桥梁与隧道工程第2章

第二章混凝土简支梁桥2.1概述2.1.1钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点2.1.2梁式桥承载结构体系的静力类型及应用范围2.1.3梁式桥承载结构体系的截面类型2.2简支梁式桥的设计与构造2.2.1简支板桥的设计与构造2.2.2装配式简支梁桥的设计与构造2.3简支梁式桥的计算2.3.1简支梁式桥的计算内容2.3.2行车道板的计算2.3.3荷载横向分布计算方法2.3.4主梁内力计算2.3.5横隔梁内力计算2.4其它梁式桥的构造特点与计算要点2.4.1其它梁式桥的构造特点2.4.2其它梁式桥的计算特点返回 2.1.1钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点梁式桥是指其结构在垂直荷载作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。这一类桥梁的特点是受力明确，理论计算和设计简单，施工方法成熟。梁式桥主要采用钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构。钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥除斜桥和弯桥尚采用现场整体浇筑外，普遍采用预制装配式施工，桥梁构件趋于标准化，构件的预制生产趋于场地化集中管理。中小跨径的桥梁广泛采用梁式桥。其中钢筋混凝土简支梁桥和预应力混凝土简支梁桥最为常用。更大跨径的桥梁可采用预应力混凝土悬臂梁、预应力混凝土连续梁或其它类型大跨度桥梁结构。返回 2.1.1钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点主梁为主要承重结构钢筋混凝土梁式桥混凝土标号不宜低于15号;当采HRB335,HRB400级钢筋时不宜低于20号；通常使用HRB335,HRB400级钢筋;预应力混凝土梁桥混凝土标号不宜低于30号;当采用钢丝、钢绞线时混凝土标号不宜低于40号；普通钢筋采用R235、HRB335级钢筋；预应力钢筋宜选用精轧螺纹钢筋；预应力混凝土结构分为全预应力和部分预应力（不超过规定拉应力或裂缝宽度）返回 钢筋混凝土梁桥的优缺点造价低耐久性好可塑性强装配式工业化程度高刚度大噪音小自重大钢筋混凝土梁带裂缝工作 预应力混凝土梁桥的优缺点预应力的作用可以使用高强材料，减小构件截面节省钢材，跨径可增大不出现裂缝，提高耐久性更适合于装配式桥梁造价高施工工艺复杂 2.1.2梁式桥承载结构静力体系的类型及应用范围梁式桥是目前设计理论和施工工艺相对成熟和完善的桥梁结构体系。不同类型的梁式桥,其受力特点各有差异,对承载结构的截面形式要求也不一样,因而其应用的范围也不尽相同。按照梁式桥承载结构静力体系可划分为：①简支梁式桥；②连续梁桥；③悬臂梁桥；④T形刚架桥。按其承载结构的截面形式可划分为：①板桥；②肋板式梁桥；③箱形梁桥。返回 1.简支梁式桥简支梁式桥是静定结构，其结构的内力不受地基变形的影响。由于其各跨独立受力，最易设计成各种标准跨径的装配式结构。其桥跨结构主要承受由荷载引起的弯矩和剪力，随着跨度的增大，荷载在主梁(板)跨中引起的弯矩将急剧增加，同时在主梁(板)内力中，恒载引起的内力所占比例也将明显增大。减小结构恒载是提高简支梁式桥跨越能力的最有效途径。简支梁式桥主要用于小跨度桥梁，经济合理常用跨径在20m以下。返回 2.连续梁桥连续梁桥是多跨简支梁桥在中间支座处连接贯通，形成整体的、连续的、多跨的梁结构。在荷载作用下中间支座处产生较大的负弯矩，使梁跨中的弯矩明显减小，整个梁中的弯矩沿梁跨方向分布更加合理。同样的截面高度连续梁桥有更大的跨越能力。连续梁是超静定结构。钢筋混凝土连续梁桥仅用于中小跨径的桥梁，大跨度连续梁桥宜采用预应力混凝土结构。