不同合拢状态温度差轴向应力计算

不同合拢状态温度差轴向应力计算

总第94期

　　　　　　西部探矿工程seriesNo.94

2004年第3期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGMar.2004

文章编号:1004—5716(2004)03—0139—03中图分类号:U44115　文献标识码:B

不同合拢状态温度差轴向应力计算

王培传

(中铁隧道集团二处有限公司,河北三河065201)

摘　要:根据岭脚大桥主梁结构,结合现场施工需要,分别对主桥采用先边跨合拢和先中跨合拢状态下由温度差产生的轴向应力进行计算并进行简单的分析,仅供在施工中参考。关键词:边跨;中跨;合拢;温度差;轴向应力

1　概述

Eg、Eh—分别为钢和混凝土的弹性模量,分别取2.1×105MPa、3.5×104MPa;

Aih———箱梁的第i平均截面积;

Ag———钢接杆截面积,[40钢的截面积为75cm2,合计2;

ihI。

徽杭高速公路岭脚大桥全长470.8m,纵向采用分离双幅形式。主桥为双幅4跨预应力混凝土变高度直腹板连续刚构体系箱梁,其结构形式为45m+2×80m+45m,单箱单室

。箱梁顶板宽11.0m,底板宽5.5m;梁高在主墩处为4.5m(4.61m),在过渡墩和中跨跨中处为2.0m(2.11m)。箱梁底板厚度和梁高主要按抛物线变化,来实现。

主桥箱梁采用挂篮悬臂施工,##,的对称悬臂浇筑,边跨5.,按设计先边跨后中跨的顺序进行合拢。

由于过渡墩3#墩施工严重滞后,给按先边跨后中跨的设计合拢顺序合拢带来困难,为此施工方建议采用先中跨后边跨的合拢顺序合拢。

2　先中跨合拢

2.1　中跨合拢轴向应力计算

1。

表1　箱梁特性表

节段号

1234567891011

平均截面积

(m2)10.810.29.89.28.78.38.07.67.47.27.1

节段长度

(m)3.53333334444

Lhi/(EhiAhi)(×10-12MPa)

9.38.48.79.39.910.310.715.015.415.916.1

岭脚大桥主桥为变截面箱梁,为简化计算,将温度变化产生的轴向内力按线型膨胀计算,并将截面箱梁分段按平均截面计算。由于主墩4#、5#、6#墩与箱梁固结(如图1),假设主墩的刚度足够大,在温度变化时两端墩身无位移,则依据变形协调原理得:

根据现场准备合拢时间和当地气候,取△t=10℃。将以上

3

数据代入(1)式得:N=18.48×10kN。

图1　温度应力计算图示

2.2　临时钢接杆的验算

(1)

N1=α△tL/{Lg/(EgAg)+2∑[Lih/(EhAih)]}

在施工设计图中,合拢块在合拢前需采用临时钢接杆进行锁定,临时钢接杆见图2。每个合拢段(单幅)共用4根钢接杆,顶底板处各2根,每根钢接杆由2根[40槽钢组拼而成。由于合拢期很短,在此期间混凝土发生徐变很小,可以忽略,则临时钢接杆上所受的力即约等于N。这种巨大的应力对钢接杆的焊接也提出很高的要求。

2.2.1　焊缝剪应力计算

式中:N1———梁因升温所受的轴向力;

t———合拢期间温度差;

α———钢筋混凝土线膨胀系数,取1×10-5;

L、Lh、Lg———分别是合拢跨长及悬臂浇筑段长度和合拢块

钢支撑的长度,分另取77m、37.5m、2.0m;

不同合拢状态温度差轴向应力计算

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Mar.2004

西　部　探　矿　工　程　　　　　　　　　　　　　　　　　　

No.3

对弱轴的惯性矩,取2114cm4;

将以上数据代入(5)式得λe=36.8,则查表得 2=0.898。μ———考虑弯矩因杆件受压而增大所引用的值,取1.4;

M———杆件中部1/3长度范围内最大计算弯矩,M=ql2/24=7.6kN m;

Wm———截抵抗矩,取1758cm3。

图2　临时劲性钢杆件示意图

在施工图设计中,临时钢接杆与箱梁内的预埋件采用焊接连接,焊缝高8mm,每条焊缝长60cm。则:

τ=N/(0.7hf∑L)

f

μ、将N、 1、 2、M、Wm的值代入(3)式是σ=311MPa

σ]=126MPa,故临时钢接杆的强度和稳定性均不能保证。> 1[

2.3　墩顶位移

(2)

