收稿日期:2004-05-08作者简介:徐 栋(1966-),男,上海人,副教授.E 2mail :xu -dong @https://www.doczj.com/doc/8f5888251.html,
体外预应力桥梁转向结构分析及配筋研究
徐 栋,魏 华
(同济大学桥梁工程系,上海 200092)
摘要:运用有限元技术结合拉压杆模型方法,对转向结构的受力特性进行详细的分析和配筋计算.通过对不同类型结构力流传递形式及应力分布情况的了解,总结了相应类型结构的受力特点,给出相应的计算方法和拉压杆配筋计算模型,并提出了相关的设计建议.
关键词:体外预应力;拉压杆模型方法;转向块结构;有限元方法
中图分类号:TU 323;TU 248 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2005)06-0722-05
Spatial Analysis and Reinforcement Calculation by Strut 2and 2Tie
Model of Deviators of External Prestressing Structure
X U Dong ,W EI Hua
(Department of Bridge Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )
Abstract :The performances of deviator were studied in detail by combining the finite element theory and strut 2and 2tie model.By the understanding of the load path and stress distribution ,the structural be 2havior ,calculated method and strut 2and 2tie model were summarized and some design advices were also given in the paper.
Key words :external prestressing technique ;strut 2and 2tie model ;deviator ;finite element theory
近年来,在预应力混凝土桥梁技术中,体外预应力体系的应用得到了令人瞩目的发展。由于体外预应力结构比体内预应力结构在构造、设计施工和后期管理上有许多独特的优点(例如减轻结构自重、预应力损失较小、预应力索布置较容易、混凝土质量容易控制和保证、钢索在后期管理中容易检查和更换等),许多体内预应力结构与之无法比拟,因此在国外早已有广泛的发展和运用.
体外预应力混凝土结构的预应力筋必须通过转向块改变方向,从而形成预应力曲线配筋.转向块结构必须能有效地防止体外索在竖向和横向上脱离底板和腹板,从而为体外预应力束提供坚固的支承.它
是除锚固结构外,体外预应力筋在跨内唯一与混凝土有联系的构件,也是体外预应力混凝土结构中最重要、关键的构造之一,其设计直接关系着结构的使用效果和耐久性.目前,设计中常用的转向块形式有三种:肋式(图1)、块式(图2)和横隔板式(图3).本文计算分析所采用的转向块结构模型是国内某桥最终设计采用的肋式转向块[1].
对于转向结构这种几何和受力都比较复杂的区域的配筋计算,运用传统的设计方法显得不够合理,而拉压杆模型方法能够解决这一问题.
拉压杆模型方法(strut 2and 2tie modle )近年来在国内外都受到了相当的关注.由于该法适合混凝土
第33卷第6期2005年6月
同济大学学报(自然科学版)
JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.33No.6
J un.2005
结构的任何部分,故有望使钢筋混凝土设计方法实现统一,尤其是对目前传统设计方法不能很好解决的构造区域的配筋设计,它能让设计者更清楚地认识该区域的传力机制,并提供定量的配筋设计方法,为传统方法不能解决的复杂构造或受力区域配筋问题提供了有效的实用方法[2].
本文将运用有限元技术结合拉压杆模型方法,对肋式转向结构及相应其他几种典型的转向结构的受力特性进行详细的分析和配筋计算.本文研究的转向块类型均是布置一层的转向管道,而在设计中可能需要布置两层或多层.对于这类情况,还需对转向管道之间的相互作用做进一步的分析和研究.
1 有限元计算分析及结果
1.1 有限元计算模型
针对图1所示的肋式转向块结构,本文同时分析其底部加宽、加腋(即对其下部转向管道部分进行加宽或加腋构造处理,从而达到将肋板局部加厚的目的)的构造措施对结构受力性能的影响,以及块式转向结构和横隔板式转向块结构的受力特点.所以,分别对以下几种转向形式进行分析:①肋式转向结构;②底部矩形加宽0.3m的肋式转向结构;③底部三角形加腋0.20m及0.35m的肋式转向结构;
④相应的块式转向结构;⑤块部结构分别承受1, 2,3,4根力筋作用的相应的横隔板式转向结构.
计算模型均取6.5m长箱梁(包括中部的转向块段)的1/2桥宽结构建立对称模型.定义模型的纵向为Z坐标,横向为X坐标,竖向为Y坐标.采用C50混凝土的材料参数,弹性模量为35GPa,泊松比为0.167,按理想弹性材料计算结构的应力分布.
转向块结构中的体外预应力筋只有竖向曲线,故其主要承受力筋产生的竖向分力.将体外预应力筋对转向块的作用力简化为对体外预应力筋转向管道的上管道壁的一个均布面力作用,其合力等效于实际体外预应力筋对转向块作用的竖向分力.在计算模型中,均不考虑自重荷载对结构的作用.因为计算模型是取1/2桥宽结构建立的,故在桥面中轴线处的对称面上施加对称约束;考虑到连续梁能传递弯矩、剪力、轴力,在箱梁的两个端面施加三向约束.
1.2 有限元计算结果
图1a,b,c分别为肋式、块式及横隔板式转向块计算模型的竖向应力分布图.计算模型中均仅考虑体外预应力筋竖向分力对转向块段箱梁的影响,竖向应力的分布可以直观地显示出结构的受力特征
.
图1 转向块竖向应力分布图(单位:kP a)
Fig.1 V ertical stress distribution(unit:kP a)
由图1a可知,肋式转向块中的竖向拉应力主要
集中在转向管道以下的转向块区域.竖向拉应力整
体数值不高,范围在0.52～1.22MPa.因体外预应
力筋的作用力是以均布面力施加到转向管道的上半
表面,在转向块靠腹板侧转向管道的上下管道壁相
交区域,出现了微弱的应力集中.肋式转向块结构中
最大拉应力就出现在这一点,其数值为1.57MPa.
加宽的肋式转向块竖向应力分布与图1a相似.
竖向拉应力整体有所降低,范围在0.52～0.79
MPa.加宽部分的竖向拉应力也主要集中在结构下
部,数值较小,均在0.79MPa以下;同样,在靠腹板
侧转向管道的上下管道壁相交区域出现了微弱的应
力集中,最大拉应力就出现在此,为1.19MPa.
0.20m加腋的肋式转向块的竖向应力分布图
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第6期徐 栋,等:体外预应力桥梁转向结构分析及配筋研究
也与图1a相似.竖向拉应力整体数值范围在0.50～1.76MPa.在靠腹板侧转向管道的上下管道壁相交区域(此处也是与加腋结构相交区域),出现了微弱的应力集中;最大拉应力就出现在此,为2.26 MPa.
0.35m加腋的肋式转向块中,由于将体外预应力筋竖向分力的路径包裹在加腋结构内部,使得力在内部顺畅传递,避免了加腋结构与肋部之间局部的应力集中,故最大竖向拉应力降为1.14MPa,出现在转向管道的下半结构位置.由于加腋结构可以看作是较为有效作用的加宽结构的下部1/2结构,故加腋与加宽的肋式转向块,受力特点较相近.
图1b为块式转向块竖向应力分布图.在其靠中轴线侧面与底板相交位置,出现了应力集中,最大竖向拉应力为9.27MPa;其他竖向拉应力较大区域,竖向拉应力在4.12MPa左右.由于偏心弯矩的作用,还使得箱梁腹板的下部区域在转向块的带动下,围绕着转向块上边缘与腹板相交区域作转动位移,故使得相应位置处箱梁腹板的外侧面出现了由于受弯产生的竖向拉应力,最大数值为5.15MPa.
图1c所示为块部承受4根力筋作用的横隔板式转向块的竖向应力分布图.竖向拉应力主要集中在块部结构的转向管道以下区域.此处出现了最大竖向拉应力,数值为4.38MPa;相应其他部分的区域较大竖向拉应力的数值范围在2.92～3.41MPa.
