预应力混凝土j简支梁连续梁刚架桥的对比Word文档格式.docx

1、 预应力钢筋构造 17 合拢段结构 194.预应力混凝土刚架桥 20 结构特点 20 结构类型 21 构造特点 225.设计构造特点对比分析 251. 预应力混凝土（Prestressed Concrete）定义：预应力混凝土是为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土使用荷载作用前，通过张拉预应力筋对混凝土施加预加力（或预加应力），抵消或减小使用荷载作用的混凝土。分类：预应力混凝土按其工艺分为:先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土；按预应力钢筋与混凝土的粘结状态分为:有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土；按施加预应力大小的程度分为:全预应力混凝土

2、和部分预应力混凝土；按施工方法分为:预制预应力混凝土和现浇预应力混凝土及组合预应力混凝土。特点：预应力混凝土能有效地利用高强度钢材，提高结构的抗裂度、刚度和耐久性，无需预留孔道，也不必灌浆、施工简便，结构自重轻，能用于大跨度结构，减小构件的截面尺寸，节省材料，与钢筋混凝土相比可节省钢材30%40%。但是预应力混凝土增加了施工难度，需要优质高强钢材和高精度的锚具，以及专用的施工设备和机具，工艺较复杂，操作要求严格，技术要求高。2预应力混凝土简支梁桥（Prestressed Concrete Simply Supported Beam Bridge）预应力混凝土结构以其良好的实用性被广泛应用。目前

3、公路桥梁预应力混凝土简支梁的跨径已做到5060m，我国交通部编制了后张法装配式预应力混凝土简支梁桥的标准设计，标准跨径为25m、30m、35m和40m。预应力混凝土简支梁桥的截面形式基本上与钢筋混凝土梁桥相似，通常也做成T形、形、I形和箱型。 构造布置我国1973年编制的公路桥涵标准图中，主梁间距采用1.6m,并根据不同的净宽而相应采用5、6、7片主梁。在1983年编制的标准图中，主梁间距采用2.20m。如图2-1所示，跨径为30m的简支T形梁构造，这种横截面布置主要为了能尽量减小主梁重量，便于安装，与一般混凝土T形梁配合使用时在构造布置上能协调一致。 图2-1 预应力混凝土简支T形梁构造方式

4、预应力混凝土简支T形梁的梁肋下部通常加宽做成马蹄形，以便预应力筋的布置和满座承受很大预压力的需要。为了配合预应力筋的弯起，在梁端布置预应力筋的锚具和安放张拉千斤顶，在靠近支点处腹板也要加宽至与马蹄部分同宽，加宽范围最好达一倍梁高（离锚固端）左右，这样就形成了沿纵向腹板厚度发生变化、马蹄部分也逐渐加高的变截面T形梁。一般跨径中部肋宽采用16cm，肋宽不宜小于肋板高度的1/5。为了防止在施工和运输中使马蹄部分遭致纵向裂缝，除马蹄面积不宜小于全截面的10%20%以外，也应满足以下两点：（1）马蹄部分的宽度约为肋宽的24倍，并注意马蹄部分的管道保护层不宜小于6cm。（2）马蹄全宽部分高度加1/2，斜坡

5、区高度约为（）h，斜坡宜陡于45，同时注意，马蹄部分不宜过高、过大，否则会降低截面形心，减少偏距e并导致降低低耗自重的能力。从预应力梁的受力特点可知，为了使截面布置经济合理，节省预应力筋的配筋数量，T形梁截面的效率指标应大于。加大翼缘板宽度能有效提高截面的效率指标。 截面效率指标 截面效率指标是指在截面尺寸拟定与预应力钢束配置之间合理设计的技术指标，它体现了在截面尺寸及预应力钢筋确定的条件下，截面设计与配筋设计的优化设计方法。为了合理设计预应力混凝土梁的截面尺寸，首先分析其截面的受力特点。 图2-2 截面特征 任意截面的截面特征如图2-2所示。假定截面的高度为h，上、下核心距为k0 、ku，预

