混凝土梁桥构造与设计要点总结(84页)

1、桥梁工程(Bridge Engineering)授课人：杨果岳土木工程与力学学院第五章 混凝土梁桥1 概述2 板桥的构造3 简支梁桥的构造4 悬臂体系和连续体系梁桥的构造-概述 梁桥指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。 静力特性：简支梁式桥；连续梁桥；悬臂梁桥；T形刚架桥。截面形式：板式梁桥；肋梁式梁桥；箱形梁桥。 预应力度：普通钢筋混凝土；部分预应力混凝土；全预应力混凝土梁桥。按施工方法分类：整体浇筑式梁桥和预制装配式梁桥 按装配式结构块件划分方式的不同，分为：纵向竖缝划分、纵向水平缝划分和纵、横向竖缝划分。T形梁横截面组合式梁桥横截面横向分段装配式梁（串连

2、梁）缺点： 自重大。钢筋混凝土梁带裂缝工作。混凝土材料是抗拉性能极差的一种材料，处于受拉区的混凝土容易出现裂缝。混凝土梁桥的特点造价低，可就地取材耐久性好，混凝土耐久性好，耐高温可塑性强，以按照设计意图做成各种形状的结构，例如适应线形的变化做成曲线桥。 刚度大优点： 预应力的作用。通过张拉预应力筋，使受拉区预先储备一定的压应力，在外力作用时，混凝土可不出现拉应力或不出现超过某一限值的拉应力。全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝。节省材料，提高桥梁的跨越能力。与钢筋混凝土梁桥相比，一般可节省钢材3040，跨径愈大节省愈多。更适合于装配式桥梁。如悬臂拼装、顶推法和旋转施工法在预应力混凝土梁桥中得

3、到新的发展，可根据需要在结构纵、横向和竖向任意分段，施加预应力，即可集成理想的整体。预应力混凝土梁桥的特点第一节 板桥的构造 板桥的优点是建筑高度小、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。主要缺点是：跨径不宜过大。 从结构静力体系来看，可分为简支板桥、悬臂板桥和连续板桥。板桥横截面图一、整体式简支板桥的构造实体式等厚度的矩形截面肋板式截面：减轻自重常用跨径一般在8m以下，板厚与跨径之比一般为1/121/16。桥面宽度往往大于跨径，实际上双向受力状态。当桥面板宽较大时，除配置纵向的受力钢筋外，尚应计算配置板的横向受力钢筋。钢筋混凝土整体式简支板桥构造二、装配式简支板桥

4、的构造1）矩形实心板梁桥 实心板截面形状简单、施工方便、建筑高度小、结构整体刚度大，梁高一般为0.16-0.36m左右，适合于小跨径桥梁。装配式板桥梁高与跨径结 构 类 型截 面 型 式l（m）h（m）钢筋混凝土实 心1.5 80.16 0.36空 心6 130.4 0.8 预应力混凝土实 心空 心8 200.4 0.85 当跨径增大时，应采用空心板截面，不仅能减轻自重，而且能充分利用材料。2）空心板桥顶部略呈拱形，可以节省一些钢筋施工时可用无缝钢管(或充气囊)作芯模，但挖空率小，质量较大芯模则由两个半圆和两块侧模板组成跨径8m装配式空心板桥的构造图先张法预应力混凝土空心板桥钢筋布置图（单位：

5、cm，钢筋直径：mm） 3）装配式板桥的横向连接 装配式板桥板块之间必须采用横向连接构造以保证板块共同承受车辆荷载。常用的横向连接方式有企口混凝土铰连接和钢板焊接连接。（1）企口混凝土铰联接企口混凝土铰接型式有圆形、菱形和漏斗形三种 实践证明：企口式混凝土铰能保证传递横向剪力，使各块板共同受力。企口混凝土铰接型式C25C40号细骨料砼填实铺装层参与受力2）钢板焊接联接 如果要加快工程进度，也可以采用钢板连接。就是将钢板N1焊在相邻两块件的预埋钢板N2上。钢板连接构造(单位：cm)纵向中距80150cm，跨中较密，向两端支点逐渐减疏。简支梁桥（simply-supported beam brid

