钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥设计

钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥设计国内外中小跨径的公路桥梁或城市桥梁，大部分是钢筋混凝土或预应力混凝土梁式桥。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥都是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组合而成的。预应力混凝土梁桥更具有降低梁高和跨越能力大的优点，尤其是预应力技术的采用，为现代装配式结构提供了最有效的接头和拼装手段，推进了建桥技术的进步,有效改善了桥梁运营的舒适性。—、梁桥的主要类型及其适用条件钢筋混凝土与预应力混凝土梁式桥具有多种不同的类型和构造。对其演变加以分析可以看出，除了从力学上考虑充分发挥材料特性而不断改进桥梁的截面形式外，构件的施工方便以及起重安装设备的能力，也是影响构造形式发生变化的重要因素。下面从儿个主要方面简述钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥上部结构的类型和构造及其适用情况。.按施工方法分按施工方法分为整体浇筑式梁桥、装配式梁桥、组合式梁桥。⑴整体浇筑式梁桥建桥的全部工作都在施工现场进行。由于全桥在纵向和横向都是现场整体浇筑，所以整体浇筑式梁桥整体性好，可以按需要做成各种外形。但施工速度慢，工业化程度低，又要耗费较多的支架和模板材料，目前除了一些林区或运输困难的地方以及部分弯、斜桥外，一般情况下较少采用现场整体浇筑。(2)装配式梁桥上部构造在预制工厂或工地预制场分块预制，再运到现场吊装就位，然后在接头处把构件连接成整体。装配式梁桥的预制构件采用工厂化施工，受季节影响小，质量易于保证，而且还能与下部工程同时施工，既加快了施工进度，又能节约支架和模板的材料。⑶组合式梁桥组合式梁桥也是一种装配式的桥跨结构，不过它是用纵向水平缝将桥梁分割成工形的梁肋或开口槽形梁和桥面板，桥面板再借纵横向的竖缝划分成在平面内呈矩形的预制构件。这样可以显著减轻预制构件的重力，并便于集中制造和运输吊装。组合梁的特点是整个截面分两个(或几个)阶段组合而成，在工形梁或开口槽形梁上搁置轻巧的预制空心板或微弯板构件，通过现浇混凝土接头而与工形梁或槽形梁结合成整体,或以弧形薄板或平板作为现浇桥面混凝土的模板，通过现浇混凝土使各主梁结合成整体。.按承重结构的横截面形式划分(1)板桥板桥的承重结构就是矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板。板桥横截面形式包括整体式矩形实心板、装配式实心板和装配式空心板。整体式矩形实心板具有形状简单、施工方便、建筑高度小、结构整体刚度大等优点，但施工时需要现浇混凝土，受季节气候影响，又需模板与支架。使用较为广泛的为装配式板桥,由几块预制的实心板利用板间企口缝填人混凝土连接而成。从力学性能上分析，对钢筋混凝土板，由于受拉时混凝土开裂后位于受拉区域的混凝土材料不但不能发挥作用，反而增大了结构的自重，所以只适用于小跨径的桥梁。当跨径逐渐增大时，为了减轻自重，也可将截面受拉区稍加挖空做成矮肋式的板。装配式板桥也可做成横截面被显著挖空的空心板[图2-2d)]o横截面也可做成一种装配一整体组合式桥[图2-2e)],它利用一些小型预制构件安装

