預應力混凝土橋

預應力混凝土橋

預應力混凝土橋,是主要承重結構採用預應力混凝土結構的橋樑。出現在20世紀30年代,50年代以來不斷取得巨大發展,主跨90米,在中、小跨度範圍內現已占絕對優勢,在大跨度範圍內它正在同鋼橋展開激烈競爭。

預應力混凝土橋

正文

主要承重結構採用預應力混凝土結構的橋樑。預應力混凝土橋出現在20世紀30年代,50年代以來不斷取得巨大發展,在中、小跨度範圍內現已占絕對優勢,在大跨度範圍內它正在同鋼橋展開激烈競爭(見橋樑工程發展史)。它的主要優點是:節省鋼材,降低橋樑的材料費用;由於採用預施應力工藝,能使混凝土結構的工地接頭安全可靠,因而以往只適應於鋼橋架設的各種不要支架的施工方法,現在也能用於這種混凝土橋,從而使其造價明顯降低;同鋼橋相比,其養護費用較省,行車噪聲小;同鋼筋混凝土橋相比,其自重和建築高度較小,其耐久性則因採用高質量的材料及消除了活載所致裂紋而大為改進。它的缺點是:自重要比鋼橋大,施工工藝有時比鋼橋複雜,工期較長。但這些缺點屬次要問題,且仍在不斷得到克服。因此,在50年代以來所出現的一些新型橋樑之中,它的適用範圍最廣,其發展仍方興未艾。
橫截面形式 小跨度預應力混凝土橋樑的橫截面每取板狀或T形(見橋樑標準設計);跨度較大時,則宜取箱形。行車道寬度大的公路橋,當跨度超過寬度的2.5~3.0倍時,可用作梁的上翼緣而受力的橋面板有效寬度就接近其全寬,如採用單箱單室截面,它將因腹板用料較省,比採用雙室單箱或雙箱者經濟;如進而採用上寬下窄的倒梯形單箱,可使橋面板的懸臂跨度減短,顯著降低其所受荷載彎矩而減少橋面配筋,並可縮小所需墩台的橫向支承尺寸及墩台的工程量。為減小自重,大跨度實腹梁常需在三個方向預施應力:即除縱向必需的預應力外,在橋面板中再施加橫向預應力以減薄橋面板,並在腹板中施加豎向預應力來減少腹板厚度。
結構體系 實腹梁和梁與墩剛性相連的T形剛構,其構件均以承受彎矩為主,是預應力混凝土橋最適用的形式。當跨度更大時,由於實腹構件自重太大,也有採用桁架梁的。至於其他結構體系,一般也能憑藉採用預應力混凝土構件,獲得一定的經濟效益(見剛架橋組合體系橋斜張橋等)。
實腹梁橋 ①簡支梁橋。在能整孔架設時,常被採用。中國預應力混凝土橋的標準設計主要採用簡支梁。美國跨越龐恰特雷恩湖的兩座平行橋,每座總長均為38公里多,分別為17.1米的簡支梁(1956年建),和25.6米的簡支梁(1969年)。象牙海岸阿比讓橋(1957年)為8孔跨度46.5米的公鐵兩用箱形簡支梁,箱頂為公路,箱內為窄軌鐵路。中國的洛陽黃河公路橋(1976年)為67孔跨度50米的簡支梁。
②連續梁橋。梁以數跨為一聯,僅在聯和聯之間及橋台和梁的活動端之間設定橋面伸縮縫,它是近年很受歡迎的一種體系。當跨度小於 100米時,可用頂推法架梁。例如,委內瑞拉的卡羅尼河公路橋(1963年,分跨為 48+4×96+48米),南非聯邦象河鐵路橋(1976年,11×45+45+11×45米),中國內蒙古包頭黃河公路橋(1983年,12×65米,4孔一聯)。當跨度較大或墩台較高時,可採用平衡懸臂法(見混凝土橋架設)現澆或拼裝(必要時可用臨時結構加強橋墩)。例如,法國熱訥維耶(Gennevilliers)公路橋(1976年,105+172+74+172+113米),中國湖北沙洋漢江公路橋(1985年,62.4+6×111.0+62.4米)。
③鉸式連續梁橋。設定鉸的目的是使沿梁彎矩值不致變號,便於配置預應力筋,簡化施工,但橋的剛度降低,養護費提高。中國成(都)昆(明)鐵路舊庄河橋(1966年,24+48+24米)和孫水河5號橋(1970年,32.3+64.6+32.3米),都是在中跨中央設鉸。
④V撐連續梁橋。將墩的上部用兩根按V形布置的撐桿代替,從而將連續梁的一個中間支點改為兩個,撐桿上端和梁剛性相連。從外形看,可認為這種結構屬剛架橋,但從沿梁彎矩分布看,它實質上近於連續梁。如美國長礁(Long Key)橋(1980年,34.4+101×36+34.4米,8孔一聯),中國在伊拉克承建的摩蘇爾4號橋(1983年,44+10×56+44米,12孔為一聯),均為V撐連續梁。
T形剛構橋 簡稱T構橋。按其發展過程可分為早期T構橋、掛孔T構橋、單鉸連續T構橋和反彎點設鉸連續T構橋。
①早期 T構橋。在採用平衡懸臂法從一個橋墩現澆或拼裝兩相鄰的主梁時,將墩和梁用預應力固結起來,以增加施工階段抗傾覆的穩定性。這樣,墩和梁就形成一個T構。隨著施工的進展,當兩相鄰的T構在跨中相遇時,便在該處設定永久性剪力鉸,這就是早期 T構橋的形式。其優點是主梁彎矩值不變號,便於配筋;缺點是在橋成之後,當混凝土發生不均勻徐變、收縮及遇到溫度變化時,在剪力鉸處產生附加剪力,使梁承受附加內力,且在活載作用下在梁跨中設鉸處產生較大的轉折角,對高速行車不利。如聯邦德國的沃爾姆斯公路橋(1952年,101.6+114.2+104.2米),荷蘭東斯海爾德公路橋(1965年,55孔91.4米)。它們每跨跨中都有鉸。(見彩圖)

