(应力平衡法)用应力平衡法确定斜拉桥主梁的合理成桥状态
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某斜拉桥成桥阶段合理受力状态分析杨海平;马悦【摘要】为确定某斜拉桥的成桥阶段的合理受力状态,该文采用内力平衡法,以控制截面的内力为目标,对主梁及斜拉索各项技术指标进行验算.计算结果表明内力平衡法可以兼顾主梁和主塔的内力,控制截面选择恰当,该方法在该斜拉桥的设计过程中起到了良好的作用.该斜拉桥的设计分析过程对其他类似工程具有一定的参考价值.【期刊名称】《重庆建筑》【年(卷),期】2018(017)007【总页数】3页(P56-58)【关键词】斜拉桥;成桥阶段;受力状态;合理成桥状态;内力平衡法【作者】杨海平;马悦【作者单位】重庆市设计院,重庆 400015;重庆市设计院,重庆 400015【正文语种】中文【中图分类】TU9971 概述某工程位于达州市通川区和达川区,工程起点接西外镇的金龙大道,终点止于南外镇临江村。
工程类别为市政道路的桥梁工程,道路设计等级为城市主干路,采用双向6车道,设计时速为60km/h。
主桥总长600m,桥跨组合为150+300+150m,采用的车辆荷载为城-A级,人群荷载为2.4kN/m2,桥上附加由管线引起的荷载15kN/m2。
图2 主梁标准横断面2 桥梁总体布置结构形式采用双塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力混凝土倒梯形断面主梁、塔梁分离的漂浮体系结构,两岸各设一辅助墩,辅助墩距交界墩75m。
桥梁整体立面布置如图1所示。
图1 桥梁立面布置图主桥标准段由左至右,分别由2.5m人行道、1.5m锚索区、11.5m车行道、0.5m 分隔带、11.5m车行道、1.5m锚索区和2.5m人行道组成,宽度共计31.5m。
主梁采用预应力混凝土分离式倒梯形断面,梁中心高3m,顶板厚0.25m,三角箱型的底部宽2.5m,侧腹板厚0.25m,竖腹板厚0.35m,箱梁全宽31.5m,为避免H型塔双塔中心距过大,影响景观效果,设计将人行道设置于斜拉索以外,采用钢箱梁结构。
主桥的主梁标准横断面如图2所示。
确定斜拉桥合理成桥状态的应力优化方法的开题报告一、选题背景与意义随着交通网络的不断扩展和城市建设的快速发展,斜拉桥作为一种在跨越大型水域时广泛使用的桥型,具有其独特的设计手法和良好的经济效益。
然而,在设计斜拉桥时,需要考虑复杂的事物,例如桥梁的载荷、温度变化、振动、气动力等。
基于这些不确定性因素,设计者不仅需要考虑斜拉桥的安全性和可靠性,还需要合理地优化其应力状态以实现经济性和优化使用效果。
针对以上问题,本文旨在探究斜拉桥的应力优化问题。
具体来讲,将从斜拉桥的基本结构和应力状态入手,探索一种实用性强且具有较高通用性的应力优化方法,以期为斜拉桥的设计和构建提供新思路和参考。
二、研究内容和方向本文的主旨在于探索一种实用性强且通用性较高的应力优化方法,具体涉及以下几个方面:1.斜拉桥结构的原理及基本特点。
介绍斜拉桥的结构特点、载荷传递规律及应力状态特征,为研究应力优化方法打下基础。
2.现有的斜拉桥应力优化方法分析。
对现有的斜拉桥应力优化方法进行梳理和综述,探究其适用范围和实际应用效果,并分析其不足之处。
3.应力优化方法的开发和评估。
探究一种新的斜拉桥应力优化方法,重点考察该方法的实用性、通用性、优化效果和计算成本等方面,并与现有的算法进行对比和评估。
4.其它相关问题探讨。
包括斜拉桥断面形状、杆件截面优化、振动控制等问题。
三、研究方法和技术路线1.文献综述法:通过对斜拉桥的相关文献进行广泛的阅读、梳理和整合,详细了解现有的应力优化方法、优缺点和应用范围等信息。
2.数值模拟法:通过数值计算和模拟方法,建立斜拉桥的应力模型,以实现应力状态的优化目标。
常见的数值模拟方法包括有限元法等。
3.数据分析法:对斜拉桥的结构参数、物理特性、材料力学特性等数据进行整理和分析,以评估应力优化方法的实用性和效果。
四、论文预期的研究成果1.探究斜拉桥应力优化的前沿方法和技术,为设计优化提供新的思路和方案。