6、应力筋的偏心距为e。在预应力阶段，假设施加了偏心预加力Ny ,在预加力和自重弯矩的共同作用下，合力相当作用于截面的下核点，截面上缘应力为零（图2-3a）。在运营阶段，若计及预应力损失Ny ，截面内合力为NyNyNy 则在结构附加重力（桥面铺装、人行道、栏杆）弯矩Mg2和活载弯矩Mp的作用下，合力Ny将从下核点移至上核点，即移动了kkuk0 的距离，此时截面下缘的应力刚好为零（图2-3b）。 图2-3 预应力混凝土简支梁的应力状态对以上两个受力阶段可写出内力平衡式 NyeMg1 （2-1） （NyNy）（ kuk0）Mg2Mp （2-2）从式（2-1）可看出，偏心距e实际上起到了无偿抵消主梁自重

7、的作用。采用形心较高的截面，可以加大偏心距e，从而节约预应力筋的数量。这也说明了当跨度较大、自重较大时一般应增大梁距采用较宽翼缘板的原因。式（2-2）表明，截面核心距的大小体现了运营阶段承受荷载的能力，而且核心距k愈大预应力筋就愈节省。排除截面梁高h的影响，可用截面效率指标k/h 表示，故应使尽可能大。显然，截面形式不同将影响到截面形心位置和截面效率指标的大小。从经济性考虑，通常希望值在以上。实际上，对跨径较大的预应力混凝土简支梁，适当加大翼缘宽度，增加梁的间距，可以提高截面效率指标。 主梁高度主梁的高度是随截面形式、主梁片数及建筑高度的不同而不同。对于常用的等截面简支梁，高跨比可在1/151

8、/25内选取，随着跨径增大取较小值，随梁数减小取大值，对预应力混凝土T形梁一般可取1/161/18。当桥梁建筑高度不受限制时，采用较大的梁高显然是较经济的，因为加高腹板使混凝土用量增加不多，而节省预应力筋数量较多。 配筋特点 预应力混凝土简支梁内的配筋，除纵向预应力筋外，还有一些非预应力钢筋，如：架立钢筋、箍筋、水平分布钢筋、承受局部应力的锚下加强钢筋和其他构造钢筋等。2.4.1 纵向预应力筋布置图2-4a采用主筋直线布置的形式，构造简单，仅适用于先张法预应力混凝土的小跨径简支梁梁。缺点是支点附近无法平衡的张拉负弯矩会在梁顶出现过大的拉应力。有时为减小此应力，可根据弯矩的变化，将纵向预应力筋按

9、需要截断。图2-4b采用曲线形主筋布置方式，适用于后张法预应力混凝土简支梁桥。可将主筋在中间截断以减少梁端附近的负弯矩并节省钢材。此时应将预应力筋在横隔梁处平缓的弯出梁体，以便进行张拉和锚固。这种布置的主要优点是主筋最省，张拉摩阻力也小，但预应力筋没有充分发挥抗剪作用，且梁体在锚固处的受力和构造也较复杂。图2-4c所示，当预应力筋数量不太多，能全部在梁端锚固时，为使张拉工序简便，通常都将预应力筋全部弯起至梁端锚固。这种布置的预应力筋弯起角不大，可以减少摩阻损失,但梁端受预压应力较大。图2-4d，对于预应力筋数量较多的情况，可以将一部分预应力筋弯出梁顶。此方法能缩短预应力筋的长度，节约钢材，提高

10、梁的抗剪能力，但预应力筋的弯起角较大，摩擦损失较大。 图2-4 纵向预应力钢筋布置预应力筋总的布置原则是：在保证梁底保护层厚度及使预应力钢筋位于索界内的前提下，尽量使预应力筋的重心靠下；在满足构造要求的同时，预应力钢筋尽量相互紧密靠拢，使构件尺寸紧凑。2.4.2 纵向预应力筋的锚固体系 预应力锚固体系是指维持预加应力的构造体系，它是预应力混凝土成套技术的重要组成部分。按先张法和他后张法采用不同的锚固体系。1.先张法的锚固体系。采用先张法工艺的预应力混凝土，预应力筋的锚固主要通过锚固在梁体内预加应力材料与混凝土之间的粘结作用达到锚固及传力要求。当预应力筋的夹具或临时锚具放松后，预应力筋的端部预应

