桥梁工程第二篇14章.ppt

桥 梁 工 程,主讲教师：王新定 博士 Tel:E-mail: ,2019/7/16,王新定,第二篇 钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥,第一章 概述 第二章 桥面构造 第三章 板桥的设计与构造 第四章 装配式简支梁桥的设计与构造 第五章 简支梁桥的计算 第六章 梁式桥支座 第七章 简支梁桥的施工,2019/7/16,王新定,第一章 概述,梁桥：结构在垂直荷载作用下，支座只产生垂直反力而无推力的梁式体系桥的总称。分为简支梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚构桥、连续刚构桥等。 混凝土梁桥：凡是采用混凝土和钢筋（预应力钢筋）结合在一起所建成的梁式体系桥统称为混凝土梁桥。 混凝土梁桥分类（按预应力度）： 普通钢筋砼梁桥（0） 部分预应力砼梁桥（01） 全预应力砼梁桥（1）,2019/7/16,王新定,11 钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的一般特点 一、钢筋混凝土梁桥的一般特点 1、优点：就地取材、成本低 耐久性好、维修费用少 材料可塑性强、适应性强 可采用装配式结构、工业化程度高 整体性好，刚度大、变形小,2019/7/16,2、缺点：自重大（约占3060）、跨越能力低（一般跨径在20米以下） 就地浇筑施工梁桥工期长，支架和模板占用多、施工受气候影响大。 二、预应力混凝土梁桥的一般特点 除了上述特点以外，还有以下特点： （1）能有效地利用高强材料（高强混凝土、高强钢筋），减小构件截面，增大跨越能力。 （2）可节省钢材。 （3）由于一般无裂缝出现，刚度较通常开裂的钢筋混凝土梁要大，能提高结构耐久性。 （4）为现代装配式结构提供了最有效的接头和拼装手段。,2019/7/16,王新定,12 简支梁桥的主要类型及其适用情况,按承重结构的截面型式划分: 1. 板桥：矩形截面。 实心板、空心板,2019/7/16,王新定,2. 肋板式梁桥：在横截面内形成明显肋形结构的梁桥称为肋板式梁桥（或简称肋梁桥）,2019/7/16,王新定,3. 箱形梁桥：横截面是一个或几个封闭箱形的梁桥简称为箱形梁桥。,2019/7/16,王新定,第二章 桥面构造,桥面部分通常包括桥面铺装 防水和排水设备 伸缩缝 人行道（或安全带） 缘石、栏杆和灯柱,2019/7/16,王新定,21 桥面铺装,桥面铺装也称行车道铺装。 1.桥面铺装的作用 （1）保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎（或履带）的直接磨耗； （2）防止主梁遭受雨水的侵蚀； （3）对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。,2019/7/16,王新定,2. 桥面横坡的设置 （1）设置方式：墩顶、桥面铺装层、行车道板 （2）横坡度： 双向横坡， 1.5%2.0% 3. 桥面铺装类型 （1）普通水泥砼或沥青砼铺装 （2）防水砼铺装 （3）具有贴式获涂料防水层的水泥砼或沥青砼铺装 （4）环氧水泥砼或环氧沥青砼铺装,2019/7/16,王新定,22 桥面排水设施,除在桥面铺装内设置防水层外，应使桥上的雨水迅速引导排出桥外。 1.桥面排水设施应设置的情况 （1）桥面纵坡大于2而桥长小于50m时，雨水可流至桥头从引道上排除，桥上就不必设置专门的泄水孔道。 （2）桥面纵坡大于2而桥长大于50m 或桥面纵坡小于2 ：一般68米设置一个泄水管,2019/7/16,王新定,2.设置位置 （1）行车道边缘 （2）人行道下方 3.排水设施形式 （1）金属水管 （2）钢筋混凝土泄水管 （3）塑性泄水管 （4)横向排水管道,2019/7/16,王新定,23 桥面伸缩缝,1.