大跨度橋梁設(shè)計(jì)之預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋

1、 第 2 章 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋大跨度橋梁設(shè)計(jì)本章的主要內(nèi)容2.1 概述2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.5 預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋設(shè)計(jì)驗(yàn)算的主要內(nèi)容2.1 概述1、高性能混凝土的采用 采用高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土材料。規(guī)范：C40C80；已研發(fā)200MPa抗壓強(qiáng)度的混凝土。2、高強(qiáng)超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋的采用 高強(qiáng)、低松弛和耐腐蝕是發(fā)展方向。鋼絞線(xiàn)：抗拉強(qiáng)度可達(dá)18602000MPa。歐洲：2063MPa鋼絞線(xiàn)已批量生產(chǎn)；日本：研制出2300MPa的級(jí)的鋼絞線(xiàn)。3、高效率的張拉錨固體系 夾片錨的群錨體系使得預(yù)應(yīng)力施加方便。2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造按承重結(jié)構(gòu)

2、的受力特點(diǎn)分類(lèi) 梁橋是橋梁結(jié)構(gòu)體系中最基本的形式，按受力特點(diǎn)分：簡(jiǎn)支梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、T形剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋。2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造按承重結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類(lèi)（1）簡(jiǎn)支梁橋施工方便靜定體系對(duì)地基要求不高彎矩最大適合于小跨徑橋梁等截面梁 變截面梁 2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造按承重結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類(lèi)（2）懸臂梁橋單懸臂、雙懸臂卸載彎矩使跨中彎矩減小靜定體系對(duì)地基要求不高跨中接縫，行車(chē)條件不好跨中牛腿、伸縮縫，易損壞適合于中等以上跨徑橋梁施工不方便2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造（3）連續(xù)梁橋（超靜定）：上部結(jié)構(gòu)由連續(xù)跨過(guò)三個(gè)以上支座的橋梁。在較大跨徑時(shí)較簡(jiǎn)支梁經(jīng)濟(jì)，且橋墩寬度小，節(jié)省材料，接縫

3、少，行車(chē)平順。但連續(xù)梁為超靜定結(jié)構(gòu)，適用于地質(zhì)良好的橋位處。 按承重結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類(lèi)2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造（3）連續(xù)梁橋（超靜定）：按承重結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類(lèi)由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的卸載作用，跨中正彎矩大大減小，恒載、活載均有卸載作用由于彎矩圖面積的減小，跨越能力增大超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)基礎(chǔ)變形及溫差荷載較敏感行車(chē)條件好2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造按承重結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類(lèi)（4）T形剛構(gòu)橋卸載彎矩類(lèi)似于懸臂梁適合于懸臂施工、節(jié)省支座靜定體系對(duì)地基要求不高跨中的牛腿、伸縮縫，易損壞行車(chē)條件不好適合于中等以上跨徑橋梁2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造按承重結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分類(lèi)（5）連續(xù)剛構(gòu)橋綜合連續(xù)梁與T構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)超靜定體

4、系對(duì)地基要求高適合于中等以上跨徑的高墩橋梁2.2.1 連續(xù)梁橋 一次落架施工的連續(xù)梁橋，在結(jié)構(gòu)自重荷載作用下，跨中截面產(chǎn)生正彎矩，支點(diǎn)截面產(chǎn)生負(fù)彎矩，且支點(diǎn)截面負(fù)彎矩大于跨中截面正彎矩。2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造與同等跨徑的簡(jiǎn)支梁相比，連續(xù)梁的最大正彎矩及負(fù)彎矩均小于簡(jiǎn)支梁的跨中彎矩。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造連續(xù)梁的內(nèi)力分布比簡(jiǎn)支梁要均勻，有利于充分發(fā)揮材料的作用。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造連續(xù)梁為超靜定結(jié)構(gòu)，在汽車(chē)荷載作用下跨中產(chǎn)生的撓度比簡(jiǎn)支梁小，行車(chē)平順舒適。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造連續(xù)梁因結(jié)構(gòu)整體發(fā)生均勻溫度變化引起縱向水

