桥梁上部结构施工3梁式桥设计

学习情境3梁式桥设计工作任务•任务1.认识简支梁桥；•任务2.简支梁桥的设计与计算。学习目标•1.叙述板桥的构造与设计内容；•2.叙述装配式简支梁桥的构造与设计内容；•3.叙述杠杆原理法和偏心受压法计算荷载横向分布系数的方法；•4.叙述计算简支梁桥的各类行车道板的荷载分布及有效工作宽度；•5.叙述主梁梁肋内力计算的方法；•6.叙述桥面板内力计算的方法；•7.能运用设计规范、手册和标准图进行公路中、小桥梁的设计，并计算工程数量。任务一认识简支梁桥简支体系梁式桥简称简支梁桥，属静定结构，受力明确，在竖直荷载作用下支撑处只有竖向反力，梁体以受弯为主，同时承受剪力。简支梁桥结构适用于修建中小跨径桥梁，其构造相对较简单。简支梁桥可以按照截面形式、施工方法、有无预应力的不同进一步分类。•按截面形式分，常见的有简支板、简支T梁、简支箱梁、组合简支梁。按施工方法分，有整体现浇板、预制安装板(梁)。按是否施加预应力分，有钢筋混凝土(板)梁桥、预应力混凝土(板)梁桥。•在已建成的桥梁中，中小跨径的桥梁占了大多数，特别是城市桥梁中，以中小跨径的桥梁为主。简支体系梁式桥是最常用的桥型。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：跨径小整体式简支板桥截面形式——实心板、矮肋板、异形板施工方法——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等图3-1-4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。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。装配式钢筋混凝土简支T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。装配式预应力混凝土简支T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。纵向预应力筋的锚固任务二简支梁桥的设计与计算主要介绍主梁、桥面板的内力及主梁挠度、预拱度的计算。主梁是桥梁结构的主要承重构件，是桥梁的重要组成部分。桥面板(或称行车道板)直接承受车辆的集中荷载，通常又是主梁的受压翼缘，它的工作状态不但影响到行车质量，而且还涉及主梁的受力。通常在桥梁上部结构计算时，可先计算主要承重构件(主梁)，其次计算次要受力构件(桥面板、横隔梁)。一、主梁内力计算•主梁的设计内力包括恒载内力、活载内力和其他作用引起的内力(如风力或离心力引起的内力)。桥梁设计内力中恒载的计算比较简单，除了考虑实际的结构自重外，通常可以近似地将桥面铺装、人行道、栏杆等的质量分摊给各片主梁来承担，按平面问题来计算各片主梁的内力。由于实际结构的复杂性，对这种空间的计算问题一般是化成平面问题来求解。η(x,y)——表示结构某点截面的内力影响面S——表示结构某点截面的内力值S=P·η(x,y)由于实际结构的复杂性，对这种空间的计算问题一般是化成平面问题来求解。η(x,y)——表示结构某点截面的内力影响面S——表示结构某点截面的内力值S=P·η(x,y)若将影响面函数η(x,y)近似分解为两个单值函数的乘积即η1(x)η2(y)，则对某根主梁的某一截面的内力值就表示为：S=P·η(x,y)=P·η2(y)·η1(x)η1(x)——单梁某一截面的内力影响线η2(y)——单位荷载沿横向作用在不同位置时对某梁所分配的荷载比值曲线，（对于某梁的荷载横向分布影响线）P’=P·η(x,y)，相当于P作用在a(x,y)点时沿横向分配给主梁的荷载。如图所示，桥上作用着一辆前后轴重各为P1和P2的汽车荷载相应的轮重分别为P1/2和P2/2。这样,就可完全像图所示平面问题一样,求得某梁上某截面的内力值。将空间问题简化成平面问题,引入荷载横向分布影响线并推算各梁分担的荷载,这就是利用荷载横向分布来计算多主梁结构内力的基本原理。2.荷载横向分布系数的计算方法（1）杠杆原理法（3）修正的刚性横梁法（4）铰接板、梁法（5）刚接板、梁法（6）比拟正交异性板法（G-M法）以上六种实用计算方法所具有的共同特点是：从分析荷载在桥上的横向分布出发，求得各主梁的荷载横向分布影响线，再通过横向最不利加载来计算荷载横向分布系数m。