3.1混凝土简支体系梁式桥的构造与设计

第三章 混凝土简支体系梁式桥的构造与设计简支体系梁式桥属静定结构，受力明确，在竖直荷载作用下支承处只有竖向反力，梁体以受弯为主，同时承受剪力。

由于结构重力作用下的跨中弯矩与跨径平方成正比，随着跨度增加，跨中弯矩增加很快，因此，简支体系梁式桥适合中小跨径桥梁，其构造相对较简单。

混凝土简支体系梁式桥类型较多，按桥跨结构相对厚度大小可分为简支板桥（simply supported slab bridge）和简支梁桥（simply supported girder bridge）；按是否施加预应力可分为钢筋混凝土简支梁式桥(reinforced concrete simply supported girder bridge)和预应力混凝土简支梁式桥(prestressed concrete simply supported girder bridge)；按施工方法又可分为整体式简支梁式桥（monolithic simply supported girder bridge）、装配式简支梁式桥（precast simply supported girder bridge）和组合式简支梁桥（combined simply supported girder bridge）等。

桥梁建设中中小跨径的桥梁占了大多数，简支体系梁式桥是最常用的桥型。

本章将介绍目前常用的简支板桥、装配式钢筋混凝土简支梁桥和装配式预应力混凝土简支梁桥的构造与设计，对组合式简支梁桥也作简要介绍。

3.1简支板桥的构造与设计板桥是小跨径桥梁最常用的桥型之一。

由于它在建成之后外形上像一块薄板，故称为板桥。

板桥的建筑高度小，适用于桥下净空受限制的桥梁，还可用于降低桥头引道高度，缩短引道的长度。

其外形简单，制作方便，既便于现场整体浇筑，又便于工厂化成批生产，因此可以采用整体式结构，也可以采用装配式结构。

另外，做成装配式的预制构件时，重量不大，架设方便。

但板桥的跨径不宜过大，当跨径超过一定限值时，自重显著增大，从而造成材料上的浪费。

《桥规》规定：钢筋混凝土简支板桥的标准跨径不宜超过13m，预应力混凝土简支板桥的标准跨径不宜超过25m。

除了常见的正交板桥以外，由于公路线形的要求，尤其是在近几年的高速公路上，小跨径斜交板桥也得到广泛的采用，因此在3.1.3中将对它作简要介绍。

从结构受力体系来看，板桥可以分为简支板桥、悬臂板桥和连续板桥等。

本节介绍简支板桥的构造和设计。

3.1.1整体式简支板桥的构造整体式简支板桥是采用现场整体浇筑一次成型方法施工的钢筋混凝土板桥，其整体性能好，横向刚度较大，施工也较简便，但需要消耗一定量的模板和支架材料，通常用于跨径为4～8m 的小桥。

图3.1整体式板桥截面图 整体式简支板桥的板厚与跨径之比，即高跨比一般为1/16~1/23，随跨径增大取用较小值。

横截面一般设计成等厚度的矩形实心截面（如图3. 1a），为了减小自重，也可做成留有圆洞的空心板桥或将受拉区稍加挖空的矮肋式板桥（见图3.1b）。

现代城市高架板桥，为了美观和加大桥下空间的需要，也常采用如图3.2所示的单波和双波式截面形式。

对于较宽的板桥，也可以沿桥中线化为并列的两桥，以防止因温度变化及混凝土收缩而引起的纵向开裂，并减小由汽车荷载等所产生的横向负弯矩。

整体式板桥的跨径与板宽相比通常相差不大（比值不大于2），在荷载作用下实际上处于双向受力状态。

所以，除了配置纵向受力钢筋以外，还要在板内设置垂直于主钢筋的横向分布钢筋。

纵向主筋除中间2/3板宽范围内按计算配置以外，在两侧各1/6的范围内应比中间增加15%。

这是因为当车辆荷载在偏近板边行驶时，参与受力的板宽（荷载的有效分布宽度）要比中间小，板边处的受力更为不利。

主筋的直径不宜小于10mm，跨中主钢筋间距不大于200mm。

横向分布钢筋设在主钢筋的内侧，其直径不小于8mm，间距不大于200mm，截面面积不宜小于板的截面面积的0.1%。

在主钢筋的弯折处，应布置分布钢筋。

图3.2 城市高架桥板桥截面 a ）b) 整体式板的主拉应力较小，按计算可以不设弯起的斜钢筋，但习惯上还是将一部分主钢筋在沿板高中心纵轴线的1/4~1/6计算跨径处按30o ~45 o 的角度弯起。

