预应力混凝土连续梁桥

6.2 预应力混凝土连续梁桥 6.2.1 力学特点及适用范围 连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受正弯矩， 中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。作为超静定结构，温 度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使桥梁结构产生次内力。 由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂，能充分发挥高强材料的特性，促使结构 轻型化， 预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力， 加之它具有变 形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、超载能力大、养护简便等优点，所以在近代桥梁建 筑中已得到越来越多的应用。 预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和大跨径的桥梁。 6.2.2 立面布置 预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题，可以 设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式（图 6.1） 。结构形式的选择要考虑结构 受力合理性，同时还与施工方法密切相关。 a b a.不等跨不等截面连续梁 b. 等跨等截面连续梁 图 6.1 连续梁立面布置 1桥跨布置 根据连续梁的受力特点，大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置，但多于三跨 的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。 当采用三跨或多跨的连续梁桥时， 为使边跨与中跨 的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的 0.8 倍为宜，当综合考虑施工和其 他因素时，边跨一般取中跨的 0.50.8 倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加 边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨 支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通 航（车）净空及地质条件等因素的限制，并且同时总长度受到制约时，可采用多孔小边跨与 较大的中间跨相配合，跨径从中间向外递减，以使各跨内力峰值相差不大。 桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥、选用顶推法施工或者简支连续施工的桥梁， 多采用等跨布置，这样做结构简单，统一模式。等跨布置的跨径大小主要取决于经济分跨和施工的设备条件。 连续梁跨数以三跨连续梁用得最为广泛，连续梁桥连续超过五跨时的内力情况虽然与 五跨时相差不大，但连续过长会造成梁端伸缩量很大，需设置大位移量的伸缩缝，因此，连 续跨数一般不超过五跨。 2梁高选择 （1）变截面连续梁桥 连续梁桥支点截面负弯矩绝对值比跨中正弯矩大， 采用变截面形式符合受力特点， 同时 变截面梁一般采用悬臂法施工，变高度梁与施工阶段内力相适应。从美学观点看，变高度梁 比较有韵律感。 变截面梁的梁底线形可采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。二次抛物线与连续梁 的弯矩变化相适应，最常采用。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁高约为最大跨径的sHml201151，跨中梁高 H 约为支点梁高的sH 5 . 2 16 . 1 1。 (2)等截面连续梁桥 连续梁桥采用等截面布置，构造简单、预制定型、施工方便，随着施工方法的发展愈来 愈受到重视。中等跨径 4060m 的连续梁桥，若采用预制装配施工和就地浇筑施工，为便 于预制安装和模板周转使用，宜选用等截面布置。