混凝土悬臂和连续体系梁桥的设计与构造特点

1、第二节 混凝土悬臂和连续体系梁桥的设计与构造特点授课时间：2006年10月20日授课地点：试验楼试验三教学内容：1、等截面连续梁桥的力学特点、构造特点和适用范围2、变截面连续梁桥的力学特点、构造特点和适用范围3、连续刚构桥的力学特点、构造特点和适用范围4、连续梁桥横截面形式和尺寸重点：1、变截面连续梁桥的力学特点、构造特点 2、连续刚构桥的力学特点、构造特点思考题及习题：书后216、18、19 215、216二、公路混凝土连续体系梁桥特点: 结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点,预应力技术对混凝土预压，发挥了高强材料的特性，提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而的跨越能力更

2、大。（一）预应力混凝土连续梁桥1.等截面连续梁桥（1）力学特点跨径不大时, 跨中、支点截面弯矩差值不大，采用等截面形式，并采取一定的构造措施予以调节，简化了主梁的构造（2）构造特点等跨布置: 跨径大小主要取决于经济分孔和施工的设备条件。高跨比1/121/25；在顶推施工的等截面连续梁桥中梁高H与顶推跨径之比一般为1/121/17。不等跨布置: 当跨径较大时，为减少边跨正弯矩，一般边跨与中跨跨长之比在0.60.8左右。需要加大个别桥跨的跨径时，常常不需改变高度，而是采用增加钢筋束和调整截面尺寸的方式予以解决，使桥梁外观上仍保持等截面布置。使桥梁的立面协调一致，又能减少构件及模板的规格。（3）适用

3、范围a.采用中等跨径，以4060m为宜（国外也有达到80m跨径者）。b.以等跨径为宜，也可以采用不等径布置。c.有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工。2.变截面连续梁桥（1）力学特点1)、跨径大时（70m），高度变化基本上与内力变化相适应。2)、加大支点附近梁当高：a、对恒载引起的截面内力影响不大；b、与桥下通航的净空要求无甚妨碍；c、能适应抵抗支点处剪力很大的要求。d、外形美观，节省材料，增大桥下净空高度。e、适合悬臂法施工（悬臂浇筑和悬臂拼装），施工阶段主梁的刚度大，且内力与运营阶段的主梁内力基本一致。（2）构造特点1）一般采用不等跨布置。2）多于三跨的连续梁桥，除边跨外，其

4、中间各跨一般采用等跨布置，以方便悬臂施工。3）采用箱形截面的三跨连续梁，边跨与中跨之比：0.50.7倍。4）城市桥梁需增大中跨跨径时，边跨与中跨之比0.5倍以下，必须设置端部能抵抗拉力的支座或压重。5）不受建筑高度限制时，梁高底曲线可采用二次抛物线、折线和介于折线与二次抛物线之间的1.51.8次抛物线变化形式，抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律基本接近。6）成桥资料分析，支点截面的梁高H支约为（1/161/18）（为中间跨跨长），一般不小于/20，跨中梁高H中约为（1/1.51/2.5）H支。7）大跨径，除截面高度变化外，还可将截面的底板、顶板和腹板作成变厚度，以满足主梁内各截面的不同受

5、力要求。（3）适用范围a.主跨跨径达到70m及其以上；b.适合悬臂浇筑和悬臂拼装两种施工。采用悬臂法施工时，存在墩梁临时固结和体系转换的工序，结构稳定性应予以重视，施工较为复杂；此外，主墩需要布置大型橡胶支座，存在养护上甚至更换上的麻烦。（二）连续刚构桥连续梁桥与T形刚构桥的组合体系，也称墩梁固结的连续梁桥。1.力学特点（1）梁体连续，墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力。1）在采用双肢薄壁墩的连续刚构桥中，墩顶截面的恒载负弯矩要较相同跨径连续梁桥的小；2）由于墩梁固结共同参与工作，连续刚构桥由活载跨中正弯矩较连续梁要小，可以降低跨中区域的梁高，恒载内力进一步降低。3）连续刚构桥的主跨径可以

6、比连续梁桥的设计大一些。2.构造特点（1）主梁1）采用不等跨变截面的结构布置形式，以适应主梁内力的变化。2）底部的线形基本上与变截面连续梁桥相类似。3）建成的连续刚构桥，边跨和主跨的跨径比值在0.50.692之间，大部分比值在0.550.58之间。比变截面连续梁桥的比值范围0.60.8要小。其原因在于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小。4）预应力混凝土连续刚构桥主要适用于高桥墩的情况。桥墩作用如同摆柱，以适应预应力、混凝土收缩徐变和温度变化等引起的纵向位移。（2）主梁截面高度1）一般采用箱形截面；2）箱梁根部截面的高跨比一般为1/161/20，其中大部分为1/18左右，少数低于1