11、力为零，预应力筋受到弹性恢复力的作用而发生收缩，但混凝土的粘结作用阻止其回缩，通过一定长度预应力筋停止回缩而保持一定预应力。预应力在传递过程中，粘结应力并不均匀分布。预应力筋的回缩使部分粘结应力被破坏，又使其直径增大，且越接近端部越大，形成锚楔作用。 同时，预应力筋周围的混凝土会限制其直径增大而引起较大的径向压力，由此产生的摩阻力大于钢筋混凝土中因混凝土收缩产生的摩阻力。因此，预应力传递过程中的受力相当复杂。另外，为了保证锚固体系的可靠性，改善锚固区的受力状态，需在锚下局部配置螺旋箍筋。2.后张法的锚固体系。对于采用后张法工艺的预应力混凝土，预应力钢筋常采用锚具在梁端或梁顶进行锚固。锚具底部对

12、混凝土作用着很大的压力，而直接承压的面积不大，应力非常集中。在锚具附近不仅有很大的压应力，还有很大的拉应力。因此，锚具在梁端的布置必须遵循一定的原则： 梁端锚具的布置应尽量减小局部应力集中，一般地，集中、过大的锚具不如分散、小型的有利；满足安放张拉设备所需要的锚具间最小间距要求，以使应力分布较为均匀，同时锚具应在梁端对称于纵轴布置以免产生过大的横向不平衡弯矩；锚具之间应留有足够的净距，以便能安装张拉设备，方便施工作业。为了防止锚具附近混凝土出现裂缝，还必须配置足够的间接钢筋予以加强。间接钢筋应根据局部抗压承载力计算确定，配置加强钢筋网的范围一般是一倍于梁高的区域。另外，锚具下还应设置厚度不小于

13、16mm的钢垫板，以扩大承载面积，减小混凝土应力。锚具下除设置钢垫板，还有螺旋筋或钢筋网片等，布置在锚固区的混凝土体中，作为锚下局部承压、抗裂的加强钢筋。锚垫板、螺旋筋或钢筋网片及锚固段混凝土整体构成了锚下支承系统。 施加预应力后，应在锚具周围设置构造钢筋与梁体连接，并浇筑混凝土封锚，以保护锚具不致锈蚀。封锚混凝土的强度等级不应低于构件本身混凝土强度等级的80%，且不低于C30。2.4.3 非预应力筋的布置预应力混凝土简支梁梁与钢筋混凝土简支梁梁一样，需按规定的构造要求配置箍筋、架立钢筋和纵向水平分布钢筋等普通钢筋。1.箍筋的配置预应力混凝土T形、I形截面梁和箱形腹板内应设置直径不小于10mm

14、和12mm的箍筋，且应采用带肋钢筋，间距不小于250mm；自支座中心起长度不小于一倍梁高范围内，应采用闭合式箍筋，间距不大于100mm，用来加强梁端承受局部应力。对于T形、I形截面梁，纵向预应力 图2-5 横截面内钢筋布置筋集中布置在下缘的马蹄部分，该部分的混凝土承受很大的压应力，因此，对于预应力比较集中的下翼缘（下马蹄）必须另外设置直径不小于8mm的闭合式加强箍筋，其间距不大200mm（图2-5）。此外，马蹄内尚应设置直径不小于12mm的定位钢筋。2.非预应力纵向钢筋在预应力混凝土简支梁中，将非预应力的钢筋与预应力筋协同配置，有时可达到补充局部梁段内强度不足，满足极限强度要求，或更好地分布裂

15、缝和提高梁体韧性等效果，使简支梁的设计更加经济合理。（图2-6a）梁中预应力筋在两端不便弯起，采用直线布筋形式，此外为了防止因梁顶过高的拉应力而产生的开裂可适当布置图示局部受拉钢筋。（图2-6b）对于预制部分的自重比恒载与活载小得多的梁，在预加力阶段，跨中部分的上缘可能会开裂而破坏，因而也可在跨中部分的顶部加设无预应力的纵向受力钢筋。这种钢筋在运营阶段还能加强混凝土的抗压能力，在破坏阶段则可提高梁的安全度。（图2-6c）所示在跨中部分下翼缘内设置的钢筋，多半是在全预应力梁中为了加强混凝土承受预加压力的能力。（图2-6d）对部分预应力梁也往往用通常设置在下翼缘的纵向钢筋来补足极限强度的需要，并且

