75m+140m+75m预应力钢筋混凝土连续箱梁项目可行性研究报告

1 75m+140m+75m 预应力钢筋混凝土连续箱梁 第一章 概 述 计题目 75m+140m+75 程概况 青银高速公路济南黄河大桥位于山东省济南市北部，是国道主干线青岛 银川 (也是济南北绕城高速公路 )跨越黄河的一座特大桥，同时也是京沪高速公路复线 (山东段 )的关键工程之一。 大桥起点桩号 点桩号 梁全长 ，分别包括南侧堤外引桥 (9*30+8*30+6*45+6*45m)、南侧跨大堤大桥 (75+140+75m)、南侧河滩引桥(6*45+6*45m)、主桥 (60+60+160+386m)、北侧河滩引桥 (5*46+5*46m)、北侧跨大堤大桥(75+140+75m)、北侧堤外引桥 (6*45+6*45+7*30+6*30m) 计内容 南 侧跨大堤大桥施工图设计。 要工程技术标准 (1)公路等级：双向八车道高速公路 (2)设计速度： 120公里 /小时 (3)标准路基宽度： 42 米 (4)桥梁宽度： ，上、下行两幅 (5)最大纵坡： 2 (6)桥涵设计汽车荷载：公路 -级 (7)黄河 设计防洪流量： 11000洪流量： 11000 3/8)黄河航道等级：级航道 (9)最高通航流量 9000 3/10)设计风速： 10米高处 10分钟平均最大风速 s (11)地震动峰值加速度： 余技术指标均按照部颁公路工程技术标准（ 定值和本项目工程可行性研究报告批复要求。 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 2 象条件 拟建桥位地处山东半岛中部腹地，位于我国东部暖温带亚湿润大陆性季风 气候区，受海洋气候影响较少，区域内具有明显的大陆性气候待征，一年四季分明，春季气温回升快，风多雨少，气候干燥；夏季高温多雨，雨量充沛集中，雨热同期，常有大风暴雨、冰雹、雷击等灾害性天气，冬季寒冷干燥，雨雪量减少。 年平均气温在 一月份平均气温最低，为 七月份平均气温最高，为 ,极端最低气温出现在 1972年 2月 7 日，达 ,极端高温出现在 2002年 7月 15日，达 42。 历年平均降水量为 650毫米，区域降水受季风影响明显，降水量 分布不均匀，年际、年内变幅大，降水主要集中在 6全年降水的 75以上。 冬季盛行西北风、北风、东北风，夏季盛行西南、南和东南风，春秋两季是过渡季节，风向多变。大风全年各月均有出现， 4月份最多， 8、 9月最少，全年平均大风天数 位处百年一遇风速为 s,风压为 历年平均初霜期为 10月 27日。最早出现在 10月 3日 (1956年 )，最晚在 11月 10日 (1965 年 )；平均终霜冻期为 4 月 13 日、最早在 3 月 27 日 (1977 年 )，最晚在 5 月 4日 (1961年 )；平均无霜期 198天。历年最大冻土深度 44厘米 桥位所处区域属亚湿润地带，年平均相对湿度 64 68， 1964 年最大 为 76%。全年 8月份较大，月平均 ,1974年 8月达 86 平均 60 ,1977年2月仅 38。 桥位处灾害性气候主要有：暴雨、冰雹、雷暴、雾等，暴雨出现在每年的 5 9月，4月偶有暴雨出现， 7、 8 月出现的次数最多，历年平均达 雹最早出现在 4月，最晚出现在 10 月，集中出现在 4 8 月， 6月份最多，历年平均冰雹日数 。雷暴最早出现在 3月，最晚出现在 11月，集中出现在 6 8月，历年年平均雷暴日数 24天；雾全年各月均月出现， 10 月至次年 2月最多， 3 6月较少，历年年平均雾日数 防工程的设计标准 根据国家堤防工程设计规范、黄河水利委员会黄河下游防洪工程标准、黄河下游标准化堤防建设标准若干规定以及相关规划，河务部门要求：堤防标准为级，顶宽设计标准为 12米，设计超高 、背河边坡为 1： 3，淤背区设计宽度 100米，边坡 1： 3，高度与设计洪水位平。 3 震 地 震危险性分析的结果表明，工程场地平均土条件下的地震基本烈度为度。各个年超越概率水平下均土条件的地震烈度和水平向基岩加速度峰值计算值（单位为2cm/s ）见下表 1 1。 桥位 年超越概率水平 速度峰值（ 史家坞桥位 度 史家坞桥位 ） ） ） 表 1 1 场区位于鲁西北帚状构造之济阳拗陷带南 侧，与鲁西隆起区之泰山沂山隆起毗连。两者在地貌上构成南部剥蚀中低山与北部沉积平原接壤，在构造上地部则为产状平缓的寒武奥陶系山脉与北部隐伏的石炭二迭系阶梯状断层斜坡带相连。鲁西隆起区与济阳拗陷这两大构造单元在中生代以前是连在一起的，没有经受过强烈的构造运动，只是局部地区表现为平缓的上升或下降，从中生代燕山运动起，断裂高度发育，两者分化、脱节，鲁西帚状构造强烈凹陷，接受了数百米到一、二千米的第三、四系沉积。而泰山沂山相对隆起塑造了南部山区与北部平原直接接壤的景观。受区域地质控制，场区下伏基岩为石炭、二迭系沉 积岩与燕山期辉长岩闪光岩接触带上，其上为厚约一百米至数百米的新生界沉积。桥址附近第四系埋深推估在 200 米左右。 地地层情况及工程物理力学性质指标 本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下 26 层 层亚砂土：黄褐色，饱和，松散稍密，夹薄层亚粘土。场区分布，厚度为 均 层底埋深： 均 物理力学指标值为： =; =e= =I=E= 1 层耕植土：黄褐色，很湿，由亚砂土组成，见根系及云母。场区普遍分布，厚度：均 底标高 :均 底埋深： 均 2 层亚粘土、粘土：黄褐色，湿，软塑，含较多粉粒。场区普遍分布，厚度： 均 底标高： 均 底埋深： 均 物理力学指标值为： =; =e= = 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 4 层粉细砂：黄褐、灰黄色，饱和，松散。见锈斑，含云母振动析水，夹薄层亚粘土及亚砂土。场区普遍分布，厚度： 均 底标高： 均 底埋深 均 褐色灰 褐色，软可塑，稍密，见锈斑，少量云母，夹薄层粉细砂。厚度： 均 底标高 均 底埋深： 均 物理力学指标值为： =; =e= =I=E= 亚砂土：浅黄褐色灰褐色，软硬塑，夹薄层 淤泥质土，厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =e= =I=E= 亚砂土：灰黑色，软硬塑，极少量姜石直径 5米，含少量有机质及铁锰氧化物。 