5、平位移，在結(jié)構(gòu)中不產(chǎn)生附加內(nèi)力及支承反力。連續(xù)梁屬超靜定結(jié)構(gòu)，非線(xiàn)性溫度變化、預(yù)應(yīng)力作用、混凝土收縮徐變及基礎(chǔ)沉降等將引起結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造1、等截面連續(xù)梁橋一般情況下，連續(xù)梁橋在恒載和活載作用下，支點(diǎn)截面負(fù)彎矩大于跨中截面正彎矩，但跨徑不大差值也不大，可采用等截面形式，簡(jiǎn)化施工。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造1、等截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造等截面連續(xù)梁橋優(yōu)點(diǎn)（1）構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、實(shí)用性強(qiáng)；（2）對(duì)有支架施工和預(yù)制拼裝，可便于預(yù)制安裝和模板周轉(zhuǎn)使用；（3）對(duì)頂推施工，便于布置頂推和滑移設(shè)備；（4）對(duì)逐

6、跨架設(shè)法和移動(dòng)模架法施工，可使用少量施工設(shè)備完成施工，經(jīng)濟(jì)性好。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造跨徑布置可采用等跨和不等跨兩種布置方式。為使邊跨正彎矩減小，受力均勻合理，大多采用不等跨形式，奇數(shù)跨多。l1:l=0.60.8h/l=1/151/301、等截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造 隨著跨徑的增大，l70m時(shí)，采用變截面設(shè)計(jì)顯得經(jīng)濟(jì)合理，大跨度連續(xù)梁以采用變高度梁為主。2、變截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造連續(xù)梁截面變化的原因 （1）采用支點(diǎn)梁高大于跨中梁高的變截面形式，使得梁高的變化規(guī)律與連續(xù)梁的彎矩圖變化規(guī)律相一致； （2

7、）減小跨中梁高，有利于減小結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的彎矩、剪力； （3）增大支座截面梁高，有利于抵抗支座截面較大的剪力。2、變截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造2、變截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造變截面連續(xù)梁跨徑布置非城市橋梁城市橋梁l1：l = 0.50.8l1：l 0.5使邊、中跨最大正彎矩基本相等需在邊跨進(jìn)行壓重，抵消支座負(fù)反力2、變截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造變截面梁的變化主要表現(xiàn)在梁高的變化，變化規(guī)律有： （1）斜直線(xiàn)； （2）圓弧線(xiàn)； （3）二次拋物線(xiàn)。連續(xù)梁截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面。板式截面 形狀、

8、構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，建筑高度小。 截面不經(jīng)濟(jì)，相對(duì)自重較大，跨越能力小。 適用跨徑：RC，20m以下；PC，30m以下。1、橫截面形式2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造板式截面1、橫截面形式2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造 肋梁式截面1、橫截面形式2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造 肋梁式截面 截面挖空率較大，減輕自重，梁肋較高，截面抵抗矩增大，抗彎能力強(qiáng)。通常由梁肋（腹板）、翼緣板組成。常用的截面形式：形、I形、T形。中等跨徑簡(jiǎn)支橋梁應(yīng)用較多。 適用跨徑：3050m，梁高1.62.5m。1、橫截面形式2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造 箱形截

9、面 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要截面形式。 橫截面為一個(gè)或幾個(gè)封閉箱形組成的截面。單箱單室、單箱多室分離多箱整體性能好，抗扭慣矩大上下緣均可受壓、適合于連續(xù)橋梁受力性能好，適應(yīng)正負(fù)彎矩適合中等以上跨徑橋梁1、橫截面形式2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造截面形式：?jiǎn)蜗鋯问?、單箱多室、雙箱單室、多箱多室箱形截面2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造2、橫隔梁設(shè)置2.2.3 梁部構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造（1）肋梁式截面：橫截面抗扭剛度小，為增加橋梁的整體性和良好的橫向分布，需設(shè)置中橫隔梁和端橫隔梁。一般45m設(shè)置一道，厚度為1220cm。（2）箱形截面：支點(diǎn)部位設(shè)置橫隔梁外，

