桥梁工程第十二章

第十二章组合体系桥2011-071南京工业大学土木工程学院交通工程系

组合体系桥——利用拱桥造型美观和造价低、连续梁受力合理和施工方法成熟、连续刚构节省大型支座、悬索桥和斜拉桥跨越能力大等显著特点，充分发挥被组合的基本体系桥的特点及组合作用，使得组合后的桥梁在力学性能、材料和造价指标、施工和养护、桥梁造型等诸多方面优于同等设计条件的单一结构体系桥。2011-072南京工业大学土木工程学院交通工程系12.1预应力混凝土梁拱组合体系桥

（系杆拱桥）12.1.1概述1、组成——拱肋、吊杆（或立柱）、加劲梁、桥面系等。拱肋与加劲梁刚性连接，主要承重构件。拱肋承受轴向压力和弯矩；加劲梁承担拱肋传来的拉力，同时也承受弯矩。2、结构图式——简支梁拱、悬臂梁拱、连续梁拱组合体系桥。3、按照桥面的位置分类——上承式、下承式、中承式。4、按拱肋与加劲梁的相对抗弯刚度大小分类——柔梁刚拱（也称柔性系杆刚性拱）、柔拱刚梁（也称刚性系杆柔性拱）、刚梁刚拱（也称刚性系杆刚性拱）。

2011-073南京工业大学土木工程学院交通工程系（1）柔梁刚拱——当拱的刚度远远大于梁的刚度时，梁可视为仅承受轴向拉力的杆件。（2）柔拱刚梁组合体系桥（或称朗格梁）——当拱的刚度远远小于梁的刚度时，拱肋可视为仅承受轴向压力的柔性拱肋。由于梁的抗拉和抗弯能力大，施工中可以充分利用这种特性，使施工方便简单，同时，桥梁立面形状重心下移而使人产生稳定感和安全感，造型轻巧美观，视野开阔，适用于建造城市桥梁和跨线跨河桥梁。2011-074南京工业大学土木工程学院交通工程系（3）刚梁刚拱组合体系桥——当梁与拱的刚度介于上述两者之间，即设置分离式加劲梁的情况时，弯矩由梁和拱按刚度分担。拱肋和梁受力较均匀，两者的尺寸可作适当比例的配合，使之外形协调美观，而且不致使预应力筋过分集中于梁，克服了预应力筋布置的困难。2011-075南京工业大学土木工程学院交通工程系5、优点：能充分发挥混凝土受压性能、造价低廉。以梁式桥为外部条件，拱的水平推力由梁承担，克服了拱桥对地基要求高的缺点。桥型合理、施工方便、造价较低，以及造型轻巧美观、变化多样。2011-076南京工业大学土木工程学院交通工程系12.1.2简支梁拱组合体系桥根据内力包络图，在简支梁上设置加强拱，梁端结点刚接，其间布置吊杆，即形成简支梁拱组合体系桥。仅用于下承式。

2011-077南京工业大学土木工程学院交通工程系受力特点：简支刚梁刚拱组合体系桥，外部为静定结构，内部为高次超静定结构，主要承重构件除拱肋外，还有加劲纵梁，它与横梁组成平面框架，由吊杆上下联系以达到共同受力的目的。

适用跨径：简支梁拱组合体系桥的跨度远大于简支梁，一般经济适用跨径在40～120m范围内，实用跨径已超过100m。2011-078南京工业大学土木工程学院交通工程系12.1.3悬臂梁拱组合体系桥预应力混凝土单悬臂梁拱组合体系桥，上弦为加劲梁，承担拉力和局部弯矩，下弦为拱，承受压弯作用，立柱主要传递轴力。加劲梁中配置的预应力束大部分是直束，可以减少摩阻损失，提高预应力束效率。仅适用于上承式。

