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1 第五章 混凝土简支梁桥上部结构 混凝土简支梁桥的设计与构造特点 混凝土简支梁桥的预制和施工方法 混凝土简支梁桥的设计计算 背景图片 : 浙江瑞安飞云江桥中国最大跨度的预应力混凝土简支梁桥, 最大跨度 62m 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 1

2 第一节 混凝土简支梁桥的设计与构造特点 概述 单孔静定结构, 受力明确 构造简单, 易于设计成系列化和标准化, 有利于在工厂内或工地上广泛采用工业化施工, 组织大规模预制生产 施工方便, 装配式的施工方法, 可以大量节约模板支架木材, 降低劳动强度, 缩短工期, 显著加快建桥速度 中小跨径桥梁中应用最广泛的桥型 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 2

3 一 截面型式 三种类型 : 板桥 (6m 以下 ) 肋板式桥和箱型梁桥 公路板桥截面 铁路板桥截面 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 3

4 肋板式梁桥 - 型和 T 型 型 公路 型 铁路 型不需横向联结支座脱空问题较少应用 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 4

5 肋板式梁桥 - 型和 T 型 ( 续 ) T 型 整体式 双主梁式 铁路 T 梁桥 装配式 公路 T 梁桥 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 5

6 箱型梁桥 公路桥 双线铁路桥 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 6

7 美国中小跨度公路桥梁的常用截面形式 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 7

8 二 分块方式 装配式梁桥预制拼装单元的划分 - 直接影响到结构受力 构件预制 运输和安装以及拼装接头的施工等问题, 也与所选用的横截面型式紧密相关 块件划分的一般原则 : 考虑运输工具和装吊设备的承载能力, 装载限界的要求 ; 构造应当简单, 并且尽可能少用接头 块件形状和尺寸应力求标准化 钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥常用的分块方式有 纵向竖缝划分 纵向水平缝划分 纵横向竖缝划分 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 8

9 纵向竖缝划分 应用最为普遍 在这种结构中, 作为主要承重构件的各根主梁, 包括相应行车道板, 都是整体预制的, 接头和接缝仅布置在次要构件 横隔梁 ( 板 ) 和行车道板内 这种划分方法使主梁受力可靠, 施工也方便 纵向竖缝 纵向竖缝 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 9

10 纵向水平缝划分 用纵向水平缝将桥梁的全部梁肋与板分割开来, 再借助纵横向的竖缝将板划分成平面呈矩形的预制构件, 施工时先架设梁肋, 再安装预制板, 最后在接缝内或连同在板上现浇一部分混凝土使结构连成整体 纵缝 水平缝 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 10

11 纵横向竖缝划分 将用纵向竖缝划分的主梁再通过横向竖缝划分成较小的梁段 对于这样的预制梁段, 由于没有普通钢筋穿过接缝, 就必须对安装就位后的梁段串连以预应力筋施加预压力才能保证所有接缝具有足够的连结强度, 使梁整体受力 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 11

12 横向分段块件的预应力连接 预留纵 横向预应力孔道 剪力键槽 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 12

13 三 结构布置 介绍 : 板桥 ( 整体式 装配式 ) 肋板式桥 ( 公路 铁路 T 型梁 ) 预应力混凝土简支梁 ( 一 ) 板桥 1 整体式板桥 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 13

14 2 装配式板桥(实心板和空心板企口式混凝土铰 )钢板联结构造空心板截面形式 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 14

15 ( 二 ) 肋板式桥 1 铁路桥 ( 跨度 腹板 横隔板 ) 断缝 端横隔板 中横隔板 腹板加厚 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 15

16 2 公路桥 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 16

17 横隔板接头构造 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 17

18 ( 三 ) 预应力混凝土简支梁 其主要优点是 : 1 采用高强度钢筋, 可节约钢材 20-40%; 2 预加压应力大大提高梁体的抗裂性, 并增加了梁的耐 久性 ; 3 由于利用高标号混凝土, 截面尺寸减小, 梁体自重减轻, 可以增大跨越能力, 也有利于运输和架设 ; 4 混凝土全截面受压, 充分发挥了混凝土抗压性能的优势, 也提高了梁的刚度 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 18

19 道碴桥面后张法预应力混凝土梁构造图 (l = 24.0m) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 19

20 道碴桥面后张法预应力混凝土梁构造图 ( 续 ) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 20

21 公路预应力混凝土梁构造图 (l = 29.16m) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 21

