主拉应力对大跨度连续梁,腹板厚度一般在跨中较薄,在支点处较宽(以承受梁部支点处圈套的剪力)除满足抗剪要求外,腹板的最小厚度还应考虑钢束管道布置(包括锚固尺寸)以及混凝土浇筑的要求4)梗腋,锯齿块在箱梁腹板与顶、底板结合处需要设置梗腋(或称承托,倒角)梗腋布置的方式不一,视具体情况确定梗腋的作用在于:提高截面的抗扭和抗弯刚度,减小扭转剪应力和畸变应力;使力线缓和过渡,减少次应力;提供一定空间来布置预应力钢筋;减少顶、底板的横向宽度以便适当减薄顶、底板厚度为方便纵向预应力张拉锚固,还需要在顶、底板设置用于将预应力钢筋引出梁体的混凝土锯齿块。
锯齿块的设置依预应力钢筋的布置而定5)横隔板考虑到箱形截面的抗弯和搞扭刚度较大,除在各支点处设置横隔板外,没必要设置中间横隔板目前的趋势是少设或不设中间横隔板,以减少其施工的麻烦为便于箱内施工和检查工作,需要在横隔板上开孔因此,多数情况下横隔板不是一块实心板,而是与箱梁四壁连为一体的横向框架横隔板的厚度一般按工程经验取值 施工方法本设计采用悬臂浇筑法,指梁部施工从桥中间墩处开始,按对称方式逐步接长,悬出梁段直至合龙的施工方法采用挂篮等设备,在桥位处就地浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度后,张拉力筋,前移挂篮,继续下一梁段的施工采用悬臂施工法时需对梁体进行分段,每节段的长短与挂篮或吊机的承载能力有关,一般为2~5m1)悬臂施工的程序采用悬臂方法施工预应力混凝土连续梁桥的基本程序有两步:一是形成T构(指墩梁临时固结组成的结构立面形状);二是各T构及边跨端部梁段之间的合龙不过,由于跨数的不同,以及各T构及边跨端部梁段之间的合龙次序不同,悬臂施工的程序也不尽不同2)采用挂篮的悬臂浇筑法悬臂浇筑法可采用挂篮、桁式吊等设备进行,常用者为挂篮(formwork traveler).简单地讲,挂篮就是一个可移动的钢支架,它为悬臂浇筑提供了架设模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土、张拉预应力筋等作业的一个工作平台。
挂篮通常由承重梁、悬吊模板、锚固装置、行走系统、张拉平台等几部分组成承重梁是挂篮的主要构件,可采用型钢、实腹钢梁、桁架梁等形式它承受施工设备和新浇梁段混凝土的重力并将其传递到已完成的结构上去挂篮的形式较多,构造各异对挂篮的一般要求是:构造简单、使用方便、安全可靠、稳定性好、承载力大、拆移方便等挂篮自身所用的材料重量与其所能承受的荷载重量之比,是衡量挂篮设计优劣的主要技术指标该比值越低,挂篮的使用效率越高,而施工荷载相对越小,其值一般不大于0.52.3 建模 Midas软件简介MIDAS/Civil不仅是通用的结构分析三维软件,而且还可以分析像预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的结构形式,并且可以正确模拟施工方法做施工阶段分析、水化热分析,静力弹塑性分析、支座沉降分析、大位移分析,是强有力的土木工程分析与优化设计系统MIDAS可以根据建立的模型,按用户要求算出并累加所有各施工阶段和运营阶段恒、活载内力、位移、反力及预应力等内容;并给出对应的内力图、应力图、位移图、包络图等;对预应力混凝土结构,还给出按规范的截面验算结果;系统自动计算体系转换及次内力软件能考虑的恒载有:自重、中-活载、公路活载、混凝土收缩、徐变、温度变化、支座位移、预加应力、二期恒载、施工临时荷载及其它外加荷载等;能输出如下结果:结构简图、各阶段恒载内力图、位移图、内力包络图、预应力损失、预应力筋用量示意图、箱形截面扭曲弯矩图及各图的相应资料,各阶段内力、预应力、活载内力、位移及截面验算结果。