10、中間橫梁較少。多箱截面多設(shè)置。（3）箱梁橫隔板一般要預(yù)留過(guò)人洞，方便施工和后期檢修。1、橋墩截面形式2.2.4 橋墩類(lèi)型與構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造 橋墩由墩身和蓋梁組成，用于支承上部結(jié)構(gòu)和傳遞荷載。在混凝土連續(xù)梁中，有的橋墩不設(shè)蓋梁，由墩身直接支承上部結(jié)構(gòu)，減少截面層次，傳力明確。 橋墩分類(lèi)：重型墩（自重大）和輕型墩。重型墩輕型墩2、橋墩橫向布置2.2.4 橋墩類(lèi)型與構(gòu)造2.2 梁橋體系類(lèi)型與構(gòu)造 橋墩的橫向布置要根據(jù)荷載的大小、上部結(jié)構(gòu)的形式、地基承載力和橋墩所處的位置的條件選擇。2.3.1 橋跨布置2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì) 橋梁設(shè)計(jì)中，橋型方案設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，直接決定橋梁工程是

11、否合理、經(jīng)濟(jì)、適用和美觀。 橋梁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：橋梁體系的選擇、主跨的跨度、橋梁分跨以及跨徑組合、截面形式、主梁高度和主要尺寸的擬定。邊中跨比對(duì)橋梁的內(nèi)力影響較大。建議邊中跨比一般限制在0.50.8之間。2.3.1 橋跨布置1、等截面連續(xù)梁橋2.3.1 橋跨布置2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)適用范圍:中等跨徑，4060m范圍，國(guó)外最大達(dá)80m。施工方法：整體施工、逐跨施工、先簡(jiǎn)支后連續(xù)施工及頂推施工等。2、變截面連續(xù)梁橋2.3.1 橋跨布置2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)適用范圍: 70m，150m以上較少。施工方法：懸臂澆筑或懸臂拼裝施工法。主梁截面高度2.3.2 主梁截面形式與梁高擬定2

12、.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)主梁高跨比是橋梁設(shè)計(jì)中最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，其取值直接影響結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪能力及剛度性能。梁高一般不小于1.8m。變高度連續(xù)梁梁高支點(diǎn)截面h支跨中截面h中（1/161/25）l（1/301/50）l等高度連續(xù)梁梁高梁高h(yuǎn)（1/151/30）l箱形截面設(shè)計(jì) 橫向尺寸布置箱梁頂板寬度一般取接近橋面總寬；懸臂長(zhǎng)度b，兩腹板之間距離a，b/a=1/2.51/32.3.3 箱梁構(gòu)造細(xì)部尺寸2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì) 底板厚度一般采用變厚度設(shè)計(jì)，箱梁底板厚度從跨中向支點(diǎn)逐漸變厚，以適應(yīng)中支點(diǎn)附近截面下緣的受壓要求；跨中區(qū)域底板厚度可按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，一般取為2030cm。

13、若梁高和底板均為二次拋物線(xiàn)變化，則底板高度為：2.3.3 箱梁構(gòu)造細(xì)部尺寸2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì) 頂板厚度確定箱梁截面頂板厚度一般需考慮兩個(gè)因素：滿(mǎn)足橋面板橫向受力，主要是受彎的要求；布置箱梁縱橫向預(yù)應(yīng)力筋的要求。懸臂端厚度10cm，設(shè)置防撞墻或需錨固橫向預(yù)應(yīng)力筋，則 20cm。2.3.3 箱梁構(gòu)造細(xì)部尺寸2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì) 箱梁懸臂板懸臂長(zhǎng)度一般為2.53m?？紤]懸臂板橫向受力，一般b5m；b3m，布橫向預(yù)應(yīng)力筋。2.3.3 箱梁構(gòu)造細(xì)部尺寸2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì) 腹板滿(mǎn)足抗剪要求。對(duì)連續(xù)梁橋，l/4跨徑左右剪力較大。彎矩、扭矩、剪力共同作用，導(dǎo)致腹板承受較

