某跨线立交(262×4626)m预应力砼连续梁设计土木工程专业毕业论文毕业设计.doc

西南交通大学毕 业 设 计 某跨线立交(26+246+26)m 预应力砼连续梁设计 年 级： 2002 级 13 班 姓 名： 学 号： 专 业： 土木工程 指导老师： 2006 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 I 页 评 语 院 系 土木工程 专 业 土木工程 年 级 2002 姓 名 题 目 某跨线立交(26+246+26)m 预应力砼连续梁设计 指导教师 刘元久 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第II页 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 班 级 土木 13 班 学生姓名 学 号 发题日期：2006 年 4 月 3 日 完成日期：2006 年 6 月 20 日 1 1 设计题目 某跨线立交(26+246+26)m 预应力砼连续梁设计 2 桥梁技术标准 设计荷载：公路-级 桥全宽: 双幅 2(20.5+13.0)m，单箱双室 桥下净空：5.0m 设计车速：60km/h 桥梁纵坡：5% 桥梁横坡：1.5% 地震烈度：7 度设防, 场地类别为类, 地震加速度 0.10g。设计特征周期 0.35 秒。 。 3 设计规范 中华人民共和国交通部部颁标准： 3.1 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） 3.2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004） 3.3 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85） 3.4 公路圬工桥涵设计规范 （JTJ D61-2005） 3.5 公路工程抗震设计规范 （JTJ004-89） 4 气象、地形及地质概况 该桥位地区属亚热带季风型气候区，气候温暖，降雨充沛，无霜期长，日照短， 多年平均气温 16.5，最高气温 37.3，最底气温-5.7，多年平均降雨量 1000mm，集中于夏季（78 月） ，年相对湿度为 82，年平均风速 1.35 米/秒, 极大 风速 27.4 米/秒，多年平均风压 140Pa,最大风压约 250Pa，最多风向为 NNE 向。 桥位处地形较为平坦，自然地坪标高 512.85516.37，地势大致呈南向西高、 北东低的趋势，相对高差 3.52m。 桥位地区场地各钻孔深度范围内所揭露地层为第四系沉积层厚度25 米，其下 的基岩属白垩系地层。地层及分布： 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第III页 第四系全新统人工填筑土，厚度 1.44.0m，全场地表层分布。 第四系全新统冲积层，厚度 0.63.2m，部分地段夹簿层或条带亚卵石土。 亚砂土，厚度 0.41.3m，部分地段夹条带亚粘土簿层或细砂。 砂土，深度 10m 以内卵石土中所夹砂土以细砂为主，呈透镜体分布。深度 10m 以下卵石土中所夹砂土以中砂为主，也呈透镜体分布。 卵石土，顶面埋深 2.06.0m，根据其密实度、填充物含量等，分为松散、中 密、和密实三个亚层，卵石含量分别约为 45%、50%、55%，粒径分别以 38cm、5 10cm、612cm 为主。 桥区地下水主要为埋藏于第四系砂卵石土中的孔隙潜水，对砼无侵蚀性。勘期 测得静止水位埋深 3.37.2m，相对高差很大，桥区地下水正常水位埋深应为 3.0 4.0m。 桥区地质评价： 桥位区段卵石土力学强度高，厚度大，埋深 10m 以内其密度变化大，埋深 10m 以下以中密、密实卵石为主，密度变化相对较小，为良好的天然地基持力层。 地下水埋深较浅，人工挖孔桩基础施工应采用深井降水，渗透系数建议采用 K=2530 米/日。 桥区位置及其附近无影响工程稳定性的不良地质现象，属相对稳定地段。本场 地环境类别为 II 类，设计特征周期 0.35 秒。 5 主要材料及要求 5.1 砼 1） 桥面砼土铺装：C40 2） 连续梁、明盖梁；C40 3） 桩基、承台、桥墩、桥台、搭板：C30 4） 防撞墙：C20 5.2 钢筋 1）主筋：II 级钢筋 2）辅助钢筋：I 级钢筋 3）预应力筋：箱梁纵向预应力束采用 j15.24 高强度低松弛预应 力钢绞线，ASTMA416-90a270 级标准，标准强度 Ryb=1860MPa ， Ey=1.95105MPa；加载至规定负荷的 80%时，松弛损失不大于 3.5； 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第IV页 张拉控制应力 k=0.75 Rby=1395MPa。要求钢绞线的供货厂家必须取得 ISO9002 质量体系认证证书，产品质量应有部级以上鉴定证书。 5.3 预应力管道 预应力管道均采用镀锌金属波纹管。 5.4 锚具 锚具采用群锚体系 YM 锚或 YM 锚。建议钢绞线规格采用 75，以下为常用锚具 尺寸供设计时选用。 锚具型号锚垫板 寸 mm 波纹管径 外/内 mm 螺旋筋 圈径 mm 圈数千斤顶 型号 锚具最小布 置间距 mm YM15-518062/551704Ycw100200 YM15-720077/702406Ycw150230 YM15-923087/802706Ycw250260 VM15-1227097/903307Ycw250290 YM15-19320107/1004008Ycw400420 YM15-27370127/1204708Ycw650490 YM15-516567/601705YDC1500210 YM15-719077/701905YDC1500230 YM15-921587/802106YDC2000270 YM15-1225092/852506YDC2500320 YM15-15290102/953206YDC3200370 YM15-17300107/1003407YDC4200400 YM15-19300107/1003507YDC4200420 YM15-24320117/1104007YDC5200460 其产品性能符合国际预应力协会编制的后张预应力体系验收建议 （FIP- 91）和预应力筋锚具、 夹片和连接器(GB/T14370-93)的要求。供货厂家必须取 得 ISO9002 和 BSI 质量体系认证证书。 6 主桥箱梁施工 箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第V页 7 设计内容 7.1 立面布置、各部位截面尺寸的拟定 7.2 结构内力计算 （1）确定结构计算图式 （2）恒载内力计算 （3）活载内力计算 （4）结构次内力计算 7.3 内力组合 7.4 绘制内力包络图 7.5 配筋计算 7.6 布置预应力束 7.7 强度验算 7.8 应力计算 7.9 施工阶段验算 7.10 挠度与预拱度计算 7.11 施工方法要点及注意事项 7.12 绘制结构主要施工设计图（不少于 16 张 A3 图） 7.13 外文资料翻译（不小于 1 万个外文字符的翻译和不少于 500 个汉字的外文 摘要） 7.14 编制设计计算说明书（不小于 1.5 万个汉字） 7.15 参加毕业实习并写出实习报告。 8 对学生的要求 8.1 从第 7 周-第 17 周完成设计任务书规定的设计内容。 