混凝土懸臂與連續(xù)體系梁橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì)

1、橋梁工程(Bridge Engineering),授課人：王智超土木工程與力學(xué)學(xué)院,第二篇 混凝土梁橋和剛架橋,第三章 混凝土懸臂與連續(xù)體系梁橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì),3-1 懸臂梁橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì)3-2 連續(xù)梁橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì)3-3 剛構(gòu)式橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì),前 言,對(duì)懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的構(gòu)造、參數(shù)取值、力學(xué)及特點(diǎn)作了簡(jiǎn)單的介紹；普通鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋的經(jīng)濟(jì)跨徑分別為20m和40m左右；跨徑超出此范圍時(shí)，跨中恒

2、載彎矩和活載彎矩將會(huì)迅速增大，從而導(dǎo)致梁的截面尺寸和自重顯著地增加，不但材料耗用量大而不經(jīng)濟(jì)，并且也由于很大的安裝重量給裝配式施工造成很大的困難；為了降低材料用量指標(biāo)，對(duì)于較大跨徑的橋梁，宜采用能減小跨中彎矩值的其他體系橋梁，例如懸臂體系、連續(xù)體系的梁橋等。,第一節(jié) 懸臂梁橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì),一、結(jié)構(gòu)類型,懸臂梁橋,,,雙懸臂梁橋,單懸臂梁橋,二、體系特點(diǎn),彎矩圖面積（絕對(duì)值）小,缺點(diǎn)：懸臂端容易下?lián)?，行車舒適性較差。,1.截面形式,錨跨

3、跨中承受正彎矩、支點(diǎn)附近承受較大負(fù)彎矩，故支點(diǎn)截面底部受壓區(qū)需加強(qiáng)。,截面形式：T形截面、箱形截面,帶馬蹄形T形截面：適用30m以內(nèi)跨徑的鋼筋混凝土橋梁,底部加寬T形截面：適用30m～50m以內(nèi)跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁,T形截面,,,,三、構(gòu)造特點(diǎn),50m以上跨徑使用箱形截面。優(yōu)點(diǎn)：整體性強(qiáng)、抗扭剛度大、承受偏載和懸臂施工都有利，頂?shù)装迥芴峁┳銐虻氖軌好娣e，能滿足抵抗正、負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束布置。,單箱單室截面較窄橋墩滿足較寬橋面，減少

4、下部工程量，應(yīng)用最為廣泛。,分離式雙箱單室截面多在寬橋中采用,單箱多室截面多在寬橋中采用,,,,箱形截面,2.跨徑布置和梁高尺寸,①T形截面主梁懸臂一般為中跨的0.3～0.4倍；②箱形截面主梁懸臂可達(dá)中跨的0.4～0.6倍（跨中最大正彎矩和支點(diǎn)最大負(fù)彎矩絕對(duì)值大致相等）。③注意：懸臂長(zhǎng)、活載撓度大、時(shí)跳車動(dòng)厲害、橋與路的連接構(gòu)造易損壞。,單孔雙懸臂梁橋,單孔雙懸臂梁橋梁高擬定的常用尺寸,當(dāng)不受上述這些條件限制時(shí)，就可按照梁的彎矩

5、包絡(luò)圖面積為最小的原則來(lái)確定邊孔與中孔徑的劃分。,多跨懸臂梁橋跨徑布置： ①主孔跨徑由通航凈空確定，或與邊孔一起由河床地形和地質(zhì)等條件綜合考慮來(lái)選定。 ②按照彎矩包絡(luò)圖面積為最小原理來(lái)確定邊孔與中孔的跨徑劃分。,懸臂梁橋各種跨長(zhǎng)的比例關(guān)系,3 適用情況,國(guó)內(nèi)箱形薄壁鋼筋混凝土懸臂梁橋最大跨徑為55m，國(guó)外一般在70～80m以下；預(yù)應(yīng)鋼筋混凝土懸臂梁橋一般在100m以下，世界最大的跨徑為150m。,4 牛腿的