2.研究创建一种实用性强、通用性高的斜拉桥应力优化方法,通过数值模拟和实际应用展示该方法的有效性和优越性。
斜拉桥施工监控实施方案浅析为了使斜拉桥安全、优质和高速地建成,保证成桥后主梁线形符合设计要求,结构恒载受力状态接近设计期望值,在施工过程中必须对主桥进行严格的施工监测和控制。
本文结合芜湖市某斜拉桥的施工,探讨了该桥的施工控制方案,可供广大工程技术人员参考。
标签:斜拉桥;施工控制;应力;变形.1.施工控制(监控)目的与意义芜湖市某大桥是芜湖市一座在长江运输、旅游黄金交通线上独具特色的标志性建筑,其主桥结构为独塔单索面连续钢箱梁斜拉桥,标准跨径31+97.5+45m,主跨97.5m,桥宽36.5m,横向布置为:3.75m(人行道)+11.5m(机动车道)+6.0m(中央分隔带)+11.5m(机动车道)+3.75m(人行道)。
主塔采用型钢混凝土;主梁采用钢箱梁,梁高2.5m。
主跨设置8根斜拉索,为单索面斜拉索结构,采用锚拉板锚固于主梁中心腹板处,后锚索采用单根双索面结构,锚固于45m边跨梁端两侧。
主桥主要施工阶段如下:1)施工基础、墩台和索塔;2)搭设临时设施、吊装钢箱梁和钢梁连接;3)挂斜拉索和初张拉;4)拆除临时支架;5)第一次调整斜拉索索力,实现一期恒载结构线形;6)桥面系等二期恒载施工;7)第二次调整斜拉索索力,实现成桥线形为了使主桥安全、优质和高速地建成,保证成桥后主梁线形符合设计要求,结构恒载受力状态接近设计期望值,在施工过程中必须对主桥进行严格的施工监测和控制。
大跨度斜拉桥的设计与施工相关性很强,很多因素如所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序、环境温度场、立模标高以及斜拉索的安装索力等都直接影响成桥的理论设计线形与受力,而施工的实际参数与设计参数的理想取值间存在客观上的差异,为此必须在施工现场采集必要的数据,通过参数辩识后,对理论值进行修正计算,最后斜拉索的安装索力予以适当的调整与控制,以满足设计的要求。
通过施工过程的监测、数据采集和优化控制,在施工中依据上一施工阶段的指标,预测下一施工阶段的指标,避免施工差错,定期标定索力等,尽可能减少施工方的索力调整工作量,缩短工期,节省投资。
某部分斜拉桥成桥索力分析发表时间:2020-09-16T06:19:48.634Z 来源:《新型城镇化》2020年5期作者:郭志良任荣明[导读] 将最优化理论应用到部分斜拉桥索力计算中,其应用方法和常规斜拉桥有所不同。
华蓝设计集团有限公司广西南宁 530011摘要:将最优化理论应用到部分斜拉桥索力计算中,其应用方法和常规斜拉桥有所不同。
本文在斜拉桥索力优化方法的基础上,结合部分斜拉桥结构受力的特点,建立了部分斜拉桥索力优化模型,并在广西鹿寨县新胜大桥方案设计中进行索力优化分析,得出了一些具有参考价值的结论。
关键词:部分斜拉桥;影响矩阵法;索力优化部分斜拉桥是一种组合结构体系,其力学性能介于连续梁桥和常规斜拉桥之间。
由于其良好的经济特性和美学效果,在国内得到越来越多的应用。
部分斜拉桥一般有塔矮、梁刚、索集中等特点 [1,2]。
一般情况下,部分斜拉桥主梁承受大部分荷载,拉索承担部分荷载,对主梁的受力性能起到辅助作用。
斜拉桥成桥恒载内力分布好坏是衡量设计优劣的重要标准之一 [3],因此对部分斜拉桥拉索索力优化是必要的。
部分斜拉桥拉索索力优化就是要找出一组初张力,使结构在确定性荷载作用下某种反映受力性能的目标函数最小。
一般部分斜拉桥主梁刚度较大,斜拉索相当于体外预应力束,拉索索力与主梁预应力之间存在耦合关系,因此针对柔性主梁结构的常规斜拉桥索力的优化方法不完全适用于部分斜拉桥。
本文以广西鹿寨县新胜大桥为工程背景,以结构弯曲应变能为目标函数,基于影响矩阵法,根据部分斜拉桥的结构特点建立相关的约束条件,采用有限元软件 MIDAS/CIVIL 对成桥索力进行优化计算。
合理成桥索力优化原理及优化模型由于部分斜拉桥一般跨径较小,索长较小,因而可忽略拉索垂度效应的影响,采用基于线性叠加原理的影响矩阵法进行成桥索力计算。