块部承受3根力筋作用的横隔板式转向块结构的竖向应力分布与图1c所示相似.竖向拉应力主要集中在块部结构的转向管道以下区域,最大竖向拉应力数值为3.48MPa;相应其他大部分区域,竖向拉应力的数值范围在1.16～3.09MPa.
块部承受2根体外预应力筋竖向作用力的横隔板式转向块,由于块部宽度减小,力筋作用位置也相应离肋部较近,故力筋对块部的偏心作用有所降低,相应其下部受拉区域的竖向拉应力降为2.73MPa.
块部只承受1根力筋的横隔板式转向块,由于块部及力筋作用位置均比较靠近肋部,相应的刚度也比较大,且力筋对块部的偏心作用也较小,所以将部分的体外预应力筋竖向作用传递给肋部,相应其下部受拉区域的竖向拉应力较小,为1.94MPa.
2 计算结构比较及总结
2.1 肋式与块式转向块计算结构比较
转向块结构中的竖向拉应力数值的大小是评判其受力性能的主要因素.由上节可知,4种相同受力类型的肋式及块式转向中,最大竖向拉应力出现在块式中.在转向块靠中轴线侧面与底板相交位置,出现了应力集中,此处的最大竖向拉应力值为9.27 MPa.由于体外预应力筋对箱梁腹板的偏心弯矩作用,使得箱梁腹板外侧表面也出现数值最大为5.15 MPa的竖向拉应力.以上拉应力均超过了混凝土抗拉极限强度,会在转向块内相应的拉应力分布区产生受拉裂缝.这对转向块使用的安全性极其不利.
与块式相比较,三种肋式的竖向拉应力整体上都较小.由上节可以知道,加宽和加腋肋式转向块中的竖向拉应力最小.但其缺点是施工立模时比较复杂,且加腋肋式转向块的钢筋布置较为麻烦.而原始设计的肋式转向块竖向拉应力较小,施工立模、钢筋布置也较为方便,均为较好的转向块结构类型.
2.2 横隔板式转向块计算结果总结
从应力分布图可以知道,与块式相比,横隔板式整体受力性能表现较好:整体刚度较大,偏心作用影响较小,没有出现过大的应力集中现象,竖向拉应力较大值比较均匀地出现在受拉区域.随着横隔板式块部宽度的增加及相应体外竖向作用力的增大,块部结构中最大竖向拉应力也随之增大.所以,横隔板式块部的宽度越大,其相应部位的相对刚度越小;且力筋作用位置离肋部距离越远,偏心作用越明显,故应力集中现象也越明显,相应最大竖向拉应力也越大.
3 构造建议
3.1 肋式转向块
(1)建议采用加宽的肋式转向块形式.由于其能在增加较小材料的情况下,较为明显地降低转向管道以下受拉结构的竖向拉应力,且加宽结构有利于更方便、合理地放置箍筋,故该结构为优先推荐的转向结构.由于加宽使得转向管道以下结构的受拉面积增大,从而有效降低了竖向拉应力.同时,由于加腋式在受力性能上与加宽式相似,故在需考虑施工、外观及箍筋位置的情况下,其同样为较好的选择.
(2)加宽及加腋结构的高度应该覆盖最下层转向管道,以便能很好地将转向管道传递竖向分力的路径包裹在结构的内部,从而避免了由于结构几何形式的突变而引起的应力集中现象.
(3)肋板的厚度可从两个方面考虑:①对于肋
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式或横隔板式,先验算一下转向管道以上受压混凝土部分的承载能力.②一般①是比较容易完成的,随后对转向管道以下受拉部分计算配筋,根据得到的箍筋数量及相应规定的间距来设置足够的肋板厚度.同时,厚度在构造上应覆盖体外索的弯曲部分.
3.2 横隔板式转向块
在体外预应力筋数量较多时,如果在肋式转向块中布置2层或更多的转向管道,其相应的预应力利用效应将会降低.在这种情况下,力筋布置必须满足一定的高度要求,需要将力筋尽量靠近底板布置,这时可以使用横隔板式转向块.对于横隔板式,块部的宽度应该根据实际设计钢筋的布置要求确定,并通过结构的有限元分析来确定宽度布置是否合理.对于其构造,应考虑到横隔板式的肋式部分底面宽度与块式底面宽度的比较、箱梁腹板之间的距离、块部承受钢筋数量的多少等综合因素,考虑其构造尺寸的比例.所以,设计者应平衡力筋更大偏心距、结构简单与局部受力不利、容易开裂之间的矛盾.
4 拉压杆模型方法配筋计算
4.1 肋式转向结构配筋方法及图示
肋式转向块传递力的形式为:通过每个转向管道,分别将各根体外索作用力分别传递到箱梁的底板和顶板,还有极小一部分作用力通过肋部直接传递给腹板.故对肋式结构中的钢筋,建议根据计算,对每个转向管道的力筋配置一定数量的箍筋.此钢筋用来抵抗体外预应力筋的竖向分力或水平分力.所以,应该正确地分析肋式转向管道下部承受的拉力大小,从而确定竖向拉杆承受的拉力大小[3].从肋式结构的竖向应力分布(图1a)及竖向拉应力截面(图2)来看,竖向拉应力均比较集中地分布在转向管道的下部区域;较大值分布的区域均与各自管道相对应,最大(σ2)为1.57MPa;往肋板中部,拉应力逐渐减小趋于平均,约为0.50MPa(σ1).因为竖向拉应力的分布由两侧向中间呈现比较明显的层状分布,故可以取出转向管道下部肋板厚度L、宽度B (B为转向管道间距)的区域进行竖向拉应力简化计算(即对受拉截面进行分段求和)
F=2(L/4)B(σ1+σ2)/2+2(L/4)Bσ2=115.1kN 由此可以将肋式转向块单根转向管道下部结构承受的拉力定为
F/F1=115.1/467=0.246≈1/4(1
)
图2 肋式转向管道下部竖向拉应力截面图(单位:kP a) Fig.2 V ertical stress distribution of section
of rib deviator(unit:kP a)
由式(1)也可求得转向管道上部受压结构承受(3/4)F1(F1为单根体外预应力筋的竖向分力)的竖向压力作用.图3a为基本配筋模型,拉杆及压杆的受力分配如式(1)及图3a所示.
相应于拉压杆模型中拉杆的箍筋配筋数量则由2根竖向拉杆承受的拉力控制.如图3a所示,配筋计算由2根竖向拉杆控制,拉力T为(1/8)F1.根据以上求得的拉杆的拉力,若钢筋应力取为σ,则需钢筋的面积A=T/σ.
4.2 块式转向结构配筋方法及图示
块式结构的竖向拉应力主要集中在管道的下部区域,且拉应力较大,需在此区域配置相应数量的竖向钢筋.体外索的竖向分力完全通过块式结构直接传递到箱梁底板.考虑到钢筋布置的方便及设计时偏心作用的控制程度,可以给各转向管道单独配置箍筋.其相应的拉压杆配筋计算模型如图3b所示
.
图3 单根力筋拉压杆模型图
Fig.3 Strut2and2tie model of deviator with one
external prestressing steel b ar
4.3 横隔板式转向结构配筋方法及图示
横隔板式转向结构的肋部和块部受力分别与肋式和块式结构受力特点类似.故对于肋部的配筋计算,同样可用于单根的体外预应力管道配筋计算.单根预应力筋的计算模型如图3a,块部结构单根转向
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管道配筋则可以按照图3b计算.
4.4 钢筋布置建议
除了对转向管道中的力筋单个配置,同时还应该对整个转向管道部分结构配置闭口环筋.此钢筋主要是用来参与抵抗体外预应力筋对转向块产生的作用力及加强整个结构的整体作用性能.同时为了保证箍筋和环筋的正常工作,最好是将箍筋和环筋与相应底板中的纵向钢筋连接起来,共同工作.
