第五章--混凝土简支梁桥.pptx
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1、我国预应力混凝土简支梁桥的标准设计跨径在我国预应力混凝土简支梁桥的标准设计跨径在40m40m以内,以内,已建成的最大跨径达到已建成的最大跨径达到62m62m。世界上预应力混凝土简支。世界上预应力混凝土简支梁梁桥最大路径达桥最大路径达76m76m。一般来讲,跨径超过。一般来讲,跨径超过50m50m后就不太后就不太经济经济了。了。连续梁桥连续梁桥 1 1、连续梁桥是上部结构由连续跨过三个以上支座的、连续梁桥是上部结构由连续跨过三个以上支座的梁作为主要承重结构的桥梁,在恒载作用下,由于支梁作为主要承重结构的桥梁,在恒载作用下,由于支点负弯矩的卸载作用,跨中最大正弯矩显著减小,因点负弯矩的卸载作用,跨
2、中最大正弯矩显著减小,因此用在较大跨径时将较简支梁经济。连续梁在每个墩此用在较大跨径时将较简支梁经济。连续梁在每个墩台上沿桥纵向只需设一排支座,桥墩宽度小,节省材台上沿桥纵向只需设一排支座,桥墩宽度小,节省材料,而且梁料,而且梁 连续通过支座,接缝少,行车乎顺。但连续梁为超连续通过支座,接缝少,行车乎顺。但连续梁为超静定结构,支座变位将引起结构内力的变化,适用于静定结构,支座变位将引起结构内力的变化,适用于地质良好的桥位处地质良好的桥位处第1页/共98页悬臂梁桥悬臂梁桥 悬臂梁桥是主梁长度超出跨径的悬臂结构。仅一悬臂梁桥是主梁长度超出跨径的悬臂结构。仅一端端悬出者称为单悬臂梁,两端均悬出者称为
3、双悬臀梁。悬出者称为单悬臂梁,两端均悬出者称为双悬臀梁。对于对于较长的桥,还可以借助简支的挂梁与悬臂梁一起组合较长的桥,还可以借助简支的挂梁与悬臂梁一起组合成多成多孔桥。在力学性能上,悬臂根部产生的负弯短减小了孔桥。在力学性能上,悬臂根部产生的负弯短减小了跨中跨中正弯矩,所以悬臂梁也与连续梁相仿,可以节省材料正弯矩,所以悬臂梁也与连续梁相仿,可以节省材料用量。用量。悬臂梁桥属于静定结构,墩台的不均匀沉陷不会在梁悬臂梁桥属于静定结构,墩台的不均匀沉陷不会在梁内引内引起附加内力。起附加内力。第2页/共98页第3页/共98页第二节第二节 混凝土简支梁桥的构造混凝土简支梁桥的构造一、混凝土简支梁按建筑
4、材料分为:一、混凝土简支梁按建筑材料分为:钢筋混凝土梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、部分预应力混凝土梁等几类。预应力混凝土梁、部分预应力混凝土梁等几类。钢筋混凝土简支梁桥一般适用于跨径为钢筋混凝土简支梁桥一般适用于跨径为16m16m以下的以下的公路桥梁。公路桥梁。预应力混凝土简支梁桥的跨越能力大一些,一般适预应力混凝土简支梁桥的跨越能力大一些,一般适用于用于50m50m以下的公路桥梁。以下的公路桥梁。混凝土简支梁按施工工艺分为:整体式和装配式混凝土简支梁按施工工艺分为:整体式和装配式(分片式分片式)两大类。两大类。整体式简支梁,其横向刚度大,稳定性好。由于受整体式简支梁,其横向刚度大,稳定性
5、好。由于受运梁条件及架梁设备起吊能力的限制,整体式梁一运梁条件及架梁设备起吊能力的限制,整体式梁一般适用于就地浇筑;而装配式简支梁则是目前广泛般适用于就地浇筑;而装配式简支梁则是目前广泛采用的桥梁类型。采用的桥梁类型。第4页/共98页混凝土简支梁按承重结构混凝土简支梁按承重结构(梁梁)的横截面形式可分为:的横截面形式可分为:板桥、肋梁桥和箱形梁桥。板桥、肋梁桥和箱形梁桥。二、混凝土简支板桥二、混凝土简支板桥 在所有的桥梁形式中,板桥因其建筑高度小、外在所有的桥梁形式中,板桥因其建筑高度小、外形最形最简单而久用不衰。板桥不单外部形状简单,而且内部简单而久用不衰。板桥不单外部形状简单,而且内部一般
