桥梁工程连续梁桥构造设计与计算课件

第4章连续梁桥的构造与设计4.1连续梁桥概论4.2连续梁桥一般构造

4.3连续刚构桥一般构造4.4连续刚构桥

主要讲解公路工程中常用的先简支后连续预应力混凝土连续梁桥和对称悬臂施工预应力混凝土连续梁桥，对过去出现过，但现在不常用的连续梁只做简要介绍。

顶推法施工连续梁、悬臂梁、T型刚构桥过去出现过，但现在已经很少用，现在仍有许多桥在使用，同学可以查看相关资料了解。4.1连续梁桥概论一、概述对连续梁桥、连续刚构桥的构造、参数取值、力学及特点作了简单的介绍；普通钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥的经济跨径分别为20m和40m左右；跨径超出此范围时，跨中恒载弯矩和活载弯矩将会迅速增大，从而导致梁的截面尺寸和自重显著地增加，不但材料耗用量大而不经济，并且也由于很大的安装重量给装配式施工造成很大的困难；为了降低材料用量指标，对于较大跨径的桥梁，宜采用能减小跨中弯矩值的其他体系桥梁，例如悬臂体系、连续体系的梁桥等。连续梁桥有多种施工方法，如先简支后连续、顶推法、悬臂法、移动模架节段拼接。预应力混凝土连续梁桥充分发挥了高强材料特性，提高混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，跨越能力较大普通钢筋混凝土连续梁桥跨径在15-30m间（应用较少）；跨径增大时用预应力混凝土连续梁桥具有结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等优点二、连续梁桥的特点234连续梁桥的特点1

先简支后连续梁桥：吸取简支梁预制施工、质量有保证、工期短的优点，连续梁受力合理，行车平顺,目前大量采用。三、先简支后连续梁桥对称悬臂施工连续梁：利用预应力作为一种施工手段的悬臂施工方法在预应力混凝土桥梁中开始应用，加速了预应力混凝土梁桥的发展步伐。由于结构的悬臂体系和悬臂施工方法相结合产生了T型刚构。四、对称悬臂施工连续梁预应力连续刚构是刚构桥与连续梁桥的结合，墩梁固结，从受力上看，更接近连续梁桥。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。五、预应力连续刚构黄石长江大桥黄花园嘉陵江大桥力学特点：恒、活载下跨中弯矩比简支梁小（经济）；弯矩图总面积小（省财）；梁截面沿纵向改变，引起弯矩改变；超静定结构，温度效应、基础不均匀沉降，混凝土收缩徐变引起次内力。六、不同结构体系的连续梁桥的受力254.2连续梁桥一般构造跨径、截面和材料的选择与施工方法、跨越障碍的性质相关，下面学习中，注意体会。小贴士按跨径等跨不等跨按截面高度等高不等高按材料RC(容易出现裂缝，应用较少)PC一、截面形式

锚跨跨中承受正弯矩、支点附近承受较大负弯矩，故支点截面底部受压区需加强。

截面形式：T形截面、箱形截面带马蹄形T形截面：适用30m以内跨径的钢筋混凝土桥梁

底部加宽T形截面：适用30～50m跨径的预应力混凝土桥梁

T形截面

50m以上跨径使用箱形截面。优点：整体性强、抗扭刚度大、承受偏载和悬臂施工都有利，顶底板能提供足够的受压面积，能满足抵抗正、负弯矩预应力钢束布置。单箱单室截面较窄桥墩满足较宽桥面，减少下部工程量，应用最为广泛。

