连续刚构桥合拢温度的合理确定及高温合拢对策__
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收稿日期:X 0 一 2 巧一 2 《 3 7 作者简介: 周光伟(92 )男, 1 一 , 同济大学博士生 . 7
万方数据
长 沙 交 通 学 院 学 报
第2 2卷
凝土连续刚构桥为墩梁固结的超静定结构, 年温差影响通常使结构产生较大的次内力, 并且一般成为结 构设计的控制荷载.当合拢温度较高时, 降温引起的次内力较大, 其影响还与混凝土收缩的影响有关,
2 2 + + m 该桥总体布置如图1 l x0 7 3 , 8 6 所示. 在本研究中, 要结合白 主 水湘江大桥的工程实例对预应 力混凝土连续刚 构桥年温差效应进行分析, 并通过结构理论进行计算, 对如何合理确定连续刚构桥的 合
拢温度以及在高温合拢情况下应采取的一系列对策进行探讨.
衡阳 昆明
1 0℃合拢
5 1 ℃合拢 最大值
1. 6 15
1.7 7 1
最大值
最小值
64 1 .
最大值
1. 6 15 1. 7 17 80 .3 79 7 .
最小值
64 1 . 61 3 . 18 . 4
29 6 .
最小值
64 1 . 60 . 4 18 .4 29 6 .
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均匀温度变化幅度1 ℃
均匀温度变化幅度 / ℃
℃)1 ℃( 1 ℃, , 5 温升 5 温降一 巧℃) 种工况下分别进行结构计算, 在3 分析不同 合拢温度对结构内 力
的影响. 11 主梁控制截面年温差荷载内力 . 主梁控制截面年温差荷载内力变化如图2 所示.由图2 可以看出: 年温差荷载将使主梁产生较大
的内力, 如当合拢温度为5 ℃时, 5 ℃将使③号墩箱梁根部截面产生的弯矩为 1 1 k m 轴 升温2 6 4 N· , 0 力为3 8 N 1 2 k .不同的合拢温度使主梁内力发生较大的变化, 但由于正常使用极限状态主梁最不利组 合应力( 见表 1不由温度控制, ) 年温差荷载对其产生的影响不大, 从而对于不同的合拢温度, 正常使用 极限状态主梁最不利组合应力可以认为是保持不变的.
只
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79 . 7
12 墩桩控制截面年温差荷载内力 .
对于预应力混凝土连续刚构桥, 桩底截面为受力最不利截面. 桩底截面年温差荷载内 力如图3 所 示, 由图3 可以看出, 年温差荷载将使与边跨相接的②号薄壁墩下桩底截面产生很大的内力, 当合拢温
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中图分类号: 482 U . 3 文献标识码 : A
温度对暴露在大气中的桥梁结构有着极其重要的影响.预应力混凝土连续刚构桥为多次超静定结
构, 此, 匀温度 因 均 作用将使其结 构产生 较大的内 在桥梁结构 力. 设计规范川中, 匀温度作用有着 对均
明确的规定, 所以此作用在结构设计中占 有非常重要的地位.白水湘江大桥为衡枣高速公路上跨越湘 江的特大型桥梁 , 6 . m, 总长 7 3 其主桥为悬浇预应力混凝土变截面连续刚构, 60 跨径布置为 3 + + 6 7 8
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均匀温度变化幅度/ ℃
均匀温度变化幅度/ ℃
图2 主梁控制截面年温差荷载内力变化
表1 正常使用极限状态主梁最不利组合应力
截面位置 5℃合拢
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由此可见 :
) 1连续刚构桥年温差荷载将使结构产生较大的内力, 不同的合拢温度对结构内力影响极大, 合拢 温度对于连续刚构桥设计的影响主要是对薄壁墩与桩等有关控制截面最不利组合内力的影响. 2 在年温差荷载中, ) 温升荷载对墩桩控制截面的最不利组合应力影响较小, 墩桩控制截面的最不
第2 卷 第3 2 期 20 年 9 06 月
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文章编号:拟) 97 (0 0 一 巧 一 1 一 9 2 拓) 0 ( 7 ( 3 5 0
利组合应力主要由 温降荷载控制, 故合拢温度越低, 对墩桩受力越有利; 随着合拢温度的升高, 墩桩有关 控制截面上将产生较大的 拉应力和压应力, 从而使结构受力越不利. 故在可能的情况下, 尽量选择低温
合拢.
