西南交大桥梁工程概论第八章其他桥型斜拉桥

1第八章

其它桥型本章主要内容2007年6月18日第一节预应力混凝土连续梁及连续刚构桥第二节拱桥第三节斜拉桥第四节悬索桥本节主要内容2007年6月18日2一、总体布置、构造特点和设计概要二、施工概要三、设计计算概要第一节

预应力混凝土连续梁桥及连续刚构桥预应力混凝土连续梁桥引言2007年6月18日3连续梁桥与简支梁桥连续梁桥均布荷载q均布荷载q三跨连续梁桥三孔简支梁桥VS由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩大大减小，恒载、活载均有卸载作用。由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大。超静定结构，对基础变形及温差荷载较敏感。行车条件好。连续梁桥的体系特点预应力混凝土连续梁桥引言2007年6月18日4连续梁与连续刚构均布荷载q连续梁桥均布荷载q均布荷载q三跨连续梁桥

三跨连续刚构桥VS恒载、活载负弯矩卸载作用基本与连续梁接近；桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小；弯矩图面积的小，跨越能力大，在小跨径时梁高较低；超静定次数高，对常年温差、基础变形、日照温均较敏感；连续刚构桥的体系特点预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日51、平面布置平面布置方式：正交斜交单向曲线反向曲线联－连续梁由若干梁跨（通常为3∼8跨）组成一联，每联两端设置伸缩缝，整个桥梁可由一联或多联组成。连续梁桥平面布置示例6预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2、立面布置（1）分跨的选择布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求。适用于中小跨度连续梁。2007年6月18日等跨布置

不等跨布置边跨与中跨之比L1/L一般为0.5～0.8（过大，过小的不利情况)VS预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造（2）梁高的选择等高度连续梁2、立面布置变高度连续梁VS变截面连续梁更能适应结构的内力分布规律。受力状态与其施工时的内力状态基本吻合。梁高变化规律可以是斜（直）线、圆弧线或二次抛物线。箱型截面的底板、腹板和顶板可作成变厚度，以适应梁内各截面的不同受力要求。高跨比h/L(公路：跨中1/30～1/50；中支点1/16～1/25)。7等截面连续梁梁高不变。具有构造、制造和施工简便的特点。适用于中等跨度（40∼60m左右）的、较长的桥梁。可按等跨或不等跨布置。长桥多采用等跨布置，以简化构造，统一模式，便于施工。高跨比h/L(公路：1/15～1/30）2007年6月18日2007年6月18日82、立面布置预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造（3）体系的选择VS连续刚构桥主要特点：墩梁固结，固结部分通常在需要布置大跨、高墩处采用。墩梁固结有利于悬臂施工，且可以减少大型支座及其养护维修和更换；在受力方面，上部结构仍表现出连续梁特点；在构造方面，主梁常采用变截面箱型梁，桥墩多采用矩形和箱形截面的柱连续梁桥连续－刚构体系桥对长大桥梁，连续−刚构体系往往是刚构主体与连续梁的组合。9预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日2、立面布置斜腿刚构10预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造桂林雉山桥，V形墩加挂孔的预应力混凝土刚构桥，主跨95m，1988年完成2007年6月18日Main

River

Bridge

V-shaped，130m，19842、立面布置（4）带V形墩或V形支撑的连续刚构体系其力学作用在于削减墩顶的负弯矩，在外观上也显得轻巧别致。11预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日2、立面布置V形墩的连续梁桥V形墩的连续刚构桥板其2号桥南盘江桥12预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造喜旧溪桥青水河桥2007年6月18日2、立面布置立面布置示例2007年6月18日13预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2、立面布置立面布置示例厦门高集海峡大桥，1991德国Kochertal桥，主跨为81＋7×138＋81m，莱特设计，1980年建成14预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造荷兰Brielse

