梁式桥.doc

梁式桥内容提要：在本章内主要介绍钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥。从截面型式和静力体系上，分析各类梁式桥的的特点及适用条件，并着重介绍了公路上最常用中、小跨径简支梁桥的桥面构造。学习的基本要求：1、了解钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的一般特点2、掌握梁式桥的主要类型及其适用情况3、掌握梁式桥的桥面构造4、了解装配式简支梁桥的构造和支座的功能及类型第一节 概述梁式桥一种使用最广泛的桥梁型式。梁式桥是桥梁大家族中的“老大哥”。它起源于远古石器时代，我们的祖先受树干倾倒，横卧溪流，可以渡人的启示，修建了最早的木梁桥。其后随着铁器的出现，同时也受天然石梁的启示，人们开始开采石料，加工成梁，跨度由几米增加至十几米。梁式桥由于其结构平直单纯，施工简便，自古以来应用十分广泛。近代高强钢材和水泥的出现，使钢梁桥、钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥得到迅速发展，跨度由几十米扩大到几百米。结构型式也由简支梁发展到悬臂梁和连续梁；由实腹板梁发展到桁梁和箱梁；推陈出新，形成了梁式桥自己的一个庞大的分支体系。在现代桥梁中，梁式桥以其造价低廉，适应性强，数量上占很大比重。许多特大桥梁的引桥也大都采用梁式桥。此外，梁桥的梁身还可以做成斜桥、坡桥和弯桥，以适应桥位中轴线布置上的特殊需要。一、钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的一般特点1、钢筋混凝土梁桥的一般特点钢筋混凝土梁式桥的优点：采用抗压性能好的混凝土和抗拉能力强的钢筋结合在一起建成的。就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好、美观。缺点：结构自重大，大大限制了钢筋混凝土梁式桥的跨越能力。如就地现浇，则工期长，耗费模板。一般适用于中小跨径桥梁。钢筋混凝土简支梁桥的最大跨径约为20m左右。悬臂梁桥与连续梁桥的最大跨径约为6070m左右。2、预应力混凝土梁桥的一般特点预应力混凝土可看作是一种预先储存了足够压应力的新型混凝土材料。预应力混凝土梁式桥的优点：（1）能有效利用高强度材料（高强混凝土、高强钢材）减小构件截面，减轻自重，增大跨越能力；（2）节省钢材；（3）减小建筑高度，使大跨度桥梁做得轻巧美观，能消除或延缓裂缝产生，提高耐久性；（4）可在纵向、横向、竖向施加预应力，使装配式结构集整成理想整体，提高运营质量。当然，它也需要高强度材料、预应力张拉设备（锚具）和较复杂施工工艺。目前，预应力混凝土简支梁桥的跨径已达到5060m，悬臂梁、连续梁的最大跨径已接近250m。二、梁式桥的主要类型及其适用情况1、按承重结构的截面型式划分（一）板桥：承重结构为钢筋混凝土板或预应力混凝土板。其特点是结构简单，施工方便，但跨越能力小。一般适用于10多米以下的小跨径桥梁。（二）肋板式梁桥（t梁桥）：承重结构为t梁梁肋（腹板）与顶板（顶部钢筋混凝土桥面板）相结合。有与受拉区混凝土得到很大程度的挖空，减轻自重，所以跨越能力增大。目前，中等跨径（1315m以上）的梁桥，通常多采用肋板式梁桥。（三）箱形梁桥：承重结构为箱梁。其受力特点是即提供了能承受正、负弯矩的足够的混凝土受压区，同时抗弯抗扭能力特别大。适用于较大跨径的悬臂梁桥或连续梁桥（正负弯矩）和预应力混凝土简支梁桥（全截面参与受力）。