钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥

钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥
第二篇钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥
介绍梁桥的一般特点、板桥的构造梁桥的构造、简支梁桥的计算和施工、超静定梁桥的构造和施工要点
第五章梁桥的一般特点及分类
第一节钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的一般特点
一、梁式桥基本概念
主梁为主要承重结构,在竖向荷载作用下截面上产生弯矩和剪力.钢筋混凝土梁式桥混凝土强度等级不低于C15;当采用HRB335、HRB400级钢筋时不宜低于C20；通常使用R235、HRB335钢筋;
预应力混凝土梁桥混凝土混凝土强度不宜低于C30;当采用钢丝、钢绞线时混凝土混凝土强度不宜低于C40；预应力钢筋宜选用精轧螺纹钢筋（冷拉、冷拉钢筋、热处理钢筋等）；
预应力混凝土结构分为全预应力（全压、不拉）和部分预应力（不超过规定拉应力或裂缝宽度)
二、钢筋混凝土梁桥的一般特点
⒈优点：就地取材、工业化程度高、耐久性好、可模性好、适应性好、整体性好、美观
⒉缺点：自重大、抗裂性差、现浇桥工期长、消耗支架和模板多、受气候影响大
三、预应力混凝土梁桥的一般特点
1.采用高强材料减小构件截面尺寸降低自重桥梁的跨越能力得到提高
2.节约钢材﹙和钢筋混凝土桥比较﹚
3.抗裂性好、刚度大、耐久性好
4.预应力技术的采用为装配式结构提供了最有效的接头和拼装技术手段
5.结构安全可靠
6.反拱度不易控制
7.需要专门的设备
8.开工费用大
第二节梁式桥的主要类型及其适用条件
一、按承重结构的截面形式分
（一）板桥承重结构为矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板.
1.板桥的特点
构造简单,制作、施工方便,建筑高度小,可在工厂生产；装配式构件重量小；但跨径受到限制，一般钢筋混凝土不超过15米，预应力混凝土连续板桥不超过35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16 ～20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0.3倍，板的跨中厚度约为跨径的１／１４～１／１８，支点处为跨中的1.3～1.4倍;
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=0.7～0.8；
缺点：从力学性能分析，位于受拉区的混凝土材料不但不能发挥作用，反而增大了结构的自重，当跨度稍大时就显得笨重而不经济。

2.板桥常用截面形式
①整体式实心板桥—如图5-1a、5-1b
适用于跨径在8米以下的板桥，采用整体现浇施工
②装配式实心板桥--如图5-1c
适用于跨径在10米以下的板桥，采用预制安装施工
③装配式空心板桥--如图5-1d
适用于跨径在13米及其以上的板桥，采用预制安装施工
④装配—整体组合式板桥--如图5-1e
空心板截面形式
板桥的发展趋势
采用高强混凝土
采用预应力混凝土结构
预应力方式和锚具多样化
预应力钢材采用钢绞线
向大跨径方向发展
（二）肋板式梁桥
1.概念: 在横截面内形成明显肋形结构的梁桥称之为肋板式梁桥,简称肋梁桥
2.特点:整体式梁桥具有整体性好、刚度大、易于做成复杂形状等优点，多数在桥孔支架模板上现场浇筑.装配式梁桥其优点是制造简单，施工速度快
3.截面形式: T形、I形、槽形
4.适用于跨径在20-40米的桥梁
整体式肋梁桥的截面形式
梁肋尺寸不受起重安装机具的限制,可以根据钢筋混凝土体积最小的原则来确定截面尺寸,双车道一般建成双梁较合理
装配式肋梁桥的横截面
主梁间距一般在2.0米以内,每片梁安装好之后用横隔梁相互连接以保证全桥的整体性
整体性T梁
装配式T梁桥
一片钢筋混凝土T梁
一片预应力混凝土T梁
（三）箱形梁桥
概念:横截面呈一个或几个封闭箱形的梁桥
特点:能承受正负弯矩,抗弯刚度和抗扭刚度大,截面受力均匀.
适用于较大跨径的悬臂梁桥和连续梁桥，也可用于修建全截面参与受力的预应力混凝土简支梁桥。

