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1、BRIDGE 桥梁工程 钟轶峰 电话 邮箱 2020 1 272 第三篇 悬臂与连续体系梁桥 v第一章 基本结构体系 v第二章 立面与横断面设计 v第三章 配筋与其他构造设计原则 v第四章 施工方法简介 2020 1 273 第一章 基本结构体系 梁式桥可分为 简支梁桥 悬臂梁桥 连续梁桥 刚 构式桥 v1 1 悬臂梁桥 将简支梁梁体加长延伸 并越过支点就成为悬臂梁 桥 把梁的一端悬出和两端均悬出分别称为单悬臂梁和 双悬臂梁 通常将悬臂梁主跨称为锚跨 常见的悬臂梁桥类型有 双悬臂梁桥 三跨悬臂梁 桥 多跨悬臂梁桥 2020 1 274 双悬臂梁桥 利用悬臂端伸入路堤 可省去两个体积庞大的桥台
2、需在悬臂与路堤衔接处设置搭板以利行车 中跨跨中恒载弯矩 因支点负弯矩的卸载作用而显 著减小 中跨跨中活载弯矩 与相同跨径的简支梁布置车道 荷载时的结果一样 2020 1 275 三跨悬臂梁桥 由两个单悬臂梁与中孔简支挂梁组成 中跨跨中恒载弯矩 因简支挂梁的跨径缩短减小 中跨跨中活载弯矩 只按支承跨径较小的简支挂梁 产生的正弯矩计算 因此比同等跨径的简支梁小得 多 锚跨锚跨 2020 1 276 多跨悬臂梁桥 双悬臂梁 单悬臂梁与简支挂梁联合组成 相当于在三跨悬臂梁桥中增加了一个双悬臂梁锚跨 和一个简支挂梁跨 组成了一个5跨悬臂梁桥 多孔悬臂梁桥的结构特点是锚跨与挂梁跨交替布置 通常为奇数跨布置
3、 2020 1 277 悬臂梁桥的力学特点 悬臂梁桥利用悬出支点以外的伸臂 使支点产生负弯 矩 对中跨跨中正弯矩产生有利的卸载作用 悬臂梁桥一般为静定结构 其结构内力不受温度 混 凝土收缩徐变和地基沉降等因素的影响 与简支梁桥相比 只需设置单排支座 可以减小桥墩 尺寸 节省基础工程量 2020 1 278 缺点 悬臂梁桥的悬臂端 在恒载 活载作用下 容易发 生下挠 会影响行车舒适性 结构刚度不如连续梁大 而且桥面伸缩缝多 不利 于高速平稳行车 牛腿构造复杂 存在正 负弯矩区段 构造较为复杂 故该桥型目前在我国采用较少 国内钢筋混凝土悬臂梁桥的最大跨径一般 55m 预应 力混凝土悬臂梁桥的最大跨
4、径一般 100m 2020 1 279 1 2 连续梁桥 连续梁桥是指各跨上部结构连续的梁桥 力学特点 从静力图式来说 连续体系梁桥是超静定结构 对于超静定结构 墩台与基础的不均匀沉陷 温度 变化 混凝土徐变与收缩 预加力影响等 会使梁 内产生不利的附加内力 这部分附加内力一般称为 结构次内力 超静定结构的最终恒载内力与其施工方法有关 2020 1 2710 利用支点负弯距的卸载作用 可以有效地降低跨中 正弯距 能减小截面高度 增大跨越能力 2020 1 2711 主梁截面可根据内力的变化曲线 作成变截面线型 使截面尺寸与内力匹配 2020 1 2712 通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大
5、但当跨 径不大时 差别不太大 连续梁桥刚度大 变形小 从运营条件来说 连续体系比简支和悬臂体系优越 因为连续梁伸缩缝较少 高速行车时感觉比较平 顺 从桥的立面上看 在桥墩上只需设置一排沿桥墩中 心布置的支座 从而可相应的减小桥墩的尺寸 2020 1 2713 从材料上看 混凝土连续体系梁桥包括 钢筋混凝土连续梁桥 在支点附近负弯矩区 梁的 上翼缘受拉开裂 雨水易于渗入梁体造成钢筋锈蚀 同时由于不利于预制安装施工 往往要现浇 施 工费用较高 跨径不超过25 30m 目前已较少使 用 预应力混凝土连续梁桥 可以采用悬臂法 顶推 法 逐跨施工法等方法施工 充分应用预应力技术 的优点使施工机械化 生产