8.2 熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁结构计算软件的使用。 8.3 初步掌握桥梁设计的方法。 8.4 在毕业设计、毕业实习中要服从指导老师安排，自觉遵守纪律，虚心学习， 学会思考问题，分析问题和解决工程实际问题。 8.5 设计合理、计算正确、数据表格化；计算说明书叙述简练、条理清晰、文 字通顺；章节编排分明、图表编号说明清楚；绘图整洁、正确、规范；文档完 整、装订成册。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VI页 9 时间及进度安排 本届毕业设计总时间为 12 周，即第 7 周至第 18 周(2006.4.3-6.23)，本学期第 1-6 周进行毕业设计的相关准备工作，具体安排如下， 第 1 - 6 周： a.借阅相关资料（包括规范） b.选修桥梁电算课程 c.熟悉软件 AUTOCAD、WORD 等 第 7 周：布置任务，拟定尺寸，准备计算数据； 第 8 周：结构内力计算；内力组合; 第 9 周：估束、布束、调束； 第 10-11 周：计算各项预应力损失；计算次内力； 第 12-13 周：进行内力组合;截面强度验算；刚度验算； 第 1417 周：编制设计计算书，绘制设计图及资料翻译，完善并装订计算书。 第 18 周：教师审核毕业设计计算书、设计图。答辩 10 阅读文献： 1、公路桥涵钢设计手册梁桥(上册、下册)人民交通出版社，2000 年 2、邵旭东主编,公路建设百问丛书桥梁设计百问,人民交通出版社，2003 年； 3、刘作霖，徐兴玉编， 预应力 T 型刚构式桥 ，人民交通出版社，1982 年； 4、范立础， 预应力混凝土连续梁桥 ，人民交通出版社，1988； 5、姚玲森主编， 桥梁工程 ，人民交通出版社； 6、王文涛， 刚构连续梁桥 ，人民交通出版社，1995.10。 7、徐光辉主编， 桥梁计算示例集 （预应力混凝土刚架桥） ，人民交通出版社， 1995 年 12 月。 8、马保林主编, 高墩大跨连续刚架桥,人民交通出版社，2001.10 9、范立础 主编，桥梁工程(上册、下册)，人民交通出版社，2005。 10、张树仁 郑绍珪公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理,人 民交通出版社，2005 11、石洞，石志源，黄东洲，桥梁结构电算，同济大学出版社，1989.4。 12、刘效尧，朱新实主编，预应力技术及材料设备，人民交通出版社， 1998.4。 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第页 摘摘 要要 毕业设计主要是关于小跨度预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计。预应力混 凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程量 小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。受时间和个人能力的限制， 本次毕业设计没有具体涉及到下部结构、横向预应力及竖向预应力的设计。 设计桥梁跨度为 26+246+26, 分为双幅设计，单幅为单箱双室，桥面宽 14m， 分为 3 车道。主梁施工采用满堂支架施工，对称平衡浇筑混凝土。 设计过程如下： 首先，确定主梁主要构造及细部尺寸，它必须与桥梁的规定和施工保持一致， 考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的影响，设计采用箱形梁。主梁的高度呈二次抛物线变 化，因为二次抛物线近似于连续梁桥弯距的变化曲线。顶板、底板厚度沿全桥保持 不变,均为 0.25m。 其次，利用 BSAS 电算软件分析内力结构总的内力(包括恒载和活载的内力计算)。 用于计算的内力组合结果也由 BSAS 电算软件计算而得，从而估算出纵向预应力筋 的数目，然后再布置预应力钢丝束。 再次，计算预应力损失及次内力，次内力包括先期恒载徐变次内力、先期预应 力徐变次内力、局部温度变化次内力。 然后进一步进行截面强度的验算，其中包括承载能力极限状态和正常使用极限状 态。在正常使用极限状态验算中包括计算截面的混凝土法向应力验算、预应力钢筋 中的拉应力验算、截面的主应力计算。 另外，本设计对箱梁扭转计算，风载，地震，以及结构动力特性没有考虑。 关键词：预应力混凝土连续梁桥、次内力、满堂支架施工 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第页 ABSTRACT The graduate design is mainly about the design of superstructure of short-span pre- stressed concrete continuous box Girder Bridge . Pre-stressed concrete continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competion ability because of subjecting to the dint function with the structure good, having the small defomation, few of control joint,going smoothly comfort,protected the amout of engineering small and having the powerfully ability of earthquake proof and so on. For time and ability limited, the design of the substructure, transverse pre-stressing and vertical pre-stressing is not considered. The spans of the bridge are 26+246+26m,main beam is respective designed, each suit has one box two room and three traffic ways, the width of the bridge surface is 14m. The major girder applies Full scaffold construction , symmetric equilibrium construction . The procedure of the design is listed below: The first step as to dimension the structural elements and details of which it is composed, it cant and certainly should without being fully coordinated with the planning and working phrases of the project. Considering the distorting stiffness and the bending stiffness, box