箱形梁横截面
30米预应力混凝土箱梁断面
二、按承重结构的静力体系划分
（一）简支梁桥—见图5-5a ,单跨、静定体系；易于工厂化施工,属静定结构
（二）连续梁桥—见图5-5b ,多跨连续，超静定体系；温度、支座变位产生附加内力, 支点截面产生负弯矩,负弯矩的代偿功能使梁高变小、跨越能力增大。

行车条件好,适合于最大跨径60-70米（三）悬臂梁桥—见图5-5c ,悬臂根部的负弯矩使跨越能力有所增大, 属静定结构,适合于最大跨径约60-70米
梁式桥的力学简化模型
三、按有无预应力划分
（一）钢筋混凝土梁桥
（二）预应力混凝土梁桥
四、按施工方法划分
（一）整体浇筑式梁桥
全桥在纵向和横向都是现场整体现浇可以按需要做成各种形状.整体性好.
（二）装配式梁桥
模板化生产，易于系列化、标准化；
T型、箱型、Ⅱ型截面，高宽比例适当，优化，以增大抗弯惯距，增大刚度；
20-60米有标准图；
跨度增大，梁重增加快；
（三）组合式梁桥
少筋微弯板构造
作业
50页第1.2.
补:板桥的截面形式各有哪些?说明其适用条件
第三节桥梁支座的类型和构造
一、支座的作用与要求
1.支座的作用：
①传递上部结构的各种荷载;
②适应活载、温度变化、混凝土收缩徐变等因素产生的变位,使结构的受力情况与假设的静力图式相符
支座要承受的力
～整体上看，要受到竖向力（压或拉、压）和水平力。

～构造的非理想化，将使支座受力情况更复杂。

设计计算时要考虑的荷载效应
竖向力：
○结构自重反力、活载最大反力；
○应及入汽车冲击影响；
○支座应考虑是否上拔～计算最大上拔力。

水平力：
○直线桥计算纵向水平力，
○斜弯桥考虑离心力、风力等；
○纵向水平力考虑汽车的制动力、摩阻力、风力、温度力等；
2、对支座的要求
◎必须具有足够的承载能力
◎对（设计要求的）变形的约束应尽可能的小即“自由变形（相对的）”
◎便于安装、养护、维修甚至进行更换。

二、支座的布置原则
有利于结构的受力，有效释放附加内力，尤其利于墩台传递纵向、横向水平力
1、简支梁，一端固定、一端活动
2、多跨连续梁，一个桥墩设置固定支座，一般位于中间桥墩，其余墩台设活动支座；
3、悬臂梁，锚固跨一侧设固定，另一侧活动；
4、T构桥挂孔，按简支梁处理；
5、尽可能避免拉力支座
6、固定支座的布置应利于桥墩的受力
连续梁桥固定支座的布置示意
要点：固定支座与活动支座的区别
固定支座：
可传递竖向、水平力，保证支承处转动
活动支座（单向、双向）：
只传递竖向压力，保证支承处主梁转动、水平移动
三、支座的分类和构造
◎按其容许变形的可能性分为：
(1)固定支座：
～能承担桥跨结构支承点处顺桥向、横桥向的水平力和竖向反力；
～并约束相应的线变位。

(2)单向活动支座：
～在承担竖向反力的同时，
～能约束顺桥向、横桥向水平位移中的一个方向的线位移。

(3)多向活动支座：
～容许支座在顺桥向、横桥向两个方向发生线位移，仅承担竖向反力。

～大型复杂结构、宽桥等使用。

（一）简易支座
支座是指在梁底和墩台顶面之间设置垫层来支承上部结构。

垫层可用油毛毡、石棉板或铅板等做成，压实后的
厚度不小于1c m,利用这些材料比较柔软又具有一定强度的特性来适应梁端比较微小的转动与伸缩变形的要求，并承受支点荷载。

