第三篇+连续梁桥

第三篇悬臂与连续体系梁桥1.概述——基本结构体系2.立面和横断面设计3.配筋特点4.结构内力计算5.施工方法当需要的跨度大于40~50m时，混凝土简支梁存在两个突出的瓶颈问题：•受力不合理、材料用量多，性价比差•自重大、梁高大、难施工，不美观面对这一跨度需求，解决的途径有：•钢梁用钢量大、行车性能一般；•混凝土连续梁（刚构）性能较好、工法成熟；•拱桥造型美观、造价低廉，但施工难度大；•斜拉桥跨度小于200m时优势难以发挥综合受力性能、可施工性、造价、维护因素，连续体系最为常用。•连续梁桥：温度、徐变附加内力小，适用跨度30~160m；•连续刚构桥：同等跨度内力较连续梁小，不需支座，维修费用小，仅适用于大跨高墩情况；•连续梁--刚构混合体系：适用于连续长度较大的情况；1.1悬臂梁桥1.基本概念锚跨：悬臂梁主跨悬臂跨悬臂跨2.结构类型•双悬臂梁•单悬臂梁+挂梁•多跨悬臂梁l1l1l3.受力特点•恒载下跨中弯矩比简支梁小•弯矩图面积（材料用量）比简支梁小•活载下跨中弯矩比简支梁小•静定结构，无附加内力•只设一个支座，减小桥墩尺寸，节省基础工程量。•由于存在负弯矩，梁顶产生拉裂缝82ql82ql82ql4.适用范围L=40~55m，比简支梁经济合理较少使用：•受力、施工与连续梁相似；•牛腿构造复杂、受力复杂、需维护；•行车舒适性较差1.2连续梁桥1.构造特点82ql联•每联跨数越多由于温度及混凝土收缩产生的变形越大；•跨数越少，伸缩缝越多，不利行车。•中间墩只设一个支座；•相邻联的桥墩上设两个支座。恒载、活载作用下跨中弯矩比简支梁小(经济)；恒载弯矩图总面积比简支梁小(省材料)；活载作用下的弯矩分布比较均衡（比悬臂梁合理）；温度、混凝土收缩徐变、基础变位及预加力等产生的变形受到约束，由此会附加内力。2.受力特点•悬臂节段施工法：利用挂蓝提供空中作业平台、利用预应力束将各节段联接为整体、逐段平衡对称施工的一种施工方法。•顶推施工法：利用顶推设备、滑道、导梁将预制好的梁段从岸上作业平台顶推至预定位置（期间需利用预应力束将各梁段联接为整体）的一种施工方法。•逐跨施工法：利用梁体架设设备或空中浇筑平台，逐跨架设或浇筑梁体、然后张拉预应力将梁体连结为一体的一种施工方法。主要施工方法适合采用悬臂节段施工法、顶推法、整体吊装法（先简支、后连续）进行施工；适用材料为钢筋混凝土、预应力混凝土、钢-混凝土结合梁，但钢筋混凝土连续梁仅适用于小跨度（20m）情况;适用跨度范围广，从20/30~160m均可采用，最为常见的结构体系为三跨、五跨连续梁，跨度大于160m时，应采用连续刚构等结构体系。3.适用范围优点•跨度适应能力强，从30m至300m均可；•刚度大，变形及振动小，伸缩缝少，行车平稳舒适；•施工方法成熟，造价相对较低。1.3刚构桥1.构造特点带铰刚构•有利于整体受力，剪力铰构造复杂，易损坏，不利行车，附加内力，少用带挂梁刚构•桥面伸缩缝多，不利高速行车连续刚构•主梁连续，行车平顺，墩梁固结，不设支座，大跨高墩2.1混凝土悬臂梁桥1.三跨双悬臂结构不设桥台，设钢筋混凝土搭板；悬臂（l1=0.3~0.4l）•过短，消弱卸载作用•过长，行车不利变截面2.三跨单悬臂结构锚跨边支座可能出现负反力设牛腿3.多跨双悬臂结构PC悬臂RC悬臂（负弯矩裂缝）PC截面RC截面箱型截面梁高T形截面变截面2.2混凝土连续梁桥按跨径分：等跨连续梁、不等跨连续梁；按梁高分：等高度连续梁、变高度连续梁；问题1：典型三跨连续梁如何分孔才比较合理？为什么？问题2：为什么大跨度连续梁要采用变（高度）截面而非等截面？连续梁的弯矩分布三跨连续梁合理跨径比8.0~5.0/中边LL五跨连续梁18.05.05.03.0//：：中次边边~~LLL多跨连续梁长桥综合考虑结构受力性能、施工工法（顶推法、预制吊装法、逐孔施工法）、施工工期等因素，比较综合经济指标后，常采用50~70m的等跨连续梁布置，以利于提高效率、控制质量、节省模板、加快进度。