就位后作为底模，在其上再浇筑混凝土结合成整体，在缺乏起重设备的情况下，这种板桥能收到好的效果。钢筋混凝土简支实心板梁的跨径，一般不超过8m,预应力混凝土空心板跨径可以卷到10・32m。⑵肋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。肋梁式桥横截面常见的三种基本类型有：工形、II形、T形。在此种桥上，梁肋（或称腹板）与顶部的钢筋混凝土桥面板结合在一起作为承重结构。由于肋与肋之间处于受拉区域的混凝土得到很大程度的挖空，就显著减轻了结构自重。特别对于仅承受正弯矩作用的简支梁来说，既充分利用了扩展的混凝土桥面板的抗压能力，又有效地发挥了集中布置在梁肋下部的受力钢筋的抗拉作用，从而使结构构造与受力性能达到理想的配合。与板桥相比，对于梁肋较高的肋梁桥来说，由于混凝土抗压和钢筋受拉所形成的力偶臂较大，因而肋梁桥也具有更大的抵抗荷载弯矩的能力。钢筋混凝土简支肋梁揶桥的常用跨径为13-20m,预应力混凝土简支肋梁桥的常用跨径为25・50m。⑶箱梁桥横截面呈一个或几个封闭箱形的梁桥简称为箱形梁桥。这种结构除了梁肋的上部翼缘板外，在底部尚有扩展的底板，围罗因此它提供了承受正、负弯矩的足够的混凝土受压区。箱形梁桥的另一个重要特点，是在一定的截面面积下能获得较大的抗弯惯矩，而且抗扭刚度也特别大，在偏心活载作用下各梁肋的受力比较均匀，因此箱形截面能适用于较大跨径悬臂梁桥和连续梁桥，也可用来修建全截面均参与受力的预应力混凝土筒支梁桥。显然，对于普通钢筋混凝土的简支梁桥来说，底板除徒然增加自重外并无其他益处，故不宜采用。.按承重结构的静力体系分⑴简支梁桥简支梁桥是梁式桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。它构造简单，最易设计为各种标准跨径的装配式结构；施工工序少，架设方便；在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸划一，简化施工管理工作，降低施工费用；因相邻桥孔各自单独受力，桥墩上需设置相邻简支梁的两个支座；简支梁桥的构造较易处理而常被选用。⑵连续梁桥这种体系的主要特点是：承重结构c板、T形梁或箱梁，不间断地连续跨越几个桥孔而形成一超静定结构。连续孔数一般不宜过多。当桥梁跨数较多时，需要沿桥长分建成几组（或称几联）连续梁。连续梁由于荷载作用下支点截面产生负弯矩，从而显著减小了跨中的正弯矩，这样不但可减小跨中的建筑高度，而且能节省钢筋混凝土数量。跨径增大时，这种节省就愈益显著。连续梁通常适用于桥基良好的场合，否则，任一墩台基础发生不均匀沉陷时,桥跨结构内均产生附加内力。⑶悬臂梁桥这种桥梁的主体是长度超出跨径的悬臂结构。仅一端悬出者称为单悬臂梁，两端均悬出者称为双悬臂梁。对于较长的桥，还可以借助简支的挂梁与悬臂梁一起组合成多孔桥。在力学性能上，悬臂根部产生的负弯矩减小了跨中正弯矩，所以悬臂梁也与连续梁相仿，可以节省材料用量、增大跨越能力。悬臂梁桥属于静定结构，墩台的不均匀沉陷不会在梁内引起附加内力。中交路桥科技有限公司成立于2009年，是专业从事工程检测监测、城市安全监测预警与评价、数字智能化研发为一体的复合型高新技术集团企业。

目前已分别取得铁路行业、公路行业、建筑行业颁发的行业检测资质，及河北省技术监督局的计量认证资质，是中国交通建设监理协会试验检测委员会副秘书长单位，中关村智盟环境土木智能检测监测产业联盟理事单位，是河北省建筑与公路检测行业唯一一家同时具备“专精特新”和“高新技术企业”的检测机构。结合多年行业先进经验，融合数字经济和国家安全体系发展需求，构建“工程医院+智能检测+科技领先+数字赋能”的品牌战略，形成了工程检测、城市安全监测、数字化研发、智慧智能设计四大业务板块。公司技术实力雄厚，当前拥有一支高素质工程医生团队，囊括了铁道工程、城市道路与公路、桥梁工程、隧道工程、建筑工程、水利工程、工程物探、安全技术、电力、信号、集成电路、智能科学等专业。公司试验、检测、监测仪器设备齐全，用于试验检测、测绘的仪器设备共计千余套，为试验检测、监测数据的科学、准确提供了硬件保证。公司高度重视科技研发工作，不断加大科技开发力度，自成立以来公司的研究课题先后多次达到了国际先进和国内领先水平，依托企业科技协同创新中心实现诸多新突破，连续多年通过国家高新技术企业认定，积极参与国家和行业标准的制定工作，自主创新多项知识产权技术。公司始终坚持和贯彻“公平、公正、科学、高效”的质量方针，“诚信立足,创新致远”的经营理念，以“高标准、高起点、现代管理”为后盾，致力打造以工程检测为基础，以城市安全监测和数字化研发为亮点，立志于成为业主满意、员工满意、伙伴依赖度高和行业认可度高的现代化、科技型、复合型专业技术机构。桥梁设计基本原则桥梁设计应遵循安全、适用、经济、美观和有利环保的原则，同时应考虑因地制宜、便于施工、就地取材和养护等因素。桥梁设计应遵循的各项原则分述如下.安全⑴所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备；（2）防撞栏杆应具有必要的高度和强度，人与车流之间应做好防护栏，防止车辆驶入人行道或撞坏栏杆而落到桥下；⑶对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸；⑷对于修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。.适用⑴桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量（包括行人通行）；⑵桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝；⑶桥跨结构的下面有利于泄洪、通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）；⑷桥梁的两端方便车辆的进入和疏散，不致产生交通堵塞现象等；

