第三篇 悬臂与连续体系梁桥

第三篇悬臂与连续体系梁桥•第一章基本结构体系•第二章立面与横断面设计•第三章配筋与其他构造设计原则•第四章结构内力计算•第五章施工方法简介第一章基本结构体系一、分类梁式桥：简支梁桥:L20-25m，跨中弯矩迅速增大，截面尺寸和自重显著增加，材料用量大且不经济，安装重量给装配式施工造成困难。悬臂梁桥连续梁桥刚构式桥(a)简支梁(b）、(c）悬臂梁(d）T型刚构(e）连续梁(a)(b)梁式桥恒载弯矩比较图(a)简支梁(b）、(c）悬臂梁(d）T型刚构(e）连续梁(a)(b)一、分类：将简支梁梁体加长，并超过支点就成为悬臂梁桥。单悬臂梁桥第一节悬臂梁桥单悬臂梁桥均布荷载q双悬臂梁桥均布荷载q锚跨双悬臂梁桥1.不带挂梁的单孔双悬臂梁桥桥头两端不设桥台，仅设置搭板与路堤衔接，行车时搭板容易损坏，多用于跨干线的人行桥梁上。2.带挂梁的多孔悬臂梁桥单悬臂梁桥双悬臂梁桥多跨悬臂梁桥多跨连续梁桥二、体系特点优点：•由于支点负弯矩的卸载作用，锚跨跨中正弯矩大大减小•从活载方面，如果梁只在悬臂梁的锚跨做活载引起的跨中最大弯矩按支承跨径较小的简支挂梁产生的正弯矩计算，最大弯矩比简支梁小的多。•由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大，减小跨内主梁高度和降低材料用量，经济；•从静力图式来说，悬臂梁都属于静定体系，它们的内力不受基础不均匀沉降的影响。•从桥的立面_L看，在桥墩上只需设置一排沿墩中心布置的支座，从而可相应的减小桥墩的尺寸。二、体系特点缺点：•钢筋混凝土的悬臂梁桥和连续梁桥在支点附近负弯矩区段内，梁的上翼缘受拉，不可避免要出现裂缝，雨水易千浸入梁体，而且其构造也较简支梁为复杂。•因为当跨度较大时长而重的构件不利于预制安装施工，而往往要在工费昂贵的支架上现浇。•从运营条件来说，悬臂体系在悬臂端与挂梁衔接处的挠曲线都会发生不利于行车的折点.第二节连续梁桥主梁若干孔为一联，在中间支点上连续通过，是超静定结构优点：跨越能力大、刚度大、变形小、伸缩缝少、行车平稳舒适等优点。分类：钢筋混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝连续刚构桥力学特点及适用范围（1）由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小。（2）通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大，但当跨径不大时，差别不太大。（3）属超静定结构，墩台基础的不均匀沉降会使梁内产生不利的附加内力(由于混凝上的塑性性质，这种内力会随着时间逐渐减小)考虑次内力影响。适用：钢筋混凝土一般跨径不超过25～30m。预应力混凝土连续梁桥一般跨径达150m。桥跨结构的上部梁在墩上采用两边平衡悬臂施工，首先形成一个T字形的悬臂结构．然后相邻的两个T形悬臂在跨中可用剪力铰或跨径较小的挂梁联成一体，称为带铰或带挂孔的T形刚构。第三节刚构桥一、结构类型1.跨中带剪力铰a)常用的多跨布置形式。当靠岸搭支架容易时，将岸边T构的一侧悬臂先在支架上现浇，然后向跨中采用悬臂法施工。b)对称T构，为了改善悬臂端与路堤的衔接，采用轻型搭板使荷载逐渐过渡。c)为了增大中跨跨径，边跨悬臂端采用平衡重。d)桥下各孔孔径相等，从桥台伸出固端梁连接，桥台受力不利。2.跨内设挂梁•1、带挂孔的T形刚构桥是一种静定结构，与带铰的T形刚构相比，虽然各个T构单元完全独立作用时，其受力与变形情况稍差，但它消除了钢筋混凝土结构的缺点，充分发挥了结构在营运和施工中受力一致的独特优点，•2、受力明确，构造简单，特别是挂梁与多孔引桥简支跨尺寸相同时，更能加快全桥施工进度，从而获得更高的经济效益。•3、虽增加了牛腿构造，但免去了剪力铰复杂构造。•4、主要缺点除桥面伸缩缝多，对高速行车不利外，在施工中还增加预制与安装挂梁的机具设备。