预应力混凝土连续梁桥

新世纪高职高专道路桥梁工程类课程规划类教材新世纪高职高专教材编审委员会组编主编彭彦彬第三章预应力混凝土连续梁主要介绍预应力混凝土连续梁桥的构造及施工方法。支架法、悬臂施工法、预制梁逐孔施工法是连续梁桥最常用的施工方法。悬臂施工法、顶推施工法是本章学习的难点。第一节预应力混凝土连续梁的构造连续梁优点：连续梁的承重结构（板、T梁、箱梁）不间断的连续跨越几个桥孔而形成超静定结构，具有结构刚度大，变形小，伸缩缝少和行车平顺舒适，有利于满足现代高速行车的要求等突出优点。与同跨径简支梁比，截面尺寸小，重量轻，节省材料。缺点：对地基要求高，常采用深基础，施工较复杂。适用跨径：（1）普通钢筋混凝土连续梁--15~30m（2）预应力混凝土连续梁桥--30~150m一、预应力混凝土连续梁桥的立面布置等跨与不等跨布置：大中跨径连续梁桥一般采用不等跨布置，对于采用顶推法或先简支后连续施工法施工的桥梁，为使结构简单和模式统一，需采取等跨布置。连续梁跨数不多时，一般采用奇数孔，以三跨及五跨较为常见。等截面连续梁和变截面连续梁：（一）等截面连续梁等截面连续梁一般适应于中等跨径桥梁，以40～60m为宜，也适应于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工的桥梁，立面布置以等跨径为宜（见图3-1）。图3-1等截面连续梁的立面布置图（一）等截面连续梁图3-2变截面梁的立面布置图（二）变截面连续梁（二）变截面连续梁•当连续梁的主跨跨径达到或大于70m时，采用变截面连续梁则更符合梁的内力变化规律，梁高度的变化基本与内力变化一致，使结构受力合理、造价经济。变截面布置还适合悬臂法施工的连续梁桥，施工阶段的主梁内力与运营阶段主梁内力基本一致。•变截面形式的大跨径预应力混凝土连续梁桥，当其跨数多于两跨时，其边跨一般为中跨的0.6～0.8倍左右。三跨连续梁应用最广泛，当采用箱形截面的三跨连续梁时，边孔跨径可减少至中孔跨径的0.5～0.7倍（见图3-2）。梁底立面曲线可采用圆弧线、二次抛物线及折线等。采用变截面布置不仅外形美观，还可节省材料并增大桥下净空高度。二、预应力混凝土连续梁桥的横截面型式和尺寸（一）板式截面•1.实体截面：分矩形实体截面、曲线形板式截面。实体板式截面多用于中小跨径，且多采用有支架整体浇筑施工。•2.空心截面：空心截面常用于跨径为15~30m的连续梁桥，多采用有支架整体浇筑施工。（二）肋梁式截面肋梁式截面预制方便，常采用预制架设施工，并在梁段安装后经体系转换为连续梁桥。常用跨径为25~50m，梁高取1.5~2.5m。（三）箱形截面当连续体系梁桥的跨径超过40~60m或更大时，箱形截面是最适宜的截面形式，而且箱梁底部一般较窄，与之相配的桥墩工程量可大大减少，所以在高桥墩中效果更为显著。箱形截面具有很大的抗弯和抗扭刚度，对于采用悬臂施工的桥梁尤为有利。常用的箱形截面形式有单箱单室、双箱单室、单箱双室及单箱多室等（见图3-3）。二、预应力混凝土连续梁桥的横截面型式和尺寸图3-3板式、肋式截面a）、b）实体截面c）、d）空心截面e）肋式截面二、预应力混凝土连续梁桥的横截面型式和尺寸三、横隔梁设置采用T形和I形截面的连续梁桥，因其抗扭刚度较小，为增加桥梁的整体性和使荷载有良好的横向分布，宜设置中横隔梁和端横隔梁。中横隔梁的数目及位置由主梁的构造和桥梁的跨径确定。常用的横隔梁梁肋宽度为12～20cm。箱形截面梁的抗弯及抗扭刚度大，除在支点处设置横隔梁以满足支座布置及承受支座反力需要外，可设置少量中横隔梁。对于单箱室截面，目前的趋势为不设中横隔梁。对于多箱截面，为加强桥面板和各箱间的联系，可在箱间设置数道横隔梁。四、预应力筋布置连续梁主梁的内力主要有三个：即纵向受弯、受剪以及横向受弯。预应力混凝土连续梁中预应力筋布置分为纵向、横向及竖向布置。纵向预应力抵抗纵向受弯和部分受剪，竖向预应力抵抗剪力，横向预应力则抵抗横向受弯。