16、这种钢筋对于配置不粘结预应力筋的梁能起分布裂缝的作用。此外，无预应力的钢筋还能增加梁在反复荷载作用下的疲劳极限强度。 图2-6 无预应力纵向受力钢筋（虚线）的布置 3. 预应力混凝土连续梁桥 （Prestressed Concrete Continuous Beam Bridge） 结构特点预应力混凝土连续梁桥能充分发挥材料的特性，使结构轻型化而具有更大的跨域能力，同时能有效地避免混凝土开裂。就此特性而言，预应力混凝土连续梁桥与预应力混凝土简支梁桥（乃至其他预应力结构）几乎没有区别。就简支梁而言，在预加应力的作用下，将自由地产生向上的挠曲变形，预加力不会在支座产生反力；也就是预加力在截面上的产

17、生的内力仅“一次性地”影响梁的内部应力。但是，对于连续梁，由于多余约束的存在，在预加力的作用下，便不可能自由向上挠曲；由此就在多余约束处（支座）产生“额外的”反力。作为超静定结构，预应力混凝土连续梁桥与普通混凝土连续梁桥具有相同的受力特点，但由于预应力结构能充分发挥高强材料的特性，促使结构轻型化，具有比钢筋混凝土连续梁桥大得多的跨越能力；另外，它可以有效地避免混凝土开裂，特别是处于负弯矩区的桥面板的开裂，同时又以结构受力性能好、变形好、伸缩缝少、行车平顺舒适、承载能力大、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。3.2 构造布置 预应力混凝土连续梁可分为：等跨与不等跨，等高与

18、变高度，墩梁分离与墩梁固结，实腹式主梁与空腹式桁架是等截面及变截面形式。立面布置如图3-1。等截面连续梁的跨径一般为4060m，构造简单，施工快捷。立面布置以等跨径为宜，也可以不等跨径布置，边跨与中跨之比应不小于。变截面梁主要适用于大跨径预应力混凝土连续梁桥。 图3-1 连续梁立面布置示意图 除外形高度变化外，为满足梁内各截面受力要求，还可将截面的底板、顶板和腹板改变厚度。在孔径布置方面，边孔与中孔跨径之比一般为，当边跨与中跨之比小于时，边孔桥台支座要做成拉压式，以承受负反力。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

19、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 梁高的选择3.3.1 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。此外，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。变截面梁的梁高与最大跨径之比，跨中截面一般为1/301/50，支点截面可选用1/151/20。3.3.2 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

20、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，可取梁高为最大跨径的1/151/20。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1/121/15为宜。 截面形式

21、预应力混凝土连续梁的横截面形式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。目前预应力混凝土连续梁桥的截面形式有板式，肋梁式和箱形截 面（图3-2）。截面型式的选用与桥梁的跨径，静力体系，荷载，使用要求和施工条件密切相关。 图3-2 连续梁桥典型截面形式图3.4.1 板式和T形梁式截面板式截面分实体截面和空心截面，矩形实体截面使用较少，曲线形整体截面近年相对使用较多。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。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

22、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1.2m。肋式截面预制方便，常采用预制架设施工，并在梁段安装完后经体系转换为连续梁桥。常用跨径3050m，梁高一般取2.5m。，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。3.4.2箱形截面箱形截面是预应力混凝土连续梁桥最常用的截面形式。单箱单室桥宽小于16m，其受力明确、构造简单、施工方便，往往是首选的截面形式，且通常采用直腹板。当桥宽更大时，经常采用单箱多室、双箱或多箱结构；而腹板形式也多为斜腹板。斜腹板能有效减少迎阳面，改善风的攻击角，从而改善温度应力和抗风性能；斜腹板还能减少底板的

23、横向跨度，减少底板的厚度；它还能使主梁显得更加纤细、美观，但模板制造较复杂。箱形截面由顶板，底板，腹板等组成。1.顶板，底板箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，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。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。当设有横向预应力筋时，顶板厚度须足够布置预应力筋的套管并留有混凝土的注入间隙。在结构设计时，尽可能用长悬臂或利用横向坡度和弯折预应力筋以调整板中横向弯矩。不设横向预应力筋时，顶板厚度与腹板间距可参考表1。表1 腹板间距与顶板厚度在负弯矩区特别是在靠近桥墩的截面底板，承受较大的

