第五章-混凝土梁桥构造与设计要点

桥梁工程(BridgeEngineering)授课人：杨果岳土木工程与力学学院桥梁工程2008-4-6第五章混凝土梁桥§1概述§2板桥的构造§3简支梁桥的构造§4悬臂体系和连续体系梁桥的构造--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------桥梁工程2008-4-6概述梁桥指结构在垂直荷载作用下，支座只产生垂直反力而无推力的梁式体系桥的总称。•静力特性：①简支梁式桥；②连续梁桥；③悬臂梁桥；④T形刚架桥。•截面形式：①板式梁桥；②肋梁式梁桥；③箱形梁桥。•预应力度：①普通钢筋混凝土；②部分预应力混凝土；③全预应力混凝土梁桥。桥梁工程2008-4-6•按施工方法分类：整体浇筑式梁桥和预制装配式梁桥按装配式结构块件划分方式的不同，分为：纵向竖缝划分、纵向水平缝划分和纵、横向竖缝划分。T形梁横截面组合式梁桥横截面横向分段装配式梁（串连梁）桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6多跨悬臂梁桥多跨悬臂梁桥多跨连续梁桥T形刚构桥连续刚构桥连续刚构桥桥梁工程2008-4-6缺点：①自重大。②钢筋混凝土梁带裂缝工作。混凝土材料是抗拉性能极差的一种材料，处于受拉区的混凝土容易出现裂缝。混凝土梁桥的特点①造价低，可就地取材②耐久性好，混凝土耐久性好，耐高温③可塑性强，以按照设计意图做成各种形状的结构，例如适应线形的变化做成曲线桥。④刚度大优点：桥梁工程2008-4-6①预应力的作用。通过张拉预应力筋，使受拉区预先储备一定的压应力，在外力作用时，混凝土可不出现拉应力或不出现超过某一限值的拉应力。②全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝。③节省材料，提高桥梁的跨越能力。与钢筋混凝土梁桥相比，一般可节省钢材30％－40％，跨径愈大节省愈多。④更适合于装配式桥梁。如悬臂拼装、顶推法和旋转施工法在预应力混凝土梁桥中得到新的发展，可根据需要在结构纵、横向和竖向任意分段，施加预应力，即可集成理想的整体。预应力混凝土梁桥的特点桥梁工程2008-4-6第一节板桥的构造板桥的优点是建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装配施工时，预制构件重量小、架设方便。主要缺点是：跨径不宜过大。从结构静力体系来看，可分为简支板桥、悬臂板桥和连续板桥。板桥横截面图桥梁工程2008-4-6一、整体式简支板桥的构造实体式等厚度的矩形截面肋板式截面：减轻自重桥梁工程2008-4-6常用跨径一般在8m以下，板厚与跨径之比一般为1/12～1/16。桥面宽度往往大于跨径，实际上双向受力状态。当桥面板宽较大时，除配置纵向的受力钢筋外，尚应计算配置板的横向受力钢筋。钢筋混凝土整体式简支板桥构造桥梁工程2008-4-6二、装配式简支板桥的构造1）矩形实心板梁桥实心板截面形状简单、施工方便、建筑高度小、结构整体刚度大，梁高一般为0.16-0.36m左右，适合于小跨径桥梁。装配式板桥梁高与跨径结构类型截面型式l（m）h（m）钢筋混凝土实心1.580.160.36空心6130.40.8预应力混凝土实心空心8200.40.85桥梁工程2008-4-6当跨径增大时，应采用空心板截面，不仅能减轻自重，而且能充分利用材料。2）空心板桥顶部略呈拱形，可以节省一些钢筋施工时可用无缝钢管(或充气囊)作芯模，但挖空率小，质量较大芯模则由两个半圆和两块侧模板组成桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6跨径8m装配式空心板桥的构造图桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6先张法预应力混凝土空心板桥钢筋布置图（单位：cm，钢筋直径：mm）桥梁工程2008-4-63）装配式板桥的横向连接装配式板桥板块之间必须采用横向连接构造．