组合体系桥构造

1.预应力混凝土梁拱组合体系桥

1).拱肋拱式组合体系桥的基本组成和构造:拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆(或立柱)、行车道梁(板)及桥面等组成。

A.柔性系杆刚性拱:与普通中下承式拱相同

B.刚性系杆柔性拱:

a.可将拱肋高h从(1/100-1/120)L 压缩到(1/140-1/160)L。

b. 若采用刚性吊杆,则横向刚度较大的拱肋、吊杠与横梁组成半框架,一般情况下可不设横撑,设计成敞口桥,使视野开阔 。

2).系杆

构造原则:一方面要考虑系杆与拱肋联接,保证系杆能很好地与拱肋共同受力;另一方面又要避免桥面行车道因阻碍系杆受拉而遭到破坏。构造上处理方法有:

a. 在行车道设置横向断缝

b. 系杠采用型钢或扁钢制造

c. 采用独立的钢筋混凝土或预应力系杆

3).吊杆

吊杆一般是长细构件,设计时通常将其作为轴向受力构件考虑,故顺桥向尺寸一般设计得较小,使之具有柔性而不承受弯矩,只承受拉力,横桥向尺寸设计得较大,以增强拱肋的稳定性。

(1)简支梁拱组合体系桥

单肋:箱形加劲梁截面以加劲梁强大的抗扭刚度抵消偏载影响

(2)悬臂梁拱组合体系桥

单悬臂组合式桥梁只适用于上承式,采用转体施工特别方便。单悬臂梁拱组合式桥梁实际上是将实腹梁挖空,用立柱代替梁腹板,原腹板剪力主要由拱肋竖向分力及加劲梁剪力平衡。这样的结构加劲梁受拉弯作用,加劲梁采用预应力混凝土,拱肋为钢筋混凝土。

(3)连续梁梁拱组合体系桥

受力特点:

加劲梁→承担拉力及局部弯矩拱肋→承担轴压力及弯矩,拱肋轴力的垂直分力承担剪力立柱→传递压力   空腹范围内加劲纵梁产生的拉力与拱内水平分力组成力矩,平衡截面内的连续梁弯矩,同时连续梁中墩附近的高度依靠拱来加大,使跨中弯矩减小,中墩处负弯矩产生的梁内拉力由预应力平衡。    一般边跨与主跨之比为(0.5~0.7):1

中承式连续梁拱组合体系桥一般由三跨组成,包括二个半拱、一个全拱和通长的加劲梁,其间设置立柱和吊杆。    力学特点:在负弯矩区用桥面以下两组主拱腿来加强,在桥面以上正弯矩区用一组拱肋来加强,连续刚梁不仅承担弯矩与剪力,而且还需以轴向拉力来平衡拱的推力。    一般边跨与主跨之比为(0.25~0.5):1。    由于中承式连续梁拱组合体系桥结构布置合理,造型美观,施工方便,是目前我国在梁拱组合体系桥的设计与建造中采用较多的一种桥梁形式。

c) 下承式

下承式连续梁拱组合体系桥实际上为三跨变截面连续梁,中孔用全拱来加强     力学特点:梁拱的弯矩按刚度分配,通过拱的加强,显著地减小了中跨主梁的弯矩,使得加劲梁的建筑高度可以大幅度减小,两个边跨由于受到中孔拱的刚度影响,减少了正弯矩的负担,扩大了负弯矩的区域,有利于配置预应力束。

重庆朝天门大桥(钢桁拱,主跨552m)

重庆菜园坝大桥(钢箱提篮拱与Y构组合)

广州丫髻沙大桥 (三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥,主跨360m)

2.部分斜拉桥

1.部分斜拉桥结构形式及构造特点

a由塔、梁、索三部分组成

b部分斜拉桥结构形式和构造上又有显著的特点,主要体现在塔的高度较矮、主梁刚度大和斜拉索布置较为集中等方面。

c塔高h一般采用主跨L0的1/8~1/12倍,相当于斜拉桥塔高的1/2~1/3。。

主梁一般宜采用变高度截面,跨中梁高一般在(1/54~1/69)L0之间,是同跨径斜拉桥梁高的2~2.5倍;塔墩处主梁根部梁高一般在(1/32~1/39)L0之间。

d斜拉索布置较为集中,通常布置在边跨跨中及1/3中跨附近,中跨跨中无索区长度通常在(0.129~0.224)L0之间。

e在桥跨布置上,主边跨跨度比例更接近连续梁,一般在0.42~0.62之间;

f结构体系可选用塔梁固结并在梁底设支座、塔墩固结并塔梁分离、塔梁墩固结三种形式。

1)主梁

斜拉桥的主梁结构主要是采用混凝土结构、钢结构或者钢混组合结构,在截面形式上又可分为闭口截面和开口截面。

在进行静力计算时,混凝土截面均可采用普通梁单元来进行模拟,结果足够精确;对于钢箱梁截面的空间效应,最好是采用带第7个畸变自由度的空间梁单元来进行分析。

但在进行动力分析(抗风、抗震)时,主梁的模拟方法对结构动力特性的影响非常大。

主梁单元和节点的划分方式主要跟主梁的施工方法有关,在横梁相接处、典型截面位置、拉索锚固点、不同材料相接处、施工缝等这些位置都需要划分节点。

2)索塔

桥塔可采用混凝土结构、钢—混凝土组合结构或钢结构。对于混凝土索塔或者钢塔,在整体计算时可采用梁单元进行模拟,对于钢—混组合索塔,若在两个结点之间同时有两种材料,则可通过同时建立钢单元和混凝土单元来模拟;在索塔锚固区,单元长度拉索间距的1~3倍控制。

