1.装配式简支梁桥的构造
装配式简支梁桥,以前考虑到起重设备的能力和预制安装的方便,一般采用多梁式结构,主梁间距通常在2.0 m以内。目前随着起重设备能力的提高、高强度材料的应用和轻型薄壁结构的推广,已有加大主梁间距、减少梁数的趋向,设计更加经济合理。
装配式简支梁桥,可视跨径大小、是否施加预应力、运输和施工条件等的不同,而采用不同的构造类型。
所谓构造类型,主要涉及装配式主梁的横截面形式、沿纵截面上的横隔梁布置、块件的划分方式以及块件的连接集整等问题,而且这些问题是相辅相成、互相影响的。
装配式简支梁桥的截面形式对于一定跨径或桥宽的桥梁而言,采用何种预制主梁截面、主梁的间距多大,应从经济的材料用量、尽可能减少预制工作量,并考虑单片主梁的吊装重量等各方面去优选。
从主梁的横截面形式来划分,装配式简支梁桥可以分为三种基本类型:∏形梁桥、T形梁桥和箱形梁桥。
简单的∏形梁桥横截面,块件之间用穿过腹板的螺栓连接,以使施工简化。∏形构件的特点是截面形状稳定,横向抗弯刚度大,块件堆放、装卸和安装都方便。但这种构件的制造较复杂,梁肋被分成两片薄腹板,通常用钢筋网来配筋,难以做成刚度大的钢筋骨架。设计经验证明,跨度较大的∏形梁桥的混凝土和钢筋用量都比T形梁桥的大,而且构件也重。故Ⅱ形梁一般只适用于跨径6~12 m的小跨径桥梁。
目前我国用得较多的装配式简支梁桥是T形梁桥。装配式T形梁桥的优点是制造简单,肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架,主梁之间借助间距为4~6 m的横隔梁来连接,整体性好,接头也较方便。不足之处是截面形状不稳定,运输和安装较复杂;特别是预应力混凝土T形梁,不能斜置、倒置或在安装过程中倾斜,否则可能断裂;构件正好在桥面板的跨中接头,对板的受力不利。装配式钢筋混凝土T形梁桥的常用跨径为7.5~20 m,装配式预应力混凝土T形梁桥的跨径一般为20~40 m。
在保证抗剪条件下尽可能减少梁肋(或称腹板)的厚度,以期减轻构件自重,是目前钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的发展方向。因此,为使受拉主筋或预应力筋在梁肋底部较集中地布置,或者为满足预加应力的受压需要,就形成呈马蹄形的梁肋底部。但要注意,腹板厚度小于16 cm时,混凝土浇筑较困难。马蹄形的梁肋使模板结构和混凝土的灌注稍趋复杂。
箱形梁一般不适用于钢筋混凝土简支梁桥,因为受拉区混凝土不参与工作,多余的箱形梁底部陡然增加了自重。然而对于全截面参与受力的预应力混凝土梁来说,情况就完全不同。箱形截面的最大优点是纵横向的抗弯和抗扭能力大;其抗扭惯性矩为相应T形梁截面的十几倍甚至几十倍,因此在横向偏心荷载作用下,箱形梁桥各梁的受力要比T形梁桥均匀得多,而且在运输、安装阶段,单梁的稳定性要比T形梁的好得多。但箱形梁薄壁构件的预制施工比较复杂,单根箱形梁的安装重量也比T形梁的大,这在确定梁桥类型时是必须加以考虑的。
2.块件的划分方式
一座装配式桥梁按何种方式划分成预制拼装单元,是直接影响到结构受力,构件的预制、运输和安装,以及拼装接头的施工等许多因素的问题,而且这些因素往往彼此影响。例如,要加大安装构件的尺寸以减少接头数量和增强结构的整体性,就会要求有很强的运输、起重能力;为了减小构件的重量,就会增加构件和接头的数量,或增加现浇混凝土的工序等。同时块件的划分方式也与所选用的横截面形式紧密相关。
因此,在设计装配式梁桥时,必须综合考虑施工中的各种具体条件,通过经济技术上的仔细比较,获得最佳方案。在装配式梁桥设计中块件划分应遵循的原则如下。
(1)根据建桥现场实际的预制、运输和起重等条件,确定拼装单元的尺寸和重量。
(2)块件的划分应满足受力要求,拼装接头应尽量设置在内力较小处。(www.daowen.com)
(3)拼装接头的数量要少,接头形式要牢固可靠,施工要方便。
(4)构件要便于预制、运输和安装。
(5)构件的形状和尺寸应力求标准化,增强互换性,构件的种类应尽量减少。
钢筋混凝土与预应力混凝土梁桥常用的块件划分方式有以下三种。
(1)纵向竖缝划分。
这种划分方式在简支梁桥中的应用最为普遍。我国采用的装配式钢筋混凝土和预应力混凝土T形简支梁桥的标准设计,都采用这种块件划分方式。在这种结构中,作为主要承重构件的主梁,包括相应行车道板的∏形梁和T形梁,都是整体预制的,接头和接缝仅布置在次要构件——横隔梁和行车道板内,或直接用螺栓连接,而且结构部分全为预制拼装,无须现浇混凝土。这种划分方式的特点是主梁受力可靠,施工方便。但构件的尺寸和重量往往较大,会增加运输与安装上的困难。
为了减轻和减窄用纵向竖缝划分的构件,有时采用缩小桥面板和横隔梁预制尺寸的办法。在此情况下,需在预制构件内伸出接头钢筋,待安装就位后就可灌注部分桥面板和横隔梁的混凝土,并且要等现浇混凝土达到足够强度后结构才能进行后续工序的施工,施工速度较慢。
(2)纵向水平缝划分。
为了进一步减轻拼装构件的起吊重量和尺寸,并使其便于集中预制和运输吊装,还可以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,最后在接缝内或在板上现浇一部分混凝土,使结构连成整体。这样的装配式梁桥通常称为组合式梁桥。此种块件划分方式的特点是主梁构件轻,桥面板整体性好,受力条件好,但增加了现浇混凝土的施工工序,延长了施工工期。
目前,国内外采用的组合式梁桥有两种形式,即T形组合梁桥和箱形组合梁桥。前者适用于钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁桥,后者适用于预应力混凝土梁桥。
(3)纵、横向竖缝划分。
如果要使装配式梁的预制块件进一步减小尺寸和减轻重量,可将纵向竖缝划分的主梁再通过横向竖缝划分成较小的梁段。显然,对于这样的预制梁段,由于没有钢筋穿过接缝,就必须在安装就位后串联,以预应力筋施加预压应力,才能保证所有接缝具有足够的连接强度,使梁整体受力。因此,横向分段预制的装配式梁也称串联梁。
串联梁的主要优点是块件尺寸小、重量轻,可以工厂化成批预制后运至工地。但块件的预制精度要求高。在预制时应按预应力筋设计位置留出孔道。施工时,使梁段在工地组拼台上或在桥位脚手架上正确就位,并在梁段接触面上涂薄层环氧树脂(厚度通常小于1 mm),这样逐段拼装完成后再穿入预应力筋进行张拉,使梁连成整体。
对于箱形和槽形梁段,为了简化预制工作,也可不在块件内预留孔道,而将预应力筋直接设置在底板上,待张拉锚固后再在底板上灌注混凝土覆盖层,以保护预应力筋。
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