悬臂与连续体系梁桥.ppt

第三章 悬臂与连续体系梁桥,悬臂与连续体系梁桥内容,3.1 悬臂梁桥,悬臂梁桥的概念 悬臂梁桥的结构类型和构造特点 悬臂梁桥的一般构造和适用场合 悬臂梁桥牛腿的构造特点和计算,悬臂梁桥的基本概念,将简支梁梁体加长，并越过支点就成为悬臂梁桥悬臂梁桥的结构类型及构造措施,1、悬臂梁桥的结构类型 悬臂梁桥的结构类型按照悬出的个数，可分为单悬臂梁桥和双悬臂梁桥 （1）单悬臂梁桥：将简支梁的一端加长至支点外形成； （2）双悬臂梁桥：将简支梁的两端均加长至支点外形成悬臂梁桥的构造特点,悬臂梁桥的立面布置,,,,,,,,,悬臂梁桥的横截面,,,,,,,,悬臂梁桥的计算要点,一般特点 1、跨径布置 各跨跨径比 悬臂长与跨径比 2、具体考虑因素 （1）材料 钢筋混凝土：悬臂较短，减小负弯矩 预应力混凝土：悬臂可适当加长 （2）施工方法 纵向分缝：必须考虑锚孔的吊装重量 横向分缝：可适当加长悬臂长度,3、特殊使用要求 城市桥梁可能要求较小的锚孔，但必须保证稳定性 4、截面形式 悬臂部分：吊装时采用肋梁，悬臂施工时采用箱梁 挂孔：一般采用肋梁,5、梁高 一般采用变高度梁 支点梁高/跨中梁高=2~2.5 优点：增加支点抗弯能力 不增加很多的弯矩 底缘曲线：抛物线、正弦曲线、圆弧、折线,6、腹板及顶底板厚度 顶板：满足横向抗弯及纵向抗压要求 一般采用等厚度，主要由横向抗弯控制 腹板：主要承担剪应力和主拉应力 一般采用变厚度腹板，靠近悬臂端处受构造要求控制，靠近支点处受主拉应力控制，需加厚 底板：满足纵向抗压要求 一般采用变厚度，悬臂端主要受构造要求控制，支点主要受纵向压应力控制，需加厚,7、配筋特点 顶板：配置横向钢筋或横向预应力钢筋 纵向钢筋：悬臂上只承担负弯矩，配置负弯矩钢筋 锚孔可能承担正或负弯矩需双向配筋 预应力钢筋弯出位置设齿槽或齿板 腹板：下弯的纵向钢筋 需要时布置竖向预应力钢筋,8、牛腿 截面小，受力复杂,悬臂梁桥的设计计算 （一）恒载内力 1、静定结构 2、变截面 3、手算可采用影响线加载 4、施工中的内力状态可能出现控制应力,恒载包括包括主梁自重内力 和二期恒载（栏杆、灯柱等） 引起的内力。

式中 为主梁自重内力（弯矩或剪力）， 为主梁自重集度，为相应主梁内力影响线坐标悬臂梁桥的设计计算 （二）活载内力 1、纵向--某些截面可能出现正负最不利弯矩 2、横向： 箱梁--专门分析 多梁式--横向分布系数，必须考虑横向分布系数沿桥纵向的变化 支点：杠杆原理 挂孔、悬臂：采用等刚度原则简化为等代简支梁，采用刚性横梁法或比拟正交异性板法计算活载内力计算 式中 为悬臂梁桥的荷载横向分布系数， 为内力影响线竖标，其他分别为冲击系数、荷载折减系数、车道荷载等悬臂梁桥的等刚度法,出发点 1、横向分布体现肋主梁抗弯与抗扭能力的比例关系； 2、不同体系的梁桥抗扭性能基本相同，抗扭刚度只与抗扭惯矩有关； 3、体系不同体现在总体抗弯刚度上； 4、采用挠度相等的办法计算等代刚度等代刚度的原理示意,边跨,边跨,等代简支梁法原理示意,中跨--锚梁与挂孔刚度相差悬殊时，悬臂等代为跨度2 的简支梁，挂孔等代为相同跨度的简支梁,中跨--锚梁与挂孔刚度相近时，悬臂与挂孔联合等代为跨度 的简支梁,牛腿的计算,一、计算截面宽度,二、计算截面内力,计算截面内力方程 -恒载和汽车荷载下支点反力（汽车荷载计入冲击力）； -汽车制动力或因温度变化引起的制作摩阻力，取较大者，当不计附加荷载时， =0；,-斜截面对垂直截面的倾斜角，竖直截面ab倾斜角 =0； -支座垫板高出牛腿底面的高度。

