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        預(yù)應(yīng)力空心板梁橋拼寬設(shè)計(jì)及計(jì)算分析

        2016-11-29 05:54:23方睿

        方睿

        摘 要:本文介紹了目前國(guó)內(nèi)高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中,橋梁拼接加寬的幾種主要方式,并對(duì)各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性進(jìn)行了闡述。通過(guò)空間有限元仿真,分析預(yù)應(yīng)力空心板上部結(jié)構(gòu)拼接加寬后內(nèi)力分布和變化情況,總結(jié)設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的問(wèn)題。

        關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力空心板梁橋;拼寬設(shè)計(jì);計(jì)算分析

        中圖分類號(hào):U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),早期修建的不少高速公路交通量增長(zhǎng)迅猛,部分道路交通日趨飽和,為改善這一狀況,需要對(duì)這些公路進(jìn)行相應(yīng)的改建或加寬擴(kuò)建。本文將對(duì)常見(jiàn)橋梁拼接加寬方式及特點(diǎn)進(jìn)行闡述,并對(duì)預(yù)應(yīng)力空心板梁橋的拼寬設(shè)計(jì)和計(jì)算分析方法進(jìn)行介紹。

        1.橋梁拼寬方式及特點(diǎn)

        1.1 拼寬方式

        國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的高速公路橋梁加寬連接方式一般有3種:

        (1)上、下部不連接:新、舊橋梁上、下部并列設(shè)置,通過(guò)設(shè)置工作縫分離。

        (2)上、下部連接:新、舊橋上、下部結(jié)構(gòu)通過(guò)植筋、澆筑濕接縫等實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接。

        (3)上部連接、下部不連接:新、舊橋梁基礎(chǔ)分離,通過(guò)改造舊橋邊梁或其它方式與新建部分的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉸接或剛接。

        1.2 拼寬特點(diǎn)

        (1)上、下部不連接

        這種拼寬方式新、舊橋梁各自受力,可避免收縮徐變差和地基沉降差等對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,同時(shí)簡(jiǎn)化了施工程序。比如,大跨徑的連續(xù)梁橋加寬時(shí),其收縮徐變差、不均勻沉降差及預(yù)應(yīng)力反拱難以控制,通常會(huì)采用這種方式;另外,這種連接方式也可用于新、舊結(jié)構(gòu)型式不同的拼寬橋梁。

        這種連接方式的缺點(diǎn)也很明顯:首先,由于新、舊結(jié)構(gòu)完全獨(dú)立,新建部分無(wú)法與舊結(jié)構(gòu)聯(lián)合受力,在設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)提高時(shí),原主梁的承載力有可能不滿足要求。另外,活載作用下新、舊橋主梁撓度不同步,加寬部分后期沉降等,極易造成連接部位鋪裝層破壞,產(chǎn)生縱向裂縫和橫向錯(cuò)臺(tái)。由于上述缺點(diǎn),高速擴(kuò)建項(xiàng)目中無(wú)法大規(guī)模采用這種加寬方式。

        (2)上、下部連接

        上部結(jié)構(gòu)連接,主要有翼板鉸接和翼板+橫隔梁剛接兩種。這種拼寬方式好處在于:首先,拼接后新、舊結(jié)構(gòu)整體均勻受力,舊結(jié)構(gòu)受到的活載效應(yīng)降低;其次,可以較好的避免橋面連接處,受新、舊結(jié)構(gòu)地基沉降差影響而產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。

        這種方式的缺點(diǎn)在于:新建下部結(jié)構(gòu)的混凝土收縮徐變和地基沉降受原有結(jié)構(gòu)的約束。上述變形過(guò)大時(shí),易造成連接界面或原結(jié)構(gòu)拉裂;此外,下部構(gòu)造也需采用植筋等技術(shù)連接,增加工程成本和施工技術(shù)難度。

        因此,該方法一般在地質(zhì)條件較好的區(qū)域,應(yīng)用于T梁、箱梁等需要?jiǎng)傂赃B接的橋梁結(jié)構(gòu)。

        (3)上部連接、下部不連接

        這種加寬方式的優(yōu)點(diǎn)在于:首先,新、舊下部結(jié)構(gòu)各自受力;其次,只要控制好沉降差,上部構(gòu)造連接部位一般不容易出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題。

