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变截面混凝土连续梁桥适用性(大跨径混凝土梁桥构造设计)
更新时间:2024-07-08 16:06:20

连续梁桥是指上部结构连续,上部结构与下部结构通过支座来传递荷载。连续刚构是指上部结构连续,上下部结构固结的桥梁形式(桥墩无支座)。连续刚构桥是指墩梁固结的连续梁桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥,均采用预应力混凝土结构,有两个以上主墩,采用墩梁固结体系,具有T形钢构桥和连续梁桥的优点。

连续梁桥的构造设计

连续梁桥的受力特点

一次落架施工的连续梁桥,在结构自重荷载作用下,跨中截面产生正弯矩,支点截面产生负弯矩,且支点截面负弯矩大于跨中截面正弯矩。

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与同等跨径的简支梁相比,连续梁的最大正弯矩及负弯矩均小于简支梁的跨中弯矩。

连续梁的内力分布比简支梁要均匀,有利于充分发挥材料的作用。

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连续梁为超静定结构,在汽车荷载作用下跨中产生的挠度比简支梁小,行车平顺舒适。

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连续梁因结构整体发生均匀温度变化引起纵向水平位移,在结构中不产生附加内力及支承反力。

连续梁属超静定结构,非线性温度变化、预应力作用、混凝土收缩徐变及基础沉降等将引起结构附加内力。

连续梁桥施工方法

连续梁桥施工过程的内力,成桥状态的内力及最终设计内力与施工方法密切相关,从而影响到其配筋设计,包括预应力筋的布置方式和数量。

施工方法包括整体施工法、逐跨施工法、简支-连续施工法、悬臂施工法、顶推施工法。

1、整体施工法

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也叫一次落架法。

工序:搭设支架、安装模板、绑扎 钢筋、浇筑混凝土、一次卸落支架。

特点:最古老最简单,需要大量支架、工期长、临 时材料用量大,不太经济。施工过程受力体系不发生改变。

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2、逐跨施工法

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是逐孔现场现浇或逐跨装配、连续施工的一种方法。施工支架少,速度快,适合跨数较多的桥梁施工。施工过程结构体系发生变化,由悬臂梁或简支梁转换为连续梁。

3、简支-连续施工法

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先现浇或预制简支梁,并在简支梁的端部预留接缝位置,待简支梁达到强度、安装就位后,再浇筑接缝混凝土及张拉连接预应力筋,成为连续梁。结构体系发生变化,由简支梁转换为连续梁。

3、简支-连续施工法

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4、悬臂施工法

包括悬臂浇筑法和悬臂拼装法。

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施工过程中:墩梁临时固结,主梁从墩顶向两边同时对称分段浇筑或拼装,直至合龙。合龙之前,结构受力呈T构状态,属静定结构,梁的受力与悬臂梁相同。

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合龙后拆除临时固结,转换为连续体系。仅需挂篮等少量施工设备,避免大量的支架,特别适合建造跨越深谷、河流的大跨连续梁桥。

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几种常用挂蓝示意

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悬臂拼装:

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5、顶推施工法

在岸上分段预制梁,然后逐步向对岸顶推的施工方法。施工过程结构受力体系不断发生变化,截面内力也不断变化,正负弯矩也可能交替出现。适用于等截面连续梁。

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等截面连续梁桥

一般情况下,连续梁桥在恒载和活载作用下,支点截面负弯矩大于跨中截面正弯矩,但跨径不大差值也不大,可采用等截面形式,简化施工。

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跨径布置与梁高:

跨径布置可采用等跨和不等跨两种布置方式。为使边跨正弯矩减小,受力均匀合理,大多采用不等跨形式,奇数跨多。

l1:l=0.6~0.8

h/l=1/15~1/25

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适用范围:中等跨径,40~60m范围,国外最大达80m。施工方法:整体施工、逐跨施工、先简支后连续施工及顶推施工等。

变截面连续梁桥

随着跨径的增大,l≥70m时,采用变截面设计显得经济合理,大跨度连续梁以采用变高度梁为主。

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与等截面连续梁相比,变截面连续梁可用于较大跨径的原因:

(1)采用支点梁高大于跨中梁高的变截面形式,使得梁高的变化规律与连续梁的弯矩图变化规律相一致;

(2)减小跨中梁高,有利于减小结构自重产生的弯矩、剪力;

