预应力混凝土连续梁桥与连续钢构.pptx.pptx

第十章 预应力混凝土连续梁桥与连续钢构1 10.1 概述 简支梁桥：L2025m，跨中弯矩迅速增大，截面尺寸和自重显著增加，材料用量大且不经济，安装重量给装配式施工造成困难。 较大跨径的梁式桥：降低材料用量，采用能减小跨中弯矩值的其他体系桥梁，如悬臂体系、连续体系的梁桥等。2与简支体系相比较，悬臂和连续体系可以减小跨内弯矩的绝对值、降低主梁的高度，从而减少材料用量和结构自重，而结构自重的降低又进一步减小了恒载的内力。 预应力混凝土连续梁桥具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好等优点，更突出的是在使用上，主梁变形挠曲线平缓、桥面伸缩缝少、行车舒适。345预应力混凝土连续梁桥具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好等优点，更突出的是在使用上，主梁变形挠曲线平缓、桥面伸缩缝少、行车舒适。6预应力混凝土连续刚构桥可以看成是由T型刚构与连续梁组合而成。它数跨相连，跨中不设铰或挂梁，行车舒适。主梁与桥墩固结，不设支座，因此具有T型刚构桥和连续梁桥的优点，从而使其跨径适用范围从连续梁桥的150m左右，发展到300m以上。黄花园嘉陵江大桥7 10. 2 主要结构与构造 一、立面布置 1等截面连续梁 中等跨度（4060m）、一联较长 梁段（跨）施工可采用预制装配法或就地灌注法。施工简单，所需设备规格少。 分跨：等跨（长桥）、不等跨（比值在0.60.8左右）。 不等跨中长跨，（1）梁高不变，截面加厚、预应力钢束增加。（2）梁高变。8 梁高的选择与跨度有关。 等截面公路连续梁桥的高（度）与跨（度）之比h/L在1/151/25之间。当采用顶推法施工时，还需要考虑顶推施工时对结构的附加受力要求，此时高跨比h/L选1/121/15为宜。 对铁路桥，h/L为1/161/18。9全长2070m（845m+845m+1245m+1045m+845m），跨度4.5m，箱形截面，采用逐跨现浇的活动支架法施工10 2. 变截面连续梁 连续梁桥的支点负弯矩远大于跨中正弯矩。 变截面梁（支点处梁高增大，跨中处梁高减小，其间按曲线或折线过渡）。适应结构的内力分布规律 L100m公路混凝土连续梁桥11 梁高变化规律：斜（直）线、圆弧线或二次抛物线高跨比h/L：跨中1/301/50，支点1/161/25 底板、腹板和顶板做成变厚度 支点与跨中高度之比：2.03.0广东容奇大桥12广东顺德容奇大桥13 3连续刚构（continuous rigid-frame） 墩梁固结无支座，利于悬臂施工，省去大型支座及其养护、维修费用； 一联内无缝，改善了行车条件；主梁常采用变截面箱型梁； 上部结构：计入桥墩受力及混凝土收缩、徐变和温度变化引起的变形对上部结构的响； 随着墩高的增加，连续刚构的墩顶以及跨中弯矩趋近连续梁者。14 桥墩：具有一定柔度，其根部所受弯矩很小，墩梁结合处有刚架受力特点； 桥墩多采用矩形和箱形截面的柱式墩或双薄壁墩； 墩的轴向力和墩底弯矩随墩高的增加急剧加大； 两墩之间的梁部所受到的轴向力随墩高的增加而急剧减少。 伸缩装置应能适应结构纵向位移的需要；桥台处需设置控制水平位移的挡块，以保证结构的水平稳定性。