预应力混凝土连续梁桥

一预应力混凝土连续梁桥1.力学特点及适用范围连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。作为超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使桥梁结构产生次内力。由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂，能充分发挥高强材料的特性，促使结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力，加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、超载能力大、养护简便等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和大跨径的桥梁。2.立面布置预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题，可以设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式（图1）。结构形式的选择要考虑结构受力合理性，同时还与施工方法密切相关。aba.不等跨不等截面连续梁b.等跨等截面连续梁图1连续梁立面布置1．桥跨布置根据连续梁的受力特点，大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置，但多于三跨的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。当采用三跨或多跨的连续梁桥时，为使边跨与中跨的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的0.8倍为宜，当综合考虑施工和其他因素时，边跨一般取中跨的0.5～0.8倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通航（车）净空及地质条件等因素的限制，并且同时总长度受到制约时，可采用多孔小边跨与较大的中间跨相配合，跨径从中间向外递减，以使各跨内力峰值相差不大。桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥、选用顶推法施工或者简支—连续施工的桥梁，多采用等跨布置，这样做结构简单，统一模式。等跨布置的跨径大小主要取决于经济分跨和施工的设备条件。连续梁跨数以三跨连续梁用得最为广泛，连续梁桥连续超过五跨时的内力情况虽然与五跨时相差不大，但连续过长会造成梁端伸缩量很大，需设置大位移量的伸缩缝，因此，连续跨数一般不超过五跨。2．梁高选择（1）变截面连续梁桥连续梁桥支点截面负弯矩绝对值比跨中正弯矩大，采用变截面形式符合受力特点，同时变截面梁一般采用悬臂法施工，变高度梁与施工阶段内力相适应。从美学观点看，变高度梁比较有韵律感。变截面梁的梁底线形可采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。二次抛物线与连续梁的弯矩变化相适应，最常采用。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁高Hs约为最大跨径lm的1/15~1/20，跨中梁高H约为支点梁高的Hs的1/1.6~1/2.5。(2)等截面连续梁桥连续梁桥采用等截面布置，构造简单、预制定型、施工方便，随着施工方法的发展愈来愈受到重视。中等跨径40～60m的连续梁桥，若采用预制装配施工和就地浇筑施工，为便于预制安装和模板周转使用，宜选用等截面布置。采用顶推法施工，为便于布置顶推和滑移设备，一般均采用等截面梁。对于长桥，选用中等跨径，采用逐跨架设施工和移动模架法施工，按等截面布置最为有利，它可以使用少量施工设备完成全桥的施工。等截面连续梁桥的梁高，在拟定时可参考有关资料选用，可取梁高与最大跨径的关系H=(1/15`1/30)lm。当桥梁的跨径较大，采用顶推法施工时，梁高的选择不仅取决于桥梁的跨径，同时还要考虑顶推施工时对梁高的要求，为了避免顶推法施工最大悬臂时的不利受力状态，通常可设置临时墩。不设置临时墩时，梁高与顶推跨径之比选在1/12～1/15为宜。