2 高温条件下合拢应采取的施工措施
对白 水湘江大桥下游幅, 原设计为低温条件下进行合拢, 合拢温度为5 ℃左右. 但由 于受施工进度 的影响, 使原计划的 冬季主跨合拢推迟到气温很高的6 月份, 月份最低大气温度一般在2 ℃左右, 而6 2 远远高于原设计合拢温度.由 分析可知, 对于预应力混凝土连续刚构桥, 年温差影响将使结构产生很大 的内力, 而且温度荷载主要由 温降产生的内力控制.如果不采取相应的施工措施而在高温条件下合拢, 将使该桥②号墩下的 桩与河床面相接处截面产生很大的内 因 对合拢温度的 力, 而, 合理确定成为 该桥结
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墩 1底 断1r号 肚桩 截 ② 场 1底 比 1 多 墩 2底 面 ③号 肢桩 截 日③ 墩 2底 而 号 肢桩 健厂11 号 肢桩 截 卜
② 注: 其中②~④为主桥墩编号.
图1 白水湘江大 桥总体布里示意( 单位; ) m
1 合拢温度的合理确定
构受力的一个控制因素.对于预应力混凝土连续刚构桥, 在高温条件下合拢时, 通常采取有效的对应施
工措施是预施加反顶力[〕 在主跨合拢前( 性锁定前)同 , 即 s , 6 刚 , 时对②号墩和④号墩顶分别对称施加反
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不同的合拢温度使桩底截面内力发生很大的变化由于年温度荷载与混凝土的收缩从而在桩底截面产生很大的内力成为设计的控制荷载由此使得桩底截面的正常使用极限状态最不利组合应力见表随着不同的合拢温度而变化合拢温度越高在桩底截面产生的拉应力和压应力越大对其结构受力也就越不利合拢10合拢15合拢截面位置最大值最小值最大值最小值最大值最小值8103681282517675146811646111121157581863812386111051217210011145511325101072916086145541967312051129811074桩底截面由此可见连续刚构桥年温差荷载将使结构产生较大的内力不同的合拢温度对结构内力影响极大合拢温度对于连续刚构桥设计的影响主要是对薄壁墩与桩等有关控制截面最不利组合内力的影响在年温差荷载中温升荷载对墩桩控制截面的最不利组合应力影响较小墩桩控制截面的最不利组合应力主要由温降荷载控制故合拢温度越低对墩桩受力越有利
图3 墩桩控制截面年温差荷载内力变化
表 2 正常使用极限状态桩底截面最不利组合应力
截面位置
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两者叠加 将产生 较大的 力[. 一般不宜在温度变化较大或高温时进行合拢〔 , 次内 z 所以 ] ' 这是超静定 ] ' ,
刚Hale Waihona Puke 桥施工中必须考虑的一般原则.现在以白水湘江大桥为例, 分析不同的合拢温度对结构内力的影 响. 结构计算采用桥梁结构有限元分析程序 B C D 将各梁段离散为梁单元, RA , 双肢薄壁墩顶与0号块 采用刚臂单元连接, 一 ② ④主墩桩与基础固结, 把边跨双柱式桥墩与主梁的连接当作活动铰支座, 建立 二维的平面杆系结构分析模型.参考当地的气温变化情况, 1 按 月份的平均气温为0℃和 7 月份的平 均气温为3 ℃考虑.以不同的合拢温度即5℃( 0 温升2 ℃, 一 5 温降 5℃)1 ℃( 0 ℃, 一 , 0 温升2 温降 1 0
连续刚构桥合拢温度的合理确定及高温合拢对策
周光伟, 陈得良 , 榕, , 2刘
