预应力混凝土简支梁桥、连续梁桥和刚架桥的设计构造特点和对比分(6)

2020-04-16 12:20

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

5、 主要优缺点 (1)主要优点

外形尺寸小,桥下净空大,桥下视野开阔,混凝土用量小 (2)主要缺点

钢筋的 用量较大,基础的造价也比较高

(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、 常见类型

门式刚架桥:简称门架桥,其腿和梁垂直相交呈门架形。腿所受的弯矩将随腿和梁的刚度比率的提高而增大。用钢或钢筋混凝土制造的门架桥,多用于跨线桥。至于T形刚构桥(特点是在跨中有铰),及将腿做成V形两撑杆与梁刚性相连的连续梁桥,其外形均与多跨的门架桥相近,但内力分布规律则不同(见预应力混凝土桥)。

门架桥可分:

(1)单跨门架桥。用钢制造时,腿脚常设铰,形成两铰门架。用钢筋混凝土制造时,腿脚可设铰;也可和基础固结,形成固端单跨门架桥,主要用于地质良好处。

(2)双悬臂单跨门架桥。将梁的两端悬伸至门腿之外,在悬伸端加平衡重或在悬伸端和腿脚间设臵预应力拉杆,可使梁的支承截面产生较大的负弯矩,以降低梁的跨中正弯矩,相应地降低梁高,有利于修建跨线桥。

(3)多跨门架桥。多用于跨度不大的跨线桥。

(4)三跨两腿门架桥。这种桥在两端设有桥台,采用预应力混凝土时,可将跨度做得较大。

斜腿刚架桥:刚架腿是斜臵的,两腿和梁中部的轴线大致呈拱形,这样,腿和梁所受的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小,而轴向压力有所增加。同上承式拱桥相比,这种桥不需要拱上结构,构件数目较少;当桥面较窄(如单线铁路桥)而跨度较大时,可将其斜腿在桥的横向放坡,以保证桥的横向稳定。著名的预应力混凝土斜腿刚架桥有:联邦德国霍雷姆铁路桥 7、 刚架桥设计方法及计算理论

(1)①刚架桥的基本尺寸拟定:刚架桥的主要尺寸是主梁跨度和高度,支柱高度和厚度,以及桥的横向宽度。主要参数的确定将决定主梁和支柱的刚度比,主梁与支柱的刚度比则决定了刚架的内力分布,对全桥结构的力学特点具有重要影响。另外还要满足结构刚度的要求。A 主梁与支柱刚度比很大时:支柱承担弯

矩很小,主梁端部负弯矩很小,跨中正弯矩很大,主梁接近于简支梁。主梁与支柱刚度比很小时:主梁端部负弯矩大,跨中正弯矩较小,主 梁受力接近于固端梁。

②主梁主要尺寸拟定:单跨刚架桥两端悬出的长度为中跨跨度的0.2-0.5倍之间。注:如果悬臂加长,端支柱弯矩减小,跨中正弯矩也可减小,但主梁变形较大;三跨连续刚架桥,边跨约为主跨的0.7倍或相等;个别边跨为中跨 的0.2倍;斜腿刚架桥的边跨通常为中跨的0.5倍左右; 斜腿刚架桥的斜柱倾斜角度为40-60度之间。 刚架桥的主梁高度对于大跨度预应力刚架桥中,通常为(1/30-1/40)L, 当采用变高度梁时,端部梁高可为跨中梁高的1.2-2.5倍,甚至更高。 注:增加端部梁高,可使主梁正弯矩减小,使主梁大部分承受负弯矩,可使大部分预应力钢筋布臵在梁顶部,构造与施工简单。

③支柱主要尺寸拟定:支柱在纵向的厚度可采用其高度的1/8-1/1比较高时采用小,比较矮时采用较大比值;支柱的横向尺寸要与主梁相配合,并应考虑横桥向的刚度和稳定 性。 ④横截面尺寸拟定:刚架桥的横截面形式根据道路等级、使用功能等来确定,首先选择主梁截面形式,然后参考连续梁桥主梁截面来拟定细部尺寸。 (2)刚架桥设计方法

Ⅰ、钢筋混凝土刚架桥主梁设计方法 ① 主梁承载能力极限状态验算如下内容:

主梁正截面强度验算(正截面钢筋数量及截面复核); 斜截面尺寸复核及剪力分配计算; 弯起钢筋设计及斜筋设计; 斜截面抗剪强度复核。

② 正常使用极限状态验算如下内容: 主梁最大裂缝宽度的验算; 主梁跨中挠度的验算;

③ 施工阶段验算内容:主梁施工阶段的正应力验算。 Ⅱ、预应力混凝土刚架桥主梁设计方法 ① 截面设计

根据设计要求,参照已有的设计图纸和资料,拟定主梁截面形式和相应的尺寸;或直接对弯矩最大的跨中截面,依据截面抗弯的要求初步估算主梁的截面尺寸。 ② 内力计算

一般采用桥梁设计软件或通用软件,根据桥梁可能出现的荷载组合,计算出主梁的正常使用和承载能力极限状态内力包络图。 ③ 钢束估算

根据截面的内力及截面几何参数,估算预应力钢束的数量并进行合理布臵,使布臵的钢束符合受弯受剪要求。 ④ 计算截面几何特性

施工阶段按净截面计算,使用阶段按换算截面计算; ⑤ 预应力计算;

⑥ 施工阶段和使用阶段的应力验算; 施工阶段主应力验算;

使用阶段正应力验算、剪应力验算和主应力验算; ⑦ 正截面和斜截面强度计算; 参考《结构设计原理》” ⑧ 主梁变形的计算; ⑨ 锚端局部承压计算

局部承压强度和局部承压区抗裂性验算。 Ⅲ、刚架桥支柱设计方法 ① 截面形式及配筋原则

矩形截面为刚架桥桥墩最为常用的截面形式,对截面高度大于600mm的墩柱多采用工字形或箱形截面。 ② 墩柱截面设计

判断是大偏心还是小偏心,最后求纵向钢筋截面面积并按构造要求进行钢筋布臵。 ③ 墩柱截面强度复核 Ⅳ、连续刚构桥桥墩设计方法

连续刚构桥墩纵向刚度宜小,横桥向刚度宜大。前提是满足纵向刚度、稳定性等的要求。 ① 双薄壁墩

桥墩处有两个相互平行的墩壁与主梁固结的桥墩称为双薄壁墩。既可增加桥墩的横向刚度,又可满足顺桥向刚度小的要求;


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