第二章 简支梁桥 1 铁路
2020-03-01 461浏览
- 1.第二章 混凝土简支梁桥 主讲内容: 1. 铁路混凝土简支梁 2. 公路混凝土简支梁 3. 桥梁支座 10:52 1
- 2.第一节 10:52 铁路混凝土简支梁 2
- 3.截面形式： 主要由受力要求决定，同时又要考虑到使用和施工 两方面的要求，并力求节省。 板式截面 跨度小，梁高低；板底支撑面宽， 稳定好，两片之间不需任何联系；施工 方便；适用跨度小于6m。 10:52 3
- 4.截面形式： 主要由受力要求决定，同时又要考虑到使用和施工 两方面的要求，并力求节省。 T形截面 10:52 跨度大，梁高增高；板底支撑面小， 稳定差，两片之间需横隔板连接；施工 较板式截面复杂；适用跨度大于8m。 4
- 5.梁 体 尺 寸 主梁高度取决于使用条件和经济条件。一般桥梁中，经 济条件决定梁高；在建筑高度受限的桥梁中，建筑高度决定 梁高。在符合起吊能力和运输限界的前提下，宜采用较大的 梁高。我国的标准设计，对一般高度梁，高跨比约为1/6-1/9， 对低高度梁，一般为1/11-1/15。 10:52 5
- 6.梁 体 尺 寸 梁肋厚度取决于最大主拉应力和主筋布置的要求。根据 剪力分布一般做成两端厚中间薄的形式。考虑主筋布置常将 梁肋下缘扩大，腹板减薄。 10:52 6
- 7.梁 体 尺 寸 梁肋间距的确定需考虑主梁在运输及架设过程中的稳定 性，每片梁的重心应尽量使之位于梁肋中心。梁肋两侧内外 道砟槽板的悬臂弯矩应大致相等。标准设计：1.8m。 10:52 7
- 8.道砟槽 每片梁上部，是由道砟槽板和板顶外侧的挡砟墙组成 的道砟槽。道砟槽板除了承受板本身所受的弯矩外，还和 梁肋一起构成了主梁的整体，是主梁的受压翼缘，与主梁 共同受力。 10:52 8
- 9.10:52 9
- 10.梁缝处理：梁缝包括梁与梁、梁与台之间的横向伸缩缝及两 片梁之间的纵向构造缝。铁路桥梁缝处理比较简单：在梁缝 上设置铁盖板或钢筋混凝土盖板，板下隔一定距离焊有短钢 筋，以防止盖板移位。如梁缝较宽，可以焊两排钢筋。 10:52 10
- 11.人行道及栏杆 为了养护人员工作及翻修道床时堆放道碴，梁的两侧设 有人行道。人行道的支架角钢利用埋设在挡碴墙内的U形螺 栓来连接。支架角钢上的步板常用钢筋混凝土预制。 10:52 11
- 12.计 算 全长 截面 L0 跨 形式 度 （m） L(m) 10:52 建筑高度h（m） 轨底至 梁底 轨底至 墩台顶 梁高 h(m) h/L 梁肋 中心 距(m) 纵向 横向 每孔 梁组 成片 数 支座垫板尺寸(mm) 每孔 梁自 重(t) 4 4.50 板式 1.00 1.003 0.50 1/8 1.80 3mm厚 石棉垫 3mm厚 石棉垫 2 18.8 5 5.50 板式 1.10 1.103 0.60 1/8.3 1.80 3mm厚 石棉垫 3mm厚 石棉垫 2 25.81 6 6.50 板式 1.20 1.203 0.70 1/8.6 1.80 3mm厚 石棉垫 3mm厚 石棉垫 2 33.79 8 8.50 肋式 1.75 1.84 1.25 1/6.4 1.80 310 270 2 44.78 10 10.50 肋式 1.90 2.08 1.40 1/7.2 1.80 420 600 2 57.71 12 12.50 肋式 2.05 2.23 1.55 1/7.8 1.80 420 600 2 72.68 16 16.50 肋式 2.40 2.58 1.90 1/8.4 1.80 420 600 2 102.98 20 20.50 肋式 2.70 3.10 2.20 1/9.1 1.80 420 800 2 135.18 12
