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桥梁工程网上辅导材料2第2章 梁桥构造【教学基本要求】了解桥面系结构的组成与伸缩缝类型。熟练掌握梁桥主梁的截面形式及其优缺点。掌握板桥的基本构造和受力特点。熟练掌握装配式预应力简支梁桥的构造与配筋要求。掌握预应力简支梁桥预应力束筋的布置原则。了解预应力混凝土连续梁桥的结构特点。【学习重点】梁桥主梁的截面形式及构造特点板桥的构造与受力特点【内容提要和学习指导】一、桥面系结构的组成桥面系是指桥梁上部构造承重构件以外的桥面部分。通常包括桥面铺装，防水和排水设备，伸缩装置，人行道(或安全带)，栏杆和灯柱等构造。桥面铺装的形式：水泥混凝土铺装，沥青混凝土铺装。排水设施的类型包括：金属泄水管，钢筋混凝土泄水管。伸缩缝类型：型锌铁皮伸缩装置，钢制伸缩缝装置，橡胶伸缩装置，无缝式伸缩装置。二、主梁的截面形式目前，钢筋混凝土与预应力混凝土梁式桥的横截面形式有板式，肋梁式和箱形三大类。（一） 板式截面其特点是建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装配施工时，预制构件重量小，架设方便。整体式矩形实心板截面形状简单，结构刚度大，整体性好，可适用于各种道路线型复杂的桥梁，如斜、弯、坡、S形和喇叭形桥梁等，通常采用现浇混凝土施工。装配式预制空心板，截面中间挖空。如挖成单个较宽的孔洞，挖空体积最大，块件重量也最轻，但在顶板内要布置一定数量的横向受力钢筋如挖成两个正圆孔，当用无缝钢管作为芯模时施工方便，但其挖空体积较小。芯模也可由两个半圆及两块侧板组成，对不同厚度的板只要更换两块侧模板就能形成圆端形孔，它挖空体积较大，适用性较好。异形板截面，是现代城市高架桥经常采用的截面形式。其特点是建筑高度小，桥下净空大，能够满足城市跨线桥跨度较大的要求，且造型美观能与柱形桥墩很好的配合，但其现场浇筑施工复杂。（二）肋梁式截面优点：将板式截面的腹部挖空，减小板的宽度，这样，既不影响主梁的抗弯能力。也能满足抗剪要求，同时也减小了主梁自重。肋梁式截面有三种基本类型:形，I形和T形。采用现浇整体式T形截面：在城市立交桥和跨线桥的悬臂梁或连续梁结构中，常常采用这种布置型式。这种型式的梁肋宽度较大，建筑高度较小，形成低高度宽肋式的双T形截面，或单T形截面，为城市高架桥赢得了空间。 形主梁的特点是截面形式稳定，横向抗弯刚度大，块件堆放装卸方便。设计经验表明，跨径较大的形梁桥的混凝土及钢筋用量都比T形梁桥大，而且构件重，制造也较复杂，所以形梁一般只用于跨径为612m的小跨径桥。目前，我国用的最多的是装配肋梁式T形截面，其特点是，T形梁的翼板构成桥梁的行车道板，又是主梁的受压翼缘，结构合理，制造简单，肋内配筋可做成钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来连接，整体性好。不足之处是，截面形状不稳定，给运输和安装带来不便。在预应力混凝土T形梁中，受拉翼缘部分做成加宽的马蹄形，以满足受压应力和布置预应力钢束的需要。（三） 箱形截面箱形截面是大跨径预应力混凝土桥梁以及弯桥和斜交桥普遍采用的截面形式之一，其特点是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度大;材料在截面上分布合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大的扭矩;能够满足普通钢筋和预应力钢筋的配置要求；同时具有良好的横向抗弯能力。由于箱形截面抗扭刚度大，在车辆荷载作用下各主梁受力较均匀，其横向分布系数较小。