系统分为前处理、运行结构分析、后处理、PSC截面验算与RC设计其中前处理主要是划分单元、定义截面和材料、建立模型、约束边界、输入荷载;运行分析模块能得出相应的内力、应力、位移、反力;后处理即查看结果,可自动进行荷载组合;PSC设计可对各指定截面进行验算、并作出判断;RC设计主要是针对普通筋的设计Midas建模操作步骤简单,其运行分析结果准确,在桥梁设计中,越来越受到设计者的青睐 MIDAS建模原则在使用MIDAS/Civil分析结构前,必须对桥梁结构进行离散化,建立结构计算图式结构离散化是结构分析重要的一环,必须遵循一下原则:(1)保证体系的几何不变性这一点在较复杂的施工体系转换中尤其应注意同时也应避免与结构受力不符的多余约束;(2)计算模型应尽量符合结构的构造特点和受力特点,对于零号块的处理、支座的处理、横隔板的模拟等应慎重考虑;(3)在合理模拟保证精度的前提下,尽量减少节点数目,以缩小计算规模因此,一般在一下位置应划分节点:① 构件的转折点和截面变化点;② 施工分界点、边界处及支座处;③ 需验算或求位移的截面处;④ 当出现位移不连续的情况时,例如相邻两位置以铰接形式相连(转角不连续),可在铰接处设计两个节点,利用主从约束考虑该连接方式。
2.3.3 MIDAS建模步骤(1)定义材料和截面按照材料要求与所拟截面尺寸,在Midas中直接定义2)建立结构模型将设计桥梁划分节点、建立单元后,将已经定义好的材料和截面相应地赋给单元3)输入PSC截面钢筋在PSC设计模块中定义截面钢筋规格及裂缝宽度系数等各项系数4)输入荷载:恒荷载,钢束特性和形状,钢束预应力荷载按所设计的预应力刚束输入刚束形状,并添加各种荷载5)定义施工阶段根据各种条件选择施工方法,定义好施工步骤6)输入移动荷载数据定义车道,定义车辆,移动荷载工况7)运行结构分析(8)查看分析结果(9)PSC设计:PSC设计参数确定,运行设计,查看设计结果施工阶段模拟本设计采用悬臂法施工,悬臂浇注箱梁的节段划分主要受如下主要因素的控制:(1)墩顶梁段(0#块)①长度一般为5 m~10 m,但以具体情况如施工技巧、施工能力而定,此设计中取6 m.②施工托架:在混凝土浇筑以前,搭好托架并应对托架进行试压2)由0#块段两侧对称分段悬臂浇筑部分①根据情况将0#块两侧的梁进行分块,以便挂篮施工,长度一般为2.5 m~5 m,也有个别跨度大的桥梁的分段为2.5 m、3.5 m、4.5 m此设计考虑到混凝土湿重的影响,划块的长度不超过4 m。
②一般一个梁段的施工周期为6~10 d③根据计算经验,梁段的多少直接影响结构配束计算,在不影响工期的前提下,适当增加梁段数,十分有利于纵向预应力钢束配置,以避免因梁段不足采用大吨位预应力钢束引起张拉端局部应力过大同时也使全桥截面受力状态均衡,边缘应力储备适当3)边孔在支架上浇筑部分长度一般为2~3个悬臂浇筑分段长,架设满堂支架施工4)合拢段①长度一般为2 m~3 m,看到2 m用得最多②分边合拢和中合拢,此设计中,边合拢与中合拢长度均为2 m5)施工顺序先进行支架架设,依次施工0#块,双向“T”形对称悬臂施工,然后边合拢,最后中合拢在桥面铺装工作也要对称进行施工阶段的模拟描述见表2-1表2-1 施工阶段及荷载施加顺序施工阶段施 工 内 容简 介荷 载 施 工 顺 序自 重混凝土湿重挂 篮纵向预应力钢束1边跨01、中跨01’有1#块混凝土有腹板束F1、F2,顶板束T12边跨02、中跨02’有2#块混凝土有腹板束F3,顶板束T23边跨03、中跨03’有3#块混凝土有腹板束F4,顶板束T34边跨04、中跨04’有4#块混凝土有腹板束F5,顶板束T45边跨05、中跨05’有5#块混凝土有腹板束F6,顶板束T56边跨06、中跨06’有6#块混凝土有腹板束F7,顶板束T67拆除挂蓝、合龙边跨有边合龙段砼无底板束B1~B4、顶板束T78中跨合龙有中合龙段砼无底板束D1~D6、顶板束T89二期恒载施工有无无无 静力荷载模拟模型中模拟了恒载中的构件及附属设备自重、预加力、混凝土收缩徐变、基础变位,活载中的竖向静力活载、列车竖向动力,附加力中的风荷载、制动力以及温度变化的作用。