6、工厂化 提高了施工质 量 降低了施工费用 目前已在大中跨度桥梁中得 到广泛应用 常用跨径达到150m 2020 1 2714 1 3 刚构式桥 桥跨结构 主梁或板 和 墩台 立柱或竖墙 整体 相连的桥梁称为刚构 式桥或刚架桥 单跨刚构式桥 门 式 斜腿 多跨刚构式桥 T型刚 构式桥 连续刚构式 桥 2020 1 2715 1 3 1 单跨刚构式桥 单跨刚构式桥的主要优点是 外形尺寸小 桥下净空 大 桥下视野开阔 混凝土用量少 可以取消伸缩缝 和支座 改善了行车条件 提高了结构刚度 缺点是钢筋的用量较大 基础的造价也较高 常采用 有支架的整体浇筑法施工 工期比简支梁施工时间 长 v门式刚构式桥
7、为了抵抗竖向荷载作用下产生的水平推力 可用拉杆 连接两根支柱的底端 2020 1 2716 v斜腿刚构式桥 斜腿刚构式桥的压力线和拱桥相近 故其所受的弯矩 比门形刚构要小 主梁跨度比门形刚构要小 不仅造型轻巧美观 施工也比拱桥简单 适用于跨越 陡峭的河岸和深邃的峡谷 缺点是支承反力有所增加 而且斜柱的长度也较大 2020 1 2717 1 3 2 预应力混凝土T型刚构式桥 T型刚构式桥是具有悬臂受力特点的梁式桥 预应力T型刚构的常用跨径可在60 200m 当在墩柱一侧的桥跨上布载时 墩柱将承受较大的不 平衡力矩 因此墩柱尺寸一般较大 2020 1 2718 1 跨中带 剪力铰 的T构桥 两个悬
8、臂在端部借所谓的剪力铰相连接 从结构受力 和限制悬臂端变形来看 剪力铰起到了有利的作用 超静定结构 会引起附加内力 悬臂端因塑性变形不断下垂 将造成行车不顺 剪力铰构造复杂 不易制造安装 容易变形和损坏 2020 1 2719 2 跨内设挂梁的T构桥 各T构单独作用 受力和变形略差 属于静定结构 受力明确 构造简单 当挂梁与多孔引桥的简支跨尺寸和构造相同时 更能 加快全桥施工进度获得经济效益 挂梁需有牛腿 日久路面出现折角 行车不利 所以 目前应用不如连续刚构 2020 1 2720 1 3 3 预应力混凝土连续刚构式桥 连续梁体与薄壁桥墩固结而成 也可以看作墩梁固结 的连续梁桥 它结合连续梁
9、和T型刚构的受力特点 一方面具有连续 梁桥无伸缩缝 行车舒适的优点 另一方面具有T型刚 构不需要大吨位支座 不需要体系转换和临时固结的 优点 它的缺点是对地基承载力要求高 另外墩梁联结处应 力复杂 2020 1 2721 在受力方面 上部结构仍为连续梁特点 由于桥墩受 力及混凝土收缩 徐变 温度变化引起的弹塑性变形 对上部结构内力有一定的影响 随着桥墩刚度的减小 桥墩所受的弯矩响应也相应的 减少 但在墩梁结合处仍有刚构受力性质 由于桥墩参与工作 连续刚构式桥与连续梁桥的工作 状态有一定区别 连续刚构式桥由活载引起的跨中区 域正弯矩比同跨径连续梁桥的小 当墩高达到一定高度后 连续刚构式桥与连续梁
10、桥的 上部结构内力相差不大 2020 1 2722 第二章 立面与横断面设计 立面设计的内容包括 桥梁体系的选择 桥梁总长及分跨布置 桥面高程的确定 梁高的选择 桥梁下部结构和基础形式的选择 在桥梁横断面设计中 主要决定桥面的宽度和桥跨结 构横断面的布置 2020 1 2723 2 1 悬臂梁桥的立面布置 v跨径布置 主要包括各跨跨径比 悬臂长与跨径之比 具体考虑因素包括 横截面形式 T形截面悬臂较短 箱形截面悬臂较 长 材料 钢筋混凝土悬臂较短 减小负弯矩 预应力 混凝土悬臂可适当加长 施工方法 纵向分缝必须考虑锚孔的吊装重量 横 向分缝可适当加长悬臂长度 v梁高 一般采用变高度梁 支点梁高
11、一般为跨中梁高的1 2 5 倍 双悬臂梁桥 2020 1 2724 桥型跨径关系截面形式跨径梁高关系支点与跨中梁高关系 钢筋混凝土双悬臂结构lx 0 3 0 4 l T型截面h 1 12 1 20 lH 1 0 1 5 h 箱型截面h 1 20 1 30 lH 2 0 2 5 h 预应力混凝土双悬臂结构lx 0 3 0 5 l T型截面h 1 20 1 25 lH 1 5 2 0 h 箱型截面h 1 20 1 35 lH 2 0 2 5 h 三跨悬臂梁桥 2020 1 2725 桥型跨径关系截面形式跨径梁高关系支点与跨中梁高关系 钢筋混凝土三跨悬臂结构lg 0 4 0 6 l l1 0 6 0
