预应力混凝土连续梁桥
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预应⼒混凝⼟简⽀梁桥、连续梁桥和刚架桥对⽐分析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。
浅析预应力混凝土连续梁桥的发展及设计流程一、研究概况及发展趋势预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种,它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好,特别是主梁变形挠曲线平缓,桥面伸缩缝少,行车舒适等优点。
由于悬臂施工方法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。
60年代初期在中等跨径预应力混凝土连续梁中,应用了逐跨架设法与顶推法;60年代中期在德国莱茵河建成的本多夫(Bendorf)桥,采用了悬臂浇筑法。
随着悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法的不断改进、完善和推广应用,在跨度为40—200米范围内的桥梁中,连续梁桥逐步占据了主要地位。
目前,无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥,还是跨河大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了其独特的优势,成为优胜方案。
我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥,至今已有40多年的历史,比欧洲起步晚,但近对年来发展迅速,在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异,预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。
近20年来,我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径90m 的哈尔滨松花江大桥、跨径120m的湖南常德沅水大桥、主跨125m 的宜昌乐天溪桥、跨径154m的云南六库怒江大桥等。
下表是我国目前建成的部分主要大跨径预应力混凝土连续梁桥。
我国已建成的部分主要大跨径混凝土连续梁桥序号桥名主桥跨径(m)桥址1 南京长江二桥北汊桥90+165*3+90 江苏2 六库怒江大桥85+154+85 云南3 黄浦江奉浦大桥85+125*3+85 上海4 常德阮水大桥84+120*3+84 湖南5 东明黄河公路大桥75+120*7+75 山东6 风陵渡黄河大桥87*5+87+114*7+87 山西7 沙洋汉江大桥63+111*6+63 湖北8 珠江三桥80+110+80 广东二、生产需求状况虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展,然而与国际先进水平仍存在一定差距。
预应力混凝土连续梁桥纵向预应力设计一、引言预应力混凝土连续梁桥由于其跨越能力大、结构刚度好、行车舒适性高等优点,在现代桥梁工程中得到了广泛的应用。
而纵向预应力设计是预应力混凝土连续梁桥设计中的关键环节,它直接关系到桥梁的结构性能、安全性和经济性。
二、纵向预应力设计的目的和作用纵向预应力设计的主要目的是通过在混凝土梁中预先施加压应力,来抵消在使用阶段可能出现的拉应力,从而提高梁的承载能力、抗裂性能和耐久性。
其作用主要体现在以下几个方面:1、提高梁的抗弯承载能力:预应力的施加可以使梁在承受荷载时,混凝土处于受压状态,充分发挥混凝土抗压强度高的特点,从而提高梁的抗弯能力。
2、增强梁的抗裂性能:预先施加的压应力可以有效地抑制混凝土裂缝的产生和扩展,提高梁的耐久性。
3、减小梁的挠度:预应力可以减小梁在荷载作用下的变形,提高桥梁的刚度和行车舒适性。
三、纵向预应力筋的布置形式1、直线布置:预应力筋沿梁的轴线直线布置,这种布置形式施工简单,但对梁的抗剪和抗扭性能提升有限。
