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1、第5章 其它类型桥梁简介,5.1刚构桥的类型、构造及计算要点 5.1.1刚构桥的类型与构造特点 5.1.2刚构桥的计算要点 5.2 斜拉桥的类型、构造及计算要点 5.2.1斜拉桥的类型及构造特点 5.2.2 斜拉桥的计算要点 5.3 悬索桥的类型、构造及计算要点 5.3.1 悬索桥的类型及其构造特点 5.3.2 悬索桥的计算要点,返回,5.1.1刚构桥的类型与构造特点,1.刚架桥的类型 刚架桥是由梁式桥跨结构与墩台(支柱或板墙)刚性连接而形成整体的结构体系。 按结构体系可分为单跨或多跨的刚架桥；多跨刚架桥将主梁做成连续式或非连续式；若每跨中均设铰或悬挂简支梁，则形成T形刚架桥或带挂梁T形刚架桥
2、。按结构支承可分为铰支承刚架桥和固定支承刚架桥。 刚架桥的支柱为直柱式称门形刚架桥，为斜柱式称斜腿刚架。,2.刚架桥的受力特点,在荷载作用下，刚架桥的支承处会产生较大的水平推力，当采用固端支承时，其支柱要承受较大的弯矩，基础不仅要承受较大推力，还要承受固端弯矩，各种因素引起的附加内力较大 ，但其主梁的弯矩较小；采用铰支承虽然可免除固端弯矩，减小附加内力，但铰的构造和施工复杂，养护麻烦。 为了抵抗水平反力，可用拉杆连接两根支柱的底端，或做成封闭式刚架。 对于单跨刚架桥，可采用其主梁两端外伸悬臂，或外伸悬臂端简支在桥台上的结构方式，以减小支柱承受的弯矩和水平反力； 对于多跨刚架桥，应尽量采用等跨布
3、置，使相邻跨的水平推力相互抵消，在边跨采用与单跨刚架桥相同的结构方式，以达到同一目的； 刚架桥可以全部采用钢筋混凝土或预应力混凝土建造，也可以采用预应力混凝土的主梁和钢筋混凝土的支柱。,T形刚架桥,T形刚架桥实际上是一种具有悬臂受力特点的梁式桥，是非推力体系，与一般刚架桥的受力体系根本不同，带挂梁的T形刚架桥还是静定结构。 T形刚架桥特别适宜采用双悬臂平衡施工。 在施工过程中和恒载作用下，其两侧悬臂的弯矩近似相等，支柱仅承受压力，柱底也仅有竖向反力，只是在活载作用时才产生弯矩。 主梁跨中设铰或悬挂简支梁会有效地减小或免除各种因素引起的附加内力，但使桥面接缝增多，车辆通过时易引起对桥梁的冲击作用
4、，不利于高速行车；且剪力铰的结构复杂，养护麻烦。因此将主梁做成连续梁更为合理，或每隔数跨设一孔跨中带悬挂简支梁的主梁，以此作为较长的多跨刚架桥的伸缩缝。,斜腿刚架桥,斜腿刚架桥的受力更接近于拱式桥，通常做成悬臂式，其主梁外伸并简支于桥台上，使主梁特别是斜支柱所受的弯矩比门形刚架桥大为减小，但增大了支承处的推力；由于其斜支柱较长，主梁跨度缩短了，但较小的主梁跨度可跨越更大距离。 单跨斜腿刚架桥多用于跨越深谷和其它道路的立交。 采用多跨斜腿刚架桥时，相邻跨的斜腿构成V形支承并与主梁刚结，刚架桥的主梁通常则是连续的。 多跨斜腿刚架桥宜采用等跨布置，以便相邻跨的水平反力可相互抵消，减轻水平推力对基础的
5、作用；其边跨为外伸主梁简支于桥台上。 V形支承式桥墩可固结，也可铰结在墩基础上。,3.刚架桥的构造主梁截面类型,刚架桥的主梁截面形式与梁式桥相同，可采用(图5-2)所示的各种型式。 主梁在纵向的变化可采用等截面、变宽截面和变高截面等。 为了适应内力的变化和施工方便，主梁可分段采用几种不同的截面型式。例如，主梁跨中段采用肋式，支承段采用箱形截面。跨度较小时宜采用等高的主梁，以方便施工；跨度较大时多采用变高度主梁，其底缘线型可以是直线形、折线形、曲线形和曲线加直线等；根据梁内力的分布情况，按等强度原则选定。在底缘线转折处，一般宜设置横隔板(图5-3)。,3.刚架桥的构造支柱,刚架桥的支柱有薄壁式和
6、柱式(图5-4a、b)。 柱式又分单柱式和多柱式。多柱式的顶部通常都用横梁相连，形成横向刚架，以承受横向的作用力。当支柱较高时，尚应在其中部用横撑将各柱连接起来。当桥梁很高时为了增加横向刚度，可将支柱做成横向斜支柱（图5-4c)。 支柱的横截面可以采用实体矩形、工字形或箱形等，但应与主梁截面相配合，其腹板也应与主梁腹板布置相一致，以便直接传力。,图54刚架桥支柱类型 a)薄壁式支柱；b)柱式支柱；c)斜柱式支柱,3.刚架桥的构造节点受力,刚架桥支柱与主梁相连接处称为节点。 节点必须具有强大的刚度，以保证主梁和支柱的刚性连接，门形刚架的端节点和主梁(或支柱)相连接的截面承受很大的负弯矩，因此在节