（2）偏心压力法（刚性横梁法）①杠杆原理法杠杆原理法的基本假定：忽略主梁之间的横向结构的联系，假设桥面板在主梁上断开并与主梁铰接，把桥面板视为横向在主梁上的简支梁或悬臂梁。采用杠杆法计算时，应当计算几根主梁的荷载横向分布系数，以便于得到承载能力最大的主梁内力作为设计依据。杠杆原理法适用于计算荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布系数m0，此时主梁的支承刚度远大于主梁问横向联系的刚度，受力特性与杠杆原理法接近。外该法也可用于双主梁桥，或横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁。汽车：挂车：人群：iqiqm410igigm210rrm0η——表示于轮载或人群荷载的线集度对应的影响线纵标值。（2）偏心压力法a）偏心压力法使用条件c）偏心压力法的分析过程b）偏心压力法的基本前提偏心压力法计算荷载横向分布适用于桥上具有可靠的横向联接，桥的宽跨比小于或接近0.5的情况（一般称为窄桥)，用于计算跨中截面荷载横向分布系数mc。a）偏心压力法使用条件I.在车辆荷载作用下，中间横隔梁可近似地看做一根刚度为无穷大的刚性梁，横隔梁全长呈直线变化。b）偏心压力法的基本前提II.忽略主梁的抗扭刚度，即不计入主梁对横隔梁的抗扭矩。根据在弹性范围内，某根主梁所承受到的荷载Ri与该荷载所产生的跨中弹性挠度成正比例的原则，我们可以得出：在中间横隔梁刚度相当大的窄桥上，在沿横向偏心布置的活载作用下，总是靠近活载一侧的边主梁受载最大。'ic）偏心压力法的分析过程I.中心荷载P＝l的作用II.偏心力矩的作用III.偏心力矩为e的单位荷载P=1对各主梁的总作用I.中心荷载P＝l的作用由于中心荷载作用下，刚性中横梁整体向下平移则各主梁的跨中挠度相等，即：n'2'1''3'48iiiRlEIiiiIR''根据材料力学，作用于简支梁跨中的荷载(即土梁所分担的荷载)与挠度的关系为：或常数348lEiI——桥梁横截面内各主梁的惯性矩。根据静力平衡条件，有：11'1'niiiniiIRniiiI1'1niiiiIIR1'当各主梁截面相等时，即IIIIn21nRi1'则则中心荷载P=1在各梁间的荷载分布为：则在偏心力矩M＝1·e作用下，桥的横截面产生绕中心点O的转角，因此各主梁的跨中挠度为:II.偏心力矩的作用tan''iiaeaRinii11''根据力矩平衡条件，有：——各片主梁梁轴到截面形心的距离。ia即再根据反力与挠度成正比的关系，有iiiiIR'''')tan(tan''iiiiiIaaIRniiiIae12niiiiiiIaeIaR12''niiiiaeaR12''再根据力矩平衡条件有：eIaaRiniiii112''有：iiiiiIaaIRtan''又因：当各主梁截面相等时，即IIIIn21则：niiiiiniiiieIaIeaIIR121niiiikiniikkikiIaIaaIIR121当P=1位于i号梁轴上时e=ai对k号主梁的总作用为：III.偏心力矩为e的单位荷载P=1对各主梁的总作用为niiniiaaIIR1221111111niiniiaaaIIR1215111515图6.3.11中1号梁的荷载横向分布影响线，即可通过求：1121iiiieieaeanR各主梁截面相同时，上式可简化为：niiaanR122111111niiaaanR125115151①当横截面沿桥纵轴线对称时,只需取一半主梁(包括位于桥纵轴线上的主梁)作为分析对象;②荷载沿横向的布置(车轮至路缘石的距离,各车横向间距等)应满足有关规定(见第三章);③各类荷载沿横向的布置及取舍按最不利原则进行,即所求出的值应为最大值;④对双车道或多车道桥梁,汽车加载时应以轴重(而不是轮重)为单位,即一辆汽车横向的两个轮重应同时加载或同时不加载。在计算过程中，需要注意以下几点：铁路桥梁计算中，将活载平均分配给两片主梁承担，实际上就是采用杠杆法原理计算荷载横向分布。对于一般多主梁桥，不论跨度内有无中间横隔梁，当桥上荷载作用在靠近梁端支点处时，荷载的绝大部分将通过相邻的主梁直接传递至墩台。从集中荷载直接作用在端横隔