2、曲线布置:预应力筋沿梁的纵向呈曲线布置,常见的有抛物线形和圆弧形。
曲线布置可以更好地适应梁的弯矩分布,提高预应力的效率,但施工难度相对较大。
四、纵向预应力筋的材料选择常用的纵向预应力筋材料有高强度钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋。
高强度钢丝具有强度高、柔韧性好的特点,但锚固较复杂。
钢绞线则是目前应用最广泛的预应力筋材料,其强度高、柔韧性好、施工方便。
精轧螺纹钢筋适用于对锚固要求较高的部位,但成本相对较高。
在选择预应力筋材料时,需要综合考虑桥梁的跨度、荷载、施工条件和经济性等因素。
五、纵向预应力筋的数量确定纵向预应力筋的数量应根据桥梁的结构受力要求、使用性能要求和规范规定来确定。
首先,需要根据梁的弯矩和剪力分布,计算出所需的预应力大小。
然后,根据所选预应力筋材料的强度和特性,确定预应力筋的数量。
在计算过程中,还需要考虑预应力损失的影响。
预应力损失包括锚具变形损失、摩擦损失、混凝土收缩徐变损失等。
预应力混凝土连续梁桥的设计1.1总体布置结构总体设计主要包括桥梁跨径分配、主梁截面形式的拟定以及梁高等方面的内容。
1.1.1跨径布置目前,设计工程师认为预应力混凝土连续梁桥的最大理论跨度为250~300m,经济跨度为100~240m。
–布置原则:减小弯矩、增加刚度、方便施工、美观要求–不等跨布置——大部分大跨度连续梁边中跨比为0.5~0.8,最好为0.65–等跨布置——中小跨度连续梁–短边跨布置——特殊使用要求1.1.2主梁截面–板式截面——实用于小跨径连续梁–肋梁式——适合于吊装–箱形截面——适合于节段施工–其它1.1.3箱梁梁高梁高——与跨径、施工方法有关等高度梁——实用于中、小跨径连续梁,一般跨径在50~60米以下变高度梁——实用于大跨径连续梁,100米以上,90%为变高度连续梁桥型公路桥铁路桥支点梁高(m)跨中梁高(m)支点梁高(m)跨中梁高(m)等高梁(1/15~1/25)l(1/16~1/18)l变高(折线)梁(1/16~1/20)l(1/22~1/28)l(1/12~1/16)l(1/22~1/28)l变高(曲线)梁(1/16~1/25)l(1/30~1/50)l(1/12~1/16)l(1/30~1/50)l对于变高梁,一般对于公路桥,支点梁高是跨中梁高的2~3倍;对于铁路桥,支点梁高是跨中梁高的1.5~2倍。
1.2细部设计主梁细部设计包括顶板、底板、腹板等部位尺寸的拟定,横隔板的设置,齿块和承托等构件的设计等。
1.2.1顶板、底板及腹板箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。
当悬臂施工时,箱梁底板特别是靠近桥墩附近的底板将承受很大的压应力。
在发生变号弯矩的截面中,顶板和底板也都应各自发挥承压的作用。
(1)顶板顶板厚度一般考虑两个因素:满足桥面板横向弯矩的要求;满足布置纵向预应力钢束和横向预应力钢束的构造要求。
另外传统的设计理念认为,顶板厚度与腹板间距相关。
桥面板的悬臂长度也是调节板内弯矩的重要参数,在布置横向预应力时可考虑桥面板的横向坡度和板截面的变高度,以发挥预应力束的偏心效应。
我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践预应力混凝土连续梁桥是由预应力混凝土和常规混凝土组成的桥梁,是当代桥梁加固和改造的主要方式。
随着改造技术的不断进步,我国的预应力混凝土连续梁桥的发展也越来越快,一些令人印象深刻的工程实践也在这一领域逐渐展示出来。
本文将介绍预应力混凝土连续梁桥发展的历史背景、发展趋势和现阶段的工程实践,以期为今后的应用研究和技术改进提供参考。
一、预应力混凝土连续梁桥发展历史预应力混凝土连续梁桥起源于20世纪50年代,最早用于跨越铁路、公路、河流和湖泊的大型桥梁。
后来,随着连续梁桥的发展,人们逐渐开发出能够克服桥梁结构的弯曲、拉应力和剪应力的结构材料,预应力混凝土连续梁桥成为当今现代桥梁的常用结构类型之一。
二、预应力混凝土连续梁桥发展趋势预应力混凝土连续梁桥越来越受到大家的青睐,因为它具有优良的抗震性能、质量轻、维护成本低、施工效率高等优点。