(. 济大学 土木工程学院, 1同 上海 2 兀 2 2 长沙理工大学桥梁与结构工程学院, (旧 . x ; 湖南 长沙 4(7 ; 1X 6 ) 3 湖南省交通勘察规划设计院桥梁勘察设计处, 湖南 长沙 401 1 1 ) 摘 要: 以一座大跨预应力混凝土连续刚构桥为工程背景, 分析了不同的合拢温度对桥梁结 构内力的影响, 并指出 合拢温度对于连续刚构桥设计的影响主要是对桥墩与桩等有关控制截 面最不利组合内力的影响, 在一般情况下选择低温合拢对结构受力是有利的; 结合该桥高温 合拢的实际情况, 提出了连续刚构桥在高温合拢情况下采取预施加反顶力的施工对策, 并通 过结构分析与工程实践证明了采用该措施的有效性. 关键词: 连续刚构桥; 温度效应; 高温合拢
度为5℃时, 5 ℃将使②号墩肢 1 升温2 桩底截面产生的弯矩为3 20 N· 轴力为6 k , 1 5 k m, 以3 N 远大于
万方数据
第3 期
周光伟, 陈得良, 榕: 刘 连续刚构桥合拢温度的合理确定及高温合拢对策
对主梁关键截面内力的影响; 而对于与中跨相连的③号墩, 其左右主梁的温度荷载基本相互抵消, 故其 值较小.不同的合拢温度使桩底截面内力发生很大的变化, 由于年温度荷载与混凝土的收缩, 徐变同 向, 从而在桩底截面产生很大的内力, 成为设计的控制荷载, 由此使得桩底截面的正常使用极限状态最 不利组合应力( ) 随着不同的 见表2 合拢温度而变化, 合拢温度越高, 在桩底截面产生的拉应力和压应力 越大, 对其结构受力也就越不利.
年温度变化对结构物的 影响是一种长期缓慢的作用, 计算时均以结构物的平均温度为依据. 所以 对于外界气温, 一般取 1 月份的平均气温作为最低气温, 月份的平均气温作为最高气温.均匀温度的 7 变化幅度与桥梁所在地区的自 然条件, 结构的 材料, 截面形状和尺寸等因素有关系, 设计时以 结构合拢 时的温度为初始值, 计算时分最高和最低计算温度, 即温度变化有升温和降温两种情况.由于预应力混
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第2 2卷
凝土连续刚构桥为墩梁固结的超静定结构, 年温差影响通常使结构产生较大的次内力, 并且一般成为结 构设计的控制荷载.当合拢温度较高时, 降温引起的次内力较大, 其影响还与混凝土收缩的影响有关,
2 2 + + m 该桥总体布置如图1 l x0 7 3 , 8 6 所示. 在本研究中, 要结合白 主 水湘江大桥的工程实例对预应 力混凝土连续刚 构桥年温差效应进行分析, 并通过结构理论进行计算, 对如何合理确定连续刚构桥的 合
拢温度以及在高温合拢情况下应采取的一系列对策进行探讨.
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5 1 ℃合拢 最大值
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的影响. 11 主梁控制截面年温差荷载内力 . 主梁控制截面年温差荷载内力变化如图2 所示.由图2 可以看出: 年温差荷载将使主梁产生较大
的内力, 如当合拢温度为5 ℃时, 5 ℃将使③号墩箱梁根部截面产生的弯矩为 1 1 k m 轴 升温2 6 4 N· , 0 力为3 8 N 1 2 k .不同的合拢温度使主梁内力发生较大的变化, 但由于正常使用极限状态主梁最不利组 合应力( 见表 1不由温度控制, ) 年温差荷载对其产生的影响不大, 从而对于不同的合拢温度, 正常使用 极限状态主梁最不利组合应力可以认为是保持不变的.
