第二篇 钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥

第二篇钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥第一章概述第一节钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的一般特点第二节梁桥的主要类型及其适用情况第二章桥面布置与构造第一节桥面组成与布置第二节桥面铺装、防水及排水设施第三节桥面伸缩装置第四节人行道、栏杆与灯柱第三章板桥的构造第一节板桥的特点第二节简支板桥的构造第三节悬臂与连续板桥的构造特点第四节斜板桥的受力特征与构造第四章装配式简支梁桥的构造第一节装配式简支梁桥的构造类型第二节装配式钢筋混凝土T形梁桥第三节装配式预应力混凝土T形梁桥第四节组合式梁桥第五章荷载横向分布计算第一节概述第二节杠杆原理法第三节偏心压力法第四节考虑主梁抗扭刚度的修正偏心压力法第五节铰接板(梁)法和刚接板(梁)法第六节比拟正交异性板法第七节剪力荷载横向分布系数计算第六章简支梁桥的计算第一节主梁结构内力计算第二节横隔梁内力计算第三节桥面板的计算第四节结构挠度与预拱度计算第五节计算举例第七章悬臂和连续体系梁桥第一节悬臂和连续体系梁桥的一般特点第二节钢筋混凝土悬臂和连续体系梁桥的一般构造第三节预应力混凝土T型刚构桥第四节预应力混凝土连续体系梁桥第五节悬臂和连续体系梁桥计算要点第八章桥梁支座第一节概述第二节支座的类型和构造第三节支座的计算第一章概述钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥都是采用抗压性能好的混凝土和抗拉能力强的钢筋结合在一起建成的。梁桥是指结构在垂直荷载作用下，支座只产生垂直反力的无推力梁式体系的桥梁。钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥，按施工方法不同可分为整体式梁桥和装配式梁桥。钢筋混凝土与预应力混凝土梁桥在桥梁工程中占有较重要的地位，至今绝大多数中、小跨桥梁都属于钢筋混凝土与预应力混凝土梁式结构。第一节钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的一般特点一、钢筋混凝土梁桥的一般特点钢筋混凝土梁桥是钢筋混凝土结构的一种结构类型，因此，它具有钢筋混凝土结构的所有特点，即：混凝土骨料可以就地取材，因而成本低；耐久性好，维修费用极少；材料可塑性强，可以按照设计意图做成各种形状的结构；可以采用装配式结构，工业化程度高，既提高工程质量又加快施工进度；整体性好，结构刚度大，变形小；噪声小等。钢筋混凝土梁桥，也有一些明显的不足之处：在钢筋混凝土梁桥中，在梁的受拉区布置有受力的钢筋，以承担外荷载产生的拉应力，钢筋和混凝土粘结在一起共同变形，由于受到混凝土裂缝宽度的限制，所以钢筋的拉应变或应力也将受到相应的制约。另外，就地浇筑的整体式钢筋混凝土梁桥，由于施工工期长，消耗的支架和模板多，而且施工受季节的影响很大，往往会使施工费用增加。装配式钢筋混凝土简支梁桥，其经济合理的最常用跨径在20m以下。悬臂梁与连续梁桥合宜的常用跨径约为60～70m以下。二、预应力钢筋混凝土梁桥的一般特点预应力混凝土梁桥除了具有钢筋混凝土梁桥的所有优点外，还有下述重要特点：1.能最有效地利用现代化的高强材料(高强度混凝土、高强度钢材)，减小构件截面，显著降低自重所占全部设计荷载的比重，增大跨越能力，并扩大混凝土结构的适用范2.与钢筋混凝土梁桥相比，一般可以节省30～40%钢材，跨径愈大，节省愈多。3.全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，即使4.预应力技术的采用，为现代装配式结构提供了最有效的接头和拼装手段。要建造好一座预应力混凝土桥梁，首先要有作为预应力筋的优质高强度钢材和高强度混凝土，同时需要有一整套专门的预应力张拉设备和材质好、制作精度高的锚具，并且要掌握较复杂的施工工艺。预应力混凝土简支梁的最大跨径已达76m，连续刚构桥的最大跨径已达301m。第二节梁桥的主要类型及其适用情况图2-1-1示出钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥各种体系的基本图式。