此外,预应力混凝土连续梁桥有利于环境保护,因为它使用的特殊型钢具有低能耗、高强度的特点,大大减少了桥梁施工时对环境的影响。
三、预应力混凝土连续梁桥的工程实践在我国,预应力混凝土连续梁桥得到了广泛应用,许多令人印象深刻的桥梁工程实践也随之展现出来。
其中最著名的工程实践之一就是2010年完工的北京机场快速路双向六车道连续梁桥,该桥全长1191米,分为三个跨径,它是目前我国最大的预应力混凝土连续梁桥。
此外,还有一些较小的预应力混凝土连续梁桥工程,例如重庆长江大桥、浙江马友波大桥以及珠江大桥等等,这些桥梁也有着相当惊人的结构表现。
四、结论从本文介绍的情况来看,预应力混凝土连续梁桥在我国得到了广泛的应用和发展,它具有重量轻、维护成本低、施工速度快等优点,是当今桥梁结构的基本要素之一,也被认为是现代桥梁加固和改造的主要方式之一。
未来,预应力混凝土连续梁桥的发展仍会受到技术改进的推动,有望取得更大的进步和突破,以满足桥梁发展中更高维度的要求。
预应力混凝土连续梁桥施工预应力混凝土连续梁桥是现代桥梁工程中广泛应用的一种结构形式,具有跨越能力大、行车舒适、结构刚度好等优点。
其施工过程涉及众多环节和技术,需要严格的质量控制和精心的组织管理。
一、施工准备在正式施工之前,需要进行充分的准备工作。
首先是设计文件的熟悉和会审,施工人员要仔细研究设计图纸,理解桥梁的结构特点、预应力体系的布置以及施工要求。
其次,要进行施工现场的勘察,包括地形地貌、地质条件、周边环境等,为施工方案的制定提供依据。
施工场地的布置也是重要的一环,要合理规划材料堆放区、预制场、施工便道、水电供应等设施。
同时,还要准备好施工所需的各种材料和设备,如水泥、钢材、砂石料、预应力钢绞线、锚具、千斤顶等,并确保材料的质量符合要求,设备性能良好。
此外,施工队伍的组建和培训也不可忽视。
施工人员需要具备相关的专业知识和技能,熟悉施工工艺和操作规程,确保施工的质量和安全。
二、下部结构施工下部结构主要包括桥墩和桥台。
桥墩的施工通常采用模板现浇的方法,根据桥墩的高度和形状选择合适的模板类型,如钢模板、木模板或组合模板。
在浇筑混凝土之前,要做好钢筋的绑扎和预埋件的安装,保证钢筋的位置和数量准确无误。
桥台的施工方法与桥墩类似,但要注意与路基的衔接处理。
施工过程中要严格控制混凝土的配合比和浇筑质量,防止出现蜂窝麻面、裂缝等质量问题。
同时,要按照规定的时间进行养护,确保混凝土的强度达到设计要求。
三、上部结构施工上部结构施工是预应力混凝土连续梁桥施工的关键环节,主要包括梁体的预制或现浇、预应力的施加等。
(一)梁体预制如果采用预制的方法,需要先建设预制场地,制作预制台座。
预制梁的模板要具有足够的强度和刚度,尺寸精度要符合要求。
钢筋的加工和绑扎要严格按照设计图纸进行,预应力管道的定位要准确,以保证预应力的施加效果。
混凝土浇筑时要注意振捣密实,避免出现空洞和漏振现象。
预制梁养护达到规定强度后,进行预应力的张拉和锚固。
我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践前言连续梁桥是目前道路桥梁中常见的桥型之一,其具有良好的连续性和较大的通行能力,在城市快速路和高速公路中得到了广泛的应用。
而预应力混凝土连续梁桥则是连续梁桥中的主流类型,由于其优越的性能和经济性,已成为我国大型桥梁建设的重要选择。
本文将从我国预应力混凝土连续梁桥的发展历程、工程实践和现状三个方面进行介绍。
发展历程预应力混凝土连续梁桥的历史可以追溯到20世纪50年代初期,最早的预应力混凝土连续梁桥是在欧洲建造的。
到了20世纪60年代,预应力混凝土连续梁桥开始在我国的重要行车道和骨干线上得到推广和应用。
1974年,我国第一座预应力混凝土连续梁桥——合肥黄山路桥正式建成通车,标志着我国预应力混凝土连续梁桥的诞生和发展。
随着我国经济快速发展,交通建设蓬勃发展,预应力混凝土连续梁桥在我国得到了广泛的应用。
目前,我国已经建成的桥梁中,预应力混凝土连续梁桥占比达到了50%以上。
工程实践技术特点预应力混凝土连续梁桥具有许多优点,例如:1.梁体自重轻、板厚小、截面形式多样。
2.连续性好、刚度大、自振周期长,具有良好的抗震能力。
3.施工方便、工期短、施工造价低。