讨论:受地形地质或水文条件制约，若跨径布置无法满足上述要求时，有什么解决问题的办法?•边跨采用实心段；•中跨采用轻骨料混凝土或钢结构；•边支点设拉力支座。1.等高度连续梁中等跨度（40~80m）的情况下，也可考虑采用等截面连续梁，以解决主要矛盾（工期造价、施工方法、质量控制等）。中等跨度连续梁常用施工方法：顶推法、预制吊装法（先简支、后连续）、移动模架施工法、满堂支架施工法等。中等跨度连续梁梁高确定：既考虑成桥受力要求，又要考虑施工要求，结合二者综合确定。26~LH1161/大跨度（跨度大于80m）连续梁桥，其主要矛盾在于如何才能使之受力比较合理，一般采用变高度截面：施工阶段，跨中区域悬臂力臂大，如其梁高小、则自重小、由该区域产生的支点负弯矩亦小，反之亦然；支点截面负弯矩绝对值大于跨中正弯矩绝对值运营阶段与施工阶段的内力分布比较协调、便于施工预应力束与永久预应力束的配置；比较美观。2.变高度连续梁梁高201~151/LH支点2.51~6.11/支点跨中HH变化规律：二次抛物线、半立方抛物线。板式跨度：L=15~30m厚度：H=0.8~1.2m应用：多用于立交桥的斜交板、异形板，施工采用现浇方式。T形梁跨度：L=30~50m厚度：H=1.6~2.5m应用：受力整体性差、负弯矩区承压面积不够大，基本淘汰。第四节混凝土横截面布置3.箱形截面概念：由顶板、腹板、底板(翼板、横隔板)围合而成的箱形受弯构件。特点：受力整体性好、抗扭刚度大，比较节省材料，r大。应用：大跨度梁桥的主要截面形式；大跨度斜拉桥、悬索桥加劲梁的主要截面形式。变截面变厚度•单箱单室•单箱多室•多箱单室•多箱多室悬臂翼板翼板悬臂越大，在相同桥宽的情况下，底板宽度越小，因此，应尽可能采用大挑臂翼板，以节省材料、美化观瞻，目前悬臂长度多在b=3~5m。翼板为单悬臂板，悬臂长度越大、根部受力越大，悬臂长度多在b=3~5m时，根部厚度60～70cm；直线变化至端部，端部厚度15~20cm；主控因素：桥宽B，当B＜12m，单箱单室；12m＜B＜20m，单箱双室；B＞20m，分离式双箱；次控因素：施工方便性、施工进度；箱室数量顶板功能：整体受弯——箱梁的受压（拉）区；局部受弯、冲切——行车道板；控制因素：单向板的弯曲受力要求（板的跨度为腹板间距）；纵横向钢筋布置构造要求；厚度取值：一般情况下，箱梁顶板厚度t=25~30cm；顶板腹板腹板功能：抗剪；多采用直腹板（方便施工）；控制因素：剪力包络图、纵竖向钢筋布置构造要求；变化规律：与剪力包络图类似，一般情况下，支点处腹板厚度40~50cm，跨中腹板厚度20~30cm（满足构造要求即可），从支点至跨中采用直线或折线变化。剪力分布腹板厚度底板功能：箱梁整体抗弯的受压（拉）区；控制因素：弯矩包络图、纵向钢筋布置构造要求；变化规律：与弯矩包络图类似，一般情况下，支点处底板厚度50~70cm，跨中底板厚度20~30cm（满足构造要求即可），从支点至跨中采用直线或抛物线变化。底板横隔板作用：增加截面横向刚度，限制畸变应力。设置方式：支点（以利于支反力传递），跨中，设人孔。倒角（梗腋）：避免产生应力集中现象，利于钢筋布置，一般尺寸为30×30cm，也可做得大一些（类似承托）。第三章配筋与其他构造一、悬臂梁桥配筋•悬臂和支点：主钢筋布置在梁的顶部•跨中：主钢筋布置在梁的底部预应力筋的重心线顶推法：常用逐段接长、逐次张拉力筋的方法。（复杂）先简支后连续：分段配筋，体系转换后二次张拉。二、连续梁桥配筋悬臂法：纵向：悬臂节段施工应力、变形控制需求；成桥运营节段混凝土压应力控制。