采用顶推法施工，为便于布置顶推和滑移 设备，一般均采用等截面梁。对于长桥，选用中等跨径，采用逐跨架设施工和移动模架法施 工，按等截面布置最为有利，它可以使用少量施工设备完成全桥的施工。 等截面连续梁桥的梁高，在拟定时可参考有关资料选用，可取梁高与最大跨径的关系mlH)301151(=。当桥梁的跨径较大，采用顶推法施工时，梁高的选择不仅取决于桥梁的跨径， 同时还要考虑顶推施工时对梁高的要求， 为了避免顶推法施工最大悬臂时的不利受力 状态，通常可设置临时墩。不设置临时墩时，梁高与顶推跨径之比选在 112115 为宜。 6.2.3 截面形式及尺寸 预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多， 一般应依据桥梁的跨径、 宽度、 对梁高的要求、 支承条件、 桥梁的总体布置和施工方法等方面确定。 合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁 的重量、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能都具有十分重要的意义。 预应力混凝土连续梁桥常用的横截面形式有板式（包括空心板） 、T 形梁式（包括宽肋 梁）和箱形梁式（图 6.2） 。 a）常用的板式、肋式截面形式 b）箱形截面形式之一 c）箱形截面形式之二 图 6.2 连续梁桥典型截面形式图 1板式和 T 形梁式截面 板式和 T 形梁式截面一般只适用于中、小跨径的连续梁桥。板式桥构造简单，施工方 便，建筑高度小，在高架道路上用的较多。图 6.1（a）示出典型板、T 形梁式截面形状。矩 形实体截面已较少使用，代替矩形实体截面的是曲线形整体截面。当桥墩在横截面上是 Y 形支承时，可选取双峰形实体截面。实体截面的连续梁桥常采用在支架上现浇施工。空心板 截面常用于跨径 1530m 的连续梁桥，板厚可取 0.81.2m。 肋式截面预制方便，常采用预制架设施工，并在梁段安装完之后，经体系转换为连续梁 桥。常用跨径 3050m，梁高一般取 1.62.5m。为简化多肋 T 梁的施工，也有采用宽矮肋 的单 T 断面，肋宽可达 34m，外悬长翼板，称之为脊形梁或成为异形结构。总体来说， 由于肋式截面肋的宽度不大， 布置钢筋受到限制， 在负弯矩区承压面积不大， 因此应用不多。 2箱形截面 当连续梁的跨径超过 4060m 时，主梁多采用箱形截面。箱形截面为闭口截面，截面 具有良好的抗弯和抗扭性能， 并且箱形截面有顶板和底板， 可以在跨中或支座部位能有效地 抵抗正负弯矩。图 6.2（b）示出常用的箱形截面，其中单箱单室截面多用在顶板宽度小于 18m 的桥梁；单箱双室截面适用于顶板宽度 25m 左右；双箱单室截面顶板宽度可达 40m 左 右；圆空式单箱双室截面适用于顶板宽度 15m 左右；单箱多室截面的桥梁宽度可不受限制。 此外，箱式截面还有单箱三室、双箱双室、多箱单室等。 单箱单室截面受力明确、施工方便、节省材料用量。因此，当桥宽在 2025m 范围之 内，也有不少桥梁采用单箱单室截面，但需要在截面构造上采取一定的措施。如图 6.2（c） 上图所示，为了加强长悬臂板的抗弯刚度，可采用横梁加劲、斜撑加强，或在顶板上设置横 向预应力筋，以后一种方法最为常见。 直腹板箱梁构造简单，施工方便，主要用于箱宽不大时。斜腹板箱梁可减小底板的横 向跨度，节省下部结构的圬工量，同时能有效的减小迎阳面，改善风的攻击角，改善温度应 力和抗风性能，但模板制造较复杂。 分离式箱梁（图 6.2c）特点是结构简单，受力明确，横向分布系数小，施工时可分箱进 行，施工简单。 （1）顶板和底板厚度 箱形梁顶板和底板厚度既要满足纵、横向的受力要求，又要满足结构构造及施工上的 需要。其选定原则如下： 箱梁顶板厚度要满足布置纵、横预应力筋的构造要求，同时还要满足桥面板横向弯矩 的受力要求。不设横向预应力筋时顶板厚度与腹板间距的关系可以参考表 6.1 选取。当设有 横向预应力筋时，顶板厚度需足够布置预应力筋的套管并留有混凝土注入的间隙。 表 6.1 腹板间距与顶板厚度 腹板间距（m） 3.5 5.0 7.0 顶板厚度（cm） 18 20 28 顶板两侧悬臂板的长度是调节顶板内弯矩的重要因素。悬臂板长度一般采用 25m， 当长度超过 3m 后，一般需布置横向预应力筋。 对于变截面连续梁，箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取 1518cm；配有预应力筋，厚度一般为 2025cm。 