以上计算均是以主墩刚度足够大,而且在轴向应力作用下墩顶不发生位移为前提的,但设计主墩为薄壁柔性墩,当发生温度变化时,箱梁和钢接杆的变形将使箱梁两端主墩墩顶产生位移。由于中跨两跨同时合拢,5#墩处于力的理论平衡状态,墩顶不发生相对位移;而4#、6#墩墩顶位移量与箱梁和钢杆接杆因温度差产生的变形量之和相等,即:

αδ=△tLg+2tLhl=αg△h△

式中α:g———钢的线膨胀系数,取2×10-5;

——,取1.0×10-5;h—

g,2.;

h,37.5m;其它符号同上。

(6)

式中:N1———由于温度差产生的轴向应力;

hf———贴角焊焊缝高度,取8mm;

∑——焊缝的计算长度,取9.6m。L—f

τ],不能将上述数据代入(2)式得τ=343.8MPa>85MPa=[满足规范要求。只有当焊缝总长达27.2m,即每条焊缝长约

1.7m,才能使焊缝满足抗剪要求,但从施工角度考虑,在短时间

内完成合拢段的临时锁定是有一定难度的。

2.2.2　临时钢接杆计算

若焊缝能够满足抗剪要求,则临时钢接杆也必须满足要求才能保证临时锁定能够正常工作浇筑均在一天气温最低时进行,在温度变化()图3所示。(槽钢自重)。

则:

(6)式得△l=8mm。

3　先边跨合拢3.1　边跨合拢应力计算

岭脚大桥边渡墩顶箱梁底设有盆式橡胶支座,箱梁在温度变化时引起的热胀冷缩产生的轴向应力一部分会因为支座的活动得以释放,

边跨合拢的应力计算图见图4。箱梁因温度变化产生的轴向应力即等于支座的摩擦力:

图3　钢杆件计算图示

σ=N/Am+ 1/ 2μ M/Wm

式中σ:———杆件的弯曲应力;

N———杆件所受的计算轴向应力,取4.62×103kN;

(3)

图4　温度应力计算图示

1———轴凡受压杆件的纵向弯曲系数,可由杆件的长细比λ确定。

λ=L/rx

式中:L———杆件的自由长度,取2.0m;

rx———杆件对强轴的回转半径。rx=

x/Am

(4)

N2=Qf(7)

式中:N———合拢段钢性支撑所受的压力;

Q———合拢段半跨及自由伸缩段梁的自重,取4966kN;f———支座摩阻系数,橡胶支座取0.06。

将以上数据代入(7)得N2=298kN。

(3)得τ=5.5MPa<85MPaσ将N2分别代入(2)、,=8.1MPa

<126MPa,即钢接杆的焊缝、强度和稳定性均能得到保证。3.2　中跨合拢计算分析

式中:Ix———杆件对强轴的惯性矩,取35200cm4;

Am———杆件的截面积,取150cm2。

将以上数据代入(4)式得λ=13.1,经查表得 1=0.9。 2———杆件在主平面内受弯时的纵向弯曲系数,其值可由杆件的计算长细比λe来确定;

λ L/h rx/rye=α式中α:———系数,取1.8;

h———杆件的高度,取40cm;ry———杆件对弱轴的回转半径,rx=

y/Am,其中Iy为杆件

(5)

边跨先合拢后,主梁边跨形成一次超静定结构,当再进行中跨合拢时,过渡也参与了计算。基于箱梁两端主墩墩顶未发生位移,则临时钢接杆所受的轴向应力与先中跨合拢时的中跨临时钢接杆所受的轴向应力相等,即N1。临时钢接杆和焊缝的抗剪验算与先中跨合拢时中跨临时钢接杆相同。但由于主墩为柔性墩,当箱梁因温度差发生变形时,主墩4#、6#墩顶必然发生位

(下转第143页)

不同合拢状态温度差轴向应力计算

2004年　　　　　　　　　　　　　　　　　张四新:预应力锚索加固高边坡施工技术第3期4.54.5.1

143

预应力张拉

钢筋砼锚墩及横竖锚梁施工

第一次注浆完成后,即浇筑30#钢筋砼锚墩及横竖锚梁。锚

(2)钻进达到设计深度后,不能立即停钻,必须在停止进尺的情

况下,稳钻1～2min,防止孔底端部尖灭,达不到设计的锚固直径;

(3)要间隔钻孔,防止邻孔干扰造成塌孔;

(4)钻孔完成后应将孔内清洗干净。可先用高压水冲洗,再

墩尺寸为1m×1m×0.6m,锚梁尺寸为0.4m×0.3m。同一排的锚墩与锚梁要一次浇筑。锚墩中心加设 12×12cm(直径)×15

(高度)螺旋筋,螺旋筋套在钢绞线防腐管外侧。锚墩上表面应与

用高压风吹干,以防止锚索不能下到预定深度。

5.2

钢绞线轴线垂直。

4.5.2

注浆过程中应注意的问题

(1)注浆浆液应搅拌均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完,

安装钢垫板

锚墩浇筑后在其表面座30#砂浆安置30cm×30cm×3cm钢垫板,钢垫板中心钻70mm孔、边部钻30mm孔分别穿钢绞线和第二次注浆管,进一步校正与锚孔轴线垂直。