birder goes as second-parabolic curve, for second-parabolic curve is generally similar to the change of continuous bridges bending moments along. The section at the support is strengthened by the provision of thickened webs , bottom slabs and a cross beam , the thickness of the bottom slab and the top slab is 0.25m. The second step is to use BSAS software to analyze internal gross force of the structures (including dead load and lived load), the internal force composition can be done by using the compute results. According to the internal force composited, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, then we can distribute the tendons to the bridge. The third steps is to calculate the loss of pre-stressing and secondary force due to pre-stressing, first dead loads and temperature, bearing displacement, and so on. The last steps is checking the main cross section. the work includes the load- caring capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as well as the main sections being out of shape. In addition , the torsion of box girder, wind loads, seismic loads and the dynamic 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第页 properties arent taken into account during the design. Key Words: grade separated Pre-stressed concrete continuous girder bridge Secondary force Full scaffold construction 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 1 1.2 毕业设计的目的与意义 .3 第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定.4 2.1 尺寸拟定 4 2.1.1 桥孔分跨 4 2.1.2 截面形式 4 2.1.3 梁高 5 2.1.4 细部尺寸 6 2.2 主梁分段与施工阶段的划分 7 2.2.1 分段原则 7 2.2.2 具体分段 7 2.2.3 主梁施工方法及注意事项 8 第 3 章 荷载内力计算.10 3.1 恒载内力计算 .10 3.2 活载内力计算 .12 3.2.1 横向分布系数的考虑 .12 3.2.2 活载因子的计算 .15 3.2.3 计算结果 .17 第 4 章 预应力钢束的估算与布置.18 4.1 力筋估算 .18 4.1.1 计算原理 .18 4.1.2 预应力钢束的估算 .21 4.2 预应力钢束的布置 .26 第 5 章 预应力损失及有效应力的计算27 5.1 预应力损失的计算 .27 5.1.1 摩阻损失27 5.1.2. 锚具变形损失 28 5.1.3. 混凝土的弹性压缩 31 5.1.4.钢束松弛损失 .34 5.1.5.收缩徐变损失 .35 5.2 有效预应力的计算 .39 第 6 章 次内力的计算40 6.1 徐变次内力的计算 .40 6.2 预加力引起的二次力矩 .40 6.3 温度次内力的计算 .42 6.4 支座位移引起的次内力 .44 第 7 章 内力组合46 7.1 承载能力极限状态下的效应组合 46 7.2 正常使用极限状态下的效应组合 49 第 8 章 主梁截面验算.53 8.1 截面强度验算 .56 8.2 截面应力验算 .58 8.2.1 正截面和斜截面抗裂验算 .58 8.2.2 法向拉应力 .59 8.2.3 主拉应力和主压应力 .60 8.2.4 使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算 .64 8.2.5 预应力钢筋中的拉应力 65 8.3 挠度的计算与验算预拱度的设计 .66 第 9 章 施工方法要点及注意事项68 9.1 材料设备及施工程序 .68 9.2 支架及模板 .70 9.3 预应力束布置 .70 9.4 混凝土工程 .70 9.5 张拉和压浆 .71 第 10 章 主要工程数量计算72 10.1 混凝土总用量计算 .72 10.1.1 梁体混凝土（40 号）用量计算.72 10.1.2 桥面铺装（40 号）混凝土用量计算.72 10.1.3 防撞墙（20 号）混凝土用量计算.72 10.2 钢绞线及锚具总用量计算 .73 毕业设计总结.74 致 谢75 参考文献.76 附录 1：实习报告 .77 附录 2：BSAS 数据原文件.80 附录 3 外文文献翻译 .95 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第1页 第 1 章 绪论 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、 造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。 本章简介其发展： 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地 采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。 为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就 是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混 凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力 结构所代替。 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的 情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复 战争带来的创伤。