桥梁结构体系的特点

桥梁基础知识主讲：周建宾2.1混凝土梁桥1基本组成桥跨结构主要由桥面系、主梁（横梁）和支座组成。2梁式桥的主要类型与病害特征1)按截面类型划分——板梁桥、肋梁桥、箱梁桥板梁桥施工方便自重大空心板、实心板适合于小跨径桥梁肋板式截面形、I形、T形截面效率指标多用于纵向分缝装配式桥梁适合于中等跨径简支桥梁箱形截面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适合中等以上跨径桥梁施工模板复杂2)按体系划分简支梁（板）桥、连续梁（板）桥、悬臂梁（板）桥简支梁施工方便静定体系对地基要求不高弯矩最大适合于小跨径桥梁简支梁桥均布荷载q281qlM悬臂梁桥单悬臂、双悬臂卸载弯矩使跨中弯矩大大减小静定体系对地基要求不高跨中有接缝，行车条件不好跨中的牛腿、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多跨悬臂梁桥多跨连续梁桥连续梁桥恒载、活载均有卸载弯矩行车条件好超静定体系对地基要求高适合于中等以上跨径桥梁连续梁桥均布荷载qT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3.混凝土梁桥的特点受力特点——以主梁受弯承担使用荷载，结构不产生水平反力预应力度——钢筋混凝土、部分预应力、全预应力混凝土梁受力体系——简支梁、悬臂梁、连续梁、T形刚构、连续——刚构混凝土梁桥的优缺点造价低耐久性好可塑性强刚度大噪音小自重大钢筋混凝土梁带裂缝工作预应力混凝土梁桥的优点预应力的作用可以使用高强材料更适合于装配式桥梁施工方法整体式节段式——纵向、横向分缝1)简支板桥的特点板桥是小跨径钢筋混凝土桥梁中最常用的桥型之一。由于其外形像一块薄板一样故习惯称之为板桥。板桥一般的特点：1.建筑高度小，适用于桥下净空受限制的桥梁，可以减小桥头引道度和缩短引道的长度。2.外形简单，制作方便。既可以整体浇筑，又便于工厂化成批生产。3.做成装配式扳桥的预制构件时，重量不大，架设方便。4.板桥的主要缺点是跨径不宜过大。5.整体浇筑的异形板受力复杂。但特别适合匝道桥的异形板。整体式简支板与连续板适用范围——常用在4~8米跨径、不规则桥梁截面形式——实心板、矮肋板、空心板施工方法——整体现浇装配式简支板截面形式：实心板、空心板；材料：钢筋混凝土、预应力混凝土适用范围空心板——单孔、双孔装配式预应力空心板构造实例配筋特点主要配置纵向抗弯钢筋抗剪不控制，一般只设箍筋钢筋砼梁设可设弯起钢筋预应力筋在底板直线布置梁端顶板设抗拉钢筋3.横向连接企口铰——圆形、棱形、漏斗形、钢板连接企口缝混凝土强度不低于板体混凝土强度；企口缝配筋。钢板焊接连接连接钢板通过锚固钢筋锚固；纵向间距80cm~150cm按施工方式：整体式梁桥和装配式梁桥一、整体式T梁桥主梁的肋宽约为梁高的1/6一1/7，但不小于16cm简支梁桥的构造特点二、装配式梁桥1.构造类型截面形式T形、I形、槽形、箱形块件划分纵向竖缝纵向水平缝横向竖缝纵横向同时分缝•划分原则：起吊能力接缝在应力最小处接头少、施工方便便于安装标准化装配式梁桥截面形式2.构造布置常用跨径——8.0m20m主梁布置梁距通常在1.5~2.2米之间横梁布置端横梁中横梁布置在跨中及4分点3.主要尺寸主梁——高1/111/18L，肋宽1620cm，横梁——中横梁3/4h，端横梁与主梁同高宽1216cm，可挖空翼板——1/12h，一般为变厚度3、钢筋构造主钢筋斜筋箍筋翼板横向钢筋横梁钢筋架立钢筋分布钢筋支座下局部加强钢筋4、横向连接钢板连接现浇接缝企口铰扣环式接头5.预应力混凝土简支T梁桥构造布置常用跨径——2050m主梁布置梁距通常在1.5~2.2米之间大跨度尽量增大梁距1）主要尺寸主梁——高1/151/25L，宽1518cm横梁——中横梁3/4h，端横梁与主梁同高宽1216cm，可挖空翼板——1/12h，一般为变厚度下马蹄——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2）钢筋构造主梁受力钢筋为预应力筋箍筋锚下局部加强钢筋翼板横向钢筋架立钢筋分布钢筋一般不设斜筋——剪余剪力图6.装配式小箱梁实例桥梁横截面小箱梁一般构造图7.桥面板横向连接构造常用的桥面板（翼缘板）横向连接有焊接接头和湿接接头两种(1)焊接接头：翼板间用钢板连接，接缝处铺装混凝土内放置上下两层钢筋网(2)湿接接头：通过一定措施将翼缘伸出钢筋连成整体，在接缝铺装混凝土内再增补适量加强钢筋。宽翼缘T梁接头构造8.预应力技术先张法后张法锚具先张法，即先张拉预应力钢筋并锚固在张力台坐上，后浇筑构件混凝土，待混凝土达到足够的强度后再放张，以此实现预加力的方法。