5 结语
本文运用的拉压杆模型方法是与有限元计算方法紧密联系在一起的.对于这类处于复杂的高应力状态的结构———不同类型的转向块,运用拉压杆模型方法计算分析时,需对相应结构进行细致的有限元计算分析.然后,结合计算结果及受力分析,就可以运用拉压杆模型方法构造出满足要求的、合理的拉压杆计算模型.分析结果表明,此方法是一种对于几何或受力不规则的结构比较有效的配筋设计方法.
本文对布置单层转向管道的转向块结构的分析表明,肋式与块式相比,整体受力性能较好,故支持在最终设计中采用;同时也推荐其在其他体外预应力桥梁中使用.横隔板式转向块结构在构造和受力上都与肋式有相似特点,同时它还能让更多的体外索转向管道布置在靠近箱梁底板位置.故也建议在适当的情况下采用.块式转向块由于受力比较复杂,整体刚度较小,承载能力相对较小,而实际工程中钢束在不断地大型化,故本文不推荐使用.
在肋式转向块中,建议采用加宽形式.它能在增加较少材料的情况下,比较明显地降低转向管道以下受拉结构的竖向拉应力,且有利于更方便、合理地放置箍筋和环筋.加宽的高度应能够覆盖最下层转向管道,从而将转向管道传递竖向分力的路径包裹在结构的内部,较好地避免由于结构几何形式的突变而引起的应力集中.
由转向块的配筋计算,可得到关于布置单层体外预应力筋转向管道的转向结构的配筋计算结论:
(1)由于转向结构中竖向受拉区域均比较集中在各自转向管道的下部区域,且分布均比较相似,故对于转向块受拉区域的配筋计算,可以简化为对单个的体外预应力转向管道的配筋计算.
(2)横隔板式转向块中的肋部及块部的受力特点分别与肋式转向块及块式转向块类似,且其两部分结构相互作用的影响较小,所以对于这两部分结构的受拉区域,可以分别构造拉压杆模型计算配筋.
(3)肋部结构或肋式转向块结构中箍筋的配置数量,在本例中由竖向拉杆中的拉力T控制.如图3a所示,T=F1/8,故需配置箍筋的面积为A=T/σ(F
1
为单根体外预应力筋对转向结构作用力的竖向分力,σ为设计采用的箍筋应力值).
块部结构或块式转向块中箍筋的配置数量,由竖向拉杆中的拉力T控制,如图3b所示.该数值即为体外预应力筋对转向块作用力的竖向分力F1的1/2,即T=F1/2,故需配置箍筋面积为A=T/σ.
在构造上,转向结构基本的布筋方法是对转向管道中的力筋单个配筋,还应对整个转向管道部分配置闭口环筋,此钢筋主要用来加强转向结构的整体作用性能.为了保证它们的正常工作,应将箍筋和环筋与相应底板中的纵向钢筋相互连接,共同工作.
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(编辑:陶文文)
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桥梁概念设计与分析理论 一：桥梁属性与结构形式 1.1桥梁的属性 科学：分析实验 桥梁工程{ 技术：研发应用 艺术：创造美学 1.2 桥梁结构的分类 用途：人行桥，公路桥，铁路桥，公铁两用桥，城市桥，管道桥，明渠桥 材料：石桥，木桥，钢桥，混凝土桥，预应力混凝土桥（主跨90米，在中小跨度范围内已占绝对有优势，在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。它主要承重结构用预应力钢筋混凝土结构的桥梁。附加预应力混凝土：预应力混凝土，为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。）钢——混凝土组合结构桥 结构形式：梁桥拱桥斜拉桥悬索桥组合桥斜拉—悬
索协作体系 规模跨径：小桥(8~30米) 中桥(30~100) 大桥(100~1000) 特大桥(大于1000) 1.3桥梁结构形式与合理跨度范围 (1)梁桥 简支梁桥的跨度一般不超过70M，最有竞争力的跨度范围50M以下 等截面连续桥梁的合理跨度范围在30~110M，优势跨度范围50~80 变截面连续桥梁或连续钢结构桥的合理跨度50~350M，最有竞争力的跨度范围100~300M (2)~ （3）拱桥合理跨度范围600M以下，最有竞争力40~450M （4）系杆拱桥合理40~800M 最有竞争力150~1200M （5）斜拉桥合理80~1500M 最有竞争力150~1200M （6）悬索桥合理200以上，500以上最有竞争力 二：桥梁设计准则 2.1 桥梁设计的基本目标 安全实用经济美观 2.2安全性和试用性 （1）承载能力极限状态 1 结构或构件达到材料极限强度
一预应力混凝土连续梁桥 1.力学特点及适用范围 连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。作为超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使桥梁结构产生次内力。 由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂，能充分发挥高强材料的特性，促使结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力，加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、超载能力大、养护简便等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。 预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和大跨径的桥梁。 2.立面布置 预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题，可以设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式（图1）。结构形式的选择要考虑结构受力合理性，同时还与施工方法密切相关。 a b a.不等跨不等截面连续梁 b. 等跨等截面连续梁 图1 连续梁立面布置 1．桥跨布置 根据连续梁的受力特点，大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置，但多于三跨的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。当采用三跨或多跨的连续梁桥时，为使边跨与中跨的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的0.8倍为宜，当综合考虑施工和其他因素时，边跨一般取中跨的0.5～0.8倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通航（车）净空及地质条件等因素的限制，并且同时总长度受到制约时，可采用多孔小边跨与较大的中间跨相配合，跨径从中间向外递减，以使各跨内力峰值相差不大。 桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥、选用顶推法施工或者简支—连续施工的桥梁，多采用等跨布置，这样做结构简单，统一模式。等跨布置的跨径大小
收稿日期:2002 01 10 作者简介:马亚丽(1973 ),女,河南洛阳人,郑州大学土建学院硕士研究生,主要从事结构耐久性等方面的研究。 文章编号:1004 3918(2002)02 0169 05高效预应力结构在桥梁工程领域中的应用 马亚丽, 马智永, 王东炜 (郑州大学土木工程学院,河南郑州 450002) 摘 要:随着大跨径桥梁的建造,高强混凝土、高强、低松弛钢绞线和钢丝开始广泛采用,为了了解高效预应力结构 的特性,本文详细阐述了高强混凝土、高强钢丝、高强钢绞线及预应力技术等在桥梁工程领域的发展状况 和应用前景,对推广高效预应力技术在我国的应用起着重要的作用。 关键词:高效预应力;桥梁结构;高强混凝土;预应力技术 中图分类号:T U 378 文献标识码:A 随着科学技术和生产的发展,混凝土材料的应用技术越来越广泛,由于大跨径桥梁建设的需求及发展以及公路、铁路交通事业的蓬勃兴起,同时对既有建筑物桥梁等的维修、加固的增加,预应力技术广泛应用于多种结构当中。 高效预应力结构即指采用高强度混凝土、高强度预应力钢材用先进的设计思想、先进的施工工艺制造的预应力混凝土结构。我国自80年代后期以来,特别自进入90年代以来预应力混凝土技术得到了很大的发展,预应力混凝土技术的应用与发展走上了一个新的台阶。 