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2012-3-1111混凝土桥2011-2012任课教师：卫星副教授电子教案：卫星v2012教材：《桥梁工程》2第四章简支梁桥的设计与计算本章主要内容第一节混凝土简支梁桥概述第二节立面布置与构造设计第三节主梁结构内力计算第四节荷载横向分布计算第五节横隔梁的计算要点第六节桥面板的计算要点第七节主梁挠度计算与预拱度设置第八节简支梁桥施工方法3第四章简支梁桥第一节混凝土简支梁桥概述第一节概述一、混凝土简支梁桥的特点本质空间1.受力明确2.构造简单3.易于设计4.易于施工5.易于管养6.跨度受限形态¾单孔静定结构，受力明确。¾易于设计成系列化和标准化。¾有利于在工厂内或工地上广泛采用工业化施工，组织大规模预制生产，显著加快建桥速度。¾病害少，维修、更换容易。¾在中小跨径桥梁应用广泛。4第四章简支梁桥第一节混凝土简支梁桥概述第一节概述混凝土简支梁桥的构成示例原始地形简单的施工流程示例－简支空心板的成桥过程第五讲课程设计指导：关于设计及施工设置桥台2012-3-112设置桥墩浇注盖梁边梁架设铺设中部梁板桥面铺装两岸施工2012-3-113附属设施安装，成桥简单的施工流程示例－一些构造示例简支空心板梁边梁简支空心板梁边梁配筋简支空心板梁边梁配筋简支空心板梁边梁配筋简支空心板梁边梁预应力2012-3-11419第四章简支梁桥第一节混凝土简支梁桥概述第一节概述二、混凝土简支梁设计关键混凝土简支梁的设计关键：混凝土简支梁的设计关键是截面的拟定、（预应力）钢筋面积和位置设计。二者又是相互关联的。截面尺寸设计拟定预应力设计/钢筋设计力钢筋面积力钢筋布置受力计算是纽带参照经验数据参照已有图纸估算布置设计20第四章简支梁桥第一节混凝土简支梁桥概述第一节概述三、基本设计计算流程简支梁上部结构设计计算项目：－主梁－横隔梁－桥面板－支座设计计算简单流程示意21第四章简支梁桥1.跨径的选择第二节立面与构造设计¾混凝土简支梁桥优先考虑采用标准跨径进行设计布置第二节立面与构造设计一、立面设计要点分跨跨径计算跨径梁长总跨径主跨径净跨径22第四章简支梁桥第二节立面与构造设计¾混凝土简支梁桥优先考虑采用标准跨径进行设计布置第二节立面与构造设计铁路的标准跨径公路的标准跨径8121620243240081624324048123456713162025303540051015202530354045123456723第四章简支梁桥第二节立面与构造设计¾跨径大小的确定需要与下部结构的规模配合确定第二节立面与构造设计¾跨径大小的确定需要与施工能力和方便性配合确定¾跨径大小的确定需要综合考虑截面类型的适用性24第四章简支梁桥2.梁高的选择第二节立面与构造设计¾受弯构件中梁高是设计控制关键因素第二节立面与构造设计一、立面设计要点¾梁高的确定应由计算昀终确定，初步确定时也可参照标准图或经验公式确定。方法一：按合理高跨比确定¾公路预应力混凝土简支梁的高跨比为：1/14~1/25¾跨径大时取偏小的值¾我们的设计跨度：40m¾40m/14=2.86m;40m/25=1.6m¾我们的设计梁高：2.45m¾我们的设计高跨比：2.45/40=1/16.32012-3-11525第四章简支梁桥2.梁高的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计一、立面设计要点方法二：参照标准图的梁高与跨度关系内插计算（注意荷载级别是否对应）¾我们的设计跨度：40m¾参照标准图跨度对应梁高数据进行内插，40m对应2.5m¾我们的设计梁高：2.45m¾我们的设计高跨比：2.45/40=1/16.3公路装配式预应力混凝土T形简支梁标准图的高跨数据1/16.02.50401/15.72.25351/15.02.00301/14.31.7525（m）（m）高跨比梁高标准跨径26第四章简支梁桥1.截面形式的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计二、横断面设计要点板式肋板式箱式A：断面形态的考虑跨越能力提高27第四章简支梁桥1.