跨径：60～150m带挂孔的T形刚构桥特点连续刚构桥3、连续刚构的特点主梁做成连续梁体，墩梁固结：做成多跨一联，采用对称布置，有利于悬臂施工，减少大型支座及其养护、维修和更换；受力方面：上部结构：连续梁，计入桥墩受力及混凝土收缩、徐变和温度变化引起的变形对上部结构的影响；桥墩：具有一定柔度，其根部所受弯矩很小，墩梁结合处有刚架受力特点；跨径：最大跨径突破300m。第二章立面和横断面布置一、立面设计的内容桥梁体系的选择、桥梁总长及分跨布置，桥面高程确定，梁高选择，桥梁下部结构和基础形式的选择。1、混凝土悬臂梁桥1）跨径布置各跨跨径比悬臂长与跨径比具体考虑因素•材料•施工方法•特殊使用要求–城市桥梁可能要求较小的锚孔，但必须保证稳定性对三跨双悬臂梁桥主梁为T形截面时，悬臂长度一股为中跨长度0.3～0.4倍。箱形截面时，最好使跨中最大和最小弯距绝对值大致相等，充分发挥跨中部分底板的受压作用，因此，悬臂长度一般不超过中跨长度的0.5倍。当采用普通钢筋混凝土时，边跨一般为中跨的0.3～0.4；当采用预应力钢筋混凝土时，边跨一般为中跨的0.3～0.5。对三跨单悬臂带挂梁结构边跨为中跨的0.6～0.8，挂孔的长度为中跨的0.4～0.6（钢筋砼）和0.2～0.4（预应力砼）。对多跨双悬臂带挂梁结构边跨为中跨的0.75～0.8，挂孔的长度为中跨的0.5～0.6（钢筋砼）和0.5～0.7（预应力砼）。2）高跨比h/LT形梁的跨中梁高为跨径的1/12～1/20，支点处梁高通常加大到跨中梁高的1～1.5倍。大跨径箱形截面时，跨中梁高可减小至（1/20～1/30)l，在此情况下支点梁高一般为跨中梁高的2～2.5倍。梁高采用变截面优点：增加支点抗弯能力不增加很多的弯矩2、混凝土连续梁桥1）等截面连续梁（1）跨径布置——与施工方法有关等跨布置：构造简单，模式统一。不等跨布置：标准跨径较大时，取：l边=（0.6~0.8）l中（2）梁高l边：l中≥0.6，h/l=1/16~1/26，顶推施工，h/l=1/12~1/16（3）适应范围：①中等跨径：40~60m（国外有达80m的）②以等跨为宜，亦可用不等跨③适应于预制装配（逐孔架设、顶推法施工、就地浇注施工（有支架、移动模架）。不适宜于悬臂法施工厦门高集海峡大桥-146×45=2078平均高潮水位5.75设计高潮水位8.22平均低潮水位1.5930313233444535344746厦门集美2827264321立面图（单位：m）2.变截面连续梁适应结构的内力分布规律L100m公路混凝土连续梁桥高跨比h/L：跨中1/30～1/50，支点1/16～1/25支点与跨中高度之比：2.0～3.0跨径布置一般以从中孔向两侧逐孔减小的奇数孔布置;但多于二跨的连续梁桥，除边跨外，其中间各跨也可采用等跨布置。连续孔数一般不超过五跨。变高度连续梁的截面高度变化曲线可为二次抛物线、圆弧线或折现，一般选用二次抛物线3、混凝土刚构桥T型刚构和连续刚构1)带挂梁T型刚构分跨和布置：注意使全桥的T型单元尽可能相同，简化计算和施工；尽可能对称布置，避免T型刚构承受不平衡的恒载弯矩。孔径布置：挂梁长度约为主孔跨径的0.25～0.5，主孔跨径较大时，取小值。这时弯矩面积最小，工程数量较为经济。挂梁的最大跨径由同类简支梁的最大跨径和运输安装能力决定。国外的公路和城市中的预应力混凝土T型刚构桥主要尺寸见表3－2－7.国内的桥，其支点梁高与跨径之比为1/16~1/18,支点腹板总厚度与行车道板宽之比约为1/10~1/14.略大于国外的尺寸，支点处腹板厚度与梁高之比和国外的接近。梁高：跨中－挂梁跨径或设铰需要情况，一般为支点梁高的0.2～0.5倍；挂梁跨径≤30m，梁高≤2m。梁底曲线：折线、圆弧线－－施工方便抛物线－－跨径小于100m，正弦曲线－－美观，跨中设铰时多采用。半立方抛物线－－美观三次曲线－－跨径超过100m时2）带剪力铰结构结构立面布置同带挂梁结构。3）连续刚构一般有两个以上主墩采用墩梁固结，墩梁固结的部分多在大跨、高墩上采用，一般采用柔性桥墩。常选用变截面主梁减小墩柱抗推刚度的措施•（1）合理选择桥型，避免矮墩桥梁采用连续刚构•（2）减小墩柱的纵桥向尺寸•（3）采用双薄臂墩减小墩柱纵桥向抗推刚•（4）对于长大桥梁，中间桥墩采用刚构，边墩采用连续梁体系孔径布置不等跨布置，边跨与中跨的跨径比值在(0.50～0.692)之间因其顺桥向抗弯刚度大,抗推刚度小,既能满足施工过程中的安全需要,又能有效降低温度、混凝土徐变、墩位移等引起的次内力。