一、按承重结构的静力体系分类(一)简支梁桥简支梁桥是梁桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型(图2-1-1a)。在钢筋混凝土简支梁桥中，经济合理的常用跨径在20m以下。我国预应力混凝土简支梁的标准跨径在40m以下。(二)将简支梁梁体加长，并越过支点就成为悬臂梁桥。仅梁的一端悬出的称为单悬臂梁(图2-1-1b)；两端均悬出的称为双悬臂梁(图2-1-1c)。无论是钢筋混凝土或预应力混凝土悬臂梁桥，在实际桥梁工程中均较少采用。NEXTBACKNEXTT型刚构桥是一种具有悬臂受力特点的梁式桥。因墩上伸出悬臂，形同T形，由此而得名。钢筋混凝土T形刚构桥(图2-1-1d)是从墩上伸出较短的悬臂，跨中用简支挂梁组合而成。预应力混凝土T型刚构桥分为跨中带剪刀铰和跨中设挂梁的两种基本类型，见图2-1-1e和f。其中带铰的T型刚构桥是超静定结构；跨中设挂梁的T型刚构桥是静定结构。钢筋混凝土T型刚构桥常用跨径在40～50m左右，预应力混凝土T型刚构桥的常用跨径可在60～200m。(三)将简支梁梁体在支点上连续而成连续梁桥(图2-1-1g)。钢筋混凝土连续梁桥同悬臂梁桥一样，因在施工上和使用上存在同样缺点而应用甚少，而预应力混凝土的连续梁的应用却非常广泛。预应力混凝土连续梁桥的常用跨径范围为40～160m，最大跨径已达210m连续刚构桥是预应力混凝土梁式桥型之一(图2-1-1h和i)，它综合了连续梁桥和T型刚构桥的受力特点，将主梁做成连续梁体与薄壁桥墩固结而成。二、按承重结构横截面型式分类(一)板桥板桥的承重结构是矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板（图2-1-2）。(二)肋梁桥在承重结构横截面内形成明显肋形结构的梁桥称为肋梁桥。在此种桥上，梁肋(或称腹板)与顶部的钢筋混凝土桥面板结合在一起作为承重结构(图2-1-4)。(三)箱形梁桥横截面呈一个或几个封闭箱形的梁桥简称为箱形梁桥。图2-1-5a和b所示为单室和多室的整体式箱形梁桥的横截面。图2-1-5c表示装配式的多室箱形截面，腹板和底板的一部分构成L型和倒T型的预制构件，在底板上留出纵向的现浇接头，顶板采用微弯板型式以节省钢材。第一节桥面组成与布置一、桥面的组成钢筋混凝土和预应力混凝土桥的桥面部分通常包括桥面铺装、防水及排水设施、伸缩装置、人行道(或安全带)、缘石、栏杆与护栏、灯柱等构造。桥面直接与车辆、行人接触，它对桥梁的主要结构起保护作用，使桥梁能够正常使用。第二章桥面布置与构造二、桥面的布置(一)双向车道布置双向车道布置是指行车道的上下行交通布置在同一桥面上。(二)分车道布置行车道的上下行交通，在桥梁上按分隔设置式进行桥面布置，因而上下行交通互不干扰，可提高行车速度，便于交通管理。分车道布置可在桥面上设置分隔带，用以分隔上下行车辆，如图2-2-2a所示。也可以采分离式主梁布置，在主梁间设置分隔带，见图2-2-2b。有的桥梁采用分离式主梁，在两主梁间的桥面上不加联系，各自通行单向交通，见图2-2-2c。分隔带可以采用混凝土制作的护栏，如图2-2-3a所示，可用盖板分离，也可采用钢杆或钢索(链)分隔。钢制护栏的构造见图2-2-3b，护栏的立柱用盘状锚筋和垫板、螺栓锚固在梁的翼缘板上，以防止上拔。图2-2-2a图2-2-2分车道的桥面布置（尺寸单位：m）BACKBACK第二节桥面铺装、防水及排水设施一、桥面铺装桥面铺装即行车道铺装，亦称桥面保护层，它是车轮直接作用的部分。桥面铺装的作用在于防止车辆轮胎直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，并对车辆轮重的集中荷载起分布作用。装配式钢筋混凝土、预应力混凝土梁桥一般采用水泥混凝土或沥青混凝土铺装，其厚度为0.06～0.08m。桥面铺装一般不作受力计算。｀二、桥面纵、横坡桥面设置纵横坡，以利雨水迅速排除，防止或减少雨水对铺装层的渗透，从而保护了行车道板，延长桥梁使用寿命。桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡，在桥中心设置竖曲线，纵坡一般以不超过3%为宜。