CN116341073A - 一种钢-uhpc组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢‑UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法及其实施方法,实施方法包括:(1)从Bn‑i梁段开始向跨中方向依次对称安装主跨左、右两侧的主梁至Bn梁段并张拉对应梁段的斜拉索Sn‑i至Sn;(2)安装合龙段BH,中跨合龙,跨中附近主梁线形呈局部上拱的凸曲线;(3)从Sn斜拉索开始向主塔方向依次对称退张主跨左、右两侧的斜拉索至Sn‑i,退张索力为Nn至Nn‑i,退张时主梁产生向下的位移,退张完成之后跨中附近局部上拱的主梁线形回落至平缓的设计状态,跨中桥面板受压。本发明采用退张跨中区域斜拉索索力使主梁产生正弯矩,能有效的对组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板施加预压应力。
Description
技术领域
本发明涉及到桥梁工程技术领域,具体涉及一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,同时还涉及一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加实施方法。
背景技术
传统钢混组合梁斜拉桥较厚的混凝土桥面板厚度使得结构自重较大、收缩徐变对主梁内力重分布作用明显,影响了其经济性和跨越能力。UHPC材料强度等级高、后期收缩徐变小、抗裂抗渗耐久性指标好,能大幅减小桥面板厚度和结构自重,满足超大跨度钢混组合梁斜拉桥的受力要求。
钢-UHPC组合梁斜拉桥适用的跨径大,但跨径越大,跨中区域组合梁桥面板在运营期汽车、温度、风等荷载作用下产生的拉应力越大,受拉区的范围也越大。当拉应力大于UHPC的初裂抗拉强度时桥面板开裂,影响桥梁的正常使用和耐久性,需对跨中桥面板施加预压应力。
常用的预压应力施加方式为设置体内或体外预应力钢束,体内预应力钢束管道挖空率过大,体外预应力钢束运营期的养护工作量大;同时对于组合梁截面钢束施加的预应力很大一部分作用在钢梁上,对桥面板的施加效率低,钢束用量大,经济性差,且不能充分发挥UHPC材料高抗压性能的优势;当跨径增大到一定程度,低效率的施加方式导致钢束用量骤增仍不能满足桥面板的预压应力需求,将阻碍钢-UHPC组合梁斜拉桥进一步的发展。
发明内容
为了克服上述背景技术的不足,本发明的目的在于提供了一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法及其实施方法,不采用预应力钢束对桥面板施加压应力,后期养护量小、经济性优,能充分发挥UHPC材料的高抗压性能,提高钢-UHPC组合梁斜拉桥跨中桥面板的抗裂性能和耐久性。
为进一步实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,包括如下步骤:
(1)根据主跨跨中组合梁在不考虑预压应力措施时跨中桥面板的应力分布情况,确定不满足抗裂要求或预压应力不足且需要对桥面板施加预压应力的梁段从左至右依次为:BLn-i…BLn-2、BLn-1、BLn、BH、BRn、BRn-1、BRn-2…BRn-i;
其中,BL表示左侧梁段,BR表示右侧梁段,BH表示跨中合龙段;n表示施工最大悬臂状态时主跨悬臂端最外侧梁段的编号,需要施加预压应力的梁段数量含合龙段共“2i+3”个;
(2)每个梁段以桥面板拉应力最大的位置作为代表截面,根据不考虑预压应力措施时代表截面桥面板的应力值与满足要求的应力值之差,作为梁段桥面板所需的压应力目标值;
(3)以中跨合龙完成为结构初始状态,对SLn-i~SLn、SRn~SRn-i每单根斜拉索退张单位索力,采用有限元分析求出索力对每个梁段代表截面桥面板的压应力影响矩阵;