三、验算截面内力,1、竖直截面（按抗弯构件验算）（ ）,2、45°斜截面的抗拉验算（按轴心受拉构件）,3、最弱斜截面验算（按偏心受拉构件）,4、专门空间分析 对于重要的牛腿应作专门课题来验算,3.2 T形刚构桥,刚构桥的概念 一、定义： 1、定义：桥跨结构(梁或板)和墩台整体相连的桥梁称为刚构桥 2、受力特点： （1）梁墩柱刚性连接，梁因墩柱的抗弯而卸载，整个体系是压弯结构，也是有推力结构 （2）刚构桥的桥下净空比拱桥大，在同样净空要求下可修建较小的跨径 （3）刚构桥施工较复杂，一般用于跨度不大的城 市或公路的跨线桥和立交桥 （4）现在采用预应力混凝土和悬臂施工的刚构 桥，己成为大跨度桥梁竞争方案之一3、形式： （1）刚构构造分为直腿刚构（门式）和斜腿刚构 （2）V形墩刚构桥：为减少支柱肩部的负弯矩峰值，将支柱做成V形墩形式 （3）带拉杆形式：为方便采用悬臂施工，并且减少跨中正弯矩和挠度值，做成两端带拉杆的结构形式，施工时可在端部临时压重 （4）T形刚构：桥跨结构的上部梁在墩上采用两边平衡悬臂施工，首先形成一个T字形的悬臂结构．然后相邻的两个T形悬臂在跨中可用剪力铰或跨径较小的挂梁联成一体，称为带铰或带挂孔的T形刚构.,,,,V形墩刚构桥： 荷兰布里尔斯马斯桥,,日本：茨城县十王川桥 V形墩刚构桥,,桂林漓江桥 1987年 95m 国内第一次采用V形桥墩,,带拉杆形式刚构桥,,带铰的T形刚构桥,,带挂孔的T形刚构桥,,（5）连续刚构：如果在跨中采用预应力钢筋和现浇混凝土联成整体，则为连续刚构，亦称为连续一刚构连续体系,简称为连续刚构桥。

（6）分离式连续刚构桥：对于主梁连续时的多跨刚架桥，当强烈全长太大时，或者做成数座相互分离的主梁连续式刚构桥，主要用于城市高架桥4、适用 钢筋混凝土：中、小跨径 预应力钢筋混凝土：大跨度 直腿刚架（门式）和斜腿刚架：中、小跨径 T形刚构、连续刚构：大跨度,T形刚构桥的结构类型及构造,一、T形刚构桥的主要特点 T形刚构桥是一种具有悬臂受力特点的梁式桥，最早采用钢筋混凝土结构由于钢筋混凝土梁式结构承受负弯矩，顶面裂缝不可避免，因此钢筋混凝土T形刚构不可能做成很大的跨径而预应力混凝土T形刚均可直接采用悬臂施工法，从20世纪50年代产生以来，预应力混凝土T形刚构得难了迅速发展二、T形刚构桥的分类 预应力混凝土T形刚构桥，分为跨中带剪力铰的和跨内设挂梁的两种基本类型1)带铰的T形刚构桥 1、带铰的T形刚构是一种超静定结构，它的上部结构全部是悬臂部分，相邻两悬臂通过剪力铰相连接 2、优点：剪力铰是一种只传递竖向剪力而不传递纵向水平力和弯矩的连接构造当在一个T构结构单元上作用有竖向荷载时，相邻的T构单元通过剪力铰共同参与受力从结构整体受力和牵制悬臂端的变形分析，剪力铰对T形刚构桥的内力起到有利作用。

3、缺点：带铰的T形刚构桥由于温度变化，混凝土收缩徐变和基础不均匀沉陷等因素的作用会使结构内产生很难准确计算的附加内力，而且悬臂端因塑性变形产生挠度不易调整以致带来行车不平顺以及有时施工中还要强迫合拢等许多不足 其次，剪力铰不仅结构复杂、用钢量多，造成费用增加，而且铰和梁的刚度差异引起结构变形不协调，致使桥面不平顺，导致行车不舒适上述种种缺点限制了带铰T形刚构桥的应用范围2）带挂孔的T形刚构桥 1、挂孔的T形刚构桥是一种静定结构，与带铰的T形刚构相比，虽然各个T构单元完全独立作用时，其受力与变形情况稍差，但它消除了钢筋混凝土结构的缺点，充分发挥了结构在营运和施工中受力一致的独特优点， 2、受力明确，构造简单，特别是挂梁与多孔引桥简支跨尺寸相同时，更能加快全桥施工进度，从而获得更高的经济效益 3、虽增加了牛腿构造，但免去了剪力铰复杂构造 4、主要缺点除桥面伸缩缝多，对高速行车不利外，在施工中还增加预制与安装挂梁的机具设备T形刚构桥的计算,主要内容： 1、荷载横向分布计算 2、并联两箱梁桥面板横向内力计算 3、悬臂梁因徐变和温差产生的变形 4、牛腿计算 本书仅对前两项内容进行详解一、T形刚构桥荷载横向分布计算,主要计算两个参数 1、 的计算 T形刚构桥上的悬臂端与固定端同属静定结构体系。