截面高度变截面梁支点梁高（h/l=1／17～1／20）h1=0.056lmax+0.26跨中梁高（约为1/50～1/60L不小于2.5～3.0m，略小于连续梁桥）h2=0.015lmax+0.94等截面梁h=0.052lmax+0.202墩身尺寸墩身尺寸的拟定主要应考虑墩身与主梁的刚度比以减少次内力。墩身高度：墩柱纵向厚度：一般采用高度的1/16～1/20，墩柱较高时用较小的比值。双薄壁的中距：主跨的1/20～1/25第四节混凝土横断面布置①根据总体布置、跨径、宽度、梁高、支承形式和施工方法等综合确定，合理截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工、改善截面受力性能十分重要。②主要有板式、肋梁式和箱形截面：板式、肋梁式截面构造简单、施工方便；箱形截面具有良好的抗弯和抗扭性能（主要截面形式）。（１）、板式和肋梁式截面(a)(d)(e)(b)①中小跨径、有支架现浇施工；②跨中板厚(1/22～1/28)L，支点板厚为跨中的1.2～1.5倍。(c)①跨径15～30m连续梁桥，有支架现浇为主；②板厚一般为0.8～1.5m。①预制架设，梁段安装后经体系转换为连续梁桥。②常用跨径为25～50m，梁高1.3～2.6m。实体截面空心截面肋式截面第二篇混凝土梁桥和刚架桥（２）箱形截面bbaabb(a)(b)(c)顶板宽20m顶板宽25m顶板宽40m①跨径40～60m或更大，适用有支架现浇施工、逐孔施工、悬臂施工等方法。②抗弯、抗扭性能良好，是预应力连续体系梁桥的主要截面形式。1.顶板单箱单室单箱双室分离式双箱单室第二章第三节悬臂体系和联系体系梁桥的构造87位置桥面板跨度方向垂直于行车道方向平行于行车道方向顶板或连续板3L+11（纵肋之间）5L+13（横隔之间）悬臂板L0.25时，28L+1624L+13L0.25时，8L+21箱梁顶板厚度确定：①桥面板横向弯矩要求（恒、活载、日照温差）。②满足布置纵、横向预应力钢筋束的要求。行车道部分桥面板厚度（cm）（L－为桥面板跨度）注：两个方向厚度计算后取小值2.底板①纵向负弯矩区受压底板的厚度对改善全桥受力状态、减小徐变下挠十分重要，故大跨度连续体系梁桥中，应确保承受负弯矩的内支点区域的箱梁底板有足够的厚度。箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶，以适应箱梁下缘受压的要求，墩顶区域底板不宜过薄，否则压应力过高，由此产生的徐变将使跨中区域梁体下挠度较多。②底板厚度与主跨之比宜为1/140～1/170，跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为0.22～0.28m。３.腹板①箱梁腹板主要承受结构的弯曲剪应力和扭转剪应力所引起的主拉应力,墩顶区域剪力大而腹板较厚，跨中区域的腹板较薄，但腹板的最小厚度应考虑钢束管道布置、钢筋布置和混凝土浇筑的要求。②等高度箱梁可采用直腹板或斜腹板，变高度箱梁宜采用直腹板。剪力主压主拉腹板最小厚度设计经验值：（a）腹板内无预应力束筋管道布置时，其最小厚度可采用tmin20cm；（b）腹板内有预应力束筋管道时，其最小厚度可采30cm；用tmin25～（c）腹板内有预应力束筋锚固头时，其最小厚度可采用tmin35cm；顶板与腹板接头处设置梗腋，可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减小了扭转剪应力和畸变应力。加腋有竖加腋和水平加腋两种。一般箱梁上的常用形式常用于斜腹板与顶板之间常用于底板与腹板之间的下梗腋第三章配筋与其他构造设计原则第一节纵向钢筋和预应力筋设计一、悬臂梁配筋配筋的主要特点：受力主筋的布置要满足正、负两种弯矩的要求。梁内抵抗主拉应力的斜钢筋，也可以象简支梁中那样，根据受力需要由上下部主钢筋弯折形成。对于跨中正弯矩区主钢筋密集的部位，可通过敷设加强钢筋网来改善混凝土的裂缝凝土的裂缝分布。在支点负弯矩区段也可在桥面铺装层内敷设钢筋网