钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥1.pptx

2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系1上一页 下一页3.1.1 3.1.1 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点v梁式桥是指其结构在垂直荷载作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。这一类桥梁的特点是受力明确，理论计算和设计简单，施工方法成熟。v梁式桥主要采用钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构。钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁具有成本低、耐久性好、刚度大、变形小、可塑性强等优点。v钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥除斜桥和弯桥尚采用现场整体浇筑外，普遍采用预制装配式施工，桥梁构件趋于标准化，构件的预制生产趋于场地化集中管理。v中小跨径的桥梁广泛采用梁式桥。其中钢筋混凝土简支梁桥和预应力混凝土简支梁桥最为常用。更大跨径的桥梁可采用预应力混凝土悬臂梁、预应力混凝土连续梁或其它类型大跨度桥梁结构。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系2上一页 下一页3.1.23.1.2梁式桥承载结构体系的类型及应用范围梁式桥承载结构体系的类型及应用范围 v梁式桥是目前设计理论和施工工艺相对成熟和完善的桥梁结构体系。不同类型的梁式桥(图31),其受力特点各有差异,对承载结构的截面形式要求也不一样,因而其应用的范围也不尽相同。v按照梁式桥承载结构体系可划分为：简支梁式桥；连续梁桥；悬臂梁桥；T形刚架桥。v按其承载结构的截面形式可划分为：板式梁桥；肋梁式梁桥；箱形梁桥。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系3上一页 下一页1.1.简支梁式桥简支梁式桥v简支梁式桥是静定结构，其结构的内力不受地基变形的影响。由于其各跨独立受力，最易设计成各种标准跨径的装配式结构。v其桥跨结构主要承受由荷载引起的弯矩和剪力，随着跨度的增大，荷载在主梁(板)跨中引起的弯矩将急剧增加，同时在主梁(板)内力中，恒载引起的内力所占比例也将明显增大。减小结构恒载是提高简支梁式桥跨越能力的最有效途径。v桥梁工程中广泛采用的简支梁式桥有三种类型：简支板桥 主要用于小跨度桥梁；分为实心板和空心板。肋梁式简支梁桥 主要用于中等跨度桥梁；由于简支梁桥主要承受单向弯矩,采用T T、I I形截面是最合理的。箱形简支梁桥 主要用于预应力混凝土梁桥。特点是截面材料分布较为合理,且便于布置预应力筋，截面具有良好的抗弯、抗扭性能，尤其适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁和跨度较大的斜交桥和弯桥。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系4上一页 下一页2.2.连续梁桥连续梁桥 v连续梁桥是多跨简支梁桥在中间支座处连接贯通，形成整体的、连续的、多跨的梁结构。在荷载作用下中间支座处产生较大的负弯矩，使梁跨中的弯矩明显减小，整个梁中的弯矩沿梁跨方向分布更加合理。同样的截面高度连续梁桥有更大的跨越能力。v钢筋混凝土连续梁桥仅用于中小跨径的桥梁。v大跨度连续梁桥宜采用预应力混凝土结构。其特点是：有效避免混凝土开裂；能够采用现代桥梁施工技术；可充分利用高强度材料；车辆荷载作用下变形和缓，行车平稳，伸缩缝较少；结构全截面受力；连续梁桥的中间桥墩只布置单排支座；连续梁是超静定结构。v连续梁按其截面变化可分为等截面连续梁和变截面连续梁；按其各跨的跨长可分为等跨连续梁和不等跨连续梁。v预应力混凝土连续梁桥一般跨径范围为40160m，最大跨径已达240m。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系5上一页 下一页3.悬臂梁桥和T T形刚架桥v悬臂梁桥是简支梁桥的梁体向一端或两端伸过其支点所形成的梁式桥结构。可分为单悬臂梁和双悬臂梁。vT T形刚架桥是由桥跨梁体与桥墩(台)刚接形成的具有悬臂受力特点的无支座T形梁式桥结构。v在荷载作用下悬臂梁桥和T形刚架桥有与连续梁桥类似的内力分布，一般为静定结构。v悬臂梁桥受力特点和施工方法与连续梁桥相近，而在结构上却增加了悬臂与挂梁间的牛腿和剪力铰构造，使用上其行车舒适性也不如连续梁桥。因此在实际桥梁工程中的应用受到很大限制。vT T形刚架桥宜采用预应力混凝土结构。