混凝土悬臂与连续体系梁桥的构造及设计.ppt

桥梁工程 (Bridge Engineering),授课人：王智超 土木工程与力学学院,第二篇 混凝土梁桥和刚架桥,第三章 混凝土悬臂与连续体系梁桥 的构造及设计,3-1 悬臂梁桥的构造及设计 3-2 连续梁桥的构造及设计 3-3 刚构式桥的构造及设计,前 言,对悬臂梁桥、连续梁桥、连续刚构桥的构造、参数取值、力学及特点作了简单的介绍； 普通钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥的经济跨径分别为20m和40m左右； 跨径超出此范围时，跨中恒载弯矩和活载弯矩将会迅速增大，从而导致梁的截面尺寸和自重显著地增加，不但材料耗用量大而不经济，并且也由于很大的安装重量给装配式施工造成很大的困难； 为了降低材料用量指标，对于较大跨径的桥梁，宜采用能减小跨中弯矩值的其他体系桥梁，例如悬臂体系、连续体系的梁桥等。,第一节 悬臂梁桥的构造及设计,一、结构类型,悬臂梁桥,双悬臂梁桥,单悬臂梁桥,二、体系特点,弯矩图面积（绝对值）小,缺点：悬臂端容易下挠，行车舒适性较差。,1.截面形式,锚跨跨中承受正弯矩、支点附近承受较大负弯矩，故支点截面底部受压区需加强。,截面形式：T形截面、箱形截面,带马蹄形T形截面： 适用30m以内跨径的钢筋混凝土桥梁,底部加宽T形截面： 适用30m50m以内跨径的预应力混凝土桥梁,T形截面,三、构造特点,50m以上跨径使用箱形截面。优点：整体性强、抗扭刚度大、承受偏载和悬臂施工都有利，顶底板能提供足够的受压面积，能满足抵抗正、负弯矩预应力钢束布置。,单箱单室截面 较窄桥墩满足较宽桥面，减少下部工程量，应用最为广泛。,分离式双箱单室截面 多在宽桥中采用,单箱多室截面 多在宽桥中采用,箱形截面,2.跨径布置和梁高尺寸,T形截面主梁悬臂一般为中跨的0.30.4倍； 箱形截面主梁悬臂可达中跨的0.40.6倍（跨中最大正弯矩和支点最大负弯矩绝对值大致相等）。 注意：悬臂长、活载挠度大、时跳车动厉害、桥与路的连接构造易损坏。,单孔双悬臂梁桥,单孔双悬臂梁桥梁高拟定的常用尺寸,当不受上述这些条件限制时，就可按照梁的弯矩包络图面积为最小的原则来确定边孔与中孔径的划分。,多跨悬臂梁桥跨径布置： 主孔跨径由通航净空确定，或与边孔一起由河床地形和地质等条件综合考虑来选定。 按照弯矩包络图面积为最小原理来确定边孔与中孔的跨径划分。,悬臂梁桥各种跨长的比例关系,3 适用情况,国内箱形薄壁钢筋混凝土悬臂梁桥最大跨径为55m，国外一般在7080m以下； 预应钢筋混凝土悬臂梁桥一般在100m以下，世界最大的跨径为150m。,4 牛腿的受力特点和构造,牛腿受力情况复杂，各种验算有假设性，故斜筋和水平钢筋应富余些，还应布置较密的箍筋和纵向水平钢筋。,结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等优点 恒载、活载均有卸载弯矩 但超静定体系对地基要求高 适合于中等以上跨径桥梁,主要特点：,第二节 连续梁桥的构造及设计, 力学特点,一、等截面连续梁桥,在跨径不大时，连续梁桥在恒载与活载作用下支点截面负弯矩与跨中截面正弯矩差值不大，可以考虑等截面形式，以简化施工。, 构造特点,不等跨布置：用于较大跨度连续梁，边跨为0.60.8中跨 等跨布置：用于中小跨度连续梁，跨径取决于经济分孔和施工的设备条件。高跨比一般为l/151/25；在顶推施工的梁高H与顶推跨径L0之比一般为1/121/17。 腹板厚度：支点腹板总厚度与行车道板宽度B之比为1/161/21，支点腹板厚度与梁高H之比为1/121/16。, 适用范围,中等跨径：4060m（国外有达80m的）； 以等跨为宜，亦可用不等跨； 适应于预制装配（逐孔架设、顶推法施工）和就地浇注施工（有支架、移动模架），不适宜于悬臂法施工。,连续梁桥的施工方法,连续梁桥的施工方法,二、变截面连续梁桥, 力学特点,主跨跨径大于70m支点设计负弯矩比跨中设计正弯矩大，变截面主梁符合受力要求，高度变化与内力变化相适应。