6、受力特點(diǎn)和構(gòu)造,牛腿受力情況復(fù)雜，各種驗(yàn)算有假設(shè)性，故斜筋和水平鋼筋應(yīng)富余些，還應(yīng)布置較密的箍筋和縱向水平鋼筋。,結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、伸縮縫少和行車平穩(wěn)舒適等優(yōu)點(diǎn)恒載、活載均有卸載彎矩但超靜定體系對(duì)地基要求高適合于中等以上跨徑橋梁,主要特點(diǎn)：,第二節(jié) 連續(xù)梁橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì),① 力學(xué)特點(diǎn),一、等截面連續(xù)梁橋,在跨徑不大時(shí)，連續(xù)梁橋在恒載與活載作用下支點(diǎn)截面負(fù)彎矩與跨中截面正彎矩差值不大，可以考慮等截面形式，以簡(jiǎn)化施工。,② 構(gòu)造特點(diǎn)

7、,不等跨布置：用于較大跨度連續(xù)梁，邊跨為0.6～0.8中跨等跨布置：用于中小跨度連續(xù)梁，跨徑取決于經(jīng)濟(jì)分孔和施工的設(shè)備條件。高跨比一般為l/15～1/25；在頂推施工的梁高H與頂推跨徑L0之比一般為1/12～1/17。腹板厚度：支點(diǎn)腹板總厚度∑δ與行車道板寬度B之比為1/16～1/21，支點(diǎn)腹板厚度δ與梁高H之比為1/12～1/16。,③ 適用范圍,中等跨徑：40~60m（國(guó)外有達(dá)80m的）；以等跨為宜，亦可用不等跨；適應(yīng)于預(yù)制

8、裝配（逐孔架設(shè)、頂推法施工）和就地澆注施工（有支架、移動(dòng)模架），不適宜于懸臂法施工。,連續(xù)梁橋的施工方法,連續(xù)梁橋的施工方法,二、變截面連續(xù)梁橋,① 力學(xué)特點(diǎn),主跨跨徑大于70m－支點(diǎn)設(shè)計(jì)負(fù)彎矩比跨中設(shè)計(jì)正彎矩大，變截面主梁符合受力要求，高度變化與內(nèi)力變化相適應(yīng)。,② 構(gòu)造特點(diǎn),分跨：,連續(xù)孔數(shù)一般不超過(guò)5跨；多于三跨的連續(xù)梁橋，除邊跨外，其中間各跨一般采用等跨布置，以方便懸臂施工；多于兩跨的連續(xù)梁橋，其邊跨一般為中跨的0.6～0.

9、8倍左右，當(dāng)采用箱形截面，邊孔跨徑其至可減少至中孔的0.5～0.7倍；有時(shí)為了滿足城市橋梁或跨線橋的交通要求而需增大中跨跨徑時(shí)，可將邊跨跨徑設(shè)計(jì)成僅為中跨的0.5倍以下，此時(shí)，端支點(diǎn)上將出現(xiàn)較大的負(fù)反力，故必需在該位置設(shè)置能抵抗拉力的支座或壓重以消除負(fù)反力。,梁高——與跨徑、施工方法有關(guān),h支/l=1/16~1/18，h中/ h支=1/1.5~1/2.5,梁底曲線：折線、圓弧線、拋物線和正弦曲線,③ 適用范圍,70～120m，大于12

10、0m跨徑，目前較少見；適宜于懸臂法施工。施工過(guò)程中墩梁臨時(shí)固結(jié)，待合攏后，拆除臨時(shí)固結(jié)措施，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。,變截面連續(xù)梁橋的施工方法,幾種常用掛藍(lán)示意,三、 橫截面形式和尺寸,橫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,實(shí)體板：用于中小跨徑連續(xù)梁橋，有支架現(xiàn)澆;空心板：用于15～30m連續(xù)梁橋有支架現(xiàn)澆，板厚可取0.8～1.5m;肋梁式：用于跨徑25～50m，梁高一般取1.3～2.6m，預(yù)制架設(shè)，并在梁段安裝后

