预应力混凝土连续梁桥

一 预应力混凝土连续梁桥

1.力学特点及适用范围

连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。作为超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使桥梁结构产生次内力。

由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂，能充分发挥高强材料的特性，促使结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力，加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、超载能力大、养护简便等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。

预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从30m到100多m的中等跨径和大跨径的桥梁。

2.立面布置

预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择等问题，可以设计成等跨或不等跨、等截面或变截面的结构形式（图1）。结构形式的选择要考虑结构受力合理性，同时还与施工方法密切相关。

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a.不等跨不等截面连续梁 b. 等跨等截面连续梁 图1 连续梁立面布置 1．桥跨布置

根据连续梁的受力特点，大、中跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置，但多于三跨的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。当采用三跨或多跨的连续梁桥时，为使边跨与中跨的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的0.8倍为宜，当综合考虑施工和其他因素时，边跨一般取中跨的0.5～0.8倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。当受到桥址处地形、河床断面形式、通航（车）净空及地质条件等因素的限制，并且同时总长度受到制约时，可采用多孔小边跨与较大的中间跨相配合，跨径从中间向外递减，以使各跨内力峰值相差不大。

桥跨布置还与施工方法密切相关。长桥、选用顶推法施工或者简支—连续施工的桥梁，多采用等跨布置，这样做结构简单，统一模式。等跨布置的跨径大小

主要取决于经济分跨和

施工的设备条件。

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。

2．梁高选择

（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。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。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁高Hs约为最大跨径lm的1/15~1/20，跨中梁高H约为支点梁高的Hs的1/1.6~1/2.5。

(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40～60m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，可取梁高与最大跨径的关系H=(1/15`1/30)lm。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1/12～1/15为宜。

6.2.3截面形式及尺寸

预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，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。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁的重量、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能都具有十分重要的意义。

预应力混凝土连续梁桥常用的横截面形式有板式（包括空心板）、T形梁式（包括宽肋梁）和箱形梁式（图2）。

a）常用的板式、肋式截面形式 b）箱形截面形式之一 c）箱形截面形式之二

图2 连续梁桥典型截面形式图 1．板式和T形梁式截面

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。图1（a）示出典型板、T形梁式截面形状。矩形实体截面已较少使用，代替矩形实体截面的是曲线形整体截面。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在支架上现浇施工。空心板截面常用于跨径15～30m的连续梁桥，板厚可取0.8～1.2m。

肋式截面预制方便，常采用预制架设施工，并在梁段安装完之后，经体系转换为连续梁桥。常用跨径30～50m，梁高一般取1.6～2.5m。为简化多肋T梁的施工，也有采用宽矮肋的单T断面，肋宽可达3～4m，外悬长翼板，称之为脊形梁或成为异形结构。总体来说，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。

2．箱形截面

当连续梁的跨径超过40～60m时，主梁多采用箱形截面。箱形截面为闭口截面，截面具有良好的抗弯和抗扭性能，并且箱形截面有顶板和底板，可以在跨中或支座部位能有效地抵抗正负弯矩。图2（b）示出常用的箱形截面，其中单箱单室截面多用在顶板宽度小于18m的桥梁；单箱双室截面适用于顶板宽度25m左右；双箱单室截面顶板宽度可达40m左右；圆空式单箱双室截面适用于顶板宽度15m左右；单箱多室截面的桥梁宽度可不受限制。此外，箱式截面还有单箱三室、双箱双室、多箱单室等。

单箱单室截面受力明确、施工方便、节省材料用量。因此，当桥宽在20～25m范围之内，也有不少桥梁采用单箱单室截面，但需要在截面构造上采取一定的措施。如图2（c）上图所示，为了加强长悬臂板的抗弯刚度，可采用横梁加劲、斜撑加强，或在顶板上设置横向预应力筋，以后一种方法最为常见。

直腹板箱梁构造简单，施工方便，主要用于箱宽不大时。斜腹板箱梁可减小底板的横向跨度，节省下部结构的圬工量，同时能有效的减小迎阳面，改善风的攻击角，改善温度应力和抗风性能，但模板制造较复杂。

分离式箱梁（图2c）特点是结构简单，受力明确，横向分布系数小，施工时可分箱进行，施工简单。

（1）顶板和底板厚度

箱形梁顶板和底板厚度既要满足纵、横向的受力要求，又要满足结构构造及施工上的需要。其选定原则如下：

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。不设横向预应力筋时顶板厚度与腹板间距的关系可以参考表6.1选取。当设有横向预应力筋时，顶板厚度需足够布置预应力筋的套管并留有混凝土注入的间隙。

表1 腹板间距与顶板厚度

顶板两侧悬臂板的长度是调节顶板内弯矩的重要因素。悬臂板长度一般采用2～5m，当长度超过3m后，一般需布置横向预应力筋。

对于变截面连续梁，箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取15～18cm；配有预应力筋，厚度一般为20～25cm。

在负弯矩区特别是在靠近桥墩的截面底板，承受较大的负弯矩，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1/10～1/12，底板厚度由跨中向支点逐渐加厚。

对于顶推法施工的等高连续梁，由于施工过程中截面承受交变的正负弯矩，底板往往设计成等厚。

（2）腹板厚度

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25～30cm；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梁根部腹板需加厚到30～60cm，特殊情况可达100cm。大跨度桥腹板应采用变厚度形式，从跨中向支点分段线形逐步加厚，变厚段一般为一个节段长。为方便施工，简化内模构造，中、小跨径连续梁桥腹板一般采用等厚度形式。

3．横隔梁（板）

采用T型截面的连续梁桥，其横截面的抗扭刚度较小，为增加桥梁的整体性和横向刚度，一般均需设置中横隔板和端横隔板。中横隔板的数目、位置及构造与简支梁相同。

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外，中间横隔板的数目较少，即使有横隔板，对横向刚度影响并不显著，而且增加了施工难度，目前的趋势是少设或不设中间横隔板。对于弯、斜梁，设置中横隔板的效明果显，横隔板的厚度可取15～20cm。

箱梁支点处端横隔板的尺寸和配筋形式与箱梁的支承方式有关。当支座直接位于主梁腹板之下时，端横隔板的主要作用是增加箱梁横向刚度，限制箱梁的畸变，横隔板厚度为30～50cm，横隔板中只需配置一定数量普通钢筋（图3）。当支座设置在横隔板中部时，横隔板还要承担着传递支反力的作用，是重要的受力结构，如采用普通钢筋混凝土结构，横隔板内的抗剪、抗弯及抗裂钢筋交错密布，导致混凝土浇筑困难且不易振捣密实，而如果采用预应力混凝土，横隔板厚度一般小于80cm，横隔板中设置曲线形的预应力筋，如图4所示，则可避免钢筋混凝土横隔板所产生的弊病。为满足施工、维修和通风要求，横隔板上一般设置过人洞。

图4 箱梁中横隔梁的预应力筋布置示意图

图3 箱梁中的横隔梁配筋示意图 4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。

在顶推法或分跨施工的连续梁中，有时部分主筋需要逐段接长，接长的方法常采用连接

器完成，我国目前常用的一种连接器构造如图5所示。这种连接器用于主筋采用高强钢丝组束，使用镦头锚。施工时先张拉锚环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。此外，连接器亦可考虑采用销钉结合，预计在构造和施工上要方便些。

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