第二章 预应力混凝土连续梁桥

第2章预应力混凝土连续梁桥大跨度桥梁设计本章的主要内容2.1概述2.2梁桥体系类型与构造2.3预应力混凝土连续梁桥设计2.4预应力钢筋构造与设计2.5预应力混凝土梁桥设计验算的主要内容§2.1概述1、高性能混凝土的采用采用高强轻质混凝土材料。规范：C40~C80；已研发200MPa抗压强度的混凝土。2、高强超高强预应力筋的采用高强、低松弛和耐腐蚀是发展方向。钢绞线：抗拉强度可达1860~2000MPa。欧洲：2063MPa钢绞线已批量生产；日本：研制出2300MPa的级的钢绞线。3、高效率的张拉锚固体系夹片锚的群锚体系使得预应力施加方便。§2.2梁桥体系类型与构造按承重结构的受力特点分类梁桥是桥梁结构体系中最基本的形式，按受力特点分：简支梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚构桥和连续刚构桥。§2.2梁桥体系类型与构造按承重结构的受力特点分类（1）简支梁桥–施工方便–静定体系对地基要求不高–弯矩最大–适合于小跨径桥梁P•等截面梁•变截面梁简支梁桥均布荷载q§2.2梁桥体系类型与构造按承重结构的受力特点分类（2）悬臂梁桥–单悬臂、双悬臂–卸载弯矩使跨中弯矩减小–静定体系对地基要求不高–跨中接缝，行车条件不好–跨中牛腿、伸缩缝，易损坏–适合于中等以上跨径桥梁–施工不方便双悬臂梁桥均布荷载q单悬臂梁桥均布荷载q§2.2梁桥体系类型与构造（3）连续梁桥（超静定）：•上部结构由连续跨过三个以上支座的桥梁。在较大跨径时较简支梁经济，且桥墩宽度小，节省材料，接缝少，行车平顺。但连续梁为超静定结构，适用于地质良好的桥位处。P按承重结构的受力特点分类连续梁桥均布荷载q§2.2梁桥体系类型与构造（3）连续梁桥（超静定）：P按承重结构的受力特点分类•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•行车条件好多跨悬臂梁桥多跨连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造按承重结构的受力特点分类（4）T形刚构桥–卸载弯矩类似于悬臂梁–适合于悬臂施工、节省支座–静定体系对地基要求不高–跨中的牛腿、伸缩缝，易损坏–行车条件不好–适合于中等以上跨径桥梁T形刚构桥连续刚构桥§2.2梁桥体系类型与构造按承重结构的受力特点分类均布荷载q（5）连续刚构桥–综合连续梁与T构的优点–超静定体系对地基要求高–适合于中等以上跨径的高墩桥梁T形刚构桥连续刚构桥2.2.1连续梁桥一次落架施工的连续梁桥，在结构自重荷载作用下，跨中截面产生正弯矩，支点截面产生负弯矩，且支点截面负弯矩大于跨中截面正弯矩。§2.2梁桥体系类型与构造与同等跨径的简支梁相比，连续梁的最大正弯矩及负弯矩均小于简支梁的跨中弯矩。2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造连续梁的内力分布比简支梁要均匀，有利于充分发挥材料的作用。2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造连续梁为超静定结构，在汽车荷载作用下跨中产生的挠度比简支梁小，行车平顺舒适。2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造连续梁因结构整体发生均匀温度变化引起纵向水平位移，在结构中不产生附加内力及支承反力。连续梁属超静定结构，非线性温度变化、预应力作用、混凝土收缩徐变及基础沉降等将引起结构附加内力。2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造1、等截面连续梁桥一般情况下，连续梁桥在恒载和活载作用下，支点截面负弯矩大于跨中截面正弯矩，但跨径不大差值也不大，可采用等截面形式，简化施工。2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造1、等截面连续梁桥2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造等截面连续梁桥优点（1）构造简单、施工方便、实用性强；（2）对有支架施工和预制拼装，可便于预制安装和模板周转使用；（3）对顶推施工，便于布置顶推和滑移设备；（4）对逐跨架设法和移动模架法施工，可使用少量施工设备完成施工，经济性好。