50 年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100 米，到 80 年代 则达到 440 米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实 际工程中，跨径小于 400 米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经 有了简支梁、带铰或带挂梁的 T 构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混 凝土结构体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年。但是，在桥梁结构中，随着预应力 理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。 连续梁和悬臂梁作比较：在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯 矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；但是，在活 载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优 于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点，但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼 者，因为限于当时施工主要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于 悬臂施工方法的应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60 年代初期 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第2页 在中等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中， 则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案重新获得了竞争力，并逐步在 40200 米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是 跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其优势，成为优胜方案。目前，连续梁结 构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。 然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在 养护方面都成为一个难题；而 T 型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两 种结构结合起来，形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的 体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。 另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了 很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。在 城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交通的分道行驶，甚至已建成 不少双层桥面形式。 在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，想要在本世纪末赶 超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题： 1发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混 凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土 质量难以提高。 2在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采 用养护调换不易的大吨位支座。 3充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料 减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。 另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指针也是一个很关键的因素，它是 设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、 预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术 经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材 指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、 运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价 格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不 能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第3页 费用在内。通过连续梁、T 型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可见： 连续刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未 来连续体系的发展方向。 总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综 合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。 1.2 毕业设计的目的与意义 毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和 专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过 程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步 专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。 本次设计为(26+2*46+26)m 预应力砼连续梁，桥宽为 28，分为两幅，设计时只 考虑单幅的设计。梁体采用单箱双室箱型截面，全梁共分 80 个单元一般单元长度分 为 2m。顶板、底板、腹板厚度均不变。由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间支 点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度梁，按二次抛 物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。 