大跨径预应力混凝土连续刚构桥浅谈 - 图文

目 录

第一章 绪 论???????????????????????????1 §1.1 预应力混凝土连续刚构桥发展概况????????????1 §1.2 PC连续刚构桥设计参数优化的目的和意义??????????6 §1.3 主要研究内容??????????????????????7 第二章 工程结构优化基础?????????????????????8 §2.1 概述??????????????????????????8 §2.2 优化分析原理与方法???????????????????9 §2.3 本章小结????????????????????????13 第三章 PC连续刚构桥双薄壁墩设计参数优化?????????????14 §3.1 数值分析?????????????????????14 §3.2 参数优化分析??????????????????????26 §3.3 比较分析????????????????????????37 §3.4 本章小结????????????????????????38 第四章 箱梁优化分析???????????????????????39 §4.1 箱梁截面概述?????????????????????39 §4.2 箱梁细部优化分析????????????????????42 §4.2 箱梁高度优化分析????????????????????43 §4.3 本章小结???????????????????????51 第五章 PC连续刚构经济分孔????????????????????52 §5.1 既有PC连续刚构桥孔跨比分析??????????????52 §5.2 经济分孔分析??????????????????????54 §5.3 本章小结????????????????????????55 第六章 连续刚构桥预应力优化设计??????????????56 §6.1 概 述??????????????????????56 §6.2 预应力优化设计?????????????????????56 §6.3 算例分析????????????????????????62 §6.4 本章小结????????????????????????64

第七章 结论与讨论????????????????????????65 §7.1 主要结论???????????????????????65 §7.2 讨论??????????????????????????65 参考文献?????????????????????????????66 致 谢?????????????????????????????68

第一章 绪 论

§1.1 预应力混凝土连续刚构桥发展概况

一、概述

随着国民经济及现代化交通运输事业的快速发展，大跨度桥梁日益增多。大跨径预应力连续刚构桥正适应了桥梁建设的需要。

预应力混凝土连续刚构桥在体系上属于连续梁桥。连续梁桥是一种古老的结构体系，它具有变形小，结构刚度好，行车平顺舒适，伸缩缝少，养护简单，抗震能力强等优点。但由于施工方法限制，50年前的连续梁跨径均在百米以下，随着悬臂、悬拼等施工方法的出现，产生了T型刚构。上个世纪60年代，跨径在100～200m范围内，几乎都是大跨径预应力混凝土梁桥为优胜方案。早期有典型意义的桥梁便是联邦德国1953年建造的霍尔姆斯桥和1954年建造的科布伦茨（Koblenz）桥，然而这种结构由于中间带铰，并对混凝土徐变、收缩变形估计不足，又因温度等因素影响使结构在铰处形成明显的折线变形状态，对行车不利，因此对行车有利的连续梁式刚构桥型出现了。在上世纪60年代修建的联邦德国的本道夫桥已初步体现T型刚构与连续梁体系相结合的布置，而且T型刚构的粗大桥墩已被薄型柔性墩所代替，后续的一些著名桥例也采用了类似的结构形式。这样逐步形成了采用柔性薄墩（墩壁厚度一般为0.2～0.3支点梁高），墩梁固结形式的连梁刚构体系。

预应力混凝土连续刚构桥既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的特点，又有T型刚构桥不设支座、施工方便的优点，且有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，它利用高墩的柔度来适应结构由预应力混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移，能满足特大跨径桥梁的跨越及受力要求，同时在一定条件下具有用料省、施工简便、养护费用低等优点。连续刚构体系另一个特点是抗震性能好，水平地震力可均摊到各个墩上来承担，而连续梁则需要设置制动墩或是采用价格较昂贵的专用抗震支座。墩梁固结又便于采用悬臂施工方法，取消了连续梁在施工转换体系时所采用的墩上临时固结措施。因此，在世界各国的桥梁建筑中，预应力连续刚构桥在近四十年间得到了较快发展，最大跨径从一百米左右发展到超过300m，成为在海湾、深谷、大江大河上建造大跨度桥梁中广泛采用的结构形式之一。

连续刚构桥与连续梁的主要区别在于柔性桥墩的作用，使结构在竖向荷载

作用下基本上属于一种墩台无推力的结构，而上部结构具有连续梁桥一般特点。表1－1列示了国内典型T构及连续刚构桥。T型刚构、连续梁和连续刚构桥的主要优缺点对比见表1－2。