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②掛孔T構橋。在兩個T構之間設一掛孔,這樣可以部分地克服早期 T構橋的缺點。如澳大利亞布里斯班河公路橋(1972年,73.2+109.2+146.3+182.9+42.7米),在其第2、第4孔內各有25米的掛孔;中國援助蘇丹在瓦德邁達尼修建的青尼羅河橋(1976年,2×25.9+73.0+2×120.0+73.0+2×25.9米),掛孔為25米。中國重慶長江公路橋(1980年,86.5+4×138+156.0+174.0+104.5米),掛孔為35米(見彩圖),也是此種體系。

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③單鉸連續T構橋。對邊跨較短,中跨較長的橋,只在中跨中央設永久性鉸,而在其餘各跨的T構不設永久性鉸,並以另一套配筋將合龍的梁端連成整體,形成連續T構,這是對T構橋的一大改進。如聯邦德國本多夫公路橋(1964年,43.0+44.4+70.5+208.0+70.5+44.4+43.0米),日本濱名公路橋(1976年,55+140+240+140+55米),中國台灣圓山公路橋(1977年,75+150+142.5+118+43米)等,均只在中跨中央設鉸。
④在反彎點設鉸的連續 T構橋。對於跨度相等的多跨橋,將300~600米長度之內的諸跨,按一聯連續T構布置,再將各聯之間所需的伸縮縫,設定在某一跨度的反彎點附近以鉸相連,可使梁在受到活載時的撓度及轉折角比其在跨中設鉸時改善很多,這又是對T構橋的一種改進。如法國的奧萊龍橋(1966年),正橋跨度79米,共26孔,每4孔為一聯,在反彎點處設鉸;瑞士的貝肯里德橋(1981年)分跨為35+50+55×55+40米,每480米設一伸縮縫於跨度的1/5點處。
桁架梁橋 以預應力混凝土作為受拉(或拉壓)桿件,非預應力的鋼筋混凝土作為受壓桿件組成。一般先預製桿件,就地澆築混凝土節點,再在受拉桿件中加預應力;或預製桁段,拼接後再加預應力。1960年聯邦德國最早建成芒法爾(Mangfall)連續預應力混凝土桁架梁公路橋,分跨為90+108+90米。蘇聯薩拉托夫的伏爾加河橋(1965年,106+3×166+106米,掛孔46米),澳大利亞的里普橋(1973年,73.6+182.9+73.6米,掛孔37米),中國的湖北黃陵磯橋(1979年,53+90+53米,掛孔16米,(見彩圖),均為預應力混凝土懸臂桁架梁公路橋。

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