2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造跨径布置可采用等跨和不等跨两种布置方式。为使边跨正弯矩减小，受力均匀合理，大多采用不等跨形式，奇数跨多。l1:l=0.6~0.8h/l=1/15~1/301、等截面连续梁桥2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造随着跨径的增大，l≥70m时，采用变截面设计显得经济合理，大跨度连续梁以采用变高度梁为主。2、变截面连续梁桥2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造连续梁截面变化的原因（1）采用支点梁高大于跨中梁高的变截面形式，使得梁高的变化规律与连续梁的弯矩图变化规律相一致；（2）减小跨中梁高，有利于减小结构自重产生的弯矩、剪力；（3）增大支座截面梁高，有利于抵抗支座截面较大的剪力。2、变截面连续梁桥2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造2、变截面连续梁桥2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造变截面连续梁跨径布置非城市桥梁城市桥梁l1：l=0.5~0.8l1：l≤0.5使边、中跨最大正弯矩基本相等需在边跨进行压重，抵消支座负反力2、变截面连续梁桥2.2.1连续梁桥§2.2梁桥体系类型与构造变截面梁的变化主要表现在梁高的变化，变化规律有：（1）斜直线；（2）圆弧线；（3）二次抛物线。连续梁截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面。板式截面形状、构造简单，施工方便，建筑高度小。截面不经济，相对自重较大，跨越能力小。适用跨径：RC，20m以下；PC，30m以下。1、横截面形式2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造板式截面1、横截面形式2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造肋梁式截面1、横截面形式2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造肋梁式截面截面挖空率较大，减轻自重，梁肋较高，截面抵抗矩增大，抗弯能力强。通常由梁肋（腹板）、翼缘板组成。常用的截面形式：形、I形、T形。中等跨径简支桥梁应用较多。适用跨径：30~50m，梁高1.6~2.5m。1、横截面形式2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造箱形截面预应力混凝土连续梁桥的主要截面形式。横截面为一个或几个封闭箱形组成的截面。单箱单室、单箱多室分离多箱整体性能好，抗扭惯矩大上下缘均可受压、适合于连续桥梁受力性能好，适应正负弯矩适合中等以上跨径桥梁1、横截面形式2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造截面形式：单箱单室、单箱多室、双箱单室、多箱多室箱形截面2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造2、横隔梁设置2.2.3梁部构造§2.2梁桥体系类型与构造（1）肋梁式截面：横截面抗扭刚度小，为增加桥梁的整体性和良好的横向分布，需设置中横隔梁和端横隔梁。一般4~5m设置一道，厚度为12~20cm。（2）箱形截面：支点部位设置横隔梁外，中间横梁较少。多箱截面多设置。（3）箱梁横隔板一般要预留过人洞，方便施工和后期检修。1、桥墩截面形式2.2.4桥墩类型与构造§2.2梁桥体系类型与构造桥墩由墩身和盖梁组成，用于支承上部结构和传递荷载。在混凝土连续梁中，有的桥墩不设盖梁，由墩身直接支承上部结构，减少截面层次，传力明确。桥墩分类：重型墩（自重大）和轻型墩。重型墩轻型墩2、桥墩横向布置2.2.4桥墩类型与构造§2.2梁桥体系类型与构造桥墩的横向布置要根据荷载的大小、上部结构的形式、地基承载力和桥墩所处的位置的条件选择。2.3.1桥跨布置§2.3预应力混凝土连续梁桥设计桥梁设计中，桥型方案设计最为关键，直接决定桥梁工程是否合理、经济、适用和美观。