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▏混凝土梁橋構(gòu)造與設(shè)計要點

來源:筑龍論壇


概述

梁橋指結(jié)構(gòu)在垂直荷載作用下,支座只產(chǎn)生垂直反力而無推力的梁式體系橋的總稱。 

靜力特性:①簡支梁式橋;②連續(xù)梁橋;③懸臂梁橋;④T形剛架橋。

截面形式:①板式梁橋;②肋梁式梁橋;③箱形梁橋。 

預(yù)應(yīng)力度:①普通鋼筋混凝土;②部分預(yù)應(yīng)力混凝土;③全預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。

按施工方法分類:整體澆筑式梁橋和預(yù)制裝配式梁橋

按裝配式結(jié)構(gòu)塊件劃分方式的不同,分為:縱向豎縫劃分、縱向水平縫劃分和縱、橫向豎縫劃分。

橫向分段裝配式梁

(串連梁)

混凝土梁橋的特點:

缺點:

①自重大。

②鋼筋混凝土梁帶裂縫工作?;炷敛牧鲜强估阅軜O差的一種材料,處于受拉區(qū)的混凝土容易出現(xiàn)裂縫。

優(yōu)點:

①造價低,可就地取材

②耐久性好,混凝土耐久性好,耐高溫

③可塑性強,以按照設(shè)計意圖做成各種形狀的結(jié)構(gòu),例如適應(yīng)線形的變化做成曲線橋。

④剛度大

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的特點:

①預(yù)應(yīng)力的作用。通過張拉預(yù)應(yīng)力筋,使受拉區(qū)預(yù)先儲備一定的壓應(yīng)力,在外力作用時,混凝土可不出現(xiàn)拉應(yīng)力或不出現(xiàn)超過某一限值的拉應(yīng)力。

②全預(yù)應(yīng)力混凝土梁在使用荷載下不出現(xiàn)裂縫。

③節(jié)省材料,提高橋梁的跨越能力。與鋼筋混凝土梁橋相比,一般可節(jié)省鋼材30%-40%,跨徑愈大節(jié)省愈多。

④更適合于裝配式橋梁。如懸臂拼裝、頂推法和旋轉(zhuǎn)施工法在預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中得到新的發(fā)展,可根據(jù)需要在結(jié)構(gòu)縱、橫向和豎向任意分段,施加預(yù)應(yīng)力,即可集成理想的整體。

板橋的構(gòu)造

板橋的優(yōu)點是建筑高度小、構(gòu)造簡單、施工方便,采用預(yù)制裝配施工時,預(yù)制構(gòu)件重量小、架設(shè)方便。主要缺點是:跨徑不宜過大。

從結(jié)構(gòu)靜力體系來看,可分為簡支板橋、懸臂板橋和連續(xù)板橋。

一、整體式簡支板橋的構(gòu)造

常用跨徑一般在8m以下,板厚與跨徑之比一般為1/12~1/16。

橋面寬度往往大于跨徑,實際上雙向受力狀態(tài)。當橋面板寬較大時,除配置縱向的受力鋼筋外,尚應(yīng)計算配置板的橫向受力鋼筋。

二、裝配式簡支板橋的構(gòu)造

1)矩形實心板梁橋

實心板截面形狀簡單、施工方便、建筑高度小、結(jié)構(gòu)整體剛度大,梁高一般為0.16-0.36m左右,適合于小跨徑橋梁。

2)空心板橋

當跨徑增大時,應(yīng)采用空心板截面,不僅能減輕自重,而且能充分利用材料。

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋鋼筋布置圖(單位:cm,鋼筋直徑:mm) 

3)裝配式板橋的橫向連接

裝配式板橋板塊之間必須采用橫向連接構(gòu)造.以保證板塊共同承受車輛荷載。常用的橫向連接方式有企口混凝土鉸連接和鋼板焊接連接。

(1)企口混凝土鉸聯(lián)接

企口混凝土鉸接型式有圓形、菱形和漏斗形三種

實踐證明:企口式混凝土鉸能保證傳遞橫向剪力,使各塊板共同受力。

(2)鋼板焊接聯(lián)接

如果要加快工程進度,也可以采用鋼板連接。就是將鋼板N1焊在相鄰兩塊件的預(yù)埋鋼板N2上。

簡支梁橋的構(gòu)造

簡支梁橋(simply-supported beambridges)屬于靜定結(jié)構(gòu),它受力明確,構(gòu)造簡單,施工方便,是中小跨度橋梁中應(yīng)用最廣泛的橋型。