横向：顶板、翼板弯曲应力控制需求竖向：抗剪需求；腹板混凝土主拉应力控制箱梁三向预应力第二节箱梁三向预应力设计•纵向：波纹管+钢绞线+夹片式锚具；•横向：无粘结钢绞线、扁锚；•竖向：精轧螺纹钢、螺纹锚；预应力常用材料悬臂施工法布置方式:顶板束、腹板束、底板束•顶板束：对受拉区混凝土预压、控制梁体挠度；•腹板束：提供竖向分力、抵消部分剪力；•底板束：仅布置在跨中正弯矩区，对跨中下缘混凝土预压；预应力钢筋布置——纵向目的：增强顶板、翼板的抗弯能力，防止顶板、翼板开裂；设置情况：顶板跨度大于5m、翼板悬臂长度超过3m，以及0#块的横隔板（受力复杂）；材料：（1~3股构成的）一束无粘结预应力钢绞线、扁锚；布置间距d：分散布置，每0.5~1m布置1束（取决于张拉吨位、翼板宽度、扩散角）。预应力钢筋布置——横向预应力筋作用：提高梁体抗剪能力，降低腹板的主拉应力量值，避免出现斜裂缝；还可作挂篮的后锚钢筋。布置：分散均匀布置，0.5~1m布置1束（取决于张拉吨位、扩散角）;位置：腹板内材料：精轧螺纹钢筋。预应力钢筋布置——竖向预应力筋体外布筋：不需预留孔道、不削弱主梁截面，便于更换，但内力臂相对较小，预应力束利用效率不够高，多用于桥梁加固。墩梁固结、不设支座，桥墩分担部分梁体弯矩（压弯构件）；梁体受力与连续梁基本一致，但相同跨径下受力较连续梁小15%左右；梁高稍小一些，相对比较经济；受桥墩抗推刚度的约束，温度、收缩徐变产生的附加内力比连续梁桥的大；但随着墩高增大（抗推刚度减小），协调变形能力增强、附加内力减小。仅适用于大跨高墩情况，一般L=100~300m，H20m连续刚构桥连续刚构的梁高变化、截面构造、钢筋布设等梁体构造均与连续梁基本相同，但梁高稍小。主要构造区别有二：墩梁固结：在墩顶设横隔板、竖向预应力筋，以利传递轴力与弯矩；桥墩必须为柔性墩：采用高墩、板式薄壁墩、分离式薄壁墩；问题1：为什么一定要采用高墩或柔性墩？在梁体温度、收缩徐变所需的变形⊿给定的情况下（⊿仅取决于跨度布置、材料性能及外部环境），⊿所产生的墩顶水平力P为:该项水平力P在桥墩中产生线性分布的弯矩。为使此弯矩量值较小，主要途径有二：•减小桥墩刚度EI；•增大墩高H。33HEIP问题2：双薄壁墩会使梁体受力产生什么变化？作用:有效削减墩顶负弯矩峰值；增大悬臂施工阶段的稳定性与抗扭能力。•双薄壁常用矩形截面，双墩中心距为Lb251~201第二节超静定结构影响力•超静定结构：多余约束产生多余约束，使得桥梁结构产生附加内力，即结构影响力。•预加力、基础变形、温度变化、混凝土收缩徐变。eNMy0'M'MMMN0第五章施工方法简介一、有支架浇筑施工法二、逐跨施工法三、平衡悬臂施工法1、施工关键墩梁固结体系转化连续梁——体系转换是指将墩梁固结约束解除，此时桥墩所承受的弯矩将交由梁体承担；连续刚构——体系转换过程较为简单；墩梁临时固结措施：竖向预应力束+混凝土垫块；如果连续梁施工过程完全对称、施工荷载完全对称，则桥墩在悬臂施工阶段不受弯、体系转换所产生的附加弯矩为零。0#悬臂浇筑周期：挂篮前移、调整、立模绑扎钢筋浇筑混凝土并养生、拆模张拉预应力筋准备挂篮前移2、施工方法分类悬臂拼装梁段预制、移位、堆放和运输——梁段起吊拼装——施加预应力llll1l10#1#2#3#4#5#1.悬浇（或悬拼）施工2.满堂支架现浇边跨3.拆除1#、4#临时支座，体系转换4.第2、第4跨合拢段浇筑5.第2、第4跨合拢后，拆模llll1l10#1#2#3#4#5#6.拆除2#、3#临时支座，体系转换llll1l10#1#2#3#4#5#7.第3跨合拢段现浇8.第3跨合拢合拢后，拆模7.8.4.5.恒载弯矩合成图6.3.2.1.llll1l10#1#2#3#4#5#四、顶推施工法在桥台后引道上预制等高度箱型梁端在上下一般内施加承受施工中变号的预应力利用水平千斤顶将箱梁向前推移直至最终位置调整预应力比较三跨连续梁和三跨简支梁受力。三跨连续梁跨径之比常采用何种比例？为什么？为什么大跨径连续梁多采用变截面？连续梁横断面多采用何种截面？其优点有