高强混凝土的采用使桥梁结构的自重大大减轻,可显著提高桥梁跨越能力,新型预应力技术的采用以及新的施工工艺的不断创新,计算理论的不断完善、新的设计思想的不断发展,将推动桥梁工程的发展。1 预应力混凝土桥梁的发展 在我国,予应力技术在50年代中期应用于公路桥梁,近二十年来,发展迅速,从预应力砼桥梁的设计理论计算,结构分析、预应力材料、工艺设备、施工工艺、试验研究等均取得了很大的进步。予应力技术不仅应用新建工程当中,还广泛应用于已建结构的维修、加固等当中。 1957年在北京至周口店公路的哑吧河上修建了第一座跨径20米装配式后张预应力砼简支梁桥,为以后公路桥梁应用预应力技术开创了先例。60年代中,我国首次采用平衡悬臂施工法建成一座T 型刚构桥。之后于1971年用此法建成的福建乌龙江大桥,为我国修建大跨径预应力桥梁迈出一大步。进入80年代,用平衡悬臂法施工的大跨度预应力混凝土箱形连续梁桥也获得了迅速的发展,1986年建成的湖南常德沅水大桥,主桥跨径为84m+3 120m+84m,全长1408m,1991年建成的云南省六库怒江大桥,主桥跨径85m+154m+85m 。用平衡悬臂法施工的大跨度预应力混凝土箱形连续 刚构体系桥梁在国内也得到了迅速发展。1988年建成的广东省番禺洛溪大桥,主桥为四跨(65m+125+180+110),具有双壁墩的不对称连续刚构桥,其最大跨径流180m 居当时亚洲同类桥梁之冠。1996年又建成的湖北黄石长江大桥,主跨为245m,主桥全长达标1060m,1997年建成的广东虎门辅航道桥,主跨达到270m,已跃居世界同类桥梁的首位。 2 高强度混凝土的应用 用普通水泥、砂石原材料和常规工艺配制具有良好的工作度(能满足预拌运输和泵送要求)、且强度等级在C50~C100之间的高强混凝土,近年来在国际范围内得到迅速的发展。 80年代,在许多跨江、跨河等大型桥梁工程中,应用标号为50~55号的泵送砼,如:浙江杭州钱塘江大桥 80m 跨预应力砼连续箱梁桥,开封黄河公路大桥 单跨50m T 梁,广东番禺落溪大桥 180m 跨预应力砼连续刚构桥,90年代,已广泛采用标号为55~60的泵送砼,如:广东虎门大桥,广东汕头海湾大桥等。现如今,上海、广东等地已在桥梁建设中广泛采用C80砼。 第20卷 第2期2002年4月 河 南 科 学HENAN SCIENCE Vol 20 N o.2Apr 2002
1、预应力混凝土的定义：根据需要人为引入某一数值的反向荷载、用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。 2、对预应力混凝土的三种理解：（1）是混凝土由脆性材料成为弹性材料；（2）预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混凝土能共同工作。从这一观点看，预加应力只是一种充分利用高强钢材的有效手段。所以，预应力混凝土又可看成是钢筋混凝土应用的扩展。这一概念清楚的告诉我们：预应力混凝土也不能超越材料本身的强度极限。（3）预加应力平衡了结构荷载。 3、预应力度：衡量预应力混凝土结构施加预应力的大小程度，它能够影响结构在承载时的受力性能和结构变形程度。 4、消压弯矩：使构件控制截面预压受拉边缘应力抵消到零时的弯矩。 5、预应力混凝土的分类：一、按施工工艺：先张法、后张法；二、按预应力度分类：（1）国外的分类：全预应力混凝土、限值预应力混凝土、部分预应力混凝土、普通混凝土；（2）国内的分类：全预应力混凝土、部分预应力混凝土、钢筋混凝土；三、按预应力筋的位置分类：体内预应力混凝土、体外预应力混凝土。 6、预应力混凝土结构所采用的混凝土应具有高强、轻质、高耐久性的性质。 7、现代预应力结构设计中，采用了概率极限状态和容许应力的设计理论。 8、提高钢材强度的三种方法：（1）在钢材成分中增加某些合金元素，如碳、锰、硅、铬等；（2）采用冷拔、冷拉、冷扭法提高钢材屈服强度；（3）用调质热处理、高频感应热处理、余热处理等方法。 9、金属预应力筋分为：高强钢筋（螺纹锚）、钢丝（墩头锚）、钢绞线（夹片锚）。 10、锚具按锚固方式分类：夹片式、支撑式、锥塞式、握裹式四种。 11、预应力钢材对电化腐蚀、应力腐蚀两种类型比较敏感。 12、高强钢丝按交货状态分为冷拉、矫直；按外形分为光面、螺旋肋、刻痕。 14、钢绞线的环氧涂层两种工艺：单丝喷涂式、整体喷涂式。 15、预应力钢筋一般取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显屈服点钢筋的强度限值。 16、预应力筋的松弛试验通常在温度20℃、初始应力范围0.6f pu至0.8f pu的情况下进行。 17、预应力混凝土结构中非预应力纵向钢筋宜选用HRB335、HRB400；箍筋宜选用Q235、HRB335和冷轧带肋钢筋。 18、用于承受静、动荷载的预应力混凝土结构，其预应力钢绞线—锚具组装件，除应满足静载锚固性能要求外，尚应满足循环次数为200万次的疲劳性能试验。 19、钢丝拉索体系包括冷铸锚具（或墩头锚具）和OVM钢丝成品索。 20、钢绞线拉索体系包括钢绞线拉索锚具和WGS拉索群锚锚头。钢绞线拉索体系具有抗疲劳性能高、良好的异地施工性能、经济性好、良好的防护性能的优点。 21、常用的无粘结预应力筋由15.2mm钢绞线、建筑油脂、热挤PE套管组成。 22、连接器主要由连接体、夹片、保护罩、约束圈等组成。连接器用于连接构件的预应力筋接长，有单根、多根、扁形三种形式。 23、预应力机具系列包括高压油泵、千斤顶、墩头器、挤压器、压花机等设备类产品。 24、无粘结预应力施工工艺的基本特点与有粘结后张法预应力比较相似，区别在于：（1）由于避免了预留孔道、穿预应力筋及压力灌浆等施工工序，无粘结预应力的施工过程较为简单；（2）由于无粘结预应力筋通长与混凝土无粘结，其预应力的传递完全依靠构件两端的锚具，因此无粘结预应力对锚具要求非常高。 25、一套完整的体外预应力体系的组成应包括体外预应力防护系统和体外预应力减振器等。 26、张拉千斤顶在整拉整放工艺中，单束初调及张拉宜采用穿心式双作用千斤顶；整体张拉和整体放张宜采用自锁式千斤顶。
桥梁体外预应力加固技术 1体外预应力技术介绍 1.1概述 随着我国路网及交通运输业的快速发展，发现大量的桥梁经过一段时间的营运后，梁体出现裂缝、下扰等不同程度的病害，造成桥梁承载力明显下降，必须进行桥梁加固，提高桥梁承载力才能满足日益增大的交通量的需要。旧桥加固成为一项迫在眉睫的新时期建设任务。 体外预应力体系是后预应力体系的重要的分支之一,是指将布置于承载结构主体之外的预应力筋施加预应力所形成的预应力结构体系。桥梁体外预应力加固技术是一种主动的加固技术，通过预应力材料对桥梁结构受拉区施加预应力，消除部分荷载产生的不利力，提供结构的承载力。体外预应力成为桥梁加固中最有效的加固技术之一，具有良好广泛的应用前景。 1.2体外预应力的特点 1.2.1体外预应力的优点 1、锚固构件尺寸小，自重增加少，但可有效的大幅提高承载能力。 2、简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率。 3、对原结构损伤小，不影响桥下净空。 4、预应力布置灵活，可以根据桥梁病害进行全桥加固也可以进行局部加固。 5、与混凝土无粘结，由荷载产生的应力变化分散在预应力筋全长上，应力变化值小，对结构受力有利。 6、索力根据情况可以进行调整，预应力索可以更换，便于使用期间进行维护。
1.2.2体外预应力的缺点 1、体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外界影响。 2、锚固及转向区域容易产生应力集中，局部应力大，锚固施工要求高。 3、体外索拉力较小，不能充分发挥体外索强度高的优点，对锚具及夹片的要求很高。 4、体外预应力筋的变形和混凝土的变形不一致，容易造成预应力损失。 1.3体外预应力的组成 体外预应力系统由锚固块、转向块、体外索、锚具、减振装置等主要5部分组成。 1.3.1锚具 体外预应力体系仅靠锚固端传力，因此体外预应力锚固体系的可靠性和安全性比一般体预应力锚固体系要高，需使用专用的体外索锚具和夹片。体外预应力的锚具的外观尺寸较普通锚具更大，且还增加了一些辅助配件，如密封装置、防松装置、防护装置等。 1.3.2体外索 体外索主要有光面钢绞线、无粘结钢绞线、平行钢丝、成品索等类型。体外索较多采用无粘结钢绞线，环氧喷涂带PE的单根钢绞线具有良好的耐腐蚀性能，不需要再进行防护，具有很好的适用性。 1.3.3锚固块及转向块 体外预应力体系仅靠锚固块及转向块传力，锚固块和转向块必须和原结构有效连接，传递应力，锚固块及转向块一般采用钢筋混凝土结构和钢结构。 钢筋混凝土结构锚固块采用在原桥结构上钻、种植钢筋、浇筑混凝土成型。
