框构桥设计.doc

5.1 框构桥设计

5.1.1 桥梁结构一般应尽量采用梁式桥跨，如遇以下情况，经技术经济比较，可考虑采用框构桥或箱形桥。
1位于重要城镇的跨线桥或主要道路的立交桥，采用框构桥外形轻巧，造型美观，正交时一般要求地基承载力较低，经过比较可以采用。如需下挖且有地下水时，必须妥善解决地下水和地表水的排水出路，有关排水机具设备，电源等也必须落实。
2位于站场或控制线路高度，影响土方量较大，需要尽量减少建筑高度的桥梁，框构桥或箱形桥则易满足要求。经与超低高度梁或型钢混凝土梁比较，当其经济、技术条件优越时可以采用。
框架桥顶板为满铺的整体，其上可设置渡线和道岔，适宜于站场内使用
3在既有线上增建桥梁时，框构桥可用顶进法施工，线路经临时加固后，虽具有不中断行车，不修便线便桥优点，但需要较多的施顶设备，后背工程量大，以及工期长等缺点，设计时应进行综
合比较后决定取舍。

5.1.2 框构桥基本要求
1框构桥尽可能做成正交，条件困难必须斜交时，其斜交角度与布置应符合铁路线路、公路及城市道路有关规范要求，一般不宜大于45°。斜交桥的梁和框架等均应为斜交结构，因此在道路中间的桥墩，一般不得斜交正建。
2框构桥系受力比较复杂的静不定结构，不得设在软土地基上，除满足最大设计应力外，还要求地基承载力σ0≥120kPa；对斜框构桥要求σ0≥200kPa，否则应进行专门论证，采取切实可行的加固措施。
3顶进桥涵钢筋混凝土结构，其混凝土强度等级不宜低于C35，有水时宜采用抗渗性不低于P8的混凝土。

5.1.3 跨越公路的框构桥，最好做成三孔，交通量很小时可做单孔。三孔桥宜设计为三孔连续框架，一般不采用三箱分建并置。
钢筋混凝上框构桥常用的孔径大小，一般情况下为8～20m，由于材料性能和现场灌注条件的限制，采用最大跨度一般也不宜大于24m，斜交时以斜向跨径为准，如系单孔不宜大于20m。
框架式地道桥采用的净宽标准可参考表5.6.3。该表桥下净宽结合公路机动车道和非机动车道及人行道的布置，能够满足城市道路及公路工程技术标准有关要求。其净空高度除应符合交通部现行《公路工程技术标准》的规定外，同时还应考虑施工误差及公路路面厚度对净高的影响，必要时尚应与使用部门协商确定桥下净宽和净高。

表5.6.3 框架式地道桥净宽
孔数
净宽(m)
单孔
4.0，5.0，6.0，8.0，8.5， 12.0，17.0
双孔
8.5—8.5，9.0—9.0，12.5—12.5，16.5—16.5，17.0—17.0
三孔
6.0—9.0—6.0，8.0—17.0—8.0，9.0—17.0—9.0
四孔
6.0—12.5—12.5—6.0，8.0—12.5—12.5—8.0
8.0—16.5—16.5—8.0，9.0—16.5—16.5—9.0

框构桥设计应尽可能使用通用参考图、也可重复使用荷载、地质及限界等使用条件相同的已有优秀工点设计。

5.1.4 框构桥的顶板可根据内力变化和净空限界采用变截面形式，一般顶板跨中截面高度约为L／20，跨端高度为L0／10，加腋长度0.2L0左右(L0为框构净跨径)。墙身截面厚度不小于最大跨中截面的高度。底板为了便于路面铺装的设置，跨端一般不设加腋段。为了保证有足够的刚度，底板厚度可较顶板跨中截面增大20～30％，地基承载力愈低愈要做得厚些。底板应全部坐落在匀质、坚实的天然地基上，埋深距天然地面不小于1.0m，否则应进行必要的地基处理。
框构桥板顶至轨底的道床厚一般为0.5m，顶进时为0.65～0.85m。填土较高时结构恒重太大乃不经济，两端挡墙高度太高设计也有困难，此时可考虑采用双层框构桥。
斜交框构两侧轮重不能同时进入路基，为了列车平稳匀称的过渡到路基上，宜在墙后面路基上设置一定长度的钢筋混凝土梯形搭板。框构两侧悬臂式人行道板与结构整体灌注时，人行道板对应中墙宜设置断缝一道，以免共同受力而产生裂纹。

5.1.5 框构桥地基设计应力应按弹性地基变形分布规律分别计算，不得按明挖联合基础简化计算，更不要按应力均匀分布估算，设计时应根据地质条件好坏认真选用地基系数。采用换填、砂桩、打入桩等人工地基时，如何选用地基系数，尚缺乏实际经验，特别是大跨径、大斜交角的框构桥，采用人工地基者过去用的不多，如遇上述情况，尽可能采用其他桥式。
设计较大的框构桥(L0≥12m)时，建议地质专业适当增加钻探资料，较宽的框构(B≥9m)提供地质横断面，并会同地质专业落实，地基检算范围内，有无软硬不均现象，框构严禁设在软硬不均的地基上。桥长超过既有两侧排水沟时，框构桥基底应低于排水沟底，如有淤积应以淤积前的高程为准，勘测时注意调查收集资料。
对路基填土较高、地基较差的框构桥，应考虑地基沉陷引起路基和框构相对错动所产生的各种附加力，分别计算上述附加力对结构内力和框构地基应力的增加值。