- 13.1、梁的总体布置 10:52 13
- 14.主梁高度为1.9m，道碴槽宽1.92m，两片梁的中心距为1.8m。跨 中部分腹板厚300mm，靠近梁端部分增厚到490mm，以适应主拉 应力的变化；下翼缘宽700mm，利于钢筋布置。道碴槽板厚按规 定最小为120mm，在道碴槽板与梁肋相交处设置梗腋，满足桥规 要求。 挡碴墙设有5条断缝 →使墙不参与主梁工作，防止墙顶混凝土压碎。 内边墙也设置断缝。 横隔板在梁端以及距梁端5.25m处，设有与梁一起灌筑的横隔板。 其作用是将两片梁连成整体共同工作，保持横向稳定性，防止梁 受扭转变形。端横隔板比中横隔板为厚：维修或更换支座时，顶 梁之用。为了便于维修检查，所有横隔板中间留有方孔。 10:52 14
- 15.2.梁内钢筋 （1）梁体内钢筋布置 10:52 15
- 16.梁体钢筋包括：主筋、箍筋、斜筋、架立筋和纵向水平分布筋 主梁受力主筋 43ф20 15个编号 （N1-N15） N1～N12(共23根)由跨中向两端相继弯起锚固在梁的受压区，和箍筋一 起承受主拉应力，其中N1～N10弯至梁顶后伸入受压区长度大于20倍的 斜筋直径，满足锚固长度要求，不设与纵筋平行的直段，且不设弯钩； N11～N12因不能满足上述锚固长度要求，需要向上弯转锚固在受压区。 N15钢筋(共16根)伸入支座，与弯起的N13、N14钢筋端部均加直角钩以 保证具有足够锚固。N1～N7布置在下翼缘中心部分且在最上两排，使它 们能在腹板较薄的跨中部分相继弯起。N8～N14或布置在下翼缘中心偏 外部分，或布置在下翼缘的底排，它们只能在腹板较厚的梁端部分相继 弯起。 主钢筋在梁下翼缘内布置，为了缩小下翼缘尺寸，采用三根钢筋成束布 置。 10:52 16
- 17.主梁箍筋 4肢 2个编号 （N21，N22），所有箍筋均钩 在架立钢筋上。在梁的下翼缘内设有捆扎主筋用的小箍筋 纵向水平钢筋：限制腹板裂纹开展过宽 主梁构造筋 ：如N34，箍筋钩于其上，形成钢筋骨架 10:52 17
- 18.（2）道碴槽板及横隔板内钢筋布置 10:52 18
- 19.道碴槽板是一个支承在梁肋上的双悬臂梁 道碴槽主筋：N18、N19、N20布置在板顶部 道碴槽构造筋：N50、N51 加强板与肋的联系 挡碴墙：N52封闭筋，防意外受力；墙内钢筋断开 横隔板：端横隔板的钢筋布置的比中横隔板要密。因为此 处正是安放支座的位置，要传递强大的集中反力。 10:52 19
- 20.第一节 10:52 铁路混凝土简支梁 20
- 21.钢筋混凝土简支梁的设计与计算 主要内容 Ø 结构尺寸的拟订 Ø 道砟槽板的计算 Ø 主梁的计算 10:52 21
- 22.1.梁高： 影响因素：受力、使用、经济 选取原则： 10:52 22
- 23.计 算 跨 度 L(m) 4 梁高h(m) h/L 每孔梁自重(t) 混凝土标号 每孔梁的混凝 土用量(m3) 每孔梁的 钢筋用量(t) 低高 普通 低高度 度 高度 普通 高度 低高度 普通 低高度 高度 普通 普通 低高度 高度 高度 低高度 普通 高度 0.35 0.50 1/11.4 1/8 16.31 18.8 C30 C20 5.62 6.61 0.783 0.644 5 0.40 0.60 1/12.5 1/8.3 21.53 25.81 C30 C20 7.48 