, 构造特点,分跨：,连续孔数一般不超过5跨； 多于三跨的连续梁桥，除边跨外，其中间各跨一般采用等跨布置，以方便悬臂施工； 多于两跨的连续梁桥，其边跨一般为中跨的0.60.8倍左右，当采用箱形截面，边孔跨径其至可减少至中孔的0.50.7倍； 有时为了满足城市桥梁或跨线桥的交通要求而需增大中跨跨径时，可将边跨跨径设计成仅为中跨的0.5倍以下，此时，端支点上将出现较大的负反力，故必需在该位置设置能抵抗拉力的支座或压重以消除负反力。,梁高与跨径、施工方法有关,h支/l=1/161/18，h中/ h支=1/1.51/2.5,梁底曲线：折线、圆弧线、抛物线和正弦曲线, 适用范围,70120m，大于120m跨径，目前较少见； 适宜于悬臂法施工。施工过程中墩梁临时固结，待合拢后，拆除临时固结措施，进行体系转换。,变截面连续梁桥的施工方法,几种常用挂蓝示意,三、 横截面形式和尺寸,横截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面。, 板式和肋梁式截面,实体板：用于中小跨径连续梁桥，有支架现浇; 空心板：用于1530m连续梁桥有支架现浇，板厚可取0.81.5m; 肋梁式：用于跨径2550m，梁高一般取1.32.6m，预制架设，并在梁段安装后经体系转换为连续梁桥。,1）横截面形式, 箱形截面,用于跨径超过4060m（等截面）或以上（变截面），有支架现浇、逐孔施工及悬臂施工等多种方法。,单箱多室：宽度可不受限制,单箱单室：顶板宽度小于20m；,单箱双室：顶板宽度25m左右；,双箱单室：顶板宽度可达40m左右；,圆空式单箱双室：顶板宽度15 m左右；,斜腹板箱梁：施工稍困难，使用较少,2）细部尺寸, 顶板和底板厚度,基本要求：满足桥面板横向受弯和布置箱梁纵、横向预应力筋的要求。对于悬臂端部厚度10cm,若设置防撞墙或需锚固横向预应力筋，则20cm。,底板厚度2与跨径l之比一般取1/1401/170；跨中区域则可按构造要求一般取2228cm。, 腹板厚度,主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求。,取值：,腹板内无预应力筋：最小取20cm； 腹板内有预应力筋：最小取2530cm； 腹板内有预应力筋锚固头：最小取35cm。 墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到3060cm，特殊情况可达100cm。,变化情况：,大跨度桥，采用变厚度形式，变厚段一般为一个节段长。中、小跨径，一般采用等厚度形式。,墩上腹板厚度参数：,跨中腹板厚度参数：,英国水泥和混凝土协会提出如下两个关于预应力混凝土连续梁最佳腹板厚度参数的公式，其指标可供参考：, 承托（梗腋）,为了减小局部应力，在箱梁顶板与腹板、腹板与底板的交接处，一般需设置承托。,承托的坡度：, 横隔梁（板）,布置：,T型截面：设置中横隔板和端横隔板； 箱形截面：设端横隔板， 直桥：一般少设或不设中间横隔板。弯、斜梁，设置中横隔板。 为满足施工、维修和通风要求，横隔板上一般设置过人洞。,厚度：,中横隔板：1520cm。 端横隔板：尺寸和配筋形式与箱梁的支承方式有关。 当支座直接位于主梁腹板之下，厚度为3050cm，只需配置一定数量普通钢筋。 当支座设置在横隔板中部，宜采用预应力混凝土，厚度一般小于80cm，设置曲线形的预应力筋。,四、预应力筋布置,主梁内力, 竖向受剪, 纵向受弯, 横向受弯,竖向预应力,纵向预应力,横向预应力,预应力数量、位置根据使用阶段的受力状态确定， 满足施工各阶段的受力需要，施工方法决定施工阶段受力，预应力配筋必须结合施工方法。,混凝土箱梁三向预应力筋布置,）纵向预应力筋,纵向预应力筋又称主筋，布置在顶、底板和腹板中；布置方式与采用的施工方法、预应力筋种类等有关系布置方式分为：连续配筋、分段配筋、逐段加长力筋、体外布筋、后连续力筋。, 连续配筋的力筋布置,小跨度的等截面连续梁桥，采用就地灌注施工的，其纵向力筋可按照结构各部位的受力要求进行连续配筋。