预应力混凝土矮塔斜拉桥施工设计及控制精品PPT课件.ppt
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1、1,预应力混凝土矮塔斜拉桥施工设计及控制,2,3,4,目 录,一,概述,二,施工设计,三,施工控制,四,结语,5,一、概述,矮塔斜拉桥(部分斜拉桥),塔、梁、墩和索四种基本构件组成的组合体系桥。,6,一、概述,结构特点:塔矮、梁刚、索集中,7,一、概述,三跨连续梁跨中弯矩及中间支座的负弯矩较大,而轴力为零。,使梁体所受弯矩减小,最有效的办法是减小梁的跨度,即增加支点。三跨连续梁中增加4个支点,把三跨连续梁变成七跨连续梁,梁体弯矩大大的降低。,8,一、概述,将增加的4个支点用斜拉索来替代,把单根较大的索分成若干较小的索布置在附近,则形成矮塔斜拉桥。,9,一、概述,为了进一步减小梁的弯矩,可继续增
2、加支点,减小梁的跨度,当支点增加至一定数量时,则梁的弯矩继续减小,把支承用斜拉索来代替形成斜拉桥。,10,一、概述,从连续梁、矮塔斜拉桥到斜拉桥,主梁承受的弯矩逐渐减小,而轴力却逐渐增加。,11,一、概述,在量化指标方面,部分学者引入了矮塔斜拉桥“斜拉索荷载效应影响度”的概念,定量分析矮塔斜拉桥斜拉索工作的实质,并提出能综合反映矮塔斜拉桥结构及受力特征的参数-“矮塔斜拉桥特征参数”。 用“矮塔斜拉桥特征参数”来区分矮塔斜拉桥和斜拉桥。,矮塔斜拉桥既不是梁桥也不是传统的斜拉桥,力学行为介于两者之间。,12,一、概述,“矮塔斜拉桥特征参数” 的表达式为:,当a=4050时,斜拉索对静荷载的荷载效应
3、影响度均小于30%,斜拉索的作用主要是改善主梁的受力,即体外预应力的作用,可以界定为矮塔斜拉桥。,典型特征:主梁刚度大,设置斜拉索主要作用是改善主梁受力,以适应更大的跨度,因此矮塔斜拉桥结构可认为是带有体外预应力的梁桥。,13,(1)美学景观特征:主梁高度是连续梁的1/2左右,具有纤细、柔美的美学效果,克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上、下部结构不协调的弊端。桥塔和斜拉桥的设置使其具有斜拉桥宏伟、壮观的视觉效果。,(2)跨径布置灵活:矮塔斜拉桥可设计成单塔双跨、双塔三跨和多塔多跨等不同的结构形式。单跨径在100300m范围内为宜,克服了多塔斜拉桥做带来的刚度不足和各跨相互影响的弊端
4、,发挥了多跨连续梁桥的优点,布置选择空间大。,一、概述,矮塔斜拉桥的特点:,(3)结构受力可靠:索短、垂度小,振动次应力小;主梁刚度较大,索力变化对主梁影响较小;索对结构抗力的贡献较小,荷载下的索应力变化较小,抗疲劳性能提高。,(5)经济性好:该桥型每延米造价与连续梁桥基本持平,低于一般斜拉桥造价,具有可观的经济效益。,(4)施工简便:矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同,可采用悬浇法施工。索力变对主梁影响较小,施工中不必调整斜索拉力。由于矮塔斜拉桥桥塔较矮,桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。,14,一、概述,斜拉桥和梁桥的协作体系。 塔、梁、墩和索四种基本构件不同的结合方式将产生不同的结构
5、体系。,三种主要结合方式,塔梁固结体系,塔墩固结体系,塔墩梁固结体系,15,一、概述,塔与梁固结,塔墩分离,主梁一般在塔柱处设置固定支座,相当于顶面用拉索加强的连续梁或悬臂梁。主梁的内力与挠度直接与索塔的弯曲刚度比值有关。适用中、小跨度,应用最广。 优点:减小主梁中央段承受的轴向拉力;塔根弯矩较小;结构的整体刚度较小,主梁和索塔中的温度内力也比较小 。 缺点:主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜,塔顶水平位移大;显著增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩;支座吨位大。,塔梁固结体系,16,一、概述,塔墩固结、塔梁分离,在塔墩处主梁下设置竖向支承,是一种具有多点弹性支承的连续梁。一般均设活动支座,以避免由于不