9.19 1.162 0.961 6 0.45 0.70 1/13.3 1/8.6 27.16 33.79 C30 C20 9.52 12.17 1.573 1.263 8 0.55 1.25 1/14.5 1/6.4 40.62 44.78 C35 C20 14.35 16.14 2.553 1.980 10 0.70 1.40 1/14.3 1/7.2 59.37 57.71 C35 C20 21.16 20.88 3.714 3.013 12 0.85 1.55 1/14.1 1/7.8 81.04 72.68 C35 C25 29.40 25.98 4.981 3.871 16 1.10 1.90 1/14.6 1/8.4 108.23 102.98 C40 C25 39.42 37.24 8.378 6.102 20 1.35 2.20 1/14.8 1/9.1 150.63 135.18 C40 C35 55.44 49.08 12.687 9.222 10:52 23
- 24.2.梁肋厚度： 决定因素：主拉应力值和主筋的布置要求 常用形式：支座处厚，跨中减薄，且下缘有马蹄 3.梁肋中心距： 决定因素：内外板悬臂弯矩大致相近，稳定性， 还要有一定的横向刚度 常用值：标准设计梁肋间距取1.8m 4.梁宽（即道碴槽的宽度） 决定因素：线路使用要求 取值：对于单线铁路两片梁总宽3.9m， 单片梁宽为1.92m(中间为6cm的空隙) ， 板的最小厚度12cm。 10:52 24
- 25.1、计算图式： T梁翼缘组成的桥 面板——按固定在梁 肋上的悬臂梁计算 箱梁两腹板间桥面 板——按单向板计算 10:52 25
- 26.2、计算荷载 恒载：板自重；线路设备; 人行道 恒载，具体见规范。 活载： 列车活载：采用特种活载， 按均布荷载计算 方法如下： 顺桥向：按1.2m； 横桥向：自枕木底面向下按 45°扩散，以木枕为例，分 布宽度：2.5+2×0.32=3.14m 10:52 26
- 27.列车活载强度: 250 q (1 ) 66.3(1 ) kN m2 1.2 3.14 6 1 1 ( ) 30 L 4(1h) 2 其中：h―轨底到道碴槽板顶面的高度 L―板计算跨度 10:52 27
- 28.10:52 28
- 29.人行道荷载 人行道恒载：支架栏杆、步板； 人行道活载：距桥中心2.45m以内，按10kN/m2计算； 距桥中心2.45m以外，按4kN/m2计算； 明桥面：按4kN/m2计算。 3、荷载组合： 内侧板：结构恒载+列车活载 外侧板：运营：结构恒载+ 列车活载+人行道荷载(2.45m以外) 检修：结构恒载+人行道荷载(全部) 10:52 29
- 30.4、道碴槽板的内力计算 取单宽板进行计算 控制截面：板肋交接处及板厚变化处 利用一般的力学方法计算出截面的弯矩和剪力 5、钢筋配置 按单筋矩形板 配筋，配筋时要 满足最小配筋率 要求。 10:52 30
- 31.1. 荷载及荷载组合 2. 内力计算及配筋 3. 正、斜截面强度计算 4. 裂缝和挠度检算 5. 检算板与肋相交处的剪应力，当受拉区的翼缘突出梁肋 较大时，尚应验算梁肋下翼缘相交处的剪应力。 10:52 31
- 32.第一节 10:52 铁路混凝土简支梁 32
- 33.预应力混凝土简支梁桥 主要内容 Ø 先张法预应力混凝土简支梁的构造 Ø 后张法预应力混凝土简支梁的构造 Ø 其它形式预应力混凝土简支梁 Ø 秦沈客运专线简支梁简介 10:52 33
- 34.10:52 34