⑸考虑综合利用，方便各种管线（水、电、通信等）的搭载。.经济⑴桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则；⑵经济的桥型应该是造价和使用年限内养护费用综合最省的桥型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或中断交通的时间最短；⑶所选择的桥位应是地质、水文条件好，桥梁长度也较短；⑷桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的经济发展，产生最大的效益;对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通过，达到尽可能快回收投资的目的。.美观一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的，结构布置必须精练，并在空间有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和旅游区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，结构细部的美学处理也十分重要，另外，施工质量对桥梁美观也有重大影响。.有利环保桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，包括生态、水、空气、噪声等几方面。设计时应从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等多方面全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。除了满足上述基本要求之外，因桥梁建设与当地的社会、经济、文化和人民生活密切相关，应适当考虑当地的需要，如考虑农田排灌的需要，靠近村镇、城市、铁路及水利设施的桥梁，应结合各有关方面的要求，适当考虑综合利用。中交路桥科技有限公司成立于2009年，是专业从事工程检测监测、城市安全监测预警与评价、数字智能化研发为一体的复合型高新技术集团企业。目前已分别取得铁路行业、公路行业、建筑行业颁发的行业检测资质，及河北省技术监督局的计量认证资质，是中国交通建设监理协会试验检测委员会副秘书长单位，中关村智盟环境土木智能检测监测产业联盟理事单位，是河北省建筑与公路检测行业唯一一家同时具备“专精特新”和“高新技术企业”的检测机构。结合多年行业先进经验，融合数字经济和国家安全体系发展需求，构建“工程医院+智能检测+科技领先+数字赋能”的品牌战略，形成了工程检测、城市安全监测、数字化研发、智慧智能设计四大业务板块。公司技术实力雄厚，当前拥有一支高素质工程医生团队，囊括了铁道工程、城市道路与公路、桥梁工程、隧道工程、建筑工程、水利工程、工程物探、安全技术、电力、信号、集成电路、智能科学等专业。公司试验、检测、监测仪器设备齐全，用于试验检测、测绘的仪器设备共计千余套，为试验检测、监测数据的科学、准确提供了硬件保证。公司高度重视科技研发工作，不断加大科技开发力度，自成立以来公司的研究课题先后多次达到了国际先进和国内领先水平，依托企业科技协同创新中心实现诸多新突破，连续多年通过国家高新技术企业认定，积极参与国家和行业标准的制定工作，自主创新多项知识产权技术。

公司始终坚持和贯彻“公平、公正、科学、高效”的质量方针，“诚信立足,创新致远”的经营理念，以“高标准、高起点、现代管理”为后盾，致力打造以工程检测为基础，以城市安全监测和数字化研发为亮点，立志于成为业主满意、员工满意、伙伴依赖度高和行业认可度高的现代化、科技型、复合型专业技术机构。桥梁基础工程施工方法在桥梁工程中，通常采用的基础有扩大基础、桩基础、沉井基础等。基础的施工方法大致可分类如下。.扩大基础所谓扩大基础，是将墩(台)及上部结构传来的荷载通过其直接传递至较浅的支承地基的一种基础形式，一般采用明挖基坑的方法进行施工，故又称之为明挖扩大基础或浅基础。其主要特点是：(1)由于能在现场直观确认支承地基的情况下进行施工，因而施工质量可靠;(2)施工时的噪声、振动和对地下污染等建设公害较少；(3)与其他类型的基础相比，施工所需的操作空间较小；(4)在多数情况下，比其他类型的基础造价省、工期短；(5)易受冻胀和冲刷影响。扩大基础施工的顺序是开挖基坑，对基底进行处理(当地基的承载力不满足设计要求时，需对地基进行加固)，然后砌筑坊工或立模、绑扎钢筋、浇筑混凝±o其中，开挖基坑是施工中的一项主要工作，而在开挖过程中，必须解决挡土与止水排水的问题。当土质坚硬时，对基坑的坑壁可不进行支护，仅按一定坡度进行开挖。在采用土、石围堰或土质疏松的情况下，一般应对开挖后的基坑坑壁进行支护加固，以防止坑壁坍塌。支护的方法有挡板支护加固、混凝土及喷射混凝土加固等。扩大基础施工的难易程度与地下水处理的难易有关。当地下水位高于基础的设计底面高程时，施工时则须采取止水排水措施。如打钢板桩或考虑采用集水坑用水泵排水、深井排水及井点法等使地下水位降低至开挖面以下，以使开挖工作能在干燥的状态下进行。还可采用化学灌浆法及围幕法(冻结法、硅化法、水泥灌浆法和沥青灌浆法等)进行止水。但扩大基础的各种施工方法都有各自的制约条件，因此在选择时应特别注意。桩基础桩是深人土层的柱类构件，其作用是将作用于桩顶以上的荷载传递封王体节酌较深处，以承受较大的荷载。根据不同情况，桩可以有不同的分类法。现按成