簡支肋梁橋的上部構(gòu)造由主梁、橫隔梁、橋面板、橋面構(gòu)造等部分組成。這類橋梁可采用整體現(xiàn)澆和預(yù)制裝配兩種不同的方式進行施工。

主梁是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu);

橫隔梁保證各根主梁相互結(jié)成整體,以提高橋梁的整體剛度;

主梁的上翼緣構(gòu)成橋面板,組成行車(人)平面.承受車輛(人群)荷載的作用。

一、整體式簡支T形梁橋

整體式梁橋在城市立交橋中應(yīng)用較廣泛,具有整體性好、剛度大、易于做成復(fù)雜形狀等優(yōu)點,多數(shù)在橋孔支架模板上現(xiàn)場澆筑,個別也有整體預(yù)制、整孔架設(shè)的情況。       

1. 為了減小橋面板的跨徑,在兩根主梁之間設(shè)置次縱梁,如圖b。

2.  橋面板的跨中板厚不應(yīng)小于10cm。橋面板與梁肋銜接處一般都設(shè)置承托結(jié)構(gòu)。

整體式梁橋橫截面

二、裝配式簡支T形梁橋

裝配式簡支梁橋具有建橋速度快、工期短、模板支架少等優(yōu)點而應(yīng)用廣泛。主梁的橫截面形式可分為P形、T形和箱形。

裝配式T形簡支梁橋的構(gòu)造布置

① 主梁布置及構(gòu)造

當橋面寬度已知后, 選定主梁的間距是主要的問題。對于跨徑大一些的橋梁,適當加大主梁間距減少片數(shù),鋼筋混凝土的用量會少些;但此時橋面板的跨徑增大,懸臂翼緣板端部較大的撓度對引起橋面接縫處縱向裂縫的可能性也大些。

主梁梁肋厚度在滿足抗剪要求后,可適當減薄;梁肋端部可逐漸加寬;對于預(yù)應(yīng)力主梁梁肋,一般做成馬蹄形。

②橋面板(翼緣板)的布置與構(gòu)造

一般為變厚形式,端部較薄,向根部逐漸加厚。翼緣根部(與梁肋銜接處)厚度應(yīng)不小于梁高的1/10,邊緣厚度不應(yīng)小于10cm。

主梁吊裝就位后,當設(shè)橫隔梁時,必須借助橫隔梁與翼緣板的接頭將所有主梁連成整體;對于少橫隔梁的主梁,應(yīng)在翼緣板上加設(shè)接頭和加強橋面鋪裝。

常用的橋面板橫向連接有焊接和濕接接頭兩種:

焊接接頭:

概念:用鋼板或螺栓將相鄰兩片梁翼板和橫隔板焊接起來形成橫向聯(lián)系的方法。

優(yōu)點:施工方便、連結(jié)速度快、焊接后能立即承受荷載。      

缺點:耗費鋼材較多、需要有現(xiàn)場焊接設(shè)備,且有時需在橋下進行仰焊,有一定困難,整體性效果稍差一些。 

濕接接頭

概念:系主梁預(yù)制時,將翼板端部預(yù)留出一部     分,鋼筋外伸。梁架設(shè)就位后,將相鄰兩翼板的鋼筋焊接相連,然后支撐板現(xiàn)澆接縫混凝土,使各片梁橫向連結(jié)形成整體。

優(yōu)點:節(jié)省鋼板用量、整體性好

缺點:施工較復(fù)雜、接縫混凝土養(yǎng)生達到初期后方能承受荷載。

③橫梁布置及構(gòu)造

橫隔梁在裝配式T梁中起著保證各根主梁互相連結(jié)成整體的作用,

剛度愈大,橋梁的整體性愈好。

端橫梁:T梁的端橫隔梁是必須設(shè)置的,它不但有利于構(gòu)件的穩(wěn)定性,而且能顯著加強全橋的整體性;與主梁同高。

內(nèi)橫梁:每隔5.0~10.0m設(shè)置一道,高度取主梁高度的0.7~0.9倍,厚15~18cm,可挖空。

裝配式梁簡支T梁橫隔板構(gòu)造

裝配式梁簡支T梁端隔板構(gòu)造

裝配式梁簡支T梁橫隔板構(gòu)造

裝配式梁簡支T梁橫隔板構(gòu)造

三、組合梁橋

用縱向水平縫將橋梁的梁肋部分與橋面板(翼板)分隔開來,使單梁的整體截面變成板與肋的組合截面?!な┕r先架設(shè)梁肋,再安裝預(yù)制板,最后在接縫內(nèi)或連同在板上現(xiàn)澆一部分混凝土使結(jié)構(gòu)連成整體。