箱形截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别适用于较大跨径的连续梁、悬臂梁和T形刚构桥。箱形截面的类型一般分为单箱单室、 单箱双室、单箱多室、双箱单室、双箱双室和多箱单室以及长悬臂斜腹箱形截面等。通常根据桥宽的需要和采用的施工方法选用。单箱单室截面受力明确，计算较简单，施工方便，材料用量较节省。 单箱多室和双箱双室等截面内力分布较均匀，但计算较复杂，施工较困难。在实际工程中较多的选用单箱单室和双箱单室等截面。三、板桥的基本构造及受力特点根据施工方法不同，板桥可分为整体式板桥和装配式板桥。（一）整体式板桥构造整体式板桥构造通常采用等厚度矩形截面。受力特点1）在均布恒载作用下，桥跨板基本处于单向受力状态，其跨中截面单位宽度上的弯矩可像简支梁跨中弯矩那样确定，而与之正交截面单位宽度上的弯矩比弯矩小的多。2）当车轮荷载作用在板中时，桥跨板处于双向受力状态。其跨中截面弯矩沿板横向(y轴方向)是非均匀分布的(图2-3-1)， 随着距荷载作用点的距离增加而减小。而横向弯矩虽大于均布恒载作用下的该值，但与相比仍然很小。 图2-3-1 车轮荷载作用下板的受力状态 图2-3-3 装配式铰接板的构造和受力特点3）当车轮荷载作用在自由边附近时，和的分布规律与荷载作用在板中类似，但数值较大，而值较小。（二） 装配式板桥构造装配式板桥一般由数块一定宽度的实心或空心预制板组成。各板利用板间企口缝填充混凝土相连接。在荷载作用下，每块板相当于单向受力的梁式窄板，除在主跨径方向承受弯曲外，还承受通过板间接缝（绞缝）传递剪力而引起的扭转（图2-3-3）。因此，每块预制板除承受本板内的荷载外，还承受相邻板块作用而引起的竖向剪力和其他内力作用。由于其他内力与竖向剪力相比对确定板的内力影响很小，所以设计中多采用铰接板（梁）法确定其板中内力。板中主要受力钢筋的数量由计算得到的内力确定，此外在板中布置适量的构造钢筋以承受计算时忽略的某些内力。 装配式板桥的横向联结： 常用的连接方法有企口混凝土铰联结和钢板焊接联结。 1企口混凝土铰联结 2钢板联结（三）斜板桥的受力与构造特点 斜板的受力特点理论和试验表明，简支于两岸桥台的斜板在垂直荷载作用下，一般具有下列特性：1）荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势。在较宽的斜板中部，其最大主弯矩方向（即在垂直于该方向的截面上没有扭矩）几乎接近与支承边正交。其次，无论对宽的或窄的斜板，其两侧的主弯矩方向虽接近平行于自由边，但仍有向支承边垂线方向偏转的趋势。 2）各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。在斜板“Z”形条带A-B-C-D上各点的受力情况，可以用三跨连续梁来比拟，在钝角B、C处产生较大的负弯矩，其方向垂直于钝角的二等分线；同时，在B、C点的反力也较大，锐角A、D点的反力较小，当斜交角与斜的跨宽比都较大时，锐角便有向上翘起的趋势。此时若固定锐角角点，势必导致板内有较大的扭矩。3）在均布荷载下，当桥轴线方向的跨长相同时，斜板桥的最大跨内弯矩比正桥要小，跨内纵向最大弯矩或最大应力的位置，随着斜交角的变大，而自中央向钝角方向移动。4）在上述同样情况下，斜板桥的跨中横向弯矩比正桥的却要大，可以认为横向弯矩增加的量，相当于跨径方向弯矩减少的量。斜板桥的构造特点 1）整体式斜板整体式斜板的斜跨长与垂直于行车方向的桥宽b之比一般均小于1。3，根据上面所述斜板主弯矩方向的特点，主钢筋的配置有以下两种方案。第一方案 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，根据钝角处有较大的反力和负弯矩的特性，在钝角处约1/5跨径的范围内，应配置加强钢筋，在下层其方向与钝角的二等分线平行；在上层与二等分线垂直。