6、一般无需专门配置抗剪钢筋,只需按构造要求将部分主筋无需专门配置抗剪钢筋,只需按构造要求将部分主筋起,起,因而施工简单,模板和钢筋工程都较省。对于高等级因而施工简单,模板和钢筋工程都较省。对于高等级公路公路和城市立交工程,板桥和城市立交工程,板桥(尤其是整体式板桥尤其是整体式板桥)又以极易又以极易满足满足斜、弯、坡以及斜、弯、坡以及s s形、喇叭形等特殊要求而受到重视。形、喇叭形等特殊要求而受到重视。板板桥的建筑高度小,适宜桥下净空受到限制的桥梁使用,桥的建筑高度小,适宜桥下净空受到限制的桥梁使用,既既可降低桥面高度,又可缩短引道长度。可降低桥面高度,又可缩短引道长度。第5页/共98页整体式简支
7、板桥整体式简支板桥1 1总体构造总体构造 整体式板桥一般做成实体式等厚度的矩形截面,整体式板桥一般做成实体式等厚度的矩形截面,为了为了减轻自重也可做成矮肋板式截面。城市高架桥的板桥减轻自重也可做成矮肋板式截面。城市高架桥的板桥可采可采用单波或双波用单波或双波 图图5 52d)2d)截面,与独柱墩配合使用,截面,与独柱墩配合使用,桥下桥下净空开阔,造型优美。整体式简支板的跨径一般为净空开阔,造型优美。整体式简支板的跨径一般为4 410m10m,板的厚度一般取跨径的,板的厚度一般取跨径的1 116161 12323,随跨径增,随跨径增大大取用较小值。整体式板桥采用现浇施工,简支结构多取用较小值。整
8、体式板桥采用现浇施工,简支结构多应用应用于单独一跨的情形,多跨时一般做成连续结构。于单独一跨的情形,多跨时一般做成连续结构。第6页/共98页第7页/共98页 2 2钢筋构造钢筋构造 截面配筋应依据计算的纵、横弯矩来定,主钢筋截面配筋应依据计算的纵、横弯矩来定,主钢筋直径直径应不小于应不小于12mm12mm,间距应不大于,间距应不大于200mm200mm,一般也不宜小于,一般也不宜小于70mm70mm;由于汽车荷载在板边缘的分布范围比跨中小,;由于汽车荷载在板边缘的分布范围比跨中小,因而因而两侧各两侧各1 16 6板宽范围内的主筋宜较中间板带增加板宽范围内的主筋宜较中间板带增加1515。图图为整
9、体式简支板桥的构造图。其标准跨径为整体式简支板桥的构造图。其标准跨径6m6m,桥面净,桥面净宽宽8.5m(8.5m(与路基同宽与路基同宽),两边有,两边有0.25m0.25m的安全带,计算路径的安全带,计算路径为为5 569m69m,板厚,板厚320mm320mm,约为跨径的,约为跨径的1 11818。纵向主筋采。纵向主筋采用用2020,在跨径两端,在跨径两端l l4 41 16 6的范围内呈的范围内呈3030弯起;弯起;分布分布钢筋采用钢筋采用1010,按单位板宽上主筋面积的,按单位板宽上主筋面积的1515配置。配置。第8页/共98页第9页/共98页 整体式简支板桥的桥面宽度往往大于跨径,因
10、此,整体式简支板桥的桥面宽度往往大于跨径,因此,在在荷载作用下,桥面板实际上是处于双向受力状态,即荷载作用下,桥面板实际上是处于双向受力状态,即除除板的纵向中部产全正弯矩外横向也产生较大的弯矩。板的纵向中部产全正弯矩外横向也产生较大的弯矩。当桥面板宽度较大时,除配置纵向的受力钢筋外,尚当桥面板宽度较大时,除配置纵向的受力钢筋外,尚应应计算配置板的横向受力钢筋。在城市修建宽桥时,为计算配置板的横向受力钢筋。在城市修建宽桥时,为了了防止产生过大的横向弯矩以及温度变化和混凝土收缩防止产生过大的横向弯矩以及温度变化和混凝土收缩引引起的纵向裂纹,可以沿中线分开,做成两幅。起的纵向裂纹,可以沿中线分开,做