通过支点的不弯起的主钢筋，每米板宽内不少于三根，且不少于主钢筋截面面积的1/4。

图3.3所示为标准跨径6.0m的整体式钢筋混凝土简支板桥的构造图，桥面净宽8.5m，两侧各有0.25m的安全带。

设计荷载为早期的«公路桥涵设计通用规范 JIJ 021-89 »(以下简称旧«桥规»)中的汽车—15级，挂车—80级。

计算跨径为5.69m，板厚32cm，约为跨径的1/18。

纵向主筋采用HRB335钢筋，直径为20mm，在中间2/3的板宽内间距12.5cm，其余两侧的间距为l1cm。

主筋在跨径两端1/4～1/6的范围内呈30o 弯起，分布钢筋按单位板宽上主筋面积的15％配置，采用R235钢筋，直径为lOmm，间距为20cm。

图3.3 钢筋混凝土整体式简支板桥的构造（尺寸单位：cm，钢筋直径：mm）3.1.2装配式简支板桥的构造当具备有运输起重设备时，简支板桥宜采用装配式结构，以缩短工期，并获得较高的施工质量。

装配式简支板桥按其截面形式来分有实心板和空心板两种（图3.4）。

1．实心矩形板桥实心矩形板通常用于跨径8m 以下的桥梁。

我国交通部编制的《公路桥涵标准设计》中，跨径为1.5m，2.0m，2.5m，3.0m，4.0m，5.0m，6.0m和8.0m 八种装配式钢筋混凝土板桥标准图采用实心矩形截面（图3.4a），每块预制板的宽度为1.0m，板高从0.16~O.36m。

钢筋一般采用HRB335钢筋。

图3.4 装配式简支板桥截面形式 a ）b ）图3.5所示为一座装配式钢筋混凝土实心矩形板标准图设计实例。

荷载等级为汽车—15级，挂车—80级。

标准跨径为6m，桥面净宽为净-7(无人行道)，全桥由6块宽度为99cm 的中部块件和2块宽度为74cm的边部块件所组成。

实心矩形板具有形状简单，施工方便，建筑高度小等优点，因而容易推广使用。

2、空心矩形板桥当跨径增大时，为了减小板的自重，充分合理地利用材料。

应该将截面中部部分地挖空而成为空心矩形截面板（图3.4b）。

空心板较同跨径的实心板重量小，运输安装方便，而建筑高度又较同跨径的T 梁小，因此目前使用较多。

图 3.6所示为几种较常用的开孔形式。

其中图a 和图b 挖成单个较宽的孔，挖空率最大，自重最小，但顶板内需配置适当的横向受力钢筋。

图a 顶板略呈微弯形，可以节省一些钢筋，但模板较图b 复杂些。

图c 挖成两个圆孔，采用无缝钢管作芯模施工较方便，但挖空率较小，自重较大。

图d 的芯模由两个半圆和两块侧模板组成。

当板的厚度改变时，只需更换两块侧模板，挖空率较大，适应性也较好。

当前采用高压充气胶囊代替金属或木芯模施工，尽管因胶囊变形形成的内腔不如用模板好，但是它具有制作及脱模方便、预制台座利用率高等优点，故使用较为广泛。

图3.5 装配式钢筋混凝土矩形实心板桥构造（尺寸单位：cm,钢筋直径：mm）图3.6 空心板开孔形式 钢筋混凝土空心板桥使用的跨径范围一般在6～13m，《公路桥涵标准设计》编制有6.0m，8.0m，10.m，13.0m 四种跨径的标准图，相应板厚为0.4～0.8m。