11、經(jīng)體系轉(zhuǎn)換為連續(xù)梁橋。,1）橫截面形式,◆ 箱形截面,用于跨徑超過(guò)40～60m（等截面）或以上（變截面），有支架現(xiàn)澆、逐孔施工及懸臂施工等多種方法。,單箱多室：寬度可不受限制,單箱單室：頂板寬度小于20m；,單箱雙室：頂板寬度25m左右；,雙箱單室：頂板寬度可達(dá)40m左右；,圓空式單箱雙室：頂板寬度15 m左右；,斜腹板箱梁：施工稍困難，使用較少,2）細(xì)部尺寸,① 頂板和底板厚度,基本要求：滿足橋面板橫向受彎和布置箱梁縱、橫向預(yù)應(yīng)力筋的

12、要求。對(duì)于懸臂端部厚度≥10cm,若設(shè)置防撞墻或需錨固橫向預(yù)應(yīng)力筋，則≥20cm。,底板厚度δ2與跨徑l之比一般取1/140～1/170；跨中區(qū)域則可按構(gòu)造要求一般取22～28cm。,② 腹板厚度,主要取決于布置預(yù)應(yīng)力筋和澆注混凝土必要的間隙等構(gòu)造要求。,取值：,腹板內(nèi)無(wú)預(yù)應(yīng)力筋：最小取20cm；腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋：最小取25～30cm；腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋錨固頭：最小取35cm。墩上或靠近橋墩的箱梁根部腹板需加厚到30～60cm，特殊

13、情況可達(dá)100cm。,變化情況：,大跨度橋，采用變厚度形式，變厚段一般為一個(gè)節(jié)段長(zhǎng)。中、小跨徑，一般采用等厚度形式。,墩上腹板厚度參數(shù)：,跨中腹板厚度參數(shù)：,,,英國(guó)水泥和混凝土協(xié)會(huì)提出如下兩個(gè)關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁最佳腹板厚度參數(shù)的公式，其指標(biāo)可供參考：,③ 承托（梗腋）,為了減小局部應(yīng)力，在箱梁頂板與腹板、腹板與底板的交接處，一般需設(shè)置承托。,承托的坡度：,④ 橫隔梁（板）,布置：,T型截面：設(shè)置中橫隔板和端橫隔板；箱形截面：設(shè)端

14、橫隔板，直橋：一般少設(shè)或不設(shè)中間橫隔板。彎、斜梁，設(shè)置中橫隔板。為滿足施工、維修和通風(fēng)要求，橫隔板上一般設(shè)置過(guò)人洞。,厚度：,中橫隔板：15～20cm。端橫隔板：尺寸和配筋形式與箱梁的支承方式有關(guān)。當(dāng)支座直接位于主梁腹板之下，厚度為30～50cm，只需配置一定數(shù)量普通鋼筋。當(dāng)支座設(shè)置在橫隔板中部，宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土，厚度一般小于80cm，設(shè)置曲線形的預(yù)應(yīng)力筋。,四、預(yù)應(yīng)力筋布置,主梁內(nèi)力,② 豎向受剪,① 縱向受彎,③ 橫向受

15、彎,②豎向預(yù)應(yīng)力,①縱向預(yù)應(yīng)力,③橫向預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力數(shù)量、位置根據(jù)使用階段的受力狀態(tài)確定，滿足施工各階段的受力需要，施工方法決定施工階段受力，預(yù)應(yīng)力配筋必須結(jié)合施工方法。,混凝土箱梁三向預(yù)應(yīng)力筋布置,１）縱向預(yù)應(yīng)力筋,縱向預(yù)應(yīng)力筋又稱主筋，布置在頂、底板和腹板中；布置方式與采用的施工方法、預(yù)應(yīng)力筋種類等有關(guān)系布置方式分為：連續(xù)配筋、分段配筋、逐段加長(zhǎng)力筋、體外布筋、后連續(xù)力筋。,① 連續(xù)配筋的力筋布置,小跨度的等截面連續(xù)梁橋，采用就地