桩方法对桩进行分类，并分别叙述其不同的施工方法和工艺。⑴沉入桩沉人桩是将预制桩用锤击打或振动法沉人地层至设计要求高程。预制桩包括木桩、混凝土桩和钢桩，一般有如下特点：①因在预制场内制造，故桩身质量易于控制，质量可靠；②沉人施工工序简单，工效高，能保证质量；③易于水上施工；④多数情况下施工噪声和振动的公害大、污染环境；⑤受运输、起吊设备能力等条件限制，其单节预制桩的长度不能过长；沉人长桩时要在现场接桩；桩的接头施工复杂、麻烦，且易出现构造上的弱点；接桩后如果不能保证全桩长的垂直度，则将降低桩的承载能力，甚至在沉人时造成断桩；⑥不易穿透较厚的坚硬地层，当坚硬地层下仍存在较弱层，设计要求桩必须穿过时，则需辅以其他施工措施，如射水或预钻孔等；⑦当沉人地基的桩超长时，需截除其超长部分，不经济。沉人桩施工方法主要有：锤击沉入桩、振动沉入桩、静力压桩法、辅助沉桩法、沉管灌注法以及锤底沉管法等。(2)灌注桩灌注桩是在现场采用钻孔机械(或人工)将地层钻挖成预定孔径和深度的孔后，将制作成一定形状的钢筋骨架放人孔内，然后在孔内灌人流动性的水下混凝土而形成桩基。水下混凝土多采用垂直导管法灌注。灌注桩的特点是：①与沉入桩的锤击法和振动法相比，施工噪声和振动要小得多；②能修建比预制桩的直径大、入土深度大、承载力大得多的桩；③与地基土质无关，在各种地基上均可使用；④在粉砂中施工时应特别注意孔壁坍塌形成的流砂，以及孔底沉淀等的处理，施工质量的好坏，对桩的承载力影响很大；⑤因混凝土是在泥水中灌注的，因此混凝土质量较难控制。灌注桩因成孔的机械不同，通常采用①旋转锥钻孔法；②潜水钻机成孔法;③冲击钻机成孔法；④正循环回转法；⑤反循环回转法；⑥冲抓钻机成孔法；⑦

人工挖孔法等。(3)大直径桩一般认为，直径2.5m以上的桩可称为大直径桩。目前最大桩径已达6m。近年来，大直径桩在桥梁基础中得到广泛应用，结构形式也越来越多样化，除实心桩外，还发展了空心桩；施工方法上不仅有钻孔灌注法，还有预制桩壳钻孔埋置法等。根据桩的受力特点，大直径桩多做成变截面的形式。大直径桩与普通桩在施工上的区别主要反映在钻机选型、钻孔泥浆及施工工艺等方面。沉井基础沉井基础是一种断面和刚度均比桩大得多的筒状结构，施工时在现场重复交替进行构筑和开挖井内土方，使之沉落到预定的地基上。在岸滩或浅水中建造沉井时，可采用“筑岛法"施工；在深水中建造时，则可采用浮式沉井，即先将沉井浮运至预定位置，再进行下沉施工。按材料、形状和用途不同，可将沉井分成很多类型，但各种沉井基础有如下的共同特点：⑴沉井基础的适宜下沉深度一般为10-40m;(2)与其他基础形式相比，沉井基础的抗水平作用能力及竖直支承力均较大:(3)由于刚度大，其变形较小，故沉井基础一般适用于对基础变位要求较高的拱桥、斜拉桥和吊桥等桥型。沉井基础施工的难点在于沉井的下沉，主要是要求通过从井孔内除土，清除刃脚正面阻力及沉井内壁摩阻力后，依靠其自重下沉。沉井下沉的方法可分为排水开挖下沉和不排水开挖下沉，但其基本施工方法应为不排水开挖下沉。只有在稳定的土层中，而且渗水量不大时，才采用排水开挖法下沉。另外还有压重、高压射水、炮震(必要时)，降低井内水位减小浮力以增加沉井的有效自重，采用泥浆润滑套或空气幕等一些沉井下沉的辅助施工方法。管柱基础管柱基础因其施工的方法和工艺相对来说较复杂，所需的机械设备也较多，一般的桥梁极少采用这种形式的基础，仅当桥址处的水文地质条件十分复杂，应用通常的基础施工方法不能奏效时，方采用这种基础形式。因此，对于大型的深水或海中基础，特别是深水岩面不平、流速大的地方采用管柱基础是比较适宜的。管柱基础的施工一般包括管柱预制、围笼拼装、浮运和下沉定位、下沉管柱,在管柱底基岩上钻孔，在管柱内安放钢筋笼并灌注水下混凝土等内容