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1、“山区不对称连续刚构设计与施工关键技术” 专题研究大大 连连 理理 工工 大大 学学 交通部西部交通建设科技项目交通部西部交通建设科技项目 2011.5主要内容主要内容 1. 采用不对称连续刚构的必要性2. 不对称连续刚构的静力性能3. 不对称连续刚构的动力性能4. 不对称连续刚构的主要构造参数5. 不对称连续刚构的施工要点6. 本课题依托工程简介7. 结论1.1.采用不对称连续刚构的必要性采用不对称连续刚构的必要性 我国西部地区的地形特点是多山、地形起伏大，桥梁跨越处地形常常遇见“U”形峡谷，地势险峻，为桥型布置带来很大的困难。1.1.采用不对称连续刚构的必要性采用不对称连续刚构的必要性六广
2、河大桥 传统的连续刚构：1. 上部结构对称，下部结构基本对称；2. 结构受力简单明确，有很多工程实例可作参考；3. 在山区峡谷地形条件下很难实现；4. 结构与环境不够和谐；5. 工程造价较高。1.1.采用不对称连续刚构的必要性采用不对称连续刚构的必要性 不对称连续刚构：1. 分跨不对称；2. 墩高不对称；3. 结构受力相对复杂，可参考的工程实例少；4. 能够与山区峡谷环境相协调；5. 工程造价相对较低。1.1.采用不对称连续刚构的必要性采用不对称连续刚构的必要性思南县岩头河大桥思南县岩头河大桥 2.2.不对称连续刚构的静力性能不对称连续刚构的静力性能研究方法： 以对称连续刚构桥为基础，逐渐减小
3、其中一个T构的悬臂长度，从而形成一系列不同程度的不对称连续刚构，对其进行各种荷载作用下的结构静力计算。根据计算结果，分析结构的静力响应与不对称程度之间的关系。2.1 2.1 分跨不对称连续刚构的静力性能分跨不对称连续刚构的静力性能 定义两T构的悬臂长度（包括墩顶梁段）之比为分跨比例（不对称系数），即：2.1 2.1 分跨不对称连续刚构的静力性分跨不对称连续刚构的静力性能能式中，与分别为小T构与大T构的悬臂长度（包括墩顶梁段长度）。对称时=1。部分不对称连续刚构计算模型示意图 计算假定：1、各计算模型的预应力配束原则与方式一致；2、施工工序一致；3、两侧桥墩截面形式、高度一致。2.1 2.1 分
4、跨不对称连续刚构的静力性分跨不对称连续刚构的静力性能能 在不对称连续刚构中，当不对称系数过小（即小T悬臂很小）时，将导致短边跨的支座出现负反力。本文针对上述一系列不同程度的不对称连续刚构（=0.131.0），分析其支座反力与不对称系数的关系，以期得出某种规律。 其中R1为小边跨支座的最小支反力，R2为大边跨支座的最小支反力，以压为正。分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力 自重荷载作用下支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力汽车荷载作用下的最小支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚
5、构的支座反力结构均匀升温20时的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力自重+汽车+均匀升温20组合下的支座反力关于支座最小反力与不对称系数关于支座最小反力与不对称系数的关系的关系：在自重作用下，R2基本保持常数，而R1基本随线性减小。在汽车荷载作用下， R2与基本成线性关系，其数值（拉力）随的减小而变小；当0.4时， R1与R2基本相等，但随着的进一步减小， R1的数值急剧加大。因此从减小汽车荷载引起的支座拉力来说，不宜小于0.4。分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力关于支座最小反力与不对称系数关于支座最小反力与不对称系数的关系的关系：在结构均匀升
6、温作用下，R2基本为零。当0.6时， R1也基本为零；当0.60.4时，R1逐渐加大，将对R1造成不可忽略的影响；当0.4时， R1出尚有一定的压力储备，当0.4时，组合后的 R1压力急剧变小，极易出现拉力。分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力关于支座最小反力与不对称系数关于支座最小反力与不对称系数的关系的关系：上述结论是在一定的桥墩刚度和合适的边跨主梁现浇段的前提下得出的，计算结果的具体数值将随这些条件的改变而有所变化，但其变化规律基本不变。分跨不对称连续刚构的支座反力分跨不对称连续刚构的支座反力分析内容： 对于一系列具有不同程度的不对称系数的连续刚构，分别计算成桥后的主