3)拉索

拉索的模拟分为两类:对于近千米或者超千米的斜拉桥,长拉索具有明显的非线性效应,可采用计入大变形的索单元或者悬链线单元来模拟;对于中小跨径斜拉桥结构,其斜拉索的模拟可采用Ernst公式修正的等效桁架单元(只受拉)结果足够准确。

4)索梁锚固、索塔锚固

拉索在梁和塔上的锚固点一般不与主梁、索塔截面的中性轴置相重合,之间都会有一段距离。

3.刚构连续组合梁桥

1)刚构—连续组合梁桥是连续梁桥与连续刚构桥的组合。通常是在一联连续梁的中部数孔较高桥墩处采用墩梁固结的刚构,边部数孔为设置支座的连续结构。从构造上可分为在主跨中设铰、其余各跨梁连续和全联梁不设铰两种组合梁桥形式,后者通常称为刚构—连续组合梁桥,最为常见;前者则称为带铰的刚构—连续组合梁桥。

2)刚构—连续组合梁桥上部结构通常采用变高度箱形截面,截面尺寸拟定原则与连续梁桥及连续刚构桥相似。桥墩可采用板式墩、双薄壁墩,V形墩等形式。

3)刚构—连续组合梁桥通常采用预应力混凝土结构。

4)刚构—连续组合梁桥具有连续体系梁桥伸缩缝少、行车平顺等特点,有利于高速行车。与连续梁比,刚构—连续组合梁桥减少了造价较高的大吨位桥梁支座数量,减少了支座养护和更换的工作量,降低了使用期的维护费用;与连续刚构比,刚构—连续组合梁桥能有效地防止刚构过长而引起温度作用次内力过大的问题。

刚构—连续组合梁桥通常适合于桥墩高度相差较大的情况。对于地势较平坦的大跨径、低矮、长联的桥梁,也可采用刚构—连续组合梁桥,但应采用变换桥墩刚度的方法,增加连续刚构部分桥墩的柔度。

定义:用纵向水平缝将单梁的梁肋部分与桥面板(翼板)分隔开来  的装配桥跨结构,使单梁的整体截面变成板与肋的组合截面。

1.优点:可以显著减轻预制构件的重量,便于集中制造和运输吊装。

2.型式:

I形组合梁桥:适用于混凝土简支梁桥

箱形组合梁桥:适用于预应力混凝土梁桥

3.构造:在组合梁中,梁与现浇板的结合面处,板的厚度不应小于15cm;当梁顶伸入板中时,梁顶以上板的厚度不应小于10cm

4.其他组合体系桥

(1)桁架拱桥

结构形式 :

桁架拱桥又称拱形桁架桥。桁架拱桥是一种有水平推力的桁架结构,其上部结构由桁架拱片、横向联结系和桥面系组成。

上叶桥,浙江省三门县

桁架拱片是主要承重结构,由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成

1. 作为主要承重结构的桁架拱片在施工期间单独受力,在竣工后与桥面板共同受力。

2. 下弦杆为拱形,上弦杆一般与桥道结构组合成一整体而共同工作.。

桁架拱在荷载作用下具有水平推力,使跨中实腹段在恒载作用下弯矩减小,主要承受轴向压力,在活载作用下将承受弯矩,成为一偏心受压构件,即具有拱的受力特点。

混凝土斜压杆式桁架拱桥

4.把普通型上承式拱的传载构件(拱上结构)与拱肋连成整体,拱与拱上结构共同受力,相当于加大了拱圈高度,各杆件又主要承受轴力,所以又具有桁架的受力特点。由于桁架拱兼备了桁架和拱式结构的有利因素,因此能充分发挥材料的受力性能。

混凝土斜拉杆式桁架拱桥

5. 由于桁架拱外部通常采用两铰结构,因而基础位移、温度变化等产生的附加内力较小,适合软弱地基需要。

6. 桁架拱桥:结构优缺点

1)优点:利用拱上建筑与拱圈共同作用原理,预制桁式拱片,装配程度高、整体性好,自重轻、用料省,适用于软土地基的中、小跨度桥梁。

缺点:节点开裂问题。大跨度桁架组合拱桥的适用性。

(2)刚架拱桥

刚架拱桥是由刚架拱片、横系梁和桥面系组成。

刚架拱片是刚架拱桥的主要承重结构,一般由跨中实腹段的主梁、空腹段的次梁、主拱腿,(主斜撑)、次拱腿(斜撑)等构成。

刚架拱桥属于有推力的高次超静定结构,具有构件少、质量轻、整体性好、刚度大、施工简便、造价低、造型美观等优点,可在软土地基上修建,被用于跨径为25m~70m的桥梁。

总体布置型式主要与桥梁跨径、荷载大小等有关。当跨径小于30m时,可采用只设主拱腿、不设次拱腿的最简单型式;当跨径在30m~50m时,为了减小腹孔段次梁的跨径,可以设置一根次拱腿。

刚架拱桥是拱与斜腿刚构的组合体系结构,主要特点有:结构为多次超静定,大部分构件偏心受压,无纯拉构件,充分利用了混凝土抗压能力强的特点;属有推力结构,但结构轻型,故恒载推力较常规拱桥小;结构线条简单,造型美观;与桁架拱比较,混凝土用量和钢筋用量均可减少,经济效益较明显;施工方法适用性强,可采用预制吊装、有支架吊装、悬臂拼装、转体施工法等。

THE END
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