22 四 钢筋构造 ( 一 ) 一般构造梁内钢筋可分为两大类 : 受力钢筋, 对于钢筋混凝土梁而言, 主要是指梁弯曲后承受沿梁轴方向拉力的主筋和承受腹板内斜拉力的斜筋和箍筋 ( 或称蹬筋 ); 构造钢筋, 其中包括施工时为便于绑扎成型和固定主要钢筋位置的 架立筋 以及难于通过计算确定其受力大小而凭经验设置的辅助钢筋 ( 二 ) 公路钢筋混凝土简支梁钢筋构造实例 1 板桥 2 装配式 T 型梁桥 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 22

23 1 板桥 双向受力配筋 整体式简支板桥 注意斜板桥的钢筋布置方式 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 23

24 装配式矩形板桥 架立筋 主筋 用于板间搭接 箍筋 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 24

25 2 装配式T 型梁桥架立筋 短斜筋 钢筋骨架 纵向防裂钢筋 箍筋 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 25

26 ( 三 ) 预应力混凝土简支梁钢筋构造特点 预应力筋和非预应力筋 1 预应力筋的纵向布置 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 26

27 分散 均匀 对称原则 2 预应力筋的锚固布置 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 27

28 铁路后张法预应力混凝土梁钢筋布置图 ( 跨度 l = 24.0m) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 28

29 五 T 梁截面尺寸拟定 ( 一 ) 梁高取决于经济 梁重 建筑高度以及运输净空等因素, 标准设计还要考虑梁的标准化, 提高互换性 ( 二 ) 梁肋厚度取决于最大主拉应力和主筋布置要求 ( 三 ) 上翼缘板尺寸上翼缘板宽度视主梁间距而定, 翼板的厚度应满足强度和构造最小尺寸的要求 ( 四 ) 下翼缘尺寸根据主筋数量 类型 排列以及规定的钢筋净距和保护层厚度加以确定 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 29

30 第二节 混凝土简支梁桥的预制 和施工方法 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 30

31 一 概述 施工方法 : 就地浇筑和预制安装 就地浇筑 - 无需预制场地, 不需要大型吊运设备, 梁体的主筋也不中断 但是, 需要支架, 工期长, 施工质量不如预制容易控制, 而且对于预应力混凝土梁由于收缩和徐变引起的应力损失也较大 预制安装 - 上 下部结构可平行施工, 工期短 ; 混凝土收缩徐变的影响小, 质量易于控制 ; 有利于机械化生产 但需要设置预制场地和拥有必要的运输和吊装设备, 而且当预制块件之间的受力钢筋中断时需要作接缝处理 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 31

32 二 混凝土简支梁桥的预制 ( 一 ) 模板和支架模板 - 用于浇筑混凝土, 形成结构形状和尺寸的临时性板块结构支架 ( 赝架 )- 用于在施工过程中临时支承梁体结构作用 - 模板和支架不仅控制梁体尺寸精度, 影响施工进度和混凝土浇筑质量, 还影响施工安全 要求 - 具有足够的强度 刚度和稳定性, 能可靠地承受施工过程中可能产生的各项荷载 ; 保证工程构造物的设计形状 尺寸及各部分相互之间位置的正确性 ; 构造和制作力求简单, 装拆既要方便又要尽量减少构件的损伤, 以提高装 拆 运的速度和增加周转使用的次数 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 32

33 1 模板的类型和构造 按制作材料分类 - 木模板 钢木结合模板 钢模板 ; 也可因地制宜利用土模或砖模来制梁 按模板的装拆方法分类 - 零拼式模板 分片装拆式模板 整体装拆式模板等 T 梁木模板 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 33

34 钢模板 钢木模板构造 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 34

35 箱梁液压钢内模 1 固定支架 ; 2 二级活动臂 ; 3 一级活动臂 ; 4 二级伸缩油顶 ; 5 一级伸缩油顶 ; 6 支架升降油顶 ; 7 行走轮 ; 8 支撑丝杠 ; 9 支撑钢管 ; 10 内侧模板 ; 11 内侧圆弧模板 ; 12 内下模板 ; 13 内上侧模板 ; 14 内上模板 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 35

36 采用木模现浇预应力混凝土简支梁 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 36

37 东海大桥箱梁钢内模 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 37

38 承台分片拆装式钢模板 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 38

39 2 临时支架 就地浇筑梁桥时, 需要在梁下搭设简易临时支架 (falsework) 与脚手架(scaffolding) 的区别 材料可采用木结构, 也可采用工具式钢结构拼装, 如军用梁 工具式钢管 万能杆件等 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 39

