第五章剛架橋 5 1剛架橋的概念一 定義 1 定義 橋跨結構 梁或板 和墩臺整體相連的橋梁稱為剛架橋 2 受力特點 1 梁墩柱剛性連接 梁因墩柱的抗彎而卸載 整個體系是壓彎結構 也是有推力結構 2 剛架橋的橋下凈空比拱橋大 在同樣凈空要求下可修建較小的跨徑 3 剛架橋施工較復雜 一般用于跨度不大的城市或公路的跨線橋和立交橋 4 現在采用預應力混凝土和懸臂施工的剛架橋 己成為大跨度橋梁競爭方案之一 1 2 3 形式 1 剛架構造分為直腿剛架 門式 和斜腿剛架 2 V形墩剛架橋 為減少支柱肩部的負彎矩峰值 將支柱做成V形墩形式 3 帶拉桿形式 為方便采用懸臂施工 并且減少跨中正彎矩和撓度值 做成兩端帶拉桿的結構形式 施工時可在端部臨時壓重 3 4 5 6 V形墩剛架橋 荷蘭布里爾斯馬斯橋 7 日本 茨城縣十王川橋V形墩剛架橋 8 桂林漓江橋1987年95m國內第一次采用V形橋墩 9 10 帶拉桿形式 11 4 T形剛構 橋跨結構的上部梁在墩上采用兩邊平衡懸臂施工 首先形成一個T字形的懸臂結構 然后相鄰的兩個T形懸臂在跨中可用剪力鉸或跨徑較小的掛梁聯成一體 稱為帶鉸或帶掛孔的T形剛構 12 13 14 5 連續剛構 如果在跨中采用預應力鋼筋和現澆混凝土聯成整體 則為連續剛構 亦稱為連續一剛構連續體系 簡稱為連續剛構橋 15 16 6 分離式連續剛架橋 對于主梁連續時的多跨剛架橋 當強烈全長太大時 或者做成數座相互分離的主梁連續式剛架橋 主要用于城市高架橋 17 4 適用 鋼筋混凝土 中 小跨徑預應力鋼筋混凝土 大跨度直腿剛架 門式 和斜腿剛架 中 小跨徑T形剛構 連續剛構 大跨度 18 二 剛架橋的新發展 1 1953年聯邦德國修建的沃倫姆斯橋為主跨114 2m的T形剛構 它是鋼橋傳統施工方法 懸臂施工法在預應力混凝土橋梁中的創造性應用 不僅方便地解決了預應力混凝土橋施工難題 而且發展預應力結構新型體系T形剛構 并對其它體系橋梁產生深遠的影響 而T形剛構因其獨特的優點 一經問世便得到了廣泛的應用 2 實例 19 1 1980年重慶長江大橋T形剛構全長1120m 橋寬21m 174m 8跨 懸臂梁端高3 2m 根部11 0m 掛梁35m 橋墩等截面空心鋼筋混凝土 高70m 全國最大 20 2 1990年國內第一座連續剛構橋跨徑180m廣州洛溪大橋 通航凈空34m 120m 65 125 180 110m 根部10m 跨中3m 雙壁式薄壁空心墩 橋面標高高 引橋1376 24m 21 3 黃石長江大橋1995年245m 全長2580m 162 5 3 245 162 5m 國內最大連續長度預應力混凝土連續剛構橋 22 4 重慶黃花園大橋 1999年 250m 全長1030m 23 5 虎門大橋副航道橋 1997年 270m 當時世界第一 兩年后挪威主跨298m替代 24 6 沅陵沅水橋140m四跨不對稱預應力混凝土連續剛構橋墩高52 4m 25 7 芬蘭圖爾庫米勒橋71 02m跨中梁高0 86m斜腿處2 70m纖細主梁由跨越岸邊人行通道短孔平衡 26 8 廣西橫縣巒城大橋國內首次雙層橋面預應力混凝土連續剛桁架橋國外一般為鋼骨架拼裝 27 3 分類 1 一種說法 在橋梁界有些學者將T形剛構和連續剛構劃分為梁式橋 且認為T形剛構橋是預應力混凝土梁式橋中懸臂體系得到了改進與發展 形成了一種新型結構的梁式橋 連續剛構是將T形剛構粗厚橋墩減薄 