24、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。2.腹板腹板的功用是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因为弯束对荷载剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的数值比较小。在变高度梁中，由于截面的高度的变化，一般还可减小主应力值。因此，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

25、梁根部腹板需加厚到3060cm，特殊情况可达100cm。 横隔板设置横隔板的主要作用是增加箱梁横向刚度，限制箱梁的畸变。但过多的横隔板对横向刚度的影响并不显著，而且增加了施工的难度。采用T形和I形截面的连续梁桥，其横截面的抗扭刚度较小，为增加桥梁的整体性和使荷载有良好的横向分布，一般均需设置中横隔板和端横隔板。中横隔板的数目及位置依主梁的构造和桥梁的跨径确定。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以满足支座布置及承受支座反力外，中间横隔板的数目较少。对于单箱单室截面，目前的趋势为不设中横隔板；对于多箱截面，为加强桥面板和各箱间的联系，可在箱间设置数道横隔板。对于弯、斜梁，设置

26、中横隔板的效明果显，横隔板的厚度可取1520cm。3.6 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。3.6.1 预应力钢筋与锚具常用的预应力钢筋分为预应力钢绞线、高强碳素钢丝和冷拉高强粗钢筋三大类。钢绞线和高强碳素钢丝常用作纵向和横向预应力筋，竖向预应力筋主要采用冷拉高强粗钢筋。采用节段施工时，纵向力筋往往需要接长，接长是通过连接器实现的。连接器是一种与锚具配套的定型钢制构件。我国目前常用的一种连接器构造如图3-3所示。这种连接器用于用于平行钢丝镦头锚。施

27、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。 图3-3平行钢丝镦头锚3.6.2 纵向主筋的布置纵向预应力筋的布置方式与所采用的施工方法及预应力筋的种类有关，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、体外布筋等几种方式。常用的布筋方式有连续配筋和分段配筋两大类。1.连续配筋 当采用满堂支架法施工时，由于结构为落架一次成桥，不存在施工阶段的内力变化问题，此时可直接根据成桥内力采用连续配筋方式 （图3-4）这类布筋方式构造简单，力筋的重心线为二次抛物线组合而成的轨迹，曲

28、线段力筋还具有抗剪作用，但力筋多次弯曲，尤其在连续梁数较多时，预应力损失大，穿束等施工难度也大。 图3-4 连续配筋示意图2.分段配筋 分段配筋是节段施工和“简支连续”施工的连续体系梁最常用的配筋方式（见图3-5）。力筋在截面上成对称布置，并尽量安排在腹板附近，力筋数量较多时可分层布置。一般来说，先锚固下层力筋，后锚固上层力筋。节段法施工中，永久束分直束和弯束。直束布置在截面的上、下翼缘；弯束布置在腹板宽度范围内，在抗弯不需要处起弯，按规范和有关资料由计算确定。 图3-5 分段配筋示意图3.6.3 横向和竖向力筋的布置在设计中，当横截面的悬臂宽度较大或箱梁腹板间距较大时，为了使横向不开裂或把裂

29、缝宽度控制在容许范围内，此时可以对行车道板施加横向预应力。根据结构受力需要，有时要对横隔板施加横向预应力。横向预应力一般施加在横隔梁内或截面的顶板内，横向预应力可加强桥梁的横向联系，增加悬臂板的抗弯能力。竖向预应力筋布置在截面的腹板内，主要是为了提高截面的抗剪能力，通常采用粗钢筋，其间距由计算确定，一般在1.0m之间。在预留孔道内按后张法工艺施工。在双向或三向预应力结构中，应特别注意处理好各力筋之间的空间位置关系。必要时可采用无粘结力筋，以简化构造、工艺，方便布置。 合拢段结构采取悬臂法施工时存在合拢问题。合拢段是指各个T形刚构完成后，两相邻悬臂之间梁端的连接段。合拢段施工是悬臂施工技术中实现结构体系转换的一道非常关键的工序。因为合拢段混凝土从浇筑到张拉预应力