組合梁橋兩種形式:

I形 ——混凝土簡支梁橋

箱形  ——  預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋

分階段受力。

懸臂體系和連續(xù)體系梁橋的構(gòu)造

普通鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的經(jīng)濟跨徑分別為20m和40m左右。超過此跨徑范圍,不經(jīng)濟。

為了降低材料用量指標,對于較大跨徑的橋梁采用能減小跨中彎矩的懸臂體系、連續(xù)體系梁橋等。

一、懸臂體系梁橋

1.懸臂梁橋

1)結(jié)構(gòu)類型

2)力學(xué)特點

屬于靜定體系

懸臂梁利用懸出支點以外的伸臂,使支點產(chǎn)生負彎矩對跨中正彎矩產(chǎn)生有利的卸載作用,跨中正彎矩大大減小

由于彎矩圖面積的減小,跨越能力增大u體系形式:雙懸臂、單懸臂、雙懸臂加掛梁、T形剛構(gòu)

缺點:懸臂端容易下?lián)?,行車舒適性較差

3)構(gòu)造特點

① 跨徑布置(各跨跨徑比,懸臂長與跨徑比)

跨線的單孔雙懸臂梁橋:中孔跨徑由跨線行車凈空的要求確定。主梁為T型截面時,懸臂長度一般為中跨長度的0.3~0.4倍;當采用箱型截面時,懸臂長度可適當加大,但不能超過中跨長度的0.5倍。 

跨河的單孔雙懸臂梁橋和三跨帶掛梁的單懸臂梁橋:中孔為懸臂孔,跨度由通航凈空決定,其中掛梁長度lg一般為(0.4~0.6)l。

當不受上述這些條件限制時,就可按照梁的彎矩包絡(luò)圖面積為最小的原則來確定邊孔與中孔徑的劃分。

② 截面形式

③ 梁高

一般采用變高度梁,支點梁高/跨中梁高 = 2~2.5

優(yōu)點:增加支點抗彎能力,不增加很多的彎矩

底緣曲線:拋物線、正弦曲線、圓弧、折線

4)適用情況

懸臂梁橋在施工和成橋運營階段兩者受力狀態(tài)是一致的,非常適用于懸臂施工方法。

在支點附近梁的上翼受拉,容易出現(xiàn)裂縫;懸臂端與掛梁銜接處的撓曲線產(chǎn)生不利于行車的折點。故目前很少采用。

2.T形剛構(gòu)橋

T形剛構(gòu)是一種墩與梁固結(jié)、具有懸臂受力特點的梁式橋。與簡支梁橋相比,具有較大的跨越能力。分為跨中帶剪力鉸和跨中設(shè)掛梁兩種基本類型。

1)分類及力學(xué)特點

① 帶掛梁的T構(gòu)橋型

屬靜定結(jié)構(gòu),不受溫度及基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生次內(nèi)力的影響;

采用懸臂法施工,施工與運營階段受力狀態(tài)一致;

與帶剪力餃的T形剛構(gòu)橋相比,其受力和變形性能均略差一些,但沒有后者為設(shè)置剪力鉸進行強迫合龍以及更換剪力鉸處支座的麻煩;

主要缺點是橋面上伸縮縫增多,對于高速行車不利。

② 帶鉸的T構(gòu)橋型 

超靜定結(jié)構(gòu)。 

帶鉸的T形剛構(gòu),它的上部結(jié)構(gòu)全部是懸臂部分,相鄰兩懸臂通過剪力鉸相連結(jié)。

剪力鉸是一種只能傳遞豎向剪力,但不能傳遞水平推力和彎矩的連結(jié)構(gòu)造。

2)構(gòu)造特點

對于鋼筋混凝土T構(gòu)橋,掛梁的經(jīng)濟長度一般在跨徑的0.5~0.7范圍內(nèi);