- 35.1.截面形式 普通高度：工字形（带马蹄的T梁） 低高度：板式；空心板；下翼缘较宽的矮肋工形梁 2.预应力钢筋 高强钢丝：与混凝土粘结性差 粗钢筋：质量不稳定（从制造工艺上） 钢绞线：强度高、质量稳定、自锚可靠，但松弛率较大 3.力筋的线形 直线：需绝缘 折线：受力合理但是施工复杂 10:52 35
- 36.10:52 36
- 37.10:52 37
- 38.4. 构造示例 10:52 38
- 39.先张法预应力钢束的绝缘 10:52 39
- 40.绝缘作用示意图 10:52 40
- 41.后张法预应力混凝土 简支梁的构造 (二）、后张法预应力混凝土简支梁的构造 1. 截面形式：工字形或箱形 2. 预应力钢筋 高强钢丝束：与混凝土粘结性差 钢绞线：强度高、质量稳定、自锚可靠，但松弛率较大 3. 力筋的线形 直线：小跨径; 曲线：受力合理(大跨径) 4. 张拉体系 （1）拉锚体系：千斤顶笨重、操作复杂（已不用） （2）拉丝体系：轻便、利于操作 10:52 41
- 42.后张法预应力混凝土 简支梁的构造 常见的预应力钢筋及其锚固方式 10:52 42
- 43.10:52 43
- 44.10:52 44
- 45.5.构造示例 (32ｍ后张法预应力混凝土简支梁) 10:52 45
- 46.10:52 46
- 47.10:52 47
- 48.10:52 48
- 49.预应力钢束曲线布置 10:52 49
- 50.绑扎完成的T梁钢筋骨架 10:52 50
- 51.绑扎完成的T梁钢筋骨架 10:52 51
- 52.绑扎完成的T梁钢筋骨架 10:52 52
- 53.几种特殊的非预应力钢筋布置： 自重比恒载与活载力小得多的梁： 全预应力梁中： 对于部分预应力梁： 10:52 53
- 54.工程实例： 后张T梁制造工艺流程 10:52 54
- 55.钢筋制备 形成骨架 10:52 55
- 56.清理模板 钢筋骨架就位 10:52 56
- 57.浇筑混凝土 10:52 蒸汽养护 57
- 58.张拉力筋 10:52 58
- 59.存梁 10:52 59
- 60.出厂检验 10:52 60
- 61.运梁 10:52 61
- 62.(三)其它形式预应力混凝土简支梁 Ø 整孔无砟无枕预应力混凝土梁 Ø 串联式预应力混凝土梁 Ø 预弯预应力混凝土简支梁 Ø 双预应力混凝土梁 10:52 62
- 63.整孔无砟无枕预应力混凝土梁 构造特点： 建筑高度低、无碴桥面桥面宽由3.9减至 2.3~2.5M、自重轻；轨面标高不易调整，工艺较复杂 10:52 63
- 64.桥面特点：无碴无枕梁轨道直接搁置在桥面上的。为保证轨 道准确的位置和高程，可在灌注梁体混凝土时在整个承轨台 范围内预留槽沟，待梁体预加力完毕，再按设计标号灌注第 二次混凝土并抹平，以利安放钢轨弹条扣件。 10:52 64
- 65.串联式预应力混凝土梁 构造特点：梁体分段、工厂预制、现场拼接就位、张拉力筋 而成整体梁。 体内力筋 串联工序：接干拼、胶拼、穿束张拉 体外力筋 串联梁的接缝：全梁静载破坏实验表明，胶接缝对梁体极限 强度无甚影响，对抗裂性能略有下降。 施工工艺：秦沈客运专线串联预应力混凝土简支梁，32m分 六节预制，在制式构件或型钢拼装造桥机上，拼装定位、 浇筑湿接缝、张拉预应力筋、注浆封锚，然后移动造桥机 到下一孔，重复上述工序。 10:52 65
- 66.SPZ1100造桥机 ZQJ800造桥机 10:52 66
- 67.预制的梁段 10:52 67
