大跨度橋梁設計之預應力混凝土連續(xù)梁橋

1、 第 2 章 預應力混凝土連續(xù)梁橋大跨度橋梁設計本章的主要內容2.1 概述2.2 梁橋體系類型與構造2.3 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計2.4 預應力鋼筋構造與設計2.5 預應力混凝土梁橋設計驗算的主要內容2.1 概述1、高性能混凝土的采用 采用高強輕質混凝土材料。規(guī)范：C40C80；已研發(fā)200MPa抗壓強度的混凝土。2、高強超高強預應力筋的采用 高強、低松弛和耐腐蝕是發(fā)展方向。鋼絞線：抗拉強度可達18602000MPa。歐洲：2063MPa鋼絞線已批量生產；日本：研制出2300MPa的級的鋼絞線。3、高效率的張拉錨固體系 夾片錨的群錨體系使得預應力施加方便。2.2 梁橋體系類型與構造按承重結構

2、的受力特點分類 梁橋是橋梁結構體系中最基本的形式，按受力特點分：簡支梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、T形剛構橋和連續(xù)剛構橋。2.2 梁橋體系類型與構造按承重結構的受力特點分類（1）簡支梁橋施工方便靜定體系對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 梁橋體系類型與構造按承重結構的受力特點分類（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地基要求不高跨中接縫，行車條件不好跨中牛腿、伸縮縫，易損壞適合于中等以上跨徑橋梁施工不方便2.2 梁橋體系類型與構造（3）連續(xù)梁橋（超靜定）：上部結構由連續(xù)跨過三個以上支座的橋梁。在較大跨徑時較簡支梁經濟，且橋墩寬度小，節(jié)省材料，接縫

3、少，行車平順。但連續(xù)梁為超靜定結構，適用于地質良好的橋位處。 按承重結構的受力特點分類2.2 梁橋體系類型與構造（3）連續(xù)梁橋（超靜定）：按承重結構的受力特點分類由于支點負彎矩的卸載作用，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構，對基礎變形及溫差荷載較敏感行車條件好2.2 梁橋體系類型與構造按承重結構的受力特點分類（4）T形剛構橋卸載彎矩類似于懸臂梁適合于懸臂施工、節(jié)省支座靜定體系對地基要求不高跨中的牛腿、伸縮縫，易損壞行車條件不好適合于中等以上跨徑橋梁2.2 梁橋體系類型與構造按承重結構的受力特點分類（5）連續(xù)剛構橋綜合連續(xù)梁與T構的優(yōu)點超靜定體

4、系對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，在結構自重荷載作用下，跨中截面產生正彎矩，支點截面產生負彎矩，且支點截面負彎矩大于跨中截面正彎矩。2.2 梁橋體系類型與構造與同等跨徑的簡支梁相比，連續(xù)梁的最大正彎矩及負彎矩均小于簡支梁的跨中彎矩。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造連續(xù)梁的內力分布比簡支梁要均勻，有利于充分發(fā)揮材料的作用。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造連續(xù)梁為超靜定結構，在汽車荷載作用下跨中產生的撓度比簡支梁小，行車平順舒適。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造連續(xù)梁因結構整體發(fā)生均勻溫度變化引起縱向水

5、平位移，在結構中不產生附加內力及支承反力。連續(xù)梁屬超靜定結構，非線性溫度變化、預應力作用、混凝土收縮徐變及基礎沉降等將引起結構附加內力。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造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，支點截面負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，簡化施工。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造1、等截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造等截面連續(xù)梁橋優(yōu)點（1）構造簡單、施工方便、實用性強；（2）對有支架施工和預制拼裝，可便于預制安裝和模板周轉使用；（3）對頂推施工，便于布置頂推和滑移設備；（4）對逐

6、跨架設法和移動模架法施工，可使用少量施工設備完成施工，經濟性好。2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構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 梁橋體系類型與構造 隨著跨徑的增大，l70m時，采用變截面設計顯得經濟合理，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 梁橋體系類型與構造連續(xù)梁截面變化的原因 （1）采用支點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，有利于減小結構自重產生的彎矩、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 梁橋體系類型與構造2、變截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構造變截面連續(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行壓重，抵消支座負反力2、變截面連續(xù)梁橋2.2.1 連續(xù)梁橋2.2 梁橋體系類型與構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； （2）圓弧線； （3）二次拋物線。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、構造簡單，施工方便，建筑高度小。 截面不經濟，相對自重較大，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 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造板式截面1、橫截面形式2.2.3 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造 肋梁式截面1、橫截面形式2.2.3 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造 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。通常由梁肋（腹板）、翼緣板組成。常用的截面形式：形、I形、T形。中等跨徑簡支橋梁應用較多。 適用跨徑：3050m，梁高1.62.5m。1、橫截面形式2.2.3 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造 箱形截