一般情况下,部分斜拉桥的主梁及索塔截面积均较大,分析时可忽略因拉索索力变化引起的结构轴力、剪力应变能,但应对主梁的轴力和弯矩范围进行限制。
大跨度混合梁斜拉桥合理成桥状态的确定
欧阳锦;曾天宝
【期刊名称】《城市道桥与防洪》
【年(卷),期】2011(000)007
【摘要】以九江长江大桥为工程背景,以平面杆系有限元程序FBR_CAL_SUO和SUS_ CAL_SUO为计算软件,采用恒载平衡法、应力平衡法和最小二乘法相结合的综合法,以控制结构在正常使用荷载作用下主梁的上、下缘的最大、最小应力为主要日标,以调整索力为主要手段,综合考虑恒载、活载、预应力及配重荷载等因素的影响,采用基于正装计算的优化法确定合理成桥状态.以这种方法确定的合理成桥状态与设计数据相比较,比较结果表明,这种方法的结果是准确、可靠的.
【总页数】6页(P87-92)
【作者】欧阳锦;曾天宝
【作者单位】南昌市城市规划设计研究总院,江西南昌 330038;南昌市城市规划设计研究总院,江西南昌 330038
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
【相关文献】
1.混合梁斜拉桥合理成桥状态确定方法研究 [J], 张谢东;王金枝;郭俊峰
2.低塔混合梁斜拉桥合理成桥状态分析与参数优化 [J], 邱志雄;王军;程利鹏;肖汝诚
3.非对称混合梁斜拉桥合理成桥状态及静力特性分析 [J], 贺鹏;丁望星
4.大跨度混合梁斜拉桥合理成桥状态研究 [J], 龚子松
5.大跨度独塔混合梁斜拉桥合理成桥状态研究 [J], 刘娟; 钱思沁; 徐松
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第三章斜拉桥计算①斜拉桥(或者其他桥梁)的计算分类:总体分析局部分析②局部应力分析方法③斜拉桥总体分析的特点a.考虑垂度效应的斜拉索弹性模量修正问题;b.考虑成桥索力可优化的成桥状态确定问题;c. 考虑施工分阶段进行,索力反复可调、施工方便、成桥达到设计内力目标和线形目标的施工张拉力和预拱度确定问题。
3、斜拉索等效弹模与斜拉索水平投影长、斜拉索应力的关系第二节斜拉桥合理成桥状态3.2.1 成桥恒载索力的初拟斜拉桥的设计存在一个通过优化成桥索力来优化斜拉桥成桥内力的合理成桥受力状态确定问题:斜拉桥主梁、主塔受力对索力大小很敏感;而斜拉索索力可以调节。
国内外学者探索出了多种方法:简支梁法、恒载平衡法、刚性支承连续梁法、最小弯曲能量原理法、最小弯矩法、内力平衡法(或应力平衡法)、影响矩阵法、用索量最小法。
讲授:李传习成桥恒载索力的初拟的方法•简支梁法–方法的定义:选择合理的成桥索力,使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的简支梁的恒载弯矩一致。
(图)–特点:对于不对称结构,塔的弯矩难以照顾,所得结果难以应用。
–适应情况:已用得不多。
•恒载平衡法–方法:主跨斜拉索索力根据简支梁法确定;边跨斜拉索索力根据塔承受的不平衡水平力为零的条件确定;边跨的压重根据简支梁法确定。
–特点:主梁成桥恒载弯矩与简支梁相同;主塔恒载弯矩为零。
–适应情况:用得较多,适用范围较广。
•刚性支承梁法–方法:选择合理的成桥索力,使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的连续梁的恒载弯矩一致(图)。
–特点:对于不对称结构,塔的弯矩难以照顾;索力跳跃性可能很大,不均匀。
–适应情况:已用得不多。
讲授:李传习成桥恒载索力的初拟的方法(续1)•最小弯曲能量原理法–方法(定义):以弯曲应变能最小为目标函数。
最初该法只适应于恒载索力优化,无法考虑活载和预应力的影响;将该法与影响矩阵结合后,这个缺点得到了克服。
此方法所得结果中一般弯矩均比较小,但两端索力不均匀,如人为调整易使受力状态调乱。
斜拉桥的设计要点(1)结构几何尺寸的确定斜拉桥作为由塔、梁、索组成的组合体系,进行设计时必须综合考虑塔、梁、索三者之间的相互关系。
在桥跨布置、主梁断面形式、索塔形式、索塔高度及支承体系确定后,就可拟定主梁高度以及索塔截面尺寸,并根据主梁高度、受力及构造要求初拟各部分尺寸,然后用平面杆系程序进行试算调整。
