桥梁与隧道工程第2章.ppt
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1、2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系1上一页 下一页第二章 混凝土简支梁桥2.1 2.1 概述概述 2.1.1 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点 2.1.2 梁式桥承载结构体系的静力类型及应用范围 2.1.3 梁式桥承载结构体系的截面类型2.2 2.2 简支梁式桥的设计与构造简支梁式桥的设计与构造 2.2.1 简支板桥的设计与构造 2.2.2 装配式简支梁桥的设计与构造2.3 2.3 简支梁式桥的计算简支梁式桥的计算 2.3.1 简支梁式桥的计算内容 2.3.2 行车道板的计算 2.3.3 荷载横向分布计算方法 2.3.4 主梁内力计算 2.3.5 横隔梁内力计算2.4 2.4
2、 其它梁式桥的构造特点与计其它梁式桥的构造特点与计算要点算要点 2.4.1 其它梁式桥的构造特点 2.4.2 其它梁式桥的计算特点返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系2上一页 下一页2.1.1 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。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
3、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2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系3上一页 下一页2.1.1 钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的特点v主梁为主要承重结构v钢筋混凝土梁式桥混凝土标号不宜低于15号;当采HRB335,HRB400级钢筋时不宜低于20号;通常使用HRB335,HRB400级钢筋;v预应力混凝土梁桥混凝土标号不宜低于30号;当采用钢丝、钢绞线时混凝土标号不宜低于40号;普通钢筋采用R235、HRB335级钢筋;预应力钢筋宜选用精轧螺纹钢筋;v预应力混凝
4、土结构分为全预应力和部分预应力(不超过规定拉应力或裂缝宽度)返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系4上一页 下一页v钢筋混凝土梁桥的优缺点造价低耐久性好可塑性强装配式工业化程度高刚度大噪音小自重大钢筋混凝土梁带裂缝工作2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系5上一页 下一页v预应力混凝土梁桥的优缺点预应力的作用可以使用高强材料,减小构件截面节省钢材,跨径可增大不出现裂缝,提高耐久性更适合于装配式桥梁造价高施工工艺复杂2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系6上一页 下一页梁式桥承载结构静力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
5、构体系。不同类型的梁式桥,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静力体系可划分为: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:板桥;肋板式梁桥;箱形梁桥。返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系7上一页 下一页1.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
6、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简支梁式桥主要用于小跨度桥梁,经济合理常用跨径在20m以下。返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系8上一页 下一页2.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连续梁是超静定结构。v钢筋混凝土连续梁桥仅用于中小跨径的桥梁,大跨度连续梁桥宜采用预应力混凝土结构。预应力混凝土连续梁桥一般跨径范围为40-160m,最大跨径已达240m。v
7、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在宽阔河流可修建多孔连续梁,可3-5孔为一联。返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系9上一页 下一页3.悬臂梁桥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。v在荷载作用下悬臂梁桥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。返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工
8、程系10上一页 下一页4.T形刚架桥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。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2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系11上一页 下一页2.1.3 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
9、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。v目前经常采用的截面形式为l板桥l肋梁式梁桥l箱形梁桥返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系12上一页 下一页1.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:整体式矩形实心板装配式板(分实心和空心)装配整体组合式板异形板 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
10、应力混凝土连续板桥。图 板桥横截面 返回2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系13上一页 下一页整体式矩形实心板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(如左图)。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2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系14上一页 下一页装配式板桥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
11、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(如左图)。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2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系15上一页 下一页2.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2
12、023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系16上一页 下一页T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2
13、023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系17上一页 下一页3.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2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系18
14、上一页 下一页箱形截面的类型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2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系19上一页 下一页2.2 板桥的设计与构造2.2.1 板桥的类型及特点建筑高度小;简单、制作、施工方便可工厂生
15、产;装配式构件重量小;但跨径受到限制,一般钢筋混凝土连续板桥不超过16米,预应力混凝土连续板桥不超过30米按静力计算模式:简支板桥,悬臂板桥,连续板桥简支板桥:采用整体式或装配式,前者跨径4-8米,装配式预应力混凝土板桥跨径可达25米悬臂板桥:一般作成双悬臂,中间跨径为8-10米,悬臂长度为中间的倍,板的跨中厚度约为跨径的1/14-1/18,支点处为跨中的倍2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系20上一页 下一页202.2.1 板桥的类型及特点(续)连续板桥:连续跨越形成超静定结构体系;缝少而平稳;弯距降低跨径增大;不需搭板;合理跨径配置(支点卸载),边跨/中跨;(1)支架就地浇筑,
16、变高度板-形成整体连续板桥,支点厚/跨中厚,跨中板厚h=1/30L(跨径长);(2)装配式连续板桥:先预制构件节约模板及人工对内力有改善;制作时纵向、横向划分块;接头位置根据内力图确定,如弯距反弯点(3)柱体支承连续板桥:为少占地面,将双柱式桥墩的帽梁省去,由墩柱直接支承板体2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系21上一页 下一页2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系22上一页 下一页222.2.2 简支板桥的构造构造上划分:整体式、装配式、装配-整体组合式(一)整体式板桥的构造跨径不大,与板宽相差不大,一般不用于高速公路;通常等截面或矮肋式板,受温度、混凝土收缩、徐变影响
17、易产生纵向裂纹,桥中可设缝释放;双向受力,要求:1)板的主筋直径不小于10mm,间距不大于20cm;分布钢筋直径不小于8mm,间距不大于20cm;2)板的横向人行道侧板宽1/6范围内增加钢筋15%;3)一部分主筋可以在1/4L-1/6L处弯起,按30-45度;2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系23上一页 下一页整体式板桥构造示例2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系24上一页 下一页24(二)装配式板桥的构造按截面形式主要有:实心板和空心板矩形实心板通常为钢筋混凝土铰接板,有1.5-8m的标准图,板高16-36cm;预应力混凝土实心板目前用的不多;特点简单、施工方便、建
18、筑高度小2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系25上一页 下一页25装配式钢筋混凝土矩形实心板桥配筋示意2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系26上一页 下一页26空心矩形板-为增大跨径,利用材料特性,减轻自重;钢筋混凝土空心板跨径6-13米,板厚40-80厘米;预应力混凝土空心板跨径8-25米,板厚40-85厘米;横向连接-荷载的有效横向分布,共同承担外荷载;装配-整体式组合板桥及漫水桥适用于低等级公路;2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系27上一页 下一页27空心板的常用截面形式2023/4/13西南科技大学环资学院交通工程系28上一页 下一页2023/4/
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