分离式双箱单室截面多在宽桥中采用

单箱多室截面多在宽桥中采用箱形截面

1.预应力混凝土连续梁桥(1)等截面连续梁桥一般适用于70m以内的中等跨径公路桥、城市立交或高架桥，为了支承等截面连续梁，轻巧，简洁，桥下透空性大。1.力学特点连续梁属超静定结构，支点截面设计负弯矩一般比跨中截面设计正弯矩大，但跨径不大时差值不大，可以采用等截面，采取构造措施来调节，简化了主梁构造。二、等截面与变截面连续梁边跨与中跨之比不小于0.6，高跨比一般为1/15～1/25；顶推施工的等截面连续梁桥中梁高（H）与顶推跨径L0之比一般为1/12～1/17。3.适用范围①一般采用中等跨径（40～60m、最大80m）－主梁构造简单、施工快捷；②立面布置以等跨径为宜，也可以采用不等跨布置；③适应于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工；④当跨径较大时采用悬臂法施工，支点负弯矩比跨中正弯矩大，仍采用等截面布置受力上不合理、不经济，可采用变截面连续梁。2、变截面连续梁桥１．力学特点主跨跨径大于70m－支点设计负弯矩比跨中设计正弯矩大，变截面主梁符合受力要求，高度变化与内力变化相适应。①适合悬臂施工，施工阶段主梁刚度大、内力与运营阶段基本一致；②变截面梁加大支点梁高，降低跨中设计正弯矩。变截面梁合理性：①对恒载引起的截面内力影响不大；②与桥下通航净空要求无妨害；③能适应抵抗支点处很大剪力的要求；④是连续体系梁桥比简支梁桥、悬臂梁跨越能力大的原因；⑤外形美观。２.构造特点①梁底可采用折线、圆弧线和抛物线等：多用二次抛物线，其变化规律与弯矩变化规律基本接近；折线形截面变化构造简单、施工方便；具体选用形式按截面上下缘受力均匀、容易布筋来确定。②可将支点截面底板、顶板和腹板作成变厚度，满足不同截面受力要求；③支点梁高与最大跨径之比一般为1/16～1/18、不小于1/20；跨中通常为支点截面梁高的1/1.5～1/2.5，实际设计时，还需根据中、边跨比例荷载等级等因素比较确定。３.适用范围①跨径70m以上连续梁，宜采用变截面布置；②适合悬臂法施工（悬臂浇注、悬臂拼装），施工阶段、运营阶段主梁内力基本一致；③变截面结构外形美观、可节省材料、增大桥下净空高度；④悬臂法施工存在墩、梁临时固结和体系转换工序，结构稳定性应重视，施工复杂；⑤主墩要布置大型橡胶支座，养护、更换麻烦。连续孔数一般不超过5跨；多于三跨的连续梁桥，除边跨外，其中间各跨一般采用等跨布置，以方便悬臂施工；多于两跨的连续梁桥，其边跨一般为中跨的0.6～0.8倍左右，当采用箱形截面，边孔跨径其至可减少至中孔的0.5～0.7倍；有时为了满足城市桥梁或跨线桥的交通要求而需增大中跨跨径时，可将边跨跨径设计成仅为中跨的0.5倍以下，此时，端支点上将出现较大的负反力，故必需在该位置设置能抵抗拉力的支座或压重以消除负反力。梁高——与跨径、施工方法有关梁底曲线：折线、圆弧线、抛物线和正弦曲线③适用范围70～120m，大于120m跨径，目前较少见；适宜于悬臂法施工。施工过程中墩梁临时固结，待合拢后，拆除临时固结措施，进行体系转换。三、预应力钢筋的布置②竖向受剪①纵向受弯③横向受弯②竖向预应力①纵向预应力③横向预应力横向受弯三向预应力预应力数量、位置根据使用阶段的受力状态确定，满足施工各阶段的受力需要，施工方法决定施工阶段受力，预应力配筋必须结合施工方法。主梁内力三向预应力纵向受弯和部分受剪受剪混凝土箱梁三向预应力筋布置１）纵向预应力筋

纵向预应力筋又称主筋，布置在顶、底板和腹板中；布置方式与采用的施工方法、预应力筋种类等有关系布置方式分为：连续配筋、分段配筋、逐段加长力筋、体外布筋、后连续力筋。①连续配筋的力筋布置

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。现浇施工整根、曲线、通束：预应力筋长、弯曲次数又多，加大摩阻损失，目前少用。②分段配筋布置大跨度、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。①正弯矩区底部、负弯矩区顶部布置预应力筋；②正、负弯矩交替作用区段，顶、底板均需设预应力筋。