桥梁设计的主要内容：桥梁体系的选择、主跨的跨度、桥梁分跨以及跨径组合、截面形式、主梁高度和主要尺寸的拟定。边中跨比对桥梁的内力影响较大。建议边中跨比一般限制在0.5~0.8之间。2.3.1桥跨布置1、等截面连续梁桥2.3.1桥跨布置§2.3预应力混凝土连续梁桥设计适用范围:中等跨径，40~60m范围，国外最大达80m。施工方法：整体施工、逐跨施工、先简支后连续施工及顶推施工等。2、变截面连续梁桥2.3.1桥跨布置§2.3预应力混凝土连续梁桥设计适用范围:≥70m，150m以上较少。施工方法：悬臂浇筑或悬臂拼装施工法。主梁截面高度2.3.2主梁截面形式与梁高拟定§2.3预应力混凝土连续梁桥设计主梁高跨比是桥梁设计中最重要的设计参数之一，其取值直接影响结构的抗弯、抗剪能力及刚度性能。梁高一般不小于1.8m。变高度连续梁梁高支点截面h支跨中截面h中（1/16~1/25）l（1/30~1/50）l等高度连续梁梁高梁高h（1/15~1/30）l箱形截面设计横向尺寸布置箱梁顶板宽度一般取接近桥面总宽；悬臂长度b，两腹板之间距离a，b/a=1/2.5~1/32.3.3箱梁构造细部尺寸§2.3预应力混凝土连续梁桥设计底板厚度一般采用变厚度设计，箱梁底板厚度从跨中向支点逐渐变厚，以适应中支点附近截面下缘的受压要求；跨中区域底板厚度可按构造要求设计，一般取为20~30cm。若梁高和底板均为二次抛物线变化，则底板高度为：2.3.3箱梁构造细部尺寸§2.3预应力混凝土连续梁桥设计顶板厚度确定箱梁截面顶板厚度一般需考虑两个因素：满足桥面板横向受力，主要是受弯的要求；布置箱梁纵横向预应力筋的要求。悬臂端厚度≥10cm，设置防撞墙或需锚固横向预应力筋，则≥20cm。2.3.3箱梁构造细部尺寸§2.3预应力混凝土连续梁桥设计箱梁悬臂板悬臂长度一般为2.5~3m。考虑悬臂板横向受力，一般b≤5m；b≥3m，布横向预应力筋。2.3.3箱梁构造细部尺寸§2.3预应力混凝土连续梁桥设计腹板满足抗剪要求。对连续梁桥，l/4跨径左右剪力较大。弯矩、扭矩、剪力共同作用，导致腹板承受较大的主拉应力，容易出现斜裂缝。应考虑预应力钢束管道、普通钢筋布置和混凝土浇筑的要求，腹板设计不宜太薄。无预应力管道，tmin=20cm；有预应力管道，tmin=25~30cm；有预应力筋锚固头时，tmin=35cm。2.3.3箱梁构造细部尺寸§2.3预应力混凝土连续梁桥设计承托（梗腋）为了减小局部应力，在箱梁顶板与腹板、腹板与底板的交接处，一般需设置承托。承托的坡度：2.3.3箱梁构造细部尺寸§2.3预应力混凝土连续梁桥设计§2.4预应力钢筋构造与设计2.4.1预应力筋布置的一般问题连续梁桥主梁内力：纵向受弯、竖向受剪、横向受弯。连续梁桥均布荷载q主梁内力②竖向受剪①纵向受弯③横向受弯②竖向预应力①纵向预应力③横向预应力纵向受弯和部分受剪横向受弯受剪①预应力数量、位置根据使用阶段的受力状态确定。②施工方法决定施工阶段受力，预应力配筋必须结合施工方法。箱形截面抵抗方式：三向预应力筋§2.4预应力钢筋构造与设计2.4.1预应力筋布置的一般问题混凝土箱梁三向预应力筋布置纵向预应力筋布置横向预应力筋布置竖向精轧螺纹钢筋布置§2.4预应力钢筋构造与设计顶板、腹板、底板预应力筋布置底板预应力钢筋布置顶板预应力钢筋布置腹板预应力钢筋布置齿板常采用钢绞线或钢丝束§2.4预应力钢筋构造与设计连续曲线配筋方式（整体浇筑施工桥梁）将跨中部位抵抗正弯矩的底板索与支座部位抵抗负弯矩的顶板索，在全桥范围连续化。§2.4预应力钢筋构造与设计2.4.2纵向预应力筋布置根据施工方法的不同，布置方式也不同。简支-连续法先按简支梁桥布置预应力束，然后在支座顶部布置直线筋，以承担活载产生的负弯矩§2.4预应力钢筋构造与设计2.4.2纵向预应力筋布置根据施工方法的不同，布置方式也不同。顶推法直线配筋方式上下预应力筋通束使截面接近轴心受压，以抵抗顶推过程各截面的正负弯矩变化；顶推完成后，在跨中底板和支座顶部增加局部预应力筋，满足使用阶段内力要求。§2.4预应力钢筋构造与设计2.4.2纵向预应力筋布置根据施工方法的不同，布置方式也不同。悬臂施工连续梁桥一期钢束布置在截面上缘以抵抗悬臂施工阶段与使用阶段的负弯矩；合龙后在跨中区域截面下缘布置预应力束，抵抗使用阶段活载产生的正弯矩。§2.4预应力钢筋