- 68.梁段在造桥机 内运送 10:52 68
- 69.10:52 梁段在支架内运送 69
- 70.10:52 梁段就位 70
- 71.梁段位置校准 10:52 71
- 72.立接缝模板 灌混凝土 10:52 72
- 73.10:52 支架前移 73
- 74.预弯预应力混凝土简支梁 10:52 预弯预应力混凝土梁工艺过程图 74 (1) 概念： 型钢预制成向上拱的 预弯梁，然后在1/4跨左 右施加一对向下的集中 力（预弯力），使下翼 缘受拉，此状态下用高 等级混凝土将下翼缘包 住，待混凝土达到规定 强度时，卸去预弯力， 下翼缘混凝土（一期混 凝土）受压，就位后再 浇注二期混凝土。
- 75.(2) 预弯预应力混凝土梁特点： ①刚度大：钢梁制作时有一定的反拱度，混凝土中钢梁本身 刚度大，故整个预弯梁在荷载下的挠度较小，其高跨比较小， 一般在1／25～1／40，适用于跨度大、建筑高度要求低的地区。 ②抗裂性能好：在荷载下当一期混凝土开裂后使较大荷载转 移给劲性钢梁，从而延缓裂缝的集中和发展，当移去荷载后， 由于劲性钢梁的回弹，则裂缝具有较好的闭合性能。 ③制作简单，省工省料：对一期混凝土施加预应力时不需要 锚具和张拉设备及张拉台座等，也省去压浆等工序；二期混凝 土的灌注可在钢梁上立模进行现场施工无需支架等辅助设备。 ④适用范围广：所有能采用钢梁和钢筋混凝土梁的场合。 10:52 75
- 76.双预应力混凝土梁 概念：同时在梁的受拉区施加预压应力和在梁的受压区施加 预拉应力。 原理： 特点：建筑高度小、自重轻、造型轻盈美观 适用范围： 多层立交桥、跨线桥、高架桥等要求建筑高度较小的公 路及城市桥梁，也可用于旧预应力混凝土梁的加固。 10:52 76
- 77.10:52 利用预拉应力筋对跨中截面混凝土产生轴向压力和负弯 矩，用以抵抗恒载及活载产生的正弯矩。同时使用的预压应 力筋，对跨中截面混凝土将产生轴向拉力和负弯矩，其中轴 向拉力与轴向压力可以大部分或全部抵消，而两项负弯矩叠 加，增加了梁的承载能力。 77
- 78.(四)客运专线预应力混凝土简支梁 Ø 预应力混凝土简支T梁 Ø 预应力混凝土简支箱形梁 10:52 78
- 79.预应力混凝土简支T梁 （1）结构布置： 秦沈客运专线预应力混凝土简支T梁每孔由四片T形 梁组成，通过桥面板、横隔梁之间的湿接缝及横向预应力 钢筋连成整体。其截面形式如下图所示。 10:52 79
- 80.（2）结构构造特点： ① 为了加强各片T形梁之间的横向连接、保证桥跨结构的 整体性，除端隔板外，设中横隔板； ② T形梁分片架设后，为了保证横隔板和桥面连成整体， 采用施加横向预应力的构造措施； ③ 分片T形梁在工地制梁场制造，制梁时预留孔道，架设 就位及灌注湿接缝后穿横向预应力钢筋，张拉、压浆，然后 封锚。 10:52 80
- 81.预应力混凝土简支箱形梁 双线单梁(双线箱梁) 单线单梁(单线箱梁) 双线箱梁：采用斜腹板截面，减小了梁体对墩台顶帽尺寸 的要求和桥面横向悬臂板的长度，同时梁体外形比较美观。 箱梁跨中截面顶板厚35cm，腹板厚45cm，底板厚25cm。 10:52 81
- 82.预应力混凝土简支箱形梁 双线单梁(双线箱梁) 单线单梁(单线箱梁) 单线箱梁： 考虑整孔箱梁架设时，架桥机支腿反力宜直接 传递到腹板上，因此，各种宽度的箱梁采用直腹板和同一 箱宽。 10:52 82
- 83.10:52 83
- 84.10:52 客专预应力混凝土简支箱梁起重机 84