15150m+270m+150m一联。桥宽31m，6车道，由双箱组成。梁的下缘呈抛物线形，根部高14.8m，跨中高5 m。桥墩为双柱式空心墩，高35m，具有较大抗弯刚度。基础采用高桩承台，每墩有32根直径2.0m的桩嵌入岩石。主梁用挂篮法平衡悬臂灌筑。桥墩用支架提升模板灌筑混凝土。广东虎门辅航道桥16广东虎门珠江辅航道桥17 悬臂梁 在桥头两端不设置桥台，而仅设置搭板与路堤相衔接，由于行车时，搭板容易损坏，故多用在跨干线的人行桥梁上。 受力方面： 属于静定体系，它们的内力不受基础不均勾沉降等附加变形的影响。 悬臂梁桥在施工阶段和成桥运营阶段两者受力状态是致的，非常适宜于悬臂施工方法。18不带挂梁的单孔双悬臂梁桥多跨悬臂梁桥的两个悬臂一般多做成相同的尺寸，其挂梁高度约为(120112) 。在特殊情况下必须进一步减小锚孔的胯径时，应考虑活载作用在中孔时锚孔边支点可能出现负反力的情况，为此应采取加设平衡重物或设置拉力支座等特殊措施。19带挂梁的悬臂梁桥旧南安大桥为8孔的悬臂梁桥，跨径为32.8m，全长为288.23m。桥面行车道净宽为7.0m，人行道21.0m。20 二、横截面布置（1）板、肋式截面（2）箱形截面（3）横隔板常用板、肋式截面形式21常用箱形截面形式箱形截面特别适用于较大跨径的悬臂梁桥和连续梁桥。常为变截面外，还变厚度。底板根部厚，通常取墩顶梁高的1/101/12；跨中薄，一般在0.20.3m。箱梁顶板厚度的取值要考虑两个因素：一是要满足桥面板横向抗弯的要求，二是要满足纵向力筋布置的要求。22 实桥箱梁截面举例23横隔板一般布置24 三、预应力钢筋的布置 1）纵向力筋的布置 连续配筋 分段配筋 逐段加长力筋 体外布筋 后连续布筋 2）横向和竖向布筋25 连续配筋 小跨度的等截面连续梁桥，采用就地灌注施工的，其纵向力筋可按照结构各部位的受力要求进行连续配筋。二次抛物线。26 分段配筋 大跨度、变截面、悬臂施工法。 悬臂伸出施工时，对梁体施加负弯矩筋；在两梁段合龙后（称为体系转换），再张拉正弯矩筋和其它力筋。 力筋的布置原则：力矩大、锚固方便、施工简单。27 逐段加长力筋 用连接器把主筋对接或 逐段加长。 逐孔施工、顶推法施工 的连续梁常用。 接头的位置通常设置在 离支点约1/5跨度附近弯 矩较小的部位。28 体外布筋 力筋布置在主梁截面以外的箱内，配以横隔板、转向块等构造，对梁体施加预应力。 无预留孔道，孔道压浆等工序，施工方便迅速，且便于更换；对力筋防护和结构构造等的要求较高。29 后连续筋 先简支后连续方法施工的预应力混凝土连续梁桥，后连续采用预应力筋布置，必须先预留张拉槽孔和预埋管道，待连续部分的混凝土浇筑完毕后，穿束张拉后连续的力筋，实现整体梁的连续。T梁简支后连续力筋布置30矮箱梁简支后连续力筋布置31横向和竖向布筋横向筋是桥面板横向受力的需要，多采用钢铰线箱梁顶板的横向力筋（清水河桥）32 竖向预应力筋图 抗剪；还可作挂篮的后锚钢筋。 多采用高强度精轧螺纹钢筋，纵桥向一般每隔5080cm间距设置，后张法施工。