加强钢筋的每米数量约为主钢筋每米数量的0。61倍（视斜交角的大小而定）。此外还在自由边缘的上层加设一层钢筋网，以抵抗板内的扭矩。 第二方案 在两钝角角点之间的范围内，主钢筋方向与支承边垂直，在靠近自由边处主钢筋则沿斜跨径方向布置，直至与中间部分主筋完全衔接为止，其横向分布钢筋与支承边平行，其余钢筋的配置仍与第一种方案相同。2）装配式斜板桥装配式斜板桥的跨宽比（）一般均大于1。3，主钢筋沿斜跨径方向配置，分布钢筋在两钝角角点之间的范围内与主钢筋垂直，在靠近支承边附近，其布置方向则与支承边平行。四、裝配式钢筋混凝土简支T梁桥的构造 装配式钢筋混凝土简支T梁桥构造包括一般构造布置，配筋构造和主梁的联结构造等内容。 （一）主梁截面形式 主梁截面大多采用T形截面。其原因是T形截面最适合于简支梁的受力特点，即只承受单向弯矩。对于跨径较大的简支梁桥，为了减轻单片主梁的吊装重量，主梁也常采用I形截面,但最终的桥梁横截面与采用形截面主梁构成的桥梁横截面差别不大。（二）主梁间距（或片数）的确定对一定的桥面宽度而言，主梁间距小，主梁片数就多，而T梁翼板挑出亦短；反之，间距大，主梁片数少，翼板挑出长，如何解决，要综合考虑材料的用量，预制工作量和运输，吊装等因素的影响。一般来讲，对跨径较大，主梁片数适当减少，材料用量比较经济，且可减少预制工作量，缩短工期。 目前，我国编制的装配式T型简支梁桥标准设计常用的主梁间距是：1.62.2米。工程应用中常用的主梁间距已达2.5米。（三）横隔梁布置 横隔梁在装配式梁中起着保证各根主梁相互连接成整体的作用，它的刚度愈大桥梁的整体性愈好，在荷载作用下，各主梁就能更好的共同工作。横隔梁的高度应保证具有足够的抗弯刚度，通常可做成主梁高度的3/4左右。梁肋下部，成马蹄形加宽时，横隔梁延伸至马蹄的加宽处。从梁体在运输和安装阶段的稳定要求来看，端横隔梁应做成与主梁同高，但为便于安装和检查支座，端横隔梁底部又应与主梁底缘之间留有一定的空隙，如何选择视施工的具体情况而定。横隔梁的肋宽，通常采用1216cm ,且宜做成上宽下窄和内宽外窄的楔型，以便脱模。（四）主梁钢筋构造特点 装配式梁的配筋，可分为纵向主钢筋、架立钢筋、斜钢筋、箍筋和水平分布筋等钢筋。（1）主筋 作用：抵抗拉力，一般布置在梁肋的下缘。设置要求：数量由计算确定，可在跨间适当位置处切断或弯起。为了保证在端部有足够的锚固长度，同时加强支承部分的强度，桥规规定，至少有2根，并不少于20%的主钢筋应伸过支承截面。简支梁两侧的受拉主钢筋应伸出支点截面以外，并弯成直角顺梁端延伸至顶部。两侧之间不向上弯起的受拉主钢筋伸出截面的长度，对于带半圆弯钩的光圆钢筋不小于15d，对于带直角弯钩的螺纹钢筋不小于10d。（2）斜筋作用：抵抗主拉应力，增强梁体的抗剪强度。布置要求：可由主钢筋弯起，否则，需配置专门的斜筋。斜筋与梁的轴线一般布置成450角，焊在主筋和架立筋上。（3）分布钢筋作用：防止梁肋侧面因混凝土收缩等原因引起的裂缝。设置要求：当T梁梁肋高度大于100cm时需布置。整体浇筑时，分布钢筋的面积为，对于焊接骨架的薄壁梁，其中，b为梁肋宽度，h为梁的全高。分布钢筋的直径为610mm，靠近下缘，混凝土拉应力大，布置得密些，上部可稀些。（3）箍筋作用：增强主梁的抗剪强度。设置要求：箍筋间距应不大于梁高的3/4和50cm，且梁支点附近的第一个箍筋应设置在距支承边缘5cm处，支点附近箍筋较密，间距5cm，其余箍筋按计算确定其间距。一般在梁体内采用双支箍，支座附近用四肢箍。其他可参考有关规范。（4）架立钢筋作用：固定主筋、斜筋、箍筋，形成骨架。构造要求：一般布置在梁肋的上缘。