第5.6.6条 框架桥能适应斜交的需要，容许有较大的斜交角。斜框架除按结构分析结果配置钢筋外，并须在钝角处设置加强钢筋。此钢筋置于顶板顶面及底板底面的钢筋平面内，加强范围约为L／5跨长，设计中还应视具体的斜交角中及跨宽比研究决定。详见图5.6.6。

图5.6.6斜框构加强钢筋布置示意图

5.1.6 沿框构板和墙顶联接处外侧安设的钢筋不应在角隅处断掉，板上受力筋应弯曲伸入墙身内，墙身的钢筋应伸入板内一部分，其弯曲半径不得小于钢筋直径的10倍沿着板与墙联接处加腋内侧布置的钢筋不得将板和墙的钢筋弯曲使用，而应沿梗胁另行设置其他直线钢筋，该直线筋即使受力不需要设置，也应保留一部分构造分布钢筋，垂直于加腋面另需布设一些构造钢筋如图5.6.7所示。

图5.6.7框构节点和加腋钢筋构造示意图

5.1.7 灌注混凝土时，顶板及底板部位应一次连续灌注，工作缝一般留在墙身上，并应设在墙身内力分布比较小的部位。严格按《铁路混凝土及砌石工程施工规范》所规定的灌注层次和方法顺序，有条不紊的进行，加强捣固，按要求的天数进行养生，妥善解决顶板下缘的洒水养护工作条件，钢模板应设草帘覆盖，以保持湿润。

5.1.8 在运输较繁忙的营业线上修建涵洞或立交桥(地道)，当路基稳定无下沉情况时，结合地质、地形和铁路运营条件进行技术经济比较，可选择顶进法施工。
在顶进作业前，应与铁路有关部门签订施工配合协议，并应依据设计图纸及施工组织设计由铁路部门对施工范围内的铁路线路进行加固。
地道桥采用整体顶进时，其长度不宜大于或等于30m；当大于30m时，宜在纵向分节。第一节长度宜为桥高的1.5～2.0倍。纵向分节的接缝宜设在铁路线间。
多孔地道桥的宽度超过45m时，宜横向分解为多个单体桥，根据工期和顶进设备情况采用分开顶进或同步顶进。
对宽度大于45m，顶程大于40m的桥体，在设计和施工中应有变形和裂缝的控制要求，必要时宜作顶进受力变形模拟试验。
桥体尾墙长度不宜小于桥高的O.4倍。

5.1.9 在框构桥顶进施工中，必须对铁路线路进行加固。应根据铁路线路、桥体尺寸、材料设备、施工季节等因素确定加固形式。
当加固材料符合要求，且铁路限速为45km／h时，可采用支墩加便梁临时承载，但桥体设计应与加固方式相适应。
根据铁路运输和施工条件，宜采用吊轨横梁和吊轨纵横梁加固方式。横梁宜采用工字钢，纵梁宜采用工字钢束梁，其轨底至桥体顶面净高宜为O.65～O.85m。拆装式桁梁或特殊设计的便梁也可做为纵梁或横梁，其轨底至桥顶面净高可视加固便梁高度确定。
跨度小于3m，桥位处路基密实，覆盖厚度大于4.5m，可采用单一的吊轨加固方式，并在限速条件下进行施工。

5.1.10 框构桥顶进施工范围内，应保持干槽施工。工作坑底四周应设排水沟和集水井，坑顶周围应有防、排地表水的措施。
根据水文地质情况，进行降水设计，通常可采用排水沟、集水井或井点降水等。
预制和顶进地道桥的工作坑，应根据线路情况，现场地形、地物及施工需要，在保证排水和安全的前提下，选择在施工场地宽敞、供料方便和顶进距离短的铁路一侧。

5.1.11 靠铁路一侧的工作坑边坡坡顶与最外侧铁路中心线的距离不得小于3.2m，边坡的坡度应小于1：1，其余边坡坡度宜为1：0.50～1：1.25。对不稳定土层或雨季施工的工作坑边坡应进行抗滑稳定性验算，边坡不稳定时应先加固，后开挖。当坑边的建筑物基底压力线进人工作坑内，或工作坑的边坡不能按规定开挖时，应采取加固措施。
工作坑的尺寸应根据框构桥的长度、宽度、后背尺寸和操作空间确定。并应在桥体底板前留出承重支架位置或空顶长度，在底板和后背间宜留出2～3m布置顶进设备的位置。桥体两侧可视结构高度模扳支设方法、混凝土浇筑方案、排水情况等预留2m及以上的工作宽度。并应绘制出工作坑平面图及剖面图。