不适用于普通钢筋混凝土简支梁桥。2、按承重结构的静力体系划分（一） 简支梁桥：以孔为单元，相邻桥孔各自单独受力，属静定结构，适用于中小跨度。它的优点是结构简单，架设方便，可减低造价，缩短工期，同时最易设计成各种标准跨径的装配式构件。但相邻两跨之间存在异向转角，路面有折角，影响行车平顺。浙江瑞安飞云江桥：国内最大跨度的预应力砼简支梁桥(62m)，37跨。河南开封黄河公路大桥：最长的简支 t梁桥，全长4475.09m。共108孔。其中77孔50m跨径的预应力砼简支梁t，31孔20m跨径的钢筋砼简支t梁。 （二）悬臂梁桥：是主梁长度超过跨径的悬臂结构。仅一端悬出者成为单悬臂梁，两端均悬出者称为双悬臂梁。由于减小跨中正弯矩，可节省材料，增大跨径。属于静定结构，墩台的不均匀沉降不会在梁内产生附加内力。 南宁壅江大桥：位于广西南宁，1964年建成。是我国最早采用箱梁薄壁杆件理论（箱梁）设计的悬臂式钢筋砼薄壁箱梁桥。该桥两端是单悬薄梁，45m，中间5孔是双悬臂梁，其间设挂梁。这种桥型，由于桥梁接缝较多，悬臂端设伸缩缝，易破坏，所以已很少采用。（三）连续桥：以若干孔梁为一联，在中间支点上连续通过，是超静定结构。由于全梁弯矩分布比较均匀，梁的挠度也小，可节约材料，增大跨径。同时由于连续梁在支点处是连续的，路面无折角，有利于现代高速行车。 厦门海峡大桥：位于厦门岛北端，是一座跨越高崎集美海峡的公路桥，全长2070m。它是一座预应力砼连续梁桥，每跨45m，共五联，（有8孔、12孔、10孔一联），横截面是两个独立的单室箱。云南六库怒江桥：目前国内跨径最大的预应力砼连续梁桥。85m+154m+85m。单箱单室截面。 哈尔滨松花江大桥：全长1656m，桥宽24m，分孔为59+7*90+59(m)的9孔预应力混凝土连续箱梁，分离式双室。市区南岸引桥由两道直径90m环桥剪刀形匝道连接市区街道，环桥采用20m钢筋混凝土连续曲梁。这座大桥结构新颖，整体布局与城市建设相协调，使美丽的松花江与哈尔滨市增添了新的风采，荣获全国建筑行业最高荣誉奖鲁班奖。第二节 桥面构造典型的装配式预应力混凝土简支梁桥上部构造包括：（1）主梁（纵梁）主要承重结构；（2）横隔梁（横梁）保证活载的横向分布；（3）行车道板由纵梁翼缘构成行车平面；（4）桥面部分桥面铺装+桥面排水设施+伸缩缝+人行道和栏杆；（5）支座等。由于桥面部分多属外露部位（除花桥、廊桥），直接与行人车辆、大气接触，所以其构造合理性、施工质量、养护质量直接影响到桥梁的使用功能，应引起注意。一、桥面铺装桥面铺装为桥面中最上层的部分，其作用是保护桥梁主体结构，承受车轮直接磨损，防止主梁遭受雨水侵蚀，并对车辆集中荷载起一定的分布作用。所以桥面铺装应有一定强度，防止开裂，耐磨损。桥面铺装的类型有以下三种：1、 普通水泥砼、沥青砼铺装：适用于非严寒地区小跨径桥。通常不做专门的防水层，而直接在桥面上铺普通水泥砼、沥青砼铺装层。、2、 防水砼铺装：适用于防水程度要求不高时。可在桥面板上铺筑810cm厚的防水砼作为铺装层，其上铺2cm厚沥青表面处治作为磨耗层。3、 具有贴式防水层的水泥砼或沥青砼铺装：当防水程度要求高时，采用贴式防水层。结构层至下而上分别为：贫砼排水三角垫层、贴式防水层（三油两毡 12cm）、20号砼保护层4cm、沥青砼或水泥砼铺装5cm。二、桥面排水设施 桥面积水的危害表现在：不利于行车安全，也给行人带来不便，还会给结构带来损害。钢筋混凝土结构不宜经受时而湿润时而干晒的交替作用。水分侵蚀钢筋会使它锈蚀，如果水分因严寒而结冰还会导致砼发生破坏。