預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)的掛梁經(jīng)濟長度一般在跨徑的0.22~O.50范圍內(nèi);

主孔跨徑大時,取較小比值,并應(yīng)使掛梁跨徑不超過35~40m,以利安裝;

懸臂受力的T構(gòu)承受的全是負彎矩,上緣受拉,因而配筋比較簡單。

墩柱尺寸一般較大。

3)適用情況

T構(gòu)帶掛梁:在混凝土的長期收縮徐變作用下和汽車荷載的沖擊力作用下,T構(gòu)懸臂梁端會發(fā)生下?lián)希?/p>

T構(gòu)帶鉸:鉸的左右兩側(cè)主梁變形不一致,引起行車不平順;施工過程中有時還需強迫合龍;當T構(gòu)的兩邊溫度變化不同時,易產(chǎn)生不均勻變形,引起較大次內(nèi)力;剪力鉸的構(gòu)造計算因式中的理想鉸尚存在差異,難以準確地計算出各種因素產(chǎn)生的次內(nèi)力;

帶掛梁和帶餃的T形剛構(gòu)目前均已較少采用。

3. 預(yù)應(yīng)力筋的布置

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的布束原則:

應(yīng)考慮施工的方便,盡可能少的切斷預(yù)應(yīng)力鋼筋

符合結(jié)構(gòu)受力特點,既要滿足施工階段的受力要求,又要滿足成橋后使用階段各種荷載組合下的受力要求;既要考慮結(jié)構(gòu)在使用階段的彈性受力狀態(tài)的需要,也要考慮結(jié)構(gòu)在破壞階段的需要;并注意避免在超靜定結(jié)構(gòu)體系中引起過大的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。

避免使用多次反向曲率的連續(xù)束筋,以降低摩阻損失。

二、連續(xù)體系梁橋

將簡支梁梁體在支點上連結(jié)形成連續(xù)梁。 

1. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋

1)等截面連續(xù)梁橋

① 力學(xué)特點

在恒載和活載作用下,支點截面負彎矩一般比跨中截面彎矩大,但跨徑不大時這個差值不是很大,可以應(yīng)用等截面形式。

② 構(gòu)造特點

可選用等跨和不等跨兩種布置方式。u不等跨布置:邊跨為0.6~0.8中跨u等跨布置:跨徑大小主要取決于經(jīng)濟分孔和施工的設(shè)備條件。高跨比一般為l/15~1/25;在頂推施工的等截面連續(xù)梁橋中梁高H與頂推跨徑之比一般為1/12~1/17。

③ 適用范圍

中等跨徑:40~60m(國外有達80m的);u以等跨為宜,亦可用不等跨;u適應(yīng)于預(yù)制裝配(逐孔架設(shè)、頂推法施工)和就地澆注施工(有支架、移動模架)。

2)變截面連續(xù)梁橋

① 力學(xué)特點

當連續(xù)梁的主跨跨徑接近或大于70m時,主梁支點截面的負彎矩將比跨中截面的正彎矩大很多,采用變截面連續(xù)梁橋更符合受力要求,當加大靠近支點附近的梁高(即加大了截面慣矩)做成變截面梁時,還能進—步降低跨中的設(shè)計彎矩。

② 構(gòu)造特點

分跨:

連續(xù)孔數(shù)一般不超過5跨;u不等跨布置。多于三跨的連續(xù)梁橋,除邊跨外,其中間各跨一般采用等跨布置,以方便懸臂施工;

多于兩跨的連續(xù)梁橋,其邊跨一般為中跨的0.6~0.8倍左右,當采用箱形截面,邊孔跨徑其至可減少至中孔的0.5~0.7倍;

有時為了滿足城市橋梁或跨線橋的交通要求而需增大中跨跨徑時,可將邊跨跨徑設(shè)計成僅為中跨的0.5倍以下,此時,端支點上將出現(xiàn)較大的負反力,故必需在該位置設(shè)置能抵抗拉力的支座或壓重以消除負反力。

③ 適用范圍

主跨跨徑接近或大于70m;
適宜于懸臂法施工。

2.連續(xù)剛構(gòu)橋

綜合連續(xù)梁與T構(gòu)的優(yōu)點;

超靜定體系對地基要求高;

適合于中等以上跨徑的高墩橋梁。

1)力學(xué)特點

梁體連續(xù);