同时也模拟了施工阶段中的挂篮和湿重荷载各荷载的具体模拟形式及其所属荷载工况类型 ,见表2-2表2-2 各荷载的模拟方式荷载名称荷载工况类型模拟形式挂蓝施工阶段荷载 (CS)节点荷载湿重施工阶段荷载 (CS)节点荷载预应力施工阶段荷载 (CS)预应力荷载二期横载施工阶段荷载 (CS)梁单元均布荷载整体升温温度荷载 (T)系统温度整体降温温度荷载 (T)系统温度正温梯温度梯度 (TPG)梁截面温度负温梯温度梯度 (TPG)梁截面温度风荷载风荷载 (W)梁单元集中荷载制动力汽车制动力 (BRK)梁单元均布荷载(1)恒载 结构自重:钢筋混凝土的容重取26.0kN/m3;附属设备自重(二期恒载):荷载集度184kN/m;预应力:根据施工顺序施加纵向张拉控制应力0.68~0.70fpk,横向张拉控制应力0.70fpk,竖向张拉控制应力0.75fpk损失系数按设计说明取值砼收缩和徐变:执行《京沪高速铁路设计暂行规定》第条之6,根据混凝土材料的时间依存性质由程序自动计算相对湿度60%,砼收缩开始时间3天基础变位:按主墩、边墩不均匀沉降10mm计算,取最不利组合2)活载ZK活载:纵向计算采用ZK标准活载,横向计算采用ZK特种,弯矩动力系数1.xx2,剪力动力系数1.0060。
人行道荷载:荷载集度5.0kPa,不与ZK活载同时作用,用于箱梁横框的检算3)附加力温度力:体系均匀升温25℃、降温-25℃,顶底板温差5℃横向温度变化按寒潮及日照模式分别考虑4)施工荷载挂篮及附属设备重750kN,偏心距e=2.0m;混凝土湿重根据各梁段的体积计算;架梁车及运梁车荷载根据设计图纸采用2.4 桥梁配筋计算2.4.1预应力筋束的布置原则预应力混凝土梁截面的配筋,是根据正常使用与承载能力两种极限状态的组合结果, 依据截面的受力类型,分别按照相应的钢筋估算公式计算,其计算结果为上、下缘配筋的最小配筋数,设计者可以根据经验作适当的调整设计过程一般包括两次组合第一次组合是为了估算刚束,此时刚束还未确定,也无法考虑预加力的作用由于预加力对徐变有很大的影响,故估算刚束时一般不考虑收缩徐变的影响此时用的几何特性都是毛截面几何特性,所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态,仅供估束参考根据估束结果确定刚束数量和几何形状后,考虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力是当前配束下的受力如各项验算均通过,那么可作为最终结果如个别截面不满足,但两次组合结果相差不大,可适当调整刚束后重新计算;如两次组合结果相差较大,则应将第二次组合内力作为估束依据重新估束,再重复进行验算,直到各项验算全部通过且两次组合结果相差不大为止。
在箱形截面内,纵向预应力筋可以布置在顶板截面内承受负弯矩(亦称顶板束);也可以布置在底板内承受正弯矩(亦称底板束);在分段施工和分段配筋中,有顶板束在顶板内平弯后通过腹板下弯锚固的,以承受腹板的主拉应力在边跨现浇断可以布置底板束起弯进入腹板锚固在梁端上,以承受梁端腹板截面的主拉应力纵向预应力筋要根据弯矩包络图进行,按曲线配筋,预应力束的线形大部分由直线和曲线(圆曲线或抛物线)由于MIDAS软件可以将除钢束次内力外的其它次内力在配筋前算出,因此计算出的预估值与实际值较为接近,若计算出来有所偏差,只需调整刚束数量,布置形式直到满足要求即可连续梁预应力筋束的配置除满足《桥规》构造要求外,还应考虑以下原则:(1)纵向预应力筋为结构的主要受力钢筋,为了设计和施工方便,进行对称布束,锚头布置尽量靠近压应力区2)应选择适当的预应力束筋的形式和锚具型式,对不同跨径的桥梁结构,要选用预加力大小适当的预应力筋,以达到合理的布置型式避免造成因预应力束筋与锚具型式选择不当,而使结构构造尺寸加大当预应力筋选择过大,每束的预加力不大,造成大跨结构中布束过多,而构造尺寸限制布置不下时,则要求增大截面反之,在跨径不大的结构中,如选择预加力很大的单根束筋,也可能使结构受力过于集中而不利。