6、对称约束而导致不平衡温度变位,水平位移将由斜拉索制约。适用跨度稍大、墩高较矮。 特点: 主梁内力在塔墩支承处出现负弯矩峰值,需加强支承区段的主梁;若在塔墩处设置可调节高度的支座或弹性支承,并在成桥时调整支座反力,以消除大部分收缩、徐变等的不利影响,这样就可以在经济和减小纵向漂移方面将会有一定好处;整体刚度比塔梁固结体系大。,塔墩固结体系,17,一、概述,塔墩梁固结体系也称为刚构体系,它的特点是塔、墩、梁相互固结,形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。 跨度内具有多点弹性支承的刚构。适合于独塔且墩高稍大、跨度稍大的矮塔斜拉桥,双塔时需是柔性墩,否则温度附加力大。 优点: 结构刚度很大,主梁和塔柱挠度
7、小,免除了大型支座又能满足悬臂施工的稳定要求,是最适合用悬臂法施工的一种体系。 缺点: 主梁固结处负弯矩大,使固结处附近截面需要加大,而且动力性能较差。,塔墩梁固结体系,18,目 录,一,概述,二,施工设计,三,施工控制,四,结语,19,二、施工设计,20,二、施工设计,21,二、施工设计,施工流程,22,二、施工设计,23,二、施工设计,24,二、施工设计,具体施工步骤,25,二、施工设计,26,二、施工设计,27,二、施工设计,28,二、施工设计,施工设计的主要内容,0#块施工设计,悬浇挂篮施工设计,主塔施工设计,边跨直线段施工设计,以塔梁固结体系的矮塔斜拉桥为例,介绍矮塔斜拉桥施工设计方
8、面的内容。,合龙设计,29,0#块施工设计,施工的流程一般是:,搭设墩旁托架,安装临时支座,安装正式支座,整修锚固钢筋,安装底模,预 压,节段施工,二、施工设计,30,二、施工设计,31,二、施工设计,牛腿托架:墩高、桥墩刚度大,32,稳定设计的设计参数需通过对大悬臂状态的主梁进行稳定计算来确定。,一般通过墩梁临时固接或者墩旁设临时支架来克服最大悬臂状态下的不平衡力矩。,二、施工设计,33,二、施工设计,稳定设计以大悬臂状态下的结构稳定计算为依据。,1、大悬臂状态主体结构抗倾覆计算 (1)荷载取值 (2)最大不平衡弯矩计算 (3)稳定系数计算 2、墩梁固结主墩的安全性计算 3、稳定设计,34,
9、二、施工设计,(1)荷载的取值,W1挂篮等自重,W2不平衡荷载,包括少一个节段重量、混凝土方量误差5%、少一只挂篮、桥面临时荷载等。,P1、P2分别为两侧主梁所承受的均布风荷载(主梁升举力)。,P1=PP2=P/2,35,二、施工设计,大悬臂状态下主体结构的抗倾覆计算主要是要计算出大悬臂状态下主梁结构的不平衡弯矩。 不平衡荷载: 挂篮不平衡荷载、梁段滞后一个节段不平衡荷载、不平衡风荷载(升举平衡风和横向风)。,(2)最大不平衡弯矩计算,36,工况1:T构施工至大悬臂,此时一边有挂篮,一边无挂篮; 工况2:梁升举不平衡风载,T构施工至大悬臂,此时一边有挂篮,一边无挂篮;,二、施工设计,按照实际可
10、能出现的各种最不利状况对三种不平衡荷载进行组合后,一般考虑以下几种计算工况:,37,二、施工设计,工况3:T构一边施工至大悬臂,另一边滞后一个节段,两边有挂篮;,工况4:梁升举不平衡风载,此时T构一边施工至大悬臂,另一边滞后一个节段,两边有挂篮;,38,二、施工设计,工况5:横向风荷载,T构两边施工至大悬臂,此时一边有挂篮,一边无挂篮;(计算T构锚固结构的剪力 ),综合以上各工况的计算结果,得出大悬臂状态下主梁结构的最大不平衡弯矩,以此为依据进行抗倾覆稳定设计。,39,二、施工设计,(3) 稳定系数计算,Ki1.3,40,二、施工设计,2、墩梁固结主墩的安全性计算,(1)墩身抗弯验算 墩身按照