5.1.12 较长的框构桥，为了施工的安全和方便，宜分段顶进。分段顶进的桥涵，其分段端部应预留支顶位置，并要求接缝应严密不渗水。
框构桥分节接缝防水应按图5.6.13要求施工。止水带可结合框构预制和顶进施工进行安装，其位置应准确、安装应牢固。
框构顶进就位后接缝应采用弹性防水材料密封抹平，接缝不应渗水。

图5.6.13框构桥接缝防水构造

5.1.13 桥涵的顶进施工要求
1当公路须从现有铁路、公路路基下面立交通过时，对原有路线采取必要的加固措施后，可采取顶人法施工通道桥涵。
(1)施工前应根据设计文件中提出的施工方案，结合现场情况、工期要求、工程量大小、机具设备情况选择合理的顶进方法，并应对顶进地点的工程地质、水文地质、埋置管路、电缆及其他障碍物等进行调查。
(2)顶进作业应在地下水位降至基底以下0.5～1.0m进行，并宜避开雨季施工，必须在雨季施工时应做好防洪及防雨排水工作。
2 顶进工作坑及后背
(1)顶进的工作坑位置应根据现场地形、土质、结构物尺寸及施工需要决定，在保证排水和安全的前提下，工作坑边缘距公路、铁路应有足够的安全距离。
(2)工作坑基底的承载力应能满足顶人桥涵的要求，否则应加固。
(3)工作坑滑板应满足下列要求：
1)滑板中心线与桥涵中心线一致。
2)具有足够的强度、刚度和稳定性，必要时可在滑板上层配置钢筋网，以防顶进时滑板开裂。
3)表面平整，减小顶进时的阻力。
4)底面设粗糙面或锚梁，增加抗滑能力。
5)宜将滑板做成前高后低的仰坡，坡度为3％。左右。
6)沿顶进方向，在滑板的两侧，距桥涵外缘50～100m处设置导向墩，以控制桥涵顶人方向。
4顶进桥涵的后背，应根据现场条件、地质、材料设备情况及强度、稳定性的要求，进行设计计算，确保顶进工作顺利和安全。
3 通道桥涵预制
(1)预制桥涵支模时应将两侧侧墙前端保持l0mm的正偏差，后端保持l0mm的负偏差，以减小顶人阻力。顶进桥涵预制的其他要求应符合本规范各有关章节的规定。
(2)预制桥涵前端应按设计设置钢刃角。
4顶进作业
(1)桥涵顶进前应检查验收桥涵主体结构的混凝土强度、后背，应符合设计要求。应检查顶进设备并做预顶试验。
(2)千斤顶应按桥涵的中轴线对称布置。顶进法的传力设备安装时应与顶力线一致，并与横梁垂直。顶程较长时，顶柱与横梁应用螺栓固定。
(3)桥涵顶进挖土时保持刃角有足够的吃土量，挖掘进尺及坡度应视土质情况确定。挖土必须与观测紧密配合，根据偏差随时改变挖土方法
列车通过时不得挖土，施工人员应离开土坡1m以外，发现有危险的坍方影响行车安全时，应迅速组织抢修加固。
(4)顶管施工应在工作坑内安装导轨，导轨高程允许偏差为±2mm，中心线允许偏差为3mm。首节管节安放在导轨上，应测量其中线和前后两端高程，合格后方可顶进。
(5)顶管施工时，可在管前端先挖土，后顶进，一般轴向超挖量在铁路道渣下不得大于l00mm，其余情况不得大于300mm，管节上部超挖量不得大于15mm，管节下部135°范围内不应超挖。
(6)桥涵顶进中，应经常对桥涵中线和高程进行观测，发现偏差及时纠正。发生左右偏差时，可采用挖土校正法和千斤顶校正法调整；发生上下偏差时，可采用调整刃角挖土量或铺筑石料等方法调整。
(7)顶进作业应连续进行，不得长期停顿，以防地下水渗出，造成路基坍塌。出现事故时应立即停止顶进。
(8)桥涵顶进时，对节间接缝及结构物应按设计要求进行防水处理。

