《零弯矩设计》word版

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1、大跨梁桥跨中下挠和开裂影响了桥面的平整度和结构的耐久性。控制长期下挠是我国预应力砼连续梁（刚构）桥当前亟待解决的难题。由于它是一门十分复杂的学问，国内工程界已从不同的领域采用过不同的方法进行过很多研究，但至今奏效均不大。我国桥梁建设大好形势迫切需要新思维的产生，要对当前大跨梁桥工程控制的理论所存在的问题进行反思，对传统设计方法的错误勇于更正。要打破规范、解放思想、与时俱进提出解决长期下挠问题的新途径。两种不同的预应力观点众所周知，不同观点的预应力设计直接影响到结构施工和成桥以后的状态。通常由于设计预应力设计的

2、原因，在建造结构的过程中就存在不平衡内力，那么在双悬臂结构中必然产生初始挠度，采用预拱度的做法只能暂时的减小施工合拢前的挠度。由于该不平衡内力在预拱度中并不能消除，所以合拢后布平衡内力连续梁中又产生后期挠度fg。随着时间的增长，砼徐变也沿合拢前存在初始状态转角将产生后期挠度ft，这就是大跨梁桥发生长期下挠的原因所在。当今关于悬臂施工大跨梁桥预应力设计，有两种截然不同的观点。1.3.1传统预应力设计观点在刘效尧、赵立成主编的公路桥涵设计手册《梁桥》（下册）中[9]，指出预应力配索的体系选择依据：预应力束应根据最

3、不利荷载组合下的弯矩、轴力、剪力包络图（不含预应力及相关内力）进行预应力筋的合理配束。在大跨径预应力混凝土连续梁中，其体系转换后的结构重力或一次落架的结构重力产生的内力一般均超过总内力的50％，故建议按成桥后的结构重力与荷载内力相组合进行预配预应力钢束，计算其预应力损失及弹性次内力后，再根据全桥最不利内力组合（含预应力及相关内力）进行调整或验算。传统观点以强度为目标控制设计选择成桥后运营状态（连续梁）为基本图式（按最终状况的一次落架状态），通过运营状态的内力包络图，按保留一定压应力储备原则来设计梁体内的预应力

4、索。为了控制施工中梁顶面的标高符合设计线形，通常采用“挠度反向设置法”（即预拱度）。在双悬臂施工中，梁的安装标高还要根据分块施工预应力大小以及梁段标高实测情况，通过复杂的工程控制计算来确定。总之，从传统的预应力设计观点可以看出，它们均是采用内力包络图进行控制设计的。由于该观点被列入设计手册和规范，所以运用该方法设计的梁桥占到绝大多数。但是，正是采用传统的预应力设计观点，却出现了成桥若干年后跨中持续下挠的现象。1.3.2预应力的“零弯矩”设计观点1988年范立础院士主编《预应力砼连续梁》书中ξ301页中，提出一

5、种减少由混凝土徐变引起次应力的途径[10]：可以选择预加力引起的弯矩，使它刚好抵消建造过程中产生的弯矩，这样就可使徐变对结构的影响予以消除。新观点以挠度为目标控制，由于不设预拱度桥梁线型始终不变。其特点是用预应力的配置来抵消悬臂施工自重弯矩Mg为准，当施工中梁各截面恒载弯矩∑Mi＝Mt－Mg＝0时，即消除了挠度和梁初始转角θ。这样当砼徐变发生时，梁体仅有轴向位移而不产生挠度。在80年代末期在修建洛溪大桥180m连续刚构的同时，国内广东和湖南省一些工程师对“预拱度法”提出质疑。认为预抬高不能解决力的平衡，因此不

6、能消除合拢后箱梁后期的继续下挠。在他们主持的设计中采用了预应力“零弯矩”的观点。修建了近十座连续梁桥，都取得了方便施工、简化工程控制和后期下挠较小的效果。由于我国连续梁桥修建历史不长，两种观点对后期下挠的效果一时分辩不出，对方争议时间达十年之久。2004年被认为设计和施工质量都很好的广东虎门大桥辅航道桥（270m）下挠21cm并发现裂缝的事实震警了桥梁界，促使大家对传统方法进行反思。因此本文着重介绍大家都不熟悉的“零弯矩”观点，通过认真的研讨和深化，为控制大跨梁桥长期下挠问题找到一条新路。①为什么恒载弯矩为零

7、最终导致挠度也为零呢？可以用挠度计算的基本公式来论证：由于预应力弯矩MT与自重弯矩M0相平衡，使梁内弯矩Me＝0（2-1）那么根据图乘法原理，可计算出相应梁的挠度也为零[15]。（2-2）式中：Mo:悬臂自重弯矩MT:预应力弯矩Me：梁内弯矩M：单位力（P＝1）作用在跨中所产生的梁内弯矩②采用“零弯矩”观点设计预应力后悬臂施工状态的内力和变形就等同于满堂支架整体建造状态。所以合拢后恒载混凝土徐变的次内力值也大幅度减少，能使徐变的下挠值也趋近于零。南昌赣江西支特大桥①.箱梁尺寸.高2.5～6.3m，宽17.35

8、m，腹板厚从0.5m变至0.4m；底板厚度从0.66m变至0.25m，顶板厚度0.26m。截面面积A＝19.1～10.9m2；中性轴Y上＝3.04～1.03m；惯性矩J＝97.61～10.41m4②.110m跨径连续梁现浇，自重弯矩Mg＝XiPi。施工中临时支点最大弯矩Mg1＝－39415t.m③.主梁纵向预应力布置，顶板纵向预应力采用“平弯”方式在腹板顶部锚固，一个截面共六孔。设计预应力采用钢绞线