①顶板力筋在腹板内下弯并锚固在腹板上，减小外荷载剪力；

②腹板具有足够厚度以承受集中的锚固力。悬臂施工直线布束：锚固在梗肋处，①减少摩阻损失、穿束方便，改善腹板浇筑条件；②由弯曲应力决定，抗剪强度由竖向预应力筋提供。

③逐段加长力筋布置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。顶推施工④体外布筋布置

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。⑤后连续筋布置先简支后连续

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。２）横向和竖向布筋横向预应力筋布置在横隔板或顶板中，保证横向整体性、桥面板及横隔板横向抗弯能力；箱梁顶板厚度在25cm～35cm间，横向力筋采用扁锚体系。竖向预应力筋布置在腹板中，提高截面的抗剪能力，按后张法工艺施工，一般需进行二次张拉，以确保足够的有效预应力；竖向力筋较短，采用高强粗钢筋以减少回缩损失。箱梁横向及竖向配筋方式横向预应力筋竖向预应力筋预应力张拉后应及时对管道进行压浆并封锚，压浆应密实饱满，否则有可能带来严重后果；预应力箱梁大多采用C50及以上的高标号混凝土。横向和竖向布筋横向筋是桥面板横向受力的需要，多采用无粘结钢铰线竖向预应力筋：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50～80cm间距设置，后张法施工。（b）横向布置（c）竖向预应力筋为什么要大型箱梁设顶板横向与腹板竖向预应力筋？1234大型箱梁内部应力复杂，腹板容易开裂，而普通钢筋能提高极限承载能力，但不能提高抗裂性。顶板厚度小，跨度大（腹板间距），用普通钢筋需要增厚顶板，徒增自重。顶板采用无粘结钢绞线，钢绞线与普通钢筋一起铺设，施工方便。腹板采用精轧螺纹钢筋，主要因为经轧螺纹钢筋预应力损失小。作用：预应力混凝土箱梁普通钢筋主要用于抵抗局部受力。纵向钢筋：主要用于满足构造需要；横向竖向钢筋：横向抗弯、腹板主拉应力等基本由横向和竖向钢筋承担。四、预应力混凝土箱梁普通钢筋五、箱形截面的设计

用于跨径超过40～60m（等截面）或以上（变截面），有支架现浇、逐孔施工及悬臂施工等多种方法。单箱多室：宽度可不受限制单箱单室：顶板宽度小于20m；单箱双室：顶板宽度25m左右；双箱单室：顶板宽度可达40m左右；圆空式单箱双室：顶板宽度15m左右；斜腹板箱梁：施工稍困难，使用较少2）细部尺寸①顶板和底板厚度基本要求：满足桥面板横向受弯和布置箱梁纵、横向预应力筋的要求。对于悬臂端部厚度≥10cm,若设置防撞墙或需锚固横向预应力筋，则≥20cm。底板厚度δ2与跨径l之比一般取1/140～1/170；跨中区域则可按构造要求一般取22～28cm。②腹板厚度

主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求。取值：腹板内无预应力筋：最小取20cm；腹板内有预应力筋：最小取25～30cm；腹板内有预应力筋锚固头：最小取35cm。墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到30～60cm，特殊情况可达100cm。变化情况：

大跨度桥，采用变厚度形式，变厚段一般为一个节段长。中、小跨径，一般采用等厚度形式。墩上腹板厚度参数：

跨中腹板厚度参数：

英国水泥和混凝土协会提出如下两个关于预应力混凝土连续梁最佳腹板厚度参数的公式，其指标可供参考：③承托（梗腋）

为了减小局部应力，在箱梁顶板与腹板、腹板与底板的交接处，一般需设置承托。承托的坡度：④横隔梁（板）布置：T型截面：设置中横隔板和端横隔板；箱形截面：设端横隔板，直桥：一般少设或不设中间横隔板。弯、斜梁，设置中横隔板。为满足施工、维修和通风要求，横隔板上一般设置过人洞。厚度：中横隔板：15～20cm。端横隔板：尺寸和配筋形式与箱梁的支承方式有关。当支座直接位于主梁腹板之下，厚度为30～50cm，只需配置一定数量普通钢筋。当支座设置在横隔板中部，宜采用预应力混凝土，厚度一般小于80cm，设置曲线形的预应力筋。300500300401204010055100号混凝土(压重)进人洞100ⅡⅣⅣⅡ