5.1.14 通道桥涵的防水与排水要求
1 一般规定
(1)通道的防水设施应符合设计要求，并应在结构物验收合格后施工。
(2)通道桥涵地面以下结构和防、排水设施施工时，应防止周围地面水流人基坑，当基坑底低于地下水位时，应采取井点法或其他排水方法将地下水位降低至桥涵底部防水层以下不小于0.3m处。严禁在带泥水情况下进行防水混凝土和其他防、排水设施的施工。
2排水工程应按设计要求设置设计无规定时，集水井、排水管、水泵、总排水管(明渠)的排水能力应大于地面水设计流量的1.5倍。
(1)通道桥涵内的集水井应符合下列要求：
1)井口应没平篦盖，并应设深度不小于0.3m的沉淀池。
2)集水井的深度应考虑通道桥涵排水构造和冻胀的影响，宜为1.5m左右。
3)集水井的数量、尺寸应根据地面水流量和每个集水井的泄水能力确定。
(2)排水管和排水总管施工时，除应按照有关规定办理外，还应符合下列要求：
1)排水管道应垫稳并连接平顺，管间承插口或套环接口应平直，环间间隙均匀。管道与集水井间应连接牢固，接缝处和结合处均应用弹性不透水材料充填密实。采用抹带接口，表面应平整，不得有裂缝间断及空鼓等现象。
2)排水管道或排水总管每隔50m左右及转弯处均应设检查井，井底设沉淀池。管道的纵坡不应小于0.5％。
3)排水管道和排水总管应做闭水试验，该试验允许渗水量参见表21.5.3-2。
(3)通道桥涵排水泵站可用沉井法或现浇混凝土等法施工。施工时除应按照有关规定外，还应符合以下要求：
1)采用沉井泵站的沉井就位后，其内壁和底板均不得有渗漏现象；采用现浇混凝土泵站时，混凝土的抗渗标号、强度等级均应满足设计要求。
2)水泵房集水井的设计最高水位应低于通道桥涵地面最低点0.2m以上；设计最低水位应按水泵运行时需要的最低水深确定。水泵的运行应按设计最高水位和设计最低水位设置自动开关。
(4)自流式盲沟排水或渗排水层排水
1)盲沟滤管基座应用混凝土浇筑，并与滤管密贴。纵坡应均匀，无反向坡。管节应逐节检查，不合格者不得使用。
2)渗排水层可由粗细卵石和粗细砂分层构成，使之起过滤的作用。施工时，基坑如有积水，应将水位降到砂滤水层以下，不得在泥水层中做滤水层。
3)施工好的渗排水系统应保持畅通。

5.1.15 在下列情况下，不宜采用顶进法施工：
1填石路堤或路堤填上松散不稳定易溜坍的砂质上，顶进范围内通过岩层或有其他不易迁移的障碍物，如电缆管道等。
2 卵石、漂石块径较大，框构底面难以保证开挖平整或地基松软顶进高程难以控制者。
3 顶进时水位高，涌水量大难以保证将施工时的水位降至基底以下0.5～1.Om时，严禁在水中开挖施工。

5.2 桥梁有限元软件计算分析基本要求

5.2.1 铁路桥跨结构有限元平面内分析的软件可采用：桥梁结构分析系统（BSAS）、桥梁博士及钢筋混凝土及预应力混凝土桥程序(PR87)等；有限元空间分析的软件可采用：MIDAS、ANSYS、SAP84及ADINA等。
由平面内的杆件系统而开发的一系列桥梁专用分析程序，可以较好地模拟桥梁纵桥向的受力情况，在控制桥梁整体线形及纵桥向的内力状态等方面得到较为准确的结果，但需考虑其局限性的影响，必要时进行空间计算分析相补充。
平面内的杆件系统分析程序局限性如以下几点：
1 不能考虑梁体的扭转效应；
2 由于不能处理扭转问题，所以不适用于弯桥的分析；如果近似地将弯桥沿桥梁中心线展开后进行计算，则实际存在的扭转效应只能根据经验或其它的近似算法通过预应力钢束位置的微调或加强普通钢筋的配置来考虑；
3 对由多根主梁共同组成的桥梁上部结构，一般采用横向分布系数考虑各主梁之间的内力分配，由于横向分布系数计算中存在的假定与实际情况可能并不相符，因此不能得到准确的结果：
4 对空间索面斜拉索、提篮式拱桥的拱圈等实际是在空间受力的结构，采用平面程序计算时必然会引起一定的误差。
空间分析包括整体分析和局部分析两大类。在结构整体空间分析中，可以采用梁单元、板壳单元、实体单元等建立全结构的计算模型。除结构整体空间分析以外，为了研究结构中特殊部件的应力集中现象，可进行局部应力分析。

5.2.2 桥梁结构约束条件的选择原则
约束可分为刚性约束和弹性约束两类。刚性约束是一种理想化的约束，当分析部分的结构刚度远大于或远小于相邻部分的结构刚度时，相邻部分所提供的约束效应；当分析部分的结构刚度与相邻部分的结构刚度相近时，相邻部分所提供的约束效应宜为弹性性约束。
1 刚性约束
(1) 刚性约束即可理想化为下列三种刚性约束模型之一：①活动铰支座；②固定铰支座；③固定支座。
(2)对于简支梁桥，通常在理论上一端设置固定铰支座，另一端设置活动铰支座。对于连续梁桥，在不考虑分散水平力(如温度变化、混凝土收缩徐变、列车制动、地震影响等引起的水平力)的场合，通常理论上只设一个固定铰支座，其余均为活动铰支座。
2 弹性约束
(1) 弹性约束通常简化为弹簧模型，如图5.7.2所示。与刚性约束不同，弹性约束在提供反力同时会产生相应的位移。在弹性分析的场合，反力与位移的比值保持不变，称为弹簧的刚度系数。在弹塑性分析的场合，刚度系数将随着弹簧的非线性变形而变化。
(2) 弹性约束既可提供移动约束，也可提供转动约束。因此，应根据弹性约束的受力特征和构造确定相应的水平(竖向)弹簧和转动弹簧的刚度系数。