预应力混凝土T T形刚架桥，的结构性能与悬臂施工法达到了高度协调统一，其梁跨在施工中的受力状态与运营荷载作用下的受力状态基本一致，且省去了桥梁支座，在施工中不必设置墩上临时固定装置，避免了施工过程中的结构体系转换问题。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系6上一页 下一页3.1.3 3.1.3 梁式桥承载结构体系的截面类型梁式桥承载结构体系的截面类型v梁式桥承载结构体系的截面类型与梁式桥的跨度、立面布置、建筑高度、施工方法以及所使用材料的性质等有关。其关键在于充分合理地利用材料，满足结构的承载要求，并在施工中容易实施。目前经常采用的截面形式为v板式截面v肋梁式截面v箱形截面 返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系7上一页 下一页1.1.板式截面板式截面v板式截面特点是建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装配施工时，预制构件重量小、架设方便。v板式截面根据其截面形式和施工方式可划分为：v整体式矩形实心板v装配式板v装配整体组合式板v异形板 v前三种板主要用于小跨度板式梁桥，包括简支板桥、连续板桥和斜板桥。异形板截面形式主要用于城市高架桥及跨度在2030m，桥面较宽的预应力混凝土连续板桥。图32板桥横截面 返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系8上一页 下一页整体式矩形实心板整体式矩形实心板v整体式矩形实心板截面形状简单，结构刚度大，整体性好，可适用于各种道路线型复杂的桥梁。v通常采用现浇混凝土施工。v在车辆荷载作用下，整体式矩形实心板实际上属于双向受力板(图33)。只有在某些条件下，它才可简化为单向受力的板。v有时为了减轻自重，挖去部分受拉区的混凝土，做成矮肋式截面。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系9上一页 下一页装配式板装配式板桥桥v装配式板截面避免了现场浇筑混凝土引起的弊端，一般由数块一定宽度的实心或空心预制板组成，各板利用板间企口缝填充混凝土相连接。v在荷载作用下，每块板相当于单向受力的梁式窄板，除主跨径方向承受弯曲外，还承受由板间接缝(铰缝)传递的剪力而引起的扭转(图34)。v这种板式截面其结构整体性较差。但其施工方便，工期较短。v这种板式截面分为三种类型：钢筋混凝土实心预制板；钢筋混凝土空心预制板；预应力混凝土空心预制板。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系10上一页 下一页2.2.肋梁式截面肋梁式截面 v肋梁式截面的基本形式由多片T T形截面主梁组成。根据其施工方式可划分为整体肋梁式截面和装配肋梁式截面。v其主梁除采用T形截面外，也可采用II形或I形截面，但将其组合成桥梁横截面时，仍类似于T形截面主梁组合的桥梁横截面。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系11上一页 下一页T T形截面形截面 vT形截面特点是外形简单，制造方便，主梁之间通过横隔梁联结，结构整体性较好。v从结构主梁受力角度分析，由于T形横截面上翼缘面积较大，其截面重心位置偏上。vT形横截面上翼缘恰好提供了更大的混凝土受压区，而下翼缘只要能满足受拉钢筋或预应力钢筋的布置，就足够了。vT形横截面的重心至下翼缘的距离较大，对于有效地利用受拉钢筋和预应力钢筋非常有利。v由于T形横截面最适合于承受单向弯矩，因而肋梁式截面大多用于跨径为1320m的钢筋混凝土或2060m预应力混凝土简支梁桥以及少数跨度不大，正负弯矩绝对值相差不大的悬臂梁桥或连续梁桥。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系12上一页 下一页3.3.箱形截面箱形截面 v箱形截面特点是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度较大；材料在截面上分布相当合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大扭矩，能够满足普通钢筋和预应力钢筋的配筋要求，同时有良好的横向抗弯能力。v箱形截面抗扭刚度较大，在车辆荷载作用下各主梁受力较均匀，其荷载横向分布系数较小。v箱形截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别适用于较大跨径的连续梁、悬臂梁和T形刚架。v箱形截面的类型一般分为单箱单室、单箱双室、单箱多室、双箱单室、双箱双室和多箱单室以及长悬臂斜腹箱形截面等。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系13上一页 下一页箱形截面的类型箱形截面的类型v单箱单室截面受力明确，计算较简单，施工方便，材料用量较节省。