在负弯矩区特别是在靠近桥墩的截面底板，承受较大的负弯矩，由于底板的宽度比顶板小得多，底板的厚度要比顶板大，以适应受压要求。墩顶处底板厚度一般为支点梁高的 1/101/12，底板厚度由跨中向支点逐渐加厚。 对于顶推法施工的等高连续梁，由于施工过程中截面承受交变的正负弯矩，底板往往 设计成等厚。 （2）腹板厚度 跨中腹板厚度的选定，主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求。 一般情况下可按以下原则选用：腹板内无预应力筋时，可取 20cm；腹板内有预应力筋时， 可取 2530cm；腹板内有预应力筋锚固头时，取 35cm。为满足支点较大剪应力要求，墩上 或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到 3060cm，特殊情况可达 100cm。大跨度桥腹板应采 用变厚度形式，从跨中向支点分段线形逐步加厚，变厚段一般为一个节段长。为方便施工， 简化内模构造，中、小跨径连续梁桥腹板一般采用等厚度形式。 3横隔梁（板） 采用 T 型截面的连续梁桥，其横截面的抗扭刚度较小，为增加桥梁的整体性和横向刚 度，一般均需设置中横隔板和端横隔板。中横隔板的数目、位置及构造与简支梁相同。 箱形截面的抗弯刚度和抗扭刚度较大， 除在支点部位设置横隔板外， 中间横隔板的数目 较少，即使有横隔板，对横向刚度影响并不显著，而且增加了施工难度，目前的趋势是少设 或不设中间横隔板。 对于弯、 斜梁， 设置中横隔板的效明果显， 横隔板的厚度可取 1520cm。 箱梁支点处端横隔板的尺寸和配筋形式与箱梁的支承方式有关。 当支座直接位于主梁腹 板之下时， 端横隔板的主要作用是增加箱梁横向刚度， 限制箱梁的畸变， 横隔板厚度为 30 50cm，横隔板中只需配置一定数量普通钢筋（图 6.3） 。当支座设置在横隔板中部时，横隔 板还要承担着传递支反力的作用，是重要的受力结构，如采用普通钢筋混凝土结构，横隔板 内的抗剪、抗弯及抗裂钢筋交错密布，导致混凝土浇筑困难且不易振捣密实，而如果采用预 应力混凝土，横隔板厚度一般小于 80cm，横隔板中设置曲线形的预应力筋，如图 6.4 所示， 则可避免钢筋混凝土横隔板所产生的弊病。为满足施工、维修和通风要求，横隔板上一般设 置过人洞。 图 6.4 箱梁中横隔梁的预应力筋布置示意图图 6.3 箱梁中的横隔梁配筋示意图6.2.4 预应力钢筋构造 连续梁纵向预应力筋为主筋，其数量与布置位置根据使用阶段及施工阶段受力要求确 定。 此外在大跨度梁腹板内常布置竖向预应力筋。 跨度较大的箱梁顶板和悬臂板内也常布置 横向预应力筋。 在顶推法或分跨施工的连续梁中， 有时部分主筋需要逐段接长， 接长的方法常采用连接器完成， 我国目前常用的一种连接器构造如图 6.5 所示。 这种连接器用于主筋采用高强钢丝 组束，使用镦头锚。施工时先张拉锚环 A，并用螺帽锚固。锚环 B 由连接器接长使用。螺丝 结合的连接器需要一定的加工精度，施工也较麻烦，但它比起分段张拉、分段锚固的钢束要 节省钢材。此外，连接器亦可考虑采用销钉结合，预计在构造和施工上要方便些。 图 6.5 力筋连接器 当施工阶段需要的力筋而在使用阶段不需要时， 如果保留这些力筋， 对截面的受力反而 不利，通常必须采取反向配束来克服它的影响，在这种情况下，为施工需要应设置临时筋， 在施工完成后予以解除， 目前国内常用的作法是将临时筋与永久筋用连接器接长张拉， 在施 工期间临时束不压浆，待施工结束后割断连接器与临时筋的锚头。当然，这样设置临时筋要 复杂一些，既要预留孔道，又要张拉锚固，施工完成后还有解除的工序。如果将临时筋设置 在梁体外，临时沿箱内壁锚固，则在构造和施工上要简单的多。此外，尚可用控制张拉力的 方法满足使用阶段和施工阶段的不同要求， 力筋的张拉力先按施工要求张拉， 施工完成后再 张拉到设计要求。 这样做的优点便于布束， 同时满足各阶段的受力要求， 但张拉工艺较复杂， 在施工阶段不能压浆， 还必须选择力筋和锚头便于重复张拉的类型。 对于施工期较长的桥梁， 尚需考虑力筋的防锈问题。此外，当施工阶段的受力大于使用阶段的受力时，或施工阶段与 使用阶段的力筋用量相差甚大时，不宜采取此法。 1纵向主筋的布置方式 纵向主筋常采用钢绞线或钢丝束，布置方式 有：连续配筋、分段配筋、逐段接长力筋、