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =e= =I=E= 层亚粘土：灰黑色，黄棕色 灰绿色，软硬塑，少量云母及小姜石，局部含有机质及生物贝壳。场区普遍分布，厚度 均 底标高 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =;=e=C= = 亚砂土：棕黄色夹灰绿色，湿 饱和，软硬塑，厚度 均 底标高 均 层底埋深 均 层亚粘土， 可 硬塑，含少量云母及少量小姜石，局部含有铁锰氧化物。场区普遍分布，厚度 均 底标高 均 均 其物理力学指标值为： =; =20.3 e=C= = 亚砂土，棕黄色，灰黄色，湿 饱和， 松散 稍密，软塑， 厚度 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =20.2 e=C= = 层亚砂土：黄褐色，饱和，中密，相变粉砂，含零星姜石，直径 5 20区普遍分布，厚度 :均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =20.3 e=C= = 粉砂：黄褐色，饱和，中密，少量云母。 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力 5 学指标值为： =; =e=C= = 亚粘土：黄褐色，硬塑，少量云母，极少量姜石。 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 层亚粘土：黄褐色夹白色，可塑 半坚硬 ，极少量云母 5%，底部混约 30%姜石，局部含少量砂粒。场区普遍分布， 。 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =e=C= = 黄色杂色，硬塑， 钙质胶结，取芯短柱状，力学性质偏软。 厚度： 均 底标高 层底埋深 黄色，饱和，中密，夹菁层中粗砂。场区普遍分布同，厚 度： 均 底标高 均 底埋深 均 黄褐色 黄棕色，硬半坚硬，含 15%姜石。场区普遍分布， 厚 度： 均 底标高 均 底埋深 物理力学指标值 为： =; =e=C= = 层弱胶结姜石层：黄褐色，岩芯呈柱状，采取率 80%，钙质泥胶结，呈透镜体状分布。场区普遍分布，厚度： 均 底标高 底埋深 均 层亚粘土：黄棕色 ，硬塑 半坚硬 ，含少量姜石，局部富集，直径 5 25铁锰质钙核。场区普遍分布 。 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =e=C= = 弱胶结姜石层：黄褐色，坚硬 ，钙质泥质胶结，局部呈来粘土状，取芯呈柱状，厚度： 均 底标高 均 均 层亚粘土：黄棕色 黄棕色 ，硬 半坚硬 ，少量云母及姜石，场区普遍分布 。 厚度：均 底标高 均 均 其物理力学指标 值为： =; =e=C=83; = 褐色，坚硬，钙质泥质胶结，取芯短柱状。场区普遍分布，厚度： 均 底标高： 均 层底埋深 均 层亚粘土：棕黄色 ，杂色，硬塑 半坚硬 ，含少量姜石，粒径 5 20部富集含量大于 50% 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =e=C= = 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 6 层亚粘土：褐黄色 ，灰绿色，棕黄色，稍湿，硬塑 ，含姜石及铁锰结核。 场区普遍分布 。 厚度： 均 底标高 均 层底埋深 均 其物理力学指标值为： =; =e=C= = 层亚粘土：黄褐色，棕黄色，稍湿，夹姜石层，局部富集并胶结。该层未穿透，厚度大于 其物理 力学指标值为： =; =e=C= = 层 号 岩 性 0(i(层 号 岩 性 0(i( 亚砂土 90 100 30 35 粘土 200 55 土 80 20 亚粘土 180 220 50 60 粘土 100 110 30 35 石 280 65 粉细砂 100 110 30 35 砂土 180 55 砂土 95 100 35 38 亚粘土 200 220 55 60 粘土 110 120 35 38 姜石 320 75 泥质亚粘土 120 38 亚粘土 220 240 60 65 亚粘土 120 160 38 50 石 280 65 砂土 110 38 亚粘土 220 240 60 65 亚粘土 140 200 45 55 石 320 75 砂土 160 45 亚粘土 240 260 60 65 亚砂土 160 180 50 55 亚粘土 240 260 65 68 砂 140 48 亚粘土 240 260 65 70 表 1 2 7 察工作内容和工程量 工 作 量 统 计 表 工作项目 单位 数量 备注 钻探 m/孔 8 泥浆护壁 平面地质调查 :2000 采取原状土样 件 2374 土工实验 件 2226 静三轴实验 组 18 标准贯入实验 次 468 固结系数试验 件 447 渗透系数试验 个 15 膨胀土试验 个 47 颗粒分析试验 个 151 绘 制工程纵断面图 张 1 绘制工程地质平面图 张 1 绘制钻孔地质柱状图 孔 6 编写工程地质勘察报告 份 1 表 1 3 勘察所依据的规程、规范和规定为： 1）公路工程技术标准 (2)公路工程地质勘察规范 （ 3）公路桥涵地基与基础设计规范 （ 4)公路路基设计规范 （ 5）岩土工程勘察规范 （ 6)公路工程抗震设计规范 （ 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 8 第 2 章 方案比选 桥梁设计原则 桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。 用性 桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。 适与安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅， 避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。 