桥梁的结构形式和美学发展 随着科学技术的进步，工业水平的提高，桥梁建筑技术得以迅速发展。千里江面上的座座跨江大桥、现代高速公路迂回交叉的立交桥、高架桥和城市高架道路，以及更长的跨海湾、海峡大桥，城郊高速铁路桥与轻轨运输高架桥等，犹如一条条“彩虹”使得天堑变通途，涌现出多种桥梁结构形式。桥梁建成之后，与当地自然环境、人文环境共同构成一处景观，具有时代的特征。 1、桥梁的结构形式 从桥梁的结构体系及其受力特点来看，现代桥梁可划分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥。 1.1梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需用抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土）来建造。目前在公路上应用最广的是预制装配式的钢筋混凝土简支梁桥。这种梁桥的结构简单，施工方便，对地基承载能力的要求也不高，常用跨径在25m以下。当跨度较大时，需要采用预应力混凝土简支梁桥，跨度一般不超过50m。为了达到经济、省料的目的，可根据地质条件等修建悬臂式或连续式的梁桥，对于很大跨径，以及对于承受很大荷载的特大桥
梁，除建造使用高强度材料的预应力混凝土梁桥外，可建造钢桥。 1.2拱式桥 拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。拱在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力，同时，此水平推力将显著抵消荷载所引起的拱圈或拱肋内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土）和钢筋混凝土等来建造。拱桥的跨越能力很大，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。同时应当注意，为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大的水平推力的不利作用。 1.3刚架桥 刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。当遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时，采用这种桥型能尽量降低线路高程，以改善纵坡并能减少路堤土方量。 1.4悬索桥 传统的悬索桥（又称吊桥）均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代的悬索桥上，广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构自重较轻，能以较小的
纸桥的结构与受力分析 摘要：我国古代的桥，形式种类繁多发展演变过程漫长，近代以来由于高科技的勃然兴起，桥梁逐 渐成为一门专业学科，其技术进步更是突飞猛进，形式更为复杂多样。桥梁作为结构的一大主要应用，简洁地展现了力学之美。制作纸桥可以为今后桥梁施工技术提供思路。所以纸桥的制作、研究意义重大。本文对纸桥桥梁结构的特点以及影响桥梁的简单因素进行初步分析。 关键字：纸桥、桥梁结构、受力分析。 引言： 桥梁是架设在江河湖海上，使车辆，行人等能顺利通过的建筑物。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属建筑物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座系统；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属建筑物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。现在国内外的桥梁建设都处于快速发展阶段，像我国的武汉长江大桥，黄埔的跨海大桥等等都取得了非凡的成就，但桥梁的建设问题依然普遍存在，为此，我们要着重设计桥梁的结构，要设计出更加稳定的构造，解决桥梁中间垮塌和部分桥面出现断裂的问题。通过设计不同结构的纸桥，参考着经典大桥桥的优秀设计，并结合自己的思考和现代生活的特点，设计出简约、稳固、更加符合实际需求的大桥。
试验方法： 一、桥的整体结构设计：我们小组一共想出了三种桥梁的结构。一是三层的向两边分担压力的构型；二是拱形结构；三是中间穿插着连接起来的平桥。经过权衡利弊，我们小组决定选用第三种方案。该方案是在地面两侧建两个大型桥墩，在中间也同样建一个大型桥墩。然后通行部分是由长细纸筒做成。 二、前期实验：分别用一张打印纸从不同形式折成不同形状的单个桥体结构部分，然后在桥面上放砝码，记录数据。一次用不同形状折的单体进行实验，做成表格，比较各个的承重数据。最后得出最好的承重结构为由纸的对角叠成的圆柱套着三棱柱的单体，此单体结构承重效果在同等条件下经测试最好，并由此开始制作桥体。 三、制作步骤：首先制作长细纸筒：先把纸卷成细的卷，要卷紧。这个卷能承受的压力不会很大，而且越长承受的压力就越小，越易被压坏。但是卷能承受的拉力是很大的，调整结构把这些卷全变成受拉构件。在非要受压不可时，把纸卷截的短些，用很多细的纸卷在这个受压的地方共同承受压力。接着做短圆纸筒：以A4 纸的窄边为“母线”卷成。最后做底面：每张纸先用胶水加固（全部涂过后风干），再涂一次卷成纸卷再相互错开用胶水黏结。最后将底面与纸筒固定好，再将底面与桥面固定，分别固定在桥俩端及中间部分。大概步骤即是这样：先固定主要框架，然后是支架，其次是桥身上的各处桥梁，最后铺好桥面。
预应力混凝土连续梁桥结构设计 第一章绪论 第一节桥梁设计的基本原则和要求 一、使用上的要求 桥梁必须适用。要有足够的承载和泄洪能力，能保证车辆和行人的安全畅通；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求；在通航河道上，应满足航运的要求；靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁还应结合有关方面的要求，考虑综合利用。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维护。 二、经济上的要求 桥梁设计应体现经济上的合理性。一切设计必须经过详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最小，在使用期间养护维修费用最省，并且经久耐用；另外桥梁设计还应满足快速施工的要求，缩短工期不仅能降低施工费用，面且尽早通车在运输上将带来很大的经济效益。 三、设计上的要求 桥梁设计必须积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺利新的设计思想，认真研究国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成果，把国外的先进技术与我们自己的独创结合起来，保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 四、施工上的要求 桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。 五、美观上的要求 在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具行优美的建筑外型，并与周围的景物相协 调，在城市和游览地区，应更多地考虑桥梁的建筑艺术，但不可把美观片面地理解为豪华的细部装饰。 第二节计算荷载的确定 桥梁承受着整个结构物的自重及所传递来的各种荷载，作用在桥梁上的计算荷载有各种不同的特性，各种荷载出现的机率也不同，因此需将作用荷载进行分类，并将实际可能同时出现的荷载组合起来，确定设计时的计算荷载。 一、作用分类与计算 为了便于设计时应用，将作用在桥梁及道路构造物上的各种荷载，根据其性质分为：