以保证板块共同承受车辆荷载。常用的横向连接方式有企口混凝土铰连接和钢板焊接连接。（1）企口混凝土铰联接企口混凝土铰接型式有圆形、菱形和漏斗形三种实践证明：企口式混凝土铰能保证传递横向剪力，使各块板共同受力。企口混凝土铰接型式C25~C40号细骨料砼填实铺装层参与受力桥梁工程2008-4-62）钢板焊接联接如果要加快工程进度，也可以采用钢板连接。就是将钢板N1焊在相邻两块件的预埋钢板N2上。钢板连接构造(单位：cm)纵向中距80~150cm，跨中较密，向两端支点逐渐减疏。桥梁工程2008-4-6•简支梁桥（simply-supportedbeambridges）属于静定结构，它受力明确，构造简单，施工方便，是中小跨度桥梁中应用最广泛的桥型。简支肋梁桥的上部构造由主梁、横隔梁、桥面板、桥面构造等部分组成。这类桥梁可采用整体现浇和预制装配两种不同的方式进行施工。第二节简支梁桥的构造桥梁工程2008-4-6主梁是桥梁的主要承重结构；横隔梁保证各根主梁相互结成整体，以提高桥梁的整体刚度；主梁的上翼缘构成桥面板，组成行车(人)平面．承受车辆(人群)荷载的作用。桥梁工程2008-4-6一、整体式简支T形梁桥整体式梁桥在城市立交桥中应用较广泛，具有整体性好、刚度大、易于做成复杂形状等优点，多数在桥孔支架模板上现场浇筑，个别也有整体预制、整孔架设的情况。整体式梁桥横截面1.为了减小桥面板的跨径，在两根主梁之间设置次纵梁，如图b。2.桥面板的跨中板厚不应小于10cm。桥面板与梁肋衔接处一般都设置承托结构。桥梁工程2008-4-6二、装配式简支T形梁桥装配式简支梁桥具有建桥速度快、工期短、模板支架少等优点而应用广泛。主梁的横截面形式可分为形、T形和箱形。装配式梁简支梁横截面最为普遍制造简单整体性好接头方便桥梁工程2008-4-6装配式钢筋混凝土T形梁桥概貌桥梁工程2008-4-6装配式T形简支梁桥的构造布置①主梁布置及构造当桥面宽度已知后，选定主梁的间距是主要的问题。对于跨径大一些的桥梁，适当加大主梁间距减少片数，钢筋混凝土的用量会少些；但此时桥面板的跨径增大，悬臂翼缘板端部较大的挠度对引起桥面接缝处纵向裂缝的可能性也大些。主梁梁肋厚度在满足抗剪要求后，可适当减薄；梁肋端部可逐渐加宽；对于预应力主梁梁肋，一般做成马蹄形。桥梁工程2008-4-6主梁尺寸变化范围较大桥梁工程2008-4-6预应力筋的布置：束筋锚固在梁端梁高受限时，部分力筋弯出梁顶。桥梁工程2008-4-6②桥面板（翼缘板）的布置与构造•一般为变厚形式，端部较薄，向根部逐渐加厚。翼缘根部（与梁肋衔接处）厚度应不小于梁高的1/10，边缘厚度不应小于10cm。•主梁吊装就位后，当设横隔梁时，必须借助横隔梁与翼缘板的接头将所有主梁连成整体；对于少横隔梁的主梁，应在翼缘板上加设接头和加强桥面铺装。桥梁工程2008-4-6常用的桥面板横向连接有焊接和湿接接头两种：•焊接接头：概念：用钢板或螺栓将相邻两片梁翼板和横隔板焊接起来形成横向联系的方法。优点：施工方便、连结速度快、焊接后能立即承受荷载。缺点：耗费钢材较多、需要有现场焊接设备，且有时需在桥下进行仰焊，有一定困难，整体性效果稍差一些。桥梁工程2008-4-6湿接接头概念：系主梁预制时，将翼板端部预留出一部分，钢筋外伸。梁架设就位后，将相邻两翼板的钢筋焊接相连，然后支撑板现浇接缝混凝土，使各片梁横向连结形成整体。优点：节省钢板用量、整体性好缺点：施工较复杂、接缝混凝土养生达到初期后方能承受荷载。桥梁工程2008-4-6横隔梁在装配式T梁中起着保证各根主梁互相连结成整体的作用，刚度愈大，桥梁的整体性愈好。③横梁布置及构造桥梁工程2008-4-6•端横梁：T梁的端横隔梁是必须设置的，它不但有利于构件的稳定性，而且能显著加强全桥的整体性；与主梁同高。•内横梁：每隔5.010.0m设置一道，高度取主梁高度的0.70.9倍，厚1518cm，可挖空。桥梁工程2008-4-6横隔梁横向连接构造a.