工程案例武汉长江三桥武汉长江三桥是我国第一座跨越长江的连续梁桥,也是目前世界上跨径最长(1280m)的预应力混凝土连续梁桥。
该桥主桥全长1683m,最高塔楼高298.5m,共有6跨连续梁,每一跨长178m。
南京长江二桥南京长江二桥是我国第一座跨越长江的公铁两用桥,也是我国最早采用钢梁混凝土桥面板技术的大型桥梁。
该桥跨度达到了648m,是当时全球跨度最大的混合结构钢梁混凝土梁桥。
现状当前,我国预应力混凝土连续梁桥在技术方面已经相对成熟,大量的实际工程证明了其良好的性能和经济性。
同时,随着我国交通建设不断推进和高速公路网络不断完善,预应力混凝土连续梁桥的建设和使用也越来越广泛。
但是,目前我国预应力混凝土连续梁桥的一些问题也引起了人们的关注。
预应力混凝土连续箱梁桥设计一、预应力混凝土连续箱梁的特点1.结构简单,施工方便:预应力混凝土连续箱梁是由多节箱体组成的连续结构,箱体之间通过预应力钢筋连接,构造简单明了。
2.承载能力大:预应力混凝土连续箱梁采用预应力钢筋,使梁的承载能力得到有效提高,可以满足大跨度、大荷载的要求。
3.抗震性能好:预应力混凝土连续箱梁由于预应力钢筋的作用,具有良好的抗震性能,能够有效地减小地震力对桥梁的影响。
4.经济性好:预应力混凝土连续箱梁由于结构简洁,施工方便,能够降低工程成本。
二、预应力混凝土连续箱梁的设计要点1.跨度选择:预应力混凝土连续箱梁的跨度要根据桥梁的实际情况进行合理选择,考虑到交通流量、路线的复杂程度、设计速度等因素。
一般情况下,跨度较小的桥梁可以选择简支梁或连续梁结构,跨度较大的桥梁则需要选用连续箱梁结构。
2.箱梁几何尺寸设计:箱梁几何尺寸的设计包括箱梁的高度、宽度和翼缘板的厚度等。
根据桥梁的跨度和超载情况,结合梁段的布置要求,确定合理的几何尺寸。
3.梁段划分:预应力混凝土连续箱梁由于有多个梁段组成,因此需要对梁段进行合理划分。
划分梁段的原则是各个梁段中应力相对均匀,使得整个桥梁结构具有良好的力学性能。
4.预应力计算:预应力混凝土连续箱梁的预应力计算是桥梁设计过程中的关键环节。
需要根据桥梁的跨度、超载情况和设计要求,确定预应力的大小和布置方式。
5.砼块计算:预应力混凝土连续箱梁的砼块计算是为了确定梁的自重和大车荷载作用下的受力状态。
需要考虑到砼块在施工过程中的配重状态和工作状态。
三、预应力混凝土连续箱梁的施工过程1.模板安装:首先需要安装好箱梁的模板,确保模板的精度和稳定性。
2.钢筋预埋:在模板安装完成后,根据预应力设计要求,在箱梁的相应位置预埋好预应力钢筋。
3.砂浆浇注:钢筋预埋完成后,将砂浆浇注到模板内,形成箱梁的外形。
需要确保砂浆的流动性和充实性,以避免空洞和缺陷。
4.预应力成型:砂浆浇注完成后,根据预应力设计要求,通过拉力机对预应力钢筋进行拉拔,形成预应力。
预应力混凝土连续梁桥纵向预应力设计预应力混凝土连续梁桥是现代桥梁工程中常见的结构形式之一,具有跨越能力大、结构刚度好、行车舒适等优点。
纵向预应力设计是预应力混凝土连续梁桥设计的关键环节之一,直接影响桥梁的结构性能和安全性。
本文将对预应力混凝土连续梁桥纵向预应力设计的相关内容进行详细阐述。
一、预应力混凝土连续梁桥的特点预应力混凝土连续梁桥通过在混凝土构件中预先施加预应力,使混凝土在承受外荷载之前预先受压,从而提高了构件的承载能力和抗裂性能。
其特点包括:1、跨越能力较大:能够适应较宽的河道和山谷等地形条件。
2、结构刚度好:减少了桥梁在车辆荷载作用下的变形,提高了行车舒适性和安全性。
3、耐久性好:有效防止混凝土开裂,延长了桥梁的使用寿命。
二、纵向预应力设计的目的纵向预应力设计的主要目的在于:1、提高梁体的承载能力:使梁体在承受设计荷载时,混凝土处于受压状态,充分发挥材料的性能。
2、控制梁体的裂缝:限制裂缝的宽度和数量,保证结构的耐久性。
3、减小梁体的挠度:提高桥梁的刚度,保证行车的平顺性。
三、纵向预应力钢束的布置1、直线束布置直线束通常布置在靠近支点的区域,以承受较大的负弯矩。
其优点是施工简单,但对梁体的抗剪能力贡献较小。
2、曲线束布置曲线束一般布置在跨中区域,以承受正弯矩。
曲线束能够更好地适应梁体的弯矩分布,提高预应力的效率。