其中,SL表示左侧斜拉索,SR表示右侧斜拉索;
(4)根据求出的代表截面桥面板压应力影响矩阵和所需的压应力目标值,采用影响矩阵法求出SLn-i~SLn、SRn~SRn-i斜拉索的退张索力值为NLn-i~NLn、NRn~NRn-i;
(5)以中跨合龙完成为结构初始状态,采用有限元总体计算分析得出SLn-i~SLn、SRn~SRn-i斜拉索依次退张索力NLn-i~NLn、NRn~NRn-i之后主梁的下挠位移曲线;将主梁退张索力引起的下挠位移曲线反对称上拱得到主梁的上拱线形,在工厂加工时通过调整相邻主梁节段的相对折角实现上拱线形。
进一步地,所述的组合梁梁段采用UHPC桥面板与钢主梁整节段预制吊装,梁段之间的桥面板通过横向湿接缝连接。
进一步地,所述的跨中桥面板包括持久状况正常使用极限状态下1/4~3/4跨范围内不考虑预压应力措施时抗裂验算不满足规范要求或预压应力不足的桥面板,合龙段BH的桥面板拉应力最大,向主塔侧逐渐减小。
进一步地,所述的Bn-i梁段为向跨中方向需退张索力的首根斜拉索Sn-i对应的组合梁节段,为向跨中方向桥面板预压应力不足、需提高预压应力储备的起始梁段。
进一步地,所述的BLn、BRn梁段为斜拉桥施工最大悬臂状态时主跨最外侧的组合梁节段,与合龙段BH相邻。
进一步地,所述的合龙段BH安装完成之后跨中附近主梁线形为梁段考虑预拱度加工制造并安装完成的线形,预拱度需计入索力退张阶段主梁向下的位移值,线形呈局部上拱的凸曲线。
一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加实施方法,包括如下步骤:
(1)从Bn-i梁段开始向跨中方向依次对称安装主跨左、右两侧的主梁至Bn梁段并张拉对应梁段的斜拉索Sn-i至Sn;
(2)安装合龙段BH,中跨合龙,跨中附近主梁线形呈局部上拱的凸曲线;
(3)从Sn斜拉索开始向主塔方向依次对称退张主跨左、右两侧的斜拉索至Sn-i,退张索力为Nn至Nn-i,退张时主梁产生向下的位移,退张完成之后跨中附近局部上拱的主梁线形回落至平缓的设计状态,跨中桥面板受压。
本发明相对于现有技术至少具有以下优点:
(1)在跨中组合梁处不需要设置大量的体内或体外预应力钢束,经济性更优,同时避免了UHPC桥面板内设置体内预应力钢束管道对截面的削弱和浇筑质量的不利影响,避免了桥梁在运营阶段体外预应力钢束养护、维修的工作量。
(2)利用钢-UHPC组合梁斜拉桥的结构特点通过退张跨中区域斜拉索索力使主梁下挠产生正弯矩,让跨中区UHPC桥面板受压、钢主梁受拉,充分发挥UHPC材料的抗压性能、钢材的抗拉性能,材料利用率高;预压应力施加通过调整主梁自身内力完成,施加效率高,施加方式可靠,进一步提高了结构的安全性和耐久性。
(3)预压应力的施加方法不受钢束布置空间限制,针对更大的跨径依然能为跨中桥面板提供满足需求的预压应力,能进一步增强钢-UHPC组合梁斜拉桥的跨越能力,推动组合梁斜拉桥的发展。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1是本发明对称安装主梁梁段并张拉斜拉索的示意图;
图2是本发明最大悬臂状态结构示意图;
图3是本发明合龙段安装完成主梁线形示意图;
图4是本发明退张Sn斜拉索结构示意图;
图5是本发明退张Sn-3斜拉索结构示意图;
图6是本发明退张完成主梁线形示意图;
图7是本发明斜拉桥跨中受拉区域梁段、斜拉索的总体布置及退张索力编号示意图。
图中:1-钢主梁,2-UHPC桥面板,3-斜拉索。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,包括如下步骤:
