裝配式簡支梁橋的設計與構造

1、第三章 裝配式簡支梁橋的設計和構造v綜述：綜述：v簡支梁橋是梁式橋中應用最早，使用最廣泛的一種橋型。簡支梁橋是梁式橋中應用最早，使用最廣泛的一種橋型。v它受力簡單，梁中只有正彎矩，常用它受力簡單，梁中只有正彎矩，常用T型截面梁這種構造簡型截面梁這種構造簡單的截面形式；單的截面形式；v體系溫變，混凝土收縮徐變，張拉預應力等均不會在梁中產(chǎn)體系溫變，混凝土收縮徐變，張拉預應力等均不會在梁中產(chǎn)生附加內(nèi)力生附加內(nèi)力，設計計算方便，最易設計成各種標準跨徑的裝，設計計算方便，最易設計成各種標準跨徑的裝配式結構。配式結構。v由于簡支梁是靜定結構，結構內(nèi)力不受地基變形的影響，對由于簡支梁是靜定結構，結構內(nèi)力不受

2、地基變形的影響，對基礎要求較低，能適用于地基較差的橋址上建橋。基礎要求較低，能適用于地基較差的橋址上建橋。v在多孔簡支梁橋中，相鄰橋孔各自單獨受力，便于予制、架在多孔簡支梁橋中，相鄰橋孔各自單獨受力，便于予制、架設，簡化施工管理，施工費用低，因此在城市高架、跨河大設，簡化施工管理，施工費用低，因此在城市高架、跨河大橋的引橋上被廣泛采用。橋的引橋上被廣泛采用。v為減少伸縮縫裝置，改善行車平整舒適，國內(nèi)目前常采用橋為減少伸縮縫裝置，改善行車平整舒適，國內(nèi)目前常采用橋面連續(xù)的預應力混凝土簡支梁橋。面連續(xù)的預應力混凝土簡支梁橋。v其優(yōu)點：v1.簡支梁橋是單孔靜定結構，受力明確、構造簡單、施工方便，是中

3、小跨徑橋梁中應用最廣的橋型；v2.簡支梁橋的結構尺寸易設計成系統(tǒng)化和標準化，這有利于組織大規(guī)模預制生產(chǎn)，并用現(xiàn)代化起重設備進行安裝；v3.采用裝配式施工方法，可大量節(jié)約模板支架材料，降低勞動強度，縮短工期；v近年來，國內(nèi)為對于中小跨徑的橋梁，大量采用裝配式鋼筋砼簡支梁橋或預應力砼簡支梁橋。開封黃河公路大橋開封黃河公路大橋，共108孔，77孔為50米預應力T梁，31孔為20米鋼筋混凝土T梁，450米一連橋面連續(xù)；3-1 裝配式簡支梁橋的構造類型一、裝配式簡支梁橋的一、裝配式簡支梁橋的截面形式截面形式v主梁的橫截面形式有三主梁的橫截面形式有三種基本類型：種基本類型：T型、箱型、型、箱型、TT型截面

4、；型截面；v模板化生產(chǎn)，易于系列模板化生產(chǎn)，易于系列化、標準化；化、標準化；v高寬比例適當優(yōu)化，以高寬比例適當優(yōu)化，以增大抗彎慣距，增大剛增大抗彎慣距，增大剛度；度；v2060米有標準圖；米有標準圖；v跨度增大，梁重增加快；跨度增大，梁重增加快；措施措施縱向分塊、橫向縱向分塊、橫向分塊（少用）。分塊（少用）。二、構件的劃分方式減輕塊重的措施v塊件劃分應遵循的原則：根據(jù)建橋現(xiàn)場實際可能的預制、運輸和起重等條件，確定拼裝單元的最大尺寸和重量；快件的劃分應滿足受力要求，拼裝接頭應盡量設置在內(nèi)力較小處；拼裝接頭的數(shù)量要少，接頭形式要牢固可靠，施工要方便；構件要便于預制、運輸和安裝；構件的形狀和尺寸應力