Maas桥2007年6月18日2、立面布置•2007年6月18日15芬兰Myllysilta刚架桥（1985），跨度71.20m，跨中梁高仅0.86m，斜腿处梁高2.70m，高跨比达到1/83-1/25，主梁纤薄，线条流畅预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2、立面布置预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日163、横截面布置－－板、肋式截面依据桥梁的结构体系、跨度、宽度、梁高、施工方法等确定。板式或肋式断面实体截面：用于小跨度的桥梁（现浇）空心板截面：常用于15∼30m的连 续梁桥（现浇）肋式截面：常用跨度在15∼30m范 围内，常采用预制架设施工，并 在梁段安装完成之后，经体系转 换形成连续梁。鱼腹式特点：构造简单，施工方便，适 用于中、小跨度的连续梁桥。预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日173、横截面布置－－箱形截面（2）箱形断面具有良好的抗弯和抗扭性能，是预应力混凝土连续梁桥的主要截面型式单箱，单室，单箱双室截面，双箱单室、双箱双室、多箱单室等顶板和底板－结构承受正负弯矩的主要部位腹板－主要承受结构的弯矩剪应力以及扭转剪应力引起的主拉应力梗腋（或称承托）－设置在腹板与顶、底板接头处锯齿块－方便预应力张拉锚固2007年6月18日18实桥箱梁截面预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造茅岭江铁路桥广东洛溪大桥3、横截面布置－－箱形截面日本锦町铁路桥19预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造丹麦瓦埃勒湾桥美国松谷河桥2007年6月18日3、横截面布置－－箱形截面德国Kochertal桥奥地利新帝国公铁两用桥2007年6月18日20•••为增加桥梁的整体工作性能，一般需沿梁长设置一定数量的横隔板（或称横隔梁，diaphragm）。横隔板的数目和位置依主梁的构造和跨度大小确定，通常设置在支点处、跨中和1/4跨径处。对于多箱截面，为加强桥面板与各箱间的联系，常在箱间设置横隔板。对采用双薄壁式桥墩的连续−刚构，其横隔板布置应与双薄壁式桥墩一一对应横向框架－为便于箱内施工和检查工作，需要在横隔板上开孔预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造3、横截面布置－－横隔板的设置（3）断面内的横隔板3、横截面布置－－示例2007年6月18日21预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造（4）示例预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日223、横截面布置－－示例预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日233、横截面布置－－示例4、预应力钢筋的布置2007年6月18日24预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造（1）预应力钢筋的分类按走向：纵向力筋（主筋）、横向力筋和竖向力筋－三向按位置：分为顶板筋、底板筋、腹板筋（竖筋）按形状：直筋、弯筋、平面筋、空间筋等按受力特性：分为正弯矩筋、负弯矩筋、抗剪筋等按使用时间长短：分为永久性筋和临时筋按布置在混凝土体内或体外：分为体内筋和体外筋按与混凝土是否有粘结：分为有粘结筋和无粘结筋4、预应力钢筋的布置2007年6月18日25预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造（2）纵向预应力钢筋的布置A.连续配束小跨度等截面连续梁桥（现浇）中采用；连续跨数不宜过多（一般小于4）。预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日26B.分段配束4、预应力钢筋的布置适用于大跨度变截面连续梁（刚构）桥特别是采用分段施工的情况悬臂灌注钢束布置示意预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造2007年6月18日274、预应力钢筋的布置分段配筋示例2007年6月18日28预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造4、预应力钢筋的布置C.预应力钢筋的逐段接长由于力筋供料长度、施工方法和结构受力等方面的原因，有时需要采用连接器把主筋对接或逐段加长。适用－对逐孔施工的连续梁桥，其纵向主筋往往采用逐段接长力筋。该方式也用于顶推法施工的连续梁桥，以及混凝土斜拉桥梁部中。１、波纹管２、螺旋筋３、锚垫板４、连接体８、六角螺母

