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《混凝土連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束優(yōu)化探究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、混凝土連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束優(yōu)化探究 摘要:本文在分析預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁開裂成因的基礎(chǔ)上,應(yīng)用有限元軟件,研究了預(yù)應(yīng)力對箱梁應(yīng)力的影響,并運用有限元軟件的調(diào)束方法,結(jié)合其有限元計算結(jié)果,得出了一些有關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼束優(yōu)化的有益結(jié)論,可為相關(guān)工程設(shè)計人員提供參考。關(guān)鍵詞連續(xù)箱梁;預(yù)應(yīng)力;裂縫;優(yōu)化中圖分類號:TU37文獻標識碼:A文章編號:引言預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,具有跨越能力大、受力合理、行車平順、施工方便、養(yǎng)護費用低等優(yōu)點,成為我國的主要橋型[1]。因我國大跨徑此類橋梁在20世紀70年代才開始興建,其設(shè)計理論不很完善、施工質(zhì)量缺陷、負荷超載以及管養(yǎng)工作不力等方面的原因,這類
2、橋梁上已出現(xiàn)了一系列的病害[2]。開裂是其中的一個重要病害,裂縫可能使得整體結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)能力、抗剪能力、跨越能力甚至承載能力下降。裂縫成因復(fù)雜,而合理優(yōu)化布置預(yù)應(yīng)力鋼束,增強橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力安全儲備,能有效的減少裂縫的產(chǎn)生,這對工程設(shè)計具有重要意義。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的開裂成因分析7預(yù)應(yīng)力箱梁開裂的原因比較復(fù)雜,如:(1)設(shè)計時,縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置不合理,使的截面的預(yù)壓應(yīng)力不夠均勻。(2)施工時,對預(yù)應(yīng)力張拉控制不嚴格,造成預(yù)應(yīng)力損失過多。(3)使用時,可能出現(xiàn)超載運營,或者出現(xiàn)較大沉降位移。而第一原因是主要原因,這是因為設(shè)計能引導施工,能提高使用時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力安全儲備。本
3、文主要研究預(yù)應(yīng)力優(yōu)化布置,減小結(jié)構(gòu)開裂的可能性,使其整個結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力得到提高。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的預(yù)應(yīng)力鋼束優(yōu)化3.1基本設(shè)計理論預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件由作用(或荷載)效應(yīng)組合和與預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土主拉應(yīng)力按下列公式計算:[4]………………(1)根據(jù)規(guī)范,對A類預(yù)應(yīng)力分段現(xiàn)澆構(gòu)件,其抗裂應(yīng)滿足。而先張法的正截面抗裂按如下公式計算:………………(2)從公式中可以得出,當豎向預(yù)壓應(yīng)力減小時,而剪應(yīng)力與正應(yīng)力不變時,主拉應(yīng)力會隨之增加;當,而采用部分彎起鋼束能夠抵抗剪力,7絕對值可減小,進而減小主拉應(yīng)力。在連續(xù)梁橋的設(shè)計中,與大跨徑的橋梁相比,跨徑較小的橋梁,其活載較小,剪
4、力變化幅度小,包絡(luò)值小,僅布置彎起腹板彎起鋼束可滿足規(guī)范的斜截面抗裂要求,隨著跨徑的增大,活載變大,剪力變化幅度也變大,僅布置彎起腹板彎起鋼束不能滿足規(guī)范的斜截面抗裂要求,這時需要布置一定數(shù)量的豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。3.2鋼束的布置優(yōu)化計算在連續(xù)箱梁的懸臂施工階段,一般設(shè)置頂板鋼束和腹板下彎的腹板彎起鋼束。如何調(diào)整頂板鋼束與腹板彎起鋼束之間的用鋼量比值來求得預(yù)期的最佳應(yīng)力效果,也是一個值得研究的問題。以某大橋為對象,主橋縱向布置為4跨(76+130+130+76)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁剛構(gòu)橋,墩頂?shù)目绺弑葹?7.33,跨中的跨高比為40.63,邊中跨比值為0.585,梁底為1.
5、8次拋物線,預(yù)應(yīng)力采用270級低松弛高強度鋼絞線,計算采用橋梁博士v3.3,全橋分195個單元,196個節(jié)點,采用附加截面模擬樁在橫向位置的數(shù)量,采用M法模擬樁土之間水平互與作用,樁底固結(jié),大橋兩端支座處鉸接,全橋共分59個施工階段,計算模型如下:圖2大橋計算模型。主要荷載工況的考慮為:臂狀態(tài)下的荷載包括自重、預(yù)應(yīng)力和施工荷載(掛籃及臨時荷載)7;使用階段荷載包括自重、預(yù)應(yīng)力和汽車荷載,支座沉降為1cm,基礎(chǔ)沉降2cm考慮,橋墩及梁體考慮整體升降溫20℃,橋面非線性溫度箱梁頂面為25℃,離橋面100mm處為6.7℃,離橋面400mm處為0℃,豎向日照反溫差乘以-0.5[3
6、]。經(jīng)調(diào)束計算后(滿足規(guī)范最底要求的最小用鋼量為控制目標),得到計算結(jié)果結(jié)果圖示如下圖3用鋼量變化圖從圖3中可以得到,當頂板鋼束用鋼量與腹板彎起鋼束用鋼量比值在0~2時,隨著其比值增大時,用鋼量將迅速減少,當比值超過2時,隨著其比值增大時,用鋼量逐漸增大,最后趨于定值。當頂板鋼束與腹板彎起鋼束的根數(shù)的比值為2時,得到了最優(yōu)用鋼量。當用鋼量的比值為2到3之間時,用鋼量變化比較平緩。這是因為在對連續(xù)箱梁進行鋼束布置設(shè)計時,一般的在短期效應(yīng)下,梁頂正拉應(yīng)力難以通過,需布置較多的鋼束,當只采用彎起鋼束時,彎起段的鋼束不能為梁的上緣挺供較多預(yù)壓應(yīng)力,故隨著頂板鋼束與腹板彎起鋼束用鋼
7、量比值的增大,用鋼量減小,但當其比值增大到超過一定值時,反而用鋼量有所增大,這是因為過少的腹板束,使主梁出現(xiàn)較大的剪應(yīng)力,進而需要布置較多的豎向預(yù)應(yīng)力鋼束來抵抗斜截面的抗裂,致總用鋼量增大,這與前面公式相互體現(xiàn)。下面以一座(36+60+60+36)米相對較小跨徑的跨連續(xù)剛構(gòu)橋為例,按照上述同樣原則,建立有限元模型計算,其短期效應(yīng)作用下的正截面抗裂驗算效應(yīng)圖如下。7效應(yīng)圖a效應(yīng)圖b圖4效應(yīng)對比圖在同類橋型中的正截面抗裂計算中,一般是以上緣應(yīng)力難以通過,其也是影響其鋼束用量的重要因素。效應(yīng)圖a表示布置頂板直束與腹板彎起束之比為2時