6、ges）属于静定结构，它受力明确，构造简单，施工方便，是中小跨度桥梁中应用最广泛的桥型。简支肋梁桥的上部构造由主梁、横隔梁、桥面板、桥面构造等部分组成。这类桥梁可采用整体现浇和预制装配两种不同的方式进行施工。第二节 简支梁桥的构造主梁是桥梁的主要承重结构；横隔梁保证各根主梁相互结成整体，以提高桥梁的整体刚度；主梁的上翼缘构成桥面板，组成行车(人)平面承受车辆(人群)荷载的作用。一、整体式简支T形梁桥 整体式梁桥在城市立交桥中应用较广泛，具有整体性好、刚度大、易于做成复杂形状等优点，多数在桥孔支架模板上现场浇筑，个别也有整体预制、整孔架设的情况。 整体式梁桥横截面1. 为了减小桥面板的跨径，在两

7、根主梁之间设置次纵梁，如图b。2. 桥面板的跨中板厚不应小于10cm。桥面板与梁肋衔接处一般都设置承托结构。二、装配式简支T形梁桥 装配式简支梁桥具有建桥速度快、工期短、模板支架少等优点而应用广泛。主梁的横截面形式可分为形、T形和箱形。装配式梁简支梁横截面最为普遍制造简单整体性好接头方便装配式钢筋混凝土T形梁桥概貌装配式T形简支梁桥的构造布置 主梁布置及构造 当桥面宽度已知后， 选定主梁的间距是主要的问题。对于跨径大一些的桥梁，适当加大主梁间距减少片数，钢筋混凝土的用量会少些；但此时桥面板的跨径增大，悬臂翼缘板端部较大的挠度对引起桥面接缝处纵向裂缝的可能性也大些。 主梁梁肋厚度在满足抗剪要求后

8、，可适当减薄；梁肋端部可逐渐加宽；对于预应力主梁梁肋，一般做成马蹄形。 主梁尺寸变化范围较大预应力筋的布置：束筋锚固在梁端梁高受限时，部分力筋弯出梁顶。 桥面板（翼缘板）的布置与构造 一般为变厚形式，端部较薄，向根部逐渐加厚。翼缘根部（与梁肋衔接处）厚度应不小于梁高的1/10，边缘厚度不应小于10cm。 主梁吊装就位后，当设横隔梁时，必须借助横隔梁与翼缘板的接头将所有主梁连成整体；对于少横隔梁的主梁，应在翼缘板上加设接头和加强桥面铺装。常用的桥面板横向连接有焊接和湿接接头两种：焊接接头： 概念：用钢板或螺栓将相邻两片梁翼板和横隔板焊接起来形成横向联系的方法。 优点：施工方便、连结速度快、焊接后

9、能立即承受荷载。 缺点：耗费钢材较多、需要有现场焊接设备，且有时需在桥下进行仰焊，有一定困难，整体性效果稍差一些。 湿接接头概念：系主梁预制时，将翼板端部预留出一部 分，钢筋外伸。梁架设就位后，将相邻两翼板的钢筋焊接相连，然后支撑板现浇接缝混凝土，使各片梁横向连结形成整体。优点：节省钢板用量、整体性好缺点：施工较复杂、接缝混凝土养生达到初期后方能承受荷载。 横隔梁在装配式T梁中起着保证各根主梁互相连结成整体的作用， 刚度愈大，桥梁的整体性愈好。 横梁布置及构造端横梁：T梁的端横隔梁是必须设置的，它不但有利于构件的稳定性，而且能显著加强全桥的整体性；与主梁同高。内横梁：每隔5.010.0m设置一

10、道，高度取主梁高度的0.70.9倍，厚1518cm，可挖空。横隔梁横向连接构造 a.刚性接头(钢板焊接接头) 刚性接头既可承受弯矩，也可承受剪力 b.铰接接头(扣环式接头)铰接接头，只能承受剪力钢板铰接接头扣环式接头装配式梁简支T梁横隔板构造装配式梁简支T梁端隔板构造装配式梁简支T梁横隔板构造装配式梁简支T梁横隔板构造三、组合梁桥用纵向水平缝将桥梁的梁肋部分与桥面板（翼板）分隔开来，使单梁的整体截面变成板与肋的组合截面。施工时先架设梁肋，再安装预制板，最后在接缝内或连同在板上现浇一部分混凝土使结构连成整体。组合梁桥两种形式：分阶段受力。形 混凝土简支梁桥箱形 预应力混凝土梁桥普通钢筋混凝土和预