3、腹板束布置腹板束主要用于增强腹板的抗剪能力和抗弯能力,通常沿腹板竖向布置。
四、预应力钢束的类型1、高强度钢丝束具有强度高、柔韧性好的特点,但施工相对复杂。
2、钢绞线束是目前应用最为广泛的预应力钢束类型,具有强度高、施工方便等优点。
3、精轧螺纹钢筋适用于短束预应力的情况,施工简单,但强度相对较低。
五、预应力损失的计算预应力损失主要包括以下几个方面:1、锚具变形和钢筋回缩引起的损失这与锚具的类型和施工质量有关。
2、摩擦损失由于预应力钢束与管道壁之间的摩擦,导致预应力的损失。
3、混凝土的弹性压缩损失在预应力施加过程中,混凝土发生弹性压缩,引起预应力的损失。
预应力混凝土连续梁桥的施工20 世纪初,小跨度的钢筋混凝土连续梁桥开始被建造;30—40 年代,预应力混凝土的材料及工艺得到发展,逐步应用于桥梁工程;至50 年代,预应力混凝土连续梁桥出现;到70年代,预应力混凝土连续刚构桥出现。
近几十年来,伴随着施工技术的进步,预应力混凝土连续梁桥表现出强大的生命力,发展迅猛。
由于连续梁桥的主梁长度和重量大,一般很难像简支梁那样能将整根梁一次架设。
连续梁桥的施工可采用分段预制,再浇筑接头的方法,但受力截面的主钢筋都被截断,接头工作复杂,强度也不易保证。
目前,连续梁桥的施工主要还是采用悬臂浇筑法、悬臂拼装法、顶推法、移动模架法及支架法施工方法,每一种施工方法都各具特点,需要结合具体情况做出适当选择。
预应力混凝土悬臂体系梁桥的施工通常采用悬臂施工法。
采用该法施工时,不需要在河中搭设支架,而直接从已建墩台顶部逐段向跨径方向延伸施工,每延伸一段就施加预应力使其与已成部分联结成整体。
悬臂施工法不受桥高、河深等影响,适应性强,目前不仅用于悬臂体系桥梁的施工,而且还广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥、混凝土斜拉桥以及钢筋混凝土拱桥的施工。
一、支架法现浇预应力混凝土连续梁桥预应力混凝土连续梁桥同样可以采用支架法现浇施工。
我国第一座预应力混凝土(双线)铁路连续梁桥——通惠河桥,主梁为箱形截面,变高度,跨径为(26.7+40.7+26.7)m,于1975 年建成,该桥就采用了支架法现浇箱梁。
预应力混凝土连续梁采用支架施工,和用支架法施工混凝土简支梁的主要工序相似,只是前者还需要在连续梁桥的一联各跨中设支架,按照一定的施工程序完成各联桥的施工,包括混凝土的浇筑、养护、拆模等工序。
在一联桥施工完成后,卸落支架,将其拆除进行周转使用。
落架的时机与施工程序和预应力钢筋的张拉工序有关,应综合考虑。
原则上,在张拉后恒载能由梁体本身承受时,可以落架。
支架法施工工序如图5.2.1。
图5.2.1 支架法施工工序小跨径预应力混凝土连续梁桥,一般采用从一端向另一端分层、分段的施工程序,先梁身后支点依次进行。
我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践近年来,预应力混凝土连续梁桥建设已成为桥梁行业的新兴技术,受到了社会各方的普遍关注。
预应力混凝土连续梁桥的主要特点是桥面结构的灵活性,具有显著的跨度和结构深度优势,可直接支座桥面梁,有效降低桥墩的高度,提高支座及桥跨稳定性,节约材料和设备,降低施工难度,改善舒适性和桥梁的经济性。
1970年代,预应力混凝土连续梁桥的开始受到了英国和美国的重视,开始从试验走向应用,得到了迅猛发展。
【我国预应力混凝土连续梁桥的发展】由于国家交通建设的发展需要,我国预应力混凝土连续梁桥也开始发展。
据新华社报道,我国建造的第一座预应力混凝土连续梁桥于1987年2月在武汉通汉江大桥完工通车,当时最长桥梁跨度达415米,成为中国首座预应力混凝土连续桥,此后我国联系桥的开发迅速发展,起点走向空前的高度。
【工程实践】我国的预应力混凝土连续梁桥建设得到了巨大的发展。
全国首个500米超长跨度的预应力混凝土连续梁桥于1998年12月在陕西建成,最长跨度约为520米。
在后续的工程实践中,我国继续推进了预应力混凝土连续梁桥的发展,先后建成木津大桥(最长跨度约为570米)、洪泽大桥、金沙大桥(最长跨度约为540米)以及西双版纳大桥等,这些桥梁的建设于2001年5月获得“中国工程创新”的称号。
