预应力混凝土箱梁桥设计计算书

1、学 生 毕 业 设 计设计计算书课题名称柳城预应力混凝土箱梁桥 姓 名蒋蕤 学 号 0903310-31 院 系土木工程学院 专 业土木工程(桥梁与隧道方向 指导教师张锴(讲师2013年5月 2013届学生毕业设计材料(四湖南城市学院本科毕业设计诚信声明本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计,是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议,除文中已经注明引用的内容外,本设计不含任何其他个人或集体已经发表或写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本科毕业设计作者签名:2013年5月27日目

2、录摘要. I V A BSTRACT. V1 绪论 (11.1预应力混凝土连续梁桥概述 (11.2毕业设计的目的与意义 (31.3毕业设计的任务 (32 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 (52.1设计原始资料 (52.1.1设计技术标准 (52.1.2 本桥主要材料 (52.1.3 设计规范 (62.1.4 桥位自然条件 (62.2桥型方案拟定与尺寸拟定 (92.2.1 桥孔分跨 (102.2.2 截面形式 (112.2.3 梁高 (122.2.4 细部尺寸 (122.2.5 下部结构和附属设施 (132.3主梁分段与施工阶段的划分 (142.3.1 分段原则 (142.3.2 具体分段 (142

3、.3.3 主梁施工方法 (143 内力计算与荷载组合 (153.1全桥结构计算图式的确定 (153.2全桥施工阶段的划分 (153.2.1 单元的截面特性和单元重量 (153.2.2 主梁施工分段 (163.2.3 本设计主要单元号与节点号。 (173.2.4 内力计算. 错误!未定义书签。3.3温度次内力计算 (173.4活载内力计算 (183.4.1 车道荷载 (183.4.1人群荷载 (193.3荷载组合 (204 配筋设计 (274.1钢束估算 (274.2预应力钢束的布置 (314.2.1 钢束数确定 (314.2.2 布置原则 (325 预应力损失计算 (346 全桥应力验算 (3

4、76.1施工阶段混凝土应力验算 (376.2使用阶段混凝土应力验算 (526.3使用阶段钢束应力验算 (556.4变形验算 (597 施工说明 (607.1施工概述 (607.2主要控制技术 (617.2.7 0号块梁段托架拼装及施工 (617.2.2 边跨直线段施工 (617.2.3 体系转换 (627.3施工的机具设备 (627.3.1锚具 (627.3.2施工挂篮 (637.4施工步骤 (64参考文献 (66附录英文翻译 (67致谢 (73柳城预应力混凝土箱梁桥摘要:本毕业设计主要是崀山扶夷江大桥的初步设计由于预应力混凝土连续刚构桥具有刚度大、变形小、行车顺适、跨中建筑高度小、外形美观、

5、用料少、施工用地小等特点。设计桥梁跨径80m+150m+80m,截面形式为单箱单室箱形截面,桥面总宽14m,双向双车道。主梁施工采用悬臂挂篮施工,对称平衡浇筑混凝土梁段。本次设计首先对主桥总体布置及结构尺寸拟定;然后运用桥梁博士V3.0软件对主桥上部结构进行内力计算、荷载效应组合、估算并配置纵向预应力筋、模拟悬臂浇筑施工方法对全桥进行内力验算、输出报告模版的编辑;最后在结构内力验算满足规范要求的基础上,绘制本设计主桥的桥位地质图、桥型方案图、主梁一般构造图、纵向预应力筋截面图、施工流程图等。关键词:预应力混凝土连续刚构桥;次内力;悬臂施工Abstract:The graduation proj

6、ect is preliminary design on Langshan fuyi River prestressed concrete continuous beam bridge. Because the prestressed concrete continuous bridge in a big way has the characteristics that rigidity, to distort, the driving smooth, the cross height of building t is small slightly, the contour is artist

7、ic, the needed materials are few, construction land is small and so on.Designing the bridge span for80 m+150m+80m ,cross section shape for single box single room box sections,bridge deck total 14 m wide,dual two-lane.The main girder construction hanging basket cantilever construction ,symmetrical ba

8、lance for pouring the concrete beam.First for this design, I draw up the main span general arrangement and the structure size; then use software bridge Dr. V3.0 to caculate the endogenic force computation and the load effect combination using to the main span superstructure, to estimate and disposes

9、 the longitudinal pre-stressed muscle, to simulate bracket construction job practice to carry on the endogenic force checking calculation, to output report pattern plates edition of the entire bridge; Finally, on the basis of endogenic force checking calculation satisfies the code requirement, draws

10、 up this design main spans bridge site geologic map, the bridge diagram, the king post general constructional drawing, the longitudinal pre-stressed muscle profile chart, the construction flow chart and so on.Keywords: Prestressed concrete continuous rigid frame bridge; cantilever construction;Secon