14、大的主拉應(yīng)力，容易出現(xiàn)斜裂縫。應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力鋼束管道、普通鋼筋布置和混凝土澆筑的要求，腹板設(shè)計(jì)不宜太薄。無(wú)預(yù)應(yīng)力管道，tmin=20cm；有預(yù)應(yīng)力管道，tmin=2530cm；有預(yù)應(yīng)力筋錨固頭時(shí)，tmin=35cm。2.3.3 箱梁構(gòu)造細(xì)部尺寸2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)承托（梗腋）為了減小局部應(yīng)力，在箱梁頂板與腹板、腹板與底板的交接處，一般需設(shè)置承托。承托的坡度：2.3.3 箱梁構(gòu)造細(xì)部尺寸2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.1 預(yù)應(yīng)力筋布置的一般問(wèn)題連續(xù)梁橋主梁內(nèi)力：縱向受彎、豎向受剪、橫向受彎。主梁內(nèi)力 豎向受剪 縱向受彎 橫向受彎豎向預(yù)應(yīng)力縱向預(yù)應(yīng)力橫

15、向預(yù)應(yīng)力縱向受彎和部分受剪橫向受彎受 剪預(yù)應(yīng)力數(shù)量、位置根據(jù)使用階段的受力狀態(tài)確定。施工方法決定施工階段受力，預(yù)應(yīng)力配筋必須結(jié)合施工方法。箱形截面抵抗方式：三向預(yù)應(yīng)力筋2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.1 預(yù)應(yīng)力筋布置的一般問(wèn)題混凝土箱梁三向預(yù)應(yīng)力筋布置縱向預(yù)應(yīng)力筋布置橫向預(yù)應(yīng)力筋布置豎向精軋螺紋鋼筋布置2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)頂板、腹板、底板預(yù)應(yīng)力筋布置底板預(yù)應(yīng)力鋼筋布置頂板預(yù)應(yīng)力鋼筋布置腹板預(yù)應(yīng)力鋼筋布置齒板常采用鋼絞線(xiàn)或鋼絲束2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)連續(xù)曲線(xiàn)配筋方式（整體澆筑施工橋梁）將跨中部位抵抗正彎矩的底板索與支座部位抵抗負(fù)彎矩的頂板索，在全橋范圍連續(xù)化。2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋

16、構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置根據(jù)施工方法的不同，布置方式也不同。簡(jiǎn)支-連續(xù)法先按簡(jiǎn)支梁橋布置預(yù)應(yīng)力束，然后在支座頂部布置直線(xiàn)筋，以承擔(dān)活載產(chǎn)生的負(fù)彎矩2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置根據(jù)施工方法的不同，布置方式也不同。頂推法 直線(xiàn)配筋方式上下預(yù)應(yīng)力筋通束使截面接近軸心受壓，以抵抗頂推過(guò)程各截面的正負(fù)彎矩變化；頂推完成后，在跨中底板和支座頂部增加局部預(yù)應(yīng)力筋，滿(mǎn)足使用階段內(nèi)力要求。2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置根據(jù)施工方法的不同，布置方式也不同。懸臂施工連續(xù)梁橋一期鋼束布置在截面上緣以抵抗懸臂施工階段與使用階段的負(fù)彎矩；合龍后在跨中區(qū)域截面下緣布置預(yù)應(yīng)力束，抵抗使用階段活載產(chǎn)生的正彎矩。2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置懸臂施工連續(xù)梁橋頂板束底板束2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置體外預(yù)應(yīng)力筋布置2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造與設(shè)計(jì)2.4.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置體外配筋是將預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置在主梁截面以外的箱內(nèi)，利用橫隔梁、轉(zhuǎn)向塊等結(jié)構(gòu)物對(duì)梁施加預(yù)應(yīng)力。橫向預(yù)應(yīng)力筋布置在橫隔板或頂板中，保證橋梁橫向整體性、保證橋面板及橫