7、梁徐变变形。分跨不对称连续刚构的主梁徐变变形分跨不对称连续刚构的主梁徐变变形分跨不对称连续刚构在砼收缩徐变作用下的主梁挠度分跨不对称连续刚构主梁徐变变形分跨不对称连续刚构主梁徐变变形关于主梁徐变变形与不对称系数关于主梁徐变变形与不对称系数的关系的关系：随着不对称系数的逐渐减小，大T侧边跨的徐变挠度逐渐加大，这是因为随着的减小，大T侧边跨的相对跨度逐渐加大。当结构对称时，主梁的徐变变形自然对称。随着的逐渐减小，主梁徐变变形呈现出明显的不对称性，主梁的徐变最大挠度位于主跨合拢段和跨中之间。由于主梁徐变变形的不对称性，因此其对线路线形质量的影响比对称结构更为严重，应引起足够的重视。2.2 2.2 墩
8、高不对称连续刚构的静力性墩高不对称连续刚构的静力性能能分析方法： 以岩头河大桥大“T”一侧结构尺寸建立对称结构，两侧桥墩均为高度100m的双肢薄壁墩。作两种墩高的变化分析：保持一侧墩高100m不变，另一侧墩高从100m逐步递减至15m；在上述模型中保持矮墩墩高为15m不变，将高墩的墩高从100m递减至15m。 计算上述两个系列的不对称连续刚构在结构均匀升温作用下的墩顶弯矩。分析模型示意图2.2 2.2 墩高不对称连续刚构的静力性墩高不对称连续刚构的静力性能能系统升温作用下墩顶的弯矩变化规律图右墩高100m，左墩从100m 递减至15m墩高/m弯矩/KNm100 95 90 85 80 75 7
9、0 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 1501000200030004000-1000-2000-3000-4000系统升温作用下墩顶弯矩左墩左肢左墩右肢右墩左肢右墩右肢2.2 2.2 墩高不对称连续刚构的静力性墩高不对称连续刚构的静力性能能墩高/m弯矩/KNm152025303540455055606570758085909510001000020000300004000050000-10000-20000-30000-40000-50000系统升温作用下墩顶弯矩左墩左肢左墩右肢右墩左肢右墩右肢系统升温作用下墩顶的弯矩变化规律图左墩高15m，右墩从100m 递减至1
10、5m2.2 2.2 墩高不对称连续刚构的静力性墩高不对称连续刚构的静力性能能左墩墩高/m比值100 959085807570656055504540353025201500.20.40.60.811.2系统温度作用下零位移点到左墩中心线距离与到右墩中心线距离之比2.2 2.2 墩高不对称连续刚构的静力性墩高不对称连续刚构的静力性能能墩顶弯矩与墩高变化的关系墩顶弯矩与墩高变化的关系：随着任何一个桥墩墩高的减小，所有桥墩的墩顶弯矩均加大。当一侧桥墩保持较高的高度，另一侧桥墩墩高减小到一定程度时，主梁的温度零点会快速靠近矮墩，甚至进入矮墩范围内，从而导致矮墩两个柱肢的墩顶弯矩变号。2.2 2.2 墩
11、高不对称连续刚构的静力性墩高不对称连续刚构的静力性能能墩顶弯矩与墩高变化的关系墩顶弯矩与墩高变化的关系：正如一般连续刚构桥一样，墩高的减小将迅速加大桥墩的抗推刚度，从而使墩柱弯矩迅速加大，墩高小到一定程度时，连续刚构桥的方案不再成立。但在墩高不对称连续刚构中，高墩的抗推刚度能够做得较小，从而大幅度地减小矮墩的内力。因此，墩高不对称连续刚构的矮墩高度能够比常规连续刚构实现更小的墩高。3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能分跨不对称对结构动力特性的影响分析方法：1.以岩头河大桥为基础，建立与岩头河大桥主跨相同的对称结构，分别分析对称结构与不对称结构的动力响应参数。3.3.不对称连