桥梁结构分析 桥梁结构分析 摘要：设计桥梁可有多种结构形式选择：石料和混凝土梁式桥只能跨越小河；若以受压的拱圈代替受弯的梁，拱桥就能跨越大河和峡谷；若采用钢桁架可建造重载铁路大桥；若采用主承载结构受拉的斜拉桥和悬索桥，不仅轻巧美观，而且是飞越大江和海峡特大跨度桥梁的优选形式。 关键词：梁式桥，拱式桥，悬索桥，桁架桥，斜拉桥 著名桥梁专家潘际炎说：“海洋，是孕育地球生命的产床；河流，是孕育人类文明的摇篮；而桥，则是联系人类文明的纽带。”这纽带越来越宏伟，越来越精致，越来越艺术！建国以
来中国的桥梁工程事业飞速发展。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求，对“适用、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广阔。通过半个学期的结构力学的学习，我对桥梁结构及他们的受力特点有了一定的认识。理论联系实际，我通过对各种结构的对比分析，进一步加深了印象，对以后的学习奠定了基础。 1.梁式桥 工程实例——洛阳桥，又称万安桥，在福建泉州市区东北郊洛阳江入海处，该桥是举世闻名的梁式海港巨型石桥,为国家重点文物保护单位，为国家重点文物保护单位。 梁式桥的主梁为主要承重构件，受力特点为主梁受弯。梁式桥的上部结构在铅垂荷载作用下，支点只产生竖向反力，支座反力较大，桥的跨中处截面弯矩很大。所以由于这种特性，梁式桥的跨度有限。简支梁桥合理最大跨径约20 米，悬臂梁桥与连续梁桥合宜的最大跨径约60-70 米。采用钢筋砼建造的梁桥能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。但是由于制造梁式桥的材料多为石料与混凝土，随跨度的增加其自重的增加也比较显著。因此梁式桥广泛用于中、小跨径桥梁中。 结构本身的自重大，约占全部设计荷载的30%至60%，且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。随着跨度的增大，桥的内力也会急剧增大，混凝土的抗弯能力很低，较难满足强度要求。弯矩产生的正应力沿横截面高度呈三角分布，中性轴附近应力很小，没有充分利用材料的强度。 2.拱式桥 工程实例——赵州桥，坐落在河北省赵县洨河上。建于隋代，由著名匠师李春设计和建造，距今已有约1400年的历史，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。1961年被国务院列为第一批全国重点文物保护单位。因赵州桥是重点文物，通车易造成损坏，所以不允许车辆通行。 拱式桥拱肋为主要承重构件，受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。从几何构造上讲，拱式结构可以分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。分析三角拱的受力特点，在竖向荷载下，三角拱存在水平推力，因此，三角拱横截面的弯矩小于简支梁的弯矩。弯矩的降低，拱能更充分的发挥材料的作用，当跨度较大、荷载较重时，采用拱比采用梁更为经济合理。
预应力混凝土桥梁现状与发展 Present situation and development of prestressed concrete bridge 【摘要】本文按预应力混凝土桥梁常用的结构型式来说明预应力混凝土结构在桥梁上的应用与发展；分析了这些结构型式的优缺点以及发展趋势；同时还分析了影响其运用和发展的相关因素，以促进预应力混凝土桥梁的更进一步发展。【关键词】预应力混凝土桥梁型式运用与发展结构 【Abstract】The main body of the writing is that according to the prestressed concrete bridge common structure to explain the application and development on Prestressed concrete structure in bridge ;and analyzed advantages and disadvantages of these structure types and the development trend.At the same time,the article also analyzed the effect of the use and development of the related factors to promote the further development of prestressed concrete bridge. 【Key Words】Prestressed concrete Bridge type Application and development Structure 【正文】 一、前言 预应力混凝土是在第二次世界大战后迫切要求恢复战争创伤，从西欧迅速发展起来的。半个多世纪以来,从理论、材料、工艺到土建工程中的应用,都取得了巨大的发展。尤其是随着部分预应力概念的逐步成熟,突破了混凝土不能受拉与开裂的约束,大大扩展了它的应用范围。目前预应力混凝土已成为国内外土建工程最主要的一种结构材料,而且预应力技术已扩大应用到型钢、砖、石、木等各种结构材料,并用以处理结构设计，施工中用常规技术难以解决的各种疑难问题。我国预应力混凝土的起步比西欧大约晚10年,但发展迅速,应用数量庞大。我国近年来在土木工程投资方面，建设规模方面均居世界前列。在混凝土工程技术，预应力技术应用方面取得了巨大进步。近来二三十年来,我国预应力混凝土桥梁发展很快,无论在桥型，跨度以及施工方法与技术方面都有突破性发展,不少预应力混凝土桥梁的修建技术已达到国际先进水平。下面从以下几个方面探讨预应力混凝土结构在桥梁上的应用与发展。 二、公路板式桥
路桥施工中体外预应力加固技术 发表时间：2016-03-10T15:29:05.280Z 来源：《基层建设》2015年22期供稿作者：温义顺 [导读] 广东盛安建设工程有限公司在本篇论文中，选取的实例是红棉路线路中的调整路段，作为城市中交通的主干运行。 温义顺 广东盛安建设工程有限公司 摘要：预应力的主要效果是使得建筑的坚固程度得以最大的保障。工作的原理是对结构或者是构件部分的力量的解除，这个过程追求永久性的加固，从而对公路和桥梁的坚固程度有很大的支撑力度，使得整个工程的安全有所保障。 1、工程概况 在本篇论文中，选取的实例是红棉路线路中的调整路段，作为城市中交通的主干运行。公路的建设方面，当地政府以重资支持，不但在桥梁、道路灯交通方面有所成就，而且在排水和电力等生活方面也有所建树。这些举措使得城市的发展得到了一个更加稳定和谐的环境。同时，最为得到重视的是混凝土工程的实施，并在以下文字中表明了自身的总结。 2、预应力技术的实践应用 在对工程进行施工时会，预应力技术的应用是必须的，通常是运用张拉作用的理论，在夹紧须应力筋的锚具上用做功的方式将其完成。而在实际的应用中，预应力施工的具体操作有两种方式，分别是外部和内部的施工手段，而两者之间又是具有显著区别的。前者中主要利用的是机械设施操作，以外部施力中的反力作用为主加以调整，从而完全把握混凝土结构施力的效果，不断满足建设中对施工的需求；后者虽然也是使用的机械设备，但是操作中使用的理论是筋的张拉，以此途径最终达到事先对其标准。 这里对于内部预应力有更详尽的叙述。区别于外部施力，内部施力的办法并不唯一。除了可以使用机械设备达到效果，预应力的施工还可以通过电热法来实现，与此较为相似的是白张法，是可以达到目的的另外一种途径。在一系列的预应力施工过程中，可以施以巨大拉力的大型工具得到了最广泛的应用，例如千斤顶之类的，不仅是由于机械设备在预应力工程中的强大能力，更是由于对此类工程实施的有效促进。当然，这些机械设备的使用并不是一概而论的，在操作中要依据具体情况来决定，一方面分清施工的顺序，另一方面则是据此施以具体的工艺技术。 3、桥梁加固 在工程建设中，对桥梁的加固是十分必要的，为了使得其承载方面的能力和耐持久度的性能可以有大幅度的提高，通常会不断补充加固桥梁中的部分结构物。随着我国经济的不断发展，道路的使用也更加频繁，由此造成一定的损耗，因此在加固方面加注了更多的投资，最经常使用的方法有上部和下部的结构补强加固两种。而前者又有更加具体的分类，主要是依据是否将结构受力体系加以变动。如果变换一下角度，主动和被动则是多被应用在补强材料的情况下。 