固定的一端，加设套在铁管中的锚钉锚固。

锚钉预埋在墩台帽内。

简易支座仅适于跨度10m以下的板(梁)桥。

由于这种支座自由伸缩性差，为避免主梁端部和墩台混凝土拉裂，
宜在支座部位的梁端和墩台顶面布设钢筋网加强。

(二)弧形钢板支座
适用范围：跨径10~20m
构造特点：由上下垫板所组成，
下垫板顶面切剥成圆柱体。

固定支座需在上垫板上做齿槽
（或销孔），在下垫板上焊以
齿板（或销钉），安装后使齿
板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔)，
以保证上下垫板之间不发生相
对水平位移
安装要点:在墩台顶面预埋一块
1.2㎝、边长比支座的尺寸大4～5
㎝定位钢板,主梁就位时,先放置
下垫板,校正好位置,再将下垫板
焊固在定位钢板上面
(三)钢筋混凝土摆柱式支座
钢筋混凝土摆柱式支座可用于跨径大于或等于20m的公路梁桥，或跨径大于13m的公路悬臂梁桥的挂孔。

它的水
平位移量较大，承载力为5500kN左右，摩阻系数为0.05。

支座的高度为20～30㎝
钢筋混凝土摆柱放在梁底与支承垫石之间，它的上下两端各放弧形固定钢支座一座。

摆柱由C40~C50混凝
土制成，柱体内一般按含筋率约为0.5%左右配置竖向钢筋，同时要配置水平钢筋网，以承受支座受竖向压力时所产生的横向拉力。

钢筋混凝摆柱式支座
(四)橡胶支座
橡胶支座与其它金属刚性支座相比，具有构造简单、加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等
一系列优点。

此外，橡胶支座能方便地适应任意方向的变形，故对于宽桥、曲线桥和斜桥具有特别的适应性。

橡胶的弹性还能消减上、下部结构所受的动力作用，这对于抗震也十分有利。

在桥梁工程中使用的橡胶支座大体上可分为两类，即板式橡胶支
座和盆式橡胶支座。

1.板式橡胶支座
变位机理：
1）转角变位：不均匀压缩变形（纵桥向）
2）水平变位：剪切变形
3）通常不区分固定、活动支座。

不同的承载力、形要求，通过选择不同大小、厚度的橡胶板来实现。

构造特点：常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。

适用范围：支座反力为70－3600k N的公路、城市桥梁
板式橡胶支座构造
板式橡胶支座有矩形和圆形。

圆形适用于斜交桥.支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。

氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-250C的地区，天然橡胶用于-300C~-400C的地区。

根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E、容许压应力[σ]和容许剪切角[tgr]的数值，均与支座的形状系数S有关。

形状系数为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，矩形支座为：
式中：a?顺桥方向橡胶支座的长度；
b?横桥方向橡胶支座的宽度；
t ?中间橡胶层的厚度。

为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动的要求，支座的长度a与宽度b之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角γ。

一般应充分利用有效宽度b，而尽可能减小a的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a5成正比）。

根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%。

板式橡胶支座的改进
成品板式橡胶支座的选配
成品的板式橡胶支座早已形成系列，故在一般情况下，没有必要自行设计支座，只需根据标准成品支座的
目录，选配合适的产品。

我国交通部颁布的成品板式橡胶支座代号表示方法，按交通部JT 标准第5.1条有这样几项代码组成：名称、
型式、规格及胶种。

如GJZ300?400?47(CR)，表示公路桥梁矩形、平面尺寸300?400、厚度为47的氯丁橡胶支座；
又如GYZF4300?54(NR)，表示公路桥梁圆形、直径300、厚度为54、带聚四氟乙烯滑板的天然橡胶支座。

