预应力混凝土简支梁桥、连续梁桥和刚架桥对比分析

预应混凝⼟简⽀梁桥、连续梁桥和刚架桥对⽐分析
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预应⼒混凝⼟简⽀梁桥、连续梁桥和刚架桥的设计构造特点和对⽐分析
⼀、预应⼒混凝⼟简⽀梁桥
1、构造布置
常⽤跨径:20~50m之间,我国编制了后张法装配式预应⼒混凝⼟简⽀梁桥的标准设计,标准跨径为25m、30m、35m、
40m。
主梁梁距:1.5~2.2m之间
横梁布置:端横梁、中横梁(布置在跨中及四分点处)
2、主要尺⼨:
主梁:⾼跨⽐1/15~1/25;肋厚14~16cm;
横梁:中横梁3/4h,端横梁与主梁同⾼,宽12~20cm,可挖空;
翼板:不⼩于1/12h,⼀般为变厚度。
马蹄:为了满⾜布置预应⼒束筋的要求,应T 梁的下缘做成马蹄形。
(⼀)主梁
1、梁⾼:
我国后张法装配式预应⼒混凝⼟简⽀梁的标准设计有25,30,35,40m 四种,其梁⾼分别为1.25~1.45,1.65~
1.75,
2.00,2.30m。标准设计中⾼跨⽐值约为1/17~1/20,其主梁⾼度主要取决于活载标准,主梁间距可在较⼤范围内变化,通常其⾼跨⽐在1/15~1/25 左右。主梁⾼度如不受建筑⾼度限制,
⾼跨⽐宜取偏⼤值。增⼤梁⾼,只增加腹板⾼度,混凝⼟数量增加不多,但可以节省钢筋⽤量,往往⽐较经济。
2、肋厚:
预应⼒混凝⼟,由于预应⼒和弯起束筋的作⽤,肋中的主拉应⼒较⼩,肋板厚度⼀般都由构造决定。原则上应满⾜束筋保护层的要求,并⼒求模板简单便于浇筑。国外对现浇梁的腹板没有预应⼒管道时最⼩厚度为200mm,仅有纵向或竖向管道的腹板需要300mm,既有纵向⼜有竖向管道的腹板需要
380mm。对于⾼度超过2400mm 的梁,这些尺⼨尚应增加,以减少混凝⼟浇筑困难,装配式梁的腹板厚度可适当减少,但不能⼩于165mm。如为先张法结构,最低值可达125mm。我国⽬前所采⽤的值偏低,⼀般采⽤160mm,标准设计中为
140~160mm,在接近梁的两端的区段内,为满⾜抗剪强度和预应⼒束筋布置锚具的需要,将肋厚逐渐扩展加厚。
(⼆)横梁
横隔梁的⾼度可取为主梁⾼度的四分之三左右。在⽀点处可与主梁同⾼,以利于梁体在运输和安装中的稳定性。但如果端横隔梁⾼度⽐主梁略⼩⼀些,则对安装和维修⽀座是有利的。横隔梁的肋宽常⽤12~20cm。预制时做成上宽下窄和内宽外窄的楔形,以便脱模。
(三)翼板
T 梁翼板的厚度,钢筋混凝⼟梁中,主要满⾜于桥⾯板承受
的车辆局部荷载要求。根据受⼒特点,翼缘板⼀般都做成变厚度的,即端部较薄,⾄根部(与梁肋衔接处)加厚,并不⼩于主梁⾼度的1/12。翼缘板厚度的具体尺⼨,有两种处理⽅法:⼀种是考虑翼缘板承担全部桥⾯上的恒载与活载,板的受⼒钢筋设在翼缘板内,在铺装层内只有局部的加强钢筋⽹,这时翼缘板做得较厚⼀些,端部⼀般取80mm;另⼀种是翼缘板只承担桥⾯铺装层的荷载、施⼯临时荷载以及⾃重,活载则由翼缘板和布置有受⼒钢筋的钢筋混凝⼟铺装层共同承担(例如:在⼩跨径⽆中横隔板的桥上),在此情况下,端部厚度采⽤60mm 就够了。⽬前⾼速公路上的桥梁及城市⾼架桥梁均设置防撞栏杆,根据防冲撞的要求,翼缘板端部厚度不⼩于200mm。为使翼缘板和梁肋连接平顺,在截⾯转⾓处⼀般均应设置钝⾓式承托或圆⾓,以减少局部应⼒和便于脱模。