40 虎门大桥索塔支架施工 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 40

41 某斜拉桥边跨现浇段万能杆件支架 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 41

42 ( 二 ) 钢筋工作 1 钢筋的准备抽样试验 ( 质量检查 ) 整直 除锈去污 划线下料 ( 设计折线尺寸与实际下料尺寸 ) 2 钢筋弯制成型和接头工作平台, 手工或电动弯筋器, 标准弯钩 钢筋的接头一般采用电焊 ( 闪光对焊, 电弧焊等 ), 现多采用套筒冷挤压和直螺纹连接 焊接接头在构件内应尽量错开布置, 且受拉主钢筋的接头截面积不得超过受力钢筋总截面积的 50% 3 钢筋骨架的组成焊接钢筋骨架, 单片平面骨架 立体骨架, 焊接变形, 绑扎钢筋顺序及注意事项 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 42

43 钢筋直螺纹 ( 套筒 ) 连接 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 43

44 钢筋骨架焊接及预留拱度 T 梁跨径 (m) 工作台上预留拱度 (cm) <10 3 3~5 4~6 5~ 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章

45 ( 三 ) 混凝土工作 主要工序 : 配制 运送 浇筑 养护 拆 ( 脱 ) 模 配制 - 上料顺序 ( 石 - 水泥 - 砂 ), 机械或人工搅拌, 坍落度, 水灰比, 添加剂 ( 早强 泵送 抗裂等 ) 运送 - 转运次数, 时间和距离, 离析 泌水和灰浆流失现象, 泵送混凝土的堵管和爆管 浇筑 - 浇注工艺, 插入 ( 平板 ) 式振捣器, 分层浇筑时的早凝及结合缝的处理, 大体积混凝土的水化热 养护 - 与温度 湿度的关系, 自然养护, 蒸气法养护拆模 - 当强度达到设计强度的 25 ~ 50% 时, 即可拆除梁的侧模 ; 达到设计吊装强度并不低于设计标号的 70% 时, 就可起吊主梁 ; 脱模剂 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 45

46 混凝土拌合站 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 46

47 混凝土缺陷 施工 : 裂缝 蜂窝 麻面 露筋 空洞 使用 : 开裂, 腐蚀 表面剥落 碳化等 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 47

48 混凝土浇筑示意 a) 水平层浇筑 b) 斜层浇筑 分段 分层浇筑顺序 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 48

49 预应力工作 : 概述 起源 法国的 Freyssinet 在 1928 年首次将高强钢丝用于预应力混凝土结构中, 二次大战后才得到广泛应用 预应力技术 指预应力的锚固方式和张拉体系, 简称锚固张拉体系, 一种体系只适用于一种或两种预应力钢筋, 并有专用的张拉设备和孔道成型方法 分类 材料 ( 钢筋, 钢丝, 钢绞线 ), 预应力施加 ( 先张, 后张 ), 施工 ( 有粘结, 无粘结 ), 位置 ( 体内, 体外 ) 锚具与夹具 对大多数预应力体系, 两者通用的 锚具 永久性锚固装置 ( 后张 ) 夹具 临时性锚固装置 ( 先张 ) 现代预应力技术的特点 高强超高强预应力钢筋 高效率的张拉锚固体系 先进的预应力施加工艺 ( 千斤顶, 孔道成型, 压浆, 无粘结预应力技术等 ) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 49

50 张拉体系分类 国外 法国弗莱西奈 (Freyssinet) 体系 锥形锚系列 瑞士 VSL 体系 钢绞线群锚体系 英国 CCL 体系 钢绞线群锚体系 德国迪伟达格 (Dywidag) 体系 高强粗钢筋体系 瑞士的 BBRV 体系 镦头锚体系 国内 DM 型 ( 镦头锚 );LM 型 ( 冷铸镦头锚 ) 钢质锥形锚 XM QM YM XYM TM STM B&S 型 ( 钢绞线后张体系 ) OVM 型 ( 柳州建筑机械总厂,Orient Victory Machine) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 50