6.2.3截面形式及尺寸预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，一般应依据桥梁的跨径、宽度、对梁高的要求、支承条件、桥梁的总体布置和施工方法等方面确定。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的重量、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能都具有十分重要的意义。预应力混凝土连续梁桥常用的横截面形式有板式（包括空心板）、T形梁式（包括宽肋梁）和箱形梁式（图2）。a）常用的板式、肋式截面形式b）箱形截面形式之一c）箱形截面形式之二图2连续梁桥典型截面形式图1．板式和T形梁式截面板式和T形梁式截面一般只适用于中、小跨径的连续梁桥。板式桥构造简单，施工方便，建筑高度小，在高架道路上用的较多。图1（a）示出典型板、T形梁式截面形状。矩形实体截面已较少使用，代替矩形实体截面的是曲线形整体截面。当桥墩在横截面上是Y形支承时，可选取双峰形实体截面。实体截面的连续梁桥常采用在支架上现浇施工。空心板截面常用于跨径15～30m的连续梁桥，板厚可取0.8～1.2m。肋式截面预制方便，常采用预制架设施工，并在梁段安装完之后，经体系转换为连续梁桥。常用跨径30～50m，梁高一般取1.6～2.5m。为简化多肋T梁的施工，也有采用宽矮肋的单T断面，肋宽可达3～4m，外悬长翼板，称之为脊形梁或成为异形结构。总体来说，由于肋式截面肋的宽度不大，布置钢筋受到限制，在负弯矩区承压面积不大，因此应用不多。2．箱形截面当连续梁的跨径超过40～60m时，主梁多采用箱形截面。箱形截面为闭口截面，截面具有良好的抗弯和抗扭性能，并且箱形截面有顶板和底板，可以在跨中或支座部位能有效地抵抗正负弯矩。图2（b）示出常用的箱形截面，其中单箱单室截面多用在顶板宽度小于18m的桥梁；单箱双室截面适用于顶板宽度25m左右；双箱单室截面顶板宽度可达40m左右；圆空式单箱双室截面适用于顶板宽度15m左右；单箱多室截面的桥梁宽度可不受限制。此外，箱式截面还有单箱三室、双箱双室、多箱单室等。单箱单室截面受力明确、施工方便、节省材料用量。因此，当桥宽在20～25m范围之内，也有不少桥梁采用单箱单室截面，但需要在截面构造上采取一定的措施。如图2（c）上图所示，为了加强长悬臂板的抗弯刚度，可采用横梁加劲、斜撑加强，或在顶板上设置横向预应力筋，以后一种方法最为常见。直腹板箱梁构造简单，施工方便，主要用于箱宽不大时。斜腹板箱梁可减小底板的横向跨度，节省下部结构的圬工量，同时能有效的减小迎阳面，改善风的攻击角，改善温度应力和抗风性能，但模板制造较复杂。分离式箱梁（图2c）特点是结构简单，受力明确，横向分布系数小，施工时可分箱进行，施工简单。（1）顶板和底板厚度箱形梁顶板和底板厚度既要满足纵、横向的受力要求，又要满足结构构造及施工上的需要。其选定原则如下：箱梁顶板厚度要满足布置纵、横预应力筋的构造要求，同时还要满足桥面板横向弯矩的受力要求。不设横向预应力筋时顶板厚度与腹板间距的关系可以参考表6.1选取。当设有横向预应力筋时，顶板厚度需足够布置预应力筋的套管并留有混凝土注入的间隙。表1腹板间距与顶板厚度顶板两侧悬臂板的长度是调节顶板内弯矩的重要因素。悬臂板长度一般采用2～5m，当长度超过3m后，一般需布置横向预应力筋。对于变截面连续梁，箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取15～18cm；配有预应力筋，厚度一般为20～25cm。在负弯矩区特别是在靠近桥墩的截面底板，承受较大的负弯矩，由于底板的宽度比顶板小得多，底板的厚度要比顶板大，以适应受压要求。墩顶处底板厚度一般为支点梁高的1/10～1/12，底板厚度由跨中向支点逐渐加厚。对于顶推法施工的等高连续梁，由于施工过程中截面承受交变的正负弯矩，底板往往设计成等厚。（2）腹板厚度跨中腹板厚度的选定，主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求。一般情况下可按以下原则选用：腹板内无预应力筋时，可取20cm；腹板内有预应力筋时，可取25～30cm；腹板内有预应力筋锚固头时，取35cm。