混凝土梁式桥构造与设计要点

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第三章板桥构造与设计要点板桥的优点：建筑高度小；外形简单，制作方便；装配式板重量不大，架设方便。缺点：跨径小第一节简支板桥的构造 整体式简支板桥截面形式——实心板、矮肋板、异形板简支板桥的构造特点 施工方法——整体现浇适用跨径——8m以下尺寸拟定——板厚一般为（1/12～1/16）l受力状态——跨径与板宽接近，双向受力钢筋构造——主筋直径不小于10mm，间距不大于20cm；分布钢筋直径不小于8mm，间距不大于20cm等 装配式简支板桥截面形式——实心板、空心板1）装配式实心矩形板桥形状简单，施工方便，建筑高度小。适用跨径1.5～8m，板高0.16～0.36m。 2）装配式空心板桥将截面中部部分挖空形成的截面，减小自重，充分利用材料。开孔型式：单孔：挖空率大，质量小，需横向受力钢筋；多孔：挖空率小，质量大。 适用范围及截面尺寸顶、底板厚不小于80mm。 横向连接企口混凝土铰连接、钢板连接1）企口混凝土铰接铰的形式：圆形、菱形、漏斗形铰缝填料：C25～C40细骨料混凝土若要桥面铺装参予受力，需将预制板中钢筋伸出与相邻板中同样钢筋帮扎，浇筑在铺装层内。 为保证桥梁的整体刚度，现浇混凝土铺装厚度不宜小于8cm。铰的上宽度需满足施工要求。铰槽深度宜为预制板高的2/3。 2）钢板连接企口混凝土铰接需待混凝土达设计强度后才能通车，为加快工程进度可采用钢板连接。用一块钢板焊在相邻两构件的预埋钢板上。连接构造的纵向中距通常为80～150cm，中间较密，两端渐疏。 第二节斜板桥的受力特点和构造斜交角两种表示方法当斜角小于15度时取斜长按正桥计算 受力特点1.荷载有向支承边的最短距离传递分配的趋势 2.斜板各角点的受力行为可以用Z字形连续梁来比拟 除了斜跨径方向的主弯矩外，在钝角部位的角平分线垂直方向上，将产生接近于跨中弯矩值的相当大的负弯矩支承边上的反力很不均匀，钝角角隅处的反力可能比正板大数倍，而锐角处的反力却有所减小，甚至出现负反力 3.纵向主弯矩比跨径为斜跨长l、宽度为b的矩形板小，并随斜交角的增大而减小 纵向最大弯矩的位置，随斜角的增大从跨中向钝角部位移动 5.斜板的扭矩分布很复杂，板边存在较大的扭矩4.横向弯矩比正板大得多 钢筋构造1.桥梁宽度较大时，纵向钢筋，板中央垂直于支承边布置，边缘平行于自由边布置；横向钢筋平行于支承边布置。 窄斜板桥。纵向钢筋平行于自由边布置；横向钢筋，跨中垂直于自由边布置，两端平行于支承边布置 3.局部加强钢筋在距自由边一倍板厚的范围内设置加强箍筋，抵抗板边扭矩为承担很大的支反力，应在钝角底面平行于角平分线方向上设置附加钢筋；为承担钝角负弯矩，应在钝角上层布置与角分线垂直的钢筋为承担钝角区段内的横向负弯矩，在支座附近的顶层设置平行于支座轴线的分布钢筋为承担扭矩，在顶层两侧约1/5宽度范围内布置平行于自由边的纵向钢筋 斜板桥在运营过程中，在平面内有向锐角方向转动的趋势，如果板的支座没有充分锚固住，应加强锐角处桥台顶部的耳墙，使它免遭挤裂。 第二节简支梁桥的构造混凝土肋梁桥的优点：受力明确、构造简单、施工方便。肋梁桥上部构造组成：主梁：主要承重结构；横隔梁：保证主梁横向联系，提高桥梁整体刚度；桥面板：承受车轮荷载；桥面构造：桥面板以上部分。 优点：建桥速度快、工期短、模板支架少。截面形式：Ⅱ形、T形、箱形装配式简支梁桥 Ⅱ形：截面形状稳定，横向抗弯刚度大，块件堆放、装卸和安装方便。但构件制造复杂，梁肋薄，混凝土、钢筋用量较大，构件较重，现已很少采用。T形：制造简单，肋内可做成钢筋骨架，整体性好，接头方便。但截面形状不稳定，运输安装复杂，构件在桥面板跨中接头，对板受力不利。