3.1桥梁主动加固原理 这一措施主要应用在受拉区，以直接增设补强材料的方式进行，运用这一方式进行操作的工程有很多，比如对钢筋的补焊以及对钢板盒和高强复合纤维材料的粘贴等。自理论上来说，完全在被动加固的范畴，但是在实际的设计措施中，需要顾虑到两个特点，分别是带载加固和受力阶段性。 3.2桥梁被动加固原理 桥梁经过后加补强材料容易产生“应变滞后”的现象，为了避免这类现象的发生，并且极大程度的对材料的可利用度，则需要对其加以预应力，同时推动加固补强的进行。预应力的加固自作用原理上来说是集聚主动性的。 就我国现今的情况而言，预应力得以使用的范围主要有以下几种体系，包括体外预应力、高强复合纤维预应力、有粘结预应力三种。 4、体外预应力加固常用方法 4.1横向收紧张拉法 在施工过程中，会出现一些明显的问题，比如钢筋混凝土间的缝非常小的情况，这个时候存在于两端的张力会非常显著，为了减弱甚至避免这种张力，在工程中通常采取横向收紧张拉法来进行操作，这一操作方法也适用于同样情况的预应力混凝土梁。这种方式的操作是通过对梁的下缘对称梁中线的安装预应力筋来实现的，实施的位置是梁端，但要保持一定的距离，首先要弯起，之后则是以支点锚作为途径将其固定。为了使得支点的作用得到充分的发挥，需要将预应力筋在水平范围内分段支撑。为了使得预应力得出更好的结果，需要将分段中的中点部分确定，采用拉紧螺栓的方式将对称筋不断收紧，促进钢板部分的与压力以及预应力筋产出的负弯矩作用在梁上，只是通常情况下弯曲的程度很小，所以这种方式通常被应用在对小梁中正弯矩的减弱上，而对于对端顶剪力的降低上则是基本没有效果的。 4.2纵向张拉法 这一方式主要是依附于预应用力筋的轴线而得以实施的。在进行具体操作时，需要在梁底的位置安装预应力筋，弯起处则需要安装在梁的两个端点，其在腹板和顶板都是可以良好将锚进行固定的位置，为了有效降低梁在顶端处的剪力，可以在梁的底部和顶部实施纵向张拉的方式。由此可见，对于张拉实行，在位置的选择上是比较宽松的，顶底部都可以，而且除了可以水平方向，亦可以斜线方向，不过要注意，进行此类张拉根据具体的构造来决定。 4.3竖向顶撑张拉法 一般情况下，打造为U性的钢锚固板被安置在梁中位置的最底层，同时通过将拉杆在端点的固定，并且安装好张紧夹具，从而在此进行拉杆作用。在预应力的一系列技术中，钢丝束加固法得到了很大的认可，这是由其自身效果所决定的，在对其进行设置的过程中，要沿着梁肋的特定曲线来确定形态，同时放置定位的圆圈将其箍紧，以达到完好保证曲线和限定钢束位置的目的。 5、预应力加固体系中对高强复合纤维的有效利用 根据我国现今的实际情况，纤维在我国工程中得到了大范围的使用，其中最为受到追捧的是高强复合纤维的芳纶和碳纤，经过长期的研究和实践经验总结，在对此应有的技术方面也有一定的先进性，依据此，本文认为碳纤维预应力加固更应该得到推崇和使用。 5.1问题提出 在工程的加固方面不止一种，有很多可行的方式，但是在社会上得到反响而且得到广泛应用的则是直接纤维加固法，这种方式的应用
精心整理 作为特殊桥梁结构设计负责人的几点心得与感受 （转载） 近年来，铁路建设项目数量不断增多，技术难度不断加大，项目负责人在生产组织和技术管理面临巨大挑战。以下是我担任项目负责人（直接参与结构设计）以来的一些心得与感受，借此机会与大家交流、沟通，希望能够达到相互学习、共同提高的目的。 统一II 建立目 现阶段在建或拟建的铁路线很多，每当拿到一个任务，工期都比较紧张，保证工期就成了控制因素中的硬性指标，所以作为项目负责人就要比较准确的估计工作量，确定人员需求。 项目工作量的大小与设计阶段、工期长短、结构形式、难易程度等有关。比如2008年作京沪连续梁施工图设计，由于计算量大，画图量大，工期又紧张，需要的人员自然就很多，其中32+48+32m 无砟连续梁分支架现浇和挂篮悬浇两套，根据轨道板类型又分为Ⅰ型板和Ⅱ型板两种，这一种跨度
就要出四套图；其他跨度正线连续梁还有45+70+70+45m、32+48+48+32m、36.45+53+53+36.45m等也都在开展设计，那段时间几乎全室都在忙这个项目。 又比如今年的松花江特大桥主桥（包括桥墩设计）方案设计、初步设计以及鉴修，结构计算、画结构概图、全桥图以及联系效果图公司作效果图，这个项目主要是我一个人在作，虽然桥式结构复杂，比选方案多，但由于不是施工图设计，重点是在工程数量估算和桥式方案的可行性上，许多细节构造现阶段都不用详细计算和画图，可以施工图设计阶段时再研究，所以能精简人员就尽量精简，毕竟现在施工图太多，人力资源非常紧张。 韵律感。的公路斜拉桥。尽量做到“ 拱连续梁、刚性悬索连续钢桁结合梁等多种桥式方案，通过从实用性、经济性、景观性、施工方法等多方面的比选，最终确定了变高系杆拱加劲变截面连续梁。 上面叙述的是方案设计阶段的主要过程，当设计阶段进行到施工图阶段时，所要做的工作就需要详细繁杂的多了，为了设计工作有条不紊的进行，首先规划设计思路、想到可能遇到的技术难点及关键技术节点，然后充分利用现有技术资源，有目的性、针对性的查阅国内外相关资料，做到心中有数，为施工图做好前期工作准备。 以跨度125m正交异性桥面系简支钢桁梁为例，技术难点在于该桥位于R＝700m的曲线线路，采用曲梁直做时，由于曲线半径较小造成的桁宽较宽、内外侧弦杆不对称的空间受力行为、正交异
桥梁设计存在的主要问题 桥梁设计存在的主要问题 现在，国内的结构设计过程中，有这样的倾向：设计中考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要 。 的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。 而大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，出现了影响正常使用的病害与劣化；特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，这也与施工质量低下有重要关系，典型的问题有钢筋保护层不足及目前
广泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题（主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等）。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。 2）设计理论和结构构造体系不够完善 在承认施工存在问题的同时，也不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于 和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题、规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此，合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。 需要改进和努力的方向
1）应该更加重视结构的耐久性问题 桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域，国内从上世纪80年代以来，修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或 强调使结构易于检查、维修，以保证桥梁的安全使用、尽可能地减少维修费用，取得了较好的综合经济效益。实际上，国内外的研究和实践都表明，结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。 2）重视对疲劳损伤的研究 桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变