(四)马蹄
在预应⼒混凝⼟T 梁的下缘,为了满⾜布置预应⼒束筋及承受张拉阶段压应⼒的要求,应扩⼤做成马蹄形。马蹄的尺⼨⼤⼩应满⾜预施应⼒各个阶段的强度要求。个别桥由于马蹄尺⼨过⼩,往往在施⼯和使⽤中形成⽔平纵向裂缝,特别是在马蹄斜坡部
分,因此马蹄⾯积不宜过⼩,⼀般应占截⾯总⾯积的10~20%,具体尺⼨建议如下:马蹄总宽度约为肋宽的2~4 倍,并注意马蹄部分(特别是斜坡区),管道保护层不宜⼩于60mm。下翼缘⾼度加1/2 斜坡区⾼度约梁⾼(0.15~0.20)
倍,斜坡宜陡于45°应注意的是:下翼缘也不宜过⼤、过⾼,这就要求将预应⼒束筋尽可能按⼆层或单层布置,将其余的束筋布置在肋板内,因为马蹄过⼤,会降低截⾯形⼼,减⼩预应⼒筋的偏⼼距。
3、配筋特点:
(⼀)受⼒钢筋
主钢筋(主要为预应⼒筋)、箍筋、横梁钢筋、翼板横向钢筋;
1.预应⼒筋:根据结构受⼒配置预应⼒束。
2.⾮预应⼒纵受⼒钢筋:在预应⼒混凝⼟简⽀梁中,有时为了补充局部梁段内强度的不⾜,有时为了满⾜极限强度的要求,有时为了更好地分布裂缝和提⾼梁的韧性,可以将⾮预应⼒钢筋与预应⼒钢筋协同配置,这样往往能达到经济合理的效果。
3.斜筋:⼀般不设斜筋。
4.箍筋:预应⼒混凝⼟梁中剪应⼒⼀般较⼩,故按计算仅需布置少量的箍筋,但为了防⽌混凝⼟受剪时的脆性破坏,常按构造要求配置必要的箍筋,规定如下:箍筋直径不⼩于6mm,箍筋间距不⼤于25mm;马蹄中需设闭合箍筋,箍筋间距不⼤于150mm。
5.翼缘板横向钢筋
6.横梁钢筋
(⼆)分布钢筋
架⽴钢筋、⽔平分布钢筋、⽀座下局部加强钢筋、锚下局部加强钢筋。
1.架⽴钢筋:根据构造要求布置,⽤来架设箍筋,以便将各种钢筋扎成⾻架。其直径依梁截⾯尺⼨⼤⼩⽽定,通常采⽤10~14mm。
2.⽔平分布钢筋:由于梁的上下翼缘在横向都⽐腹板厚,阻碍着腹板的收缩变形,因⽽有可能在腹板上产⽣平⾏于轴线的裂缝,为此,需在腹板内设置防裂钢筋。这种钢筋宜⽤⼩直径钢筋组成⽹格放在混凝⼟表⾯,紧贴箍筋布置。
3.锚固区的加强钢筋:在梁端锚固区应⼒⾮常集中,在锚具附近不仅有很⼤的压应⼒,还有很⼤的拉应⼒,因此,为防⽌锚具附近混凝⼟裂缝,因此,必须配置⾜够的钢筋予以加强。
4.⽀座下局部加强钢筋:提⾼局部承压构件的裂缝荷载和极限承载⼒。
4、横向连接:
钢板式接头、扣环式接头、桥⾯板的企⼝铰联结。
⼆、预应⼒连续梁桥高温瞬时灭菌
预应⼒混凝⼟连续梁桥作为超静定结构,与普通钢筋混凝⼟连续梁桥具有相同的受⼒特点。但是由于与盈利结构能充分发挥⾼强材料的特性,促使结构轻型化,所以具有⽐钢筋混凝⼟连续梁桥⼤的多的跨越能⼒;另外,它可以有效地避免混凝⼟开裂,特别是处于负弯矩区的桥⾯板的开裂,同时⼜以结构受⼒性能
好、变形⼩、伸缩缝少、⾏车平顺舒适、承载能⼒⼤、养护⼯程量⼩、抗震能⼒强等⽽成为最富有竞争⼒的主要桥型之⼀。随着预应⼒技术的发展和不断完善,尤其是悬臂、顶推等先进施⼯⽅法的出现,使预应⼒混凝⼟连续梁桥得到更为⼴泛的应⽤。另外,从国内外已经建成的钢桥、混凝⼟及预应⼒混凝⼟连续梁桥的总数来看,预应⼒混凝⼟连续梁桥已远远超过总数的⼀半以上。
