第7章 混凝土连续刚构桥

4、刚构桥计算要点：局部应力分析
刚构桥墩梁结合处受力复杂，设计中一般须进行局部应力 分析。
方法：大型通用有限元软件仿真计算。
4、刚构桥计算要点：局部应力分析
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
1. 洛溪大桥
跨径：65+125+180+110米 荷载：汽—超20级，挂—120 梁高：墩顶10.0m，跨中3.0m 下部结构：主跨双薄壁墩，边跨单薄壁墩 施工方法：悬臂浇筑
梁高3.5m～15m。 在主跨采用了高强轻质混凝土（ 1.94 t/m³ ）。
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
重庆石板坡桥，主跨 330m
87.75 + 4 × 138 + 330 + 133.75
86.5 4 138 156 174 104.5
重庆长江大桥，T型刚构，主跨174m
主要特点： 墩梁固结，固结部分通常在需要布置大跨 、高墩处采用。
对长大桥梁，连续刚构体系往往 是刚构主体与连续梁的组合
墩梁固结有利于悬臂施工，且可以减少大 型支座及其养护维修和更换； 在构造方面，主梁常采用变截面箱梁，桥 墩多采用矩形和箱形截面的柱式墩或双薄 壁墩。
3、刚构桥设计要点：主要尺寸拟定
结构体系特点 刚构桥的主要类型 刚构桥的常用计算图示
刚构桥的构造特点
截面形式 角隅构造特点 铰的构造特点 预应力束特点
刚构桥的设计要点 刚构桥的计算要点 刚构桥示例及存在的问题
1、概述：结构体系特点
刚构桥：桥跨结构（梁）和墩台（柱）固结的桥梁结构称 为刚构桥。
• 支柱取厚度中分线 • 梁截面取重心连线
计算截面包括全部混凝土截面，一般不考虑普通钢筋的影响。 在主梁与支柱相交接的区域，其截面惯性矩与其他地方相比要大得 多，可视为趋于无限大，此区域的变形实际上非常之小，因此在计 算内力时，可不考虑此区域变形的影响，用刚臂模拟二者的连接。
刚臂
4、刚构桥计算要点：基本原则和计算假定
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
连续刚构桥主要特点
• • • • • • 取消墩顶支座，跨越能力较连续梁桥更大。 一般采用悬臂施工。 采用柔性墩时，其受力行为与连续梁桥类似。 合理选择桥型，避免矮墩桥梁采用连续刚构。 减小墩柱的纵桥向尺寸。 采用双薄壁墩减小墩柱纵桥向抗推刚度。
1、概述：主要类型（V型墩刚构桥）
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
2.虎门大桥辅助航道桥
跨径：150+270+150米 荷载：汽—超20级，挂—120 桥宽：30.0m，6车道，分两幅桥建设 梁高：墩顶14.8m，跨中5.0m 下部结构：双薄壁墩 施工方法：悬臂浇筑
4、刚构桥计算要点：次内力计算
均匀温度变化（年温差）次内力 以结构合龙时的温度为初始值 最高计算温度和最低计算温度 温度变化分升温和降温两种情况进 行 日照温差（梯度温差）次内力 主梁与连续梁相同 高桥墩必须考虑墩身左右侧日照温 差的影响 • 当合拢温度较高时，降温引起的次内力较大，其影响与混凝土收缩的 影响相同，两者叠加，将产生较大的次内力。因此，一般不宜在高温 和温度变化较大时进行合龙，这是超静定结构施工的一般原则
4、刚构桥计算要点：次内力计算
混凝土收缩次内力 如不考虑收缩可通过降温模拟计算 终极值相当于降温15℃～20℃ 徐变对收缩次内力有释放作用 徐变次内力—仅在发生体系转换的情况下产生。求解过程与连续梁 基本相同 预应力次内力—求解过程与连续梁基本相同，超静定次数更高 基础不均匀沉降次内力 小跨度时比较明显 大跨度时是相对次要的因素
（公路桥）支点梁高：(
3、刚构桥设计要点：主要尺寸拟定
立柱尺寸拟定
立柱尺寸根据连续刚构的抗推刚度确定
立柱厚度： (
1 1 ) l ~ 70 80
1 l 100
立柱间距： 8 m ~ 10 m
3、刚构桥设计要点：主要尺寸拟定