箱形：抗扭刚度大，偏心荷载下受力均匀；抗弯刚度大，运输安装阶段单梁稳定性比T梁好。但箱梁施工复杂，单梁重量比T梁大。 块件划分关系到结构受力及构件预制、运输、安装以及拼装接头的施工等许多因素的问题。划分原则：预制、运输、起吊能力，确定最大尺寸接缝在应力最小处接头少、施工方便便于预制、运输、安装标准化 划分方式：纵向竖缝纵向水平缝纵、横向竖缝 纵向竖缝：简支梁中，各主梁整体预制。优点：受力好，施工方便缺点：重量大 纵向水平缝：将梁肋和板分割开优点：吊装重量小缺点：耗费材料、施工复杂，跨径小，梁肋顶压应力大。 纵、横向竖缝：优点：块件尺寸小缺点：块件预制精度要求高 1、构造布置适用跨径——8.020m主梁布置主梁间距通常在1.5~2.2米之间横梁布置横隔梁起着保证各根主梁相互连接成整体的作用。第一节装配式钢筋混凝土简支梁桥 它的刚度越大，桥梁的整体性越好，荷载作用下各主梁越能更好的共同工作。但横隔梁的设置使主梁模板工作复杂，施工较麻烦。钢筋混凝土T形梁必须设置端横隔梁，跨内横隔板随跨径的大小宜每隔5.0～10.0m设置一道。2.截面尺寸主梁梁肋尺寸主梁高跨比经济范围约为（1/11～1/16）跨径大的取用偏小的比值。 主梁梁肋宽度在满足抗剪强度需要的前提下，尽量薄些，但考虑梁肋稳定和施工也不能太薄，一般取15～18cm。横隔梁尺寸中横隔梁高取主梁高的3/4；有马蹄时，横隔梁要延伸至马蹄加宽处。端横隔梁高，可取与中横隔梁同高；也可取与主梁同高。横隔梁厚度一般为12～16cm，中部可挖空。 主梁翼板尺寸翼板采用变厚形式，翼缘根部厚度不小于梁高的1/10，边缘厚度不小于10cm；板间横向整体现浇时，悬臂端厚不应小于14cm。主梁间距小于2.0m的铰接梁桥，板边厚可取12cm或10cm；主梁间距大于2.0m的刚接梁桥，桥面板跨中厚度不小于15cm，边缘板边厚不小于14cm。钢筋布置需满足规范要求。3.主梁钢筋构造主梁钢筋分为：纵向主筋、架立钢筋、斜筋及弯起钢筋、箍筋、分布钢筋。 4、横向连接桥面板横向连接构造、横隔梁横向连接构造。横向连接构造应有足够的强度保证结构的整体性，并使在营运过程中安全承受荷载的反复作用和冲击作用而不发生松动。桥面板横向连接构造焊接接头——用钢板连接湿接接头——将翼缘伸出钢筋连成整体 焊接接头湿接接头 横隔梁横向连接构造钢板焊接连接——施工后可立即承受荷载，施工困难扣环连接——现浇混凝土较多，施工后不能立即承受荷载 1、构造布置适用跨径——2050m主梁布置主梁间距通常在1.8~2.3米之间横梁布置横隔梁布置基本与钢筋混凝土简支梁桥相同。（二）装配式预应力混凝土简支梁桥 2.截面尺寸主梁尺寸主梁高跨比经济范围约为（1/15～1/25）跨径大的取用偏小的比值。主梁梁肋宽度一般取18～20cm。主梁翼板尺寸与钢筋混凝土梁桥相同。横隔梁尺寸横隔梁尺寸与钢筋混凝土梁桥相同。 下马蹄尺寸——占截面总面积的1020%（1）马蹄总宽度约为肋宽的24倍，并注意马蹄部分（特别是斜坡区），管道保护层不宜小于60mm。（2）下翼缘高度加1/2斜坡区高度约为梁高的（0.150.20）倍，斜坡宜陡于45。梁端，梁宽与下马蹄同宽 3.主梁钢筋构造预应力钢筋、普通钢筋。预应力钢筋布置布置形式与桥梁结构体系、受力情况、构造形式、施工方法等有密切关系。 普通钢筋构造普通钢筋的布置和构造要求与钢筋混凝土简支梁桥相同。 定义：也是一种装配式桥跨结构。用纵向水平缝将桥梁的梁肋部分与桥面板分隔开来，使单梁的整体截面变成板和肋的组合截面。施工方法：先架设梁肋，再安装预制板，最后在接缝内或连同板上现浇混凝土使结构连成整体。三、组合梁桥 截面类型I形组合梁桥——钢筋混凝土简支梁桥箱形组合梁桥——预应力混凝土简支梁桥 组合梁桥的优点可以显著减小预制构件的质量，便于集中制造和运输吊装。