常见的预应⼒混凝⼟连续梁桥:1.等跨等⾼度连续梁桥、2.不等跨变⾼度连续梁桥、3.短边跨连续梁桥、4.连续刚构桥、5.V 形桥墩连续梁桥
1、⼒学特点及适⽤范围
连续梁桥在结构重⼒和汽车荷载等恒、活载作⽤下,主梁受弯,跨中截⾯承受正弯矩,中间⽀点截⾯
承受负弯矩,通常⽀点截⾯负弯矩⽐跨中截⾯正弯矩⼤。作为超静定结构,温度变化、混凝⼟收缩徐变、基础变位以及预加⼒等会使桥梁结构产⽣次内⼒。
由于预应⼒结构可以有效地避免混凝⼟开裂,能充分发挥⾼强材料的特性,促使结构轻型化,预应⼒混凝⼟连续梁桥具有⽐钢筋混凝⼟连续梁桥较⼤的跨越能⼒,加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度⼤、⾏车平稳、超载能⼒⼤、养护简便等优点,所
以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应⽤。
预应⼒混凝⼟连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和⼤跨径的桥梁。
2、桥跨布置:
根据连续梁的受⼒特点,⼤、中跨径的连续梁桥⼀般宜采⽤不等跨布置,但多于三跨的连续梁桥其中间跨⼀般采⽤等跨布置。当采⽤三跨或多跨的连续梁桥时,为使边跨与中跨的最⼤正弯矩接近相等,达到经济的⽬的,边跨取中跨的0.8倍为宜,当综合考虑施⼯和其他因素时,边跨⼀般取中跨的0.5~0.8倍。对于预应⼒混凝⼟连续梁桥宜取偏⼩值,以增加边跨刚度,减⼩活载弯矩的变化幅度,减少预应⼒筋的数量。若采⽤过⼩的边跨,会在边跨⽀座上产⽣拉⼒,需在桥台上设置拉⼒⽀座或压重。当受到桥址处地形、河床断⾯形式、通航(车)净空及地质条件等因素的限制,并且同时总长度受到制
约时,可采⽤多孔⼩边跨与较⼤的中间跨相配合,跨径从中间向外递减,以使各跨内⼒峰值相差不⼤。
桥跨布置还与施⼯⽅法密切相关。长桥、选⽤顶推法施⼯或者简⽀—连续施⼯的桥梁,多采⽤等跨布置,这样做结构简单,统⼀模式。等跨布置的跨径⼤⼩主要取决于经济分跨和施⼯的设备条件。
连续梁跨数以三跨连续梁⽤得最为⼴泛,连续梁桥连续超过五跨时的内⼒情况虽然与五跨时相差不⼤,但连续过长会造成梁端伸缩量很⼤,需设置⼤位移量的伸缩缝,因此,连续跨数⼀般不超过五跨。
3、主梁纵横断⾯形式及主要尺⼨
(1)预应⼒混凝⼟连续梁桥采⽤最多的纵断⾯形式是等截⾯及变截⾯形式。等截⾯连续梁⼀般适应⼀下情况:
①跨径⼀般在40~60m(国外也有达到80m的),构造简单,施⼯快捷。
②⽴⾯布置翼等跨径为宜,也可以不等跨径布置,边跨与中跨之⽐应不⼩于0.6,⾼跨⽐⼀般为1/15~1/25。
③适应于⽀架施⼯、逐跨架设施⼯、移动横架施⼯及顶推施⼯。
变截⾯梁主要适⽤于⼤跨径预应⼒混凝⼟连续梁桥,梁底⽴⾯曲线可采⽤圆弧线、⼆次抛物线及折线等。除外形⾼度变化外,为满⾜梁内各截⾯受⼒要求,还可将截⾯的底板、顶板和腹板改变厚度。在孔径布置⽅⾯,边孔与中孔跨径之⽐⼀般为0.5~0.8,当边跨与中跨之⽐⼩⾬0.3时,边孔桥台⽀座要做成拉压式,以承受负反⼒。变截⾯梁的梁⾼与最⼤跨径之⽐,跨中截⾯⼀般为1/30~1/50,⽀点截⾯可选⽤1/15~1/20。
(1)横截⾯形式
凝⼟连续梁桥的截⾯形式很多,⼀般依据梁桥的跨径、宽度、梁⾼、⽀承形式、总体布置和施⼯⽅法等发⾯综合确定。