4、刚构桥计算要点：基本原则和计算假定
计算模型按轴线建立
3、刚构桥设计要点：结构体系选择
减小墩柱抗推刚度的措施
（1）合理选择桥型，避免矮墩桥梁采用连续刚构 （2）减小墩柱的纵桥向尺寸 （3）采用双薄臂墩减小墩柱纵桥向的抗推刚度 （4）对于长大桥梁，中间桥墩采用刚构，边墩采用连续梁体系
3、刚构桥设计要点：结构体系选择
连续梁桥 连续刚构桥
连续－刚构体系桥
支柱分类
薄壁式 立柱式
2、构造特点：角隅
角隅构造特点
刚构桥的节点是指立柱与主梁相连接的地方，又称角隅节点 该节点必须具有强大的刚度，以保证主梁和立柱的刚性连接 角隅节点和主梁（或立柱）相连接的截面受有很大的负弯矩，因此 在节点内缘，混凝土受有很高的压应力，在节点的外缘可能出现较 大的拉应力（“内压外拉”）
4、刚构桥计算要点：内力计算
恒载内力计算
按施工过程叠加恒载内力 考虑施工过程受力体系及截面的实际情况
活载内力计算
影响线加载计算最不利内力 小跨度按照等刚度法考虑荷载横向分布 大跨度箱梁应作专门的横向应力分析
4、刚构桥计算要点：次内力计算
均匀温度变化（年温差）次内力 日照温差（梯度温差）次内力 预加力次内力 混凝土收缩次内力 混凝土徐变次内力 基础不均匀沉降次内力
基底约束、混凝土弹模
当刚构基础位于变形甚小的地基中时，支柱底端可认为是固定的。 若刚构基础位于中等坚实的地基中时，则仅在下列情况下，支柱底 端可认为是固定的：即由于基础有足够大的尺寸，致使基础底面一 边的土压应力与另一边之比不大于 3 倍时。 关于混凝土的弹性模量Eh：根据现行规范规定，计算变形时截面刚 度按0.8EhI计。
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
连续刚构桥——用于柔性墩或大跨度高墩桥梁 虎门西航道桥：L=270m
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
Raftsund Bridge, Norway. 1998, L=202m+298 m
(86+202+298+125) m, the maximum clearance to the sea is 45 metres. 双车道公路桥，梁高3 m ~ 14.5 m ( h/L = 1/99.3 ~ 1/20.6 )。 在主跨采用了轻质混凝土。
斜腿刚构桥——受力形式接近拱桥，可获得较大跨度或 较小的梁高
1、概述：主要类型（斜腿刚构桥）
1、概述：主要类型（斜腿刚构桥）
1、概述：主要类型（斜腿刚构桥）

安康汉江桥，标准名称为石庙沟铁路大桥，位于陕西省安康水电站的专用 线上，襄渝铁路石庙沟车站附近。1983年建成。 主跨为176m，主梁分跨：56＋3×64＋56（m）。 桥墩采用圆形空心墩，设有水平板铰与主梁相连以传递斜腿刚构的纵向水 平力。
混凝土桥 Concrete Bridge
西南交通大学土木工程学院桥梁工程系 杨兴旺
主要教学内容
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 绪论 桥梁工程的规划与设计 桥梁的设计作用（荷载） 桥面构造 混凝土简支梁桥 混凝土连续梁桥 混凝土连续刚构桥 混凝土拱桥 桥梁墩台与支座
教学内容
第7章 刚构桥
刚构桥概述
角隅受力和配筋特点
2、构造特点：角隅
箱型截面角隅节点构造
2、构造特点：斜腿与主梁交点
斜腿与主梁交点构造
2、构造特点：墩柱与主梁交点
连续刚构墩柱与主梁交点构造
2、构造特点：铰 铰的分类
铅 板 铰 钢 铰 混凝土铰
铅板铰示意
2、构造特点：铰
混凝土铰 构造
2、构造特点：预应力束
V型墩刚构——内部高次超静定，外部接近连续梁
1、概述：主要类型（V型墩刚构桥）
V形墩 连续刚构桥
V形墩 连续梁桥
1、概述：主要类型（高跨比）
部分已建成的预应力混凝土连续刚构桥
1、概述：主要类型（高跨比）
PC连续刚构桥与PC连续梁桥高跨比比较
PC连续刚构桥 PC连续梁桥
VS
1、概述：常用计算图示
均布荷载q