墩、梁、基礎(chǔ)三者固結(jié)為一個整體共同受力;

由于墩梁固結(jié)共同參與工作,連續(xù)剛構(gòu)橋由活載引起的跨中正彎矩較連續(xù)梁要小,因此,連續(xù)剛構(gòu)橋的主跨徑可以比連續(xù)梁橋的設(shè)計大一些。

2)構(gòu)造特點

(1)主梁

主梁在縱橋向大都采用不等跨變截面的結(jié)構(gòu)布置形式u邊跨和主跨的跨徑比值在0.5~0.692之間,大部分比值在0.55~0.58之間。

(2)主梁截面高度

箱梁根部截面的高跨比一般為l/16~l/20,其中大部分為1/18左右,也有少數(shù)橋梁達到或低于1/20;

跨中截面梁高通常為支點截面梁高的1/2.5~l/3.5,略小于連續(xù)梁的跨中梁高 。

(3)橋墩

主要適用于高橋墩;

柔度應(yīng)適應(yīng)由于溫度變化、混凝土收縮、徐變以及制動力等因素引起的水平位移,以盡量減小這些因素對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的次內(nèi)力;

水平抗推剛度宜在滿足橋梁施工、運行穩(wěn)定性要求的前提下盡量地小,在橫向的剛度應(yīng)設(shè)計得大一些。

3)適用范圍

常用于大跨、高墩的結(jié)構(gòu)中,橋墩縱向剛度較小,在豎向荷載作用下,基本上屬于一種無推力的結(jié)構(gòu);

由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展,連續(xù)剛構(gòu)橋是大跨徑橋梁選型中具有競爭力的橋型之一;

優(yōu)點:主梁保持連續(xù),無需設(shè)支座;同時避免了連續(xù)梁和T構(gòu)兩者的缺點;

缺點:對地基承載力的要求較高;主墩剛度過大時,產(chǎn)生過大的溫差拉力對結(jié)構(gòu)不利;墩梁聯(lián)結(jié)處應(yīng)力復(fù)雜。

3. 橫截面形式和尺寸

橫截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面。

1)橫截面形式

①頂板和底板厚度

基本要求:既要滿足縱、橫向的受力要求,又要滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)造及施工上的需要。

選定原則:滿足布置縱、橫預(yù)應(yīng)力筋的構(gòu)造要求,滿足橋面板橫向彎矩的受力要求。

②腹板厚度

主要取決于布置預(yù)應(yīng)力筋和澆注混凝土必要的間隙等構(gòu)造要求。

③橫隔梁(板)

4.預(yù)應(yīng)力筋布置

說明:

常設(shè)置三向預(yù)應(yīng)力筋(即縱向預(yù)應(yīng)力、豎向預(yù)應(yīng)力和橫向預(yù)應(yīng)力)。

主筋逐段接長可采用連接器。

預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量和布筋位置需要根據(jù)結(jié)構(gòu)在使用階段的受力狀態(tài)予以確定,同時滿足施工各階段的受力需要。

1)縱向主筋的布置方式

材料:縱向主筋常采用鋼絞線或鋼絲束。

布置方式:連續(xù)配筋、分段配筋、逐段接長力筋、體外布筋等?!c所采用的施工方法及預(yù)應(yīng)力種類有關(guān)

①連續(xù)配筋

就地澆筑連續(xù)梁,可按照橋梁各部位的受力要求進行連續(xù)配束。通常力筋的重心線為二次拋物線組合而成的軌跡。

②分段配筋 

懸臂施工和簡支—連續(xù)施工。

③逐段接長力筋

頂推法施工:鋼束常分前期張拉力筋和后期張拉力筋。

逐孔施工:其主束布置往往也采用逐段接長配筋。

④體外布筋

體外布筋是將力筋設(shè)置在主梁截面以外的箱內(nèi),利用橫隔梁等結(jié)構(gòu)物對梁施加預(yù)應(yīng)力。在橋梁加固方面已有先例。

2)橫向和豎向布筋

橫向:用以加強橋梁的橫向聯(lián)系,保證橋梁的橫向整體性、橋面板及橫隔板橫向抗彎能力的主要鋼筋,一般布置于橫隔板或截面的頂板中。

豎向:布置在腹板中,只要提高截面的抗剪能力,在預(yù)留孔道內(nèi)按后張法工藝施工。

筑龍路橋設(shè)計

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