Ⅰ-Ⅰ截面1200115 300154015401540203100(下缘曲率半径241.25m) 6400/23100(下缘曲率半径241.25m) 3200主梁0号块4.3连续刚构梁桥构造①连续梁桥与T形刚构桥组合体系，也称墩梁固结连续梁桥；②常用于大跨、高墩结构；③桥墩纵向刚度小，竖向荷载作用下基本上属于一种无推力的结构；④上部结构具有连续梁施工的一般特点，技术经济性好。一、概述结构特点：墩、梁、基础三者固结、方便施工，满足了“少支座少伸缩缝”的要求；墩身形式、高度等都对结构受力有影响。为减少温度应力，连续刚构宜用于高墩场合，（墩高25m），并采用抗推刚度小的双薄壁墩。二、力学特点主梁适用于高桥墩、梁与墩固结、跨中不设铰。主梁的受弯性能基本上与连续梁相似，中跨梁体受主墩约束而区别于连续梁。主墩纵向较柔、对主梁嵌固作用较小时，与连续梁的结构行为相似。当主墩刚度较大时，多跨荷载产生的内力大都限于本跨内，对相邻跨内力影响较小，则边跨与中跨跨径之比较连续梁小些。桥墩①桥墩除满足承重、稳定性要求外，其柔度应适应温变、收缩、徐变以及制动力等引起的水平位移，尽量减小次内力；②墩梁固结后，结构内力是按桥墩与主梁的刚度比来分配的。③桥墩刚度大，纵桥向允许变位小、但附加内力大，故桥墩的纵桥向刚度应尽量地小。④横桥向约束弱，横向不平衡荷载或风载作用时易扭曲、变位，其横向刚度应大一些。不等跨、变截面布置（适应主梁内力变化）；主梁底部线形为曲线形、折线形、曲线加直线形等，根据主梁内力分布情况，按等载强比原则选定。（1）主梁①边、主跨跨径比值在0.5~0.692间（多在0.55~0.58），中墩内基本没有恒载偏心弯矩，因边跨合拢段长度小，可在边跨悬臂端用导梁支撑于边墩上，进行边跨合拢、取消落地支架，施工十分方便；②连续刚构边跨比值小于连续梁边跨比值（0.6~0.8），因为墩梁固结使边跨长短对中跨恒载弯矩调整影响很小。（2）主梁截面高度①采用箱形截面，根部截面高跨比一般为1/15～1/20（多为1/18），少数低于1/20；②跨中梁高为支点的1/2.5～1/3.5，略小于连续梁跨中梁高（因刚构跨中正弯矩较小）。三、构造特点（3）桥墩①连续刚构适用于高墩结构，此时桥墩作用如同摆柱，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桥墩水平抗推刚度宜在满足桥梁施工、运行稳定性要求的前提下尽量地小，因墩梁固结对温度变化、预应力、混凝土收缩徐变等产生的次内力相当敏感，应考虑墩身与主梁之间的刚度比以减少次内力；③桥梁在横向不平衡荷载或风载作用下，易产生扭曲、变位，为了增大其横向稳定性，桥墩在横向的刚度应设计得大一些；④墩身高度主要由桥面标高、桥梁建筑高度、桥下净空高度，主梁端高度等因素决定；墩柱纵向厚度一般采用高度的1/8～1/15，墩柱高用小值、墩柱矮用大值。墩的立面形式主要有3种：b）竖直单薄壁墩c）v形墩(或Y形柱式墩)v形托架可使使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上。a）竖立双肢薄壁墩a.竖直双肢薄壁墩－理想的柔性墩（应用较多）①两个相互平行薄壁与主梁固结的桥墩，适用桥墩不很高情况，增加桥墩纵桥向刚度；②双肢可增加桥墩竖向荷载作用下的刚度，其水平抗推能力小、纵向允许的变位大，减小主梁附加内力，主梁负弯矩峰值出现在两肢墩墩顶、较单壁墩小，可减小主梁在墩顶处的尺寸，增加桥梁美感。③占据宽度大，防撞设施需保护范围较大，增加费用（一肢撞坏、另一肢随之失稳）。④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，空心双壁墩节省混凝土约40%。b.竖直单薄壁墩①深谷、深水河流的高桥墩常采用竖直单薄壁墩，外观呈“一”字；②截面形式为矩形实心、箱形空心桥墩。③单薄壁墩（箱形）的抗扭性能好，抗推能力强，增大通航孔有效跨径；④柔性不如双肢薄壁墩大，随着墩身高度的增加，其柔性逐渐增加，对于高的大、中等跨径连续刚构来说，箱形单薄壁墩也是理想的形式。c.V形墩（或Y形柱式墩）①在刚架桥中为了减小内支点处的负弯矩峰值，可将墩柱做成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；②Y形柱式墩是上部为V形托架，下部为单柱式，两者在立面上构成Y字形。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①保持连续、梁墩固结、上、下部结构共同承受荷载，减小了墩顶负弯矩。②既保持连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持T构不设大吨位支座的优点，同时避免连续梁（存在临时固结和体系转换）和T构（伸缩缝）两者的缺点，养护工作量小。③施工稳固性好，减少、避免边跨梁端搭架灌注。④连续刚构桥是大跨度桥梁选型中具有竞争能力的桥型之一，竖向荷载下无推力，上部结构具有连续梁的施工特点，技术经济性较好。我国跨径在180m以上的梁桥，均采用连续刚构桥。⑤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。⑥当其主墩刚度过大时，中跨梁体因而产生过大的温降拉力而对结构受力不利。⑦梁墩联结处应力复杂也是连续刚构的一个缺点。3．横截面截面形式①根据总体布置、跨径、宽度、梁高、支承形式和施工方法等综合确定，合理截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工、改善截面受力性能十分重要。②主要有板式、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（主要截面形式）。4.4连续梁桥的设计计算概要一、恒载内力必须考虑施工过程中的体系转换，不同的荷载作用在不同的体系上.1、满堂支架现浇施工所有恒载直接作用在连续梁上，结构力学有详细介绍。2、简支变连续施工一期恒载作用在简支梁上，二期恒载作用在连续梁上（一）阶段1在主墩上悬臂浇筑混凝土首先在主墩上浇筑墩顶上面的梁体节段（称零号块件），并用粗钢筋及临时垫块将梁体与墩身作临时锚固，然后采用施工挂篮向桥墩两侧分节段地进行对称平衡悬臂施工。此时桥墩上支座暂不受力，结构的工作性能犹如T型刚构。对于边跨不对称的部分梁段则采用有支架施工。此时结构体系是静定的，外荷载为梁体自重q自(x)和挂篮重量，其弯矩图与一般悬臂梁无异。三、对称悬臂施工施工（二）阶段2边跨合龙当边跨梁体合龙以后，先拆除中墩临时锚固，然后便可拆除支架和边跨的挂篮。此时由于结构体系发生了变化，边跨接近于一单悬臂梁，原来由支架承担的边段梁体重量转移到边跨梁体上。由于边跨挂篮的拆除，相当于结构承受一个向上的集中力。（三）阶段3中跨合龙当中跨合龙段上的混凝土尚未达到设计强度时，该段混凝土的自重q及挂篮重量2，将以2个集中力