作用： （1） 保证桥跨结构在气温变化、活载作用、砼收缩与徐变等影响下按静力图式自由地变形。 （2） 确保行车平顺和防止雨水、垃圾泥土等渗入阻塞，在伸缩缝附近的栏杆结构也要能相应的自由变形。 2. 伸缩装置的要求 （1）适应桥梁温度变化所引起的伸缩 （2）桥面平坦，行驶性良好的构造 （3）施工安装方便，且与桥梁结构连为整体 （4）具有能够安全排水和防水的构造 （5）承担各种车辆荷载的作用 （6）养护、修理与更换方便 （7）经济价廉,2019/7/16,王新定,3.伸缩装置类型的选用与伸缩量 伸缩装置类型的选用，主要取决于桥梁的伸缩量，其计算公式为： 以设置伸缩装置时为基准的气温升高伸长量 以设置伸缩装置时为基准的气温降低缩短量 混凝土收缩和徐变量 计入梁的制造与安装误差的富裕量 注意：上式是取各项的绝对值之和，不为代数和。 对于大跨度桥梁尚应计入因荷载作用及梁体上、下部温差等所引起梁端转角产生的伸缩变形量。,2019/7/16,王新定,4.伸缩装置的类型 （1）U形锌铁皮式伸缩缝伸缩装置,2019/7/16,王新定,（2）钢制支承式伸缩装置 用钢材装配制成，能直接承受车轮荷载。 分为叠合型和梳齿型,叠合型伸缩装置构造示意,改进叠合型伸缩装置,2019/7/16,王新定,梳齿型伸缩装置构造,2019/7/16,王新定,（3）橡胶伸缩装置,2019/7/16,王新定,（4）钢板橡胶组合模数式伸缩装置 （毛勒伸缩装置）,2019/7/16,王新定,桥面铺装,中梁,鸟形橡胶带,梁体,横梁,锚固钢筋,2019/7/16,王新定,2019/7/16,王新定,24 人行道、栏杆、护栏与灯柱,1. 人行道及安全带 人行道：用路缘石或护栏或其他类似设施加以分隔的专门供人行走的部分。 安全带：不设人行道的桥上，两边应设宽度0.25m，高度为0.250.35m的护栏安全带。安全带宜2.5米3.0米设一断缝。,2019/7/16,王新定,2019/7/16,王新定,2. 栏杆和防撞护栏 （1）栏杆：安全设施，高度不小于1.1m，栏杆柱的间距为1.62.7m （标准为2.5m） 在靠近桥面伸缩缝处的所有栏杆，均应使扶手与柱之间能自由变形或设置双柱在伸缩缝处断开。,2019/7/16,王新定,（2） 防撞护栏 在不设人行道的桥梁上，在行车道两侧设置防撞护栏。,2019/7/16,王新定,3.灯柱 城市桥梁或城郊行人车辆较多的桥梁上，都要设置照明设施。照明灯柱可以设在栏杆扶手的位置处，在较宽的人行道上也可设在靠近缘石处。照明用灯一般高出车道5m左右。钢筋混凝土灯柱的柱脚可以就地浇筑并将钢筋锚固于桥面中，铸铁灯柱的柱脚可固定在预埋的锚固螺栓上。 对于美观要求较高的桥梁，灯柱和栏杆的设计不但要从桥面观赏要求考虑，而且也要符合全桥在立面上具有统一协调的艺术造型要求。为了照明以及其他用途所需的电讯线路等通常都从人行道下的预留孔道内或设置在防撞扶栏内的预埋管道通过。,2019/7/16,王新定,第三章 板桥的设计与构造,它是梁桥之一，由于建成以后外形上像一块薄板，故习惯称之为板桥。 具有以下优点： (1)建筑高度小，适用于桥下净空受限制的桥梁，与其他类型的桥梁相比，可以降低桥头引道路堤高度和缩短引道的长度。 (2)外形简单，制作方便，既便于采用土模技术，又便于进行工厂化成批生产。 (3)做成装配式板桥的预制构件时，重量不大，架设方便。,2019/7/16,王新定,板桥的缺点： 跨径不宜过大。跨径超过一定限度时，截面便要显著加高，从面导致自重增大，截面材料使用上的不经济，使上述建筑高度小的优点也因此被抵消。简支板桥的经济合理跨径一般限制在13m以下，预应力混凝土简支板桥也不宜超过25m。,2019/7/16,王新定,31 简支板桥的构造及其特点,一、整体式板桥的构造 1. 截面：整体式板桥的横截面一般都设计成等厚度的矩形截面，有时为减轻自重也可将受拉区稍加挖空做成矮肋式板桥。 2. 配筋：由于跨径与板宽相差不大，双向受力板，配筋除纵向受力钢筋以外，还要在板内设置垂直于主筋的横向分布钢筋。