        缺點(diǎn)在于:連接后新、舊結(jié)構(gòu)的沉降差和新、老材料的齡期差,會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力,致使上部構(gòu)造連接處內(nèi)力增大。針對(duì)不均勻沉降,新建結(jié)構(gòu)可通過(guò)采用樁基礎(chǔ),并適當(dāng)增加樁長(zhǎng)、超載預(yù)壓等措施減小工后沉降;針對(duì)收縮、徐變次應(yīng)力等,一般通過(guò)合理增加配筋應(yīng)對(duì)。

        此種加寬方式大量應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多條高速改擴(kuò)建項(xiàng)目,質(zhì)量穩(wěn)定、效果良好。

        2.空心板拼寬計(jì)算分析

        2.1 基本信息

        本次研究取某高速公路16m空心板算例,原橋上部為先張法空心板結(jié)構(gòu),拼寬橋?yàn)楹髲埛招陌褰Y(jié)構(gòu);原橋全寬28m,共13塊板,拼寬后全寬為42m,拼寬部分共7塊板。如圖1所示。

        2.2 計(jì)算模型

        本次研究計(jì)算分析借助空間有限元分析軟件Midas/civil2012,通過(guò)建立梁格模型進(jìn)行模擬計(jì)算。

        建立梁格模型時(shí),使縱向梁格與梁板中心線重合,出于活載施加定位的需要,在邊梁懸臂端部、縱梁之間以及新、舊結(jié)構(gòu)拼接部位均增設(shè)虛擬縱梁。

        橫梁的間距應(yīng)保證計(jì)算結(jié)果具有足夠的精度,并在支點(diǎn)的附近應(yīng)適當(dāng)加密。

        同時(shí),計(jì)算模型還進(jìn)行了以下幾點(diǎn)假定:

        (1)橋梁上部結(jié)構(gòu)縱、橫向空間分析中不考慮縱、橫向坡度。

        (2)新舊橋梁的邊界約束條件相同。

        (3)對(duì)于空心板梁,新、舊橋梁采用翼緣板連接,連接方式為鉸接。

        2.3 結(jié)論

        (1)拼接后新、舊橋共同受力,對(duì)舊橋來(lái)說(shuō)恒載內(nèi)力減小,減小幅度由拼接側(cè)向遠(yuǎn)端遞減。拼接后新橋收縮徐變會(huì)造成舊橋恒載增大,新橋恒載減小,增減幅度均由拼接側(cè)向遠(yuǎn)端遞減。上述兩種作用相抵后,拼接后舊橋部分恒載作用略有增加。

        (2)拼接后新、舊橋共同受力,舊橋整體活載內(nèi)力降低,降低幅度由拼接側(cè)向遠(yuǎn)端遞減。對(duì)于空心板而言,單片梁活載內(nèi)力作用大于恒載,而拼寬后活載效應(yīng)的降低幅度大于恒載的增加幅度。因此,拼寬后舊橋的恒、活載組合效應(yīng)低于拼寬前。理論上來(lái)說(shuō),拼寬后原橋部分較拼寬前整體更加安全。

        (3)對(duì)拼接部位而言,豎向受力模式主要為受剪,活載最不利加載工況為車輪直接作用在拼接部??偟募袅?yīng)將恒載、活載和新橋沉降效應(yīng)進(jìn)行組合,由于這幾項(xiàng)效應(yīng)作用均較小,一般情況下不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力超標(biāo)的情況。拼接部縱橋向受新梁收縮徐變影響較大,應(yīng)考慮此項(xiàng)作用對(duì)拼接部位的縱向鋼筋進(jìn)行配筋驗(yàn)算。

        (4)對(duì)于預(yù)應(yīng)力空心板梁橋來(lái)說(shuō),由于新舊板梁之間為結(jié)構(gòu)弱連接,新橋沉降對(duì)拼接后的原橋部分影響不大,施工中只要控制新橋沉降不過(guò)大即可。

        參考文獻(xiàn)

        [1]朱坤寧.簡(jiǎn)直連續(xù)橋面橋梁拓寬的結(jié)構(gòu)分析與研究[D].東南大學(xué),2007.

        [2]常紅航.混凝土梁橋拓寬拼接時(shí)的收縮徐變影響研究[D].湖南大學(xué),2013.

        [3]胡文華.空心板橋拓寬中混凝土收縮徐變對(duì)新、舊橋梁結(jié)構(gòu)受力的影響研究[D].重慶交通大學(xué),2013.

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