（a）纵桥向布置（b）横向布置（c）竖向预应力筋33 10.3连续梁桥施工方法简介一、概述立支架就地现浇用滑模逐跨现浇施工预制拼装（可以整孔、分段串联）悬臂浇筑顶推34立支架就地现浇35 二、预制装配整体施工法 三种分段施工方式： 简支连续 单悬臂连续 双悬臂连续36 简支一连续施工法37 简支单悬臂连续施工法38 三、悬臂施工法（cantilever method）（1）悬臂施工的程序（2）采用挂篮的悬臂浇注法（3）采用吊机的悬臂拼装法39悬臂施工程序40悬臂浇注法几种常用挂蓝示意41424344454647484950湖北沙洋汉江桥，主跨110m，采用悬臂浇筑施工51移动式吊机、造桥机、桁式吊等。 常用的移动式吊机的外型与挂篮类似，由承重梁、横梁、锚固装置、起吊装置、行走系统、张拉平台等几部分组成悬臂拼装法5253江门外海桥，为557x11055m的连续梁，施工时主梁分为两箱，悬臂拼装，跨中合龙，两箱连为一体54 四、移动模架施工法 将机械化的支架和模板支承（或悬吊）在长度稍大于两跨、前端作导梁用的承载梁上，然后在桥跨内进行现浇施工，待混凝土达到一定强度后脱模，并将整孔模架沿导梁前移至下一浇筑桥孔，如此有节奏地逐孔推进直至全桥施工、完毕。 适用于跨径2050m的等跨和等高度连续梁桥施工55移动式模架逐孔施工法56厦门高集海峡大桥575859五、顶推施工法顶推法（launching method）的施工原理是沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地，分节段浇筑或拼装混凝土梁身，并用纵向预应力筋连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与四氟乙烯模压板特制的滑动装置，将梁逐段向对岸顶进，就位后落梁，更换正式支座，完成桥梁施工。 顶推法主要应用于等截面连续梁。 每节段箱梁约1030m长 单向顶推、双向顶推、单点顶推、多点顶推 主要设备：千斤顶、滑道60连续梁顶推法施工示意图 (a)单向单点顶推；(b)按每联多点顶推：(c)双向顶推1.制梁场；2.梁段；3.导梁；4.千斤顶装置；5.滑道支承；6.临时墩；7.已架完的 梁；8.平衡重61福建尤溪丘墩桥，为607660m的连续梁，采用顶推法施工62636410.4 斜拉桥一、概述 斜拉桥：由主梁（girder或beam）、索塔（pylon或tower）和斜拉索（stay cable）组成。65世界主跨排前十名的斜拉桥66二、斜拉桥结构与构造1、基本形式及总体布置单跨、双跨、三跨和多跨单跨斜拉桥为地锚或无背索结构体系，建设成本高，较少采用。67独塔双跨和双塔三跨结构是常见的斜拉桥结构形式。双跨斜拉桥以跨度较大者为主跨，三跨斜拉桥以中跨为主跨。独塔双跨双塔三跨68三跨以上的斜拉桥由于中间桥塔没有端锚索限制其变形，结构刚度小、施工过程中形状控制困难，较少采用。69三跨式斜拉桥的L1/L2宜为0.330.50。其中钢主梁宜为0.400.50；组合梁宜为0.300.45；混凝土梁宜为0.400.45。70两跨式斜拉桥的L1/L2为0.501.01）当边跨跨度比较大时，边跨设置辅助墩或者增大桥塔刚度。2）当边跨跨度比较小时，要避免支座出现负反力。71已有斜拉桥，双塔斜拉桥的塔高与主跨之比约为1/41/7，其中钢斜拉桥多为1/5；独塔斜拉桥该值约为1/2.71/4.7。斜拉桥细则规定双塔、多塔斜拉桥桥面以上索塔的高度与主跨跨径之比宜为1/41/6。独塔斜拉桥桥面以上的塔高与跨度之比宜为1/2.71/3.7，外索的水平倾角不宜小于22。