国内典型T构及连续梁刚构桥 表1-1

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 桥 名 石棉桥 柳州桥 江津仁 沱桥 台湾圆 山桥 黄陵矶桥 重庆长 江大桥 三江大桥 浊漳河桥 安康汉 江大桥 雉山漓 江桥 竣工年代 用途 结构形式 最大跨 全长 1966 1968 1977 1977 1979 1980 1981 1981 1982 1987 1988 公路 预应力砼 公路 公路 公路 公路 公路 公路 铁路 预应力砼 T型刚构 预应力砼 桁式T构 预应力砼 T型刚构 预应力砼 桁式T构 预应力砼 T型刚构 预应力砼 T型刚构 预应力砼 斜腿刚架 84 124 72.8 150 90 174 158 82 126 408.2 146 671 380.2 1120 762.8 171.1 1152 263.5 1916 特 点 第一次采用悬拼法施 工的预应力公路桥 第一次采用挂蓝悬浇 的公路桥 国内最大跨度跨中带 铰的桁式T构 国内最大带剪力铰 的T构 国内最大跨度带挂 梁的桁式T构 我国最大跨度预应 力砼T构 我国承载力最大的 公路T构 国内第一座预应力 砼斜腿刚架桥 国内第一座钢斜腿 刚架桥 国内第一座采 用V型桥墩 国内首次采用大 吨位力筋的桥梁 铁路 钢斜腿刚架 176 预应力砼 V型刚架 预应力砼 公路 连续刚构 公路 95 180 11 洛溪大桥 12 沅陵大桥 1991 公路 预应力砼 连续刚构 140 横向无粘结力筋，采用φ3.5m大直径钻孔767.2 桩，引桥顶推采用滑动与永久和二为一的支座体系 2580 国内最大连续长度 预应力连续刚构 为当时世界之最， 预应力束上布置彻 底消除了弯起束和 连续束 国内同类桥型连续 长度最长桥 13 黄石长 江大桥 1995 公路 预应力砼 连续刚构 预应力砼 连续刚构 预应力砼 连续刚构 预应力砼 连续刚构 245 14 虎门大 桥辅航 1997 道桥 1999 1999 公路 270 重庆黄花 圆大桥 厦门海 16 沧大桥西 航道桥 15 公路 公路 250 140 1030 380 双幅位于曲线上的桥

连续刚构桥的主要特点表现在以下几个方面：

·构造上一般有两个以上主墩采用墩梁固结，要求主墩有一定的柔度形成摆动支撑体系。因此，常在大跨径高墩桥梁结构中采用。

·墩梁固结有利于悬臂施工，同时避免了更换支座，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施。省去了大跨连续梁的支座，无需巨型支座的设计，节省制造、养护和更换支座的费用。

·受力方面，上部结构仍保持了连续梁的特点，但计入因桥墩受力及混凝土收缩、徐变及温度变化引起的弹塑性变形对上部结构的影响，桥墩需要有一定的柔度，使所受弯矩有所减小，而在墩梁结合处仍有刚架受力性质。

·抗震性能良好，水平地震力可均摊给各个墩来承受，不象连续梁需设置制动墩，或采用昂贵的专用抗震支座。

·边跨桥墩较矮，相对刚度较大时，为适应上部结构位移的需要，墩梁可做成铰接或在墩顶设置支座。

·伸缩缝位置在连续梁的两端，可置于桥台处，长桥也可设置在铰接处。为保证结构的横向稳定性，桥台处需设置控制水平位移的挡块。

1.国外概述

连续刚构这一桥型首先是在国外发展起来的。1964年联邦德国的本道尔夫（Bendorf）桥，主跨208米，其柔性墩宽2.8米；七十年代建成的日本滨名大桥，主跨240米；随着建筑材料和施工方法的进一步发展，1979年巴拉圭建成主跨270米的阿松星（Asuncion）桥；1985年澳大利亚建成主跨260米的门道（Gateway）桥，墩高48.28米（从承台顶至梁底）；随后阿根廷的塞塔鲍尔（Setubal）桥主跨140米，双薄壁中距10米,厚度仅为0.5米，支点梁高7米；挪威于1998年建成的世界第一的Stolma桥（主跨301米）和世界第二的拉夫特（Raft Sundet）桥（主跨298米），更是将大跨径PC连续刚构桥的跨径发展到了顶点！

2.国内概述

我国于1964年建成预应力T型刚构实验桥―盐河桥，跨度33米，两个T型双悬臂，中跨用剪力铰连接，边跨为自由悬臂。第一座预应力混凝土连续刚构桥是1988年建成的广东洛溪大桥，主跨180米，双薄壁高约30米，中距7.8米，厚2.2米，梁在支点处高10米；1995年建成主跨245米湖北黄石桥；1997年虎门大桥辅行道桥主跨270米，为当时PC连续刚构桥世界第一，其双薄壁箱形墩高35米，箱壁厚仅0.5米；1999年建成的主跨140米的海沧大桥西行道桥是目前国内最大跨径的弯连续刚构桥。在近几年还陆续建成了泸州长江二桥（主

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