刚性接头(钢板焊接接头)刚性接头既可承受弯矩，也可承受剪力b.铰接接头(扣环式接头)铰接接头，只能承受剪力钢板铰接接头扣环式接头桥梁工程2008-4-6装配式梁简支T梁横隔板构造桥梁工程2008-4-6装配式梁简支T梁端隔板构造桥梁工程2008-4-6装配式梁简支T梁横隔板构造桥梁工程2008-4-6装配式梁简支T梁横隔板构造桥梁工程2008-4-6桥梁工程2008-4-6三、组合梁桥•用纵向水平缝将桥梁的梁肋部分与桥面板（翼板）分隔开来，使单梁的整体截面变成板与肋的组合截面。•施工时先架设梁肋，再安装预制板，最后在接缝内或连同在板上现浇一部分混凝土使结构连成整体。•组合梁桥两种形式：•分阶段受力。Ｉ形——混凝土简支梁桥箱形——预应力混凝土梁桥桥梁工程2008-4-6•普通钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥的经济跨径分别为20m和40m左右。超过此跨径范围，不经济。•为了降低材料用量指标，对于较大跨径的桥梁采用能减小跨中弯矩的悬臂体系、连续体系梁桥等。第三节悬臂体系和连续体系梁桥的构造桥梁工程2008-4-6一、悬臂体系梁桥1．悬臂梁桥1)结构类型①不带挂梁的单孔双悬臂梁②带挂梁的多孔悬臂梁桥桥梁工程2008-4-62）力学特点属于静定体系悬臂梁利用悬出支点以外的伸臂，使支点产生负弯矩对跨中正弯矩产生有利的卸载作用，跨中正弯矩大大减小由于弯矩图面积的减小，跨越能力增大体系形式：双悬臂、单悬臂、双悬臂加挂梁、T形刚构缺点：悬臂端容易下挠，行车舒适性较差桥梁工程2008-4-63）构造特点①跨径布置（各跨跨径比，悬臂长与跨径比）跨线的单孔双悬臂梁桥：中孔跨径由跨线行车净空的要求确定。主梁为T型截面时，悬臂长度一般为中跨长度的0.3~0.4倍;当采用箱型截面时，悬臂长度可适当加大，但不能超过中跨长度的0.5倍。跨河的单孔双悬臂梁桥和三跨带挂梁的单悬臂梁桥:中孔为悬臂孔，跨度由通航净空决定，其中挂梁长度lg一般为(0.4～0.6)l。当不受上述这些条件限制时，就可按照梁的弯矩包络图面积为最小的原则来确定边孔与中孔径的划分。桥梁工程2008-4-6②截面形式在支点附近要承受较大的负弯矩，支点截面的底部受压区往往需要加强。吊装时采用肋梁；悬臂施工时采用箱梁。跨径50m以上时宜采用箱梁。悬臂部分（锚孔）一般采用肋梁，便于吊装。挂孔马蹄形的T形截面底部加宽的T形截面桥梁工程2008-4-6③梁高一般采用变高度梁，支点梁高/跨中梁高=2～2.5优点：增加支点抗弯能力，不增加很多的弯矩底缘曲线：抛物线、正弦曲线、圆弧、折线箱形截面腹板及顶、底板单箱室箱形截面桥梁工程2008-4-64）适用情况悬臂梁桥在施工和成桥运营阶段两者受力状态是一致的，非常适用于悬臂施工方法。在支点附近梁的上翼受拉，容易出现裂缝；悬臂端与挂梁衔接处的挠曲线产生不利于行车的折点。故目前很少采用。桥梁工程2008-4-62.T形刚构桥T形刚构是一种墩与梁固结、具有悬臂受力特点的梁式桥。与简支梁桥相比，具有较大的跨越能力。分为跨中带剪力铰和跨中设挂梁两种基本类型。均布荷载q卸载弯矩类似于悬臂梁适合于悬臂施工、节省支座跨中的伸缩缝，易损坏行车条件不好适合于中等以上跨径桥梁桥梁工程2008-4-61)分类及力学特点①带挂梁的T构桥型属静定结构，不受温度及基础沉降产生次内力的影响;采用悬臂法施工，施工与运营阶段受力状态一致；与带剪力饺的T形刚构桥相比，其受力和变形性能均略差一些，但没有后者为设置剪力铰进行强迫合龙以及更换剪力铰处支座的麻烦；主要缺点是桥面上伸缩缝增多，对于高速行车不利。桥梁工程2008-4-6②带铰的T构桥型超静定结构。带铰的T形刚构，它的上部结构全部是悬臂部分，相邻两悬臂通过剪力铰相连结。剪力铰是一种只能传递竖向剪力，但不能传递水平推力和弯矩的连结构造。桥梁工程2008-4-62)构造特点对于钢筋混凝土T构桥，挂梁的经济长度一般在跨径的0.5～0.7范围内；预应力混凝土T构的挂梁经济长度一般在跨径的0.22～O.50范