图5.7.2弹性约束与理想化的刚性约束

5.2.3 桥梁结构建模原则
1 进行桥梁结构分析，首先必须根据分析对象和要求，选择恰当的数值分析模型和相应的分析程序，并对结构进行相应的力学抽象、简化和离散，即进行结构建模，然后根据计算程序的要求，将离散后的结构用相应的数据文件描述出来，即进行结构分析的数值模拟。合理正确的结构建模和数值模拟是桥梁结构分析成功的关键。
2 分析时必须根据结构的特殊性采用不同的方法进行。不同的桥型和结构体系具有各自独有的结构特性。比如拱桥 (斜拉桥)具有吊索 (拉索)的可调特性，对这类桥梁结构进行分析，就要利用这一特性对其成桥状态进行优化分析。即使是同种桥型，体系的改变也会给结构受力带来很大的差异，结构分析中必须针对它们的受力特点采用不同的计算方法。
3 进行桥梁结构分析还必须与其施工方法、施工过程紧密联系起来。任何桥梁结构的形成都有一个特殊的施工过程。典型的桥梁施工方法有：满膛支架现浇，逐跨施工，顶推法施工，悬臂浇筑(拼装)施工和转体施工等。在施工过程中，一方面，结构的荷载如自重、施工机具、预应力等都是在各施工阶段中逐级施加的，每一施工阶段都可能伴随徐变、收缩、边界约束增减、预应力张拉和体系转换等。后期结构的受力状态及力学性能与前期结构的施工有着密切联系；另一方面，由于自架设施工技术的应用与发展，使得预先确定拼装块件的准确位置成为结构成桥后满足设计状态的重要条件。因此，它显得与结构内力分析同样重要。这就决定了桥梁结构已不能用传统意义上的一次落架法进行结构分析了。

5.2.4 桥梁结构建模顺序
1 建模前
应该明确分析问题的范围和关键所在，这样才能运用桥梁工程和力学知识，形成最简单、最能代表实际结构的计算模型。也就是说，结构建模与离散的最终目的是将实际的桥梁结构简化、描述为程序能够识别的结构。
2 建模的第一步
是选择合理的简化模式。在概念设计阶段，主要研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置，因此对结构内力精度要求不高，可以采用平面杆系模式。在初步设计阶段或技术设计阶段，若仅仅计算恒、活载作用下总体结构的内力，仍可选用平面杆系模式，此时活载的空间效应用横向分布系数或偏载系数来表达；若要计算空间荷载(风载、地震荷载、局部温差等)作用下的静力响应，一般选用空间杆系模式。
3 建模的第二步
是对结构进行合理的离散化。将结构简化为结构力学计算图示后，还需要进一步离散为由许多单元组成的杆件体系，并且在单元相互连接处定义节点。对于杆系结构节点和单元的划分应遵循以下原则：
（1）结构的定位点应设置节点；
（2）按照施工过程，分阶段施工的结构自然分块点应该设置节点；
（3）预应力索端点截面一般应设置节点；
（4）关心内力、位移所在截面处应设置节点；
（5）有外部约束条件的部位应设置节点；
（6）对较长的自然分块，应该适当细分，以获得更为详细的结构响应。
离散化后，按照某顺序将得到的节点和单元编号，并且须得到两组重要信息：其一为各节点的坐标，也就是结构的定位信息；其二为各单元与节点之间的连接信息，也就是结构的形状信息。
4 建模的其余步骤
其余步骤包括描述结构上作用的荷载、外部约束信息等，只需要按照程序要求的数据格式输入就可以了。在荷载数据输入的时候还需要注意实际的荷载形式与程序中可以接收的荷载类型之间的对应关系。例如：结构自重可以描述为沿重力方向的线分布荷载，而其中横隔梁的重量可以描述为集中荷载等等。

5.2.5 材料和截面特性
结构的材料和截面特性正确反映结构刚度的重要参数。

绝大多数结构理论建立在均质材料基础上，如钢结构。这意味着结构行为能使用实际的材料和截面属性直接计算。对于平面杆系程序而言，需要输入的材料和截面特性为弹性模量E、抗弯惯矩I、面积A等，另外还可能需要输人剪切模量G(或泊松比υ)、截面形状及尺寸等信息。对于空间杆系程序而言，需要输入的材料和截面特性为弹性模量E、剪切模量G(或泊松比υ)和两个方向的抗弯惯矩、抗扭惯矩、面积A等，另外还可能需要输入截面形状及尺寸等信息。
表5.7.5-1和表5.7.5-2给出现行桥梁规范中对材料弹性模量和剪切模量的取值规定。
表5.7.5-1 混凝土弹性模量 （×104MPa）
混凝土强度等级
C20
C25
C30
C35
C40
C45
C50
C55
C60
弹性模量
2.80
2.95
3.10
3.25
3.35
3.45
3.55
3.65
3.75
混凝土的剪切模量G0可按照上表的0.4倍取用，混凝土的泊松比υ可采用0.2。
表5.7.5-2 钢筋弹性模量（×105MPa）
钢 筋 种 类
符 号
弹 性 模 量
钢 丝