形成柔性橋墩 使墩梁固結 主梁連續形成連續一剛構橋 它又是T形剛構與連續梁結合的一種新型體系 2 另一種說法 也有學者將T形剛構和連續剛構歸結為組合體系橋 即認為它們都是梁和剛架相結合的組合體系橋 3 本書 由于T形剛構橋和連續剛構橋的共同特點是墩梁固結 與剛架橋結構基本一致 所叫本書將它們歸類于剛架橋 28 5 2T形剛構橋的主要特點 一 T形剛構橋的主要特點T形剛構橋是一種具有懸臂受力特點的梁式橋 最早采用鋼筋混凝土結構 由于鋼筋混凝土梁式結構承受負彎矩 頂面裂縫不可避免 因此鋼筋混凝土T形剛構不可能做成很大的跨徑 而預應力混凝土T形剛均可直接采用懸臂施工法 從20世紀50年代產生以來 預應力混凝土T形剛構得難了迅速發展 29 二 分類 預應力混凝土T形剛構橋 分為跨中帶剪力鉸的和跨內設掛梁的兩種基本類型 1 帶鉸的T形剛構橋1 帶鉸的T形剛構是一種超靜定結構 它的上部結構全部是懸臂部分 相鄰兩懸臂通過剪力鉸相連接 2 優點 剪力鉸是一種只傳遞豎向剪力而不傳遞縱向水平力和彎矩的連接構造 當在一個T構結構單元上作用有豎向荷載時 相鄰的T構單元通過剪力鉸共同參與受力 從結構整體受力和牽制懸臂端的變形分析 剪力鉸對T形剛構橋的內力起到有利作用 3 缺點 帶鉸的T形剛構橋由于溫度變化 混凝土收縮徐變和基礎不均勻沉陷等因素的作用會使結構內產生很難準確計算的附加內力 而且懸臂端因塑性變形產生撓度不易調整以致帶來行車不平順以及有時施工中還要強迫合攏等許多不足 其次 剪力鉸不僅結構復雜 用鋼量多 造成費用增加 而且鉸和梁的剛度差異引起結構變形不協調 致使橋面不平順 導致行車不舒適 上述種種缺點限制了帶鉸T形剛構橋的應用范圍 30 2 帶掛孔的T形剛構橋 1 掛孔的T形剛構橋是一種靜定結構 與帶鉸的T形剛構相比 雖然各個T構單元完全獨立作用時 其受力與變形情況稍差 但它消除了鋼筋混凝土結構的缺點 充分發揮了結構在營運和施工中受力一致的獨特優點 2 受力明確 構造簡單 特別是掛梁與多孔引橋簡支跨尺寸相同時 更能加快全橋施工進度 從而獲得更高的經濟效益 3 雖增加了牛腿構造 但免去了剪力鉸復雜構造 4 主要缺點除橋面伸縮縫多 對高速行車不利外 在施工中還增加預制與安裝掛梁的機具設備 31 總結 1 T形剛構橋無論是帶鉸的還是帶掛梁的 它與預應力混凝土連續梁橋相比 用懸臂施工法 可節省墩梁固結和跨中合攏兩道關鍵工序 2 雖然橋墩剛度較大 但可節省昂貴的支座 其綜合用材和費用卻比連續梁經濟 3 特別是T形剛構受力是長懸臂體系 全跨以承受負彎矩為主 預應力束筋布置在橋的頂面上 方便了施工 與懸臂拼裝施工方法協調結合是它的主要特點 為T形剛構橋施工懸空作業機械化 裝配化提供了有利條件 4 尤其對深水 深谷 大江 急流等礙障條件下修建大跨度橋梁 施工條件十分有利 并可獲得合經濟指標 32 5 3連續剛構橋的主要特點 一 定義由于應用傳統的鋼橋懸臂施工方法 使預應力混凝土梁式橋的懸臂體系得到了新的發展 形成了T形剛構橋 隨后又出現了將T形剛構粗厚橋墩減薄 形成柔性橋墩 使墩梁固結 主梁連續從而形成連續剛構橋 33 34 二 特點 1 與連續梁橋的主要區別 在于柔性橋墩的作用 使結構在豎向荷載作用下 基本上屬于一種墩臺無推力的結構 而上部結構具有連續梁施工的一般特點 2 連續剛構橋特點 1 跨中不設鉸也不帶掛梁 橋面連續 