预应力混凝土连续梁及斜拉桥施工计算

预应力混凝土连续梁及斜桥施算斜拉桥施工计算徐恭义中铁大桥勘测设计院•基本计算方法•基本计算方法平面有限元法（PRBP）平面有限元法（PRBP。。。）空间分析法（）空间分析法（SAP,MIDAS。。。。）•计算步骤简化计算图式建立计算模型划分节点、单元划分节点、单元确定材料、截面参数确定荷载工况进行荷载组合结果整理判读结果整理判读一.混凝土连续梁施工计算1.施工方法及施工计算.施工方法及施工计算2.运营计算及荷载组合3.预应力计算中的几个概念连续梁施工计算１.施工方法及施工计算施工方法整体施工法节段施工法顶推施工法施工方法：整体施工法节段施工法顶推施工法①满堂支架整体现浇：在满堂支架上整体浇筑主梁并完成预应力施加②造桥机逐孔装配：用造桥机等设备将预制节段借助预应力进行整孔装配②造桥机逐孔装配：用造桥机等设备将预制节段借助预应力进行整孔装配③移动模架逐孔浇筑：使用移动模架逐跨现浇主梁④整孔架设：使用大型起吊设备，将主梁整孔吊装就位④整孔架设：使用大型起吊设备，将主梁整孔吊装就位⑤悬臂施工：自桥墩向两侧对称悬臂拼装或浇筑施工⑥顶推施工在沿桥纵轴方向设置预制场分节段连续制梁向前顶推施工⑥顶推施工：在沿桥纵轴方向设置预制场，分节段连续制梁、向前顶推施工连续梁施工计算连续梁施工计算•整体法施工，无结构体系转换，内力计算简单。•分阶段法施工，需多次结构体系转换，内力计算相对复杂相对复杂。“不同的施工方法，产生不同的内力”满堂支架现浇连续梁施工计算满堂支架现浇满堂支架现浇满堂支架现浇拆除支架拆除支架，主梁自重内力M连续梁施工计算逐跨现浇之一a)逐跨施工a)逐跨施工b)主梁自重弯矩Mc)成桥二期恒载弯矩M逐跨现浇连续梁施工计算逐跨现浇之二a)施工第一跨自重M自重Mb)施工第二跨b)施工第二跨c)施工第三跨d)叠加内力Md)叠加内力M悬臂施工连续梁施工计算悬臂施工a)三跨连续梁布置图b)临时固结，对称施工c)边跨合拢d)拆除临时锚固e)上跨中合拢段f)跨中合拢g)主梁成桥自重内力顶推施工连续梁施工计算顶推施工梁内最大正弯矩梁内最大正弯矩梁内最大负弯矩顶推施工连续梁施工计算顶推施工梁的自重内力包络图不同施工方法在同样恒载作用下弯矩包络图对比连续梁施工计算不同施工方法在同样恒载作用下弯矩包络图对比支架现浇支架现浇悬臂施工逐跨架设支架现浇悬臂施工逐跨架设M1141156内力对比表Mmax11.411.56Mmin10.800.67内力对比表连续梁施工计算施工计算目的和计算内容计算目的：由于连续梁的内力与结构形成过程紧密相关故要对计算目的：由于连续梁的内力与结构形成过程紧密相关，故要对每个施工阶段作模拟计算，保证结构在所有施工阶段的内力、应力不超标，结构受力安全不超标，结构受力安全计算内容：自重、预应力、临时荷载、收缩徐变、温度影响、结构计算内容自重、预应力、临时荷载、收缩徐变、温度影响、结构次内力、二期恒载等连续梁施工计算施工计算的相关公式施工计算的相关公式yIMAN+=σ正应力验算yIA正应力验算主应力验算2222τσσσσσσ+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=cycxcycxcptpm)(30dCCCWss⎟⎟⎞⎜⎜⎛+σ裂缝宽度验算)(1028.0321mmECCCWsssfk⎟⎟⎠⎜⎜⎝+=ρ裂缝宽度验算连续梁施工计算正截面抗弯验算RSSpp≤+γγ0ppγγ0连续梁施工计算斜截面抗剪验算pbsbcsdVVVV++≤0γpbsbcsdVVVV0γ连续梁施工计算预应力计算预应力计算+△M+△M+△M施工阶段预应力弯矩图施工阶段预应力弯矩图连续梁施工计算+△σ+△σ+△σ施工阶段预应力上缘应力图施工阶段预应力上缘应力图连续梁施工计算2.运营计算及荷载组合恒载效应：结构自重、预应力、二期恒载等活载效应：汽车(冲击力、制动力)、火车(冲击力、制动力)、人群等附加荷载效应：温度、收缩徐变、基础沉降、风、地震等要对各种可能同时出现的可变荷载与恒载进行不同的组合，要对各种可能同时出现的可变荷载与恒载进行不同的组合，找到最不利的荷载工况，对结构按照桥梁设计规范要求的各项进行检算。