组合梁桥的受力特点分阶段受力：梁肋架设后：所有事后安装的预制板、现浇混凝土桥面板、梁肋本身重量均由尺寸较小的预制梁肋承受。活载：全截面承受。 第三节悬臂体系和连续体系梁桥的构造一、悬臂体系梁桥简介1.悬臂梁桥结构类型不带挂梁的单孔双悬臂梁桥带挂梁的多孔悬臂梁桥 带挂梁的多孔悬臂梁桥 力学特点静定体系，内力不受基础沉降影响；跨中恒载弯矩、活载弯矩均比简支梁小；主梁高度比简支梁小。 构造特点截面形式悬臂体系跨中承受正弯矩，支点承受负弯矩，支点截面底部受压区需要加强，常用截面有：1）带马蹄的T形截面，适用于跨径小于等于30m的钢筋混凝土桥梁；2）底部加宽的T形截面，适用于30m～50m的预应力混凝土桥梁；3）箱形截面，适用于50m以上桥梁。 跨径布置与梁高尺寸1）单孔双悬臂梁桥 2）多孔悬臂梁桥 适用情况适用于悬臂施工法；悬臂端与挂梁衔接处会产生不利于行车的折点，伸缩装置易坏，此桥型已较少采用。 2.T形刚构桥悬臂梁桥的墩柱与梁体固结形成的带挂梁或带铰的结构。分类及力学特点带挂梁的T形刚构属于静定体系，不受基础沉降等影响；施工阶段与运营阶段受力状态一致，无体系转换问题；受力明确；施工中标高要求较低。 带铰的T形刚构超静定体系；跨中用“剪力铰”相连，剪力铰只传递竖向剪力而不传递水平力和弯矩。 构造特点钢筋混凝土T构挂梁长取（0.5～0.7）l，且不超过（35～40m）预应力混凝土T构 适用情况结合了刚架桥、悬臂梁桥的特点，适宜于悬臂施工法。钢筋混凝土T构常用跨径40～50m，预应力T构为60～120m。带挂梁T构，挂梁与梁端连接处受力不利，易坏，T构之间不能共同工作。带铰T构，铰左右两侧主梁变形不一致，行车不平顺；施工中需强迫合龙；T构两侧温度力不同；铰的受力计算复杂。 3.预应力筋的布置1）应选择适当的预应力筋形式和锚具形式；2）应考虑施工的方便，尽可能少的切断预应力钢筋；3）符合结构受力的特点，满足各不同阶段受力的要求；4）避免使用多次反向曲率的连续束筋，降低摩阻损失。 单悬臂梁布束方式双悬臂梁布束方式 4.牛腿的构造悬臂梁桥悬臂端和挂梁端结合部的局部构造称为牛腿。牛腿高度大大削弱，且要传递较大竖向力，是结构中的薄弱部位。设计时将此处梁肋加宽并设置端横梁；适当改变牛腿形状，避免尖锐的凹角；配置密集的钢筋网或预应力筋；尽量减小支座高度，如采用橡胶支座。 二、连续体系梁桥简介1.预应力混凝土连续梁桥1）等截面连续梁桥力学特点预应力混凝土连续梁桥跨径不大时，支点负弯矩和跨中正弯矩相差不大，为简化主梁构造，可采取一定的构造措施，使主梁采用等截面形式。 构造特点等跨布置跨径取决于经济分孔和施工设备条件。高跨比一般取1/15～1/25。不等跨布置边、中跨比一般为0.6～0.8左右。中跨主梁增加钢筋用量。 等跨、不等跨等截面连续梁 适用范围常用跨径为40～60m；立面布置以等跨径为宜；适用于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工。 2）变截面连续梁桥力学特点预应力混凝土连续梁桥跨径接近或大于70m时，支点负弯矩比跨中正弯矩大得多，主梁可采用变截面形式，截面高度变化基本与内力变化相适应。连续梁桥采用变截面结构，使主梁受力更合理，且桥梁外形美观，节省材料，增大桥下净空高度，并适合悬臂法施工。 截面变化对主梁内力的影响 构造特点孔数确定——通常取3～7孔一联。跨径布置边、中跨比一般为0.6～0.8左右；箱形截面三跨连续梁可取0.5～0.7；有特殊要求时可取0.5以下。中跨取等跨布置。 梁底曲线可采用二次抛物线、折线和1.5～1.8次抛物线等变化形式，变化规律与弯矩变化规律基本接近，折线变化使桥梁构造简单、施工方便。主梁尺寸支点截面梁高约为（1/16～1/18）中跨跨径，一般不小于1/20中跨跨径；跨中梁高约为支点梁高的（1/1.5～1/2.5）。 