v单箱多室和双箱双室等截面内力分布较均匀，但计算较复杂，施工较困难。v实际工程中较多地选用单箱单室和双箱单室等截面。中等宽度的桥梁一般选用单箱单室或单箱双室，而一般宽桥选用单箱多室、双箱单室或直接采用两个分离的单箱单室或单箱双室截面。v长悬臂斜腹箱形截面是现代城市高架桥经常采用的截面形式之一。v箱形截面是绝大多数大跨度桥梁优先选用的截面形式之一。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系14上一页 下一页3.2.13.2.1简支板桥的设计与构造简支板桥的设计与构造 v简支板桥是小跨度桥梁广泛采用的桥型之一。v根据施工方式分为整体式板桥、装配式板和装配整体式板桥。v根据跨越方式可分为正交板桥和斜交板桥。1.整体式板桥的设计与构造 v整体式板桥通常采用等厚矩形截面。v在荷载作用下，整体式板桥实际处于双向受力状态,理论上可采用弹性薄板小挠度弯曲理论建立其基本微分方程，进而根据板的边界条件和所承受的荷载求解板中内力。v整体式正交板桥的受力特点v整体式正交简支板桥的构造与配筋v整体式斜交板桥2.装配式板桥的设计与构造 3.装配整体式板桥的设计与构造 返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系15上一页 下一页整体式正交板桥的受力特点整体式正交板桥的受力特点(1)(1)v在均布恒载作用下，桥跨板基本处于单向受力状态(图37)。其跨中截面单位宽度上的弯矩可象简支梁跨中弯矩那样确定，与之正交截面单位宽度上的弯矩(为Poisson比)比弯矩小得多。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系16上一页 下一页整体式正交板桥的受力特点整体式正交板桥的受力特点(2)(2)v当车轮荷载作用在板中时，桥跨板处于双向受力状态。其跨中截面弯矩沿板横向(y轴方向)是非均布的(图38)，的值随着距作用点的距离增加而减小，最大值与板宽和荷载作用位置有关。由于此时板的挠度沿y轴方向有变化，根据挠度及曲率与横向弯矩的关系，的值沿y轴方向也有变化，并将大于均布恒载作用下的该值，但与相比仍然较小。可考虑作为单向板计算。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系17上一页 下一页整体式正交板桥的受力特点整体式正交板桥的受力特点(3)(3)v当车轮荷载作用在板的自由边附近时，和的分布规律与荷载作用在板中类似，但数值较大，而数值较小。v根据上述受力特点，实际工程中的整体式正交板桥通常作为单向板考虑，采用更为实用的简化设计计算方法确定其内力，如“折算宽度法”。该法假定车轮荷载引起的跨中弯矩Mc由板的折算宽度b来承担，折算宽度b取桥规中车轮荷载的有效分布宽度。在折算宽度内车轮荷载引起的单位板宽上的弯矩cMc/b为均布。由此所确定的板中弯矩c(均布恒载引起的单位板宽上的弯矩)可根据钢筋混凝土结构设计原理用于确定板受力钢筋的数量。此外整体式正交简支板桥也可采用简化刚接板(梁)法确定其内力。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系18上一页 下一页整体式正交简支板桥的构造与配筋整体式正交简支板桥的构造与配筋v 整体式正交简支板桥的板厚通常取跨径的1/151/20，但不宜小于100mm。其配筋应与其受力特点相吻合。v当车轮荷载作用在板桥两侧边缘的某一侧时，板边缘截面上的值较大(车轮荷载有效分布宽度小于板中)，因而在板边缘的16板宽内主筋配筋量通常增加15，同时应考虑布置适量边缘构造钢筋。v图39所示为标准跨径6m，桥面净宽8.5m，两侧各有0.25m的安全带,并按汽车-15级,挂车-80的荷载标准设计的整体式简支板桥的构造与配筋。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系19上一页 下一页整体式简支板桥的构造与配筋实例整体式简支板桥的构造与配筋实例v该桥计算跨径为5.69m，板厚0.32m,约为跨径的118。纵向主筋为直径20mm的II级钢,在中间2/3板宽内按间距125mm布置,两侧各16板宽内按间距110mm布置，并在跨径两端1416的范围内按30弯起。返回v横向分布钢筋为直径10mm的I级钢，按单位宽度截面上所配主筋面积的 15配制，并沿纵向按间距200mm布置。2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系20上一页 下一页整体式整体式斜交板桥斜交板桥 v在桥梁工程中,由于桥位处的地形条件限制或道路线型的要求,许多桥梁采用斜交方式跨越河流或障碍物。v斜交板桥的受力分析比较复杂,工程设计中通常采用近似数值法确定其内力或将其结果制成表格供设计者直接查用。理论计算和实验分析表明斜交板的内力分布受斜交角的大小影响,受垂直于板桥轴线的板宽b与垂直于简支边的跨径l比的影响及受支座类型的影响。