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第五章剛架橋 5 1剛架橋的概念一 定義 1 定義 橋跨結(jié)構(gòu) 梁或板 和墩臺整體相連的橋梁稱為剛架橋 2 受力特點 1 梁墩柱剛性連接 梁因墩柱的抗彎而卸載 整個體系是壓彎結(jié)構(gòu) 也是有推力結(jié)構(gòu) 2 剛架橋的橋下凈空比拱橋大 在同樣凈空要求下可修建較小的跨徑 3 剛架橋施工較復(fù)雜 一般用于跨度不大的城市或公路的跨線橋和立交橋 4 現(xiàn)在采用預(yù)應(yīng)力混凝土和懸臂施工的剛架橋 己成為大跨度橋梁競爭方案之一 1 2 3 形式 1 剛架構(gòu)造分為直腿剛架 門式 和斜腿剛架 2 V形墩剛架橋 為減少支柱肩部的負彎矩峰值 將支柱做成V形墩形式 3 帶拉桿形式 為方便采用懸臂施工 并且減少跨中正彎矩和撓度值 做成兩端帶拉桿的結(jié)構(gòu)形式 施工時可在端部臨時壓重 3 4 5 6 V形墩剛架橋 荷蘭布里爾斯馬斯橋 7 日本 茨城縣十王川橋V形墩剛架橋 8 桂林漓江橋1987年95m國內(nèi)第一次采用V形橋墩 9 10 帶拉桿形式 11 4 T形剛構(gòu) 橋跨結(jié)構(gòu)的上部梁在墩上采用兩邊平衡懸臂施工 首先形成一個T字形的懸臂結(jié)構(gòu) 然后相鄰的兩個T形懸臂在跨中可用剪力鉸或跨徑較小的掛梁聯(lián)成一體 稱為帶鉸或帶掛孔的T形剛構(gòu) 12 13 14 5 連續(xù)剛構(gòu) 如果在跨中采用預(yù)應(yīng)力鋼筋和現(xiàn)澆混凝土聯(lián)成整體 則為連續(xù)剛構(gòu) 亦稱為連續(xù)一剛構(gòu)連續(xù)體系 簡稱為連續(xù)剛構(gòu)橋 15 16 6 分離式連續(xù)剛架橋 對于主梁連續(xù)時的多跨剛架橋 當強烈全長太大時 或者做成數(shù)座相互分離的主梁連續(xù)式剛架橋 主要用于城市高架橋 17 4 適用 鋼筋混凝土 中 小跨徑預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 大跨度直腿剛架 門式 和斜腿剛架 中 小跨徑T形剛構(gòu) 連續(xù)剛構(gòu) 大跨度 18 二 剛架橋的新發(fā)展 1 1953年聯(lián)邦德國修建的沃倫姆斯橋為主跨114 2m的T形剛構(gòu) 它是鋼橋傳統(tǒng)施工方法 懸臂施工法在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中的創(chuàng)造性應(yīng)用 不僅方便地解決了預(yù)應(yīng)力混凝土橋施工難題 而且發(fā)展預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)新型體系T形剛構(gòu) 并對其它體系橋梁產(chǎn)生深遠的影響 而T形剛構(gòu)因其獨特的優(yōu)點 一經(jīng)問世便得到了廣泛的應(yīng)用 2 實例 19 1 1980年重慶長江大橋T形剛構(gòu)全長1120m 橋?qū)?1m 174m 8跨 懸臂梁端高3 2m 根部11 0m 掛梁35m 橋墩等截面空心鋼筋混凝土 高70m 全國最大 20 2 1990年國內(nèi)第一座連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑180m廣州洛溪大橋 通航凈空34m 120m 65 125 180 110m 根部10m 跨中3m 雙壁式薄壁空心墩 橋面標高高 引橋1376 24m 21 3 黃石長江大橋1995年245m 全長2580m 162 5 3 245 162 5m 國內(nèi)最大連續(xù)長度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋 22 4 重慶黃花園大橋 1999年 250m 全長1030m 23 5 虎門大橋副航道橋 1997年 270m 當時世界第一 兩年后挪威主跨298m替代 24 6 沅陵沅水橋140m四跨不對稱預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋墩高52 4m 25 7 芬蘭圖爾庫米勒橋71 02m跨中梁高0 86m斜腿處2 70m纖細主梁由跨越岸邊人行通道短孔平衡 26 8 廣西橫縣巒城大橋國內(nèi)首次雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁架橋國外一般為鋼骨架拼裝 27 3 分類 1 一種說法 在橋梁界有些學(xué)者將T形剛構(gòu)和連續(xù)剛構(gòu)劃分為梁式橋 且認為T形剛構(gòu)橋是預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋中懸臂體系得到了改進與發(fā)展 形成了一種新型結(jié)構(gòu)的梁式橋 連續(xù)剛構(gòu)是將T形剛構(gòu)粗厚橋墩減薄 形成柔性橋墩 使墩梁固結(jié) 主梁連續(xù)形成連續(xù)一剛構(gòu)橋 它又是T形剛構(gòu)與連續(xù)梁結(jié)合的一種新型體系 2 另一種說法 