预应力混凝土连续梁桥一般跨径范围为40-160m，最大跨径已达240m。连续梁按其截面变化可分为等截面连续梁和变截面连续梁；按其各跨的跨长可分为等跨连续梁和不等跨连续梁。在宽阔河流可修建多孔连续梁，可3-5孔为一联。返回 3.悬臂梁桥悬臂梁桥是简支梁桥的梁体向一端或两端伸过其支点所形成的梁式桥结构。可分为单悬臂梁和双悬臂梁。在荷载作用下悬臂梁桥与连续梁桥类似的内力分布，一般为静定结构。悬臂梁桥受力特点和施工方法与连续梁桥相近，而在结构上却增加了悬臂与挂梁间的牛腿和剪力铰构造，使用上其行车舒适性也不如连续梁桥。因此在实际桥梁工程中的应用受到很大限制。返回 4.T形刚架桥T形刚架桥是由桥跨梁体与桥墩(台)刚接形成的具有悬臂受力特点的无支座T形梁式桥结构。在荷载作用下T形刚架桥有与连续梁桥类似的内力分布，一般为静定结构。T形刚架桥宜采用预应力混凝土结构。预应力混凝土T形刚架桥的结构性能与悬臂施工法达到了高度协调统一，其梁跨在施工中的受力状态与运营荷载作用下的受力状态基本一致，且省去了桥梁支座，在施工中不必设置墩上临时固定装置，避免了施工过程中的结构体系转换问题。返回 2.1.3梁式桥承载结构体系的截面类型梁式桥承载结构体系的截面类型与梁式桥的跨度、立面布置、建筑高度、施工方法以及所使用材料的性质等有关。其关键在于充分合理地利用材料，满足结构的承载要求，并在施工中容易实施。目前经常采用的截面形式为板桥肋梁式梁桥箱形梁桥返回 1.板式截面板式截面特点是建筑高度小、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。板式截面根据其截面形式和施工方式可划分为：整体式矩形实心板装配式板（分实心和空心）装配—整体组合式板异形板前三种板主要用于小跨度板式梁桥，包括简支板桥、连续板桥和斜板桥。异形板截面形式主要用于城市高架桥及跨度在20～30m，桥面较宽的预应力混凝土连续板桥。图板桥横截面返回 整体式矩形实心板整体式矩形实心板截面形状简单，结构刚度大，整体性好，可适用于各种道路线型复杂的桥梁。通常采用现浇混凝土施工。在车辆荷载作用下，整体式矩形实心板实际上属于双向受力板(如左图)。只有在某些条件下，它才可简化为单向受力的板。有时为了减轻自重，挖去部分受拉区的混凝土，做成矮肋式截面。返回 装配式板桥装配式板截面避免了现场浇筑混凝土引起的弊端，一般由数块一定宽度的实心或空心预制板组成，各板利用板间企口缝填充混凝土相连接。在荷载作用下，每块板相当于单向受力的梁式窄板，除主跨径方向承受弯曲外，还承受由板间接缝(铰缝)传递的剪力而引起的扭转(如左图)。这种板式截面其结构整体性较差。但其施工方便，工期较短。这种板式截面分为三种类型：钢筋混凝土实心预制板；钢筋混凝土空心预制板；预应力混凝土空心预制板。返回 2.肋梁式截面肋梁式截面的基本形式由多片T形截面主梁组成。根据其施工方式可划分为整体肋梁式截面和装配肋梁式截面。其主梁除采用T形截面外，也可采用π形或I形截面，但将其组合成桥梁横截面时，仍类似于T形截面主梁组合的桥梁横截面。继续 T形截面T形截面特点是外形简单，制造方便，主梁之间通过横隔梁联结，结构整体性较好。从结构主梁受力角度分析，由于T形横截面上翼缘面积较大，其截面重心位置偏上。T形横截面上翼缘恰好提供了更大的混凝土受压区，而下翼缘只要能满足受拉钢筋或预应力钢筋的布置，就足够了。T形横截面的重心至下翼缘的距离较大，对于有效地利用受拉钢筋和预应力钢筋非常有利。由于T形横截面最适合于承受单向弯矩，因而肋梁式截面大多用于跨径为13～20m的钢筋混凝土或20～60m预应力混凝土简支梁桥以及少数跨度不大，正负弯矩绝对值相差不大的悬臂梁桥或连续梁桥。返回 3.