一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素 ，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。 应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。 9 型方案比选 桥 图 2 1 梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。 预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征： 1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低； 2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；3）结构的耐久 性和耐火性较好，建成后维修费用较少； 4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小； 5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产； 6）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力； 7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力； 8）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。 图 2 2 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 10 拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载 直梁的跨中弯矩为 ，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高， 石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。 由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。由于场区所建位置地质情况是软土地基，故不考虑此桥型。 图 2 3 软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而 以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力。这类桥梁不仅技术经济指标先进、造价低廉，同时桥型美观，反映出力与美的统一、结构形式与环境的和谐，增加了城市的景观。 11 图 2 4 斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁，现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过他们。 斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直 接锚于主梁上，称自锚体系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索，它通过吊索吊住加劲梁，索两端锚于地面，称地锚体系。 斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑。 目前我国跨堤大桥及城市高架桥结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确， 受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。连续梁结 构与同等跨度的简支梁相比，可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，桥上无缝钢轨因温度变化而产生的水平力很大，使得梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设 计难度。考虑到该场区的地质条件，综合考虑，采用连续梁结构作为跨越大堤区间的标准型式。 连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造，力学要求，美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的 ，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系，对于采用现场浇筑的桥梁，边跨长度取为中跨长度的 是经 济合理的。但是若采用悬臂施工法，则不然。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为： (75m+140m+75m)米。基本符合以上原理李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 12 要求。 梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、 T 型梁等可采用的梁型。 连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制 ,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。 简支组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量 轻。但从桥下看 ,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。但桥面板需现浇施工 ,增加现场作业量，工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变形大，对于无缝线路整体道床轨道结构形式来说，存在着后期维修养护工作量大的缺点。 槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低 ,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区 (上翼缘 )压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口 截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。 T 型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟 ,跨越能力大 ,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状 ,景观效果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，设计时其帽梁也须设计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。 相比之下，箱型梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。因此，结 合工程特点和施工条件，选择连续箱型梁。 梁截面尺寸 截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。但是，在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁，由于施工的需要，一般采用等高度梁。等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量 来抵抗较大的负弯矩，材料用量多，但是其优点是结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、施工方便。一般用于如下情况： （ 1） 桥梁为中等跨径，以 40 60 米为主。采用等截面布置使桥梁构造简单，施工迅速。由于跨径不大，梁的各截面内力差异不大，可采用构造措施予以调节。 13 （ 2）等截面布置以等跨布置为宜，由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时，也以等截面为宜。 （ 3） 采用有支架施工，逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采用等截面布置。双层桥梁在无需做大跨径的情况下，选用等截面布置可使结构构造简化。 结合以上 的叙述，所以本设计中采用中跨采用悬臂施工，边跨采用满堂支架施工方法。 截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。 当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外，箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所 以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。 常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是，由框架分析可知：两者对顶板厚度的影响显著不同，双室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别减少 70%和 50%。由于 双室式腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力数值不大，且布束容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。 3 梁高 根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15 1/25 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/40 1/50 之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。 连 续梁在支点和跨中的梁估算值： 等高度梁： H=（151301） l，常用 H=（181201） l 变高度（曲线）梁：支点处： H=（161201） l，跨中 H=（301501） l 变高度（直 线）梁：支点处： H=（ 161 201 ） l，跨中 H=（ 221 281 ） l 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 14 而此设计采用变高度的直线梁，支点处梁高为 8 米，跨中梁高为 3 米。 板与底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变 化，墩顶处底板为梁高的 1/102，跨中处底板一般为 200板厚最小应有 120梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。 本设计中采用双面配筋，且底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处设计为实心箱型截面 ,在跨中厚 0 板和其它细部结构 （ 1） 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设得太大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的 布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为： 腹板内无预应力筋时，采用 200 腹板内有预应力筋管道时，采用 250 300 腹板内有锚头时，采用 250 300 大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用 300 600至可达到 1m 左右。 本设计支座处腹板厚取 80跨中腹板厚取 60 （ 2） 梗腋 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的形式一般为 1： 2、 1： 1、 1： 3、 1： 4 等。