v斜交板的受力特点v(1)当斜交角15时，斜交角的影响可忽略不计，并可按正交板考虑。v(2)斜板中主弯矩的方向在宽板的中部近似垂直于支承边，在两侧近似平行于自由边；窄板的两侧与宽板两侧类似，但窄板中部处于平行于自由边与垂直于支承边的中间方向；斜板中扭矩分布相当复杂。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系21上一页 下一页斜交板的受力特点斜交板的受力特点v(3)纵向最大弯矩的位置随着斜交角的增大从跨中向钝角方向移动(图3-10)。v(4)斜交板的最大纵向弯矩比相同斜跨径的正交板要小，而横向弯矩要大得多。v(5)钝角处有相当大的垂直于钝角平分线的负弯矩和平行于钝角平分线的正弯矩。v(6)在支承边上的反力从钝角处向锐角处逐渐减小,钝角处最大,而锐角处最小。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系22上一页 下一页斜交板桥斜交板桥的构造与配筋的构造与配筋v斜板桥的配筋原则上要与其受力特点相一致。v对于斜板窄桥(l/b1.3)板底层纵向主筋一般沿斜跨方向布置，而横向钢筋在板中部钝角范围内垂直于纵向主筋,在支承边附近范围内平行于支承边布置。v对于斜板宽桥板(l/b1.3底层纵向主筋在板中部钝角范围内垂直于支承边布置，在锐角至对面钝角间的板边部分平行于自由边布置，横向钢筋平行于支承边布置。v此外在斜板桥板顶层沿自由边宽度br=h范围内布置一些附加钢筋网，纵向筋平行于自由边，横向筋平行于支承边；并在钝角的l/5范围内布置相当于跨中主钢筋0.81.0倍的附加钢筋，在板顶层钢筋垂直于钝角平分线，在板底层钢筋平行于钝角平分线(图311)。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系23上一页 下一页图(311)返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系24上一页 下一页2.2.装配式板桥的设计与构造装配式板桥的设计与构造 v装配式板桥是目前采用最广泛的板桥形式之一。v按其横截面形式主要分为实心板和空心板。v钢筋混凝土空心板的跨径范围为613m，板厚0.40.8m，而预应力混凝土空心板的跨径范围为816 m，板厚0.40.7m。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系25上一页 下一页装配式板桥的横向联结方式装配式板桥的横向联结方式v装配式板桥通过各种横向联结方式将预制板块连接成整体，以便共同承受各种荷载的作用。v常用的联结形式有两种企口混凝土铰联结和钢板联结。v企口混凝土铰联结有圆形、菱形和漏斗形三种(图3-13a)。v钢板联结一般采用在预制板顶面沿纵向两侧边缘每隔0.81.5m预埋一块钢板(图3-13b)，连接时将钢盖板与相邻预制板顶面对应的预埋钢板焊接在一起。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系26上一页 下一页装配式板桥的受力分析装配式板桥的受力分析v装配式板桥在荷载作用下亦属双向受力板，但由于其结构受力特点可简化为单向受力窄板来确定其板中内力，每块预制板除承受本板内的荷载外，还通过预制板间的联结承受相邻板上荷载、变形或两者同时所引起的竖向剪力和其它内力的作用(图3-4、14)。v设计中多采用铰接板(梁)法确定其板中内力。其它内力与竖向剪力相比对确定板的内力影响极小。v板中主要受力钢筋的数量由计算得到的内力确定。此外在板中布置适量的构造钢筋以承受计算时忽略的某些内力。工程中装配式板桥基本上采用标准设计。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系27上一页 下一页图图3-43-4、1414继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系28上一页 下一页标准设计实例标准设计实例(1)(1)v图315为装配式钢筋混凝土简支实心预制板桥的一个标准设计实例。其标准跨径为6 m，桥面净空为净7(无人行道),荷载等级为汽车15级,挂车80。桥跨结构中部采用6块宽度为990mm的预制板，两侧边缘采用宽度为740mm的预制板。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系29上一页 下一页标准设计实例标准设计实例(2)(2)v图316为装配式预应力混凝土简支空心预制板桥。其标准跨径为13m，桥面净空为净720.5m，荷载等级为汽车20级，挂车100。桥跨结构采用8块宽为990mm、混凝土为C40号的预制板。每块板底层配置7根直径为20mm的级冷拉钢筋作为预应力筋，板顶层配置3根直径为12mm的架力钢筋，在支点附加还配置6根直径为8mm的构造筋。