调整的原则:①边跨配重应使结构在恒载作用下边墩支座不产生拉力,且在运营期间边墩支座的拉力应控制在一个适当的数值内(便于边墩设计和支座生产)。
②斜拉索的应力、索塔混凝土的压应力、主梁恒载弯矩都应根据桥梁的实际情况控制在合适的幅度内。
③结构体系刚度必须满足要求,主梁在汽车荷载作用下的挠度小于规范规定,并有一定的富余。
④尽量减少梁段类型,方便施工。
几何尺寸的拟定过程中还应结合桥位考虑结构的抗风和抗震要求,必要时应进行节段或全桥的风洞模型试验。
(2)整体静力分析一般来讲,斜拉桥静力分析是先确定合理的成桥状态,再进行施工过程计算,通过控制施工中每根拉索的安装索力来确保实现预定的合理成桥状态。
①合理的成桥状态在确定成桥状态时,起控制作用的往往是主梁的应力。
因此,成桥状态的确定应以主梁受力合理为目标,以应力平衡法来设计主梁恒载内力为佳。
该方法是:以主梁各截面上下缘的最大最小应力作为控制条件来确定其预应力大小和恒载弯矩。
对于混凝土梁一般以拉压应力控制,以截面上下缘的最大应力满足拉压应力控制条件为最理想。
用这种方法确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为理想值,其成桥状态称之为理想状态。
但恒载弯矩在一些控制区域(如跨中)准确地为理想值实际很难实现,设计时一般允许恒载弯矩有一定的活动范围,并将由此确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为合理值,其成桥状态称之为“合理状态”。
②静力分析计算成果合理的成桥状态确定之后,就可以对结构进行详细的静力分析计算。
静力分析的主要内容有:结构设计的施工流程在各阶段的应力、变形、初始索力等,以及成桥运营状态下,各截面的应力和变形。
综合法初定斜拉桥合理成桥状态唐密;左德中【摘要】以某顶推施工独塔斜拉桥钢箱梁为背景,在斜拉桥各种设计理论的基础上,提出了一种更适合于钢箱梁斜拉桥的索力优化方法.采用最小弯曲能量法初定成桥状态,力平衡法确定主梁的弯矩可行域,作为进一步约束优化的约束条件,从而得到斜拉桥各部件受力合理的成桥状态.【期刊名称】《交通科技》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】斜拉桥;钢箱梁;索力优化;目标函数;优化模型【作者】唐密;左德中【作者单位】孝感市公路管理处,孝感,432000;湖北通顺高速公路有限公司,黄冈,438000【正文语种】中文斜拉桥是一种高次超静定结构,由于其索力是可调整的,理论上认为索力值的求解方案有无数种[1],然而,一旦斜拉桥结构体系被确定,总能确定一组索力,使得结构在确定性荷载作用下某种反映力学性能的目标达到最优[2],因此可以通过优化设计找到一组最优索力,使得斜拉桥达到最合理的受力状态,即合理成桥状态。
某独塔双索面扁平钢箱梁斜拉桥的跨径组合为60 m+60 m+160 m+386 m,主梁最大纵坡为1.65%,位于 R=33 133.05 m、切线长 T=386 m、外矢距E=2.248 m的圆弧竖曲线上;钢箱梁中心线高度(外轮廓)全部为3.526 m。
桥塔采用倒Y形,由上塔柱、中塔柱、下塔柱及塔座几部分组成,塔柱采用空心箱形断面,为单箱单室。
全桥共48对,96根斜拉索,斜拉索采用直径7 mm镀锌高强钢丝,其立面图如图1所示。
图1 某独塔斜拉桥立面图1 综合法确定合理成桥状态1.1 合理成桥状态的确定原则在确定理想成桥状态过程中,必须综合考虑梁、塔、索(及辅助墩),控制目标的选择必须考虑以下几个方面[3-5]:(1)主塔。
塔作为压弯构件要求塔内弯矩不能太大。
(2)主梁。
主梁弯矩在恒、活载作用下弯曲应力小且分布均匀。
(3)斜拉索。
斜拉索的索力从自身出发要满足两方面要求:斜拉索垂度要求的最小索力;材料强度要求的允许最大索力。
斜拉桥合理设计状态确定与施工控制斜拉桥是一种常见的桥梁类型,具有结构新颖、跨越能力大、受力合理等特点,在交通工程中占据重要地位。