2.05
钢 绞 线

1.95
精轧螺纹钢筋

2.0
Q235

2.1
HRB335

2.0
注：计算钢丝、钢绞线伸长值时，可按±0.1×105 MPa作为上、下限。
另外，现行规范中对钢材的弹性模量规定为E=2.1 ×105Pa，剪切模量为G=0.8l×105MPa。

5.2.6 边界条件的处理
一般情况下，建模对象的位移边界条件是明确的，根据力学模型的边界条件可以很容易确定其有限元模型的边界条件，可以检查墩柱或桥台在支撑点(或地面)处的边界条件，并且把它正确地加入结构分析模型即可。在静力分析中，结构与地基相连部分通常使用支撑的简单描述(固定端、铰、滑动支座等)。
对于连续梁的上部结构计算，由于在每个墩处都设置了支座，因此在每个墩对应的节点处都应该设置一个竖向位移约束；另外，在一联连续梁的某个墩处(一般为某个中墩处)，设置的支座是不允许发生顺桥向位移的，因此该墩处对应的节点处还应该设置一个水平向约束。
对于连续刚构桥，在中墩的墩底，由于与承台固结，所以应该设置固定约束，而在边墩处由于设置了支座，因此仍然为竖向约束。当土-地基系统对结构刚度有较大影响时，借助非线性弹簧，阻尼模型可以形成系统的非线性模型，重点是正确确定土弹簧性质。

5.2.7 构件连接的处理
在杆系结构中，构件之间的相互连接一般为固结连接。但也存在非完全固结的形式。如图5.7.7所示。

图5.7.7全铰和半铰示意图a) 全铰b) 半铰
对于非完全固结的结构形式，可以根据程序的不同功能，采取下述几种处理方式：
1将两端不是完全固结的单元规定为一种新的单元类型，推导相应的单元刚度矩阵。这方法的优点是概念明确。但对于空间杆件系统程序来说，为处理各种情况，除常用的两端完全固结的梁单元和两端完全铰接的杆单元之外，还须增加很多种单元类型，因此这种方法现在很少人采用。
2采用同位移(或称为节点耦合)方法，建立节点之间的主从约束关系。此时须在非完全固结节点处设置多个节点，将其中之一设置为主节点，其余的设置为从属于此节点的从节点。
这种方法须在实际结构中的同一点设置多个节点，数据输入比较繁琐。
3 采用自由度释放的概念，根据杆件两端的连接情况对单元刚度矩阵和右端项荷载列阵的处理。自由度释放在有限元分析理论中又称为自由度凝聚，可以根据基本梁单元的单元刚阵退化出其余两端连接形式不同的各种单元(包括两端完全铰接的杆单元)的单元刚度矩阵。这种方法不必增加任何节点，也不需要推导专门的单元刚度矩阵，只需要在输入过程中由对特殊连接形式的单元定义单元两端的位移释放情况，是目前采用较多的一种解决方法。

5.2.8 刚臂使用
使用杆系模式计算桥梁结构时，理论上的结构简化计算图式往往与实际的结构物不完全相符，可能存着这样两方面原因：一是节点上所有杆件的轴线未必会交于同一点，但是偏差又较小；二是杆件进入节点附近时常常和刚性很大的节点块连在一起。如图5.7.8这种情况。

图5.7.8 构件连接处节点块示例
如果在计算中需要考虑这种局部刚度很大的问题，可以将刚度较大的区域划分为独立的单元，并且将这些独立单元的材料特性或截面特性取为大值(一般取结构中其它构件的l03～104倍)，这样可近似模拟出刚度的相互对比关系。但是这样处理会导致刚度矩阵中出现大值，可能会造成总体刚度方程呈现病态，降低求解精度甚至得到错误的结果。因此，桥梁专用分析程序在处理这样的问题时一般是将该区域用带刚臂的单元来模拟。

5.2.9 换算刚度
一般情况对实际的构件可以根据其截面形式和尺寸直接计算得到其截面特性，但某些情况下构件并不存在具有代袁性的截面或者截面特性非常难以计算时，可以通过变通方式求出其名义截面特性，也就是所谓的换算刚度。
对于采用桁架式主梁结构桥梁，如果仅需要从宏观上把握整个结构的受力特点，而并不要求计算得到每根桁架杆件的内力，则可以用一根杆件代替整个桁架的作用。这样就遇到如何求这个等代杆件刚度的问题。可以考虑建立一个包括所有杆件的桁架节段计算模型，可以是简支梁模型或者悬臂梁模型，施加单位荷载后求出模型的位移；由于简支梁或悬臂梁在单位荷载作用下的位移有理论解，因此可以根据位移相等的原则求出桁架的换算刚度。
计算中需要考虑桩的作用时，仅仅考虑桩本身的刚度是不够的，还需要考虑桩和土的共同作用，这时候就不存在实际的截面。可以考虑按照桩的长度引入等代的梁单元，梁单元的换算刚度根据桩、土共同作用的分析结果求出。