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系30上一页 下一页装配式斜交简支板桥装配式斜交简支板桥v装配式斜交简支板桥的受力与整体式斜交板桥基本相同，其板中内力同样采用近似数值法确定。v预制斜交板的钢筋布置有两种方式:当斜交角=2530时,主钢筋按平行于自由边布置,而分布钢筋按平行于支承边布置；当斜交角=4060时,主钢筋仍按平行于自由边布置,而分布钢筋在钝角范围内垂直于主钢筋布置，支承边附加平行于支承边布置。v此外在支承边板底层布置垂直于支承边的加强钢筋，在钝角处板顶层布置垂直于钝角平分线的加强钢筋，板顶层沿自由边布置适量附加纵向筋(图317)。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系31上一页 下一页图317返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系32上一页 下一页3.3.装配整体式板桥的设计与构造装配整体式板桥的设计与构造 v装配整体式板桥具有安装重量轻，结构整体性好，施工简单和模板用量省等特点。适用于小跨度板桥。v为了保证板结构的整体作用,预制构件中的横向钢筋要伸出构件,现浇混凝土中还要布置适量的纵向钢筋和横向分布筋，并与预制构件中伸出的钢筋相结合构成整体钢筋骨架，使现浇混凝土和预制构件能很好地结合形成整体，共同承受荷载的作用(图318)。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系33上一页 下一页3.2.23.2.2装配式简支梁桥的设计与构造装配式简支梁桥的设计与构造 v简支梁桥按施工方法可分为整体式和装配式简支梁桥。v横截面形式为T形、I形和II形等肋梁式截面。v装配式简支梁桥在设计和施工中首先要解决的问题是如何将整个桥跨结构合理地划分成各种预制装配单元。v装配式简支梁桥的设计还需考虑预制装配单元的构造布置、构造尺寸和构造联接等问题。v1.预制装配单元的划分v2.装配式简支梁桥的构造布置v3.主梁的设计与构造v4.横隔梁的设计与构造 返回预制装配单元2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系34上一页 下一页1.1.预制装配单元的划分预制装配单元的划分v预制装配单元的合理划分应符合如下原则：v预制装配单元的划分应有利于简化结构的计算；v预制装配单元的划分不能影响结构作为整体的承载能力，拼装部位应位于内力较小处；v拼装接缝的数量尽可能地要少，接头的形式要合理、牢固可靠，且要施工方便；v预制装配单元的形状和尺寸力求标准化，可互换性强，尽可能减少种类；v预制装配单元的大小和重量应便于预制、运输和安装。继续预制装配单元2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系35上一页 下一页预制装配单元划分方式预制装配单元划分方式 (1)(1)(1)纵向竖缝划分v此划分方式是用纵向竖缝沿横向将桥跨的多主梁结构划分为多个单主梁预制装配单元，每个预制装配单元为一个整跨T形或II形梁，拼装接缝位于行车道板和横隔梁内(T形梁)或位于梁肋上(II形梁)。v此划分方式对结构主梁的受力和承载能力影响较小，因接缝处内力较小，可保证联接牢固可靠，使桥跨结构有较好的整体性。v此划分方式有利于结构简化计算，与结构设计采用的简化计算模式比较吻合。v划分后的预制装配单元可实现预制构件的形状尺寸、结构配筋和拼接方式的标准化，以方便施工，降低施工成本。v缺点是预制装配单元的构件尺寸和重量比较大，并随跨径的增加急剧上升。继续预制装配单元2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系36上一页 下一页预制装配单元划分方式预制装配单元划分方式 (2)(3)(2)(3)(2)纵向水平缝划分v此划分方式是用纵向水平缝将桥跨的肋梁结构划分成梁肋和翼缘板，翼缘板再划分为一定宽度的矩形板。划分后预制构件为整跨I形梁和与主梁间距同宽的矩形预制板。此划分的装配式梁桥也称组合式梁桥。其预制构件的尺寸和重量比前一种划分方式小得多，更有利于拼装施工。这种组合式的主梁为分阶段受力。(3)纵、横向竖缝划分v此划分方式是在第一种划分方式的基础上将整跨的T形梁或其它截面形状的整跨梁用横向竖缝沿纵向再次分割，形成较小的预制梁段。v此划分方式的预制梁段在串接成整跨梁时只能采用施加预应力的方法。v此划分方式使预制构件的尺寸更小，重量更轻。返回预制装配单元(1)2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系37上一页 下一页2.2.装配式简支梁桥的构造布置装配式简支梁桥的构造布置(图图3-203-20)v 装配式简支梁桥的构造布置是在给定桥面设计宽度的条件下选择出主梁的截面形式、确定主梁的间距(或片数)和确定桥跨结构所需横隔梁的数量。