行車平順 2 更重要的是粱體內的內力分布更加合理 能充分發揮高強材料的作用 有利于增大跨徑 3 隨著橋梁施工技術水平的提高 對混凝土收縮 徐變 溫度變化 預應力作用 墩臺不均勻沉陷等因素引起的附加內力研究的深入和問題的不斷解決 大跨度預應力混凝土連續剛構橋已成為目前主要采用的橋梁結構體系 35 3 連續剛構橋跨越能力大 受力合理 結構整體性能好 橋面連續行車舒適 造型簡單 施工又相對菏單 其投資比斜拉橋 懸索橋同等跨度條件下要低 在高墩結構中也比一直以為最便宜的簡支粱橋同等條件下投資偏低或相同 是一種極有發展前景的新型橋梁結構形式 36 三 已獲得發展 1 我國1900年建成第一座跨徑為180m的大跨度預應力混凝土連續剛構橋 廣東洛溪大橋 從此連續剛構橋在我國得到了廣泛的應用和大量的推廣 2 自1995年以來建成的主跨超過200m的連續剛構橋有黃石長江大橋 虎門大橋副航運橋 江津長江大橋 重慶高家花園嘉陵江大橋 四川瀘州長江二橋 廣東南澳跨誨大橋 四川馬鞍石嘉陵江大橋 重慶黃花園大橋等 特別是虎門大橋副航道橋是我國連續剛構橋中最重要的一座特大橋梁 建成時為該橋型跨徑世界之最 但這個記錄保持不到兩年 就被挪威RaftSendet橋 主跨298m 所代替 但虎門大橋無論是設計 施工 科研上均取得了重要成果 為我國修建300m跨徑以上的連續剛構橋做好了充分的技術準備 37 四 今后發展方向 連續剛構的結構特點時主梁連續 墩梁固結 既保持了連續梁無收縮縫 行車平順的優點 又保持了T形剛構不設支座 無需體系轉換的優點 方便施工 而且很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度能很好地滿足較大跨徑橋梁的受力要求 因此它是一種極有生命力的橋梁結構形式 不僅己成為大跨度預應力混凝土橋梁的首選橋型 而且連續剛構橋還具有下列發展趨勢 1 跨徑可進一步增大我國正處于修建連續剛構橋的熱潮之中 跨徑280m的奉節長紅大橋正在建設 珠?？缌尕暄蟮奶卮髽蛞烟岢隽丝鐝?18m跨橫門車航道的連續剛構方案 可以預計 跨徑300m以上的連續剛構橋在不久的將來必然會在中國出現 38 2 上部結構不斷輕型化橋梁上部結構的輕型化 可以減輕上部結構的自重 減少材料用量 也可以降低對掛籃的要求 從而降低工程造價 由于采用大噸位錨具 高強混凝土和輕質混凝土 上部結構不斷輕型化 這也是連續剛構橋的發展方向 3 簡化預應力束類型 我國預應力混凝土連續剛構橋設計中 已有相當多的橋梁取消了彎起束和連續束 用豎向預應力和縱向預應力承擔主拉應力 極大地方便了施工 不僅簡化了頂應力結構體系 而且受到施工單位的歡迎 4 取消邊跨合攏段落地支架設計采用合適的邊跨與主跨比 在導梁上直接合攏邊跨 或與引橋的懸臂相連接實現邊跨合攏段的現澆 在高墩的條件下取消邊跨合攏段的落地支架 除帶來一定的經濟效益外 還可方便施工 39 5 上部結構連續長度增長為了適應高速行車的需要 將行車舒適性提高到重要位置 國外產生了 少用和不用伸縮縫是最好伸縮縫 的新觀點 于是國外橋梁設計中最大限度增加上部結構的連續長度 我國的橋梁設計者也注意到這一發展趨勢 連續剛構橋從洛溪大橋上部結構連續長度480m發展到黃花園大橋1024m 使上部結構的連續長度增加了近2 2倍 如果設計中再考慮一些技術措施 預計在條件允許時連續剛構橋可發展到1200 150