5.2.10 在结构整体空间分析中，可以采用梁单元、板壳单元、实体单元等建立全结构的计算模型。选用这种混合单元模式时，要特别注意实际结构与计算模式间的刚度等效性和不同单元结合部位的节点位移协调性。
除结构整体空间分析以外，为了研究结构中特殊部件(如斜拉索锚索区、塔梁固结区等)的应力集中现象，可进行局部应力分析。将需要重点研究的局部结构从整体结构中提取出来，建立相应的有限元分析模型，施加相应的位移边界条件和外荷载。建模时需要注意选取的力学模式要力求简单、合理，并能抓住主要矛盾。构件的尺度选择可根据圣维南原理确定。另外还需要处理好局部结构与整体结构连接处的边界条件，这个边界条件一般为力边界条件，也就是将整体分析时得到的边界处内力或应力施加在边界上。如果整体分析采用杆系单元模型，则边界条件为内力，是以集中力的形式作用的；而如果整体分析也采用了块体或板壳单元，则边界条件为应力。
在模型离散时，要处理好构件连续处的自然分割问题。桥梁结构在几何形状、荷载分布、材料特性等方面存在着许多不连续处。一般情况下，在离散化过程中应把有限元模型的节点、单元的分界线或分界面设置在相应的不连续处，状有突变的部位设置单元的分界面。另外还要注意单元网格的布局和过渡问题。有限元模型单元网格的布局是指单元网格的疏密程度及其分布状态。确定网格疏密程度的一般原则是计算结果的精度要求较高时，网格应密一些，单元应小些；精度要求不甚高时，网格可稀疏一些，单元可大些。合理的网格分布状态应同结构的应力梯度相一致。
其次要注意几何形状的近似和过渡圆角的处理。结构离散化使结构的边界变成了单元边界的集合，由于单元边界一般是直线或平面，因而会产生结构几何形状的离散化误差，减少几何形状离散化误差的措施：一是采用较小的单元，较密集的网格；二是采用高次单元。
最后必须注意单元形态的选择问题。单元形态包括单元的形状、边中节点的位置、长细比等，结构离散化过程中必须合理选择。一般来说。为了保证有限元分析的精度，必须使单元的形态尽可能规则，应避免病态的单元形态。

5.3 桥梁施工技术要求及注意事项

5.3.1 膺架浇筑施工
1 在膺架上现浇混凝土梁的技术要求
(1)支架应稳定，强度、刚度的要求应符合施工规范的有关规定。
(2)支架的弹性、非弹性变形及基础的允许下沉量应满足施工后梁体设计标高的要求。
(3)整体浇筑时应采取措施，防止梁体不均匀下沉产生裂缝，若地基下沉可能造成梁体混凝土产生裂缝时，应分段浇筑。
2膺架浇筑施工适用范围和注意事项
(1) 膺架法一般适用于地基条件较好，跨越旱地或浅水河流且桥墩高度较低的简支梁、连续梁、连续刚构梁。
(2) 膺架结构所用材料应为钢结构，构件应符合国家有关部门的有关标准和要求。
(3)　膺架类型经技术经济比较选用其结构型式。一般应根据桥的长度、桥下净空、膺架基础类型、通车通航要求及各种定型尺寸及受力性能条件确定。
(4)　膺架基础必须具有足够承载力，不得出现不均匀沉降。其基础类型、面积和厚度应根据膺架结构型式、受力情况、地基承载力等条件确定。同时须做好地面的排水处理，设置排水沟。
(5)　膺架结构应具有足够的承载力和整体稳定性：对膺架的承载力和稳定性必须进行检算。膺架设计检算应考虑以下荷载：梁体、模板、膺架的重量；施工荷载；风荷载；冬季施工还应考虑雪荷载和保温养护设施荷载；水中施工还应考虑流水侧压力。膺架杆件应力安全系数应大于1.3，稳定性安全系数应大于1.5。
(6) 膺架法施工应根据检算的变形量，预留适当的沉落量和施工预拱度，确保梁体线型符合设计要求。
(7) 膺架宜采用等载预压消除部分变形，观测沉落量。
(8) 简支梁采用膺架法施工时，可根据地形条件，选择原位浇筑、高位浇筑或旁位浇筑。当选用高位或旁位浇筑的膺架，应根据梁体在张拉及落梁过程中，膺架承受荷载的不同，分别对膺架结构进行检算。

