交通运输MU0401梁式桥的设计与构造 110页

1 Modular Unit-0401 梁式桥的设计与构造 2 主 要 内 容 一、梁式桥的一般特点和主要类型 二、板桥的设计与构造 三、装配式简支梁桥的设计与构造 3 一 、 梁式桥的一般特点和主要类型 1-1 梁式桥基本概念及特点 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 R235 、 HRB335 级钢；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（全压、不拉）和部分预应力（不超过规定拉应力或裂缝宽度）；设计原则； 4 1-1 梁式桥 基本概念及特点 （续） 钢筋混凝土梁桥通常跨径不大，经济合理跨径 25 米 (T 梁 ) 以下；优点材料、理论、技术等简单、成熟，缺点自重大； 预应力混凝土：可利用高强材料，减少截面，减少自重，增大跨径；节省钢材；主梁刚度大，建筑高度低，提高耐久性；需要先进、复杂的施工技术； 新材料、新工艺、先进张拉设备、预应力锚具的开发利用促进预应力结构的发展； 梁式桥上部基本描述； 5 【 属于 1-1】 梁式桥： T 梁桥概貌 6 1-2 、 梁式桥的主要类型及其适用情况 按承重结构的截面型式划分 ◎ 板桥 -- 矩形截面、双向受力、挖空、异形截面 ◎ 肋板式梁桥 -- 横截面内肋形结构（主要为 T 梁） ◎ 箱形梁桥 -- 横截面内封闭的箱子 按承重结构的静力体系 ◎ 简支梁桥 -- 单跨、静定体系；易于工厂化施工； ◎ 连续梁桥 — 多连续，超静定体系；温度、支座变位产生附加内力； ～ 负弯矩的代偿功能使梁高变小、跨越能力增大。行车条件好。 ◎ 悬臂梁桥 — 静定结构；悬臂根部的负弯矩使跨越能力有所增大。 7 【 属于 1-2】 板桥横截面 8 【 属于 1-2】 肋板式及箱形 9 【 属于 1-2】 梁式桥的力学简化模型 10 二 、 板桥的设计与构造 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，一般钢筋混凝土不超过 15 米，预应力混凝土连续板桥不超过 35 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１６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 ; 11 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；先预制节约模板及人工对内力有改善；制作时纵向、横向划分；接头位置根据内力图确定，如弯距反弯点； （ 3 ）装配式撑架连续板桥，连续板与拱式推力结构的结合；连续板桥对附加内力如支座沉陷敏感，易使桥面开裂，对地基基础要求较高； 12 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 2-2-1 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 ）需设置横向受力钢筋，单位长度上不少于单位板宽主筋面积的 15% ，间距 @<25cm; 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； 13 2-2 简支板桥的构造（续） 2-2-2 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； 14 装配式钢筋混凝土矩形实心板桥 — 配筋示意 15 2-2 简支板桥的构造 ( 续 ) ◎ 空心矩形板--为增大跨径，减轻自重，利用材料特性； ◎ 钢筋混凝土空心板跨径6~13米，有各荷载等级的标准图，板厚40~80厘米，可做到15米；预应力混凝土空心板跨径8~16 米有标准图，板厚 40~70 厘米，可做到 22 米，板厚 80~90 厘米；构造要求板厚（ 7 厘米），抗剪复核； ◎ 预应力混凝土空心板分先张法与后张法，二者区别？ ◎ 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，低等级公路； 16 装配式钢筋混凝土空心板桥 — 截面形式 17 装配式钢筋混凝土空心板桥 — 配筋示意 18 装配式板的横向联结 19 装配式板的构造及配筋图 20 装配式板的断面尺寸 - 详图 21 装配式板的配筋图 - 纵面 22 装配式板的配筋图 - 剖面 23 装配式板的配筋图 - 底、边板，端部 24 装配式预应力混凝土空心板桥 — 外观效果图 25 装配式预应力混凝土空心板桥 — 配筋效透视 26 装配式预应力混凝土空心板桥 — 配筋纵向效果图 -1 27 装配式预应力混凝土空心板桥 — 配筋纵向效果图 -2 28 空心板构造图及配筋图 29 空心板构造图 - 详图 1 30 空心板构造图 - 详图 2 31 附：先张法预应力空心板设计、施工工艺 钢铰线参与受力计算长度应考虑锚固长度； 在长线式台座上生产的空心板梁应根据厂家的实际生产工艺确定预应力钢绞线的下料长度，采用的钢铰线隔离措施必须对对预应力的释放有效；预应力钢绞线的二端的套管应能保证钢绞线在其中自由伸缩。 预应力钢绞线张拉控制应力为 σ k =0.75R b y 每根张拉控制力为 195KN 。 当采用多根钢束同时张拉时，必须在张拉前调正初应力。初应力约为控制应力的 10% 。 预应力钢绞线张拉程序为 O→ 初应力 (0.10σ k )→1.05σ k ( 持荷 5min)→0→ 锚固。 必须保证橡胶芯囊的正确位置。 当混凝土强度达到设计程序的 80% 时，方可放松预应力束。 存放和运输时，支点离梁端不得大于 2 米。 32 2-3 、 斜板桥的受力特点与构造 2-3-1 、斜板桥的受力特点 ◎ 由于地形或路线线型要求，斜交角为桥轴线与支承线的垂线的夹角；具有如下受力特点： 1 ）荷载最短距离（钝角方向）传递，最大主弯距方向向支承边垂线方向偏转的趋势 ； 33 2-3-1 斜板桥的受力特点（续） 2) 钝角处产生垂直于钝角平分线的较大的负弯距，钝角的支反力较大，镭角的支反力较小，有上翘的趋势，设拉力支座固定，将导致板内有较大的扭距； 3) 均布荷载下，斜板桥最大跨内弯距比正桥小，跨内纵向最大弯距随斜交角增大，自中央向钝角方向移动； 4) 跨中横向弯距比正桥大，相当于跨径方向减少的量； 5)《 桥规 》 规定斜交角小于 15 度时，按正桥设计； 34 2-3-2 斜板桥的构造特点 2-3-2-1 、整体式板桥的构造 1) 按主弯距方向的变化配置主筋，分布钢筋平行板边；钝角范围钢筋加强，上层与钝角二等分线垂直，下层平行加强（反力、负弯距），非支承板边上层加强钢筋网抗扭； 2) 两钝角角点间范围，主钢筋与支承边垂直，自由边范围主筋沿斜跨径方向，并与中间主筋重叠。 35 2-3-2-2 装配式斜板桥的构造 ◎ 装配式斜板桥标准图可参考； ◎ 主筋沿跨径方向，分布钢筋在钝角之间垂直于主筋，支承边附近与其平行； 36 三、 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； 37 3-0 、综述 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。 38 【 属于 3-0】 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； 39 3-1 构造类型及特点 ◎ 模板化生产，易于系列化、标准化； ◎ T 型、箱型、 TT 型截面，高宽比例适当，优化，以增大 抗弯惯距，增大刚度； ◎ 20~60 米有标准图； ◎跨度增大，梁重增加快； 措施 — 纵向分块、横向分块（少用） 40 【 属于 3-1】 构件划分 — 减轻块重的措施 ◎ 桥梁施工方法的不同导致构件内力的分配、应力分布的不同； 41 【 属于 3-1】 最常用装配式简支梁桥 --T 型截面 ◎ 采用整体预制 , 纵向竖接缝 ( 湿接头 ) ◎ 横隔梁 4~5 道 ; ◎ 预应力 T 型截面腹板底部作成马蹄形，利于布置预应力，端部支承附近腹板加厚； 42 【 属于 3-1】 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； 43 3-2 装配式钢筋混凝土简支梁桥 44 【 属于 3-2】 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 45 【 属于 3-2】 般构造、截面尺寸 20 米以下跨径； 高跨比的经济范围 1/11~~1/16 10 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 腹板厚度 15~18 厘米 横隔梁比主梁稍矮，约 3/4 主梁高，肋宽 12~16 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； 46 【 属于 3-2】 筋砼铺装层构造 47 【 属于 3-2】 T 梁受力特点 — 弯距包络图 48 【 属于 3-2】 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； 