⽬前预应⼒混凝⼟的连续梁桥的横截⾯形式主要有板式、肋梁式和箱形截⾯。
板式截⾯:分为实体截⾯和空⼼截⾯。矩形实体截⾯使⽤较
少,曲线形整体截⾯使⽤较多,实体截⾯多⽤于中、⼩跨径,且多配以⽀架现浇施⼯,此时跨中板厚为(L/22~L/28),⽀点板厚为跨中的1.2~1.5倍;空⼼截⾯常⽤于跨径为15~30m的连续梁桥,板厚⼀般为0.8~1.2m,亦以⽀架现浇为主。
肋梁式截⾯预制⽅便,常⽤于预制架设施⼯,并在梁段安装后经体系转换为连续梁桥。常⽤跨径为25
~50m,梁⾼取1.5~2.5m。
箱形截⾯构造灵活,其中单箱单室桥宽⼩于18m,双箱单室桥宽为20m左右,单箱双室宽为25m左右,⼀般地,等⾼度箱梁可采⽤直腹板或斜腹板,变⾼度箱梁宜采⽤直腹板。
4、梁⾼选择
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(1)变截⾯连续梁桥
连续梁桥⽀点截⾯负弯矩绝对值⽐跨中正弯矩⼤,采⽤变截⾯形式符合受⼒特点,同时变截⾯梁⼀般采⽤悬臂法施⼯,变⾼度梁与施⼯阶段内⼒相适应。从美学观点看,变⾼度梁⽐较有韵律感。
变截⾯梁的梁底线形可采⽤折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。⼆次抛物线与连续梁的弯矩变化相适应,最常采⽤。根据已建成桥梁的资料分析,⽀点梁⾼约为最⼤跨径的sHml201~151,跨中梁⾼H约为⽀点梁⾼的sH5.21~6.11。
(2)等截⾯连续梁桥
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连续梁桥采⽤等截⾯布置,构造简单、预制定型、施⼯⽅便,
随着施⼯⽅法的发展愈来愈受到重视。中等跨径40~60m的连续梁桥,若采⽤预制装配施⼯和就地浇筑施⼯,为便于预制安装和模板周转使⽤,宜选⽤等截⾯布置。采⽤顶推法施⼯,为便于布置顶推和滑移设备,⼀般均采⽤等截⾯梁。对于长桥,选⽤中等跨径,采⽤逐跨架设施⼯和移动模架法施⼯,按等截⾯布置最为有利,它可以使⽤少量施⼯设备完成全桥的施⼯。
等截⾯连续梁桥的梁⾼,在拟定时可参考有关资料选⽤,可取梁⾼与最⼤跨径的关系mlH)301~151(=。当桥梁的跨径较⼤,采⽤顶推法施⼯时,梁⾼的选择不仅取决于桥梁的跨径,同时还要考虑顶推施⼯时对梁⾼的要求,为了避免顶推法施⼯最⼤悬臂时的不利受⼒状态,通常可设置临时墩。不设置临时墩时,梁⾼与顶推跨径之⽐选在1/12~1/15为宜
5、横隔梁设置
采⽤T形和I形截⾯的连续梁桥,因其抗扭刚度较⼩,为增加桥梁的整体性和使荷载有良好的横向分布,宜设置中横隔梁和段横隔梁。中横隔梁的数⽬及位置依主梁的构造和桥梁的跨径确定,常⽤横隔梁肋宽度为12~20cm。
对于多箱截⾯,为加强桥⾯板和各箱间的联系,可在箱间设置数道横隔梁。
6、预应⼒筋的布置
连续梁纵向预应⼒筋为主筋,其数量与布置位置根据使⽤阶段及施⼯阶段受⼒要求确定。此外在⼤跨度梁腹板内常布置竖向
预应⼒筋。跨度较⼤的箱梁顶板和悬臂板内也常布置横向预应⼒筋。