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
均布荷载q
连续梁桥
均布荷载q
三跨连续梁桥
VS
三跨连续刚构桥
恒载、活载负弯矩卸载作用基本与连续梁接近； 桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小； 弯矩图面积减小，跨越能力更大，能够更为有效地控制梁高； 线形匀称，无需大型支座，经济性一般优于连续梁桥； 超静定次数更高，更易受基础变位、温度变化等因素影响。
刚构桥的主要尺寸包括主梁跨度和高度、支柱高度和厚度， 以及桥的横向宽度等。这些尺寸决定了主梁和支柱的刚度 及两者的比例。
3、刚构桥设计要点：主要尺寸拟定
主梁尺寸拟定
– 悬臂长度通常取中跨跨度的0.2~0.6 – 主梁的结构尺寸基本与连续梁相同 （公路桥）跨中梁高：(
1 1 ～ ) l 50 60 1 1 ～ ) l 17 20
1、概述：主要类型
单跨刚构桥 斜腿刚构桥 连续刚构桥 V型墩刚构桥
1、概述：主要类型（单跨刚构桥）
单跨刚构桥——主要用于中小跨度的跨线桥，建筑高度小
1、概述：主要类型（单跨刚构桥）
Rosenstein Bridge ：L=68 m，h中＝1.65 m（1/41.2）
1、概述：主要类型（斜腿刚构桥）
预应力配束特点： （1）三向预应力体系 腹板、顶底板——纵向预应力 顶板——横向预应力 腹板——竖向预应力 （2）纵向预应力束配置的争论 下弯束设置与否？
2、构造特点：预应力束
预应力配束特点：
3、刚构桥设计要点：结构体系选择
连续刚构桥的内力分布主要取决于：
• • 主梁与支柱的刚度比R 悬臂长度
R→∞：主梁端部负弯矩很小，跨中正弯矩很大，趋于简支梁（单 跨钢构），支柱基本不承受弯矩。 R→0：主梁端部负弯矩很大，跨中正弯矩很小，趋于固端梁，支柱 承受弯矩较大。 同时，基础水平推力、次内力以及结构变形均受R的影响。 增大悬臂长度，可减小端支柱弯矩和跨中正弯矩，但会加大主梁变 形和主梁弯矩的变化范围。 合理选取结构体系，以获得合理的结构内力
刚构桥的支承分铰结和固结两种：
固结刚构桥的基础要承受固端弯矩，其次内力也比铰结刚 构桥大得多；优点是能够减小主梁弯矩。 铰结刚构桥的基础基本不承受固端弯矩，次内力较小；但 其构造和施工都比较复杂，养护也更麻烦。
刚构桥的结构形式主要包括（4种）：
单跨刚构桥 斜腿刚构桥 连续刚构桥 V型墩刚构桥
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
Raftsund Bridge, Norway. 1998, L=202m+298 m
施工过程中在主跨两双薄壁墩的外侧各设立一个施工临时辅助墩。
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
Raftsund Bridge, Norway
1、概述：主要类型（连续刚构桥）
Stolma Bridge, Norway (1998). L=301m
由梁和柱组成的组合体系桥梁 在竖向荷载作用下，主梁在与 墩连接的部位将产生负弯矩 在竖向荷载作用下，刚构桥的 桥墩除承受压力外，还承受弯 矩作用，可通过墩的抗弯刚度 分担梁部跨中正弯矩 梁和墩同时承受弯矩、剪力和 轴力 墩底既有竖向力也有水平力， 对基础的要求高
均布荷载q
1、概述：结构体系特点
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
5、刚构桥示例及存在的问题：示例
1、概述：常用计算图示
单跨刚构桥
1、概述：常用计算图示
斜腿刚构桥
1、概述：常用计算图示
连续刚构桥
1、概述：常用计算图示
V型墩刚构桥
2、构造特点
刚构桥的桥面构造和梁式桥没有什么区别 主梁截面形式
主梁截面形式与连续梁桥相同 • 等截面、变高度截面 单跨刚构桥——矩形截面 斜腿刚构——箱型截面、多肋式 连续刚构——大跨度：变高度箱梁 小跨度：多室扁箱梁 V型墩刚构——箱型截面、多肋式