９、约束圈

１０、钢绞线５、挤压头６、保护罩Ⅰ７、六角螺栓

１１、波纹管１２、保护罩Ⅱ１３、夹片多根钢绞线连接器结构示例体外布筋示例（瑞士Bois

de

Rosset引桥）294、预应力钢筋的布置预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造D.预应力钢筋的体外布置指把力筋布置在主梁截面以外的箱内外，配以横隔板、转向块等构造，对梁体施加预应力。特点－减小截面尺寸；提高混凝土浇筑质量；无须预留孔道，减少孔道压浆等工序；施工方便迅速，钢束便于更换；钢束线形容易调整，减小预应力损失；但其对力筋防护和结构构造等的要求较高，抗腐

蚀、耐疲劳性能有待提高。在桥梁工程中有所应用（新桥设计和既有桥梁2加007固年6）月18。日苏通大桥辅航道桥268m连续刚构体外索布置2007年6月18日30预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造4、预应力钢筋的布置竖向预应力2007年6月18日31预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造4、预应力钢筋的布置横向预应力（3）横向预应力钢筋和竖向预应力钢筋横向布筋－在箱梁结构中，若两腹板间距过大或悬臂板外挑过长，就需要对箱梁顶板施加横向预应力竖向布筋－当腹板混凝土、普通钢筋、纵向下弯力筋等不足以抵抗荷载剪力时，就需要在腹板内布置竖向力筋。竖向力筋一方面可以提高截面的抗剪能力，另一方面也可以与挂篮施工配合，作为后锚钢筋。材料－采用高强度钢筋（钢铰线和粗钢筋），在预留孔道内按后张法工艺施工。4、预应力钢筋的布置2007年6月18日32预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造（4）示例4、预应力钢筋的布置2007年6月18日33预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造4、预应力钢筋的布置2007年6月18日34预应力混凝土连续梁桥一、总体概要及构造对施工中存在体系转换的桥梁，设计与施工密不可分。体系转换，是指桥梁结构在最终形成之前，曾经历过以不同的结构体系（如简支、悬臂、连续等）承受当时作用在其上的恒载的各施工阶段。若施工中存在体系转换，则按最终体系计算得到的结构恒载内力和变形，就不同于按各阶段的体系计算得到的恒载内力和变形的叠加值。（举例：恒载作用下的简支－连续体系）预应力混凝土连续梁桥在施工中常常出现体系转换，因此各施工阶段的内力和变形必须在结构设计时就预先予以考虑不同的施工方法，各施工阶段的内力和变形也不同有支架施工和悬臂施工2007年6月18日35预应力混凝土连续梁桥二、施工概要0、引言v•2007年6月18日36•••••传统的施工方法－指在支架上架立模板、绑扎钢筋、灌注混凝土的施工方法适用－中、小跨度的的连续梁桥特点－简便可靠，对机具和起重能力要求不高；施工中不出现体系转换，需要较多的支架，工期较长支架分类－立柱式、梁式和梁柱式主要工序－下部结构施工，安装支架，架立模板，绑扎钢筋和布置预应力管道，灌注混凝土，张拉预应力，落架和移架，桥面工程等施工需在一联长度内搭设支架，否则存在体系转换和预应力筋接长预应力混凝土连续梁桥二、施工概要1、有支架就地灌注施工悬臂施工法－指梁部施工从桥中间墩处开始、按对称 方式逐步接长并悬出梁段至合龙的施工方法悬臂灌注法和悬臂拼装法悬臂灌注法－接长方式是采用挂篮等设备，在桥位处 就地灌注混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉力 筋，前移挂篮，继续下一梁段的施工，直至合龙悬臂拼装法－接长方式是采用吊机等设备，吊装预先 制成的梁段块件，张拉力筋，前移吊机，继续下一梁 段的施工优点－施工支架和临时设备少，施工时不影响桥下通 航、通车，也不受季节、河道水位的影响，并能在大 跨度桥上采用2007年6月18日37预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2、悬臂施工法预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日382、悬臂施工法－－施工顺序悬臂施工的程序基本程序形成T构各T构及边跨端部梁段 之间的合龙三跨连续梁例支架浇注边梁直线段形成T构（墩梁固结），设备（挂篮或吊机）边跨合龙，释放临时固 