4.5.3

并严防石块、杂物混入浆液;

(2)注浆开始和中途停止较长时间,再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵和注浆管线;

(3)做好注浆记录;

(4)第一次注浆在孔口溢出浆液时即可停止注浆;

(5)第二次注浆应在注浆压力≥0.4MPa时稳压15～20min,

预应力张拉

(1)砂浆强度达到80%以上时,方可加载张拉。拉前张压力

表与千斤顶应标定合格方可使用。使用OVM15—4型锚具,采用YC150型四束锚筋张拉千斤顶及配套油压泵,四束同步张拉。

(2)安装20cm×20cm×2cm钢垫板,安装工作锚板、夹片、限位板、千斤顶。正式张拉前必须依次取设计值的0.2、0.25、0.5、

1.0、1.2倍进行逐级预张拉5次,使张拉设备各部位紧密接触,

以使注浆充分。

5.3

张拉施工中应注意的问题

(1)张拉前应将钢垫板和锚具安装好,并和锚索轴线方向垂

直,安装千斤顶时注意千斤顶轴线应于锚索轴线在一条直线上,;

),按标定的数据进行,、油管的畅通,;

(3)锚索张拉荷载要分段逐步施加,严禁一次加至锁定荷载;

(4)张拉过程中应记录张拉力与伸长值,最后形成汇总表;(5)张拉过程中应采取防护措施,防止钢筋断裂或预应力设

索体完全平直,然后再张拉至设计值,并持荷25～30min,然后对锚筋进行锚固。张拉完成后移去工具锚、千斤顶及限位板,用切割机切除多余钢绞线,锚具外预留钢绞线长度>7cm,却。

4.6

补浆封锚

,要保持稳压15～20min(≥0.4MPa),然后用砼封盖锚板顶部,防止锚头风化侵蚀。

55.1

备的破坏,千斤顶后不能站人。

6　结束语

施工中应注意的一些问题

钻孔中应注意的问题

(1)在钻孔过程中每次提钻后要对岩芯进行观察描述和记

采用预应力锚索对高边坡进行防护,防护效果好,施工场地占地小,避免了用抗滑桩、挡墙等大型圬工结构进行防护,节约空间,尢其是在场地受限的施工地段,更显出其优越性。另外,由于其施工操作简便,施工成本低,可获得较好的经济效益,在高边坡防护施工中值得推广应用。

录,记录各岩层岩性、厚度及其裂隙发育、充填胶结情况,做好岩芯的地质描述,发现问题及时处理;

(上接第140页)

移,则过渡墩上的支座将发生滑动,其摩擦阻力N2与钢接杆所受的轴向应力相等,则此时相关计算过程与边跨合拢相同。

边跨合拢后两跨中跨同时合拢,5#墩由于前后所受力理论上相等不会发生相对位移,则两跨主梁的变形均转移至4、6,则两墩的相对位移与先两中跨同时合拢时的位移相同,即8mm。

4　结论

#

#

略不计,即4#、6#墩墩顶的位移量与合拢顺序无关。

(3)无论先边跨或先中跨合拢,理论上边跨合拢的温差轴向应力相等,但中跨合拢的温差轴向应力与合拢顺序有一定的关系。

(4)合拢顺序不同,结构受力图式不同,结构内力也不相同。所以合拢顺序的调整必须征得设计和监理单位的同意,并有可靠的理论计算依据及过程,否则施工单位不能轻易调整合拢顺序。

参考文献:

[1]　雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社,2000.[2]　马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001.[3]　周水兴,等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001.[4]　孙更生,等.中国土木工程师手册[M].上海:上海科学技术出版社,

2001.

从以上的分析中可以得出以下结论:

(1)中跨合拢时临时钢接杆的验算及焊缝的抗剪验算是基于主墩刚度足够大为前提的,在此前提下无论是先边跨合拢还是先中跨合拢,原设计图的钢接杆及其焊缝均不能满足规范要求。

(2)由于主墩为薄壁空心柔性墩,当箱梁因温度差产生变形时,在巨大的推力作用下墩顶发生了相对位移,箱梁的变形量将转换成墩顶位移。虽然先边跨合拢会在过渡墩支座上产生摩擦阻力,但其阻力仅为中跨合拢时箱梁轴向应力的1.6%,可以忽

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