12、续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能跨度对称中跨跨径128m，墩高80m有限元模型3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能跨度不对称，中跨跨径128m，墩高80m有限元模型3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能通过对结构一阶自振频率的对比可以看出，在不考虑桥墩刚度的影响下，分跨不对称对结构的动力特性影响较小，其结构动力特性与对称结构基本一致。对称结构不对称结构一阶纵漂周期(s)0.1160.114一阶横弯周期(s)0.2300.2272.以岩头河大桥大“T”一侧建立对称结构，不断减小分跨比例，以研究分
13、跨不对称程度增加对结构动力特性的影响。两侧桥墩均为80m的双薄壁墩。3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能分跨对称，中跨跨径164m，墩高80m有限元模型3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能分跨不对称，中跨跨径89.6m，墩高80m有限元模型3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能分跨不对称对连续刚构一阶纵漂频率的影响 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能分跨不对称对连续刚构主梁一阶横弯频率的影响 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能分跨不对称结
14、构的计算结果分跨不对称结构的计算结果：结构一阶纵漂频率与不对称系数基本成线性关系，而且变化不大。结构一阶横弯频率在不对称程度较小，与不对称系数基本成线性关系，随着不对称程度的加剧，一阶横弯频率有加速上升的趋势，而且其总体变化范围也相对较大。桥墩刚度不同对结构动力特性的影响：分析方法：以岩头河大桥大“T”一侧为模型建立对称结构，在两侧桥墩为100m的双薄壁墩基础上，不断减小一侧墩高。3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能墩高对称中跨跨径164m，墩高100m有限元模型 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性
15、能中跨跨径164m，左墩高15m，右墩高100m有限元模型 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能桥墩高度变化对结构主梁横弯一阶频率的影响 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能桥墩高度变化对结构纵漂一阶频率的影响 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能桥墩高度变化对结构主梁竖弯一阶频率的影响 3.3.不对称连续刚构的动力性能不对称连续刚构的动力性能计算结果计算结果：随着一侧桥墩变矮，由于结构整体刚度变大，纵漂、横弯与竖弯的一阶频率均不同程度的增大。随着桥墩刚度的增加，桥墩刚度与主梁刚度比增加，结构的一阶振型会由纵漂变为横弯。在地震荷载作用
16、下，桥墩分配的内力随着桥墩刚度的增大而增加，刚度较大一侧桥墩分配内力较大。在设计中，应充分注意之。4. 4. 不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数研究内容： 不对称连续刚构梁高的合理范围4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数 主梁支点支点梁高：计算模型：以岩头河大桥为基础，修改支点处梁高，计算结构在恒载与活载作用下的受力情况。4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数模型1模型2模型3模型4模型5模型6支点梁高与悬臂的比值1/61/71/81/91/101/11跨