结中跨合龙悬臂施工的程序示意392、悬臂施工法－－施工顺序预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日2007年6月18日40（2）采用挂篮的悬臂浇筑法挂篮－一个可移动的（钢）结构，它为悬臂灌注提供了架设模板、布置钢筋、灌注混凝土、张拉预应力等的一个工作平台组成－由承重梁、悬吊模板、锚固装置、行走系统、张拉平台等几部分组成预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2、悬臂施工法－－悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日412、悬臂施工法－－悬臂浇筑平弦桁架式挂篮预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日422、悬臂施工法－－悬臂浇筑平弦无平衡重式挂篮预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日432、悬臂施工法－－悬臂浇筑三角形组合梁式挂篮预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日442、悬臂施工法－－悬臂浇筑弓弦式挂篮预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日452、悬臂施工法－－悬臂浇筑滑动斜拉式挂篮预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日462、悬臂施工法－－悬臂浇筑菱形桁架式挂篮预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日472、悬臂施工法－－悬臂浇筑挂篮实例图片2007年6月18日48（3）采用桥面吊机的悬臂拼装法•••••悬臂拼装法－包含梁的节段预制和悬臂拼装施工两方面的内容节段预制－在工厂或桥位附近进行预制，长线法和短线法企口缝－控制节段的高程和水平位置，提高结构的抗剪能力拼装设备－移动式吊机（类似于挂篮）、架桥机等节段接缝－可采用湿接缝、胶接缝和干接缝预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2、悬臂施工法－－悬臂拼装49预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日2、悬臂施工法－－悬臂拼装桥例：佛开高速公路九江大桥2007年6月18日50预应力混凝土连续梁，分跨50＋100＋2×160＋100＋ 50m，国内排名第二，1996年建成，悬臂拼装施工，右图 为节段预制现场悬拼特点：进度快；制梁质量好；混凝土收缩徐变小；线 形容易控制；适合于多跨施工预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2、悬臂施工法－－悬臂拼装预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日513、架桥机架梁的施工方法（1）使用架桥机的悬臂拼装方法1996年7月，石长线湘江铁路桥62+7×96+62米步骤：1、对称悬臂拼装至两T构现浇合龙段；2、架桥机前移；3、就位使用架桥机的悬臂拼装方法52预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日3、架桥机架梁的施工方法2007年6月18日53使用架桥机的逐跨架设方法预应力混凝土连续梁桥二、施工概要（2）使用架桥机的逐跨架设方法3、架桥机架梁的施工方法54预应力混凝土连续梁桥二、施工概要2007年6月18日4、造桥机架梁的施工方法逐跨制梁造桥机（movable

scaffolding

system）2007年6月18日55箱梁截面的变形和应力特征结构所受到的外力可综合表示为一偏心作用的荷载偏心作用荷载的等效分解：对称和反对称反对称荷载的进一步等效分解：扭转和畸变荷载扭转：自由和约束横截面纵向正应力：σZ

=

σM+σW+σdW横截面剪应力：τ

=

τM+

τK

+τW+τdW纵截面横向弯曲应力：σS

=

σdt

+

σC简化方法预应力混凝土连续梁桥三、设计计算概要1、箱梁截面的变形和应力特征56预应力混凝土连续梁桥三、设计计算概要连续梁恒载、活载内力计算恒载内力－对存在体系转换的桥梁，其最终恒载内力是各个施工阶段的恒载内力之和三跨连续梁例计算说明恒载不重复计算计算步骤可按力学等效原则进行合并简化剪力计算同时进行连续−刚构