分布钢筋15%主筋（ 0.1% 横截面面积），间距20cm。板两侧1/6范围应较中间计算配筋增加15%,2019/7/16,王新定,整体式简支板桥构造示例 图为一座6m跨径的钢筋混凝土整体式简支板桥构造图，桥面宽8.5+2x0.25m，按公路级设计，计算跨径5.69m，板厚36cm，纵向上筋采用级钢筋，直径20mm，分布钢筋采用I级钢筋，直径为10mm，间距为20cm，主筋在两端弯起。,2019/7/16,王新定,二、装配式板桥的构造 1、矩形实心板桥： 跨径l8m 板高h=0.160.36m 2、空心矩形板桥： 钢筋砼空心板l=613m 板厚0.40.8m 预应力空心板 l=(1030)m 板厚0.51.2m 最薄处不得小于8cm 3、装配式板的横向联结： 企口砼铰联结（圆形、棱形、漏斗形等三种） 钢板焊接联结 三、装配整体式组合板桥的构造 将板一部分预制，安装后成为其余现浇砼的模板 四、漫水桥的构造,2019/7/16,王新定,装配式实心板桥构造示例（跨径6米，公路级）,2019/7/16,王新定,装配式空心板桥构造示意图（跨径8米，公路级）,2019/7/16,王新定,32 斜交板桥的受力特点与构造,桥轴线与支承线的垂线之间的夹角，称为斜交角 一、斜板桥的受力性能 1、荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势 2、各角点受力情况 各角点受力情况可用比拟连续梁的工作来描述 3、简支斜板的纵向弯矩要比跨径为斜跨长l，宽度为b的矩形板（正板）要小，并随斜交角的增大而减小。但其横向弯矩要比正板大。,2019/7/16,王新定,4、纵向最大弯矩位置，随角增大而从跨中向钝角部位移动。斜交角在15度以内可按正板计算。 5、斜板中除了斜跨径方向的主弯矩外，在钝角部位的角平分线垂直方向上，产生接近于跨中弯矩值的负弯矩。 6、斜板在支承边上的反力很不均匀。钝角处大，而锐角处小。 7、斜板的扭矩分布很复杂，板边存在较大的扭矩。抗扭刚度对扭矩的影响与正板有很大区别。,2019/7/16,王新定,二、斜板桥的构造特点 1、整体式斜板 斜跨长l与垂直于行车方向的桥宽为b，之比l/b1.3 （1）方案一：按主弯矩方向的变化配置主筋，其分布钢筋则与支承边平行，钝角处加强，上层与二等分线垂直（抵抗负弯矩），下层与钝角二等分线平行（承担较大的支反力） （2）方案二：两钝角点之间，主筋与支承边垂直，其余主筋（靠自由边）沿斜跨径方向布置，其它钢筋同上,2019/7/16,王新定,2、装配式斜板桥 l/b1.3 主筋沿斜跨径l方向配置 分布筋在两钝角角点之间范围内与主筋垂直，靠支承边附近，其布置方向则与支承边平行。 钝角处加强钢筋与上面同样处理。,2019/7/16,王新定,装配式斜交板钢筋构造示例,2019/7/16,王新定,三、影响斜板桥受力的因素 1、斜交角：桥轴线与支承边垂线的夹角 2、跨宽比l/b：其中b为垂直桥轴线方向的宽度，l为垂直于支承线的跨径。 3、支承形式：支座个数、支承形式的变化等对斜板的内力分布有明显影响,2019/7/16,王新定,第四章 装配式简支梁桥的设计与构造,装配式简支梁桥与整体式梁桥相比，其特点： 1.优点： (1) 桥梁构件的形式和尺寸趋于标准化，有利于大规模工业化制造； (2) 提高工程质量和劳动生产率，降低工程造价； (3) 构件的制造不受季节性影响，并且上、下部构造也可同时施工，缩短工期； (4) 节省大量支架模板等材料消耗。 2.缺点： 需要一定的运输和起重设备； 需要接头处理，整体性稍差。,2019/7/16,王新定,41 装配式简支梁桥的构造类型,构造类型包括：主梁的横截面型式、横隔梁布置、块件划分方式、块件的连结集整等几方面问题。,2019/7/16,王新定,一、装配式简支梁桥的截面型式 1、形梁桥(613m)：截面形状稳定，横向抗弯刚度大，吊装方便，但构造较复杂。 