5、求標準化，增強互換性，施工要方便。v目前常用的塊件劃分方式有：縱向豎縫劃分、縱向水平縫劃分、縱橫向豎縫劃分1.縱向豎縫劃分-在簡支梁中應用最為普遍v在這種結構中，作為主要承重構件的各根主梁都是整體預制的，接頭和接縫僅布置在次要構件橫隔梁和行車道板內(nèi)，而且結構部分全為預制拼裝，不需要現(xiàn)澆砼。這樣可使主梁受力可靠，施工也方便。v其缺點是構件的尺寸和重量都很大，增加運輸和安裝上的困難。v我國最近編制的裝配式鋼筋砼和預應力砼T形簡支梁橋的標準設計，都采用這種塊件劃分方式。2.縱向水平縫劃分v其目的是減小拼裝構件的起重重量和尺寸，以便于集中預制和運輸?shù)跹b。v縱向水平縫將梁肋和板分隔開來，借助縱橫向的豎縫

6、將板劃分成平面成矩形的預制構件。施工時先架設梁肋，再安裝預制板，最后在接縫內(nèi)或連同在板上現(xiàn)澆一部分砼使結構成整體成為組合式梁橋。v受力分析：梁肋和翼板間的砼施工接縫削弱了梁板的整體受力能力 組合梁受力是分階段的+qpp pq+pq3.縱、橫向豎縫劃分縱向豎縫劃分的主梁再通過橫向豎縫劃分成較小梁段。安裝就位后，必須串聯(lián)以預應力筋施加預應力才能保證其足夠的連接強度。因此，橫向分段預制的裝配式梁也稱串連梁。 3-2 3-2 裝配式鋼筋混凝土簡支梁橋裝配式鋼筋混凝土簡支梁橋主要問題：主要問題：1.一般構造；一般構造； 2.主要截面尺寸；主要截面尺寸； 3.配筋特點配筋特點 4.聯(lián)結、局部構造聯(lián)結、局部

7、構造 裝配式鋼筋砼簡支梁橋以T形梁橋最為普遍，我國已擬定了標準跨徑為10m、13m、16m和20m四種公路橋梁標準設計。圖示：典型的裝配式T形梁橋上部構造概貌一、構造布置1.主梁布置一般主梁間距在1.52.2m之間，對于行車道凈寬7m+人行道的結構，選用四梁式或五梁式。2.截面尺寸主梁梁肋尺寸高度：梁高與跨徑之比（高跨比）的經(jīng)濟范圍大約為1/111/16，對于跨徑10m，13m，16m，20m的標準設計所采用的梁高相應為0.9m、1.0m、1.1m、1.3m。寬度：梁肋寬度為15 18cm，視梁內(nèi)主筋直徑和鋼筋骨架片數(shù)而定。橫隔梁尺寸橫隔梁比主梁稍矮，約3/4主梁高，肋寬1216厘米。主梁翼板

8、尺寸主梁翼板尺寸翼板寬度應比主梁間距小翼板寬度應比主梁間距小2cm。翼板厚度應滿足強度和構造最小尺寸的要求：翼板厚度應滿足強度和構造最小尺寸的要求：根據(jù)受力特點，做成端部較薄，向根部逐漸加厚。根據(jù)受力特點，做成端部較薄，向根部逐漸加厚。為保證翼板與梁肋連接的整體性，翼板與梁肋銜接處的為保證翼板與梁肋連接的整體性，翼板與梁肋銜接處的厚度應不小于主梁高度的厚度應不小于主梁高度的1/10。一般翼板的端部厚度取一般翼板的端部厚度取8cm。鋼筋砼鋪裝層構造T 梁受力特點彎距包絡圖 3.主梁鋼筋構造一般構造一般構造 裝配式裝配式T型簡支梁橋的型簡支梁橋的鋼筋可分為：鋼筋可分為： 縱向主鋼筋、縱向主鋼筋、