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温度对暴露在大气中的桥梁结构有着极其重要的影响.预应力混凝土连续刚构桥为多次超静定结
构, 此, 匀温度 因 均 作用将使其结 构产生 较大的内 在桥梁结构 力. 设计规范川中, 匀温度作用有着 对均
明确的规定, 所以此作用在结构设计中占 有非常重要的地位.白水湘江大桥为衡枣高速公路上跨越湘 江的特大型桥梁 , 6 . m, 总长 7 3 其主桥为悬浇预应力混凝土变截面连续刚构, 60 跨径布置为 3 + + 6 7 8
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均匀温度变化幅度/ ℃
图2 主梁控制截面年温差荷载内力变化
表1 正常使用极限状态主梁最不利组合应力
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) 1连续刚构桥年温差荷载将使结构产生较大的内力, 不同的合拢温度对结构内力影响极大, 合拢 温度对于连续刚构桥设计的影响主要是对薄壁墩与桩等有关控制截面最不利组合内力的影响. 2 在年温差荷载中, ) 温升荷载对墩桩控制截面的最不利组合应力影响较小, 墩桩控制截面的最不
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利组合应力主要由 温降荷载控制, 故合拢温度越低, 对墩桩受力越有利; 随着合拢温度的升高, 墩桩有关 控制截面上将产生较大的 拉应力和压应力, 从而使结构受力越不利. 故在可能的情况下, 尽量选择低温
合拢.
2 高温条件下合拢应采取的施工措施
对白 水湘江大桥下游幅, 原设计为低温条件下进行合拢, 合拢温度为5 ℃左右. 但由 于受施工进度 的影响, 使原计划的 冬季主跨合拢推迟到气温很高的6 月份, 月份最低大气温度一般在2 ℃左右, 而6 2 远远高于原设计合拢温度.由 分析可知, 对于预应力混凝土连续刚构桥, 年温差影响将使结构产生很大 的内力, 而且温度荷载主要由 温降产生的内力控制.如果不采取相应的施工措施而在高温条件下合拢, 将使该桥②号墩下的 桩与河床面相接处截面产生很大的内 因 对合拢温度的 力, 而, 合理确定成为 该桥结
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墩 1底 断1r号 肚桩 截 ② 场 1底 比 1 多 墩 2底 面 ③号 肢桩 截 日③ 墩 2底 而 号 肢桩 健厂11 号 肢桩 截 卜
② 注: 其中②~④为主桥墩编号.
图1 白水湘江大 桥总体布里示意( 单位; ) m
1 合拢温度的合理确定
构受力的一个控制因素.对于预应力混凝土连续刚构桥, 在高温条件下合拢时, 通常采取有效的对应施
工措施是预施加反顶力[〕 在主跨合拢前( 性锁定前)同 , 即 s , 6 刚 , 时对②号墩和④号墩顶分别对称施加反
万方数据
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不同的合拢温度使桩底截面内力发生很大的变化由于年温度荷载与混凝土的收缩从而在桩底截面产生很大的内力成为设计的控制荷载由此使得桩底截面的正常使用极限状态最不利组合应力见表随着不同的合拢温度而变化合拢温度越高在桩底截面产生的拉应力和压应力越大对其结构受力也就越不利合拢10合拢15合拢截面位置最大值最小值最大值最小值最大值最小值8103681282517675146811646111121157581863812386111051217210011145511325101072916086145541967312051129811074桩底截面由此可见连续刚构桥年温差荷载将使结构产生较大的内力不同的合拢温度对结构内力影响极大合拢温度对于连续刚构桥设计的影响主要是对薄壁墩与桩等有关控制截面最不利组合内力的影响在年温差荷载中温升荷载对墩桩控制截面的最不利组合应力影响较小墩桩控制截面的最不利组合应力主要由温降荷载控制故合拢温度越低对墩桩受力越有利