2、T形梁(普通混凝土梁816m，预应力混凝土梁2050m)：隔46m放置横隔梁。构造简单，但吊装较复杂。在桥面板跨中接头，对桥面板不利。 3、箱形梁：抗扭刚度大，横向抗弯刚度大，在跨内可少设或不设横隔梁，但端横隔梁通常要设置。箱形梁施工较复杂。钢筋混凝土简支梁不大于25米，一般适用于预应力混凝土梁。,2019/7/16,王新定,二、块件的划分方式 1、划分原则： 确定拼装单元的最大尺寸和重量（按施工能力） 应满足受力要求，拼装接头应尽量设置在内力较小处 接头数量要少，接头型式要牢固可靠，施工要方便 构件要便于预制、运输和安装。 构件的形状和尺寸应力 求标准化，增强互换性，构件的种类应尽量减少。 2、划分方式 纵向竖缝划分：T梁、梁,2019/7/16,王新定,纵向水平缝划分：T形组合梁、箱形组合梁（对受力不利，梁肋截面加大，配筋增加） 纵、横向竖缝划分：串连梁。此种划分较少使用,2019/7/16,王新定,42 装配式钢筋混凝土简支梁桥,装配式T形简支梁桥概貌,2019/7/16,王新定,一、构造布置 1. 主梁布置：选定主梁的间距（或片数）一般1.6m(1.52.2)m 2. 横隔梁布置：它是保证各根主梁相互连接成整体的作用。 端横隔梁必须设置，中横隔梁根据跨度，荷载及行车道板构造等情况设置。当梁横向刚接时，横隔梁间距不大于10米。,2019/7/16,王新定,二、截面尺寸 1. 主梁梁肋尺寸 （1）高跨比： h=(1/111/16)l （2）梁肋宽度：b=(1518)cm 2. 横隔梁尺寸 （1）高度：3/4主梁高h。梁肋下部呈马蹄形加宽时，横隔梁延伸至马蹄的加宽处 （2）肋宽：(1216)cm 宜做成上宽下窄、内宽外窄的楔形，以便脱模。 3. 主梁翼板尺寸 （1）宽度：视主梁间距而定。实际预制中，应比主梁中距小2cm。 （3）厚度：变厚度（根部厚、端部薄），根部厚度1/10h。悬臂端厚度不小于10cm，当横向整体现浇连接时不小于14cm。,2019/7/16,王新定,装配式T形截面梁构造图示例,2019/7/16,王新定,三、主梁钢筋构造 主筋 架立筋 箍筋 斜筋 分布钢筋,2019/7/16,王新定,四、装配式主梁的连接构造 1、作用：设置横隔梁使所有主梁连接成整体 2、横隔梁接头构造：钢板焊接 螺栓接头 扣环接头（钢筋砼接头） 3、主梁翼板联结：钢筋砼连接（铰连接）即铰接式构造，或钢板焊接的铰接接头，或扣环钢筋砼刚性接头,2019/7/16,王新定,五、装配式无横隔梁简支梁桥的构造 适用于小跨径桥梁。但需增大T梁翼板厚度以及加强板的配筋和接缝强度。,2019/7/16,王新定,43 装配式预应力砼简支梁桥,对跨径20m，一般采用预应力砼结构 T形、形、工形、箱形 一、构造布置 预应力砼简支T梁的梁肋下部通常要加宽做成马蹄形，以便满足预应力束的布置和满足承受较大预压应力的需要。在靠近支点处腹板也要加厚至与马蹄同宽（预应力束起弯张拉和抗剪需要），加宽范围最好达一倍梁高（离锚固端）左右。,2019/7/16,王新定,2019/7/16,王新定,二、截面尺寸 （一）截面效率指标=k/h 一般为0.450.5以上，值大，截面较为经济,2019/7/16,王新定,常用截面的效率指标值,2019/7/16,王新定,（二）主梁构造 1. 梁高 预应力砼简支梁桥的主梁高度，按截面型式，主梁片数及建筑高度要求而定。常用等截面简支梁h/l=1/151/25，对桥梁建筑高度不受限制时，一般中等跨径的预应力砼T梁，高跨比h/l=1/161/18 2. T梁翼板厚度：按钢筋砼梁桥同样确定,2019/7/16,王新定,3、梁肋（腹板）：宽度不小于14cm，一般为1820cm。梁肋下缘做成马蹄形状（满足预应力筋布置和预压应力）。 4、T梁梁肋下缘马蹄部分构造 马蹄形面积(10%20%)全截面 马蹄宽度约为肋宽的24倍，并注意马蹄部分（特别是斜坡区）的管道保护层不宜小于6cm 马蹄全宽部分高度加1/2斜坡区高度