也有學(xué)者將T形剛構(gòu)和連續(xù)剛構(gòu)歸結(jié)為組合體系橋 即認為它們都是梁和剛架相結(jié)合的組合體系橋 3 本書 由于T形剛構(gòu)橋和連續(xù)剛構(gòu)橋的共同特點是墩梁固結(jié) 與剛架橋結(jié)構(gòu)基本一致 所叫本書將它們歸類于剛架橋 28 5 2T形剛構(gòu)橋的主要特點 一 T形剛構(gòu)橋的主要特點T形剛構(gòu)橋是一種具有懸臂受力特點的梁式橋 最早采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 由于鋼筋混凝土梁式結(jié)構(gòu)承受負彎矩 頂面裂縫不可避免 因此鋼筋混凝土T形剛構(gòu)不可能做成很大的跨徑 而預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛均可直接采用懸臂施工法 從20世紀50年代產(chǎn)生以來 預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)得難了迅速發(fā)展 29 二 分類 預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)橋 分為跨中帶剪力鉸的和跨內(nèi)設(shè)掛梁的兩種基本類型 1 帶鉸的T形剛構(gòu)橋1 帶鉸的T形剛構(gòu)是一種超靜定結(jié)構(gòu) 它的上部結(jié)構(gòu)全部是懸臂部分 相鄰兩懸臂通過剪力鉸相連接 2 優(yōu)點 剪力鉸是一種只傳遞豎向剪力而不傳遞縱向水平力和彎矩的連接構(gòu)造 當在一個T構(gòu)結(jié)構(gòu)單元上作用有豎向荷載時 相鄰的T構(gòu)單元通過剪力鉸共同參與受力 從結(jié)構(gòu)整體受力和牽制懸臂端的變形分析 剪力鉸對T形剛構(gòu)橋的內(nèi)力起到有利作用 3 缺點 帶鉸的T形剛構(gòu)橋由于溫度變化 混凝土收縮徐變和基礎(chǔ)不均勻沉陷等因素的作用會使結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生很難準確計算的附加內(nèi)力 而且懸臂端因塑性變形產(chǎn)生撓度不易調(diào)整以致帶來行車不平順以及有時施工中還要強迫合攏等許多不足 其次 剪力鉸不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜 用鋼量多 造成費用增加 而且鉸和梁的剛度差異引起結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào) 致使橋面不平順 導(dǎo)致行車不舒適 上述種種缺點限制了帶鉸T形剛構(gòu)橋的應(yīng)用范圍 30 2 帶掛孔的T形剛構(gòu)橋 1 掛孔的T形剛構(gòu)橋是一種靜定結(jié)構(gòu) 與帶鉸的T形剛構(gòu)相比 雖然各個T構(gòu)單元完全獨立作用時 其受力與變形情況稍差 但它消除了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點 充分發(fā)揮了結(jié)構(gòu)在營運和施工中受力一致的獨特優(yōu)點 2 受力明確 構(gòu)造簡單 特別是掛梁與多孔引橋簡支跨尺寸相同時 更能加快全橋施工進度 從而獲得更高的經(jīng)濟效益 3 雖增加了牛腿構(gòu)造 但免去了剪力鉸復(fù)雜構(gòu)造 4 主要缺點除橋面伸縮縫多 對高速行車不利外 在施工中還增加預(yù)制與安裝掛梁的機具設(shè)備 31 總結(jié) 1 T形剛構(gòu)橋無論是帶鉸的還是帶掛梁的 它與預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋相比 用懸臂施工法 可節(jié)省墩梁固結(jié)和跨中合攏兩道關(guān)鍵工序 2 雖然橋墩剛度較大 但可節(jié)省昂貴的支座 其綜合用材和費用卻比連續(xù)梁經(jīng)濟 3 特別是T形剛構(gòu)受力是長懸臂體系 全跨以承受負彎矩為主 預(yù)應(yīng)力束筋布置在橋的頂面上 方便了施工 與懸臂拼裝施工方法協(xié)調(diào)結(jié)合是它的主要特點 為T形剛構(gòu)橋施工懸空作業(yè)機械化 裝配化提供了有利條件 4 尤其對深水 深谷 大江 急流等礙障條件下修建大跨度橋梁 施工條件十分有利 并可獲得合經(jīng)濟指標 32 5 3連續(xù)剛構(gòu)橋的主要特點 一 定義由于應(yīng)用傳統(tǒng)的鋼橋懸臂施工方法 使預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的懸臂體系得到了新的發(fā)展 形成了T形剛構(gòu)橋 隨后又出現(xiàn)了將T形剛構(gòu)粗厚橋墩減薄 形成柔性橋墩 使墩梁固結(jié) 主梁連續(xù)從而形成連續(xù)剛構(gòu)橋 33 34 二 特點 1 與連續(xù)梁橋的主要區(qū)別 在于柔性橋墩的作用 使結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下 基本上屬于一種墩臺無推力的結(jié)構(gòu) 