然而,斜拉桥的设计和施工过程较为复杂,合理设计状态的确定与施工控制对于桥梁的安全性和稳定性至关重要。
本文将对斜拉桥合理设计状态的确定和施工控制进行探讨,以期为相关工程提供参考。
在确定斜拉桥的合理设计状态时,首先要根据桥梁设计规范和实际情况,对斜拉桥的受力情况进行详细分析。
这包括对主梁、塔柱和拉索等关键部位的受力计算,以及考虑车辆、风载等外部荷载的影响。
还需要对斜拉桥的变形情况进行校核,以确保桥梁在使用过程中的稳定性。
同时,根据计算结果,需要对斜拉桥的承载能力进行评估,包括持久载和短暂载作用下桥梁的承载能力。
综合考虑以上因素,确定出斜拉桥的合理设计状态。
在斜拉桥的施工控制中,首先需要注意施工过程中的安全性。
由于斜拉桥施工过程中涉及到高空作业和大型机械设备,需要采取相应的安全措施,确保施工人员的生命安全和设备的正常运行。
需要控制施工过程中的质量。
这包括对原材料的检验、施工工艺的控制以及质量检测等环节。
只有保证施工质量的可靠性,才能确保桥梁在使用过程中的稳定性和耐久性。
为了达到这个目标,施工单位需要建立健全的施工质量管理体系,对施工过程进行全面、严格的质量监控。
以某实际斜拉桥工程为例,该工程在设计和施工过程中,根据桥梁设计规范和实际情况,对斜拉桥的受力情况、变形情况和承载能力进行了详细分析。
在确定合理设计状态的过程中,采用了有限元分析等方法,对主梁、塔柱和拉索等关键部位的受力进行了精确计算。
同时,考虑到车辆、风载等外部荷载的影响,对该桥的持久载和短暂载作用下桥梁的承载能力进行了全面评估。
在施工控制方面,该工程采取了有效的安全措施和质量监控手段,确保了施工过程的安全性和施工质量。
然而,该工程也存在一些不足之处。
例如,在施工过程中,由于设备故障和天气原因等不可抗力因素,导致部分施工环节出现了延误。
Trust is good, but monitoring is more important.简单易用轻享办公(页眉可删)悬索桥和斜拉桥教案悬索桥和斜拉桥教案范文:活动目标:1、观察家乡桥的外形特征,了解桥的种类(按外观区分)和用途。
2、激发幼儿热爱家乡建筑物的情感,感受现代科技的发展。
3、培养幼儿对区域活动的喜爱。
活动准备:阅读区:家乡桥的图片。
绘画区:积木、绘画纸、蜡笔。
动手区:橡皮泥。
数学区:各种桥分类,计数。
活动过程:一、桥的用处。
1、教师:小朋友看,图上的叔叔在干嘛?(溜绳索)为什么他要溜绳索?(因为河的两边没有供人行走的路)那怎样才能让两岸的人们顺利地行走又不危险呢?(可以架桥)你都知道什么桥?2、你知道我们的家乡——江西,有哪些著名的桥梁吗?老师这里有一些桥的图片,现在我们一起来看看吧!选出一个你最喜欢的大桥。
教师:谁来向大家介绍一下你最喜欢的大桥是哪一个,并说明原因。
教师小结:这些桥的外观看起来特别的漂亮、美观。
二、引导幼儿从桥梁的外观来分类:斜拉桥、悬索桥、梁桥、拱桥。
1、引导幼儿发现图片四种桥不同的外形结构特点。
教师:这四种桥有什么不同不一样的地方呢?教师:带着幼儿边观察边作相应的引导主要从外形特征分出各类桥。
2、引导幼儿逐一看图了解四种桥的名称和主要的形状特征。
教师:这是现在的八一桥,他是用许多拉索直接拉在桥塔上的,这样就可以拉住桥面,像这样的桥我们叫它“斜拉桥”教师:小朋友们你们见过家乡还有哪些斜拉桥吗?教师:你知道这些又是什么桥吗?(指向其他的桥)桥身呈半圆形的是拱桥,用许多钢索拉紧固定悬塔的是悬索桥。
三、介绍材料、交待各区幼儿活动要求。
1、出示橡皮泥。
教师:小朋友,现在你们都认识了我们家乡的桥,现在请小朋友你们来制作家乡的桥吧!我们除了用橡皮泥来制作我们还可以怎样做呢?(用画画的形式)出示积木。
教师:你们看这是什么?(积木)我们可以用积木来搭桥吗?(可以)四、幼儿选择区角。
斜拉桥施工状态的确定方法一、概述通常,斜拉桥要实现最终的成桥状态豁要经过一系列的施工步骤。
根据主梁的施工方法不同有支架现浇法、支架拼装法、顶推法、悬臂现浇法、悬臂拼装法。
从斜拉索的张拉次数不同可分为一次张拉法和多次张拉法。
从悬僻现浇挂篮的支承方式不同可分为后支点挂篮和前支点挂篮。
支架现浇法或支架拼装法的主梁是在支架上进行现浇或拼装的,一般为落地支架。