主要包括：预应力度检算强度检算抗裂及裂缝宽度检算变形检算主要包括：预应力度检算、强度检算、抗裂及裂缝宽度检算、变形检算、应力检算等。运营阶段算例连续梁施工计算运营阶段算例14恒载：自重、预应力、二期恒载等活载：汽车(冲击力、制动力)、火车(冲击力、制动力)、人群1234活载：汽车(冲击力、制动力)、火车(冲击力、制动力)、人群附加力：沉降1：1#支撑沉降0.02m沉降2：2#支撑沉降0.02m沉降3：3#支撑沉降0.02m沉降4：4#支撑沉降0.02m温度结构整体升温温度结构整体降温温度1:结构整体升温20°c温度2:结构整体降温20°c温度3:顶板升温5°c温度4:顶板降温5°c组合号恒载汽车火车人群沉降１沉降２沉降3沉降4温度１温度2温度3温度4１√√√√√√√√２√√√√√√√√√√３√√√√√√√√√√连续梁施工计算成桥状态：弯矩上缘应力下缘应力连续梁施工计算运营状态主力组合：弯矩上缘应力下缘应力下缘应力连续梁施工计算运营状态主+附：弯矩上缘应力下缘应力下缘应力连续梁施工计算预应力计算中的个概念3.预应力计算中的几个概念预应力效应预应力梁工作原理连续梁施工计算a)无预应力连续梁弯矩图-136067KN·m连续梁弯矩图39228KN·mb)预应力连续梁弯矩图-49891KN·m连续梁弯矩图139884KN·m连续梁施工计算c)无预应力连续梁上缘正应力3.58MPa-5.31MPad)预应力连续梁上缘正应力13.40MPa连续梁施工计算e)无预应力连续梁567MPa下缘正应力5.67MPa-5.67MPaf)预应力连续梁下缘正应力14.85MPa预应力次内力Mo——预应力初弯矩M’——预应力次弯矩M——预应力总弯矩预应力损失(1)预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失(2)锚具变形钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失(2)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失(3)钢筋与台座之间的温差引起的应力损失(4)混凝土弹性压缩引起的应力损失(5)钢筋松弛引起的应力损失()(6)混凝土收缩徐变引起的应力损失预应力度05铁路规范规定，预应力混凝土结构其预应力度不宜小于07预应力混凝土结构，其预应力度不宜小于0.7。预应力度定义：σσλc=σ——由运营荷载(不包括预加力)引起的构件控制截面受拉边缘的应力(MPa)受拉边缘的应力(MPa)；σc——由预加力(扣除全部预应力损失)引起的构件控制截面受拉边缘的预压力(MPa)截面受拉边缘的预压力(MPa)。二.斜拉桥施工计算１.施工控制２.施工计算３运营计算３.运营计算斜拉桥施工计算１.施工控制及计算斜拉桥属于高次超静定结构，所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线型和结构恒载内力有着密切的关系。在施工阶段，随着斜拉桥结构体系和荷载状态的不断变化，结构内力和变形亦随之不断发生变化，因此需对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析、验算，求得斜拉索张拉吨位和主梁挠度、塔柱位移等施工控制参数的理论计算值，对施工顺拉吨位和主梁挠度、塔柱位移等施工控制参数的理论计算值，对施工顺序作出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制。只有这样，才能确保斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形始终处在安全的范围能确保斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形始终处在安全的范围内，成桥后主梁的线形符合预期目标，结构处于最优受力状态。