而上部結(jié)構(gòu)具有連續(xù)梁施工的一般特點 2 連續(xù)剛構(gòu)橋特點 1 跨中不設(shè)鉸也不帶掛梁 橋面連續(xù) 行車平順 2 更重要的是粱體內(nèi)的內(nèi)力分布更加合理 能充分發(fā)揮高強材料的作用 有利于增大跨徑 3 隨著橋梁施工技術(shù)水平的提高 對混凝土收縮 徐變 溫度變化 預(yù)應(yīng)力作用 墩臺不均勻沉陷等因素引起的附加內(nèi)力研究的深入和問題的不斷解決 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋已成為目前主要采用的橋梁結(jié)構(gòu)體系 35 3 連續(xù)剛構(gòu)橋跨越能力大 受力合理 結(jié)構(gòu)整體性能好 橋面連續(xù)行車舒適 造型簡單 施工又相對菏單 其投資比斜拉橋 懸索橋同等跨度條件下要低 在高墩結(jié)構(gòu)中也比一直以為最便宜的簡支粱橋同等條件下投資偏低或相同 是一種極有發(fā)展前景的新型橋梁結(jié)構(gòu)形式 36 三 已獲得發(fā)展 1 我國1900年建成第一座跨徑為180m的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋 廣東洛溪大橋 從此連續(xù)剛構(gòu)橋在我國得到了廣泛的應(yīng)用和大量的推廣 2 自1995年以來建成的主跨超過200m的連續(xù)剛構(gòu)橋有黃石長江大橋 虎門大橋副航運橋 江津長江大橋 重慶高家花園嘉陵江大橋 四川瀘州長江二橋 廣東南澳跨誨大橋 四川馬鞍石嘉陵江大橋 重慶黃花園大橋等 特別是虎門大橋副航道橋是我國連續(xù)剛構(gòu)橋中最重要的一座特大橋梁 建成時為該橋型跨徑世界之最 但這個記錄保持不到兩年 就被挪威RaftSendet橋 主跨298m 所代替 但虎門大橋無論是設(shè)計 施工 科研上均取得了重要成果 為我國修建300m跨徑以上的連續(xù)剛構(gòu)橋做好了充分的技術(shù)準備 37 四 今后發(fā)展方向 連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點時主梁連續(xù) 墩梁固結(jié) 既保持了連續(xù)梁無收縮縫 行車平順的優(yōu)點 又保持了T形剛構(gòu)不設(shè)支座 無需體系轉(zhuǎn)換的優(yōu)點 方便施工 而且很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度能很好地滿足較大跨徑橋梁的受力要求 因此它是一種極有生命力的橋梁結(jié)構(gòu)形式 不僅己成為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的首選橋型 而且連續(xù)剛構(gòu)橋還具有下列發(fā)展趨勢 1 跨徑可進一步增大我國正處于修建連續(xù)剛構(gòu)橋的熱潮之中 跨徑280m的奉節(jié)長紅大橋正在建設(shè) 珠?？缌尕暄蟮奶卮髽蛞烟岢隽丝鐝?18m跨橫門車航道的連續(xù)剛構(gòu)方案 可以預(yù)計 跨徑300m以上的連續(xù)剛構(gòu)橋在不久的將來必然會在中國出現(xiàn) 38 2 上部結(jié)構(gòu)不斷輕型化橋梁上部結(jié)構(gòu)的輕型化 可以減輕上部結(jié)構(gòu)的自重 減少材料用量 也可以降低對掛籃的要求 從而降低工程造價 由于采用大噸位錨具 高強混凝土和輕質(zhì)混凝土 上部結(jié)構(gòu)不斷輕型化 這也是連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展方向 3 簡化預(yù)應(yīng)力束類型 我國預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計中 已有相當多的橋梁取消了彎起束和連續(xù)束 用豎向預(yù)應(yīng)力和縱向預(yù)應(yīng)力承擔主拉應(yīng)力 極大地方便了施工 不僅簡化了頂應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系 而且受到施工單位的歡迎 4 取消邊跨合攏段落地支架設(shè)計采用合適的邊跨與主跨比 在導(dǎo)梁上直接合攏邊跨 或與引橋的懸臂相連接實現(xiàn)邊跨合攏段的現(xiàn)澆 在高墩的條件下取消邊跨合攏段的落地支架 除帶來一定的經(jīng)濟效益外 還可方便施工 39 5 上部結(jié)構(gòu)連續(xù)長度增長為了適應(yīng)高速行車的需要 將行車舒適性提高到重要位置 國外產(chǎn)生了 少用和不用伸縮縫是最好伸縮縫 的新觀點 于是國外橋梁設(shè)計中最大限度增加上部結(jié)構(gòu)的連續(xù)長度 我國的橋梁設(shè)計者也注意到這一發(fā)展趨勢 連續(xù)剛構(gòu)橋從洛溪大橋上部結(jié)構(gòu)連續(xù)長度480m發(fā)展到黃花園大橋1024m 使上部結(jié)構(gòu)的連續(xù)長度增加了近2 2倍 如果設(shè)計中再考慮一些技術(shù)措施 預(yù)計在條件允許時連續(xù)剛構(gòu)橋可發(fā)展到1200 150