12、 8 l T型截面h 1 12 1 20 lH 1 5 1 8 h 箱型截面h 1 15 1 25 lH 2 0 2 5 h 预应力混凝土三跨悬臂结构lg 0 2 0 4 l l1 0 6 0 8 l T型截面h 1 20 1 25 lH 1 5 2 0 h 箱型截面h 1 20 1 30 lH 2 0 2 5 h 多跨悬臂梁桥 2020 1 2726 桥型跨径关系截面形式跨径梁高关系支点与跨中梁高关系 钢筋混凝土多跨悬臂结构lg 0 5 0 6 l l1 0 75 0 8 l T型截面h 1 12 1 20 lH 1 5 1 8 h 箱型截面h 1 20 1 30 lH 2 0 2 5 h
13、预应力混凝土多跨悬臂结构lg 0 5 0 7 l l1 0 75 0 8 l T型截面h 1 20 1 25 lH 2 0 2 5 h 箱型截面h 1 25 1 35 lH 2 0 2 5 h 2020 1 2727 2 2 连续梁桥的立面布置 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 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 并综合考虑 施工等因素时 边跨一般取中跨的0 5 0 8倍 桥跨布置还与施工方法密切
14、相关 2020 1 2728 2 2 1 等高度的连续梁桥 等跨等截面连续梁桥一般采用中等跨径 以40 60m为 宜 这样可以使主梁构造简单 施工快捷 大跨斜拉 桥 悬索桥的引桥常采用这种形式 力学特点 连续梁支点截面负弯矩一般比跨中截面正 弯矩大 当跨径不大时这个差值不是很大 可以采用 等截面形式 并采取一定的构造措施予以调节 H L 1 16 1 26 顶推施工时1 12 1 16 2020 1 2729 2 2 2 变高度的连续梁桥 变高度的连续梁桥立面一般采用不等跨布置 对于三 跨连续梁 其边跨一般为中跨的0 6 0 8倍左右 对于 五跨连续梁桥 比值为0 65 0 9 1 0 力学特
15、点 主跨跨径接近或大于70m的梁桥一般采用变 截面形式 高度变化应基本上与内力变化相适应 支点H支 L 1 16 1 18 H支 H中 1 5 2 5 2020 1 2730 2 3 刚构式桥的立面布置 T型刚构式桥 全桥的T型单元应尽可能相同 以简化设计与施工 悬臂长度约为中跨跨径的0 15 0 25倍 以适当减小 悬臂根部和墩柱内所受的弯矩 一般预应力混凝土挂梁跨径不超过35 40m 挂梁 梁高取跨径的1 16 1 18 悬臂根部梁高为跨中梁高 的1 8 2 0倍 2020 1 2731 连续刚构桥 连续刚构桥一般有两个以上主墩采用墩梁固结 它利 用高墩的柔度来适应结构的纵向位移 即把高墩
16、视做 一种摆动的支承体系 柔性桥墩立面形式主要有三种 竖直单薄壁墩 竖直双肢薄壁墩 Y形墩 V形墩 2020 1 2732 连续刚构桥都采用平衡悬臂施工 其跨径布置 梁高 选用与变高度的连续梁桥相似 跨径布置 国内外已建成的连续刚构桥 边跨与中跨 的跨径比值在0 5 0 7之间 公路多跨连续刚构桥 悬臂根部梁高可取 1 17 1 20 l 跨中梁高可取 1 50 1 60 l 加大悬臂根部梁高 通常可使正弯矩减小 正弯矩区 缩短 主梁几乎全部承受负弯矩作用 可以将大多数 预应力钢束布置在梁顶 构造和施工比较简单 2020 1 2733 包括折线 大半径圆弧曲线 抛物线 正弦曲线等 有时还采用曲线和直线相结合的混合型梁底曲线 用得较多的是二次抛物线 因为二次抛物线的变化规 律与连续梁的弯矩变化规律比较接近 从美观方面来看 抛物线和正弦曲线较好 从施工来看 折线和圆弧曲线较方便 对于多跨T型刚构式桥 直线形变高度的T形刚构配合 等高度的挂梁形成折线形梁底 既经济又简洁 施工 也方便 变高度梁的梁底曲线 2020 1 2734 2 4 截面型式 v板式截面 板式桥构造简单 施工方便 建 筑高