另外，除常用支座外，还有一些特制支座，如同济大学桥梁工程系研制的球冠支座、抗震支座等。

2.盆式橡胶支座
构造特点：
盆式橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上进一步改进后更为完善的一种橡胶支座。

它与板式橡胶支座的主要区别在于：它不是利用置于橡胶中的加劲物来加强橡胶，而是将素橡胶板置于圆形钢
盆内来加强橡胶。

橡胶在受压后的变形由于受钢盆的约束，处于三向受压状态，只要钢盆不破坏，橡胶就永远不会丧失承载力。

这时橡胶的容许抗压强度可以进一步提高到25MPa。

密封在钢盆内的橡胶板，可以做适度不均匀压缩来实现转动，如果再加上聚四氟乙烯板和不锈钢板，则还可以实现水平位移。

适用于：
主要用于超静定结构，如连续梁桥、刚构桥、大跨度拱桥等。

盆式橡胶支座构造
盆式橡胶支座可做成固定支座，也可做成活动支座，活动支座又可为多向活动支座和单向活动支座。

常用盆式橡胶支座是由上支座板不锈钢板、聚四氟乙烯(PTFE)板、圆钢盆、橡胶板、紧箍圈、防水圈和下支
座板等组成。

盆式橡胶支座具有很大的承载能力，水平位移量大，摩擦系数小,支座建筑高度低，节省钢材。

在同样的载重下,它的体积(高度)和重量不到钢支座的1/10；而且，
它在纵向及横向均可转动和移动,在功能上优
于钢支座、能满足宽桥对支座横向也要能转动及伸缩的要求。

盆式橡胶支座一般构造示意图
盆式橡胶支座构构造要点
1.钢盆
2.承压橡胶板
3.钢衬板
4.聚四氟乙烯板
5.上支座板
6.不锈钢滑板
7.钢紧箍圈
8.密封胶圈
GPZ和TPZ盆式橡胶支座实物照片
盆式橡胶支座的成品选配简介
1、选型验算的主要内容
1）盆环最大环向拉应力。

2）固定支座：上支座板与下支座盆环之间的接触应力。

3）接触面局部承压。

2、成品选配
1）系列产品
系列：G P Z（中交规院）、铁科院（T P Z－1）
吨位：竖向承载力1000k N～50000k N，近40个级别；
代号：单向活动D X、双向活动S X、固定G D、固定抗震G D Z）
2）地区适用性：
温度、抗震
3）承载力选配：
～最大反力（结构计算）≯（1+5%）容许承载力（成品）
～最小反力（结构计算）≮80%）容许承载力（成品）
～并非吨位越大越好，要注意成品的最低适合承载力～过大不利
于自由变位。

（五）其他支座
球型支座
～基于盆式橡胶支座发展而来；
～特点：多向活动（也可作成固定支座）；
～变位机理：
线变位：同盆式橡胶支座；
转动：球型板与球面板之间的滑动。

～适用于：曲线桥、宽桥、斜桥等。

球型支座构造示意图
Q G Z球型钢支座
Q G Z球型钢支座
作业
支座的作用与要求各是什么?
固定支座与活动支座的区别是什么?
简述板式橡胶支座的变位机理和构造特点?
简述支座布置的原则
说明GJZ300?400?47(CR)和GYZF4300?54(NR)的含义
第四章桥面布置与构造
本章主要内容:
桥面布置与构造
桥面铺装
桥面防水排水设施
桥面伸缩装置
人行道、栏杆与灯柱
第一节桥面组成与布置
一、桥面的布置
一般公路桥梁的桥面布置应在桥梁的总体设计中考虑，根据道路等级、桥梁的宽度、行车要求等条件确定。

对混凝土梁桥的桥面布置一般有以下几种：
1.双向车道布置
2.分车道布置
3.双层桥面布置
（一）双向车道布置
行车道的上下行交通布置在同一桥面上，上下行交通由画线分隔，没有明显的界限，桥梁上允许机动车与非机动车同时通过，同样用画线分隔，因此车辆混行影响行车速度，造成交通阻塞。