7、点内缘混凝土承受很大的压应力。 节点外缘由钢筋承担很大的拉力。如图5-5所示，压力和拉力形成一对强大的对角压力和拉力，使节点承受劈裂作用。因此节点的构造布置和钢筋配置应格外注意防止劈裂发生。,图55 隅节点受力示意图,3.刚架桥的构造节点梗胁,板式刚架桥,可在节点内缘加梗胁(图5-6),并适当配筋,以改善其受力状况,便利施工。 肋梁式主梁的刚架桥,其端结点常采取以下方式加梗胁(图5-7)： a.仅桥面板加梗胁；b.仅梁肋加梗胁；c.两者均加梗胁。 必要时主梁底缘可加设底板，使结点附近的主梁变为箱形截面(图5-7d)。 支柱采用与主梁相同的方法处理。,图56 板式刚架桥隅节点处的梗胁,图57 刚
8、架桥肋梁式主梁加梗胁的类型,3.刚架桥的构造箱形截面节点,当主梁和支柱都是箱形截面时，节点常采用三种型式(图5-8)：a.仅在箱形截面内设置斜隔板，斜隔板传力直接，抵抗对角压力最为有效， 虽施工简单，但主筋较难布置；b.设支柱隔板和主梁隔板，其传力间接，受力状况较差，但构造布置和施工较简单；c.设支柱隔板、主梁隔板和斜隔板,这样的节点刚强可靠。 有时节点做成实体的,以保证其强大的刚性,并简化施工。,图58 刚架桥箱形截面主梁节点类型,3.刚架桥的构造中柱节点,多跨刚架桥的中柱和斜腿刚架桥的斜支柱与主梁相交的节点，根据截面型式的不同，可以采用多种类型。图5-9所示为常用的几种类型。,图59 刚架
9、桥支柱与主梁相交节点的类型,3.刚架桥的构造节点配筋,关于节点的配筋，若采用普通钢筋混凝土，必须要有足够的连续钢筋绕过节点外缘(图5-10a)，对于受力较大的节点，在对角力的方向要设置受压钢筋，在与对角力相垂直的方向要设置防劈裂钢筋，避免节点混凝土出现劈裂和节点外缘产生过宽的受拉裂缝。如果是预应力混凝土刚架桥，与节点相邻截面的预应力钢筋宜贯穿节点，并在节点内交叉后锚固在梁顶和端头上(图5-10b)。,图510 刚架桥梁柱节点钢筋和预应力筋设置 a)边支柱与主梁相交节点；b)斜支柱与主梁相交节点,3.刚架桥的构造主梁与支柱配筋,为了承受预应力钢筋锚头下面的局部应力，钢筋锚头的区段内需设置相应的箍
10、筋或钢筋网。 对于加设梗胁的节点，需设置与梗胁外缘相平行的钢筋。 主梁的配筋与连续梁相似，支柱的配筋应考虑轴向压力和弯矩的影响 。,3.刚架桥的构造铰支承,若刚架桥采用铰支承，需设置铰支座。 常用的铰支座有：铅板铰、钢铰和混凝土铰。 铅板铰利用铅容易产生变形的特点实现铰的转动作用，其承压强度不高，一般仅容许承受100150Nmm2的压应力。其造价比混凝土铰高，养护也较费事。 钢铰支座通常用铸钢制成，其构造与梁桥固定支座相同。 混凝土铰是在需要设置铰的位置将混凝土截面陡然减小(称为颈缩)，使该截面刚度很小，抗弯能力很低，结构在该处可出现转动，以此实现铰的作用。 其转动能力有限，转角过大时会在铰颈
11、截面产生裂缝。通常铰颈截面仅设置细直径的纵向钢筋或斜放的纵向钢筋，以分担剪力，阻止产生的铰颈裂缝延伸；铰颈截面两侧的支柱和基础内需设置钢箍状、炉篦状、螺旋状或网状防劈裂钢筋，使混凝土铰能充分发挥其抗压能力。,返回,5.1.2刚构桥的计算要点,1.刚架桥的主要结构尺寸 刚架桥的主要结构尺寸包括主梁跨度和高度、支柱高度和其截面高度，以及桥的横向宽度。 主梁和支柱的刚度比决定了刚架结构的变形特征与内力分布。当主梁和支柱的刚度比很大时，支柱相对柔细，故支柱承担的弯矩和主梁端部负弯矩均很小，主梁跨中正弯矩则很大，趋于简支梁的情况； 如果此刚度比很小，则支柱承担的弯矩和主梁端部负弯矩增大，跨中正弯矩减小，