(1)根据主跨跨中组合梁在不考虑预压应力措施时跨中桥面板的应力分布情况,确定不满足抗裂要求或预压应力不足且需要对桥面板施加预压应力的梁段从左至右依次为:BLn-i…BLn-2、BLn-1、BLn、BH、BRn、BRn-1、BRn-2…BRn-i;
其中,BL表示左侧梁段,BR表示右侧梁段,BH表示跨中合龙段;n表示施工最大悬臂状态时主跨悬臂端最外侧梁段的编号,需要施加预压应力的梁段数量含合龙段共“2i+3”个;
组合梁梁段采用UHPC桥面板与钢主梁整节段预制吊装,梁段之间的桥面板设横向湿接缝连接;
(2)每个梁段以桥面板拉应力最大的位置作为代表截面,根据不考虑预压应力措施时代表截面桥面板的应力值与满足要求的应力值之差,作为梁段桥面板所需的压应力目标值;
(3)以中跨合龙完成为结构初始状态,对SLn-i~SLn、SRn~SRn-i每单根斜拉索退张单位索力,采用有限元分析求出索力对每个梁段代表截面桥面板的压应力影响矩阵;
其中,SL表示左侧斜拉索,SR表示右侧斜拉索;
(4)根据求出的代表截面桥面板压应力影响矩阵和所需的压应力目标值,采用影响矩阵法求出SLn-i~SLn、SRn~SRn-i斜拉索的退张索力值为NLn-i~NLn、NRn~NRn-i;
(5)以中跨合龙完成为结构初始状态,采用有限元总体计算分析得出SLn-i~SLn、SRn~SRn-i斜拉索依次退张索力NLn-i~NLn、NRn~NRn-i之后主梁的下挠位移曲线;将主梁退张索力引起的下挠位移曲线反对称上拱得到主梁的上拱线形,在工厂加工时通过调整相邻主梁节段的相对折角实现上拱线形。
本发明中,斜拉桥跨中受拉区域梁段、斜拉索的总体布置及退张索力编号如图7所示。
本发明中,跨中桥面板包括持久状况正常使用极限状态下1/4~3/4跨范围内不考虑预压应力措施时抗裂验算不满足规范要求或预压应力不足的桥面板,合龙段BH的桥面板拉应力最大,向主塔侧逐渐减小。
本发明中,Bn-i梁段为向跨中方向需退张索力的首根斜拉索Sn-i对应的组合梁节段,为向跨中方向桥面板预压应力不足、需提高预压应力储备的起始梁段。
本发明中,BLn、BRn梁段为斜拉桥施工最大悬臂状态时主跨最外侧的组合梁节段,与合龙段BH相邻。
本发明中,合龙段BH安装完成之后跨中附近主梁线形为梁段考虑预拱度加工制造并安装完成的线形,预拱度需计入索力退张阶段主梁向下的位移值,线形呈局部上拱的凸曲线。
一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加实施方法,包括如下步骤:
(1)从左侧BLn-i梁段开始向跨中方向依次对称安装主梁至最大悬臂BLn梁段,并张拉对应梁段的斜拉索SLn-i至SLn;同时右侧从BRn-i梁段开始向跨中方向依次对称安装主梁至最大悬臂BRn梁段,并张拉对应梁段的斜拉索SRn-i至SRn,实施过程参见图1所示,梁段安装至最大悬臂状态时参见图2所示。组合梁梁段采用UHPC桥面板与钢主梁整节段预制吊装,梁段之间的桥面板通过横向湿接缝连接。
(2)吊装合龙段BH,先钢主梁连接再浇筑桥面板湿接缝,完成中跨合龙。合龙之后跨中附近主梁线形呈局部上拱的凸曲线,主梁线形参见图3所示。
(3)对称退张SLn斜拉索、SRn斜拉索,退张索力分别为NLn、NRn,退张时主梁产生向下的位移,实施过程参见图4所示。向主塔方向依次对称退张主跨左、右两侧的斜拉索至SLn-i、SRn-i,实施过程参见图5所示。退张完成之后跨中附近局部上拱的主梁线形回落至平缓的设计状态,跨中桥面板受压,主梁线形参见图6所示。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型,倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)根据主跨跨中组合梁在不考虑预压应力措施时跨中桥面板的应力分布情况,确定不满足抗裂要求或预压应力不足且需要对桥面板施加预压应力的梁段从左至右依次为:BLn-i…BLn-2、BLn-1、BLn、BH、BRn、BRn-1、BRn-2…BRn-i;