51 OVM 群锚体系 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 51

52 VSL E 型锚具 波纹管 压浆孔 锚环 ( 板 ) 夹片 锚座 钢绞线 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 52

53 孔道成型 制孔, 在现浇或预制后张预应力混凝土主梁时, 需先按照设计图纸位置, 预留出预应力孔道, 待混凝土浇筑完毕并达到规定强度后, 再穿束张拉 堵孔问题及预留孔道 铁皮管, 用白铁皮卷制而成, 其刚度小, 施工中容易压瘪和穿孔 橡胶棒, 将橡胶棒放置在设计位置, 在混凝土未完全凝固前将其抽出, 就形成孔道 但橡胶棒不易拔出, 容易拉断而堵孔, 且孔道的摩阻系数大 金属波纹管, 采用约 0.3 mm 厚 30 mm 宽的钢带, 用卷管机在现场制作的圆管或扁管 ( 与扁平锚配合使用 ) 这种管子的抗渗漏 耐压 强度 柔韧性等指标优于铁皮管, 一度在桥梁工程中普遍采用 塑料波纹管, 塑料波纹管正在成为替代金属波纹管的新一代产品 塑料波纹管是由高密度聚乙烯材料挤出成型的单壁波纹管 ( 圆管及扁管 ), 在实际使用中需辅以各类塑料连接件 与传统的金属波纹管相比, 其具有良好的耐腐蚀性和密封性, 强度高刚度大, 抗冲击抗渗透, 摩阻系数小等优点 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 53

54 张拉 千斤顶 1 张拉前的准备, 包括清理锚垫板和钢绞线表面, 安装锚环和夹片 ; 2 安装张拉设备, 包括千斤顶定位, 顶紧位于千斤顶后方的工具夹片 ; 工作夹片 工具夹片 3 张拉, 即向千斤顶张拉缸供油直至设计油压, 并测量钢绞线伸长量 ; 4 锚固, 张拉缸回油, 位于锚环内的工作夹片自动锚固 在张拉完成后, 即可封锚 ( 包括卸除千斤顶, 切除多余钢绞线, 孔道压浆, 锚固端用混凝土封平 ) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 54

55 压浆 压浆就是用灰浆填满孔道内的所有空隙, 其目的是防止预应力钢筋锈蚀, 保证预应力钢筋与混凝土的握裹力, 减少预应力损失 灰浆材料的水泥 水灰比 强度等应符合有关规范的要求 压浆所用设备为压浆泵 压浆工艺 一次压浆法 ( 用于不长的直线孔道 ) 二次压浆法 ( 用于较长的孔道或曲线形孔道 ) 所谓二次压浆, 就是按规定从一端完成一次压浆后, 保持灰浆压力 30 min, 再从另一端重复一次压浆 从目前的过程实践看, 常规的压浆工艺, 很难达到使孔道密实 饱满的要求 近年来发展的塑料波纹管及真空压浆新技术, 较好地解决了这一问题 其基本原理是 : 在塑料波纹管孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空, 使之产生 -0.1 MPa 左右的真空度, 然后用压浆泵将水泥浆从孔道的另一端压入, 直至充满整个孔道, 并施加不小于 0.7 MPa 的正压力, 以确保预应力孔道灌浆的饱满度和密实度 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 55

56 三 混凝土简支梁桥的架设 基本工序 : 起吊 - 移动 ( 纵移, 横移 )- 落梁 ( 一 ) 陆地架梁法 ( 二 ) 浮吊架梁法 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 56

57 东海大桥浮吊架设混凝土箱梁 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 57

58 ( 三 ) 架桥机架梁法 闸门式架桥机 架梁步骤 : 安装梁纵向拖拉就位, 支腿支承在架梁孔的前墩上 ; 前 ( 后 ) 方起重横梁运梁前进至安装位置, 固定横梁 ; 落梁, 墩顶横移就位 ; 整孔梁 ( 多片 ) 架设完后, 铺设移动安装梁的轨道 重复上述工序, 直至全桥架设完毕 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 58

59 JQ-2A 型公路架桥机 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 59

60 双导梁公路架桥机 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 60

61 DF-III 型公路架桥机 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 61

62 斜缆式架桥机 ( 江阴大桥, 跨度 50m) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 62

63 贝雷桁架式架桥机 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 63

64 门式起重机架桥 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 64

65 曲线梁架桥机 ( 意大利 ) 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 65

66 铁路简支梁桥架桥机 550T 架桥机, 秦沈线 国产 130 吨铁路架桥机 2007 年 4 月 30 日李亚东 : 桥梁工程概论 第五章 66

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