为满足支点较大剪应力要求，墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到30～60cm，特殊情况可达100cm。大跨度桥腹板应采用变厚度形式，从跨中向支点分段线形逐步加厚，变厚段一般为一个节段长。为方便施工，简化内模构造，中、小跨径连续梁桥腹板一般采用等厚度形式。3．横隔梁（板）采用T型截面的连续梁桥，其横截面的抗扭刚度较小，为增加桥梁的整体性和横向刚度，一般均需设置中横隔板和端横隔板。中横隔板的数目、位置及构造与简支梁相同。箱形截面的抗弯刚度和抗扭刚度较大，除在支点部位设置横隔板外，中间横隔板的数目较少，即使有横隔板，对横向刚度影响并不显著，而且增加了施工难度，目前的趋势是少设或不设中间横隔板。对于弯、斜梁，设置中横隔板的效明果显，横隔板的厚度可取15～20cm。箱梁支点处端横隔板的尺寸和配筋形式与箱梁的支承方式有关。当支座直接位于主梁腹板之下时，端横隔板的主要作用是增加箱梁横向刚度，限制箱梁的畸变，横隔板厚度为30～50cm，横隔板中只需配置一定数量普通钢筋（图3）。当支座设置在横隔板中部时，横隔板还要承担着传递支反力的作用，是重要的受力结构，如采用普通钢筋混凝土结构，横隔板内的抗剪、抗弯及抗裂钢筋交错密布，导致混凝土浇筑困难且不易振捣密实，而如果采用预应力混凝土，横隔板厚度一般小于80cm，横隔板中设置曲线形的预应力筋，如图4所示，则可避免钢筋混凝土横隔板所产生的弊病。为满足施工、维修和通风要求，横隔板上一般设置过人洞。图4箱梁中横隔梁的预应力筋布置示意图图3箱梁中的横隔梁配筋示意图4预应力钢筋构造连续梁纵向预应力筋为主筋，其数量与布置位置根据使用阶段及施工阶段受力要求确定。此外在大跨度梁腹板内常布置竖向预应力筋。跨度较大的箱梁顶板和悬臂板内也常布置横向预应力筋。在顶推法或分跨施工的连续梁中，有时部分主筋需要逐段接长，接长的方法常采用连接器完成，我国目前常用的一种连接器构造如图5所示。这种连接器用于主筋采用高强钢丝组束，使用镦头锚。施工时先张拉锚环A，并用螺帽锚固。锚环B由连接器接长使用。螺丝结合的连接器需要一定的加工精度，施工也较麻烦，但它比起分段张拉、分段锚固的钢束要节省钢材。此外，连接器亦可考虑采用销钉结合，预计在构造和施工上要方便些。图5力筋连接器当施工阶段需要的力筋而在使用阶段不需要时，如果保留这些力筋，对截面的受力反而不利，通常必须采取反向配束来克服它的影响，在这种情况下，为施工需要应设置临时筋，在施工完成后予以解除，目前国内常用的作法是将临时筋与永久筋用连接器接长张拉，在施工期间临时束不压浆，待施工结束后割断连接器与临时筋的锚头。当然，这样设置临时筋要复杂一些，既要预留孔道，又要张拉锚固，施工完成后还有解除的工序。如果将临时筋设置在梁体外，临时沿箱内壁锚固，则在构造和施工上要简单的多。此外，尚可用控制张拉力的方法满足使用阶段和施工阶段的不同要求，力筋的张拉力先按施工要求张拉，施工完成后再张拉到设计要求。这样做的优点便于布束，同时满足各阶段的受力要求，但张拉工艺较复杂，在施工阶段不能压浆，还必须选择力筋和锚头便于重复张拉的类型。对于施工期较长的桥梁，尚需考虑力筋的防锈问题。此外，当施工阶段的受力大于使用阶段的受力时，或施工阶段与使用阶段的力筋用量相差甚大时，不宜采取此法。1．纵向主筋的布置方式纵向主筋常采用钢绞线或钢丝束，布置方式有：连续配筋、分段配筋、逐段接长力筋、体外布筋等几种方式。（1）连续配筋采用就地浇筑施工的连续梁，其纵向力筋可以按照桥梁各部位的受力要求进行连续配束。通常力筋的重心线为二次抛物线组合而成的轨迹。如图6a）所示，边跨和中跨都由多段抛物线组成，而正反曲线间有反弯点。力筋的具体布置可考虑按图6b）所示，即在支点附近分别由负弯矩区转向正弯矩区，虽然从抗弯的角度上看稍有削弱，但对支点附近各截面抗剪能力却有较大的提高。图6连续配筋的力筋布置（2）分段配筋分段配筋是悬臂施工和简支—连续施工的连续梁最常用的配筋方式。悬臂施工的连续梁桥，是从墩顶开始向左右对称悬臂施工，为了能支承梁体自重和施工荷载，需在悬臂施工时预加应力。在体系转换时再张拉正弯矩力筋并补充其他在使用阶段所需要的力筋，这部分力筋又称二次张拉力筋或后期力筋。图7给出悬臂施工连续梁桥力筋的一般构造，其中实线筋为在施工过程中张拉的力筋，虚线筋是在体系转换时张拉的后期力筋。力筋在截面上成对称布置，并尽量安排在腹