【工艺进步】我国预应力混凝土连续梁桥的建设,不仅取得了上述的许多跨度记录,也实现了许多工艺创新。
例如,金沙大桥南岸墩段所采用的大面积拼装钢-混凝土组合梁模块,其施工速度达到了每天四十米,是国内最快的施工速度;还有,西双版纳大桥采用的帷幕复模构造法,它利用预应力混凝土帷幕将墩段和梁段连接,可以在一次施工过程中完成一整套梁段。
【目前现状与发展潜力】随着国家交通建设的发展,预应力混凝土连续梁桥建设有望继续受到重视和推广。
目前,国内预应力混凝土连续梁桥在技术水平上,已经达到了国际先进水平。
例如,西双版纳大桥的预应力混凝土帷幕复模构造复合结构,其制造工艺技术获得了国际颁发的“制构工艺技术专利”,此外,我国还创新推出了一种新型的徐尔托墩段结构,较好地解决了桥梁的构造结构特征,符合更多的桥梁结构设计要求。
一预应力混凝土连续梁桥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.立面布置预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题,可以设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式(图1)。
结构形式的选择要考虑结构受力合理性,同时还与施工方法密切相关。
图1连续梁立面布置1.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。
2.梁高选择(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H约为最大跨径lm的1/15~1/20,跨中梁高H约为支点梁高的用的1/1.6~1/2.5。
s⑵等截面连续梁桥,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H=(1/15、1/30)lm。
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。
6.2.3截面形式及尺寸预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多,一般应依据桥梁的跨径、宽度、对梁高的要求、支承条件、桥梁的总体布置和施工方法等方面确定。
合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的重量、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能都具有十分重要的意义。
预应力混凝土连续梁桥常用的横截面形式有板式(包括空心板)、T形梁式(包括宽肋梁)和箱形梁式(图2)。
a)常用的板式、肋式截面形式b)箱形截面形式之一c)箱形截面形式之图2连续梁桥典型截面形式图1.板式和T形梁式截面板式和T形梁式截面一般只适用于中、小跨径的连续梁桥。
板式桥构造简单,施工方便,建筑高度小,在高架道路上用的较多。
图1(a)示出典型板、T形梁式截面形状。
矩形实体截面已较少使用,代替矩形实体截面的是曲线形整体截面。
当桥墩在横截面上是形支承时,可选取双峰形实体截面。
实体截面的连续梁桥常采用在支架上现浇施工。
空心板截面常用于跨径15〜30m的连续梁桥,板厚可取0.8〜1.2m。
肋式截面预制方便,常采用预制架设施工,并在梁段安装完之后,经体系转换为连续梁桥。
常用跨径30〜50m,梁高一般取1.6〜2.5m。
为简化多肋T梁的施工,也有采用宽矮肋的单T断面,肋宽可达3〜4m,外悬长翼板,称之为脊形梁或成为异形结构。
总体来说,由于肋式截面肋的宽度不大,布置钢筋受到限制,在负弯矩区承压面积不大,因此应用不多。
2.箱形截面当连续梁的跨径超过40〜60m时,主梁多采用箱形截面。
箱形截面为闭口截面,截面具有良好的抗弯和抗扭性能,并且箱形截面有顶板和底板,可以在跨中或支座部位能有效地抵抗正负弯矩。
图2(b)示出常用的箱形截面,其中单箱单室截面多用在顶板宽度小于18m的桥梁;单箱双室截面适用于顶板宽度25m左右;双箱单室截面顶板宽度可达40m左右;圆空式单箱双室截面适用于顶板宽度15m左右;单箱多室截面的桥梁宽度可不受限制。