由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以 保证，所以采用有限元分析软件BSASBSAS 进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也 得以提高。 本次设计的预应力混凝土连续梁采用满堂支架法施工。 本次设计中得到了刘元久、荣国能、周凌远等几位老师的悉心指导，在此表示 衷心的感谢。 由于本人水平有限，且又是第一次从事这方面的设计，难免出现错误，恳请各 位老师批评指正。 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第4页 第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 2.1 尺寸拟定 本设计方案采用四跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长 144m。设计主 跨为 46m。 2.1.1 桥孔分跨 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 0.50.8 倍，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 0.8 倍是经济合理的。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： (26+2*46+26)米。基本符合以上原理要求。 2.1.2 截面形式 一、 立截面 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 4060 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。 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第5页 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，所以本设计中采用满堂支架施工方法，变截面的梁。 二、 横截面 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双室。 2.1.3 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 1/151/25 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/401/50 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。 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第6页 连续梁在支点和跨中的梁估算值： 等高度梁： H=（）l，常用 H=（）l 15 1 30 1 18 1 20 1 变高度（曲线）梁：支点处：H=（）l，跨中 H=（）l 16 1 20 1 30 1 50 1 变高度（直线）梁：支点处：H=（）l，跨中 H=（）l 16 1 20 1 22 1 28 1 而此设计采用变高度的直线梁，支点处梁高为 2.4 米，跨中梁高为 1.4 米。 2.1.4 细部尺寸 一、 顶板与底板 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 1/10-1/12，跨中处底板一般 为 200-250。底板厚最小应有 120。箱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 25cm.顶板厚 25cm。 二、 腹板和其它细部结构 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： （1） 腹板内无预应力筋时，采用 200mm。 （2） 腹板内有预应力筋管道时，采用 250300mm。 （3） 腹板内有锚头时，采用 250300mm。 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 300600mm，甚至可达到 1m 左右。 本设计支座处腹板厚取 55cm.，跨中腹板厚取 55cm。 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 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第7页 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 250mm，长 600m 的上部梗腋，而下部采用 1：1 的梗腋。 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。因此本设计没有加以考虑，而且由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影 响较小，在内力计算中也可不作考虑。 跨中截面及中支点截面示意图如下所示：（单位为 cm） 2.1.4-1 跨中处 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第8页 2.1.4-2 支座处 2.2 主梁分段与施工阶段的划分 2.2.1 分段原则 主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时，分段越细，计算结果的内力越接近 真实值，并且兼顾施工中的实施。但也要考虑 BSAS 教学版的不足及限制的地方，所 以本设计分为 80 个单元。 2.2.2 具体分段 本桥全长 144 米，全梁共分 80 个梁段，一般梁段长度分成 2.0m。 2.2.3 主梁施工方法及注意事项 主梁施工方法 ：主梁采用满堂支架法施工，箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第9页 图 2.2.3-1 结构简图 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第10页 第 3 章 荷载内力计算 3.1 恒载内力计算 主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两部分。 设计内力是强度验算及配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶 段的临时施工荷载，如施工机具设备（支架、张拉设备等） 、模板、施工人员等引起 的内力，主要供施工阶段验算用。由于对施工方面的知识不熟，本设计中对该项设 计内容作了简化，主要考虑了一般恒载内力、活载内力。 主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力 Sg1和二期恒载（如 铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力 Sg2。