截面形式的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计二、横断面设计要点整体式装配式B：断面形成的考虑运输/安装方便板式肋板式箱式28第四章简支梁桥一、截面型式•三种类型：板桥（6m以下）、肋板式桥和箱型梁桥公路板桥截面铁路板桥截面第二节立面与构造设计29第四章简支梁桥肋板式梁桥－∏型和T型•∏型↑公路∏型←铁路∏型不需横向联结支座脱空问题较少应用第二节立面与构造设计30第四章简支梁桥肋板式梁桥－∏型和T型（续）•T型铁路T梁桥公路T梁桥整体式双主梁式装配式第二节立面与构造设计2012-3-11631第四章简支梁桥箱型梁桥公路桥双线铁路桥32第四章简支梁桥美国中小跨度公路桥梁的常用截面形式33第四章简支梁桥二、分块方式•装配式梁桥预制拼装单元的划分－直接影响到结构受力、构件预制、运输和安装以及拼装接头的施工等问题，也与所选用的横截面型式紧密相关。•块件划分的一般原则：c考虑运输工具和装吊设备的承载能力，装载限界的要求；d构造应当简单，并且尽可能少用接头。e块件形状和尺寸应力求标准化。•钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥常用的分块方式有–纵向竖缝划分–纵向水平缝划分–纵横向竖缝划分34第四章简支梁桥纵向竖缝划分•应用昀为普遍。在这种结构中，作为主要承重构件的各根主梁，包括相应行车道板，都是整体预制的，接头和接缝仅布置在次要构件——横隔梁（板）和行车道板内。这种划分方法使主梁受力可靠，施工也方便。纵向竖缝纵向竖缝第二节立面与构造设计35第四章简支梁桥纵向水平缝划分•用纵向水平缝将桥梁的全部梁肋与板分割开来，再借助纵横向的竖缝将板划分成平面呈矩形的预制构件，施工时先架设梁肋，再安装预制板，昀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。水平缝纵缝第二节立面与构造设计36第四章简支梁桥纵横向竖缝划分•将用纵向竖缝划分的主梁再通过横向竖缝划分成较小的梁段。对于这样的预制梁段，由于没有普通钢筋穿过接缝，就必须对安装就位后的梁段串连以预应力筋施加预压力才能保证所有接缝具有足够的连结强度，使梁整体受力。第二节立面与构造设计2012-3-11737第四章简支梁桥横向分段块件的预应力连接•预留纵、横向预应力孔道•剪力键槽第二节立面与构造设计38第四章简支梁桥2.主梁间距的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计二、横断面设计要点（1）公路简支T梁主梁间距以采用1.8~2.5m为宜。（2）加大间距减小片数比较经济。（3）间距过大需注意翼缘板受力。（4）40m标准图间距采用2.2m偏小；实际设计中多用到2.5m¾我们的设计跨度：40m¾我们的设计主梁间距：2.60m(6片梁）¾设置7片梁能布置吗？39第四章简支梁桥1.腹板厚度的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计三、关键细节设计要点（1）腹板厚度控制抗剪力和主拉应力大小。（2）PC梁由于有预应力钢筋的贡献，腹板厚度一般由构造决定。（3）公路T梁中通常跨中腹板厚约15~18cm（不得小于14cm）；端部与马蹄同宽。（4）为保证腹板稳定及灌注，上下翼缘承托间的腹板高度在无竖向预应力钢筋时不大于腹板厚度的15倍。¾我们的腹板厚度：跨中18cm；端部60cm。¾我们的设计腹板“高度”：1.78m，¾为腹板厚度的9.9倍40第四章简支梁桥2.顶板厚度的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计三、关键细节设计要点公路T梁翼缘板厚端部不小于6cm；公路T梁翼缘板厚根部不小于梁高的1/12；¾我们的翼缘板厚度：端部16cm；根部26cm。¾根部板厚为梁高的1/9.441第四章简支梁桥3.下翼缘的选择第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计三、关键细节设计要点公路T梁马蹄全宽为其腹板宽的2~4倍；平均厚度为梁高的0.15~0.2倍；马蹄斜坡宜陡于45°。马蹄面积不宜过小，一般占截面总面积的10~20%马蹄不宜过高过大，避免降低形心、减小预应力偏小距。