9、架立鋼筋、架立鋼筋、 斜鋼筋（彎起鋼筋）、斜鋼筋（彎起鋼筋）、 箍筋、箍筋、 分布鋼筋（構造）分布鋼筋（構造） 等幾種。等幾種。主筋簡支梁承受正彎矩作用，故抵抗拉力的主鋼筋設置在梁肋下緣；隨著彎矩向支點處減小，主鋼筋可在跨間適當位置處切斷或彎起；為保證主筋在梁端有足夠的錨固長度和加強支承部分的強度，至少有2根，并不少于20%的主筋應伸過支承截面；兩側的受拉鋼筋應伸出支點截面，并彎成直角順梁端延伸至頂部；兩側不彎起的主筋伸出支承面的長度：帶半圓彎鉤的光圓鋼筋15d，帶直角彎鉤的螺紋鋼筋20d，環(huán)氧樹脂涂層鋼筋為12.5d。斜鋼筋斜鋼筋與梁軸線布置成45；彎起鋼筋應按圓弧彎折，圓弧半徑不小于10d

10、。分布鋼筋直徑為610mm，靠近下緣應布置得密些，上部可稀些；其截面面積： 鋼筋間距在受拉區(qū)不應大于梁肋寬度，且不大于20cm，在受壓區(qū)不應大于30cm，在支點附近間距10-15cm。 箍筋直徑不小于8mm且不小于1/4主筋直徑，其間距不大于梁高的1/2，和40cm，在支座中心向跨徑方向長度相當于不小于一倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距不宜大于10mm，且近梁端第一個箍筋應設置在距端面一個混凝土保護層距離處。架立鋼筋布置在梁肋的上緣，主要起固定箍筋和斜筋，并使梁內(nèi)全部鋼筋形成立體或平面骨架。0.002)bh001. 0(sAv通過支承截面不彎起的主拉鋼筋，長度圓鋼筋15d，螺紋鋼筋10d砼保護層厚度主鋼

11、筋離底部凈距不小于3厘米，不大于5厘米，與側面凈距不小于2.5厘米；砼表面至箍筋或防裂分布鋼筋間的凈距應不小于1.5厘米。其他各主筋間凈距3cm；主筋在三層及三層以下時，凈距3cm且d；主筋在三層以上時，凈距3cm且1.25d。鋼筋聯(lián)接v焊接鋼筋骨架，按規(guī)范焊縫強度不低于鋼筋本身強度，對焊縫條件的長度應滿足下列條件：配筋特點-翼板鋼筋vT梁翼緣板內(nèi)的受力鋼筋沿橫向布置在板的上緣，以承受懸臂負彎矩，在順主梁跨徑方向還應設置少量的分布鋼筋。按公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范要求，板內(nèi)主筋直徑不小于10mm，每米板寬內(nèi)不應少于5根。分布筋的直徑不小于6mm，間距不大于25cm，在單位板寬內(nèi)分

12、布筋的截面積不少于主筋截面積的15%，在有橫隔梁的部位分布筋的截面積應增至主筋截面積的30%，以承受集中輪載作用下的局部負彎矩，所增加的分布鋼筋每側應從橫隔梁軸線伸出l/4。vT梁在澆注橋面鋪裝層之前，尚應按施工荷載驗算頂部主筋的受力，如施工荷載很大，則板內(nèi)的配筋由施工荷載控制。配筋特點-梁端加強鋼筋v在梁端底層主筋的上下側各設一層6 8的鋼筋網(wǎng)，以增強梁端砼的抗裂強度。最小錨固長度v對于各種受力鋼筋，通過計算和作圖允許將其在梁內(nèi)切斷，則被切斷的鋼筋應當比理論切斷點再放長一個規(guī)定的錨固長度，以保證該筋從理論切斷點起充分受力。T梁配筋圖4.裝配式主梁的連接構造v通常在設有端橫隔梁和中橫隔梁的裝配