11、成两幅。第10页/共98页3 3整体式斜交板桥的受力特点与构造整体式斜交板桥的受力特点与构造 在桥梁建设中,由于桥位处的地形限制、或由在桥梁建设中,由于桥位处的地形限制、或由于于路线线形的要求而将桥梁做成斜交。斜交板桥的桥路线线形的要求而将桥梁做成斜交。斜交板桥的桥轴轴线与支承线的垂线呈某一夹角,此角称作斜交角线与支承线的垂线呈某一夹角,此角称作斜交角。斜板桥的受力状态是很复杂的,迄今尚无力学经典斜板桥的受力状态是很复杂的,迄今尚无力学经典解解答,多借助计算机以求得数值答,多借助计算机以求得数值解。为了对斜板桥的解。为了对斜板桥的受受力性能有个定性的了解,以便从构造上予以保证,力性能有个定性的
12、了解,以便从构造上予以保证,这这里只作简单介绍。里只作简单介绍。第11页/共98页第12页/共98页 斜板桥的受力与正交板桥相比,有其特别之处。斜板桥的受力与正交板桥相比,有其特别之处。理理论与试验表明,斜板在垂直荷载作用下,一般具有下论与试验表明,斜板在垂直荷载作用下,一般具有下列列特性:特性:(1)(1)荷载有向两支承边之间员短距离方向传递的趋势。荷载有向两支承边之间员短距离方向传递的趋势。如图所示,在较宽的斜板中部、其最大主弯矩方如图所示,在较宽的斜板中部、其最大主弯矩方向向(即在垂直于该方向的截面上没有扭矩即在垂直于该方向的截面上没有扭矩)几乎接近与支几乎接近与支承承边正交。其次,无论
13、对宽的或者窄的斜板,其两侧的边正交。其次,无论对宽的或者窄的斜板,其两侧的主主弯短方向虽接近平行于自由边,但仍有向支承边垂线弯短方向虽接近平行于自由边,但仍有向支承边垂线方方向偏转的趋势。向偏转的趋势。(2)(2)各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。第13页/共98页如图所示,在斜板的如图所示,在斜板的“Z Z”形条带形条带A AB BC CD D上上 各点的受力情况可以用三跨连续梁来比拟,在各点的受力情况可以用三跨连续梁来比拟,在钝钝角角B B、C C处产生较大的负弯矩,其方向垂直于钝角的处产生较大的负弯矩,其方向垂直于钝角的二二等分线;同
14、时在等分线;同时在B B、C C点的反力也较大,锐角点的反力也较大,锐角A A、D D点点的的反力较小,当斜交角与斜的宽跨比都较大时,锐角反力较小,当斜交角与斜的宽跨比都较大时,锐角便便有向上翘起的趋势。此时若固定锐角角点,势必导有向上翘起的趋势。此时若固定锐角角点,势必导致致板内有较大的扭矩。板内有较大的扭矩。第14页/共98页第15页/共98页(3)(3)在均布荷载作用下,当桥轴线方向的跨长相同在均布荷载作用下,当桥轴线方向的跨长相同时,斜板桥的最大跨内弯矩比正板桥要小,跨内纵时,斜板桥的最大跨内弯矩比正板桥要小,跨内纵向向最大弯矩或最大应力的位置,随斜交角最大弯矩或最大应力的位置,随斜交
15、角的变大而的变大而由由中央向钝角方向移动。图表示在满布均布荷载时,中央向钝角方向移动。图表示在满布均布荷载时,跨跨内最大弯矩位置沿板宽的变化曲线,由图可知,当内最大弯矩位置沿板宽的变化曲线,由图可知,当斜斜交角交角在在1515以内时,可以近似地按正交板桥计算,以内时,可以近似地按正交板桥计算,因此公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规因此公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范范 (JTG D62(JTG D622004)2004)便作了这样的规定。便作了这样的规定。第16页/共98页第17页/共98页(4)(4)在上述同样情况下,斜板桥的跨中横向弯矩比在上述同样情况下,斜板桥的跨中横向弯矩比