¾马蹄宽44cm，为腹板厚的2.4倍：¾马蹄平均厚34.5cm，为梁高的14%¾马蹄斜坡45°（高13cm、宽13cm)¾马蹄面积0.1635m2，占全截面面积的17%42第四章简支梁桥4.梁端的考虑第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计三、关键细节设计要点梁端尺寸应满足预应力布置时的锚具间距、千斤顶张拉需要。端部腹板应加厚，以满足支座处主梁抗剪、支座应力扩散和预应力锚下应力扩散等受力需求。端块长度约1.5~1.8m。下翼缘垂直高度加高区长度应视预应力钢束抬高位置确定。¾端块长度1.6m¾下翼缘抬高段长度2.5m2012-3-11843第四章简支梁桥第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计¾端部预应力锚固分布均匀¾9束钢绞线要求a26.5cm,b15.5cm¾设计amin＝28cm；¾设计bmin＝16cm。锚固时钢束间的最小间距要求锚固时钢束到混凝土边缘的最距离要求¾7束钢绞线要求a23.5cm,b14cm44第四章简支梁桥第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计下翼缘加高区应适应弯起的N4和N5钢束构造要求45第四章简支梁桥5.横隔梁的考虑第二节立面与构造设计第二节立面与构造设计三、关键细节设计要点横隔板起到保证各片主梁相互连成整体的作用。公路简支梁桥一般在跨中、四分点、支点处各设一道横隔板。横隔板板厚一般采用12~20cm。端横隔板需传递和扩散支座反力，宜适当加大。¾在跨中、四分点和支点处共设置5道横隔板。¾横隔板板厚均取为20cm。46第四章简支梁桥三、结构布置介绍：板桥（整体式、装配式）肋板式桥（公路、铁路T型梁）预应力混凝土简支梁（一）板桥1、整体式板桥第二节立面与构造设计47第四章简支梁桥2、装配式板桥（实心板和空心板）钢板联结构造空心板截面形式企口式混凝土铰48第四章简支梁桥（二）肋板式桥1、铁路桥（跨度、腹板、横隔板）断缝腹板加厚中横隔板端横隔板第二节立面与构造设计2012-3-11949第四章简支梁桥2、公路桥第二节立面与构造设计50第四章简支梁桥横隔板接头构造第二节立面与构造设计51第四章简支梁桥（三）预应力混凝土简支梁其主要优点是：1、采用高强度钢筋，可节约钢材20－40%；2、预加压应力大大提高梁体的抗裂性，并增加了梁的耐久性；3、由于利用高标号混凝土，截面尺寸减小，梁体自重减轻，可以增大跨越能力，也有利于运输和架设；4、混凝土全截面受压，充分发挥了混凝土抗压性能的优势，也提高了梁的刚度。第二节立面与构造设计52第四章简支梁桥道碴桥面后张法预应力混凝土梁构造图（l=24.0m）第二节立面与构造设计53第四章简支梁桥道碴桥面后张法预应力混凝土梁构造图(续）第二节立面与构造设计54第四章简支梁桥公路预应力混凝土梁构造图（l=29.16m）第二节立面与构造设计2012-3-111055第四章简支梁桥高速铁路单线整孔箱梁跨中截面第二节立面与构造设计高速铁路预应力混凝土梁56第四章简支梁桥高速铁路双线整孔箱梁跨中截面第二节立面与构造设计高速铁路预应力混凝土梁57第四章简支梁桥32m双线整孔单箱单室等高度截面箱梁，全长32.6m，梁宽12.0m，梁高3.05m，底宽5.5m。C50混凝土334.71m3，梁体重836.8T。课程名称：高速铁路桥梁第二节立面与构造设计高速铁路预应力混凝土梁58第四章简支梁桥钢筋构造（一）一般构造梁内钢筋可分为两大类：c受力钢筋，对于钢筋混凝土梁而言，主要是指梁弯曲后承受沿梁轴方向拉力的主筋和承受腹板内斜拉力的斜筋和箍筋（或称蹬筋）；d构造钢筋，其中包括施工时为便于绑扎成型和固定主要钢筋位置的“架立筋”以及难于通过计算确定其受力大小而凭经验设置的辅助钢筋。（二）公路钢筋混凝土简支梁钢筋构造实例1、板桥2、装配式T型梁桥第二节立面与构造设计59第四章简支梁桥1、板桥整体式简支板桥双向受力配筋注意斜板桥的钢筋布置方式第二节立面与构造设计60第四章简支梁桥装配式矩形板桥箍筋主筋架立筋用于板间搭接第二节立面与构造设计2012-3-111161第四章简支梁桥2、装配式T型梁桥钢筋骨架短斜筋架立筋箍筋纵向防裂钢筋