现代预应力混凝土桥梁结构的新发展 摘要：在最近的几年时间里，我国加大了对运输机构建设的投资力度，并且十 分关注桥梁项目的施工建造，促使预应力技术得以全面的发展。不少修建技术已 经达到了国际先进水平，本文主要对现代预应力混凝土桥梁结构进行探讨。 关键词：预应力混凝土；桥梁结构；发展 1桥梁结构中的预应力混凝土发展历史 1.1在上世纪初期，我国科研人员就完成了第一个横跨超过十米的预应力混凝土类型的桥梁结构，并且在接下来的近一年的时间里也成功修建了28孔24米跨的新沂河大桥，进而打 开了预应力混凝土施工技术在国内交通领域中的新篇章。经过了几十年的完善发展，通过了 很多的专业技术人员的不断研究创新，促使预应力技术达到了一个更高的水平，已经能够建 造横跨度超过三十米，孔洞大约三万个的桥梁工程，这种突破性的技术飞越，在世界范围内 也是非常罕见的，最为突出的项目就是跨越度达到168米的攀枝花金沙江铁路连续钢构桥， 这也正是体现我国交通桥梁预应力技术已经实现了质的飞越，达到国际标准的结果。 1.2早在上个实际中期，国家相关研究施工人员就已经在国内开始预应力混凝土桥梁项目的实验，随后的十年时间里很多的代表项目快速建造完成，并且使用效果非常良好，这些工 作为国内建筑预应力混凝土施工技术的发展提供了前提保证。伴着国内经济水平的大幅度提升，带动了整个交通运输行业发生了翻天覆地的变化，在最近的几十年时间里，预应力混凝 土施工技术已经被人呢大范围的运用到了桥梁项目的建造之中，特备是那些大范围跨度的桥 梁最为明显，现如今在国内超过四百米横跨度的混凝土桥梁项目已经有七个之多，并且其中 有几个工程已经达到了世界的顶级标准，成为了全球之最，这也充分的说明了国内这项技术 已经取得了非常显著的成绩。但是国内的专业人士并没有因此而满足，还是在不断的钻研创新，希望能够代领国内预应力混凝土施工技术达到世界的巅峰。 1.3 很多的城市为了缓解交通的压力，通常都会兴建立交桥，将预应力混凝土技术引用到 立交桥项目的建造之中，能够有效的提升工作效率和质量，这项工作是在上世纪七十年代就 已经开始实施了，并且已经取得了较为可喜的成绩，很多的北京立交桥都是使用的这项施工 技术，对于保证工程的整体稳固性也是非常有利的。 2我国预应力混凝土发展过程中的主要成就 2.1预应力材料技术的突破 2.1.1高强混凝土 伴着建筑行业的快速发展，高强混凝土符合，并且能够满足与行业的发展趋势和需求的，其实质就是说混凝土具备较高的强度，较高的持久性以及稳定性的有点。我们从高强度这个 概念来看，底抵抗压强的能力超过C50的混凝土可以被称之为高强混凝土，为了满足工程整 体不断提升的稳固性的需求，使用高强混凝土是比较有效的途径。使用高强混凝土能够有效 的减少物料的用量，减少自身重量，不仅能够降低项目成本，并且对保证处在结构下部的构 造承受较小的负荷提升自身稳固性都是非常有助益的。在我国现如今已经研发生产出了C100 的混凝土。就已经修建完成的预应力混凝土桥梁项目来讲大部分都是使用的C40-C50混凝土, 这样势必会使用减水剂等相关外加剂来生产具有一定塑性的混凝土物料，并且带动了泵送混 凝土技术的进步。 2.1.2钢材 （1）冷拉钢筋技术； （2）冷拔钢丝技术； （3）中强预应力筋技术； （4）高强预应力钢丝、钢绞线技术。 2.2预应力混凝土工艺技术的突破 （1）预应力砼张拉锚固技术的发展。 （2）无粘结预应力砼成套技术。 （3）斜拉索产品成套技术。 3我国预应力技术发展发展前景
体外预应力加固法 一、体外预应力加固法基本概念 钢筋混凝土梁式桥通常包括简支梁(T型梁、少筋微弯板组合梁、π形梁及板梁等)、悬臂梁和连续梁等。当其存在结构缺陷，尤其是承载力不足或需要提高荷载等级，即需要对桥梁主要受力结构进行加固时，可在梁体外部(梁底与梁两侧)设置钢筋或钢丝束，并施加预应力，以改善桥梁的受力状况，达到提高桥梁承载能力的目的。 体外预应力是针对体内预应力而言的，即把预应力筋布置在主体结构之外。当体外预应力索应用于混凝土结构时就被称为体外预应力混凝土结构。体外预应力技术用于桥梁加固称为体外预应力加固。从力学特征上说，体外预应力索与周围结构主体在同一截面上的变形是不协调的。 体外预应力索加固结构的实质，是以粗钢筋、钢绞线或高强钢丝等钢材作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，以预加力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使用性能并提高其极限承载能力的目的。 体外预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果，适用于中小跨径的梁式桥；对于较大跨径的桥梁，采用本方法加固时，宜同时配合其他加固方法进行综合加固，以达到较好的加固效果。 工程实践表明，用体外预应力索加固桥梁具有如下优点: （1）能够较大幅度地提高旧桥承载能力。加固后所能达到的荷载等级与原桥设计标准及安全储备有关，一般情况下可将原桥承载力提高30%--40%。 （2）体外预应力索加固技术所需设备简单，人力投入少，施工工期短，经济效益明显。 （3）在加固过程中，可以实现不中断交通或短时限制交通。 （4）对原桥损伤较小，可以做到不影响桥下净空，且不增加路面高程。 常用的体外预应力加固技术包括体外预应力钢丝束加固法和下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法。 （5）体外预应力加固法与梁底增焊（或粘贴）钢筋（或钢板）的加固方法相比，不需清凿混凝土保护层，且损伤梁体程度小，加固时不影响或少影响交通，能恢复或提高桥梁的荷载等级，经济效果较明显。 但对于梁体外的预应力筋和有关构件，应采取切实有效的防护措施，否则在温度、腐蚀等外界条件作用下，容易造成预应力筋断裂，从而使加固工作失败。 二、体外预应力加固法原理 常用的体外预应力加固技术包括体外预应力钢丝束加固法和下撑式预应力拉杆（粗钢筋）加固法。 （一）外部预应力钢丝束加固法 采用外部预应力钢丝束(钢绞线)加固梁式上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线线形(常用的有抛物线形等)设置预应力钢丝束，通过张拉预应力筋实现体外预应力。为保证曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距离(50——100c m)设置一个定位箍圈(由梁底向上兜)，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢
图1-2 河北赵州桥 历届结构设计竞赛优秀作品选登（桥梁结构设计） 岸芷汀兰 鲍凯曼、邰 昊、吴小亮 1、设计说明书 方案构思 唐朝诗人杜牧一首《阿房宫赋》，以浓墨重彩之渲染，为世人勾绘出一座前所未有、宏伟壮观的宫殿建筑群，而“项羽焚烧阿房宫”的扑朔迷离，更是让这座“空中楼阁”成为人们魂牵梦绕的千古之谜。 “长桥卧波，未云何龙？覆道行空，不霁何虹？”长桥卧波的妩媚，点缀了这座富丽堂皇的神秘宫殿，也成为后世造桥人心怀向往的审美典范。 于是，在阿房之后，有了西子湖里的断桥残雪，有了颐和园里的玉带涟漪，有了“天下第一桥”赵州桥立千年而不倒的雄齐伟岸！ 桥，因水而生；水，以桥而名。 于是，我们在府南河上，架起这座“不霁何虹”的长桥，在“岸芷汀兰”的淡淡幽香里，在天府蓉城的淡妆素裹里，去追寻阿房宫的堂皇，去诠释美的定义。 1.1 结构选型 构思跃然纸上，我们开始迫不及待地选择结构型式。为了能实现承载要求，我们做了以下几个方案分析： 1.1.1拱形结构 拱桥造型优美，非常吻合我们的构思。力学上其适于承受均布荷载，但考虑到木材的脆性，拱圈不易制作，而分段拼接的方式又增加了节点，自重增加。该结构为备选模型之一，见图1-3。 1.1.2三角桁架结构 在跨中集中荷载作用下，采用稳定性较高的三角形桁架，非常符合加载要求，且挠度控制较好，因此是备选方案之一。见图1-4。 1.1.3鱼腹形桁架结构 拱形桁架结构，结合了拱和桁架二者的优点，造型较为优美。但杆件较多，节点也复杂，考虑到木材的特点，制作复杂。见图1-5。 1.1.4最终选型 图1-1 颐和园玉带桥
图1.2河北赵州桥 经过反复试验和甄选，我们决定从构思出发，以拱形为基本要求，结合桁架的特点，我们采用了如下结构型式。 1.2材料试验 1.2.1木材强度与含水率 经过查阅资料，我们发现：木材顺纹抗拉强度最高，抗弯、顺纹抗压强度稍差。由于木材的不均匀性，决定了其许多性质的各向异性，在强度方面尤为突出。 木材含水率在纤维饱和含水率以下时，含水率越高，强度越低:含水率在纤维饱和含水率以上时，木材强度基本无变化。 为了避免含水率变化对材料变化带来不利影响，木桁架尽可能采用干燥的木材。 1.2.2实际工程节点连接形式 在实际工程中，木结构节点的连接如图3.2所示。轻型木析架结构分析按照简化方法模型得到杆件内力，设计时，轴力取杆件两端轴力;弯矩取杆件跨间和两端弯矩的最大值。轴力的方向取为杆件几何中心线一致 图1-4 三角桁架 图1-5 鱼腹形桁架 图1-6 最终模型 图1-7 实际木结构节点形式