16、灌注施工的，其縱向力筋可按照結(jié)構(gòu)各部位的受力要求進(jìn)行連續(xù)配筋。二次拋物線。,② 分段配筋布置,大跨度、變截面、懸臂施工法。懸臂伸出施工時(shí)，對(duì)梁體施加負(fù)彎矩筋；在兩梁段合龍后（稱為體系轉(zhuǎn)換），再?gòu)埨龔澗亟詈推渌?。力筋的布置原則：力矩大、錨固方便、施工簡(jiǎn)單。,①正彎矩區(qū)底部、負(fù)彎矩區(qū)頂部布置預(yù)應(yīng)力筋；②正、負(fù)彎矩交替作用區(qū)段，頂、底板均需設(shè)預(yù)應(yīng)力筋。,①頂板力筋在腹板　內(nèi)下彎并錨固在腹板上，減小外荷載剪力；　②腹板具有足夠厚度

17、以承受集中的錨固力。,直線布束：錨固在梗肋處，①減少摩阻損失、穿束方便，改善腹板澆筑條件；②由彎曲應(yīng)力決定，抗剪強(qiáng)度由豎向預(yù)應(yīng)力筋提供。,,,③ 逐段加長(zhǎng)力筋布置,用連接器把主筋對(duì)接或逐段加長(zhǎng)。逐孔施工、頂推法施工的連續(xù)梁常用。接頭的位置通常設(shè)置在離支點(diǎn)約1/5跨度附近彎矩較小的部位。,④ 體外布筋布置,力筋布置在主梁截面以外的箱內(nèi)，配以橫隔板、轉(zhuǎn)向塊等構(gòu)造，對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力。 無(wú)預(yù)留孔道，孔道壓漿等工序，施工方便迅速，且

18、便于更換；對(duì)力筋防護(hù)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造等的要求較高。,⑤ 后連續(xù)筋布置,先簡(jiǎn)支后連續(xù)方法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，后連續(xù)采用預(yù)應(yīng)力筋布置，必須先預(yù)留張拉槽孔和預(yù)埋管道，待連續(xù)部分的混凝土澆筑完畢后，穿束張拉后連續(xù)的力筋，實(shí)現(xiàn)整體梁的連續(xù)。,２）橫向和豎向布筋,橫向預(yù)應(yīng)力筋布置在橫隔板或頂板中，保證橫向整體性、橋面板及橫隔板橫向抗彎能力；箱梁頂板厚度在25cm～35cm間，橫向力筋采用扁錨體系。豎向預(yù)應(yīng)力筋布置在腹板中，提高截面的抗剪能力，按

19、后張法工藝施工，一般需進(jìn)行二次張拉，以確保足夠的有效預(yù)應(yīng)力；豎向力筋較短，采用高強(qiáng)粗鋼筋以減少回縮損失。,箱梁橫向及豎向配筋方式,橫向預(yù)應(yīng)力筋,,預(yù)應(yīng)力張拉后應(yīng)及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行壓漿并封錨，壓漿應(yīng)密實(shí)飽滿，否則有可能帶來(lái)嚴(yán)重后果；預(yù)應(yīng)力箱梁大多采用C50及以上的高標(biāo)號(hào)混凝土。,目前將一種拉索式錨具用于豎向鋼絞線的張拉，進(jìn)行二次張拉：,①第一次張拉使錨杯內(nèi)夾片夾緊預(yù)應(yīng)力筋； ②第二次張拉錨杯，達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力，擰緊錨杯外螺母固定。