2011-079南京工业大学土木工程学院交通工程系受力特点：属外部静定结构，混凝土徐变和张拉预应力时支座不会产生附加反力。经济跨径——40～80m。缺点——活载作用下悬臂梁的挠度线与简支梁间的线型不连续，由于转折点存在容易跳车，特别是预拱度不足的情况，悬臂端局部弯折下挠，使这种跳动加剧，会造成行人的不安全感。2011-0710南京工业大学土木工程学院交通工程系12.1.4连续梁拱组合体系桥2011-0711南京工业大学土木工程学院交通工程系连续梁拱组合体系桥——以连续梁为基体，采用拱来加强，分担梁的弯矩，梁内配置纵向预应力筋，以平衡拱对梁产生的水平力，在边跨拱肋与中跨拱肋交点处，在拱座位置上两者水平力基本上处于平衡，其微小差量由中间支座摩阻力承担，当不设支座时由柔性墩承担。剪力主要由拱轴力的垂直分力承担，一般情况下，剪力不再控制断面设计。体系分类——上承式、中承式、下承式。2011-0712南京工业大学土木工程学院交通工程系1、上承式连续梁拱组合体系桥力学特点——加劲梁承担拉力及局部弯矩，拱肋承担轴压力及弯矩，立柱主要传递压力，剪力主要由拱肋轴力的垂直分力承担，空腹范围内加劲纵梁产生的拉力与拱内水平分力组成力矩，平衡截面内的连续梁弯矩，同时，连续梁中墩附近的高度依靠拱来加大，使跨中弯矩减小，中墩处负弯矩产生的梁内拉力由预应力平衡。经济跨径——50～120m。适用情况——对于桥下有净空要求,桥面标高又受限制的情况，可能不适宜采用此种体系桥。2011-0713南京工业大学土木工程学院交通工程系2．中承式连续梁拱组合体系桥力学特点——在负弯矩区用桥面以下两组主拱腿来加强，在桥面以上正弯矩区用一组拱肋来加强，连续刚梁不仅承担弯矩与剪力，而且还需以轴向拉力来平衡拱的推力。经济跨径——60～250m。优点——中承式连续梁拱组合体系桥结构布置合理，造型美观，施工方便，是采用较多的一种桥梁形式。2011-0714南京工业大学土木工程学院交通工程系3．下承式连续梁拱组合体系桥力学特点——梁拱的弯矩按刚度分配,通过拱的加强,显著地减小了中跨主梁的弯矩,使得加劲梁的建筑高度可以大幅度减小，两个边跨由于受到中孔拱的刚度影响，减少了正弯矩的负担，扩大了负弯矩的区域，有利于配置预应力束。经济跨径——40～120m适用情况——对桥下净空要求大，不宜建造中承式连续梁拱组合体系桥的情况。2011-0715南京工业大学土木工程学院交通工程系12.2部分斜拉桥部分斜拉桥是一种介于连续梁与斜拉桥之间的新型桥梁，属于梁与斜拉索组合体系。