- 85.10:52 客专预应力混凝土简支箱梁顶部 85
- 86.10:52 客专预应力混凝土简支箱梁端部 86
- 87.第一节 10:52 铁路混凝土简支梁 87
- 88.(一)结构尺寸拟定 1、梁高、梁中心距、道碴槽板：影响因素同砼梁 2、腹板厚度： 肋厚主要应根据剪应力和主拉应力的大小来确定。根据 《铁桥规》构造要求，腹板厚度不得小于150mm。腹板内有 预应力箍筋时，腹板厚度不得小于上下翼缘梗胁之间腹板高 度的1／20；当无预应力箍筋时，则不得小于1／15。 10:52 88
- 89.10:52 89
- 90.3、下翼缘尺寸和形状取决于预应力钢筋的布置。为了获得最 大偏心距，预应力钢筋应尽量排在下翼缘内，要求紧凑且 对称 于梁截面竖轴。混凝土保护层及管道净距应符合《铁桥规》相 关规定。 4、横隔板间距按桥规要求不大于30倍的腹板厚，且不大于6m。 10:52 90
- 91.(二)道碴槽板的设计计算 同普通混凝土简支梁 (三)主梁的设计与计算 无论是先张法还是后张法预应力混凝土梁，在进行设计 计算时必须首先进行荷载、内力计算。有关荷载及内力计算 的方法和步骤同钢筋混凝土梁。 下面介绍预应力混凝土简支梁力筋确定的原则和设计计 算的步骤。 10:52 91
- 92.1. 确定预应力钢筋数量并布置 预应力钢筋的面积通常根据正截面强度要求确定。按破坏 阶段法的公式估算力筋面积。对于T形梁和箱形梁，跨中截面 预应力钢筋的面积可按下式估算： KM Ap (h0 0.5hf ) f p M ——跨中截面由荷载引起的计算弯矩； K ——抗弯强度安全系数，按《铁桥规》采用； f p ——受拉区预应力钢筋抗拉计算强度，按《铁桥规》采用； h0 h 10:52 ' f —— 分别为梁截面有效高度及翼缘板厚度。 92
- 93.2、力筋的布置原则及要求 （1）首先确定跨中截面的预应力钢筋的排列，并满足桥 规要求。 （2）根据梁内弯矩和剪力的变化，力筋由跨中向端部弯 起布置成曲线形，预应力筋弯起角一般取7°～10°为宜。 10:52 93
- 94.（3）根据张拉力选用张拉体系，确定端部锚具的布置，预应力 钢筋在梁端的位置以锚具均匀分散布置为原则。 （4）按《铁桥规》规定选用合适的力筋弯起曲线半径。当确定 了起弯角和弯曲半径后，即可计算出预应力弯起筋在计算截面的 位置及长度，如下图所示 先张法梁要注意力筋绝缘 10:52 94
- 95.2、预应力混凝土桥涵结构的设计计算步骤： （1）拟定截面尺寸，初估预应力钢筋的数量，布置预应 力钢筋 （2）按《铁桥规》规定检算其强度、抗裂性、应力、裂 缝宽度及变形。 ① 按破坏阶段法检算构件截面的强度。构件在预加应 力、运送、安装和运营阶段的破坏强度安全系数不应低于桥 规所列数值。 ② 对于不出现拉应力的预应力混凝土结构，按弹性阶 段检算截面抗裂性，但在运营阶段正截面抗裂性检算中，应 计入混凝土受拉塑性变形的影响。构件的抗裂安全系数不应 低于桥规所列数值。 10:52 95
- 96.③按弹性阶段检算预加应力、运送、安装和运营阶段构件 的应力。 ④当运营阶段正截面混凝土拉应力超过0.7fct时，应按开裂 截面计算。对允许开裂的预应力混凝土结构，检算运营阶段 应力时，不应计入开裂截面受拉区混凝土的作用，另外应检 算其在运营阶段和架桥机通过时开裂截面的裂缝宽度。 ⑤按弹性阶段计算梁的变形(挠度和转角)。此外，还要进 行横向截面计算、施工阶段(顶梁、架设、运输等)计算，设计 计算详细内容参照结构设计原理以及铁路桥规的相关规定。 10:52 96