的形式分别作用于两侧悬臂梁端部。5.3计算要点（四）阶段4拆除合龙段的挂篮此时全桥已经形成整体结构（超静定结构），拆除合龙段挂篮后，原先由挂篮承担的合龙段自重转而作用于整体结构上。（五）阶段5上二期恒载在桥面均布二期恒载g的作用下，可得到三跨连续梁桥的相应弯矩图。以上是对每个阶段受力体系的剖析，若需知道某个阶段的累计内力时，则将该阶段的内力与在它以前几个阶段的内力进行叠加便得。成桥后的总恒载内力，将是这五个大阶段内力叠加的结果。3跨连续梁施工过程墩梁固结边跨现浇永久支座中跨合拢(e)全桥及最终恒载弯矩

(a)T构

(b)边跨合龙： 混凝土未凝固前

(b')边跨合龙： 混凝土凝固后

(c)拆除墩顶临时固结

(d)中跨合龙： 混凝土未凝固前

(d')中跨合龙： 混凝土凝固后具有体系转换的恒载内力计算说明：

1）结构恒载不重复计算；

2）计算步骤，可按力学等效原则合并简化；

3）梁端剪力，也可照此计算；

4）连续刚构体系，不存在墩梁临时固结和拆除工序，计算时应同时考虑梁部轴力和桥墩的内力。桥面构造：（附加恒载、二期恒载）内力，最终结构的内力影响线加载求得。c2c3c423'

cBc1

ADE23'

cc1

ABDEc4c3c2Mc1MBMc2M23'McQc1QBQc2Q23'Qc二、活载内力计算与简支梁基本相同：绘制内力影响线，活载加载，求得各截面最大活载内力。等截面连续梁：手