20、③二次張拉技術(shù)使預(yù)應(yīng)力筋的回縮損失小。預(yù)應(yīng)力管道壓漿如不密實(shí)飽滿，則預(yù)應(yīng)力筋得銹蝕斷裂可能造成災(zāi)難性后果。,第三節(jié) 剛構(gòu)式橋的構(gòu)造及設(shè)計(jì),一、剛構(gòu)橋,剛構(gòu)是一種墩與梁固結(jié)、具有懸臂受力特點(diǎn)的梁式橋。由于懸臂梁承受負(fù)彎矩，T形剛構(gòu)橋幾乎都是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。分為跨中帶剪力鉸、跨中設(shè)掛梁和連續(xù)三種基本類型。,卸載彎矩類似于懸臂梁適合于懸臂施工、節(jié)省支座跨中的牛腿、伸縮縫，易損壞適合于中等以上跨徑橋梁,1) 剛構(gòu)橋分類,① 帶掛梁的T構(gòu)

21、橋型,② 帶鉸的T構(gòu)橋型,鋼筋混凝土:lg=(0.5～0.7)l預(yù)應(yīng)力混凝土: lg=(0.22～0.50)l掛梁跨徑不超過(guò)35～40m，以利安裝,③ 連續(xù)剛構(gòu)橋,2) 連續(xù)剛構(gòu)橋力學(xué)特點(diǎn),連續(xù)梁橋與T形剛構(gòu)橋組合體系，也稱墩梁固結(jié)連續(xù)梁橋；常用于大跨、高墩結(jié)構(gòu)；橋墩縱向剛度小，豎向荷載作用下基本上屬于一種無(wú)推力的結(jié)構(gòu)；上部結(jié)構(gòu)具有連續(xù)梁施工的一般特點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好。,宜用于高墩?qǐng)龊?，（墩?25m），并采用抗推剛度小的雙薄壁

22、墩。,3) 連續(xù)剛構(gòu)橋構(gòu)造特點(diǎn),①主梁,主梁在縱橋向大都采用不等跨變截面的結(jié)構(gòu)布置形式 ；邊跨和主跨的跨徑比值在0.5～0.692之間，大部分比值在0.55～0.58之間；一般適用于跨徑100～240m范圍，最大跨徑可達(dá)300m。,② 主梁截面高度,箱梁根部截面的高跨比一般為l/16～l/20，其中大部分為1/18左右，也有少數(shù)橋梁達(dá)到或低于1／20;跨中截面梁高通常為支點(diǎn)截面梁高的1/2.5～l/3.5，略小于連續(xù)梁的跨中梁高

23、。,③ 橋墩,連續(xù)剛構(gòu)適用于高墩結(jié)構(gòu)，此時(shí)橋墩作用如同擺柱，以適應(yīng)預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變和溫度變化等引起的縱向位移；橋墩水平抗推剛度宜在滿足橋梁施工、運(yùn)行穩(wěn)定性要求的前提下盡量地小，因墩梁固結(jié)對(duì)溫度變化、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變等產(chǎn)生的次內(nèi)力相當(dāng)敏感，應(yīng)考慮墩身與主梁之間的剛度比以減少次內(nèi)力；橋梁在橫向不平衡荷載或風(fēng)載作用下，易產(chǎn)生扭曲、變位，為了增大其橫向穩(wěn)定性，橋墩在橫向的剛度應(yīng)設(shè)計(jì)得大一些；墩身高度主要由橋面標(biāo)高、橋梁建筑高度

24、、橋下凈空高度，主梁端高度等因素決定；墩柱縱向厚度一般采用高度的1/8～1/15，墩柱高用小值、墩柱矮用大值。,墩的立面形式主要有三種：,b）豎直單薄壁墩,c）v形墩(或Y形柱式墩),v形托架可使使主梁的負(fù)彎矩峰值降低一倍以上。,a）豎立雙肢薄壁墩,④ 墩梁固結(jié)處的設(shè)計(jì),對(duì)于特大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋，其薄壁空心墩頂宜布置高度2m左右的實(shí)體段。,二、門式剛構(gòu)與斜腿橋剛構(gòu)橋,1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn),門式剛構(gòu)橋：,斜腿剛構(gòu)橋：,Rosenstein br