所以为防止雨水滞积于桥面并渗入梁体而影响桥梁耐久性，除在桥面铺装内设置防水层外，还应使桥上的雨水迅速引导而排出桥外。1、 设置横坡将桥面铺装沿横向设置双向的桥面横坡。行车道路面采用抛物线型横坡，1.5%2%。人行道则用直线型的单面坡，1%。2、 设置纵坡一般做成双向纵坡，3%5%，桥中心设竖曲线。首先利于排水，还可在满足桥下通航净空要求的前提下，降低墩台标高，减少桥头引道土石方量，节省投资。3、 设置桥面排水设施（一） 横向排水孔道：适用于跨径不大、不设人行道的小桥。可直接在行车道两侧安全带或缘石上预留横向孔，并用铁管、竹管将水排出桥外，其构造简单，但易于堵塞。（二） 钢筋混凝土泄水管：适用于采用防水砼铺装的桥梁。可沿行车道两侧左右对称排列，也可交替排列。离缘石的距离为2050cm。（三） 金属泄水管：适用于具有贴式防水层铺装结构的桥梁。泄水管布置在人行道下面，为此需要在人行道块件（缘石部分）上流出横向进水孔，并在泄水管周围（三面）设置相应的聚水槽。三、桥面伸缩缝 桥面伸缩缝的作用：为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能自由变形，需要使桥面在两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间设置横向伸缩缝。要求伸缩缝能保证梁自由变形、车辆平顺通过、防止雨水、垃圾堵塞、减少噪音。特别要注意，伸缩缝附近的栏杆要断开，使其能相应地自由变形。条形橡胶伸缩缝：条形橡胶伸缩装置是我国70年代在小跨度公路桥上常用的一种伸缩装置。它主要是利用夹在伸缩缝中的条形橡胶的弹性来达到伸缩的目的。这种伸缩装置的主要缺点是伸缩量小，只有20mm左右，橡胶老化后更换不便，寿命短，现已很少采用。梳形钢板伸缩缝：梳形钢板伸缩装置是由分别连接在相邻两个梁端的梳形钢板交错咬合而成，并利用梳齿的张合来满足桥面伸缩要求。它的特点是构造简单，伸缩自如，伸缩量大；缺点是不防水，梁端转角会在齿端形成折角，路面不平，高速行车时引起车辆跳动。 板式橡胶伸缩缝：板式橡胶伸缩装置是我国80年代以来用得较多的一种伸缩装置。它是利用橡胶板的弹性和表面做成的伸缩槽来达到伸缩的目的，并在橡胶板中设置钢板以加强橡胶的承载能力，伸缩量可达到60mm。构造简单，价格便宜，但安装较困难，伸缩变形时阻力较大，使用时有时出现橡胶板脱落事故。 模数式伸缩缝：钢与橡胶组合的模数式伸缩装置伸缩量大、结构较为复杂、但功能比较完善，是通行高速公路的桥梁上主要使用的一种伸缩装置。它是由异型钢与橡胶条组成的犹如手风琴式的伸缩体，每个伸缩体的伸缩量为60100mm。视中梁根数不同，可以组合成宽度为6080100mm倍数的各种伸缩缝。四、人行道、栏杆与灯柱1、 人行道及安全带人行道的宽度随0.75m或1m，大于1m时按0.5m的倍数增加。行人稀少地区可不设人行道，为保障行车安全，设置护轮安全带。人行道及安全带应高出行车道面0.250.35m。整体现浇人行道是将人行道设在从桥面板挑出的悬臂上，这样能缩短墩台长度，但施工不太方便。下面介绍两种装配式人行道的构造例子。整体预制搁置式人行道：截面为整体预制肋板式，搁置在主梁上，人行道下可放置过桥管线。适用于起重条件好的情况。分块预制悬臂式人行道：构件分块预制，其组成包括：人行道板、a式人行道梁（因为要装栏杆柱，所以端部设有凹槽，更宽些）、b式人行道梁、支撑梁、缘石。人行道梁一端悬臂挑出，另一端通过预埋钢板与主梁预留的锚固钢筋焊接或螺栓连接。预制块小而轻，但施工较麻烦。 为保证现代交通安全，也可设置高路缘（60cm）的人行道结构，使车辆能高速行驶。