漳州战备大桥2001-102011-0716南京工业大学土木工程学院交通工程系12.2.1部分斜拉桥结构形式及构造特点1、组成——塔、梁、索。2、显著特点——塔的高度较矮、主梁刚度大、斜拉索布置较为集中等。3、塔高——一般采用主跨的1/8～1/12倍，相当于斜拉桥塔高的1/2～1/3。由于塔的高度较矮，拉索倾角也较小。2011-0717南京工业大学土木工程学院交通工程系4、梁高——一般宜采用变高度截面，跨中梁高一般在（1/54～1/69）L0之间，是同跨径斜拉桥梁高的2～2.5倍；塔墩处主梁根部梁高一般在（1/32～1/39）L0之间。在特殊情况下，主梁亦可采用等高度梁，此时，梁高与跨度之比可采用1/35～1/45。5、跨度比——在桥跨布置上，主边跨跨度比例更接近连续梁，一般在0.42～0.62之间；6、结构体系——（1）塔梁固结并在梁底设支座；（2）塔墩固结并塔梁分离；（3）塔梁墩固结。2011-0718南京工业大学土木工程学院交通工程系12.2.2部分斜拉桥的力学特点与连续梁桥相比，由于斜拉索的存在，~的主梁荷载弯矩远比同跨连续梁小，同时还要承受拉索传来的压力。~由于拉索较少，主梁主要承受弯矩，同时，因斜拉索倾角较小，主梁能获得较大压力，因此，斜拉索主要起到体外预应力束、降低一般刚构桥或连续梁桥支点梁高的作用，即加固主梁的作用。~的斜拉索应力变化幅度较一般斜拉桥小，可以不考虑疲劳问题，因此可以采用较高的张拉应力。2011-0719南京工业大学土木工程学院交通工程系12.2.3部分斜拉桥其他特点及适用性与连续梁相比，部分斜拉桥跨越能力较大，当中支点梁高相同时，部分斜拉桥跨度可比连续梁桥大1倍以上；对大跨度桥梁而言，相同跨度的部分斜拉桥比连续梁桥经济。优点——塔的高度较矮，塔身结构简单，施工方便；斜拉索可采用较高张拉应力；主梁抗弯刚度大，可采用梁式桥施工方法，而无需象斜拉桥那样采用大型牵索挂篮，极大地方便了施工；结构整体刚度大，变形小。适宜跨度——100～300m,若主梁采用钢与混凝土结构，跨径有望突破400m。2011-0720南京工业大学土木工程学院交通工程系海南省洋浦海湾大桥2011-0721南京工业大学土木工程学院交通工程系12.3刚构—连续组合梁桥连续刚构桥——是墩梁固结的连续结构，利用高墩的柔性来适应结构由预加力、混凝土收缩及徐变作用等引起的位移，减少由这些作用引起的结构次内力。刚构-连续组合梁桥——在连续刚构桥的某些刚度较大的矮墩上布置活动支座，释放位移，就成为了~。2011-0722南京工业大学土木工程学院交通工程系山东东明黄河公路大桥竣工于1993年10月，大桥全长4142米，桥宽18.5米是山东省最长的公路桥，享有“齐鲁第一桥”的美称。江泽民总书记于1993年5月24日为大桥亲笔题写了桥名，它是万里黄河入鲁的第一站。2011-0723南京工业大学土木工程学院交通工程系12.3.1刚构—连续组合梁桥构造特点1、构造上分类：（1）带铰的刚构—连续组合梁桥——在主跨中设铰、其余各跨梁连续；（2）刚构—连续组合梁桥——全联梁不设铰。2、上部结构：通常采用变高度箱形截面，截面尺寸拟定原则与连续梁桥及连续刚构桥相似。3、桥墩型式：板式墩、双薄壁墩、V形墩。2011-0724南京工业大学土木工程学院交通工程系12.3.2刚构—连续组合梁桥的力学特性受力方面~上部结构具有连续梁特点，内力与连续梁桥较为接近；但在墩梁结合处仍有刚构受力特点，负弯矩比连续梁大些。桥跨结构应考虑混凝土收缩及徐变作用、温度作用等引起的次内力。在~中，墩梁固结的桥墩高度对结构的内力与位移影响较大。当桥墩较高时，桥墩的刚度减小，使主梁跨中截面的正弯矩、支点截面的负弯矩较接近相同跨径的连续梁桥的弯矩，温度作用产生的次内力较小；相反，当桥墩较矮时，由于墩的刚度较大，跨中截面的正弯矩将减小，支点截面的负弯矩将增大，温度作用产生的次内力也较大。2011-0725南京工业大学土木工程学院交通工程系12.3.3刚构—连续组合梁桥其它特点及适用性1、特点——刚构—连续组合梁桥具有连续体系梁桥伸缩缝少、行车平顺等特点，有利于高速行车。与连续梁比，刚构—连续组合梁桥减少了造价较高的大吨位桥梁支座数量，减少了支座养护和更换的工作量，降低了使用期的维护费用；与连续刚构比，刚构—连续组合梁桥能有效地防止刚构过长而引起温度作用次内力过大的问题。2、适用性——通常适合于桥墩高度相差较大的情况。对于地势较平坦的大跨径、低矮、长联的桥梁，也可采用，但应采用变换桥墩刚度的方法，增加连续刚构部分桥墩的柔度。2011-0726南京工业大学土木工程学院交通工程系12.4其他组合体系桥简介12.4.1桁架拱桥（又称拱形桁架桥）1、组成——上部结构一般是由桁架拱片、横向联结系和桥面三部分组成。桁架拱片是桁架拱桥的主要承重结构，由上弦杆、腹杆、下弦杆和拱顶实腹段组成，下弦杆为拱形，上弦杆一般与桥道结构组合成一整体而共同工作。在跨中部分，因上、下弦杆很靠近而做成实腹段。2、材料——钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构。2011-0727南京工业大学土木工程学院交通工程系3、力学特点——具有桁架和拱的受力特点。拱形结构的水平推力大大减少了跨间弯矩，同时，利用拱上结构与拱圈形成桁架，使之整体受力，能充分发挥各部分构件的作用。2011-0728南京工业大学土木工程学院交通工程系4、优点——结构受力合理、整体性强、节省材料、自重较轻等特点，同时，桥梁大部分构件是预制安装的，施工工序少，吊装能力适应性强，工期较短。5、缺点——拱脚有推力，对地基要求较高；构件纤细，施工和运输均须仔细小心；模板较复杂；钢筋混凝土结构的节点处、拉杆及实腹段下缘出现裂缝。预应力混凝土结构的节点构造复杂。6、适用情况——通常只适用于跨度不大的城市桥梁或次等级公路，给人们提供另一种桥梁景观。2011-0729南京工业大学土木工程学院交通工程系12.4.2刚架拱桥

1、组成——刚架拱片、横系梁、桥面系。刚架拱片是刚架拱桥的主要承重结构，一般由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿，（主斜撑）、次拱腿（斜撑）等构成。总体布置型式主要与桥梁跨径、荷载大小等有关。2011-0730南京工业大学土木工程学院交通工程系2、特点——结构为多次超静定，