v主梁截面大多采用T形截面，也常采用I形截面。v主梁间距(或片数)的确定，需综合考虑许多因素。v横隔梁的作用是将各主梁连结成一个整体，并保证在荷载作用下能共同工作。它的刚度越大，连结越可靠，桥梁结构的整体性就越好。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系38上一页 下一页(图图3-20)3-20)返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系39上一页 下一页3.3.主梁的设计与构造主梁的设计与构造v桥跨结构中的主梁是最重要的承载预制构件。主要介绍T形截面主梁的设计与构造。v(1)主梁的构造尺寸 v(2)主梁的配筋构造 返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系40上一页 下一页(1)(1)主梁的构造尺寸主梁的构造尺寸v主梁的高度与主梁的截面类型和间距以及设计荷载的等级有直接关系。v主梁翼板除承受自重和桥面恒载外,主要承受由车轮引起的局部荷载。根据其受力特点,一般做成变厚度板。通常翼板根部的厚度不小于梁高的1/12。翼板边缘厚度与相邻主梁翼板间的连结方式有关。此外为了减小翼板和梁肋连结处的局部应力集中和易于脱模,常在此部位设置折线形承托或圆角。v主梁的肋宽必须满足截面抗剪和抗主拉应力的强度要求，同时应考虑梁肋的屈曲稳定性、梁肋内主筋或预应力筋的布置和浇筑混凝土施工所需的最小肋宽。v钢筋混凝土T形截面梁的下翼缘通常与梁肋同宽。预应力混凝土T形截面梁的下翼缘通常做成马蹄形，以便满足预应力筋布置的要求和施加预应力时该部位的强度要求。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系41上一页 下一页预应力混凝土预应力混凝土T T形截面梁的马蹄形下翼缘形截面梁的马蹄形下翼缘v马蹄尺寸过小，在施工和使用中会出现纵向水平裂缝；v马蹄尺寸过大，会降低截面形心，减小预应力筋的偏心距，增加预应力筋的用量。v根据统计马蹄形的宽度为梁肋宽度的24倍，具体由马蹄形中沿横向布置几排预应力筋的构造要求所需宽度来确定。v马蹄形的高度(下翼缘高度加斜坡高度)与沿高度布置几排预应力筋有关，通常约为梁高的0.150.2倍。v马蹄形的斜坡坡度陡于45为宜。v图3-21和图3-22所示为跨径20m的装配式钢筋混凝土T形梁和跨径为30m的装配式预应力混凝土T形梁的构造尺寸实例。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系42上一页 下一页构造尺寸实例构造尺寸实例钢筋混凝土钢筋混凝土T T形梁形梁图3-21为跨径20m的装配式钢筋混凝土T形梁的构造尺寸实例。其设计荷载分别为汽车15级，验算荷载为挂车80和汽车20级，验算荷载为挂车100。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系43上一页 下一页构造尺寸实例构造尺寸实例预应力混凝土预应力混凝土T T形梁形梁图3-22所示为跨径为30m的装配式预应力混凝土T形梁的构造尺寸实例。其设计荷载分别为汽车15级，验算荷载为挂车80和汽车20级，验算荷载为挂车100。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系44上一页 下一页(2)(2)主梁的配筋构造主梁的配筋构造 v主梁的配筋包括纵向受力主筋或预应力筋和各种构造钢筋。v受力主筋和预应力筋的数量通过计算确定，并按主梁受力特点布置。v主筋、预应力筋和各种构造钢筋通常按桥规的构造要求布置，部分构造钢筋需要通过计算确定其配筋量。但必须满足构造所要求的最小配筋量。v钢筋混凝土T形主梁的配筋构造示例。v预应力混凝土T形主梁的配筋构造示例。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系45上一页 下一页钢筋混凝土钢筋混凝土T T形主梁的配筋构造示例形主梁的配筋构造示例(图图3-23)3-23)v主梁内共配置纵向受力钢筋10根，分五层叠置，8根直径为32mm，编号为N1、N2、N3、N4，2根直径为16mm，编号为N6。v为满足梁内抗剪要求，补充设置直径为16mm的附加斜筋N7、N8、N9、N10和N11。v为防止梁肋两侧产生裂缝，沿梁高布置直径为8mm的水平纵向分布钢筋N12。由于梁肋下缘拉力较大，该分布筋布置较密，向上则逐渐布置得较稀。v箍筋N14和N15采用直径为8mm的普通光圆钢筋，间距为240mm；支座附近采用下缺口的四肢式箍筋(N15)以便满足抗剪要求和适应支座钢板锚筋的布置；跨中部分采用双肢箍筋(N14)。v全梁布置两片平面焊接钢筋骨架，每片重5.86kN,用C25号混凝土浇筑，每根中间主梁的安装重量为211.7kN。