此外,箱式截面还有单箱三室、双箱双室、多箱单室等。
单箱单室截面受力明确、施工方便、节省材料用量。
因此,当桥宽在20〜25m 范围之内,也有不少桥梁采用单箱单室截面,但需要在截面构造上采取一定的措施。
如图2(c)上图所示,为了加强长悬臂板的抗弯刚度,可采用横梁加劲、斜撑加强,或在顶板上设置横向预应力筋,以后一种方法最为常见。
直腹板箱梁构造简单,施工方便,主要用于箱宽不大时。
斜腹板箱梁可减小底板的横向跨度,节省下部结构的圬工量,同时能有效的减小迎阳面,改善风的攻击角,改善温度应力和抗风性能,但模板制造较复杂。
分离式箱梁(图2c)特点是结构简单,受力明确,横向分布系数小,施工时可分箱进行,施工简单。
(1)顶板和底板厚度箱形梁顶板和底板厚度既要满足纵、横向的受力要求,又要满足结构构造及施工上的需要。
其选定原则如下:箱梁顶板厚度要满足布置纵、横预应力筋的构造要求,同时还要满足桥面板横向弯矩的受力要求。
不设横向预应力筋时顶板厚度与腹板间距的关系可以参考表6.1选取。
当设有横向预应力筋时,顶板厚度需足够布置预应力筋的套管并留有混凝土注入的间隙。
表1腹板间距与顶板厚度顶板两侧悬臂板的长度是调节顶板内弯矩的重要因素。
悬臂板长度一般采用2〜5m,当长度超过3m后,一般需布置横向预应力筋。
对于变截面连续梁,箱梁跨中底板厚度一般按构造选定,若不配预应力筋,厚度可取15〜18cm;配有预应力筋,厚度一般为20〜25cm。
在负弯矩区特别是在靠近桥墩的截面底板,承受较大的负弯矩,由于底板的宽度比顶板小得多,底板的厚度要比顶板大,以适应受压要求。
墩顶处底板厚度一般为支点梁高的1/10〜1/12,底板厚度由跨中向支点逐渐加厚。
对于顶推法施工的等高连续梁,由于施工过程中截面承受交变的正负弯矩,底板往往设计成等厚。
(2)腹板厚度跨中腹板厚度的选定,主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求。
一般情况下可按以下原则选用:腹板内无预应力筋时,可取20cm;腹板内有预应力筋时,可取25〜30cm;腹板内有预应力筋锚固头时,取35cm。
为满足支点较大剪应力要求,墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到30〜60cm,特殊情况可达100cm。
大跨度桥腹板应采用变厚度形式,从跨中向支点分段线形逐步加厚,变厚段一般为一个节段长。
为方便施工,简化内模构造,中、小跨径连续梁桥腹板一般采用等厚度形式。
3.横隔梁(板)采用T型截面的连续梁桥,其横截面的抗扭刚度较小,为增加桥梁的整体性和横向刚度,一般均需设置中横隔板和端横隔板。
中横隔板的数目、位置及构造与简支梁相同。
箱形截面的抗弯刚度和抗扭刚度较大,除在支点部位设置横隔板外,中间横隔板的数目较少,即使有横隔板,对横向刚度影响并不显著,而且增加了施工难度,目前的趋势是少设或不设中间横隔板。
对于弯、斜梁,设置中横隔板的效明果显,横隔板的厚度可取15〜20cm。
箱梁支点处端横隔板的尺寸和配筋形式与箱梁的支承方式有关。
当支座直接位于主梁腹板之下时,端横隔板的主要作用是增加箱梁横向刚度,限制箱梁的畸变,横隔板厚度为30〜50cm,横隔板中只需配置一定数量普通钢筋(图3)。
当支座设置在横隔板中部时,横隔板还要承担着传递支反力的作用,是重要的受力结构,如采用普通钢筋混凝土结构,横隔板内的抗剪、抗弯及抗裂钢筋交错密布,导致混凝土浇筑困难且不易振捣密实,而如果采用预应力混凝土,横隔板厚度一般小于80cm,横隔板中设置曲线形的预应力筋,如图4所示,则可避免钢筋混凝土横隔板所产生的弊病。
为满足施工、维修和通风要求,横隔板上一般设置过人洞。
提向力筋图4箱梁中横隔梁的预应力筋布置示意图联结区图3箱梁中的横隔梁配筋示意图4预应力钢筋构造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图5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。
图5力筋连接器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。