梗腋的作用是：提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转 剪应力和畸变应力。此外，梗腋使力线过渡比较平缓，减弱了应力的集中程度。 本设计中，根据箱室的外形设置了宽 250 750（ 3）横隔梁 横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。 15 （ 4）本设计标准中支点横截面及跨中横截面示意图如图 2 5、 2 6 所示：（单位为 图 2支点截面 图 2中截面 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 16 桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和单薄壁桥墩。 重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，适用于地基良好的桥梁。重力式桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，街面尺寸及体积较大，外形粗壮，很少应用于城市桥梁。 空心桥墩适用于桥长而谷深的桥梁，这样可减少很大的圬工。 柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式。 这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好。 轻型桥墩适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长不大于 20m）的公路桥梁。轻型桥墩可减少圬工材料，获得较好的经济效益。在地质不良地段、路基稳定不能保证时，不宜采用轻型桥墩。 单薄壁墩适合于上部结构复杂，对下部结构要求较高，恒载较大的桥梁。 由上面的解释可知，单薄壁墩是最合适的墩型，与跨大堤桥的要求非常吻合。 正面侧面图 2 7：桥墩立面 图 2 8：桥墩侧面 17 第三章 上部结构设计与模型建立 （ 1）公路等级：双向四车道一级公路 （ 2）设计时速： 120公里 /小时 （ 3）桥梁宽度： （ 4）（桥面）横坡： （ 5）桥涵设计汽车荷载 （ 6）设计风速：平均最大风速 秒 （ 7）地震动峰值加速度： 公路工程技术标准（ 公路桥涵设计通用规范（ 60 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （ 62 公路桥涵地基与基础设计规范（ 公路圬工桥涵设计规范（ 61 公路工程抗震设计规范（ 建筑地基基础设计规范（ 0007 上述规范被列入工程建设标准强制性条文的条款在设计中均严格执行 ! （ 1）混凝土 箱梁 跨铁路墩身 承台 钻孔灌注桩 （ 2）普通钢筋 采用 （ 3）预应力钢筋 低松弛高强度预应力钢绞线，单根钢绞线直径 d=绞线面积2139m m ，钢绞线标准强度 1860 p ， 弹性模量 51 1 0 P 。 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 18 点 采用 行上部结构计算 1）恒载：一期恒载包括主梁，横梁等自重，主梁自重按实际段面计，二期横载包括桥面铺装，内外侧护栏等。 2）活载：公路一级 3）温度：体系升温 20 度，降温 20 度，主梁上下缘温差按公路桥涵设计通用规范（ 60值 4）基础不均与沉降 5）风荷载：施工阶段取 V=s,运营阶段去设计风速 V=s 6）荷载组合：恒载 +公路 恒载 +公路 其他可变荷载（支座沉降等） 1）主梁细部尺寸 主梁采用单箱单室断面，根部梁高 中梁高 梁底曲线按 抛物线变化，箱梁顶板宽度 板宽度 悬臂长度 臂板根部厚 90部厚 20梁内顶板厚 30板厚 30 100 号块局部加厚至 180板厚60 802)桥墩 连续墩采用矩形薄壁墩，平面尺寸 m 3)承台与基础 连续墩采用 2m 钻孔灌注桩，每墩十二根，按摩擦桩设计。承台平面采用梯台形式。下部尺寸 部尺寸 m,厚 同） 本桥主梁共设置 90个单元，单悬臂单元划分为： （墩顶 0号块） 3+8 4+拢段） 边跨现浇段为 单元编号从左至右 119 使用 过程如下： 入 程序，选取并进入所需类型程序，并选另一名称保存！ 如图 3 1 所示 图 3 1 2、 3 3 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 20 图 3 2 图 3 3 3 5 3输入截面尺寸信息如图 3 4、 3 5。 图 3 4 图 3 5 3 5 4 使用结构建模助手建立模型如图 3 6、 3 7 21 图 3 6 图 3 7 用建模助手输入预应力 钢束。如图 3 8、 3 9。 图 3 8 图 3 9 预应力钢束的锚固点位置 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 22 图 3 10 模助手信息输入完毕后，模型基本建立。 1）基本 模型如图 3 10。 图 3 10 2）预应力钢束分布如图 3 11。 图 3 11 23 系转换 由建模助用建立出来的模型为刚构体系，尚须进行体系转换 1） 将原来的弹性连接改为临时固结 2） 定义一个边界组名称为体系改换。如图 3 12 图 3 12 3）将两桥墩顶点处两节点处设置两个支座。如图 3 13 图 3 13 4)定义一个施工阶段并命名为体系转换 24 5)在该施工阶段里，将临时固结边界组钝化，将体系转化边界组激活。如图 3 14。 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（ 75+140+75） - - 24 图 3 14 义二期荷载（桥面铺装 +护栏） 1）定义一个荷载组命名为二期荷载，如图 3 15 图 3 15 2）对各梁单元进行二期荷载的加载，如 图 3 16 25 图 3 16 3） 定义一个施工阶段命名为二期荷载 25。 4） 在该施工阶段里，将二期荷载组激活，如图 3 17 图 3 17 9 混凝土徐变与收缩定义连接及修改 1）时间依存性材料的定义，如图 3 18、图 3 19 图 3 18 图 3 19 2）时间依存性材料的连接，如图 3 20 3 修改单元的材料时间依存特性，如图 3 21 李智存：变载面预应力混凝土连续箱梁设计与分析（