9、面 預應力混凝土連續(xù)梁橋的主要截面形式。 橫截面為一個或幾個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，適應正負彎矩適合中等以上跨徑橋梁1、橫截面形式2.2.3 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造截面形式：單箱單室、單箱多室、雙箱單室、多箱多室箱形截面2.2.3 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造2、橫隔梁設置2.2.3 梁部構造2.2 梁橋體系類型與構造（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，需設置中橫隔梁和端橫隔梁。一般45m設置一道，厚度為1220cm。（2）箱形截面：支點部位設置橫隔梁外，

10、中間橫梁較少。多箱截面多設置。（3）箱梁橫隔板一般要預留過人洞，方便施工和后期檢修。1、橋墩截面形式2.2.4 橋墩類型與構造2.2 梁橋體系類型與構造 橋墩由墩身和蓋梁組成，用于支承上部結構和傳遞荷載。在混凝土連續(xù)梁中，有的橋墩不設蓋梁，由墩身直接支承上部結構，減少截面層次，傳力明確。 橋墩分類：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 橋墩類型與構造2.2 梁橋體系類型與構造 橋墩的橫向布置要根據(jù)荷載的大小、上部結構的形式、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 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 橋梁設計中，橋型方案設計最為關鍵，直接決定橋梁工程是

11、否合理、經濟、適用和美觀。 橋梁設計的主要內容：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。邊中跨比對橋梁的內力影響較大。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 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計適用范圍:中等跨徑，4060m范圍，國外最大達80m。施工方法：整體施工、逐跨施工、先簡支后連續(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 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計適用范圍: 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 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計主梁高跨比是橋梁設計中最重要的設計參數(shù)之一，其取值直接影響結構的抗彎、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（1/151/30）l箱形截面設計 橫向尺寸布置箱梁頂板寬度一般取接近橋面總寬；懸臂長度b，兩腹板之間距離a，b/a=1/2.51/32.3.3 箱梁構造細部尺寸2.3 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 底板厚度一般采用變厚度設計，箱梁底板厚度從跨中向支點逐漸變厚，以適應中支點附近截面下緣的受壓要求；跨中區(qū)域底板厚度可按構造要求設計，一般取為2030cm。

13、若梁高和底板均為二次拋物線變化，則底板高度為：2.3.3 箱梁構造細部尺寸2.3 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 頂板厚度確定箱梁截面頂板厚度一般需考慮兩個因素：滿足橋面板橫向受力，主要是受彎的要求；布置箱梁縱橫向預應力筋的要求。懸臂端厚度10cm，設置防撞墻或需錨固橫向預應力筋，則 20cm。2.3.3 箱梁構造細部尺寸2.3 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 箱梁懸臂板懸臂長度一般為2.53m。考慮懸臂板橫向受力，一般b5m；b3m，布橫向預應力筋。2.3.3 箱梁構造細部尺寸2.3 預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 腹板滿足抗剪要求。對連續(xù)梁橋，l/4跨徑左右剪力較大。彎矩、扭矩、剪力共同作用，導致腹板承受較

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

15、向預應力縱向受彎和部分受剪橫向受彎受 剪預應力數(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，預應力配筋必須結合施工方法。箱形截面抵抗方式：三向預應力筋2.4 預應力鋼筋構造與設計2.4.1 預應力筋布置的一般問題混凝土箱梁三向預應力筋布置縱向預應力筋布置橫向預應力筋布置豎向精軋螺紋鋼筋布置2.4 預應力鋼筋構造與設計頂板、腹板、底板預應力筋布置底板預應力鋼筋布置頂板預應力鋼筋布置腹板預應力鋼筋布置齒板常采用鋼絞線或鋼絲束2.4 預應力鋼筋構造與設計連續(xù)曲線配筋方式（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彎矩的頂板索，在全橋范圍連續(xù)化。2.4 預應力鋼筋

16、構造與設計2.4.2 縱向預應力筋布置根據(jù)施工方法的不同，布置方式也不同。簡支-連續(xù)法先按簡支梁橋布置預應力束，然后在支座頂部布置直線筋，以承擔活載產生的負彎矩2.4 預應力鋼筋構造與設計2.4.2 縱向預應力筋布置根據(jù)施工方法的不同，布置方式也不同。頂推法 直線配筋方式上下預應力筋通束使截面接近軸心受壓，以抵抗頂推過程各截面的正負彎矩變化；頂推完成后，在跨中底板和支座頂部增加局部預應力筋，滿足使用階段內力要求。2.4 預應力鋼筋構造與設計2.4.2 縱向預應力筋布置根據(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彎矩；合龍后在跨中區(qū)域截面下緣布置預應力束，抵抗使用階段活載產生的正彎矩。2.4 預應力鋼筋構造與設計2.4.2 縱向預應力筋布置懸臂施工連續(xù)梁橋頂板束底板束2.4 預應力鋼筋構造與設計2.4.2 縱向預應力筋布置體外預應力筋布置2.4 預應力鋼筋構造與設計2.4.2 縱向預應力筋布置體外配筋是將預應力鋼筋設置在主梁截面以外的箱內，利用橫隔梁、轉向塊等結構物對梁施加預應力。橫向預應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