72为了提高斜拉桥的结构整体刚度，有时在非通航的边跨适当设置辅助墩约束主梁的变形。73在斜拉桥中，还经常用端锚索来约束索塔的变形。端锚索是最上端的背索，张力比其他拉索大，设计时一般采用截面较大的拉索。742、结构体系及受力特征1）.塔梁之间的结合方式根据塔梁之间结合方式的不同，斜拉桥结构体系分为漂浮体系（floating system）支承体系（包括半漂浮体系）（supporting system）塔梁固结体系（fixed system between pylon and girder）刚构体系（rigid frame system）。75塔梁之间的联结方式76漂浮体系是指主梁在顺桥向变形不受索塔约束，主梁水平荷载不直接传递到索塔的结构形式，这种结构体系具有索塔在顺桥向负担小和主梁弯矩分布均匀的优点，而且结构的纵向周期长，可以减轻地震作用。不足之处是结构刚度小，顺桥向变形较大，施工期间稳定性差。77支承体系（包括半漂浮体系）是指塔梁之间有竖向支承、并在顺桥向有一定水平约束的结构形式，其中半漂浮体系在顺桥向无约束。这种结构体系由于主梁支承在桥塔的横梁上，整体刚度比漂浮体系大。这种结构体系中索塔对主梁的纵向水平约束刚度需根据结构受力要求通过试算确定，一般约束刚度越小，结构受到的水平地震作用也就越小，但顺桥向的水平变形增大。不足之处是刚度较大的支点使得主梁在出现比较大的负弯矩。78塔梁固结体系是指塔梁之间固结，但塔与墩之间用支座传递荷载的结构形式。其优点是索塔的弯矩小、主梁受力比较均匀，整体升降温引起的结构温度应力较小。缺点是结构的刚度小，在荷载作用下变形比较大，塔下的支座承受比较大的反力，需要采用大吨位的支座，在跨度比较大的斜拉桥中不宜采用。79刚构体系是指塔、梁、墩三者之间固结的结构，这种结构体系的刚度比较大，结构变形小，索塔部位不需要设置支座，结构维护容易，施工过程中结构稳定性比较好。不足之处是支点处主梁弯矩大，索塔还需要承受很大的温度应力以及水平地震作用，故一般适用于结构温度应力不大的小跨度独塔斜拉桥。802）. 拉索的锚固方式根据拉索的锚固方式不同，斜拉桥可分为自锚式、地锚式和部分地锚式三种结构体系。自锚式最常用。施工方便、主梁截面受力合理、不需要修建锚碇等。但当结构跨度比较大时，主梁的稳定问题突出，可能成为设计的控制因素。81地锚式斜拉桥主梁受拉，斜拉索的轴向力靠锚碇来平衡。经济指标差，施工方法复杂，因此只有当地形比较特殊或者出于桥梁造型需要时才会可能被选用。部分地锚式斜拉桥的结构受力介于自锚和地锚结构体系之间，跨中一部分主梁受拉，其余均为受压。823）. 拉索的布置形式 斜拉桥根据索面数量分为：单索面双索面：双平行索面和双斜索面多索面 拉索在顺桥向布置有三种形式：辐射形（radial）扇形（fan）竖琴形（harp）83索的横桥向布置形式84单索面斜拉桥在横桥方向只有单个支撑点，结构抗扭刚度低，不利于承受偏心活载，抗风性能以及施工稳定性差，依靠主梁自身的抗扭刚度承受扭矩，因此宜采用扭转刚度较大的主梁，一般为箱形截面。这种结构体系特别合适设有中央分隔带的桥梁，可以利用分隔带布置索面，桥面的有效宽度大，桥墩布置灵活，视觉效果好。85双索面结构抗扭刚度大，动力抗风性能好，因此主梁的抗扭刚度要求小些，可用闭口箱形截面，也可用开口截面，但是，从结构抗风性要求以及悬臂施工过程中的安全性要求考虑，主梁截面的扭转刚度也不宜设计得过小。