11、普通钢筋混凝土构件进行分析,主要是根据计算的弯矩和剪力进行正截面强度计算,计算各截面混凝土压应力和钢筋的拉应力。,(2)基础验算 对主墩基础进行稳定性验算,保证基础的强度和水平位移满足规范要求。若基础稳定性不满足要求,则应采取适当辅助措施(如落地钢管托架等)减小墩身承受的不平衡弯矩,使之满足规范要求。,41,二、施工设计,形式一:墩梁临时固结 此种做法在斜拉桥和连续梁桥施工中较为常见,具有用料省、工艺简单等诸多优点,是现行最常用的抗倾覆设计方法。,顺桥向,3、稳定设计,42,二、施工设计,形式二:墩旁托架 常用的墩旁托架有落地钢管托架和墩顶牛腿托架两种。,落地钢管托架:0号块长,墩身刚度弱或基
12、础较差。,43,悬浇挂篮设计,二、施工设计,挂篮结构形状:桁架式(平弦式、菱形、弓弦式、鹰嘴式)、斜拉式(常见为三角)、型钢式及混合式。,挂篮为悬臂浇注的主要施工设备。,44,二、施工设计,三角挂篮,平弦桁架式,三角挂篮,菱形挂篮,45,二、施工设计,46,二、施工设计,47,二、施工设计,48,二、施工设计,49,二、施工设计,50,二、施工设计,挂篮的主要技术参数: a、挂篮自重:自重系数一般控制在0.30.5之间 b、最大整体弹性变形要满足施工规范相应要求 c、混凝土浇注时抗倾覆稳定系数:2 d、空载行走时抗倾覆稳定系数:2 e、设计要考虑施工过程的可调性和今后的通用性。挂篮加载试验-
13、最大节段重量的1.2倍,平衡方式- 压重式、锚固式、混合式走行方式- 一次到位、二次到位移动方式- 滚动式、滑动式、组合式,51,二、施工设计,主塔施工设计,主要内容:主塔施工支架和索鞍定位支架。,52,二、施工设计,53,二、施工设计,54,二、施工设计,边跨直线段施工设计,边跨梁段施工一般宜采取就地设立支架,在支架上立模浇筑边跨梁段混凝土。 边墩较高,可采用牛腿式支架进行边跨梁段施工。,55,二、施工设计,足够的强度和刚度;简便可行的脱模措施;基础设计与施工要求牢固,防止产生不均匀下沉;支架预压,压重为1.2倍浇筑梁段重。,支架立设时,要注意以下几点:,56,二、施工设计,合龙设计,合龙段
14、施工的一般原则:先边后中,依次对称进行。 合龙前适时采用劲性骨架对合龙口进行临时锁定。,57,二、施工设计,合龙段底模平台的设置可采用支架、吊架或挂篮进行施工,箱梁顶应预留进灰孔,以便浇筑底板混凝土。,合龙段施工如立模、绑扎钢筋或安装钢筋骨架,制孔管的安装、浇筑混凝土及张拉方法均与其它梁段施工相同。,58,目 录,一,概述,二,施工设计,四,结语,施工控制,三,59,三、施工控制,超静定结构的最终受力状态与施工过程密切相关。,60,三、施工控制,矮塔斜拉桥采用分段悬臂施工时,施工控制原则为: 主梁架设阶段-主梁标高控制为主、兼顾拉索索力和结构应力; 二期恒载施工阶段-拉索索力控制为主,即以减小
15、拉索索力的离散性和改善结构的受力性能为主;,由于矮塔斜拉桥主梁的刚度较大,施工过程中一般不通过改变拉索索力来调整主梁标高。,61,三、施工控制,桥梁施工控制采用的方法主要有:设计参数识别方法、Kalman滤波方法,灰色理论方法和神经网络方法等。,设计参数误差:在对桥梁结构进行分析时,所采用的理想设计参数值与桥梁结构实际状态所具有的相应设计参数值之间的偏差。 施工控制中如何恰当地计入这些误差,使计算模型中的结构参数尽量接近桥梁的真实结构参数,是首先需要解决的问题。,62,三、施工控制,1材料容重2构件截面尺寸3材料弹性模量4构件预加应力5斜拉索索力6施工荷载7与时间相关的参数(温度、收缩、徐变等
16、),桥梁结构的设计参数:,63,三、施工控制,(1)混凝土弹性模量,根据斜拉索张拉前后主梁标高的变化计算出结构刚度,再反算混凝土的弹性模量。 (2)浇注混凝土误差,根据混凝土浇注前后测试索力的变化和主梁标高的变化来判断。 (3)挂篮定位误差,根据实测定位标高与理论标高的差值来判断。,设计参数误差判断:,64,三、施工控制,(4)温度的影响,根据24h观测主梁标高和索力的变化来判断。 (5)预应力误差,根据预应力钢束张拉端油表读数和钢铰线伸长量的变化来判断。 (6)索力误差,根据索力测试结果来判断。 (7)测量误差,根据测量资料的变化趋势来判断。,65,三、施工控制,主要控制内容,(1)混凝土弹
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