同时布置有三种力筋的称为三向预应力体系；同时布置有纵向与竖向或纵向与横向的称为双向预应力体系。预应力筋的数量和布筋位置都需要根据结构在使用阶段的受力状态予以确定，同时，也要满足施工各阶段的受力需要。施工方法不同，施工阶段的受力状态差别很大，因此，结构配筋必须结合施工方法考虑。（一）纵向预应力筋沿桥跨方向的纵向力筋又称为主筋，是用以保证桥梁在恒、活载作用下纵向跨越能力的主要受力钢筋，可布置在顶、底板和腹板中。预应力混凝土连续梁桥中纵向预应力筋的布置方式有多种，与所采用的施工方法以及预应力筋的种类等有密切的关系。•1.采用顶推法施工的直线形预应力筋的布置方式•2.采用先简支后连续施工方法的预应力筋布置方式•3.采用悬臂施工方法的预应力筋布置方式•4.整联现浇整根曲线形钢筋束锚固于梁端的布置方式（联长或力筋不宜过长时可分段交叉布置，在梁内、梁顶或梁底锚固预应力筋）四、预应力筋布置（二）横向预应力筋横向预应力筋是用以保证桥面板、横隔板的横向抗弯能力以及桥梁的横向整体性的主要受力钢筋，一般布置在横隔板和顶板中。（三）竖向预应力筋竖向预应力筋布置在腹板中，主要作用是提高截面的抗剪能力。竖向预应力筋在梁体腹板内沿纵向的布置间距可根据竖向剪力的分布而进行调整，靠近支点截面位置较密，靠近跨中位置较疏。竖向预应力筋常采用高强粗钢筋以减少力筋张拉锚固时的回缩损失。四、预应力筋布置第二节预应力混凝土连续梁的施工一、支架现浇施工法支架现浇施工法是直接在支架上安装模板、绑扎钢筋骨架，预留孔道，现场浇筑混凝土并施加预应力的方法。通常可以在一联桥跨上布设支架进行整体支架现浇施工，也可以仅在一跨梁上使用移动支架逐孔现浇施工。（一）整体支架现浇施工整体支架现浇施工的优点是：（1）混凝土浇筑与预应力张拉可一气呵成，连续梁整体性好，施工平稳可靠；（2）施工中不需要体系转换；（3）无需大型起重设备，施工方便。缺点是：（1）需要大量的脚手架，可能影响通航和排洪；（2）设备周转次数少，施工工期长；（3）施工费用较高。该方法适用于低矮桥墩的中小跨径连续梁桥或弯桥、宽桥、斜交桥、立交桥等复杂桥型。支架类型：1.支柱式：常用于陆地、不通航的河道或桥墩较矮的小跨径桥梁；2.梁式：梁式支架可采用工字钢，钢板梁或钢桁梁。其中工字钢适用于10m以下的跨径，钢板梁适用于20m以下的跨径，钢桁梁适用于大于20m的跨径。3.梁柱式：梁柱式支架一般在大跨径桥梁上使用，梁支承在桥梁墩台、临时支架或临时墩上，形成多跨连续支架。•常用的钢支架构造：见图3-7一、支架现浇施工法图3-7支架构造a）支柱式b）梁式c）梁柱式一、支架现浇施工法支架应满足如下要求（1）支架要承受桥梁上部的大部分恒载，必须有足够的刚度和强度；（2）在河道中施工要能抵抗水流和漂浮物的撞击；（3）支架的基础要可靠；（4）构件结合要紧密，要有足够的纵、横、斜连接杆件，使支架具有可靠的整体性；（5）支架在承受荷载后会有弹性和非弹性变形，在架设前应计算好，设置合适的预挠度，以保证梁体的外形尺寸及标高；（6）基础的允许下沉量应满足施工后梁体设计标高的要求；（7）要设置落梁设施，如木楔、砂筒和千斤顶等，以确保落架对称、均匀，使主梁不产生局部受力状态。一、支架现浇施工法整体支架现浇施工的顺序为：•采用一联同时搭设支架，按一定程序浇筑混凝土，待张拉预应力筋，压浆后移架。•对于小跨径桥梁，一般采用从一端到另一端浇筑的施工顺序为先梁身后支点，依次进行。•对于大跨径预应力混凝土箱形截面连续梁桥，施工时有两种方法：一种是水平分层施工，即先浇筑底板，待达到一定强度后再进行腹板施工，最后浇筑顶板。另一种是分段施工，即每隔20～25m设置一条连接缝，缝宽约1m，待各段混凝土浇筑完成后，最后在接缝处合龙。为使接缝处混凝土结合紧密，通常把该处腹板做成企口缝或齿形，同时腹板与底板不能在同一竖截面内接头。