86索的纵桥向布置形式87辐射形布置时拉索的倾角大，传递竖向荷载的效率高，而且张力水平分力也比较小，可以减轻主梁的轴向压力。缺点是塔顶锚固过于集中，构造处理非常困难，因此，除拉索数量不多的小跨斜拉桥以外很少采用。88扇形布置的拉索在索塔锚固分散到一定的高度范围，其分布范围由锚固构造要求确定，一般两个锚固点的间距为34m左右。这种布置方式索力传递接近于最合理，构造也能满足施工要求，是斜拉桥普遍采用的一种结构形式。法国米约大桥上海南浦大桥89竖琴形拉索布置是平行布置拉索的结构体系，最大特点是避免拉索之间相互交叉的视觉效应，拉索长度变化有韵律，景观效果较好，而且对主梁的轴向变形约束刚度大。缺点是竖向的传力效果比较差。当拉索布置对斜拉桥经济性影响不大时（中等跨度的钢桥）或者从景观需要考虑，设计可采用竖琴形的拉索布置形式。德国跨越莱菌河的特奥道尔霍伊斯桥90按间距分：稀索和密索913、索塔在斜拉桥中，索塔是将索力传至基础的关键构件，其内力主要是索力和自重作用下产生的轴向压力及对应的弯矩。顺桥向以单柱式为主，只有当设计要求桥塔的纵向刚度很大时，才做成倒V形与倒Y形。92索塔的横向形式适用于单索面的索塔93适用于双索面的索塔94索与塔的联结形式拉索与索塔的联结有三种形式：固定滚动摆动现代斜拉桥一般采用固定的联结方式。95混凝土索塔的拉索锚固构(a) 交错布置（实心截面）(b) 非交错布置（箱形截面）（c）钢锚梁布置96南平黄墩大桥的索塔锚固区采用钢锚箱的锚固形式。974、斜拉索 1）. 斜拉索组成 斜拉索主要由钢索、两端的锚具、减振装置和保护措施组成。一根拉索可划分为两端的锚固段、过渡段和中间段三个部分，其中锚固段用来将拉索分别固定在索塔和主梁上，分为固定端和张拉端两种；过渡段包括锚垫板、导索管和减振器、填充材料；中间段即为索体。98992）. 斜拉索类型根据捆扎形式不同，拉索可分为封闭式钢索、平行钢丝索、钢绞线索三种形式，比较常用的是由5或7mm热镀锌钢丝组成的平行钢丝索，强度一般为1670MPa1003）. 斜拉索锚具形式钢丝斜拉索锚具有热铸锚、镦头锚、冷铸镦头锚等多种形式。冷铸镦头锚(a) 热铸锚(b) 镦头锚1014）. 斜拉索防护和减振措施钢丝索的防护分钢丝防护和拉索外层防护两级，钢丝防护一般采用表面镀锌的办法，要求锌层附着量大于300g/m2，避免钢丝在外层防护措施实施前发生锈蚀。102拉索减振措施外置阻尼装置1034、主梁 斜拉桥主梁根据制作材料不同有钢梁、混凝土梁、组合梁和混合梁四种形式，分别称之钢（梁）斜拉桥、混凝土（梁）斜拉桥、组合（梁）斜拉桥和混合（梁）斜拉桥。 跨度在400m以下的双塔斜拉桥宜采用混凝土主梁； 主跨600m以上的斜拉桥宜采用钢主梁或混合主梁； 其他跨径的桥梁可通过多方案比选确定。 钢主梁或者组合主梁的拉索锚固间距宜设计成816m，混凝土主梁为612m。1041）. 钢主梁 钢主梁有板梁和桁架梁两种形式。桁架梁的截面高、刚度大，特别适用于双层桥面的桥梁（如公铁两用），但用钢量大。日本本四联络桥上的柜石岛和岩黑岛大桥，主跨为420m，主梁为桁架。105板梁截面有开口截面和箱形截面两种形式。扁平钢箱梁（江苏苏通大桥主梁截面）1062). 