图3 墩桩控制截面年温差荷载内力变化
表 2 正常使用极限状态桩底截面最不利组合应力
截面位置
5℃合拢 最大值
80 6 3 . 82 2 8 . 57 6 .7
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最大值
最小值
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1. 7 002
②号墩肢 1 桩底截面
②号墩肢2 桩底截面
两者叠加 将产生 较大的 力[. 一般不宜在温度变化较大或高温时进行合拢〔 , 次内 z 所以 ] ' 这是超静定 ] ' ,
刚Hale Waihona Puke 桥施工中必须考虑的一般原则.现在以白水湘江大桥为例, 分析不同的合拢温度对结构内力的影 响. 结构计算采用桥梁结构有限元分析程序 B C D 将各梁段离散为梁单元, RA , 双肢薄壁墩顶与0号块 采用刚臂单元连接, 一 ② ④主墩桩与基础固结, 把边跨双柱式桥墩与主梁的连接当作活动铰支座, 建立 二维的平面杆系结构分析模型.参考当地的气温变化情况, 1 按 月份的平均气温为0℃和 7 月份的平 均气温为3 ℃考虑.以不同的合拢温度即5℃( 0 温升2 ℃, 一 5 温降 5℃)1 ℃( 0 ℃, 一 , 0 温升2 温降 1 0
连续刚构桥合拢温度的合理确定及高温合拢对策
周光伟, 陈得良 , 榕, , 2刘
(. 济大学 土木工程学院, 1同 上海 2 兀 2 2 长沙理工大学桥梁与结构工程学院, (旧 . x ; 湖南 长沙 4(7 ; 1X 6 ) 3 湖南省交通勘察规划设计院桥梁勘察设计处, 湖南 长沙 401 1 1 ) 摘 要: 以一座大跨预应力混凝土连续刚构桥为工程背景, 分析了不同的合拢温度对桥梁结 构内力的影响, 并指出 合拢温度对于连续刚构桥设计的影响主要是对桥墩与桩等有关控制截 面最不利组合内力的影响, 在一般情况下选择低温合拢对结构受力是有利的; 结合该桥高温 合拢的实际情况, 提出了连续刚构桥在高温合拢情况下采取预施加反顶力的施工对策, 并通 过结构分析与工程实践证明了采用该措施的有效性. 关键词: 连续刚构桥; 温度效应; 高温合拢
度为5℃时, 5 ℃将使②号墩肢 1 升温2 桩底截面产生的弯矩为3 20 N· 轴力为6 k , 1 5 k m, 以3 N 远大于
万方数据
第3 期
周光伟, 陈得良, 榕: 刘 连续刚构桥合拢温度的合理确定及高温合拢对策
对主梁关键截面内力的影响; 而对于与中跨相连的③号墩, 其左右主梁的温度荷载基本相互抵消, 故其 值较小.不同的合拢温度使桩底截面内力发生很大的变化, 由于年温度荷载与混凝土的收缩, 徐变同 向, 从而在桩底截面产生很大的内力, 成为设计的控制荷载, 由此使得桩底截面的正常使用极限状态最 不利组合应力( ) 随着不同的 见表2 合拢温度而变化, 合拢温度越高, 在桩底截面产生的拉应力和压应力 越大, 对其结构受力也就越不利.
年温度变化对结构物的 影响是一种长期缓慢的作用, 计算时均以结构物的平均温度为依据. 所以 对于外界气温, 一般取 1 月份的平均气温作为最低气温, 月份的平均气温作为最高气温.均匀温度的 7 变化幅度与桥梁所在地区的自 然条件, 结构的 材料, 截面形状和尺寸等因素有关系, 设计时以 结构合拢 时的温度为初始值, 计算时分最高和最低计算温度, 即温度变化有升温和降温两种情况.由于预应力混