通常用于规模较小的斜拉桥。
顶推法是指主梁采用顶推法施工的情况,一般也只适用于较小规模的斜拉桥。
悬臂现浇法是利用挂篮进行主梁的施工,通常相应梁段的斜拉索必须同步施工,对于采用后支点挂篮施工的情况,一个标准梁段的施工工序通常为:①挂篮前移并立模定位;②安装钢筋等、浇注混凝土;③混凝土待强后,张拉梁内预应力;④挂对应梁段的斜拉索并进行张拉。
对于采用前支点挂篮施工的情况,一个标准梁段的施工工序通常为:①挂篮前移并立模定位;②挂当前梁段斜拉索与挂篮前端相连并进行第一次张拉;③安装钢筋等、浇注部分混凝土;④当前梁段斜拉索进行第二次张拉;⑤浇完梁段混凝土;⑥混凝土待强后张拉梁内预应力;⑦降挂篮,当前梁段斜拉索进行第三次张拉。
悬臂拼装法是利用浮吊或桥面吊机将预制好的梁段逐段拼装的,通常斜拉索也必须同步安装并张拉。
悬臂施工法(现浇或拼装)施工达到最大悬臂后,要进行合龙段施工,如标准的三跨双塔斜拉桥,一般分别以两个主塔为中心进行双悬臂施工,达到最大悬臂后先合龙边跨,然后再进行中跨合龙施工,各跨的合龙施工是斜拉桥施工中极其关键的环节,通常的合龙程序为:①安装合龙段混凝土施工的吊架;②配平衡重施加在合龙口两侧;③利用定位装置嵌定合龙口;④安装钢筋等、浇注合龙段混凝土并逐级去掉合龙口两侧的平衡重;⑤张拉合龙预应力束。
如果平衡重与合龙梁段的重盆相等,则合龙口嵌定装置基本上不承受由合龙段混凝土浇注引起的内力。
合龙程序还有一个核心问题就是平衡重施加的时间。
这里是在合龙口嵌定之前,施加在主梁最大悬臂状态下,如果在合龙门嵌定之后施加,则由于嵌定装置使主梁成为了连续结构,其受力情况完全不一样,并且,合龙口嵌定装置需承受由平衡重引起的很大的内力,对成桥状态的主梁弯矩影响很大,后者与前者相比,跨中区域产生较大的恒载正弯矩,与该区域的控制弯矩同号,是不利的。
第13卷 第3期2000年7月中 国 公 路 学 报China Journal of Highw ay and TransportVo l.13 No.3July 2000文章编号:1001-7372(2000)03-0049-04收稿日期:1999-09-17作者简介:颜东煌(1961-),男,湖南委底人,长沙交通学院教授,工学硕士.用应力平衡法确定斜拉桥主梁的合理成桥状态颜东煌1,李学文2,刘光栋1,易伟建1(1.湖南大学路桥工程系,湖南长沙 410082; 2.长沙交通学院路桥工程系,湖南长沙 410076)摘 要:根据主梁截面上、下缘的正应力控制条件,综合考虑活载作用以及斜拉索索力对主梁成桥恒载弯矩的可调性,确定斜拉桥主梁的合理预加力数量和相应的恒载弯矩合理域,并根据实际配置的预加力确定主梁恒载弯矩可行域,为斜拉桥的合理成桥状态的确定提供依据。
关键词:斜拉桥;主梁;预应力;合理成桥状态;应力平衡法中图分类号:U448.27 文献标识码:ADeciding the reasonable finished dead state of the main beam ofCable -stayed bridges using stress balanced methodYAN Dong -huang 1,LI Xue -w en 2,LIU Guang -do ng 1,YI Wei -jian1(1.Depar tment of Hig hw ay and Br idge Engineer ing ,Hunan U niv ersity,Chang sha 410082,China;2.Departm ent o f Hig hw ay and Bridg e Eng ineer ing ,Chang sha Co mmunicatio ns College ,Chang sha 410076,China )Abstract :According to norm al str ess controlling conditions on the to p and bo ttom o f beam section,co nsidering live load actio n and adjustability