11、应力混凝土简支梁桥的经济跨径分别为20m和40m左右。超过此跨径范围，不经济。为了降低材料用量指标，对于较大跨径的桥梁采用能减小跨中弯矩的悬臂体系、连续体系梁桥等。第三节 悬臂体系和连续体系梁桥的构造一、悬臂体系梁桥1悬臂梁桥1)结构类型 不带挂梁的单孔双悬臂梁 带挂梁的多孔悬臂梁桥2）力学特点属于静定体系悬臂梁利用悬出支点以外的伸臂，使支点产生负弯矩对跨中正弯矩产生有利的卸载作用，跨中正弯矩大大减小由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大体系形式：双悬臂、单悬臂、双悬臂加挂梁、T形刚构缺点：悬臂端容易下挠，行车舒适性较差3）构造特点 跨径布置（各跨跨径比，悬臂长与跨径比）跨线的单孔双悬臂梁桥：中孔

12、跨径由跨线行车净空的要求确定。主梁为T型截面时，悬臂长度一般为中跨长度的0.30.4倍;当采用箱型截面时，悬臂长度可适当加大，但不能超过中跨长度的0.5倍。跨河的单孔双悬臂梁桥和三跨带挂梁的单悬臂梁桥:中孔为悬臂孔，跨度由通航净空决定，其中挂梁长度lg一般为(0.40.6)l。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。 截面形式 在支点附近要承受较大的负弯矩，支点截面的底部受压区往往需要加强。 吊装时采用肋梁；悬臂施工时采用箱梁。跨径50m以上时宜采用箱梁。悬臂部分（锚孔） 一般采用肋梁，便于吊装。挂孔马蹄形的T形截面底部加宽的T形截面 梁高一般

13、采用变高度梁，支点梁高/跨中梁高 = 22.5优点：增加支点抗弯能力，不增加很多的弯矩底缘曲线：抛物线、正弦曲线、圆弧、折线箱形截面腹板及顶、底板单箱室箱形截面4）适用情况 悬臂梁桥在施工和成桥运营阶段两者受力状态是一致的，非常适用于悬臂施工方法。 在支点附近梁的上翼受拉，容易出现裂缝；悬臂端与挂梁衔接处的挠曲线产生不利于行车的折点。故目前很少采用。 2.T形刚构桥 T形刚构是一种墩与梁固结、具有悬臂受力特点的梁式桥。与简支梁桥相比，具有较大的跨越能力。分为跨中带剪力铰和跨中设挂梁两种基本类型。卸载弯矩类似于悬臂梁适合于悬臂施工、节省支座跨中的伸缩缝，易损坏行车条件不好适合于中等以上跨径桥梁1

14、)分类及力学特点 带挂梁的T构桥型属静定结构，不受温度及基础沉降产生次内力的影响;采用悬臂法施工，施工与运营阶段受力状态一致；与带剪力饺的T形刚构桥相比，其受力和变形性能均略差一些，但没有后者为设置剪力铰进行强迫合龙以及更换剪力铰处支座的麻烦；主要缺点是桥面上伸缩缝增多，对于高速行车不利。 带铰的T构桥型 超静定结构。 带铰的T形刚构，它的上部结构全部是悬臂部分，相邻两悬臂通过剪力铰相连结。剪力铰是一种只能传递竖向剪力，但不能传递水平推力和弯矩的连结构造。 2)构造特点对于钢筋混凝土T构桥，挂梁的经济长度一般在跨径的0.50.7范围内；预应力混凝土T构的挂梁经济长度一般在跨径的0.22O.50