16、正正桥的要大,可以认为横向弯矩增大的量,相当于跨桥的要大,可以认为横向弯矩增大的量,相当于跨径径方向弯矩减小的量。方向弯矩减小的量。熟悉了斜板的工作性能以后,就可据以配置斜熟悉了斜板的工作性能以后,就可据以配置斜板板桥的钢筋。整体式斜板桥钢筋布置如图所示。当斜桥的钢筋。整体式斜板桥钢筋布置如图所示。当斜交交角角(板的支座轴线的垂直线与桥纵轴线的夹角板的支座轴线的垂直线与桥纵轴线的夹角)不大不大于于1515时,主筋可平行于桥纵轴线方向布置。当斜交时,主筋可平行于桥纵轴线方向布置。当斜交角角大于大于15 15 时,主筋宜垂直于板的支承轴线方向布时,主筋宜垂直于板的支承轴线方向布第18页/共98页置
17、,此时,在板的自由边上下应各设一条不少于置,此时,在板的自由边上下应各设一条不少于3 3根根主钢筋的平行于自由边的钢筋带,并用箍筋箍牢。主钢筋的平行于自由边的钢筋带,并用箍筋箍牢。在在钝角部位靠近板顶的上层,应布置垂直于钝角平分钝角部位靠近板顶的上层,应布置垂直于钝角平分线线的加强钢筋,在钝角部位靠近板底的下层,应布置的加强钢筋,在钝角部位靠近板底的下层,应布置平平行于钝角平分线的加强钢筋,加强钢筋直径不宜小行于钝角平分线的加强钢筋,加强钢筋直径不宜小于于12mm12mm,间距,间距100100150mm150mm,布置于以钝角两侧,布置于以钝角两侧1.01.01.5m1.5m长为边长的扇形面
18、积内。斜板的分布钢筋宜垂长为边长的扇形面积内。斜板的分布钢筋宜垂直直于主钢筋方向设置,其直径和间距的要求与正交板于主钢筋方向设置,其直径和间距的要求与正交板相相同。在斜板的支座附近宜增设平行于支承轴线的分同。在斜板的支座附近宜增设平行于支承轴线的分布布钢筋,或将分布钢筋向支座方向呈扇形分布,过渡钢筋,或将分布钢筋向支座方向呈扇形分布,过渡到到平行于支承轴线。平行于支承轴线。第19页/共98页第20页/共98页装配式简支板桥装配式简支板桥 1 1总体构造总体构造 装配式简支板桥跨径一般为装配式简支板桥跨径一般为6 620m20m,按横截面,按横截面形形式分有实心板和空心板两种。式分有实心板和空心
19、板两种。实心板一般使用跨径在实心板一般使用跨径在10m10m以下以下当跨径增大时,则宜采用空心板截面,钢筋混凝当跨径增大时,则宜采用空心板截面,钢筋混凝土土空心板桥目前适用范围在空心板桥目前适用范围在6 6一一13m13m预应力泥凝土空预应力泥凝土空心心板桥在板桥在8 820m20m。空心板能减轻自重,而且能充分合。空心板能减轻自重,而且能充分合理理地利用材料。空心板的主要开孔形式有矩形、圆形、地利用材料。空心板的主要开孔形式有矩形、圆形、圆端形、菱形等,如图圆端形、菱形等,如图5 58 8所示、其中所示、其中a)a)图和图和b)b)图图为为单孔单孔第21页/共98页挖空率大,质量轻,但顶板需
20、配置横向受力钢筋,挖空率大,质量轻,但顶板需配置横向受力钢筋,承承担荷载的作用,其中担荷载的作用,其中a)a)图所示孔的顶部略呈拱形,图所示孔的顶部略呈拱形,可可以节省以节省些钢筋,但模板较复杂;些钢筋,但模板较复杂;c)c)因为双圆孔,因为双圆孔,施施工时可用无缝钢管工时可用无缝钢管(或充气囊或充气囊)作芯模,但挖空率小,作芯模,但挖空率小,自重较重;自重较重;d)d)图芯模则由两个半圆和两块侧模板组图芯模则由两个半圆和两块侧模板组成,当板的厚度改变时,只需改变侧板高度即可。成,当板的厚度改变时,只需改变侧板高度即可。空空心板横截面的最薄处不得小于心板横截面的最薄处不得小于8cm8cm,以保