of cable forces for the dead mo ments on the finished state of the main beam ,this paper decides the reasonable prestressing quantity and the relative reasonable limits of dead m oments.It can decide the feasible eimits of dead mo ments of the main beam if the prestress has been g iven.T he r esults can pro vide backg round data for deciding the reasonable finished dead state of the total str ucture o f cable -stayed bridges .Key words :cable -stayed bridge ;main beam ;prestress ;reasonable finished dead state ;stress balanced metho d 影响斜拉桥主梁应力的荷载因素为恒载和活载两大部分。
恒载部分包括结构重力、混凝土收缩徐变影响力、斜拉索初张力以及主梁中预加力;活载部分包括规范中所有可能的活载,同时,为方便计算,把成桥后在运营期间的混凝土收缩徐变影响力也作为活载的一部分。
笔者所述的“应力平衡法”的基本思路为:根据主梁各截面上下缘的拉压应力控制条件来确定其合理的预加力数量以及恒载弯矩的合理域。
合理预加力数量可作为预应力布置的依据。
实际布置的预加力通常比斜拉桥整体的合理预加力数量多,根据实际预加力数量确定主梁恒载弯矩可行域,该可行域即可作为确定合理成桥状态时的主梁恒载弯矩控制范围。
由于主梁只是斜拉桥整体结构中的一部分,斜拉桥的合理成桥状态必须综合考虑主梁、塔、索和墩的受力,因此,主梁恒载弯矩可行域必须具有一定的宽度。
1 计算方法1.1 主梁截面上下缘应力控制条件1.1.1 符号说明N d 为恒载(除预应力外)产生的主梁轴向力(以压力为正);M d 为包括全部预加力在内的所有恒载产生的主梁弯矩(以引起下缘拉应力为正);N y 为全部有效预加力(符号为正); sm 、 x m 分别为主梁截面上、下缘活载最大应力(以拉为正,下同); sn 、 x n 分别为主梁截面上、下缘活载最小应力;A 、W x 、W s 分别为主梁面积、下缘和上缘抗弯截面模量;[ l ]为材料的容许拉应力;[ a ]为材料容许压应力(其值为负)。
1.1.2 拉应力控制条件主梁截面上下缘在恒载和活载组合下的最大应力 sl 、 xl 应满足sl =-N d +N y A -M dW s+ sm ≤[ l ](1) xl =-N d +N y A -M dW x+ xm ≤[ l ](2)1.1.3 压应力控制条件主梁截面上下缘在恒载和活载组合下的最小应力 sa 、 xa 应满足x a =-N d +N y A +M dW x + xn ≥[ a ](3) sa =-N d +N y A -M dW s+ sn ≥[ a ](4)1.2 主梁恒载弯矩可行域如果主梁中预应力已配置好,即N y 已知,则由式(1)至式(4)可分别得 M d ≥-N d +N yA -[ l ]+ sm W s =M dl 2(5) M d ≤N d +N yA +[ l ]- xm W x =M dl 1(6) M d ≥N d +N yA+[ a ]- xn W x =M da 2(7) M d ≤-N d +N yA-[ a ]+ sn W s =M da 1(8)令M d 1=m in(M dl 1,M d a 1),M d 2=max (M d l 2,M da 2),可得主梁恒载弯矩可行域为M d 2≤M d ≤M d 1(9) 当主梁成桥恒载弯矩M d 落在该可行域内时,则说明主梁在各种荷载组合下上下缘的正应力均满足式(1)至式(4)的要求。