在顶推法或分跨施⼯的连续梁中,有时部分主筋需要逐段接长,接长的⽅法常采⽤连接器完成,我国⽬前常⽤的⼀种连接器构造如下图所⽰。这种连接器⽤于主筋采⽤⾼强钢丝组束,使⽤镦头锚。施⼯时先张拉锚环A,并⽤螺帽锚固。锚环B由连接器接长使⽤。螺丝结合的连接器需要⼀定的加⼯精度,施⼯也较⿇烦,但它⽐起分段张拉、分段锚固的钢束要节省钢材。此外,连接器亦可考虑采⽤销钉结合,预计在构造和施⼯上要⽅便些。
当施⼯阶段需要的⼒筋⽽在使⽤阶段不需要时,如果保留这些⼒筋,对截⾯的受⼒反⽽不利,通常必须采取反向配束来克服它的影响,在这种情况下,为施⼯需要应设置临时筋,在施⼯完成后予以解除,⽬前国内常⽤的作法是将临时筋与永久筋⽤连接器接长张拉,在施⼯期间临时束不压浆,待施⼯结束后割断连接器与临时筋的锚头。当然,这样设置临时筋要复杂⼀些,既要预留孔道,⼜要张拉锚固,施⼯完成后还有解除的⼯序。如果将临时筋设置在梁体外,临时沿箱内壁锚固,则在构造和施⼯上要简
单的多。此外,尚可⽤控制张拉⼒的⽅法满⾜使⽤阶段和施⼯阶段的不同要求,⼒筋的张拉⼒先按施⼯要求张拉,施⼯完成后再张拉到设计要求。这样做的优点便于布束,同时满⾜各阶段的受⼒要求,但张拉⼯艺较复杂,在施⼯阶段不能压浆,还必须选择⼒筋和锚头便于重复张拉的类型。对于施⼯期较长的桥梁,尚需考虑⼒筋的防锈问题。此外,当施⼯阶段的受⼒⼤于使⽤阶段的受⼒时,或施⼯阶段与使⽤阶段的⼒筋⽤量相差甚⼤时,不宜采取此法。
(1)纵向主筋的布置⽅式
纵向主筋常采⽤钢绞线或钢丝束,布置⽅式有:连续配筋、分段配筋、逐段接长⼒筋、体外布筋等⼏种⽅式。
电能计量装置①连续配筋
采⽤就地浇筑施⼯的连续梁,其纵向⼒筋可以按照桥梁各部位的受⼒要求进⾏连续配束。通常⼒筋的重⼼线为⼆次抛物线组合⽽成的轨迹。如下图(a)所⽰,边跨和中跨都由多段抛物线组成,⽽正反曲线间有反弯点。⼒筋的具体布置可考虑按下图(b)所⽰,即在⽀点附近分别由负弯矩区转向正弯矩区,虽然从抗弯的⾓度上看稍有削弱,但对⽀点附近各截⾯抗剪能⼒却有较⼤的提⾼。
②连续配筋
三丝光棉分段配筋是悬臂施⼯和简⽀—连续施⼯的连续梁最常⽤的配筋⽅式。
悬臂施⼯的连续梁桥,是从墩顶开始向左右对称悬臂施⼯,为了能⽀承梁体⾃重和施⼯荷载,需在悬臂施⼯时预加应⼒。在体系转换时再张拉正弯矩⼒筋并补充其他在使⽤阶段所需要的⼒筋,这部分⼒筋⼜称⼆次张拉⼒筋或后期⼒筋。下图给出悬臂施⼯连续梁桥⼒筋的⼀般构造,其中实线筋为在施⼯过程中张拉的⼒筋,虚线筋是在体系转换时张拉的后期⼒筋。
⼒筋在截⾯上成对称布置,并尽量安排在腹板附近,⼒筋数量较多时可分层布置。⼀般来说,先锚固下层⼒筋,后锚固上层⼒筋。⼒筋分有直筋和弯筋,根据结构各部位弯矩和剪⼒的要求确定数量,其中弯筋均通过腹板下弯锚固。当属⾮腹板位置的⼒筋需要进⼊腹板弯曲时,⾸先进⾏平弯⾄腹板位置,然后在腹板平⾯内竖弯,⼒筋的弯起半径和弯起⾓按规范和有关资料确定。
对于预制安装由简⽀—连续施⼯的连续梁桥,它们的预应⼒筋也是采⽤分段配筋(下图(1)所⽰)。预制构件在预制时根据它受⼒情况以及考虑吊装的需要先⾏配筋张拉,在简⽀端安装就位后,墩顶部位布置⼆次张拉⼒筋,再进⾏⼆次张拉。
③逐段接长⼒筋

本文发布于:2024-09-22 12:48:55,感谢您对本站的认可!

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