二次抛物线。, 分段配筋布置,大跨度、变截面、悬臂施工法。 悬臂伸出施工时，对梁体施加负弯矩筋；在两梁段合龙后（称为体系转换），再张拉正弯矩筋和其它力筋。 力筋的布置原则：力矩大、锚固方便、施工简单。,正弯矩区底部、负弯矩区顶部布置预应力筋； 正、负弯矩交替作用区段，顶、底板均需设预应力筋。,顶板力筋在腹板 内下弯并锚固在腹板上，减小外荷载剪力； 腹板具有足够厚度以承受集中的锚固力。,直线布束：锚固在梗肋处，减少摩阻损失、穿束方便，改善腹板浇筑条件； 由弯曲应力决定，抗剪强度由竖向预应力筋提供。, 逐段加长力筋布置,用连接器把主筋对接或逐段加长。 逐孔施工、顶推法施工的连续梁常用。 接头的位置通常设置在离支点约1/5跨度附近弯矩较小的部位。, 体外布筋布置,力筋布置在主梁截面以外的箱内，配以横隔板、转向块等构造，对梁体施加预应力。 无预留孔道，孔道压浆等工序，施工方便迅速，且便于更换；对力筋防护和结构构造等的要求较高。, 后连续筋布置,先简支后连续方法施工的预应力混凝土连续梁桥，后连续采用预应力筋布置，必须先预留张拉槽孔和预埋管道，待连续部分的混凝土浇筑完毕后，穿束张拉后连续的力筋，实现整体梁的连续。,）横向和竖向布筋,横向预应力筋布置在横隔板或顶板中，保证横向整体性、桥面板及横隔板横向抗弯能力；箱梁顶板厚度在25cm35cm间，横向力筋采用扁锚体系。 竖向预应力筋布置在腹板中，提高截面的抗剪能力，按后张法工艺施工，一般需进行二次张拉，以确保足够的有效预应力；竖向力筋较短，采用高强粗钢筋以减少回缩损失。,箱梁横向及竖向配筋方式,横向预应力筋,预应力张拉后应及时对管道进行压浆并封锚，压浆应密实饱满，否则有可能带来严重后果；预应力箱梁大多采用C50及以上的高标号混凝土。,目前将一种拉索式锚具用于竖向钢绞线的张拉，进行二次张拉：,第一次张拉使锚杯内夹片夹紧预应力筋； 第二次张拉锚杯，达到设计张拉力，拧紧锚杯外螺母固定。 二次张拉技术使预应力筋的回缩损失小。预应力管道压浆如不密实饱满，则预应力筋得锈蚀断裂可能造成灾难性后果。,第三节 刚构式桥的构造及设计,一、刚构桥,刚构是一种墩与梁固结、具有悬臂受力特点的梁式桥。由于悬臂梁承受负弯矩，T形刚构桥几乎都是预应力混凝土结构。分为跨中带剪力铰、跨中设挂梁和连续三种基本类型。,卸载弯矩类似于悬臂梁 适合于悬臂施工、节省支座 跨中的牛腿、伸缩缝，易损坏 适合于中等以上跨径桥梁,1) 刚构桥分类, 带挂梁的T构桥型, 带铰的T构桥型,钢筋混凝土:lg=(0.50.7)l 预应力混凝土: lg=(0.220.50)l 挂梁跨径不超过3540m，以利安装, 连续刚构桥,2) 连续刚构桥力学特点,连续梁桥与T形刚构桥组合体系，也称墩梁固结连续梁桥； 常用于大跨、高墩结构； 桥墩纵向刚度小，竖向荷载作用下基本上属于一种无推力的结构； 上部结构具有连续梁施工的一般特点，技术经济性好。,宜用于高墩场合，（墩高25m），并采用抗推刚度小的双薄壁墩。,3) 连续刚构桥构造特点,主梁,主梁在纵桥向大都采用不等跨变截面的结构布置形式 ； 边跨和主跨的跨径比值在0.50.692之间，大部分比值在0.550.58之间； 一般适用于跨径100240m范围，最大跨径可达300m。, 主梁截面高度,箱梁根部截面的高跨比一般为l/16l/20，其中大部分为1/18左右，也有少数桥梁达到或低于120; 跨中截面梁高通常为支点截面梁高的1/2.5l/3.5，略小于连续梁的跨中梁高 。, 桥墩,连续刚构适用于高墩结构，此时桥墩作用如同摆柱，以适应预应力、混凝土收缩徐变和温度变化等引起的纵向位移； 桥墩水平抗推刚度宜在满足桥梁施工、运行稳定性要求的前提下尽量地小，因墩梁固结对温度变化、预应力、混凝土收缩徐变等产生的次内力相当敏感，应考虑墩身与主梁之间的刚度比以减少次内力； 桥梁在横向不平衡荷载或风载作用下，易产生扭曲、变位，为了增大其横向稳定性，桥墩在横向的刚度应设计得大一些； 墩身高度主要由桥面标高、桥梁建筑高度、桥下净空高度，主梁端高度等因素决定；墩柱纵向厚