适用范围连续梁桥的主跨跨径达70m及以上时；适合悬臂浇筑和悬臂拼装两种施工方法。 2.连续刚构桥连续梁桥和T形刚构桥的组合体系，也称墩梁固结的连续梁桥。 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。恒载作用下与连续梁受力基本一致；活载作用下，由于墩梁固结，跨中弯矩比连续梁小，可以减小跨中梁高，增加跨径。构造特点主梁主梁采用不等跨变截面布置，梁底线形与变截面连续梁类似。 国内外已建连续刚构桥，边主跨跨径比在0.5～0.695之间，大部分在0.55～0.58之间。主梁截面高度多采用箱形截面，支点截面高跨比一般为1/16～1/20，大部分为1/18左右；跨中截面梁高通常为支点截面梁高的1/2.5～1/3.5。桥墩预应力混凝土连续刚构桥多用于高桥墩的情况，所以桥墩的水平刚度宜在满足施工、运行稳定要求的前提下尽量的小，而横向刚度应大些。 连续刚构桥柔性墩柱的形式主要有：竖直双肢薄壁墩：两个相互平行的薄壁与主梁固结。适用于桥墩不高的情形，应用较多。缺点是：需保护的范围大，费用高，一肢破坏另一肢很容易破坏。分为空心和实心两种。竖直单薄壁墩：用于深水和深谷的高桥墩上，常用箱形截面。优点：抗扭性好、稳定性强，能增大通航孔的有效跨径。缺点：柔性差。 V形墩：为减小内支点处的负弯矩峰值，将桥墩做成V形墩，可使负弯矩峰值降低一倍以上。 适用范围常用于大跨、高墩结构中；主梁连续，行车平顺，不须设大吨位支座，施工稳定性好；对地基承载力的要求高。 3.截面形式和尺寸主要截面形式有：板式、肋梁式、箱形。板式、肋梁式构造简单、施工方便；箱形抗弯抗扭性好，是预应力混凝土连续体系梁桥的主要截面形式。板式和T形截面曲线形整体截面多用于中小跨径，支架现浇施工，支点板厚（1/16～1/20）l，跨中板厚为支点的1/1.2～1/1.5。 空心截面常用于跨径15～30cm的连续梁桥，板厚一般为0.8～1.5m，支架现浇为主。肋式截面预制架设施工，梁段安装后经体系转换为连续梁桥，常用跨径25～50m，梁高1.3～2.6m。 箱形截面连续体系梁桥跨径超过40～60m时采用。适用于支架现浇、逐孔施工、悬臂施工等。截面有单箱单室、单箱双室、分离式双箱单室等。 顶板单箱单室顶板宽一般小于20m；单箱双室一般25m左右；双箱单室可达40m左右。悬臂长度一般不大于5m，超过3m需设横向预应力束。单箱单室b:a为1:（2.5～3.0）时横向受力状态较好。悬臂厚不小于10cm，设防撞墙或需锚固横向预应力筋不小于20cm。顶板厚需满足桥面板横向弯矩的要求；满足布置纵横向预应力筋的要求。P85表2-2-5。 底板底板厚与主跨比宜为1/140～1/170，跨中区域底板厚一般为0.22～0.28m。腹板承受结构弯曲剪应力和扭转剪应力引起的主拉应力。腹板厚度需考虑钢束管道布置、钢筋布置和混凝土浇筑的要求。等高梁可采用斜腹板和直腹板，变高梁一般采用直腹板。腹板最小厚度：a）无预应力束管道：20cm；b）有预应力束管道：25～30cm；c）有预应力束锚固头：35cm 梗腋腹板与顶板、底板连接处设置。可提高截面抗扭刚度、抗弯刚度，减小扭转剪应力和畸变应力。有竖加腋和水平加腋两种。 4.预应力筋布置纵向预应力——抵抗纵向受弯和部分受剪；竖向预应力——抵抗受剪；横向预应力——抵抗横向受弯。预应力数量和布筋位置需根据使用阶段的受力状态确定，并满足施工阶段受力需要。 纵向预应力筋沿桥跨方向的纵向力筋，又称主筋。可布置在顶、底板或腹板中。布置方式多种多样，与施工方法和预应力筋的种类有关。顶推施工法简支转连续 悬臂施工法搭架现浇施工法 横向预应力筋保证桥梁的横向整体性、桥面板及横隔板横向抗弯能力的主要受力钢筋，布置在横隔板和顶板中。 竖向预应力筋提高截面抗剪能力，布置在腹板中。