T梁翼板内的受力钢筋沿横向布置在板的上缘，以承受悬臂的负弯矩，在顺主梁跨径方向还应设置少量的分布钢筋（图2-4-5）。按桥规要求，板内主筋的值径不少于10mm，每米板宽内不应少于5根。分布筋的直径不小于6mm，间距不大于25cm，在单位板宽内分布筋的面积不少于主筋截面积的15%，在有横隔板的的部位分布筋的截面积应增至主筋的30%，以承受集中轮载作用下的局部负弯矩，所增加的分布筋每侧应从横隔梁轴线伸出/4（为板的跨径）的长度。图2-4-5 T梁的钢筋布置（5）装配式主梁的联接构造联结构造主要部位：横隔梁的联结（焊接钢板或扣环式接头）；翼板的联接（刚性连接和铰接）。功能要求：接头要有足够的强度，以保证结构的整体性，并使在运营过程中不致因荷载反复作用和冲击作用而发生松动。五、装配式预应力混凝土简支T梁桥（一）构造布置 1主梁的间距与主梁片数 目前我国编制的公路桥梁标准图中，预应力混凝土T梁桥主梁间距均采用1.6米，而主梁片数根据桥面净空和人行道宽度的不同，在横截面内相应采用了5、6和7片主梁。这种横截面布置的优点，主要为了尽量减小主梁重量，便于安装，并使与一般钢筋混凝土T梁配合使用时在构造布置上能协调一致。参考图2-5-2。 当吊装中梁不受控制时，对于较大跨径的T梁，以推荐较大的主梁间距（1.82.3米）。当对主梁桥面板施加横向预应力时，主梁间距还可适当加大。预应力混凝土简支T梁的梁肋特点 （1）下部通常要加宽做成马蹄形，以便钢束的布置和承受很大预应力的需要。（2）在靠近支点处腹板要加厚至与马蹄同宽，为了配合钢丝束的起弯，在梁端能布置钢束锚头和安放千斤顶，加宽范围最好达一倍梁高左右。（3）腹板厚度沿纵向发生变化，马蹄部分也逐渐加高，形成了典型的变截面T梁。图2-5-2 桥梁横截面布置（ 二）截面的效率指标 目的：用来判断截面尺寸设计的合理性。 分析过程：合理的预应力混凝土简支T梁截面尺寸与梁在预加力和运营阶段的受力特点有关。下面按简支梁在预应力阶段和运营阶段，上、下缘拉应力为零的预应力概念来分析其截面的受力特点，并判断截面的优劣。 通过对结构在预应力阶段和运营阶段应力状态的分析可定义截面效率指标为 (2-5-3) 表2-5-1列出了一些常用截面值。值较大的截面，较为经济，通常希望值在0.450.5以上。表-截面效率指标截面形状 矩形截面 0。33 空心板（以正方形截面开一个中央圆孔）圆孔直径d=0.6h 0.44圆孔直径d=0.8h 0.55 对称的工字型和箱形截面 0.500.60普通T型截面 0.400.45带马蹄的T形截面 0.450.55（三） 装配式预应力混凝土T梁桥配筋特点预应力混凝土梁中内的配筋，除主要的纵向预应力筋外，还有架立钢筋、箍筋、水平分布钢筋、承受局部应力的钢筋和其他构造钢筋。 1预应力束筋的立面布置装配式预应力混凝土简支T梁桥的主梁，一般为后张法预应力混凝土梁。其中力筋在跨中均靠近梁的下缘布置，在一定区段后逐渐弯起以满足设计和构造的要求。 预应力梁内力筋可以全部逐渐起弯至梁端锚固。亦可以将部分束筋弯出梁顶锚固。习惯上，在梁端能锚固所有束筋时，一般都将预应力筋全部弯至梁端锚固，张拉工序也简单。束筋的曲线形状可以采用圆弧线，抛物线或悬链线，在矢跨比较小的情况下，这三种曲线各点坐标相差不大，可以任选一种，采用悬链线施工放样比较方便,当曲线在梁端与跨中的位置确定后，束筋（或制孔器）按其自重下垂即可形成悬链线。但是，悬链线在梁端起弯不急，而圆弧线的弯起角度较快，为在支点附近获得较大预剪力，多数梁在梁中部保持一段水平直线后便按圆弧弯起。2预应力束筋在横截面上的布置当按跨中截面的设计弯矩计算出跨中截面所需的预应力束筋的根数后,便可进行束筋的排列布置。排列的原则是预应力束筋在满足构造要求的同时,尽量相互紧密靠拢,以减少下马蹄尺寸,减轻自重，并在保证梁底保护层的前提下,尽量使预应力束筋的重心靠下,以便获得较大的预应力弯距,节省高强钢材。 