3)预应力束筋的布置要考虑施工的方便,也不能像普通钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋,而导致在结构中布置过多的锚具由于每根束筋对应的是一巨大的集中力,这样锚固区受力比较复杂,因而必须在构造上加以保证,为此常导致结构构造复杂,而使施工不便4)预应力束布置,既要符合结构受力的要求,又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力5)预应力束筋的配置,应考虑材料经济指标的先进性,这往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切的关系6)预应力束筋的布置应避免使用多次反向曲率的连续束,因为这会引起很大的摩阻损失,降低预应力束筋的效益7)预应力束筋的布置,不但要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要,而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要8)预应力筋数量较多时,易分层布置,一般来说,先锚固下层力筋,后锚固上层力筋9)预应力筋应应对称于构件截面的几何竖轴线除满足以上要求外,还应满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)构造要求2.4.2 预应力筋的估配计算原理预应力钢束的设计是通过先估算再反复调整确定的,之所以称为钢束“估算”,是因为计算中使用的组合结果并不是桥梁的真实受力。
确定钢束需要知道各截面的计算内力,而布置好钢束前又不可能求得桥梁的真实受力状态,故只能称为“估算”此时与真实受力状态的差异由以下四个方面引起:① 未考虑预加力的作用;② 未考虑预加力对徐变、收缩的影响;③ 未考虑(钢束)孔道的影响;④ 钢束预应力损失值只能根据经验事先拟定根据截面受力情况,其配筋不外乎有三种形式:截面上、下翼缘均布置预应力筋以抵抗正负弯矩;仅在截面下翼缘布置预应力筋以抵抗截面的正弯矩或仅在上翼缘配置预应力筋以抵抗负弯矩预应力筋估配计算方法如下:(1)由预加力引起的截面上、下翼缘混凝土应力,分别为,: (2-1) (2-2)式中: 、——截面上、下翼缘抗弯模量; 、——截面上、下翼缘核心半径; 、——预加力引起的截面上、下翼缘混凝土应力; 、——截面上、下翼缘预加合力; 、——截面上、下翼缘预加合力偏心距2)在最大弯矩作用下,截面上、下翼缘混凝土应力满足: 或 (2-3) 或 (2-4)式中: ——荷载最不利组合时计算截面所受正弯矩; ——混凝土容许压应力,其余符号意义同前;(3)在最小弯矩作用下,截面上、下翼缘混凝土应力满足 或 (2-5) 或 (2-6)式中, ——荷载最不利组合时的计算截面所受负弯矩,其余符号意义同前; (4)上、下翼缘最大配筋下翼缘最大配筋为 : (2-7)上翼缘最大配筋: (2-8)式中,符号意义同前; (5)上、下翼缘最小配筋下翼缘最小配筋为: (2-9)上翼缘最小配筋为 (2-10)式中,符号意义同前。
6)预应力筋估算时有效预应力的取值对于铁路桥,在使用阶段配筋估算时,预应力钢筋有效预应力可取;在施工阶段配筋估算时,预应力钢筋有效预应力可取2.4.3 预应力筋的实际布置预应力混凝土梁桥预应力钢筋的分类,大致有以下几种:按力筋布置的走向,可分为纵向力筋,横向力筋和竖向力筋大跨度梁桥通常按三向预应力设计沿桥跨方向布置的纵向力筋也称为主筋,其数量和布筋位置要根据结构的受力状态来确定力筋按其位置,可分为顶板筋,底板筋和腹板筋等;按其特性分为正弯矩筋,负弯矩筋和抗剪筋等预应力筋的布置应对称于构件截面的几何竖轴线,否则在确定构件的内力时尚须考虑预加力对截面竖轴线的偏心影响纵向预应力筋的作用在于提供预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而使梁体的拉应力不大,甚至处于受压状态本桥是全预应力混凝土连续梁桥,在施工阶段和使用阶段不能出现拉应力,需配置纵向钢束来抵抗截面的正负弯矩本桥是悬臂施工法,为了满足施工阶段不出现拉应力的要求,故纵向力筋应采用分段配筋在悬臂施工施工阶段,梁体结构主要承受负弯矩,为了能支撑梁体自重和施工荷载,需在每节段浇注完成后,在顶板处对梁体施加预应力以抵抗截面负弯矩;在合拢段浇注完成后,梁体会进行体系转换,此时梁体会同时承受正负弯矩,需在底板处张拉预应力筋来抵抗截面正弯矩。