混凝土主梁斜拉桥主梁是受压构件，采用混凝土结构可以发挥材料抗压强度的优势，在中小跨径的斜拉桥中混凝土主梁比钢主梁经济，我国跨度小于500m的斜拉桥主要采用这类结构。板式截面最简单，迎风面积小。为了锚索需要，边缘厚度适当加厚。在索距较密而桥跨度、宽度不大的情况下，可采用这种形式的主梁。双主梁截面，施工方便。107板式边主梁截面为双主梁截面的一种改进形式，构造简单，施工方便，用料较省。半封闭箱形截面是经过风洞试验分析得到的一种空气动力性能良好的截面形式，截面两侧为三角形封闭箱，端部加厚以锚固斜拉索。有良好的抗风动力性能，特别适合索距较密的宽桥。108闭合箱形截面有较大的抗弯和抗扭能力，将外侧腹板做成倾斜式，既可改善空气动力性能，又可减小墩台宽度。其缺点是节段重量较大。109适用于单索面的混凝土主梁截面由于单索面的结构扭转刚度比较小，一般采用抗扭刚度比较大的箱形截面，有单箱单室、单箱多室两种形式。双塔三跨式混凝土斜拉桥的主梁宜取跨度的1/1001/220。1103). 组合梁钢混凝土组合梁（迭合梁、结合梁）兼具钢和混凝土结构的优点，比混凝土主梁自重轻，构件工厂制造化程度较高，施工方便，混凝土桥面板比钢主梁耐磨耗，且造价低。安纳西斯桥侧立面及主梁截面111南浦大桥主桥侧立面及主梁截面1121134). 混合梁混合梁斜拉桥的主梁一部分采用钢主梁，而另一部分采用混凝土主梁，主要适用在钢斜拉桥中主跨跨度比较大、边跨主梁不能平衡主跨重量的结构，边跨采用混凝土主梁以平衡主跨的结构自重。1145). 拉索锚固构造根据传力点位置不同，拉索在主梁的锚固位置有顶板、腹板和底板三种形式。钢主梁的锚固宜采用锚箱式、耳板式、锚管式。115混凝土主梁的主要锚固方式116泉州晋江大桥斜拉索在主梁上的锚固117(a)光弹试验(b)有限元计算结果泉州晋江大桥工况1斜索锚固区应力比较118三、斜拉桥施工方法简介一般梁式桥梁的施工工艺都能适用于斜拉桥的施工。 支架上拼装或现浇，悬臂拼装或浇筑，顶推法和平转法等。法国Millau桥顶推法施工119悬臂施工方案具体步骤： 下部结构及桥塔、桥墩、桥台施工；支架上浇筑0号块主梁；塔临时固结；安装挂蓝. 悬臂浇筑主梁，包括前移挂蓝根据标高定位；浇注混凝土，张拉预应力钢束；安装斜拉索；张拉并调整索力. 重复上述施工过程悬臂浇筑主梁，在辅助墩位置与辅助墩连接. 边跨合龙. 主梁中跨合龙段施工，包括：按合龙段重量进行配重；合龙段劲性骨架安装，拆除临时固结；混凝土浇筑，逐渐拆除配重；预应力钢束张拉等. 后续施工，包括：成桥前的调索（如果需要）；斜拉桥的防腐和安装减振装置；安装主梁限位装置；桥面系施工等.120121122注意：悬臂法施工过程中为了尽量减少各根索的调整次数，将各施工阶段所需要的拉力和梁的几何位置预先算出在每个施工阶段，索力调整后的主梁位置要考虑后续施工中产生的结构变形，包括荷载效应以及收缩徐变变形，因此，必须设置反方向的变形，即预拱，随着后面的施工推进，结构形状逐渐变化到设计线形。斜拉桥是以承受轴力为主的结构体系，预拱大小要考虑轴向变形的影响，跨度稍大的结构还需要考虑几何非线性的影响。123四、斜拉桥桥例：杨浦大桥124杨浦大桥总体布置图125杨浦大桥断面图126杨浦大桥桥塔构造图127杨浦大桥基础施工128杨浦大桥塔柱施工129杨浦大桥主索安装130杨浦大桥钢梁制作与安装131