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系46上一页 下一页图3-23返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系47上一页 下一页预应力混凝土预应力混凝土T T形主梁配筋构造示例形主梁配筋构造示例(图图3-24)3-24)v梁内预应力筋采用7束24根5高强钢丝束，均以圆弧起弯并锚固在梁端20mm厚的钢垫板上。全部钢丝束的重心线不超过束界范围。在锚固区域锚具的布置应分散均匀，最好对称于竖轴，并留有足够的净距以便张拉操作。v除预应力钢筋之外，为了梁的抗剪和抗裂需要，梁肋两侧布置用8钢筋构成钢筋网。v故在钢垫板下预应力筋周围设置8的螺旋筋，并在梁端加宽范围内的各排钢丝束之间设置加密钢筋网或加密的纵向水平分布筋和箍筋。v在梁的拉应力或拉应变区适当布置一些普通钢筋以便协调预应力筋和普通钢筋的配置、改善梁的结构性能。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系48上一页 下一页图图3-243-24返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系49上一页 下一页4.4.横隔梁的设计与构造横隔梁的设计与构造 v横隔梁的设计要考虑横隔梁的尺寸和其受力钢筋、构造钢筋的布置。v在装配式T形梁中，横隔梁与主梁是同时布筋，同时预制完成。主梁安装就位后，在横隔梁的预埋连接钢板上加焊钢盖板使横隔梁连成整体(图3-26)。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系50上一页 下一页3.3.13.3.1简支梁式桥的计算内容简支梁式桥的计算内容 v 简支梁桥设计与计算项目一般有主梁、横隔梁、桥面板(行车道板)和支座等。v在结构设计中，通常根据桥梁使用要求、跨径大小、桥面净宽、荷载等级和施工等基本条件，参考已经设计建造的桥梁拟定截面型式和尺寸，根据作用在结构上的荷载，用数学和力学方法计算出结构各部份可能产生的最不利内力，进行强度、刚度和稳定性验算。v本节将着重介绍行车道板、主梁和横隔梁的承载特点和计算方法。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系51上一页 下一页3 3.3 3.5 5 横隔梁内力计算横隔梁内力计算v横隔梁的计算方法与主梁的计算方法一致。v1.偏压法计算横隔梁内力v2比拟板法计算横隔梁内力 v对于有多根横隔梁的情况，由于位于跨中横隔梁的受力最大，通常只需计算跨中附近的中横隔梁，其它横隔梁可仿此设计。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系52上一页 下一页1.1.偏压法计算横隔梁内力偏压法计算横隔梁内力(1)(1)v这种方法的力学模型是将桥梁的中横隔梁近似地视作竖向支承在多根弹性主梁上的多跨弹性支承连续梁，如图3-63b所示。(1)横隔梁的内力影响线 如图3-63b所示，当桥梁在跨中有单位荷载1作用时，各主梁所受的荷载将为R1，R2，R3，Rn，这也就是横隔梁的弹性支承反力。因此，由力的平衡条件就可写出横隔梁任意截面r的内力计算公式。图3-63 横隔板计算图式 继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系53上一页 下一页1.1.偏压法计算横隔梁内力偏压法计算横隔梁内力(2)(2)1)荷载1位于截面r的左侧时：MrR1b1R2b21e左Ribie QrR1R2-1左Ri-1 (3-36)2)荷载1位于截面r的右侧时：MrR1b1R2b2左RibI QrR1R2左Ri (3-37)式中：Mr、Qr横隔梁任意截面r的弯矩和剪力；e荷载1至所求截面的距离；bi支承反力Ri至所求截面的距离；左表示涉及所求截面以左的全部支承反力的作用。以上公式中对于确定的计算截面r来说，所有的bi是已知的，而Ri则随荷载1位置e而变化。故公式为横隔梁的内力影响线。继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系54上一页 下一页横隔梁的横隔梁的R R、M M、Q Q影响线影响线继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系55上一页 下一页(2)作用在横隔梁上的计算荷载：v汽车荷载为：继续v平板挂车荷载为：PogPiyi/4v均布的履带荷载或人群荷载为：履带车：Polpll/2 人 群：Porporr=porla(影响线上布满荷载)式中：pl和p0r为一辆履带车每延米的荷载和一侧人行道每延米的人群荷载；l和r相应为对应于履带车和人群荷载范围的影响线面积；la横隔梁的间距。