12、趋于固端梁情况。 刚度比还影响对基础的水平推力和结构附加内力的大小。,1.刚架桥的主要结构尺寸,主梁或支柱的刚度主要与其梁高或支柱截面高度有关。刚架桥的主梁高度一般取其跨度的1/71/30，大跨度预应力刚架桥多采用其跨度的130140。当采用变高度梁时，梁柱节点处梁高可为跨中梁高的1.22.5倍，甚至更高。加大节点处梁高，可使正弯矩和正弯矩区减小，主梁大部分承受负弯矩，使大多数预应力筋布置在梁的顶部，构造和施工均较简单。 支柱在纵向的截面高度采用其高度的18115，支柱较高时用较小的比值，较矮时用较大的比值。支柱在桥横向的尺寸要和主梁相配合，并考虑桥的横向刚度和稳定后确定。,1.刚架桥的主要结
13、构尺寸,刚架桥主梁和支柱截面的其它尺寸需考虑普通钢筋和预应力筋的布筋要求、预应力筋的锚固及其它构造要求确定，可参考梁式桥结构的截面尺寸选用。 若刚架桥两端带悬臂，其悬臂长可取其中跨的0.20.5倍。悬臂可减小支柱弯矩和梁跨中正弯矩，使中跨主梁弯矩有较大变化。三跨连续刚架桥，边跨一般为中跨的0.7倍或相等，个别预应力混凝土桥边跨仅为中跨的0.2。斜腿刚架桥的边跨通常为中跨的约0.5倍，斜柱的倾斜角度在4060之间。,2.刚架桥的内力计算 （1）,计算刚架桥的内力通常遵循以下原则和假定： (1)计算图式的轴线取支柱截面高度的中分线和平分主梁跨中截面高度的水平线。对于截面高度变化较大的刚架桥，则以各
14、截面高度中分点的连线作为计算图式的理论轴线。 (2)截面刚度按混凝土全截面计算(包括受拉区)，不考虑钢筋。对于T形和箱形截面，不论其顶板和底板厚度如何，均应全部计入计算截面。 (3)计算变形时，一般略去轴向力和剪力的影响，仅计弯矩的影响。但在计算张拉力作用所产生的次内力时，则必须计入轴向力对变形的影响。 (4)采用变截面的主梁和支柱时，如果在同一构件中最大截面惯性矩超过最小截面惯性矩的两倍，则应考虑此项变化的影响。,2.刚架桥的内力计算 （2）,(5)在主梁与支柱相交接的区域，其截面惯性矩与其它地方相比要大得多，可视为无限大，因此计算内力时，可不考虑此区域变形的影响。 (6)刚架桥支柱基于压缩
15、性甚小的土壤中时，支柱底端可认为是固定的；若基于中等坚实的土壤中时，则仅在基础有足够大的尺寸使基础底面一边的土压应力与另一边相比不大于其三倍的情况下，支柱底端也可认为是固定的。此外支柱底端应按弹性支承计算,或把基础也作为结构的一部分按整体结构计算。 (7)关于混凝土的弹性模量Eh，根据现行规范规定，截面刚度按0.8EhI计，其中惯性矩I的计算规定为：对于静定结构，不计混凝土受拉区，计入钢筋；对于超静定结构，计入包括全部混凝土截面，不计钢筋。,2.刚架桥的内力计算 （3）,根据上述原则和假定可确立刚架桥的计算图式和相关计算参数；其结构的内力计算通常采用结构力学的理论和方法，可按空间结构进行分析，
16、但更多的是简化为平面结构进行计算。 刚架桥通常为超静定结构，其内力计算不仅要考虑荷载的作用，还要考虑各种因素引起的附加内力。 这些附加内力包括： a.预应力作用引起的附加内力。 b.混凝土收缩和徐变引起的附加内力。 c.温度变化引起的附加内力。 d.基础沉降和水平位移引起的附加内力。 目前刚架桥的内力计算大多采用电算结构程序进行，其相关的计算理论、模型和方法可参阅计算结构力学的有关书籍，在此不再赘述。,返回,5.2.1 斜拉桥的类型及构造特点,斜拉桥是由主梁、拉索及索塔组成的组合结构体系。 主梁直接承受车辆及各种荷载的作用； 拉索为主梁提供跨间弹性支承，并承受由此传来的由荷载引起的巨大拉力；拉索的拉力通过对索塔的压力传至基础和地基，同时其水平分力对主梁产生强大的轴向压力。对于采用预应力混凝土材料的主梁，拉索的水平拉力可视为一种体外预应力，对主梁受力尤为有利。 1.斜拉桥的类型 2.混凝土斜拉桥的构造特点,返回,1.斜拉桥的类型,不同塔数的斜拉桥根据桥址的水文地质条件和需要跨越的空间距离的不同，斜拉桥可采用如下形式：独塔斜拉桥；双塔斜拉桥；多塔斜拉桥。 斜拉桥的结构体系根据主梁与索塔和桥墩的连接或支承方式不同，又可分为四种结构体系：悬浮体系；支承体系；塔梁固结体系；刚架体系。 斜拉桥结构体系的比较与选用,