斜拉桥施工计算斜拉桥调索：通过人为的改变各斜拉索的拉力，来改善结构的位移和内力状态。斜拉桥施工的基本原则是“塔直梁平”，实现“索力、内力、线形”三控。线形相近，“索力差也会导致主梁超应力”。线形相近，索力差也会导致主梁超应力。施工时，可按照实时监控数据，对主塔水平位移做少量的预偏，或对主梁进行预抛高以达到结构具有较好的应力状态行预抛高，以达到结构具有较好的应力状态。斜拉桥施工计算斜拉桥调索T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T12T11T10T9T8T7T1T2T3T4T5T648mm未张拉斜拉索时的变形图张拉斜拉索后的变形图-31mm未张拉斜拉索时的变形图张拉斜拉索后的变形图斜拉桥施工计算斜拉桥调索T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T12T11T10T9T8T7T1T2T3T4T5T6-6036KN·m6036KNm-843KN·m未张拉斜拉索时的主梁弯矩图张拉斜拉索后的主梁弯矩图5131KN·m647KN·m未张拉斜拉索时的主梁弯矩图张拉斜拉索后的主梁弯矩图斜拉桥施工计算斜拉桥调索T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T12T11T10T9T8T7T1T2T3T4T5T65.83MPa1.87MPa-0.71MPa未张拉斜拉索时的主梁上缘应力图张拉斜拉索后的主梁上缘应力图-6.11MPa未张拉斜拉索时的主梁上缘应力图张拉斜拉索后的主梁上缘应力图斜拉桥施工计算“同样的变形，可能是不同的内力状态！”变形0,-20,-2近乎卸载近乎卸载变形(mm)-1,-2-1,-2索力,1,259索力(KN)358354754818954主梁弯矩(KN·m)-818250-954250574斜拉桥施工计算主梁上缘应力0.641.44主梁缘应力(MPa)-0.41-1.12195252主梁下缘应力(MPa)1.95-0.152.52-0.97２施工计算斜拉桥施工计算２.施工计算斜拉桥施工过程斜拉桥施工过程斜拉桥施工计算施工阶段变形图施工阶段变形图斜拉桥施工计算施工阶段主梁弯矩图施工阶段主梁弯矩图斜拉桥施工计算施工阶段主梁上缘应力图施工阶段主梁上缘应力图３运营计算斜拉桥施工计算３.运营计算主梁跨中轴力影响线主梁跨中剪力影响线主梁跨中弯矩影响线斜拉桥施工计算边索轴力影响线普通索轴力影响线斜拉桥施工计算塔底轴力影响线塔底轴力影响线塔底弯矩影响线算例斜拉桥施工计算算例该模型承受以下荷载：该模型承受以下荷载恒载活载：人群附加力风荷载12沉降123456附加力：风荷载1,2沉降1,2,3,4,5,6温度1,2,3,4组恒人沉沉沉沉沉沉风风温温温温组合号恒载人群沉降１沉降２沉降3沉降4沉降5沉降6风风温度１温度2温度3温度4１√√√√√√√√１√√√√√√√√２√√√√√√√√√√√３√√√√√√√√√√√４√√√√√√√√√√√５√√√√√√√√√√√斜拉桥施工计算运营状态主力组合：弯矩上缘应力上缘应力下缘应力斜拉桥施工计算运营状态主加附组合：弯矩上缘应力上缘应力下缘应力附：混凝土桥梁结构病害混凝土结构施工的最大风险：模架垮塌混凝土结构施工的最大隐患预应力孔道压浆混凝土结构施工的最大隐患：预应力孔道压浆钢筋保护层问题箱梁顶板开裂漏水预应力孔道渗水混凝土桥面开裂孔道压浆不实刨面取证孔道压浆不实：刨面取证桥梁垮塌ＫororBabelthuap帕劳桥（跨中设铰）帕劳桥（跨中设铰）主跨241m1976年建成，年维修后垮塌1996年维修后垮塌20年！黄石长江大桥预应力病害难以根除“前期施工微小的隐患，后期运营显著的病害”黄石长江大桥预应力病害难以根除本文由中铁大桥勘测设计院科研所刘芸欣协助制作谢谢！谢谢！