适用于交通量不大的桥梁。

双向车道布置
（二）分车道桥面布置
分车道布置通常有以下几种情况
1.在桥面上设置分隔带，用以分隔上下行车辆;
2.采用主梁分离式布置，在主梁中间设置分隔带；
3.采用分离式主梁，在两主梁之间的桥面上不加联系各自通行单向交通；
4.通常也将机动车道与非机动车道分隔、行车道与人行道分隔；
分隔带的形式有以下几种：
1.混凝土制作的护栏
2.钢杆或钢索（链）分隔
3.用路缘石分隔
分车道桥面布置
护栏的构造
（三）双层桥面布置
双层桥面布置是桥梁结构在空间上可以提供两个不在同一平面上的桥面构造。

双层桥面布置可以使不同的交通严格分道行驶，提高了车辆和行人的通行能力，并便于交通管制同时，可以充分利用桥梁空间，在满足同样交通要求之下减小桥梁宽度、缩短引桥长度取得较好的经济效益。

多层桥面布置
二、桥面构造
桥面构造直接与车辆、行人接触，它对桥梁的主要结构起保护作用。

并且使桥梁能够正常使用。

桥面构造包括桥面铺装、排水和防水系统、伸缩装置、人行道（或安全带）、缘石、栏杆、灯柱等。

如图4-3，桥面铺装重量应尽量降低（二期恒载），施工时应使铺装层与桥面板紧密结合
公路桥面一般构造
第二节桥面铺装
一、桥面铺装作用
⑴保护行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，
⑵防止主梁遭受雨水的侵蚀，
⑶对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。

要求：具有抗车辙、行车舒适、抗滑、不透水、刚度好。

桥面铺装必须配筋
铺装层对主梁受力有一定帮助作用
二、桥面铺装的类型：
⑴水泥混凝土厚度：5～8c m强度等级不低于行车道板混凝土强度等级
⑵沥青混凝土单层式5～8c m
⑶防水混凝土厚度：8～10c m为延长桥面寿命，在上面铺筑2c m沥青表处作为磨耗层
水泥混凝土和沥青混凝土必须设置防水层
桥面铺装构造
桥面铺装钢筋网现场施工图
三、防水层的类型
防水层的要求
不透水、有一定强度、弹性和韧性、耐腐蚀性和耐老化性较好。

在桥面伸缩缝处应连续铺设，不可切断；桥面纵向应铺过桥台背；桥面横向两侧，应伸过缘石地面，从人行道与缘石砌缝里向上叠起0.10m。

2.防水层的类型
①洒布薄层沥青或改性沥青，其上撒布一层砂，经碾压形成沥青涂胶下封层；
②涂刷聚氨脂胶泥、环氧树脂、阳离子乳化沥青、氯丁胶乳等高分子聚合物涂胶；
③铺装沥青或改性沥青防水卷材，以及浸渍沥青的无纺土工布等做法。

四、桥面纵、横坡的设置
1.纵坡：双向1%～2%的纵坡，最大不超过4%
2.横坡：为了迅速排出桥面雨水，桥梁除设有纵坡外，尚应将桥面铺装层的表面沿横向设置成1.5%～
3.0%的双向
横坡。

人行道设1%的向内的直线横坡
做法：（见图4-4）
⑴墩台顶面设横坡—适用于板桥或现浇的肋梁桥
⑵三角垫层—适用于装配式肋梁桥
⑶行车道板设横坡—适用于较宽的城市桥梁
桥梁横坡设置方法
a）墩台顶面设横坡b）三角垫层设横坡c）行车道板设横坡
桥梁横坡设置方法
a）墩台顶面设横坡b）支座垫石形成横坡c）三角垫层设横坡d）行车道板设横坡
作业
37页1.2.3.
补1桥面为何要设置横坡?其方法有那些?各适用于何种情况?。