2、 栏杆和灯柱栏杆是桥上的安全措施，要求坚固，又是桥梁的表面建筑，要求具有美好的艺术造型、美观、简单实用、朴素大方。高度：80120cm（100cm），间距：1.62.7m（2.5m）。栏杆材料：砼、钢筋砼、钢、铸铁，一般与主体工程相配合。节间式：扶手间断。组成：立柱、扶手（栏杆板）连续式：扶手连续。组成：扶手、栏杆板、底座 灯柱：城市及城郊行人车辆较多的桥梁上要设灯柱，作为照明设备。灯柱可设利用栏杆柱，也可单独设在人行道内侧（人行道较宽）。 高杆照明：为一组灯具安装在高度大于或等于20m以上的灯杆上，进行大面积照明的一种照明方式，多用于大型立交桥。第三节 装配式简支梁桥近年来，国内外对于中小跨径的桥梁，绝大部分均采用装配式的钢筋混凝土简支梁桥或预应力混凝土简支梁桥。一、装配式简支梁桥的构造类型装配式简支梁桥一般采用多梁结构，主梁间距通常在2m以内。发展趋势：加大主梁间距减少梁数。1、 截面型式：ii形梁桥、t形梁桥、箱形梁桥2、 块件的划分方式：（一） 纵向竖缝划分:主梁整体预制，接头仅布置在次要构件内，受力可靠，但吊装重量大。（二） 水平纵缝划分：梁肋与板分割开来，吊装重量减轻，但整体性差。（三） 纵、横向竖缝划分：较小梁段安装对位后串联以预应力钢筋保证其整体受力，也称“串联梁”。进一步减小尺寸，减轻重量，但施工复杂。二、装配式钢筋混凝土简支梁桥装配式钢筋混凝土简支梁桥以t形梁桥最普遍，标准跨径为：10、13、16、20m。1、 主梁布置：主梁片数四、五片；主梁间距1.52.2m。2、 横隔梁布置：端横隔梁必须设置，中横隔梁设13道。3、 主梁钢筋构造：（一） 主钢筋:纵向，设置在梁肋下缘，可在跨间适当位置切断，弯起。（二） 架立钢筋：设置在梁肋上缘，以固定箍筋、斜筋，形成钢筋骨架。（三） 斜钢筋：焊于主钢筋和架立筋上，增强抗剪强度。（四） 箍筋：绑扎成钢筋骨架，增强抗剪强度。（五） 分布钢筋：纵向，防止梁肋侧面因砼收缩等导致裂缝。三、装配式预应力混凝土简支梁桥装配式预应力混凝土简支梁桥以t形梁桥最普遍，标准跨径为：25、30、35、40m。1、 主梁布置：主梁片数五、六、七片；主梁间距1.6m。2、 横隔梁布置：端横隔梁必须设置，中横隔梁设13道，梁高、跨度大时，横隔梁中部挖孔。3、 主梁配筋特点：（一） 纵向预应力筋布置：数量不多，全部在梁端锚固，数量多，一部分预应力筋弯出梁顶。（二） 纵向预应力筋锚固：先张法梁，依靠混凝土的握裹力，后张法梁，依靠锚具锚固。（三） 其它钢筋的布置：设置箍筋、架立筋、纵向水平分布钢筋，一般可不设斜筋。第四节 桥梁支座一、概述桥梁支座设置在梁与墩台之间，目的就是保证梁的自由变形。它分为固定支座与活动支座。其共同作用是承受上部结构传来的荷载。除以上功能外，固定支座还要保证上部结构的设置位置，即将上部结构固定住（能自由转动而不能自由伸缩）；而活动支座则还要求能同时满足梁端自由转动与自由伸缩的要求。随着桥梁跨度与载重的不断增加，人们发展出了由不同材料做成的多种型式的支座，大致可分为简易支座、钢支座、橡胶支座及球面支座四大类。二、支座的类型1、 简易垫层支座：适用于跨径小于10m的简支板或简支梁桥。为简单起见，不设专门的支座结构，直接使板或梁的端部支承在几层油毛毡或石棉做成的建议垫层上。厚度=1cm。2、 板式橡胶支座：板式橡胶支座是仅用一块橡胶板做成的适用于中、小跨度桥梁的一种简单的橡胶支座。板内可设置若干层用钢丝网、薄钢片做成的加劲物，以承受支座受压时的水平拉力。当活动支座位移量大时，可在橡胶板顶面贴一片聚四氟已烯板，在梁底贴上不锈钢薄板，利用两者之