49 【 属于 3-2】 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 15d ，螺纹钢筋 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；箍筋不小于 1.5 厘米； 50 【 属于 3-2】 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 51 【 属于 3-2】 配筋特点 -- 翼板钢筋、梁端加强钢筋 52 【 属于 3-2】 钢筋最小锚固长度 53 【 属于 3-2】 T 梁配筋图 54 【 属于 3-2】 中主梁横隔梁构造 55 3-3 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 56 【 属于 3-3】 T 梁构造 — 立面、断面 57 【 属于 3-3】 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； 58 【 属于 3-3】 一般构造图（工程实例） 59 【 属于 3-3】 横断面（工程实例） 60 【 属于 3-3】 主梁预应力索布置（工程实例） 61 【 属于 3-3】 T 梁梁肋钢筋构造（工程实例） 62 【 属于 3-3】 横隔板细部构造、接头构造（工程实例） 63 【 属于 3-3】 行车道板钢筋构造图（工程实例） 64 【 属于 3-3】 预应力混凝土工作原理 未开裂预应力混凝土构件，预应力产生的混凝土法向应力： N y --- 预应力； e y --- 预加力的合力至 截面重心的距离； y — 计算的点至截面重心轴的距离； 65 【 属于 3-3】 截面特征 形心轴； 核心距 1 ）截面核心概念 2 ）轴向压力在上、下核心之间移动，截面不产生拉应力 66 【 属于 3-3】 普通钢筋砼 T 梁 与 预应力砼 T 梁 的抗力效应比较 普通钢筋砼 T 梁 ◎钢筋合力（拉应力）中心与砼合力（压应力）中心为 “ 内力偶距 ” ； ◎钢筋合力 （拉应力合力） 【 或砼的压应力合力、二者为一对平衡力 】 为 “ 内力 ” ； ◎ “ 内力偶距 ” 、 “ 内力 ” 的乘积构成 抵抗弯矩 ； ◎ “ 内力偶距 ” 基本不变， “ 内力 ” 变化（不同截面纵筋数量不同）； ◎以变化的 “ 抵抗弯矩 ” 来抵抗荷载效应。 67 【 属于 3-3】 普通钢筋砼 T 梁 与 预应力砼 T 梁 的抗力效应比 （续） 预应力砼 T 梁 ◎预应力筋合力 （压应力） 中心的 “ 偏心距 ” 【 内力偶距 】 。 ◎预应力筋合力 （压应力合力） 为 “ 偏心力 ” ； ◎ “ 偏心距 ” 、 “ 偏心力 ” 的乘积构成 “ 预加弯矩 ” ； ◎ “ 偏心距 ” 变化 — 预应力筋弯起， “ 偏心力 ” 基本不变（弯起角不同，有少量变化）。 ◎以变化的 “ 预加弯矩 ” 来抵抗荷载效应。 ◎◎ “ 预加弯矩 ” 在不同的阶段（或截面） ，其效应不同； ◎◎ 在施工阶段（梁端）一部分是负效应； ◎◎ “ 预加弯矩 ” 要获得更大的正效应、避免过大的负效应，必须使 “ 偏心距 ” 的允许变化范围尽可能的大。 ◎◎ 使上、下缘都不出现拉应力， “ 偏心距 ” 只能在上、下核心之内变化。即： 上、下核心距越大，预应力筋越好布置，效果越好。 68 【 属于 3-3】 预应力 T 梁截面受力特点 预加力阶段，上缘达到 0 应力；运营阶段，截面下缘应力为 0 ； N y *e ’ =M g1 ; 偏距 e ’ 抵消主梁自重，应在设计中使截面形心高一些以增大偏距； (N y -△N y )*(Ku+Ko)=M g2 +M p ； 【 △N y — 预应力损失 】 核心距 K= Ku+Ko, 反映运营阶段承载能力， K 越大越节省 预应力筋； 截面效率指标 ρ=K/h , 一般在 0.45~~0.5 以上较经济 69 【 属于 3-3】 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； 70 【 属于 3-3】 预应力向梁端弯起原因 ◎ 索界的概念 ; ◎ 预应力向梁端起弯的原因： 减少梁端负弯矩，提供部分抗剪能力，分散锚下集中力、便于布置锚具。 71 【 属于 3-3】 预应力向梁端弯起原因（续） ◎ 减余剪力图 ◎弯起预应力筋产生竖向分力，抵消梁内剪力，减低腹板内主拉应力； ◎跨径的 1/3~1/4 点起弯，一般按圆弧，弯起半径对钢铰线、钢丝束不小于 4 米；钢筋束按钢筋直径范围 12