横隔梁上计算荷载的计算图式2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系56上一页 下一页(3)横隔梁内力计算v用上述计算荷载在横隔梁内力影响线上按最不利位置横向加载，就可求得作用在一根横隔梁上的最大(或最小)内力值。v求得横隔梁内力后，可按RCRC或PCPC结构设计原理计算配筋和进行 返回强度验算或应力演算。v横隔梁用焊接钢板接头连接的装配式T形梁桥，钢板所承受的轴向力为：NM/z 式中：z横隔梁顶部和底部接头钢板之间的中心距离。2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系57上一页 下一页2.2.比拟板法计算横隔梁内力比拟板法计算横隔梁内力(1)(1)v比拟正交异性板的横向单宽弯矩表达式可写成：(338)()式中：B桥宽的一半；p0sin(x/l)横向单宽板条上的荷载；弯矩影响系数；当01时，(3-39)v对于内横隔梁来说，横隔梁的间距是a，并且计入活载的冲击系数，则此梁承受的弯矩显然可近似地用下式表示：v如果作用在桥上的荷载沿纵向的是几个集中力或局部的分布力，而且沿桥的横向有m行同类荷载作用时，则将上式改写成：My(1)asin(x/l)(3-40)继续2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系58上一页 下一页2.2.比拟板法计算横隔梁内力比拟板法计算横隔梁内力(2)(2)v对于跨中横隔梁，代入xl/2，则得：My(1)a (3-41)式中：荷载函数，与荷载的形式及位置有关。对于单个集中荷载作用于跨中时，=2p/l；对于均布荷载，=4q/；与各行荷载位置相对应的横向弯矩影响线坐标之和。v当用比拟板法计算横隔梁的剪力时，可根据按比拟板法求得的有主梁的荷载横向影响线，仿照“偏心压力法”绘制横隔梁剪力影响线的方法进行。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系59上一页 下一页3.43.4梁式桥支座梁式桥支座 3 3.4 4.1 1支座的作用与要求支座的作用与要求 3 3.4 4.2 2支座的常用类型与构造支座的常用类型与构造v梁式桥的支座一般采用钢、橡胶、聚四氟乙烯或钢筋混凝土等材料制作，并根据桥梁的跨径和支点反力的大小、桥跨结构的变形程度以及留给支座的空间高度等因素选定其类型。以下介绍几种常用的支座类型及其构造。1 1.简易垫层支座与弧形钢板支座简易垫层支座与弧形钢板支座 2 2.钢筋混凝土摆柱式支座钢筋混凝土摆柱式支座 3 3.橡胶支座橡胶支座 3 3.4 4.3 3支座的计算支座的计算返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系60上一页 下一页3.4.13.4.1支座的作用与要求支座的作用与要求v桥梁支座是设置在桥梁上部承载结构与墩台之间的传力装置。v桥梁支座的作用：将作用在上部承载结构的各种荷载传递到墩台上；保证结构在荷载、温度、混凝土收缩和徐变等因素作用下自由变形，不产生附加内力，使上、下部结构的实际受力符合设计结构的静力计算图式。v对桥梁支座的要求：必须有足够的承载能力和适应梁体变形的能力；具备便于安装、养护、维修和更换的特点。v根据静力计算图式梁式桥支座有三种形式。v支座的设置根据梁式桥的桥宽、截面类型和桥型(多跨简支梁，连续梁,坡桥,悬臂梁)以及墩台类型而定。此外，设置桥梁支座的支承平面应保持水平，避免竖向荷载作用产生水平力。v随着桥梁工程技术的发展，出现了许多新型桥梁支座，尤其是近三十年来出现的各种橡胶支座。返回2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系61上一页 下一页1 1.简易垫层支座与弧形钢板支座简易垫层支座与弧形钢板支座v简易垫层支座主要用于标准跨径小于10m的简支梁、板桥。这种支座直接将梁或板的端部支承在几层油毛毡或石棉做成的简易垫层上，垫层压实后的厚度不应小于10mm，这种支座变形能力很差。为避免墩、台顶受压开裂或拉裂，墩、台顶前缘削成斜角，在梁、板底部和墩、台顶内部增设12层钢筋网。v弧形钢板支座主要用于标准跨径在1020m范围内、支点反力小于600kN的简支梁、板桥。v弧形钢板支座由两块厚度为4050mm的铸钢制成的上垫板、下垫板组成，上、下垫板之间可相对自由转动和滑动以实现活动支座的功能。若作为固定支座，则需在上垫板上加工出齿槽(或销钉孔)，在下垫板相应部位焊上齿板(或销钉)以便安装后固定上下垫板的相对位置，使其可相对自由转动，而不能相对滑动。弧形钢板支座 返回简易垫层支座2024/8/7 周三南京工业大学土木工程学院交通工程系62上一页 下一页2.2.钢筋混凝土摆柱式支座钢筋混凝土摆柱式支座v钢筋混凝土摆柱式支座是由两组弧形钢板固定支座和混凝土摆柱组成。v摆柱的横桥向尺寸b一般取梁肋宽度，顺桥向尺寸a由摆柱横截面的混凝土抗压强度来确定。v钢筋混凝土摆柱支座依靠混凝土摆柱的转动来实现活动支座的功能。v这种支座目前基本不再使用。钢筋混凝土摆式支座 返回20