箱形截面箱形截面特点是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度较大；材料在截面上分布相当合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大扭矩，能够满足普通钢筋和预应力钢筋的配筋要求，同时有良好的横向抗弯能力。箱形截面抗扭刚度较大，在车辆荷载作用下各主梁受力较均匀，其荷载横向分布系数较小。箱形截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别适用于较大跨径的连续梁、悬臂梁和T形刚架。箱形截面的类型一般分为单箱单室、单箱双室、单箱多室、双箱单室、双箱双室和多箱单室以及长悬臂斜腹箱形截面等。继续 箱形截面的类型单箱单室截面受力明确，计算较简单，施工方便，材料用量较节省。单箱多室和双箱双室等截面内力分布较均匀，但计算较复杂，施工较困难。实际工程中较多地选用单箱单室和双箱单室等截面。中等宽度的桥梁一般选用单箱单室或单箱双室，而一般宽桥选用单箱多室、双箱单室或直接采用两个分离的单箱单室或单箱双室截面。长悬臂斜腹箱形截面是现代城市高架桥经常采用的截面形式之一。箱形截面是绝大多数大跨度桥梁优先选用的截面形式之一。返回 2.2板桥的设计与构造2.2.1板桥的类型及特点◎建筑高度小；简单、制作、施工方便可工厂生产；装配式构件重量小；但跨径受到限制，一般钢筋混凝土连续板桥不超过16米，预应力混凝土连续板桥不超过30米◎按静力计算模式：简支板桥，悬臂板桥，连续板桥◎简支板桥：采用整体式或装配式，前者跨径4-8米，装配式预应力混凝土板桥跨径可达25米◎悬臂板桥:一般作成双悬臂，中间跨径为8-10米，悬臂长度为中间的0.3-0.4倍，板的跨中厚度约为跨径的1/14-1/18，支点处为跨中的1.3-1.4倍 202.2.1板桥的类型及特点（续）◎连续板桥：连续跨越形成超静定结构体系；缝少而平稳；弯距降低跨径增大；不需搭板；合理跨径配置（支点卸载），边跨/中跨=0.7-0.8；（1）支架就地浇筑，变高度板---形成整体连续板桥，支点厚/跨中厚=1.2-1.5，跨中板厚h=1/30L（跨径长）；（2）装配式连续板桥：先预制构件节约模板及人工对内力有改善；制作时纵向、横向划分块；接头位置根据内力图确定，如弯距反弯点（3）柱体支承连续板桥：为少占地面，将双柱式桥墩的帽梁省去，由墩柱直接支承板体 222.2.2简支板桥的构造构造上划分：整体式、装配式、装配-整体组合式（一）整体式板桥的构造◎跨径不大，与板宽相差不大，一般不用于高速公路；◎通常等截面或矮肋式板，受温度、混凝土收缩、徐变影响易产生纵向裂纹，桥中可设缝释放；◎双向受力，要求：1）板的主筋直径不小于10mm，间距不大于20cm;分布钢筋直径不小于8mm，间距不大于20cm；2）板的横向人行道侧板宽1/6范围内增加钢筋15%；3）一部分主筋可以在1/4L-1/6L处弯起，按30-45度； 整体式板桥构造示例 24（二）装配式板桥的构造◎按截面形式主要有：实心板和空心板◎矩形实心板通常为钢筋混凝土铰接板，有1.5-8m的标准图，板高16-36cm；预应力混凝土实心板目前用的不多；特点简单、施工方便、建筑高度小 25装配式钢筋混凝土矩形实心板桥—配筋示意 26◎空心矩形板--为增大跨径，利用材料特性，减轻自重；◎钢筋混凝土空心板跨径6-13米，板厚40-80厘米；预应力混凝土空心板跨径8-25米，板厚40-85厘米；◎横向连接-荷载的有效横向分布，共同承担外荷载；◎装配-整体式组合板桥及漫水桥适用于低等级公路； 27空心板的常用截面形式 32装配式板的横向联结 33装配式钢筋混凝土空心板桥—配筋示意 34装配式板的构造及配筋图 35装配式板的断面尺寸-详图 36装配式板的配筋图-纵面 37装配式板的配筋图-剖面 38装配式板的配筋图-底、边板，端部 39装配式预应力混凝土空心板桥—外观效果图 40装配式预应力混凝土空心板桥—配筋效透视 41装配式预应力混凝土空心板桥—配筋纵向效果图-1 42装配式预应力混凝土空心板桥—配筋纵向效果图-2 43空心板构造图及配筋图 44空心板构造图-详图1 45空心板构造图-详图2 预应力空心板制作（先张法与后张法）先张法：即先张拉钢筋后浇注混凝土。