为了满足施工阶段和运营阶段的要求,应根据拟定的钢绞线类型,进行预应力筋的调束,使得梁体受力满足要求图2-2 预应力钢束形状2.5 PSC验算结果通过MIDAS软件的PSC设计,得出各项验算结果均满足满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005以及《京沪高速暂行规定》的要求以正截面抗弯验算为例:正截面抗弯按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005 第条计算,安全系数按规范中的表6.1.5取值(下同)程序验算结果见表2-4表2-4正截面抗弯验算结果位置截面号最大/最小组合名称验算KM()Mn()边支点2最大组合1OK-125.4056359.262最小组合2OK-497.4356359.263最大组合1OK4675.0698388.203最小组合2OK1278.1698388.201/4边跨8最大组合1OK43080.76146116.918最小组合2OK8373.86146116.919最大组合1OK44947.78146118.819最小组合2OK7690.34146118.811/2边跨13最大组合1OK44631.68-726506.5813最小组合2OK-10494.53-3868xx.1114最大组合1OK39660.72-159149.2614最小组合2OK-18451.32-67191.712/3边跨18最大组合1OK-40.83-289741.2618最小组合2OK-64347.95-289741.2619最大组合1OK-14732.21188942.8419最小组合2OK-79604.89188942.84中支点23最大组合1OK-71xx8.58396448.7123最小组合2OK-153804.40396448.7124最大组合1OK-58099.77396410.8724最小组合2OK-133668.44396410.871/4中跨30最大组合1OK28278.96-292639.3530最小组合2OK-21978.99-98719.0131最大组合1OK40268.05-858643.xx31最小组合2OK-1xxxx.01-440571.761/2中跨37最大组合1OK76087.61194359.7137最小组合2OK24245.97194359.7138最大组合1OK76062.98194602.2738最小组合2OK24890.32194602.27注: 组合1——支座沉降+恒载+移动荷载+整体升温;组合2——支座沉降+恒载+移动荷载+整体降温;M——设计弯矩,k——正截面抗弯强度安全系数,Mn——容许值。
其它PSC验算结果见附录1第3章 施工控制理论与施工监控计算3.1 施工控制原理桥梁施工控制就是对桥梁施工过程中结构的受力、变形及稳定性进行监控,使施工中的结构状态处于最优状态,保证施工过程安全和成桥状态(包括内力和线形状态)符合设计、规范要求桥梁施工控制的任务就是通过对桥梁施工过程实施控制,确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内,确保成桥状态(包括成桥线形与成桥结构内力)符合设计要求包括下列几何(变形)控制、应力控制、桥梁结构稳定性和桥梁施工过程中安全控制几个方面1)几何(变形)控制不论采用什么施工方法,桥梁结构在施工过程中总要产生变形(挠曲),并且结构的变形将受到诸多因。