17、中梁高（m）3.23.23.23.23.23.2小T支点梁高（m）7.56.45.65.04.54.1大T支点梁高（m）13.511.610.19.08.17.44.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数支点梁高与主梁截面上缘应力的关系：（拉应力为正值，压应力为负值）4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数支点梁高与主梁截面下缘应力的关系：（拉应力为正值，压应力为负值）4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数支点梁高与主梁关键截面弯矩的关系：4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数关于悬臂根部梁高的计
18、算结果关于悬臂根部梁高的计算结果：随着各“T”悬臂根部断面梁高的变化，结构各控制断面应力均逐步缓慢变化，没有突变现象。不对称连续刚构桥悬臂根部截面梁高可根据其悬臂长度确定，其合理的取值范围为悬臂长度的1/71/11。岩头河大桥两“T”悬臂长度分别为81m与47m，支点梁高分别为9.5m与6.2m，高跨比分别为1/8.5与1/7.6。不对称连续刚构跨中跨中梁高的研究：计算模型：以岩头河大桥为基础，修改跨中处梁高，计算结构在恒载与活载作用下结构的受力情况。4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数模型1模型2模型
19、3模型4模型5模型6跨中梁高（m）2.42.83.23.64.04.4小T支点梁高（m）6.26.26.26.26.26.2大T支点梁高（m）9.59.59.59.59.59.5跨中梁高与小T根部梁高的比值0.3870.4520.5160.5810.6450.710跨中梁高与大T根部梁高的比值0.2530.2950.3370.3790.4210.4634.4.不对称连续刚构的主要构造参不对称连续刚构的主要构造参数数跨中梁高与主梁关键截面上缘应力的关系：（拉应力为正值，压应力为负值）4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数跨中梁高与主梁关键截面下缘应力的关系：（拉应力为正
20、值，压应力为负值）4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数跨中梁高与主梁关键截面活载弯矩的关系：4.4.不对称连续刚构的主要构造参数不对称连续刚构的主要构造参数关于主跨跨中（悬臂端）梁高的计算结果关于主跨跨中（悬臂端）梁高的计算结果：随着跨中梁高的变化，结构各控制断面应力均逐步缓慢变化，没有突变现象。不对称连续刚构的主跨跨中（悬臂端）梁高取值范围与对称连续刚构的取值范围基本一致，可根据中跨跨径来确定。合理的高跨比范围为：1/301/75。岩头河大桥中跨跨径为128m，跨中梁高3.2m，高跨比1/40。5. 5. 不对称连续刚构施工关键技术不对称连续刚构施工关键技术5.
21、5. 不对称连续刚构施工关键技不对称连续刚构施工关键技术术 与对称连续刚构桥相同，不对称连续刚构桥一般也采用悬臂浇筑法施工。两者的施工工艺也基本一致。由于其不对称性，一般来说，墩高和悬浇快件数量均有较大的差别，不同的施工程序会对结构的后期徐变带来较大的影响，而不对称连续刚构又对砼徐变更为敏感。因此，施工时应严格按照设计文件规定的施工程序进行施工。5. 5. 不对称连续刚构施工关键技不对称连续刚构施工关键技术术 对于不对称连续刚构，施工过程的控制应更加严格，一旦在施工中发现实测参数与设计参数由较大差别时，应及时采取措施调整施工参数，以避免不对称结构的合拢困难以及后续徐变影响失去控制。如果设计要求
22、在主跨合拢前进行纵向预顶，则在控制预顶力的同时应主要控制矮墩的墩顶位移。6. 6. 本课题的依托工程简介本课题的依托工程简介 6. 6. 本课题的依托工程简介本课题的依托工程简介岩头河大桥：跨径布置：53+128+92=273m墩 高：86.5m、35m主梁梁高：支点梁高：9.5m、6.2m跨中梁高：3.2m梁 宽：9.5m荷 载：双向2车道，公路级6. 6. 本课题的依托工程简介本课题的依托工程简介 桥梁竣工照片6. 6. 本课题的依托工程简介本课题的依托工程简介7. 7. 结论结论不对称连续刚构有着较广泛的可应用范围；不对称系数不宜小于0.4；充分利用高墩柔度可使矮墩更矮；砼徐变对不对称连续刚构有着更为不利的影响，设计时应尽可能注意；施工应严格按照设计文件规定的程序进行，以减小砼收缩徐变的影响；不对称连续刚构在岩头河大桥的应用是成功。感谢各位专家领导感谢各位专家领导的批评指正的批评指正! !