主梁的自重内力计算方法可分为两类： 在施工过程中结构不发生体系转换,如在满堂支架现浇等，如果主梁为等截面，可按 均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算；在施工过程中有结构体系转换时，应该分 阶段计算内力。本设计采用满堂支架法,二期恒载(又称后期恒载)集度约为: Q =44.6kN/m 2 由 BSAS 系统计算而得的有关结果如下表所示: 表 3.1-1 毛截面几何特性 控制截面截面号截面类型 AI Y上Y下 H 支座 1 1 15.500 2.654 0.651 0.749 1.400 1/8截面 3 38.43812.23050.60930.80771.417 1/4截面 5 58.52222.44220.63080.83721.468 3/8截面 7 78.66082.81440.66630.88571.552 1/2截面 9 98.85553.38790.71660.95341.670 5/8截面 11 119.10794.22150.78231.04071.823 3/4截面 13 139.36325.34020.85851.14952.008 7/8截面 15 159.77626.94130.95891.26912.228 支座 17 1725.512.96891.14081.25922.400 1/8截面 20 209.42485.4160.86561.14942.015 1/4截面 21 238.86053.40330.71790.95511.673 3/8截面 26 268.52222.44220.63080.83721.468 1/2截面 29 298.412.16240.60220.79781.400 5/8截面 32 268.52222.44220.63080.83721.468 3/4截面 35 238.86053.40330.71790.95511.673 7/8截面 38 209.42485.4160.86561.14942.015 支座 41 1725.512.96891.14081.25922.400 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第11页 表 3.1-2 恒载内力计算 截面号 Mg1Q1Mg2Q2 kN.mkNkN.mkN 边支座 0.00 1738.55 0.00 290.74 1/8截面 3742.01 700.30 709.35 145.79 1/4截面 4900.22 11.59 947.62 0.84 3/8截面 3806.33 -686.15 714.79 -144.11 1/2截面 423.41 -1397.52 10.88 -289.06 5/8截面 -5300.02 -2127.01 -1164.12 -434.01 3/4截面 -13429.27 -2878.18 -2810.20 -578.96 7/8截面 -24041.48 -3656.58 -4927.37 -723.91 支座 -37429.63 5273.18 -7515.63 963.47 1/8截面 -13222.43 3479.94 -2712.96 707.02 1/4截面 2981.36 2168.06 615.12 450.57 3/8截面 11841.89 921.01 2468.61 194.12 1/2截面 13638.83 -293.59 2847.52 -62.33 5/8截面 8465.57 -1508.20 1751.84 -318.78 3/4截面 -3771.28 -2755.25 -818.43 -575.23 7/8截面 -23351.39 -4067.13 -4863.28 -831.68 中支座 -50934.91 5860.37 -10382.72 1088.13 图 3.1-1 一期恒载弯矩图 图 3.1-2 一期剪力图 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第12页 图 3.1-3 二期恒载弯矩图 图 3.1-4 二期剪力图 3.2 活载内力计算 活载内力计算为基本可变荷载(公路一级)在桥梁使用阶段所产生的结构内力。 3.2.1 横向分布系数的考虑 荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或者 说各主梁如何分担车辆荷载。因为截面采用单箱单室时，可直接按平面杆系结构进 行活载内力计算，无须计算横向分布系数，所以全桥采用同一个横向分配系数。 一、横向分布系数的计算 单箱双室，桥面净宽度 W13.0m，车辆单向行驶，桥涵的设计 14 5 . 10W 车道数为 3 车道。 用刚性横梁法计算横向影响线竖标值 1. 抗扭修正系数1.0 2. 计算横向影响线竖标值 对于 1 号边梁的横向影响线竖标值可以通过简化公式计算： 单箱双室计算简化为 3 片梁肋 2 11 11 1 i a aa n 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第13页 2 11 13 1 i a aa n 汽车荷载布置见下图： 图 3.2.1-1 汽车荷载布置 其中：4.22+0+4.2235.28 m2 2 i a 0.833 2 11 11 1 i a aa n 50 55 0 . 1 3 1 0.167 2 11 13 1 i a aa n 50 55 0 . 1 3 1 影响线图如下： 图 3.2.1-2 影响线图 用刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离 1 号梁轴线的距离为 x， 则： 167 . 0 25 833 . 0 xx 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第14页 解得：x7.875m 根据公路桥涵设计通用规范 本设计的桥面净宽度 W13.0m，车辆单向行驶时在，桥涵的设计14 5 . 10W 车道数为 3 车道。 计算荷载得横向分布系数： （1） 一车道加载时： 图 3.2.1-3 一车道加载 )5 . 0875 . 7 () 3 . 1875 . 7 ( 875 . 7 833. 0 2 1 )( 2 1 )( 2 1 2 1 21 11 21 qqqqqcq xx x m 0.8753 （2） 二车道加载时： 3.2.1-4 二车道加载 25 . 4 05 . 6 35 . 7 15 . 9 875 . 7 833 . 0 2 1 )( 2 1 )( 2 1 2 1 21 11 21 qqqqqcq xx x m 1.418 武汉理工大学本科毕业设计（论文） 第15页 （3） 三车道加载时： 图 3.2.1-5 三车道加载 15 . 1 95 . 2 25 . 4 05 . 6 35. 715 . 9 875 . 7 833 . 0 2 1 )( 2 1 )( 2 1 2 1 21 11 21 qqqqqcq xx x m 1.635 3.2.2 活载因子的计算 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接 反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差 别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的 汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。 桥梁的