7、/20。3）跨中截面梁高通常为支点截面梁高的1/2.51/3.5，略小于连续梁的跨中梁高，由于连续刚构桥墩梁固结，活载跨中正弯矩较小的缘故。（3）桥墩1）特点：a、大跨度连续刚构桥的桥墩不仅应满足施工、运营等各阶段支承上部结构重量和稳定性等方面的要求，而且桥墩的柔度应适应由于温度变化、混凝土收缩、徐变以及制动力等因素引起的水平位移，以尽量减少这些因素对结构产生的次内力。b、连续刚构桥桥墩的水平抗推刚度宜在满足桥梁施工、运营稳定性要求的前提下尽量地小。大跨连续刚构桥在横桥向的约束很弱，桥墩在横向的刚度应设计的大一些。2）立面形式：a.竖直双肢薄壁墩应用得较多的一种形式,适用于桥墩不是很高。竖直双

8、肢薄壁墩可增加纵桥向荷载作用下的刚度，同时其水平抗推刚度小，在桥梁纵向允许的变位大，这不仅可以减小主梁附加内力，而且由于主梁的负弯矩峰值出现在两肢墩的墩顶，且较单壁墩小一些，故可减小主梁在墩顶截面处的尺寸，增加桥梁美感。但是双肢薄壁墩占据的宽度较大，防撞设施需保护的范围也较大，这部分增加的费用可能较多。每肢薄壁墩又有空心和实心之分。实心双壁墩施工方便，抗撞能力强，空心双壁墩可以节约混凝土40%左右，通过分析后选用。b.竖直单薄壁墩在深谷和深水河流的高桥墩上经常采用竖直单薄壁墩箱形截面单薄壁墩的抗扭性能好，稳定性强，能增大通航孔的有效跨径，但其柔性不如双肢薄壁墩大，但对于墩身很高的大跨径连续刚构

9、或中等跨径的连续刚构来说，箱形单薄墩也是理想的墩身形式。c.V形墩（或Y形柱式墩）V形墩形式，V形托架可使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上。Y形墩上部为V形托架，下部为单柱式，下部的单柱具有一定的柔性，可满足纵向变形的要求。3.适用范围桥墩纵向刚度较小，基本上属于一种无推力的结构，而上部结构具有连续梁施工的一般特点，因此有较好的技术经济性。连续刚构桥是大跨径桥梁选型中具有竞争能力的桥型之一。我国跨在180m以上的梁桥，均采用连续刚跨桥。保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T构不须设大吨位支座的优点，同时避免了连续梁（存在临时固结和体系转换）和T构（存在伸缩缝问题）两者的缺点，养护工作量小

10、。但连续刚构桥对地基承载力的要求更高，若地基发生过大的不均匀沉降，连续梁可通过调整墩顶支座的标高，抵消下沉来补救，而连续刚构则做不到。梁墩联结处应力复杂也是连续刚构的一个缺点。（三）连续梁桥横截面形式和尺寸1、综合确定：根据桥梁总体布置、跨径、宽度、梁高、支承形式和施工方法等方面。2、横截面形式：板式、肋梁式和箱形截面。板式、肋梁式截面构造简单、施工方便；箱形截面具有良好的抗弯和抗扭性能，是预应力混凝土连续体系的主要截面形式。（1）板式和T形截面1）空心板截面：常用于跨径1530m的连续梁桥，板厚一般为0.81.5m，亦用有支架现浇为主。2）肋式截面：常用于预制架设施工，并在梁段安装后经体系转

11、换为连续梁桥。常用跨径为2550m，梁高取1.32.6m。（2）箱形截面1）适用：跨径超过4060m或更大时，主多采用箱形截面,适用于有支架现浇施工、逐孔施工、悬臂施工等多种施工方式，2）型式：单箱单室、单箱双室和分离式双箱单室等几种，以第一种应用得较多。单箱单室截面的顶板宽度一般小于20m；单箱双室的顶板宽度约为25m左右；双箱单室的可达40m左右。一般地，等高度箱梁可采用直腹板或斜腹板。变高度箱梁宜采用直腹板。3）顶板：厚度：满足桥面板横向弯矩的要求（恒载、活载、日照温差等）；满足布置纵、横向预应力钢筋束的要求。悬臂长度:一般不大于5m，当长度超过3m后，宜布置横向预应力束筋。顶板两侧悬臂

12、板的长度对活载弯矩数值影响不大，但恒载及人群荷载弯矩随悬臂长度几乎成平方关系增加。悬臂端部厚度不小于100mm，如设置防撞墙或需锚固横向预应力束筋，则端部厚度不小于200mm4）底板箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶, 纵向负弯矩区受压底板的厚度对改善全桥受力状态、减少徐变下挠十分重要. 底板厚度与主跨之比宜为1/4001/170，跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为0.220.28m。5）腹板是承受结构的主拉应力(弯曲剪应力和扭转剪应力所引起)，墩顶区域剪力大，腹板较厚，跨中腹板较薄，但腹板的最小厚度应考虑钢束管道布置、钢筋布置和混凝土浇筑的要求。墩上腹板厚度的参数：跨中腹板厚度的参数：式中 墩上腹板厚度的总和；跨中腹板厚度的总和；墩上梁高；跨中梁高；桥面总宽；桥梁最大跨径；腹板的最小厚度应考虑预应力钢筋束的布置和混凝土浇筑的要求，一般的设计经验为：（a）腹板内无预应力束筋管道布置时，其最小厚度可采用；（b）腹板内无预应力束筋管道布置时，可采用=250300mm；（c）腹板内无预应力束筋锚固头时，则采用=350mm。6) 梗腋:可提高截面