(3)增大支座截面梁高,有利于抵抗支座截面较大的剪力。

三跨变截面和等截面连续梁;支点梁高由1.5m加大到3.5m;均布荷载和自重作用,跨中截面弯矩变小,支点截面弯矩增加梁高增加、最大应力并未增大。

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跨径布置一般采用3跨或5跨布置。

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适用范围:≥70m,150m以上较少。

施工方法:悬臂浇筑或悬臂拼装施工法。

截面设计

板式截面: 形状、构造简单,施工方便,建筑高度小。 截面不经济,相对自重较大,跨越能力小。 适用跨径:RC,10m以下;PC,20m以下。

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肋梁式截面: 截面挖空率较大,减轻自重,梁肋较高,截面抵抗矩增大,抗弯能力强。通常由梁肋(腹板)、翼缘板组成。常用的截面形式:形、I形、T形。中等跨径简支桥梁应用较多。

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箱形截面: 横截面为一个或几个封闭箱形组成的截面。

单箱单室、单箱多室

分离多箱

整体性能好,抗扭惯矩大

上下缘均可受压、适合于连续桥梁

受力性能好,适应正负弯矩

适合中等以上跨径桥梁

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截面形式:单箱单室、单箱多室、双箱单室、多箱多室

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箱形截面设计:

横向尺寸布置

箱梁顶板宽度一般取接近桥面总宽;

悬臂长度b,两腹板之间距离a,b/a=1/2.5~1/3

考虑悬臂板横向受力,一般b≤5m;b≥3m,布横向预应力筋。

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顶板厚度:确定箱梁截面顶板厚度一般需考虑两个因素:满足桥面板横向受力,主要是受弯的要求;布置箱梁纵横向预应力筋的要求。悬臂端厚度≥10cm,设置防撞墙或需锚固横向预应力筋,则≥ 20cm。

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底板厚度:一般采用变厚度设计,箱梁底板厚度从跨中向支点逐渐变厚,以适应中支点附近截面下缘的受压要求;底板厚度与跨径 l 之比取1/140~1/170;跨中区域底板厚度可按构造要求设计,一般取为22~28cm。

腹板厚度:满足抗剪要求。对连续梁桥,l/4跨径左右剪力较大。弯矩、扭矩、剪力共同作用,导致腹板承受较大的主拉应力,容易出现斜裂缝。应考虑预应力钢束管道、普通钢筋布置和混凝土浇筑的要求,腹板设计不宜太薄。无预应力管道,tmin=20cm;有预应力管道,tmin=25~35cm;有预应力筋锚固头时,tmin=35cm。

承托(梗腋):为了减小局部应力,在箱梁顶板与腹板、腹板与底板的交接处,一般需设置承托。

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承托的坡度:

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预应力筋布置

连续梁桥主梁内力:纵向受弯、竖向受剪、横向受弯。

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预应力数量、位置根据使用阶段的受力状态确定。施工方法决定施工阶段受力,预应力配筋必须结合施工方法。

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1、纵向预应力筋

根据施工方法的不同,布置方式也不同。

顶推法 直线配筋方式

上下预应力筋通束使截面接近轴心受压,以抵抗顶推过程各截面的正负弯矩变化;

顶推完成后,在跨中底板和支座顶部增加局部预应力筋,满足使用阶段内力要求。

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简支-连续法

先按简支梁桥布置预应力束,然后在支座顶部布置直线筋,以承担活载产生的负弯矩

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悬臂施工连续梁桥

一期钢束布置在截面上缘以抵抗悬臂施工阶段与使用阶段的负弯矩;合龙后在跨中区域截面下缘布置预应力束,抵抗使用阶段活载产生的正弯矩。

连续曲线配筋方式(整体浇筑施工桥梁)

将跨中部位抵抗正弯矩的底板索与支座部位抵抗负弯矩的顶板索,在全桥范围连续化。

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2、横向预应力筋

横向预应力筋布置在横隔板或顶板中,保证桥梁横向整体性、保证桥面板及横隔板横向抗弯能力。

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3、竖向预应力筋

竖向预应力筋布置在腹板内,用来提高截面的抗剪能力。采用粗钢筋布置在腹板内,支点处布置密。

需进行二次张拉,使有效预应力足够

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刚构桥的构造设计

受力特点

墩梁固结体系,梁墩整体受力。墩梁固结在活载作用下,正弯矩和负弯矩均小于相同跨径的连续梁。故梁高一般略小于相同跨径的连续梁,跨越能力更大。纵向变形和水平推力大,应尽量减小桥墩的水平抗推刚度。高墩抗推刚度小,属柔性墩,采用多。

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适用范围

混凝土连续刚构桥一般跨径100~240m范围,最大跨径可达300m;施工方法悬臂浇筑法。

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构造与设计

跨径、梁高布置

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桥墩:主要采用箱形截面,截面细部尺寸、预应力筋布置与连续箱梁相同。

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墩梁固结处的设计

墩梁固结处构造与受力均较为复杂,是结构设计的关键部位。设计时根据墩柱的形式选择连接方式。

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