3预应力束筋在梁端上锚具的布置 梁端的锚具布置可参照相应的已建成的桥构造进行布置，布置的原则是： 1）锚具在梁端的布置应尽量减小局部应力集中，过大的锚具是不利的，分散的，小的锚具是有利的。 2）锚具在梁端布置应满足安放张拉设备所需要的锚具间最小净距的要求。 3）锚具应在梁端对称纵轴布置。 非预应力钢筋的布置：配置非预应力钢筋时，主要包括： 马蹄中的闭合箍筋在马蹄中需设置闭合箍筋，箍筋间距不大于15cm（肋内箍筋一般不大于25cm），而在两端附近自锚固端算起，约为一倍梁高长度内，箍筋间距应为68cm 时，用来加强梁端承受局部应力。当马蹄宽度大于50cm时，箍筋应不少于4肢。 非预应力纵向受力钢筋 图2-5-8 a） 表示当梁中预应力筋在两端不便弯起时，为了防止张拉阶段在梁端顶部可能开裂而布置的受拉钢筋。图2-5-8 b）表示对于自重比恒载小得多的梁，在预加力阶段，跨中部分上翼缘可能会开裂而破坏，因而也可在跨中部分的顶部设非预应力的纵向受力钢筋。如图2-5-8 c）所示，这种钢筋在运营阶段还能加强混凝土的抗压能力，在破坏阶段则可能提高梁的安全度。图2-5-8 d）在跨中部分下翼缘内设置非预应力筋。多半是在全预应力梁中为了加强混凝土承受预加应力的能力。对于部分预应力梁，也往往利用通长布置在下翼缘的纵向钢筋来补足极限强度的需要。并且，这种钢筋对于配置不粘结的预应力筋的梁能起分布裂缝的作用。 图2-5-8 非预应力纵向受力钢筋（虚线）的布置 3锚固区的加强钢筋在梁端锚固区的应力非常集中，在锚具附近不仅有很大的压应力，还有很大的拉应力。因此，为防止锚具附近混凝土裂缝，必须配置足够的钢筋予以加强。六、预应力混凝土连续梁桥的构造特点（一）预应力混凝土连续梁桥是超静定结构，因此，同样具有一般超静定结构的特点如：1在相同条件下，结构内力比静定结构小，且内力状态比较合理。譬如，在均匀荷载作用下弯矩的最大值比简支梁可减少50%，弯矩图面积比简支梁可减少2/3；将连续结构中各部分之间刚度进行合理调整，可最大限度的减少结构内力，减小截面尺寸，达到降低材料消耗的目的；2使结构外形更为合理，譬如，加大连续梁根部梁高，可以减小跨中截面正弯矩，使跨中截面梁高进一步减小，使用更为合理；连续梁结构刚度大，整体性好，桥面连续平顺，伸缩缝少，对行车有利，尤其能适应高速行车。3在基础沉降，温度变化等外因作用下，将引起结构内力的变化。（二）对于施加预应力的超静定结构除有一般超静定结构特点外，还有下列特点：1.在超静定结构上施加预应力，会使结构产生内力和变形，由于有多余的约束，不能自由变形，因而引起附加力（二次力）。同样，由于混凝土的收缩徐变不仅产生预应力损失，而且也会由于变形受约束而引起附加力（二次力）。2.由于对结构施加预应力，可以有效的避免混凝土开裂，特别是处于负弯矩区段的桥面板的开裂，这种开裂在普通钢筋混凝土连续梁中是不可避免的。3.由于对结构施加预应力，使得悬臂法施工和顶推法施工，这些科学和先进的连续梁施工方法才得以实现，并得到广泛应用。【思 考 题】1 桥面系的组成部分有哪些？2 常用的伸缩缝有那些类型，其构造应满足哪些要求？3 桥梁主梁的截面形式有几种？从受力和构造上各有何特点。4 装配式简支梁桥的块件划分方式及划分原则是什么？5 整体式板桥的受力特点是什么？6 装配式板桥的受力特点是什么？7简述斜板桥的受力构造特点。8装配式简支梁的配筋有哪些类型？各有何作用？9装配式预应力混凝土简支T梁的截面效率指标有何含义？10装配式预应力混凝土简支梁中预应力筋布置的原则是什么？【解 题 指 导】思6：装配式板桥一般由数块一定宽度的实心或空心预制板组成。各板利用板间企口缝填充