5.3.2 悬臂浇筑
1　施工挂篮结构主要分为两大部分：上部为悬臂吊架，支承于已浇筑梁段的顶面；下部为模板及支承平台；上、下部间由吊杆连结而成。
2　挂篮的设计除应符合强度、刚度及稳定性要求外，尚应满足下列要求：
(1) 悬臂吊架应有向前走行（滑移）设备。
(2) 施工挂篮行走时其抗倾覆稳定系数不小于2。
(3) 挂篮总重量的变化，不应超过设计重量的10％。
(4) 浇筑悬臂梁段时，可将后端临时锚固在已浇筑的梁段上。
(5) 支承平台后端横梁，可锚固于已浇筑梁段底板上。
(6) 挂篮吊架在浇筑梁段中所产生变形的调整，可采用调整前吊杆高度办法，也可采用预压配重调整办法。
3 模板宜采用钢模，内模应根据断面浇筑方法进行设计。端头模板制作与安装必须正确、牢固。
4 预应力孔道的材质及位置应符合设计及施工规范的要求。
5 墩顶梁段可采用托架或膺架施工。
6 挂篮出厂前应作载重试验，以测定挂篮前端各部件的变形量，消除其永久变形。挂篮现场组拼后，应全面检查安装质量。
7 悬臂梁段在浇筑前后和预应力张拉前后应按设计要求进行严格的梁体线型控制。
8 浇筑箱型断面梁段混凝土，应按设计要求办理。刚构悬臂端的牛腿梁段，应一次全断面浇筑。
9 混凝土配合比，浇筑顺序及振捣方法，严格按施工工艺操作。梁段浇筑应自悬臂端向后分层浇筑振捣。使用插入式振捣器时，不得碰损制孔管道及钢筋骨架。
10 混凝土养护应参照施工规范的规定执行。蒸气养护罩的设计应与挂篮设计统一考虑。
11 梁段预应力张拉按施工规范的规定执行。
12 每一梁段张拉完毕，即应进行压浆，对互相串通的孔道，则待串通的孔道全部张拉完毕后，同时进行压浆。
13 张拉竖向预应力筋时，孔道压浆应按本指南6.1.9条的规定执行。如预应力筋为螺纹钢筋时，千斤顶的张拉头应拧入钢筋螺纹的长度不得小于40mm，一次张拉至控制吨位，持续1～2min，并实测伸长量作为校核，然后拧紧螺帽锚固。
14 竖向孔道压浆，应由下端进浆孔压入，压力应达到0.3～0.4MPa，上升不宜太快，待顶部出浆槽口流出浓浆后，堵死槽口，然后关闭压浆阀。
15 合拢前应调整中线和高程，连续梁将合拢一侧的临时固定支座释放，同时将两悬臂端间距离按设计合扰温度及预施应力后弹性压缩换算后进行约束锁定。
16 合拢段混凝土施工应选择在一天中温度最低的时间进行。混凝土等级宜高于梁体混凝土一个等级。混凝土应加强养护，梁体受日照部分必须加以覆盖。
17 梁跨结构体系转换应在合扰段纵向连续预应力束张拉并压浆完成后进行。支座反力调整应满足设计要求。

5.3.3 在移动模架上浇筑预应力混凝土连续梁
1 一般要求
(1)支架长度必须满足施工要求。
(2)支架应利用专用设备组拼，在施工时能确保质量和安全。
(3)浇筑分段工作缝，必须设在弯矩零点附近。
(4)箱梁外、内模板在滑动就位时，模板平面尺寸、高程、预拱度的误差必须在容许范围内。
(5)混凝土内预应力筋管道、钢筋、预埋件设置应符合施工规范的规定。
2 移动模架造桥机制梁适用于现场浇筑预应力混凝土简支或连续箱梁。其外模、底模和支架及导梁可纵向移动，如用于连续梁则可一次浇筑数孔，减少移支架次数，加快制梁进度。其内模则可收缩后从箱室内逐节退出。本规定用于支架在梁体下面支承的下承式移动模架造桥机施工。
3 移动模架包括支承台车、主梁、底模、侧模和模板调整机构，造桥机此外还包括导梁、墩旁托架、辅助门吊和内模及内模小车等。增加中段移动模架钢箱梁的孔跨数即可用于连续梁。
4 移动模架造桥机制梁的主要工艺流程如下：
(1)安装墩旁托架。
(2)安装造桥机，上、下游移动模架同步横移合拢。
(3)调整底、外模及梁底预拱度。
(4) 安放支座，吊放底板和腹板钢筋骨架。
(5) 安装内模、吊放顶板钢筋骨架。
(6) 浇筑梁体混凝土，养护。
(7) 张拉，脱模，模架横移分开。
(8) 利用造桥机辅助门吊，倒换、安装前方墩旁托架。
(9) 造桥机纵移过墩到位，同步横移合拢模架。
(10)进入前一孔梁的循环。待前孔梁底板钢筋扎好后，内模用小车移到前孔梁。
5 移动模架造桥机制梁的钢筋宜与预应力筋管道一起扎成骨架整体吊放。
6 梁体混凝土宜采用蒸汽养护。当采用蒸汽养护时，其养护程序应符合铁道部颁布的有关客运专线铁路高性能混凝土技术条件的有关规定。
7 移动模架造桥机的底模应设置预拱度。此预拱度应计入造桥机主梁荷载作用后的弹性变形影响。此弹性变形应根据混凝土实际容重计算并结合有关实验数据修正后得出。
8 移动模架造桥机制梁的活动支座安装，