整体支架现浇施工程序框图：见图3-8一、支架现浇施工法一、支架现浇施工法图3-8整体支架现浇施工程序框图（二）移动支架逐孔现浇施工移动支架逐孔现浇施工与整体支架现浇施工的区别：•移动支架逐孔现浇施工仅在一跨梁上设置支架，当预应力筋张拉结束后，将支架移到下一跨施工，因此在施工过程中会出现体系转换问题，混凝土徐变对结构产生次内力。整体支架现浇施工通常在一联桥跨内布设支架连续施工，没有体系转换问题。移动支架逐孔现浇施工的主要特点：•所用支架数量较整体支架现浇施工要少，周转次数多，利用效率高，施工速度也比整体支架现浇施工快得多，但由于后支点位于悬臂端会产生较大的施工弯矩，因此该方法适用于中等跨径及结构较简单的桥梁。一、支架现浇施工法移动支架常用的形式：1.落地式：落地式支架适合于在陆地上或桥墩较低、水不深的情况下建桥。2.梁式：梁式支架的承重梁可支承在锚固于桥墩的横梁上，也可支承在已施工完成的梁体上，它适合于在较深的水中建桥。其结构形式如图3-9所示。一、支架现浇施工法图3-9移动支架逐孔现浇施工一、支架现浇施工法二、预制梁逐孔施工法•预制梁逐孔施工法：先在工厂或现场预制整跨梁或分段梁，然后将预制构件安装在墩台和轻型的临时支架上，再现浇接头混凝土，最后通过张拉部分预应力筋，使梁体集整形成连续梁。当起吊能力受到限制时，也可沿桥的横向将梁分割，分别预制，在安装形成连续梁体系后再进行横向整体化施工。•预制梁逐孔施工的优点：（1）无需满布支架，大大减少了现浇混凝土的数量；（2）施工中能连续操作，可以选择最佳的施工接缝位置；（3）可以使上部结构的预制工作和下部结构的施工同步进行，施工速度快。•缺点：（1）施工过程中结构体系不断改变；（2）需要大型的起重设备。该方法适合于中等跨径的桥梁。•预制梁逐孔施工法有两种结构体系转换的施工方式：（1）简支——连续施工；（2）悬臂——连续施工。图3-10简支——连续施工图3-11简支——单悬臂——连续施工二、预制梁逐孔施工法三、移动模架施工法•移动模架施工法：是使用移动式的脚手架和装配式的模板，在桥上逐孔浇筑施工。它像一座设在桥孔上的活动预制场，随着施工进程不断移动和连续现浇施工。•移动模架施工法的优点是：（1）模板、钢筋、混凝土和张拉工艺等整套工序均可在模架内完成，机械化、自动化程度高；（2）施工作业可周期进行，不受气候等外界因素干扰，既便于管理，又能提高工程质量，加快施工速度；（3）场地占用少，施工中不影响通行、通航。•缺点是：（1）需要一整套设备及配件，耗用钢材多，一次性投入大；（2）设备的拼装、运输、维修及养护较繁琐。该方法适用于高墩、多跨的中等跨径等截面梁桥，弯桥或坡桥也可采用。（一）移动悬吊模架•移动悬吊模架的基本结构包括三部分：承重梁、从承重梁伸出的肋骨状的横梁以及支承主梁的移动支承。•承重梁也称支承梁，通常采用钢梁，采用单梁或双梁依桥宽而定。承重梁是承受施工设备自重、模板和悬吊脚手架系统的重力和现浇混凝土重力的主要构件。承重梁的前段作为前移的导梁，总长度要大于桥梁跨径的两倍，后段通过可移式支承落在已完成的梁段上，它将重力传给桥墩或直接座落在墩顶。承重梁的前端支承在前方墩上，导梁部分悬出，因此其工作状态呈单悬臂梁。承重梁除起承重作用外，在一孔梁施工完成后作为导梁带动悬吊模架纵移至下一施工跨。图3-12移动悬吊模架的施工程序a）施工完成b）放模板，移承重梁c）前移d）就位，安装模板（一）移动悬吊模架（二）活动模架活动模架的形式较多，主要介绍两种：一种是采用两根长度大于两倍跨径的承重梁分设在箱梁截面的翼缘板下方，兼作支承和移动模架的功能，不需导梁。承重梁设置在墩顶的临时横梁上，两根承重梁间用钢螺栓框架连接。另一种是由承重梁、导梁、台车、桥墩托架和模架等构件组成，如图3-13所示。承重梁设置在混凝土箱梁两侧，用于支承模板和承受施工重力。承重梁的长度要大于桥梁跨径，浇筑混凝土时承重梁支撑在桥墩托架上。导梁主要用于运送承重梁和活动模架，需要有大于两倍桥梁跨径的长度。当一跨梁施工完成后便进行脱模卸架，由前方台车和后方台车在导梁和已完成的桥梁上面，沿纵向将承重梁和活动模架运送至下一跨，承重梁就位后导梁再向前移动。图