其主要张拉程序为:在台座上按设计要求将钢筋张拉到控制应力→用锚具临时固定→浇注混凝土→待混凝土达到设计强度75%以上切断放松钢筋；其传力途径是依靠钢筋与混凝土的粘结力阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力后张法：先浇混凝土,待混凝土达到设计强度75%以上,再张拉钢筋(钢筋束)。其主要张拉程序为:埋管制孔→浇混凝土→抽管→养护穿筋张拉→锚固→灌浆(防止钢筋生锈)；其传力途径是依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力 492.3装配式简支梁桥的设计与构造提要：主要截面型式、构造特点钢筋混凝土简支梁桥构造预应力混凝土简支梁桥构造组合梁桥构造 502.3.1概述简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型。它受力简单，梁中只有正弯矩，常用T型截面梁这种构造简单的截面形式。体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力，设计计算方便，最易设计成各种标准跨径的装配式结构。由于简支梁是静定结构，结构内力不受地基变形的影响，对基础要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥。在多孔简支梁桥中，相邻桥孔各自单独受力，便于予制、架设，简化施工管理，施工费用低，因此在城市高架、跨河大桥的引桥上被广泛采用。为减少伸缩缝装置，改善行车平整舒适，国内目前常采用桥面连续的预应力混凝土简支梁桥。 51开封黄河公路大桥开封黄河公路大桥，共108孔，77孔为50米预应力T梁，31孔为20米钢筋混凝土T梁，450米一连桥面连续 522.3.2构造类型及特点1.特点：模板化生产，易于系列化、标准化2.类型：T型、箱型、π型截面其中最常用T型截面装配式简支梁桥 3.预制装配单元的划分预制装配单元的合理划分应符合如下原则：①预制装配单元的划分应有利于简化结构的计算；②预制装配单元的划分不能影响结构作为整体的承载能力，拼装部位应位于内力较小处；③拼装接缝的数量尽可能地要少，接头的形式要合理、牢固可靠，且要施工方便；④预制装配单元的形状和尺寸力求标准化，可互换性强，尽可能减少种类；⑤预制装配单元的大小和重量应便于预制、运输和安装。继续 预制装配单元划分方式(1)（1）纵向竖缝划分此划分方式是用纵向竖缝沿横向将桥跨的多主梁结构划分为多个单主梁预制装配单元，每个预制装配单元为一个整跨T形或π形梁，拼装接缝位于行车道板和横隔梁内(T形梁)或位于梁肋上(π形梁)。此划分方式对结构主梁的受力和承载能力影响较小，因接缝处内力较小，可保证联接牢固可靠，使桥跨结构有较好的整体性。此划分方式有利于结构简化计算，与结构设计采用的简化计算模式比较吻合。划分后的预制装配单元可实现预制构件的形状尺寸、结构配筋和拼接方式的标准化，以方便施工，降低施工成本。缺点是预制装配单元的构件尺寸和重量比较大，并随跨径的增加急剧上升。继续 预制装配单元划分方式(2)(3)(2)纵向水平缝划分此划分方式是用纵向水平缝将桥跨的肋梁结构划分成梁肋和翼缘板，翼缘板再划分为一定宽度的矩形板。划分后预制构件为整跨I形梁和与主梁间距同宽的矩形预制板。此划分的装配式梁桥也称组合式梁桥。其预制构件的尺寸和重量比前一种划分方式小得多，更有利于拼装施工。这种组合式的主梁为分阶段受力。(3)纵、横向竖缝划分此划分方式是在第一种划分方式的基础上将整跨的T形梁或其它截面形状的整跨梁用横向竖缝沿纵向再次分割，形成较小的预制梁段，称为串联梁。