15、范围内； 主孔跨径大时，取较小比值，并应使挂梁跨径不超过3540m，以利安装；悬臂受力的T构承受的全是负弯矩，上缘受拉，因而配筋比较简单。墩柱尺寸一般较大。3)适用情况T构带挂梁：在混凝土的长期收缩徐变作用下和汽车荷载的冲击力作用下，T构悬臂梁端会发生下挠；T构带铰：铰的左右两侧主梁变形不一致，引起行车不平顺；施工过程中有时还需强迫合龙；当T构的两边温度变化不同时，易产生不均匀变形，引起较大次内力；剪力铰的构造计算因式中的理想铰尚存在差异，难以准确地计算出各种因素产生的次内力；带挂梁和带饺的T形刚构目前均已较少采用。3. 预应力筋的布置预应力混凝土梁桥的布束原则：应考虑施工的方便，尽可能少的切

16、断预应力钢筋符合结构受力特点，既要满足施工阶段的受力要求，又要满足成桥后使用阶段各种荷载组合下的受力要求；既要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要，也要考虑结构在破坏阶段的需要；并注意避免在超静定结构体系中引起过大的结构次内力。避免使用多次反向曲率的连续束筋，以降低摩阻损失。短跨长悬臂长锚跨直线力筋短跨锥形状短悬臂直线力筋二、连续体系梁桥将简支梁梁体在支点上连结形成连续梁。 超静定结构；结构刚度大、变形小、伸缩缝少，行车平稳舒适；主要特点：1. 预应力混凝土连续梁桥 力学特点在恒载和活载作用下，支点截面负弯矩一般比跨中截面弯矩大，但跨径不大时这个差值不是很大，可以应用等截面形式。1)等截面连

17、续梁桥 构造特点可选用等跨和不等跨两种布置方式。不等跨布置：边跨为0.60.8中跨等跨布置：跨径大小主要取决于经济分孔和施工的设备条件。高跨比一般为l/151/25；在顶推施工的等截面连续梁桥中梁高H与顶推跨径之比一般为1/121/17。 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）。2)变截面连续梁桥 力学特点 当连续梁的主跨跨径接近或大于70m时，主梁支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大很多，采用变截面连续梁桥更符合受力要求，当加大靠近支点附近的梁高(即加大了截面惯矩)做成变截面梁时，

18、还能进步降低跨中的设计弯矩。 构造特点分跨：连续孔数一般不超过5跨；不等跨布置。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 适用范围主跨跨

19、径接近或大于70m；适宜于悬臂法施工。2连续刚构桥综合连续梁与T构的优点；超静定体系对地基要求高；适合于中等以上跨径的高墩桥梁。1) 力学特点梁体连续；墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力；由于墩梁固结共同参与工作，连续刚构桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小，因此，连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥的设计大一些。2) 构造特点(1)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。(2)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

20、为支点截面梁高的1/2.5l/3.5，略小于连续梁的跨中梁高 。(3)桥墩主要适用于高桥墩；柔度应适应由于温度变化、混凝土收缩、徐变以及制动力等因素引起的水平位移，以尽量减小这些因素对结构产生的次内力;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，在横向的刚度应设计得大一些。连续刚构桥柔性墩的立面形式主要有三种：竖直双肢薄壁墩竖直单薄壁墩v形墩(或Y形柱式墩)v形托架可使使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上。适用于桥墩不是很高适用于高桥墩减小主梁的负弯矩值3）适用范围常用于大跨、高墩的结构中，桥墩纵向刚度较小，在竖向荷载作用下，基本上属于一种无推力的结构；由于预应力技术的发展，连续刚

21、构桥是大跨径桥梁选型中具有竞争力的桥型之一；优点：主梁保持连续，无需设支座；同时避免了连续梁和T构两者的缺点；缺点：对地基承载力的要求较高；主墩刚度过大时，产生过大的温差拉力对结构不利；墩梁联结处应力复杂。3. 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(T形）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，预制架设，梁高一般取1.32.6m另外，还有脊形梁或异形结构。1）横截面形式 箱形截面 用于跨径超过4060m以上，有支架现浇、逐孔施工及悬臂施工等多种方法。单箱多室：

22、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； 顶板和底板厚度基本要求：既要满足纵、横向的受力要求，又要满足结构构造及施工上的需要。选定原则：满足布置纵、横预应力筋的构造要求，满足桥面板横向弯矩的受力要求。腹板间距（m）3.55.07.0顶板厚度（cm）182028腹板间距与顶板厚度表 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：取20cm；腹板内有预应力筋：取2530cm；腹板内有预应力筋锚固头：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