13、式T形梁橋中，均借助橫隔梁的接頭使所有主梁連接成整體。 圖示為常用的中主梁橫隔梁的構造形式。v為了簡化接頭的現(xiàn)場施工，也可采用螺栓接頭，此方法基本上與焊接接頭相同，不同之處是蓋接鋼板不用電焊，而是用螺栓與預埋鋼板連接，因此鋼板上要預留螺栓孔。中主梁橫隔梁構造3-3 3-3 裝配式預應力混凝土簡支梁橋裝配式預應力混凝土簡支梁橋v比較廣泛的橋梁結構形式；比較廣泛的橋梁結構形式；v跨徑大于跨徑大于20米，目前可到米，目前可到65米；米；v其發(fā)展依賴于基本材料指標，如使用高強輕質(zhì)混其發(fā)展依賴于基本材料指標，如使用高強輕質(zhì)混凝土，高強預應力，預應力工藝、大噸位的張拉凝土，高強預應力，預應力工藝、大噸位的

14、張拉設備，大型安裝設備；設備，大型安裝設備；v橫截面類型基本與鋼筋砼簡支梁橋相似，橫截面類型基本與鋼筋砼簡支梁橋相似，T型、型、I型、型、TT型截面，有時為了提高單梁的抗扭剛度并型截面，有時為了提高單梁的抗扭剛度并減小截面，也可采用箱型；減小截面，也可采用箱型；v最長采用的是以縱向豎縫劃分的最長采用的是以縱向豎縫劃分的T梁，鑒于用預梁，鑒于用預應力筋施加預應力的特點，可做成橫向也分段的應力筋施加預應力的特點，可做成橫向也分段的串連梁。串連梁。一、構造布置v主梁間距全部采用1.6m，并根據(jù)橋面凈空和人行道的不同，在橫截面內(nèi)相應采用5、6、7片主梁；對于大跨徑預應力簡支梁橋，1.6偏小，應增大梁距

15、（1.82.3m）。vT梁的梁肋下部通常加寬做成馬蹄形，以便鋼絲束的布置和滿足承受很大預應力的需要；為配合鋼絲束的彎起及在梁端能布置鋼絲束錨頭和安放張拉千斤頂，在靠近支點處腹板也要加厚至與馬蹄同寬，加寬范圍最好達一倍梁高（離錨固端），這樣就形成了沿縱向腹板厚度發(fā)生變化，馬蹄部分也逐漸加高的變截面T梁。v橫隔梁基本與鋼筋砼梁相同，但當主梁跨度大，梁較高時，為減小重量將橫隔梁的中部挖空。T梁構造立面、斷面截面特征v形心軸；形心軸；v核心距核心距1）截面核心概）截面核心概念念2）軸向壓力在）軸向壓力在上、下核心之間上、下核心之間移動，截面不產(chǎn)移動，截面不產(chǎn)生拉應力生拉應力預應力T梁截面受力特點v預加

16、力階段，上緣達到預加力階段，上緣達到0應力；運營階段，截面下緣應力為應力；運營階段，截面下緣應力為0；vNy*e=Mg1; 偏距偏距 e 抵消主梁自重，應在設計中使截面形心高一些以增大偏距；抵消主梁自重，應在設計中使截面形心高一些以增大偏距；v(Ny-Ny)*(Ku+Ko)=Mg2+Mp；【；【 Ny 預應力損失】預應力損失】核心距核心距K= Ku+Ko,反映運營階段承載能力，反映運營階段承載能力，K越大越節(jié)省預應力筋；越大越節(jié)省預應力筋；v截面效率指標截面效率指標 =K/h , 一般在一般在0.450.5以上較經(jīng)濟以上較經(jīng)濟普通鋼筋砼普通鋼筋砼T梁梁 與與 預應力砼預應力砼T梁的抗力效應比較

17、梁的抗力效應比較v普通鋼筋砼普通鋼筋砼T梁梁鋼筋合力（拉應力）中心與砼合力（壓應力）中心為鋼筋合力（拉應力）中心與砼合力（壓應力）中心為“內(nèi)力偶距內(nèi)力偶距” ；鋼筋合力鋼筋合力（拉應力合力）【或砼的壓應力合力、二者為一對平衡力（拉應力合力）【或砼的壓應力合力、二者為一對平衡力 】為為“內(nèi)力內(nèi)力”； “內(nèi)力偶距內(nèi)力偶距”、 “內(nèi)力內(nèi)力”的乘積構成的乘積構成抵抗彎矩抵抗彎矩； “內(nèi)力偶距內(nèi)力偶距” 基本不變，基本不變， “內(nèi)力內(nèi)力”變化（不同截面縱筋數(shù)量不同）；變化（不同截面縱筋數(shù)量不同）； 以變化的以變化的“抵抗彎矩抵抗彎矩” 來抵抗荷載效應。來抵抗荷載效應。v預應力砼預應力砼T梁梁預應力筋合力