此划分方式的预制梁段在串接成整跨梁时只能采用施加预应力的方法。此划分方式使预制构件的尺寸更小，重量更轻。 56其它措施梁肋与桥面板分离做法较少采用；预制方法、施工安装顺序、加载过程不同时，应注意恒载内力的叠加；预应力布置一般在腹板内； 572.3.3装配式钢筋混凝土简支梁桥 58应了解的主要问题：1、一般构造；2、主要截面尺寸；3、配筋特点；4、联结、局部构造 591.一般构造、截面尺寸20米以下跨径：高跨比的经济范围1/11-1/1810米跨，梁高0.9米；13米跨-梁高>1.0米；16米跨--梁高>1.1米；20米跨--梁高>1.3米腹板宽度厚度14-24厘米横隔梁比主梁稍矮，约3/4主梁高，肋宽12-18厘米；翼板比梁宽小2厘米；根部厚度不小于主梁高1/12，端部不小于8厘米； 60钢筋砼铺装层构造 61T梁受力特点—弯距包络图 622.主梁配筋特点包括纵向受力钢筋、弯起（斜）钢筋、箍筋、防裂钢筋、架立钢筋、分布钢筋（构造）、局部加强钢筋；受力特点抛物线正弯距，可弯起部分主筋；但至少2根不小于20%主筋通过支承截面；抗剪要求斜筋，起角45度；箍筋间距不大于梁高3/4及50厘米（一般10-20厘米），第一根箍筋距支承边缘5厘米处；箍筋与混凝土承担60%，斜筋40%；最大剪力距支座中心h/2处； 632.主梁配筋特点（续）通过支承截面不弯起的主拉钢筋，长度圆钢筋大于15d，螺纹钢筋大于10d保护层厚度，主钢筋离底部净距不小于3厘米，不大于5厘米，与侧面净距不小与2.5厘米；箍筋净距不小于1.5厘米 643.钢筋联接焊接钢筋骨架，按规范焊缝强度不低于钢筋本身强度 65配筋特点--翼板钢筋、梁端加强钢筋 66钢筋最小锚固长度 67T梁配筋图 68中主梁横隔梁构造 692.3.4装配式预应力混凝土梁桥◎比较广泛的桥梁结构形式；◎跨径大于20米，目前可达到65米；◎其发展依赖于基本材料指标，如使用高强轻质混凝土，高强预应力，预应力工艺、大吨位的张拉设备，大型安装设备 70T梁构造—立面、断面 71截面尺寸（工程实例）◎梁高一般取高跨比1/15-1/25,跨径大取小；梁宽一般1.6-2.5m，跨径大取大；也可作成鱼腹形◎主梁腹板下端做成马蹄形（做法），宽度约为肋宽的2-4倍，管道保护层不小于6厘米，配合预应力布置腹板在梁端加厚，与马蹄同厚，并有过渡段（>45。）；肋宽一般构造决定，0.14-0.20m,梁端部预留预应力锚固张拉位置； 72一般构造图（工程实例） 73横断面（工程实例） 74主梁预应力索布置（工程实例） 75T梁梁肋钢筋构造（工程实例） 76横隔板细部构造、接头构造（工程实例） 77行车道板钢筋构造图（工程实例） 78配筋特点◎纵向预应力钢筋，尽可能采用后张法曲线布置，对抵抗弯距、剪力有利；考虑预应力损失弯起角不能太大；◎在跨中截面，尽可能使预应力重心靠下，满足构造要求下，各束预应力筋互相靠近，减小马蹄尺寸；◎一般锚固在梁端腹板，特殊情况顶板可布置； 79后张法锚固—端部构造示意 80普通钢筋按构造要求配置◎注意马蹄钢筋、管道布置；马蹄内应设闭合式箍筋，间距不大于15厘米；◎布置管道，橡胶抽拔管净距不小于4厘米，铁皮套管水平净距不小于4厘米；管道至构件顶面、侧面净距不小于3.5厘米，至底面不小于5厘米；◎管道内径比预应力筋外径至少大1厘米 81工程实例－构造图-1 82工程实例－构造图-2 83工程实例－全桥横断面 84工程实例－主梁横断面 85工程实例－预应力钢束布置图1 86工程实例－预应力钢束布置图2 87工程实例－预应力钢束在梁端的平面布置 88工程实例－普通钢筋配筋图1 89工程实例－普通钢筋配筋图2 90工程实例－横隔板构造、配筋 91工程实例－横隔板构造、接缝 92工程实例－横隔板配筋2 93工程实例－行车道板钢筋1 94工程实例－行车道板钢筋2