由式(6)和式(8)可见,当N y 增大时,M d l 1增大,M d a 1减小;同样由式(5)和式(7)可见,当N y 增大时,M d l 2减小,M da 2增大。
让M d l 1=M da 1,由式(6)和式(8)得N y =A1+ {( sn -[ a ]) + xm -[ l ]}-N d=N yj 1(10)式中: =W s /W x 。
让M d l 2=M da 2,由式(5)和式(7)得N y =A1+ { xn -[ a ]+( sm -[ l ]) }-N d=N yj 2(11)y yj 1d 1da 1N y j 2时,M d 2=M d a 2(下缘压应力条件控制),否则,M d 2=M dl 2(上缘拉应力条件控制)。
1.3 主梁合理预加力式(9)也可以用来计算预加力的数量,当设计者已给定主梁恒载弯矩的最小可行域宽[ M d ],即要求M d 1-M d 2≥[ M d ](12) 满足式(12)的最小预加力数量N y 被称为合理预加力。
由于通常都只采用预拉应力,故N y ≥0。
可用试算的办法来确定N y ,让N y 从0开始按一定的步长增加,直至式(12)成立为止,即可得N y 。
但当截面不合理时,式(12)总得不到满足。
为了便于分析,可以根据由式(10)和式(11)确定的N yj 1、N yj 2将式(12)分段来表达,将N y 分成四个可能的区段,从区段(1)至区段(4)逐一顺序检验,如果本段的条件得到满足,即得到所求的合理预加力N y ;否则,进入下一区段。
(1)当N y ≤min (N yj 1,N yj 2)且min (N yj 1,N y j 2)>0时,式(12)成为M dl 1-M dl 2≥[ M d ](13)将式(5)和式(6)代入式(13)得N y ≥A1+ ( sm + xm )-N d -[ l ]A +[ M d ]A(1+ )W x =N y 1(14) 当N y 1≤min(N yj 1,N yj 2)时,满足此区段要求,N y 分两种情况取值: 当N y 1>0时,取N y =N y 1; 当N y 1<0时,取N y =0。
当N y 1>min(N y j 1,N yj 2)时,N y 不在该区段取值,进入下一区段。
(2)当min (N y j 1,N yj 2)<N y <max (N y j 1,N y j 2)且N yj 1>N yj 2,N y j 1>0时,式(12)成为M dl 1-M d a 2≥[ M d ](15)将式(6)和式(7)代入式(15)得[ l ]-[ a ]-( xm - xn )≥[ M d ]/W x (16) 式(16)说明只要N y 在该区段取值,则式(15)与N y 无关。
如果式(16)得到满足,N y 分两种情况取值: 当N yj 2≥0时,N y =N y j 2; 当N y j 2<0时,取N y =0。
(3)当min (N y j 1,N yj 2)<N y <max (N y j 1,N y j 2)且N yj 1<N yj 2,N y j 2>0时,式(12)成为M da 1-M d l 2≥[ M d ](17)将式(5)和式(8)代入式(17)得 [l [ a ]-( sm - sn )≥[ M d ]/W s (18)(2)相似,式(18)与N y 无关。
如果式50 中 国 公 路 学 报 2000年(18)得到满足,N y也分两种情况取值: N yj1>0,取N y=N yj1; 当N yj1<0时,取N y=0。
(4)当N y≥max(N yj1,N yj2)时,式(12)成为M da1-M d a2≥[M d](19)将式(7)和式(8)代入式(19)得N y≤A1+ ( sn + xn)-N d-[ a]A-[M d]A(1+ )W x=N y2(20) 当N y2≥max(N y j1,N yj2)且N y2>0时,满足此区段要求,N y分两种情况取值: m ax(N yj1,N yj2)≥0时,取N y=max(N yj1,N yj2); max(N y j1,N yj2) <0时,取N y=0。