18、（壓應力）中心的預應力筋合力（壓應力）中心的“偏心距偏心距” 【內(nèi)力偶距】?！緝?nèi)力偶距】。預應力筋合力預應力筋合力（壓應力合力）（壓應力合力）為為“偏心力偏心力”； “偏心距偏心距” 、 “偏心力偏心力”的乘積構成的乘積構成“預加彎矩預加彎矩”； “偏心距偏心距”變化變化預應力筋彎起，預應力筋彎起， “偏心力偏心力”基本不變（彎起角不同，有少量變化）?；静蛔儯◤澠鸾遣煌?，有少量變化）。 以變化的以變化的“預加彎矩預加彎矩” 來抵抗荷載效應。來抵抗荷載效應。 “預加彎矩預加彎矩” 在不同的階段（或截面）在不同的階段（或截面） ，其效應不同；，其效應不同；在施工階段（梁端）一部分是負效應；在施工

19、階段（梁端）一部分是負效應； “預加彎矩預加彎矩”要獲得更大的正效應、避免過大的負效應，必須使要獲得更大的正效應、避免過大的負效應，必須使 “偏心距偏心距” 的允許變化范圍盡可能的大。的允許變化范圍盡可能的大。 使上、下緣都不出現(xiàn)拉應力，使上、下緣都不出現(xiàn)拉應力，“偏心距偏心距”只能在上、下核心之內(nèi)只能在上、下核心之內(nèi)變化。即：變化。即：上、下核心距越大，預應力筋越好布置，效果越好。上、下核心距越大，預應力筋越好布置，效果越好。二、截面尺寸v梁高一般取高跨比1/151/25，隨跨徑增大取小值，隨梁數(shù)減少取較大值；對于一般中等跨徑的預應力砼T梁，高跨比可取 1/161/18。v梁寬一般1.62.

20、5m，跨徑大取大。v肋寬一般由構造和施工要求決定，實踐中通常采用0.180.20m。v主梁腹板下端要擴大成馬蹄形，做法：寬度約為肋寬的24倍，管道保護層不小于6厘米；馬蹄全寬部分高度加1/2斜坡區(qū)高度約為（0.150.2）h；斜坡宜陡于45；馬蹄面積不宜少于全截面的10%20%，馬蹄部分不宜過高。三、裝配式預應力砼梁的配筋特點 預應力砼梁內(nèi)的配筋：縱向預應力筋、 架立鋼筋、 箍筋、 水平分布鋼筋、 承受局部應力的鋼筋 構造鋼筋配筋特點v縱向預應力鋼筋，縱向預應力鋼筋，盡可能采用后張盡可能采用后張法曲線布置，對法曲線布置，對抵抗彎距、剪力抵抗彎距、剪力有利；考慮預應有利；考慮預應力損失彎起角不力損失彎起角不能太大；能太大；v在跨中截面，盡在跨中截面，盡可能使預應力重可能使預應力重心靠下，滿足構心靠下，滿足構造要求下，各束造要求下，各束預應力筋互相靠預應力筋互相靠近，減小馬蹄尺近，減小馬蹄尺寸；寸；v一般錨固在梁端一般錨固在梁端腹板，特殊情況腹板，特殊情況頂板可布置；頂板可布置；v1.縱向預應力筋的布置裝配式后張預應力砼簡支T梁，在跨中截面，預應力筋均靠近梁的下緣布置，在一定區(qū)段后逐漸彎起。預應力筋彎起的曲線形狀可以采用圓弧形、拋物線或懸鏈線三種。預應力筋彎起的曲率半徑，當采用鋼絲