其中,BL表示左侧梁段,BR表示右侧梁段,BH表示跨中合龙段;n表示施工最大悬臂状态时主跨悬臂端最外侧梁段的编号,需要施加预压应力的梁段数量含合龙段共“2i+3”个;
(2)每个梁段以桥面板拉应力最大的位置作为代表截面,根据不考虑预压应力措施时代表截面桥面板的应力值与满足要求的应力值之差,作为梁段桥面板所需的压应力目标值;
(3)以中跨合龙完成为结构初始状态,对SLn-i~SLn、SRn~SRn-i每单根斜拉索退张单位索力,采用有限元分析求出索力对每个梁段代表截面桥面板的压应力影响矩阵;
其中,SL表示左侧斜拉索,SR表示右侧斜拉索;
(4)根据求出的代表截面桥面板压应力影响矩阵和所需的压应力目标值,采用影响矩阵法求出SLn-i~SLn、SRn~SRn-i斜拉索的退张索力值为NLn-i~NLn、NRn~NRn-i;
(5)以中跨合龙完成为结构初始状态,采用有限元总体计算分析得出SLn-i~SLn、SRn~SRn-i斜拉索依次退张索力NLn-i~NLn、NRn~NRn-i之后主梁的下挠位移曲线;将主梁退张索力引起的下挠位移曲线反对称上拱得到主梁的上拱线形,在工厂加工时通过调整相邻主梁节段的相对折角实现上拱线形。
2.根据权利要求1所述的钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,其特征在于,所述的组合梁梁段采用UHPC桥面板与钢主梁整节段预制吊装,梁段之间的桥面板通过横向湿接缝连接。
3.根据权利要求1所述的钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,其特征在于,所述的跨中桥面板包括持久状况正常使用极限状态下1/4~3/4跨范围内不考虑预压应力措施时抗裂验算不满足规范要求或预压应力不足的桥面板,合龙段BH的桥面板拉应力最大,向主塔侧逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,其特征在于,所述的Bn-i梁段为向跨中方向需退张索力的首根斜拉索Sn-i对应的组合梁节段,为向跨中方向桥面板预压应力不足、需提高预压应力储备的起始梁段。
5.根据权利要求1所述的钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,其特征在于,所述的BLn、BRn梁段为斜拉桥施工最大悬臂状态时主跨最外侧的组合梁节段,与合龙段BH相邻。
6.根据权利要求1所述的钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,其特征在于,所述的合龙段BH安装完成之后跨中附近主梁线形为梁段考虑预拱度加工制造并安装完成的线形,预拱度需计入索力退张阶段主梁向下的位移值,线形呈局部上拱的凸曲线。
7.一种钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加实施方法,采用权利要求1-6任一所述的钢-UHPC组合梁斜拉桥主跨跨中桥面板的预压应力施加设计方法,包括如下步骤:
(1)从Bn-i梁段开始向跨中方向依次对称安装主跨左、右两侧的主梁至Bn梁段并张拉对应梁段的斜拉索Sn-i至Sn;
(2)安装合龙段BH,中跨合龙,跨中附近主梁线形呈局部上拱的凸曲线;
(3)从Sn斜拉索开始向主塔方向依次对称退张主跨左、右两侧的斜拉索至Sn-i,退张索力为Nn至Nn-i,退张时主梁产生向下的位移,退张完成之后跨中附近局部上拱的主梁线形回落至平缓的设计状态,跨中桥面板受压。
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