预应力混凝土空心板桥的跨径一般在8～20m，有8.0m，10.0m，13.0m，16.0m 和20m 跨径的标准图，相应板厚为0.4～0.9m。

空心板的顶板和底板厚度均不宜小于80mm，截面的最薄处不得小于70mm。

以保证施工质量和承载的需要。

为了保证抗剪强度，应在截面内按计算需要配置弯起钢筋和箍筋。

图3.7所示为标准跨径13m 的装配式预应力混凝土空心板桥的构造。

荷载等级为汽车—20级，挂车—100级（见旧«桥规»）。

计算跨径12.6m ，板厚60cm 。

空心板横截面为腰圆孔形式，采用C40混凝土预制和填塞铰缝。

每块板底层配置7根直径20的精轧螺纹钢筋作预应力筋。

板顶面除配置3根φ12的架立钢筋外，在支点附近还配置6根φ8的非预应力钢筋来承担由预加应力产生的拉应力。

靠近支点截面，箍筋应加密加粗。

图3.7先张法预应力混凝土空心板桥钢筋布置（尺寸单位：cm ，钢筋直径：mm ）3．装配式板的横向连接为了使装配式板块在横向连成整体，共同承受车辆荷载，必须在块件之间设置强度足够的横向连接构造。

装配式板的横向连接方法有企口混凝土铰和钢板焊接两种，其中，以企口混凝土铰连接应用广泛。

图3.8企口式混凝土铰（1）企口混凝土铰连接企口式混凝土铰的形式有圆形、棱形、漏斗形等三种(图 3.8a)、b）、c）)。

铰的上口宽度应保证插入式振捣器能够顺利插入，铰槽的深度不应小于预制板高的2/3。

预制板内应预埋钢筋伸入铰内，块件安装就位后，伸出钢筋相互绑扎，铰缝内用C25～C40以上的细骨料混凝土填实。

实践证明，一般混凝土铰即能保证传递横向剪力使各块板共同受力。

图3.9钢板连接构造(尺寸单位：cm)铰接板顶面一般应铺设厚度不小于80mm 的现浇混凝土层。

为保证现浇层或铺装层共同参与受力，可以将预制板中的钢筋伸出，与相邻板的同样钢筋绑扎，再浇筑在现浇层或铺装层内(图3.8d)。

（2）钢板连接 由于企口混凝土铰需要现场浇筑混凝土，并需经过一定的养护时间，待混凝土达到设计强度后才能通车。

为了加快工程进度，亦可采用钢板连接(图3.9)。

它的做法是：首先在板顶部预埋钢板N2，板块安装就位后，再在相邻两构件的预埋钢板上焊接一块钢盖板N1。

连接钢板的纵向中距通常为80～150mm，根据受力特点，在跨中部分布置较密，向两端支点处逐渐减疏。

钢板连接的效果远不如企口混凝土铰连接，工程中较少采用。

3.1.3斜交板桥的受力特点及构造图3.10斜板的尺寸图在桥梁建设中，常常由于桥位处的地形限制，或者由于高等级公路对线形的要求而将桥梁做成桥轴线与支承线不相互垂直的斜交桥。

近年来，随着我国交通运输事业的发展，这类桥梁得到了越来越广泛的应用。

但是，斜交板桥的受力状态复杂，设计计算比正桥麻烦，计算方法还有待进一步完善。

斜交角是表征斜板桥偏斜程度的重要因素，它的表示方法有两种：一种是桥轴线与支承线的垂线的夹角ϕ，另一种是桥轴线与支承线的夹角α，习惯上斜交角多指ϕ (图 3.10)。

斜交角的大小直接关系到斜桥的受力特性，ϕ越大斜桥的特征越明显。

为了便于理解斜交板桥的构造，下面首先对斜交板桥的受力性能作简单的介绍。

1．斜板桥的受力特点国内外学者经过大量的理论和试验研究，得到斜板在垂直荷载作用下的特性表现在以下几个方面：图3.11 斜板的主弯矩方向(1)斜板的荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势（图3.11）。