当两者截面尺寸完全相同、自由端同时施加单位力P=1时，在根部截面产生的内力完全相同，但前者在自由端产生的垂直挠度却大于后者所以计算 时可以按照固端悬臂梁图进行计算，对于变高度悬臂梁则应用有限元程序计算如图所示2、 的计算 （1）当单元长度 不完全相等时， （2）当单元长度 相等时，悬臂梁均划分为m个单元， 其中：G-材料的剪切模量 m-所划分的单元数,,3、双箱梁并联悬臂梁的荷载横向分布 悬臂梁横截面为双箱双室或双箱单室的T形刚构桥，其两箱之间的荷载横向分布系数是借助牛腿处的端横隔梁和两箱之间的板来传递，每片箱梁的荷载横向分布系数m有以下两种方法求解： （1）杠杆原理法； （2）弹性支承梁法,1、杠杆原理法 该法适用于初步设计阶段是近似假定被简支在两箱中线处的支点上，绘出梁一个支点的反力影响线，在影响线上布置最不利车辆荷载确定反力，该反力即为荷载横向分布系数2、弹性支承梁法 该法的基本原理为：将悬臂梁两端沿纵向截取1m长的梁段，每片悬臂梁对该梁段的弹性抵抗力各用一根弹簧支撑来模拟，最后按照最不利工况布置车辆荷载后，计算得到支点处两个弹簧支撑反力即为求得的悬臂梁的竖向荷载横向分布系数m。

弹簧的刚度： 竖向 抗扭,,二、T形刚构桥并联两箱梁桥面板横向内力计算,原理：并联两箱梁截面的T形刚构桥主要是靠箱梁间的桥面板传递横向荷载，桥面板既受顺桥向的内力，又承受相邻两箱梁因不均匀沉降而产生的横向弯矩和横向剪力1、荷载分析 桥面板受三个方向约束： （1）两侧箱形截面梁的嵌固约束； （2）悬臂梁根部截面对桥面板的扭转约束； （3）板中端的端横梁及牛腿的弹性约束2、计算模型 （1）基本假定 a.闭合箱的抗扭刚度 ，两箱之间只产生相对竖向位移，没有相对扭转变形； b.两箱间的桥面板的跨长等于两箱壁间静距B，产生相对位移时，中点处弯矩为零为反弯点； c.假定牛腿固结在相邻两箱的中点或者中腹板处，其计算跨径等于两箱之间的中距D，牛腿的弹性约束模拟为弹簧支承计算假定和计算模型如下：,计算假定和计算模型,,悬臂梁自由端的弹簧支承刚度 为： 桥面板范围内弹簧反力由该节点处集中弹簧支撑所在长度范围内的固端反力构成，由此计算某节点处的弹簧支承刚度 为：,上式中： -两箱梁桥面板的抗扭惯性矩，若桥面板为厚度 矩形截面时， ；当两箱间的桥面板为图示截面时， -剪切模量； -悬臂梁的跨长和各个单元长度； -固支端桥面板和固支端横梁（牛腿）的计算跨长； - 号节点的 轴坐标； -沿顺桥向单位长桥面板，按图3-30（b）计算在单位力作用下的垂直位移； -按图3-30（d）计算在单位力P=1作用下的垂直位移。

3.3 连续梁桥,概述 1、混凝土连续体系梁桥是指各跨上部结构连续的梁桥 2、连续体系梁桥具有跨越能力大、刚度大、变形小、伸缩缝少、行车平稳舒适等优点 3、连续体系梁桥一般做成三跨或多跨一联，在联与联之间设置伸缩缝混凝土连续体系梁桥的形式： 1、普通钢筋混凝土连续梁桥 2、预应力混凝土连续梁桥 3、预应力混凝土连续刚构桥,连续梁的优点：连续梁的承重结构（板、T梁、箱梁）不间断的连续跨越几个桥孔而形成超静定结构，具有结构刚度大，变形小，伸缩缝少和行车平顺舒适，有利于满足现代高速行车的要求等突出优点与同跨径简支梁相比，截面尺寸小，重量轻，节省材料 缺点：对地基要求高，长采用深基础 适用跨径： （1）普通钢筋混凝土连续梁--15~30m； （2）预应力钢筋混凝土连续梁--30~150m连续梁桥的立面布置,等跨与不等跨布置： 大中跨径的连续梁桥一般采用不等跨布置，对于采用顶推法或先简支后连续施工法施工的桥梁，为使结构简单和模式统一，需采取等跨布置连续梁跨数不多时，一般采用奇数孔，以三跨及五跨较为常见连续梁桥的结构类型及构造,,等截面连续梁桥 等截面连续梁一般适应于中等跨径桥梁，以40~60m为宜，也适应于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工的桥梁，立面布置以等跨径为宜。