对于沥青混凝土或水泥混凝土铺装，横坡一般采用1.5～2.0%。行车道路面普遍采用抛物线型横坡，人行道则用直线型。常用的设置型式有以下几种：1.对于板桥或就地浇筑的肋梁桥，可以将横坡直接设在墩台顶部，而使桥梁上部构造做成双向倾斜，此时，铺装层在整个桥宽上做成等厚的；2.在装配式肋板式梁桥中，为使主梁构造简单、架设与拼装方便，通常横坡不设在墩台顶部，而直接设在行车道板上。先铺设一层厚度变化的混凝土三角形垫层，形成双向倾斜，再铺设等厚的混凝土铺装层；3.在装配式肋板式梁桥中，也有通过支座垫石高度变化来形成横坡，而免去做三角垫层的工序，使得施工简便；4.在比较宽的桥梁(或城市桥梁)中，用三角垫层设置横坡将使混凝土用量或恒载重量增加太多。为此，可将行车道板做成倾斜面而形成横坡。三、防水层桥面的防水层，设置在行车道铺装层下边，它将透过铺装层渗下的雨水汇集到排水设施(泄水管)排出。国内常用的为贴式防水层，由两层防水卷材(如油毛毡)和三层粘结材(沥青胶砂)相间组合而成，一般厚0.01～0.02m。行车道板与铺装层之间是否设置防水层应视当地气温、桥梁结构和桥面铺装型式等具体情况而定。图2-2-5中示出两种不同的桥面铺装型式。NEXTBACKNEXT四、桥面排水设施当桥面纵坡大于2%，而桥长大于50m时，为防止雨水积滞桥面就需要设置泄水管，每隔桥长12～15m设置一个。当桥面纵坡小于2%时，泄水管就需要设置更密一些，一般每隔6～8m设置一个。泄水管的过水面积通常每平方米桥面上不少于2×10-4～3×10-4m2。泄水管可沿行车道两侧左右对称排列，也可交错排列。泄水管离缘石的距离为0.10～0.50m，见图2-2-5a。泄水管也可布置在人行道下面，见图2-2-6。桥面水通过设在缘石或人行道构件侧面的进水孔流入泄水孔，并在泄水孔的三个周边设置相应的聚水槽，起到聚水、导流和拦截作用。为防止大块垃圾进入，堵塞泄水道，在进水的入口处设置金属栅门。钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥上的泄水管道有下列几种(一)金属泄水管图2-2-7a所示为一种构造比较完备的铸铁泄水管，适用于具有防水层的铺装结构。泄水管的内径一般为0.10～0.15m，管子下端应伸出行车道板底面以下至少0.15～0.20m，以防渗湿主梁梁肋表面。(二)钢筋混凝土泄水管图2-2-7b所示为钢筋混凝土的泄水管构造，它适用于不设防水层而采用防水混凝土的铺装构造上，布置细节可参见图2-2-5a。NEXTBACK(三)横向排水孔对于一些跨径不大，不设人行道的小桥，有时为了简化构造和节省材料，可以直接在行车道两侧的安全带或缘石上预留横向孔道，用铁管或竹管等将水排出桥外(图2-2-8)。管口要伸出构件0.02～0.03m以便滴水。(四)封闭式排水系对于城市桥梁、立交桥及高速公路上的桥梁，应该避免泄水管挂在板下，这样既影响桥的外观，又有碍公共卫生。完整的排水系统应将排水管道直接引向地面，如图2-2-9所示。小跨径桥，纵向排水管中的水应在箱梁中或在主梁腹板内侧通往桥台，并用管道引向地面。在活动支座处，竖向管道的连接应使桥梁的纵向活动不受影响。在长桥中，纵向排水管可通向一个设在台帽上的大漏斗中排水。排水管道原则上不许现浇在混凝土内，因为冬天水管的堵塞可能冻裂混凝土，而应采用在混凝土中预留孔在箱梁或箱墩中设置的排水管道系统，要在箱孔的深处预先考虑2～3个排水线路，以免一路受阻或爆裂而影响排水功能。第三节桥面伸缩装置一、对伸缩装置的要求为使车辆平稳通过桥面并满足桥面变形，需要在桥面对桥面伸缩装置，在设计与施工中，应全面考虑下述要求：1.2.3.4.5.在设置伸缩装置处，栏杆与桥面铺装都要断开。伸缩装置必须与桥面牢固连接，如结构埋置太浅，在车辆不断冲击下会使其附近的桥面铺装崩碎破坏。在选择伸缩装置类型时，主要取决于因温度变化、混凝土徐变及收缩引起的桥梁的伸缩量。桥梁伸缩量的大小由计算确定，并考虑其他因素影响再增加20%的安全富裕量。二、伸缩装置的类型(一)锌铁皮伸缩装置对于中小跨径的桥梁，当变形量在2～4cm以内时，常采用以锌铁皮为跨缝材料的伸缩装置，其构造如图2-2-10a所示。处于人行道部分的伸缩装置，通常就用一层U型锌铁皮跨搭，其上再填充沥青膏来实现，其构造如图2-2-10b所示。(二)钢板伸缩装置对于