21、证施工质,以保证施工质量和量和承载的需要。承载的需要。第22页/共98页第23页/共98页公路桥涵标准设计公路桥涵标准设计编制了编制了6m6m、8m8m、10m10m和和13m13m跨跨径的装配式钢筋混凝土简支空心板标准图,各跨径径的装配式钢筋混凝土简支空心板标准图,各跨径对对应的预制板厚分别为应的预制板厚分别为0.4m0.4m、0.5m0.5m、0.6m0.6m和和0.7m 0.7m;还还编制了编制了10m10m、13m13m、16m16m和和20m20m跨径的后张法装配式预跨径的后张法装配式预应应力混凝上简支空心板标准图,各跨径对应的预制板力混凝上简支空心板标准图,各跨径对应的预制板厚厚分
22、别为分别为0.5n0.5n、0.6m0.6m、0.75m0.75m和和0.9m 0.9m。此外,还。此外,还编制编制了先张法装配式预应力混凝土简支空心板的标准图,了先张法装配式预应力混凝土简支空心板的标准图,路径有路径有10m10m。、。、13m13m和和16m16m三种。三种。第24页/共98页2 2钢筋构造钢筋构造 下图为标推跨径下图为标推跨径8m8m的装配式钢筋混凝上空心板的装配式钢筋混凝上空心板的的中板截面和钢筋布置图,板全长中板截面和钢筋布置图,板全长7.96m7.96m。计算跨径。计算跨径7.70m7.70m。板厚。板厚400mm400mm,横截面采用双孔圆,半径,横截面采用双孔圆
23、,半径180mm180mm,采用,采用C40C40混凝土预制。每块板底层配混凝土预制。每块板底层配8 8根根2525主筋,板顶面配置主筋,板顶面配置3 3根根8 8钢筋,用以承担剪力的箍钢筋,用以承担剪力的箍筋筋N5N5和和N6N6做成开口式,待立好芯模后,再与其上的横做成开口式,待立好芯模后,再与其上的横向向钢筋钢筋N4N4扣绑扎组成封闭式的箍筋。扣绑扎组成封闭式的箍筋。第25页/共98页第26页/共98页第27页/共98页 装配式斜板桥的钢筋布置与正交板有所不同。下装配式斜板桥的钢筋布置与正交板有所不同。下图为斜交角图为斜交角3030时斜板的顶层、底层钢筋布置,其时斜板的顶层、底层钢筋布置
24、,其余钢筋布置与正交板相同。余钢筋布置与正交板相同。第28页/共98页 图为标准跨径图为标准跨径16m16m的后张预应力混凝土简支空的后张预应力混凝土简支空心心板的截面和预应力筋布置图。板高为板的截面和预应力筋布置图。板高为0.75m0.75m,采用,采用C40C40混凝土预制,两肋下部各布置混凝土预制,两肋下部各布置2 2束钢绞线,每束束钢绞线,每束由由6 6根根1515钢绞线组成。公路桥涵标准设计中采钢绞线组成。公路桥涵标准设计中采用用强度等级为强度等级为1570MPa1570MPa的钢绞线,目前工程中较多采的钢绞线,目前工程中较多采用用强度等级为强度等级为1860MPa1860MPa的钢
25、绞线,在设计中作等效替的钢绞线,在设计中作等效替换换即可。在顶板和底板布置有即可。在顶板和底板布置有4848的纵向钢筋以增强板的纵向钢筋以增强板的的抗裂性。箍筋在板端加密,以承受剪力。抗裂性。箍筋在板端加密,以承受剪力。第29页/共98页第30页/共98页3 3板间横向连接构造板间横向连接构造 装配式板桥板块之间必须采用横向连接构造,装配式板桥板块之间必须采用横向连接构造,以以保证板块共同承受汽车荷载。常用的横向连接方式保证板块共同承受汽车荷载。常用的横向连接方式有有企口混凝土铰连接企口混凝土铰连接和和钢板焊接连接钢板焊接连接。企口混凝土铰企口混凝土铰,铰的上口宽度应保证插入式振捣,铰的上口宽
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