桥梁基础·知识主讲：周建宾2.2连续梁桥简介连续梁桥的体系与构造特点1、体系特点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行车条件好连续梁桥均布荷载q均布荷载q2、构造特点1）跨径布置——布置原则：减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求——不等跨布置大部分大跨度连续梁边跨为0.5~0.8中跨——等跨布置——中小跨度连续梁——短边跨布置特殊使用要求2）截面形式板式截面——实用于小跨径连续梁肋梁式——适合于吊装箱形截面——适合于节段施工其它3）梁高——与跨径、施工方法有关等高度梁——实用于中、小跨径连续梁，一般跨径在50~60米以下变高度梁——实用于大跨径连续梁，100米以上，90%为变高度连续梁4）腹板及顶、底板厚度顶板——满足横向抗弯及纵向抗压要求一般采用等厚度，主要由横向抗弯控制腹板——主要承担剪应力和主拉应力一般采用变厚度腹板，靠近跨中处受构造要求控制，靠近支点处受主拉应力控制，需加厚。底板——满足纵向抗压要求一般采用变厚度，跨中主要受构造要求控制，支点主要受纵向压应力控制，需加厚横隔板——一般在支点截面设置横隔板5）配筋特点纵向钢筋悬臂施工阶段配筋主筋没有下弯时布置在腹板加掖中需下弯时平弯至腹板位置一般在锚固前竖弯，以抵抗剪力连续梁后期配筋各跨跨中底板配置连续束顶板——配制横向钢筋或横向预应力钢筋腹板——下弯的纵向钢筋需要时布置竖向预应力钢筋2.连续梁桥常用施工方法一、满堂支架现浇二、简支变连续三、逐跨施工——现浇、拼装四、顶推施工五、悬臂施工——现浇、拼装3.连续梁桥内力1、恒载内力必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上1）满堂支架现浇施工所有恒载直接作用在连续梁上2）简支变连续施工一期恒载作用在简支梁上，二期恒载作用在连续梁上3）逐跨施工主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成4）顶推施工顶推过程中，梁体内力不断发生改变，梁段各截面在经过支点时要承受负弯矩，在经过跨中区段时产生正弯矩施工阶段的内力状态与使用阶段的内力状态不一致配筋必须满足施工阶段内力包络图主梁最大正弯矩发生在导梁刚顶出支点外时最大负弯矩——与导梁刚度及重量有关导梁刚接近前方支点刚通过前方支点5）平衡悬臂施工分清荷载作用的结构体现约束条件的转换主梁自重内力图，应由各施工阶段时的自重内力图迭加而成2、活载内力1）纵向——某些截面可能出现正负最不利弯矩，必须用影响线加载2）横向箱梁——专门分析多梁式——横向分布系数计算，等刚度法3、超静定次内力计算1）产生原因——结构因各种原因产生变形，在多余约束处将产生约束力，从而引起结构附加内力(或称二次力)2）连续梁产生次内力的外界原因预应力墩台基础沉降温度变形徐变与收缩4、变形计算必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上根据恒载及活载变形设置预拱度——大跨径时必须专门研究——大跨径桥梁施工控制预拱度设置原则：某节点预拱度=－（所有在该节点出现后的荷载或体系转换产生的位移）5连续梁桥次内力预应力次内力预应力初弯矩：预应力次弯矩：总预矩：徐变、收缩次内力一、徐变、收缩理论收缩——与荷载无关徐变——与荷载有关收缩、徐变与材料、配合比、温度、湿度、截面形式、护条件、混凝土龄期有关基础沉降引起的次内力一、沉降规律假定沉降规律与徐变相同沉降终极值沉降速度系数2.3刚构体系体系桥梁简介1刚构桥的体系与构造特点1)体系特点恒载、活载负弯矩卸载作用基本与连续梁接近桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小弯矩图面积的小，跨越能力大，在小跨径时梁高较低超静定次数高，对常年温差、基础变形、日照温均较敏感均布荷载q2）刚构桥的主要类型单跨刚构桥——主要用于中小跨度的跨线桥，建筑高度小ROSENSTEINBRIDGE跨度68m，跨中梁高1.65m斜腿刚构桥——受力形式接近拱桥，可获得较大跨度或较小的梁高安康汉江桥主跨为176m，中孔跨中64m连续刚构桥——用于柔性墩或大跨度高墩桥梁辅航道桥桥跨径：150+270+150mRaftsundetBridgeSpanof86+202+298+125mV型墩刚构——内部高次超静定，外部接近连续梁MAINRIVERBRIDGE82-135-82mmainspan,depthof6.5m三、常用计算图式单跨刚构桥斜腿刚构桥连续刚构桥V型墩刚构四、构造特点1、截面形式单跨刚构桥——矩形截面斜腿刚构——箱型截面、多肋式连续刚构——大跨度：变高度箱梁小跨度：多室扁箱梁V型墩刚构——箱型截面、多肋式2、节点构造角点受力特点箱型截面直角点构造箱型截面斜腿与主梁交点构造连续刚构墩柱与主梁交点构造2、铰的构造钢铰铅板铰混凝土铰五、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、采用双臂墩减小墩柱纵桥向抗推刚度4、对于长大桥梁，中间桥墩采用刚构，边墩采用连续梁体系六、预应力配索特点1、三向预应力体系腹板、顶底板——纵向预应力顶板——横向预应力腹板——竖向预应力2、纵向预应力束配置的争论是否需要弯起束和连续束日照温差次内力主梁与连续梁相同高桥墩必须考虑墩身左右侧的日照温差混凝土收缩次内力如不考虑徐变可作为降温计算终结值相当于降温15~20度徐变对收缩次内力有释放作用预应力次内力——与连续梁相同，超静定次数更高徐变次内力——与连续梁基本相同，手算很困难基础不均匀沉降次内力小跨度时比较明显大跨度时是次要因素主要施工方法悬臂施工整体浇筑