11、dary forces;Cantilever constructioV1 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

12、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

13、,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

14、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,连续梁所须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

15、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

16、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,三材指针和造价指针与很多因素有关,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

17、营费用在内。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。1.3 毕业设计的任务本次设计

18、任务:桃花江大桥是一座二级公路上的预应力混凝土连续梁桥。桥梁所处河段平顺,河床平坦。根据桥位的自然地质条件,拟定主桥桥长为310m,分孔情况为80m+150+80m.桥面设计车速为60km/h,双向双车道,全宽14m。采用3跨变截面连续箱梁。横断面采用单箱单室的箱型界面,预应力混凝土连续箱梁具有刚度大、伸缩缝少、变形小、行车顺适、跨中建筑高度小、外形美观、用料省、施工用地小等特点。采用箱行界面具有较大的抗扭刚度。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桥梁博士进行,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桥采

19、用悬臂浇注法施工。悬臂浇注法施工具有很多优越性:它不需要大型的机械设备;不影响桥下通航、通车;且施工受河道水位和季节的影响较小。主要技术标准1 设计荷载:公路级,人群荷载:2.5kN/m2洪水频率:按300年一遇设计。3 桥面净空:净10米4 桥面横坡:行车道2%人字形面坡6 连续梁桥的施工方案:逐孔施工法,悬臂施工法,顶推施工法等。本桥采用悬臂施工法,其特点有桥梁在施工过程产生负弯矩,桥墩也要承受由施工产生的弯矩;悬臂浇筑施工简便,施工中可不断调整位置;悬悬臂拼装施工速度快,桥梁上、下结构可平行作业。7 为了提高工作效率,提高计算精度,使对结构物的受力分析更为符合实际,本次设计上部结构采用桥

20、梁博士V3.0设计软件设计及验算、采用CAD 绘图。2 桥跨总体布置及结构尺寸拟定2.1 设计原始资料2.1.1设计技术标准(1荷载等级汽车荷载:公路-级人群:人群荷载值取2.5kN/m。(2桥宽:主桥:桥面净宽10m,总宽4m。(3通航等级:-(3级,净空尺寸标准为:110m(净宽10m(净高。(4设计水位:按300年一遇洪水频率设计洪水位300.10m(黄海高程。2.1.2 本桥主要材料参照规范规定,该桥材料取用如下:(一混凝土主桥悬浇连续梁采用C50;20m预应力混凝土现浇箱梁采用C50;匝道桥梁钢筋混凝土现浇箱梁采用C50;桥面铺装采用10cm厚沥青混凝土;主桥下部构造:承台C25、C

21、25封底;桩基C25;墩柱及顿顶盖梁C25;支座垫石采用C25;配置混凝土所采用的水泥、砂、石、水等材料及混凝土的配合比、拌制、运输和浇筑应严格按照公路桥涵施工技术规范执行,并应符合规范所规定的质量检验及质量标准。(二预应力钢材15.2低松弛预应力钢绞线,其抗拉强预应力钢绞线采用270级公称直径s度标准f=1860MPa,弹性模量E=1.95105MPa,技术标准必须符合“ASTM416-90”和“GB5224-2003”有关规定。预应力筋采用的锚具、夹具和连接器应满足(GB/T14370-2007国标要求。(三普通钢筋普通钢筋必须符合“GB1499.1-2008钢筋混凝土用钢第一部分:热轧光

22、圆钢筋、B1499.2-2007钢筋混凝土用钢第二部分热轧带肋钢筋”标准的各项规定。其中钢筋直径d12mm全部采用HRB335钢筋,抗拉强度标准值fsk =335MPa,钢筋直径d12mm全部采用R235钢筋,抗拉强度标准值fsk=235MPa。桥墩桩基及墩柱柱钢筋直径d20mm应采用机械接头连接。(四普通钢材技术标准必须符合“GB700-2006碳素结构钢”规定,选用的焊接材料应符合“GB/T5117-1995”和“GB/T5118-1995”的要求,并与采用的钢材材质和强度相适应。(五其他材料本桥所有材料质量的要求应符合公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000的有关规定,并符合相应的国家

23、标准。所有材料及标准件产品均应采用通过国家级或部级鉴定的产品,并应按国标部标要求进行抽样检验。2.1.3 设计规范(1交通部颁公路工程技术标准(JTG B01-2003(2交通部颁公路路线设计规范(JTJ D20-2004(3交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004(4交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004(5交通部颁公路桥涵地基与基础设计规范 (JTG D63-2007(6交通部颁公路桥涵抗风设计规范(JTG/T D60-1-2004(7交通部颁公路桥梁抗震设计细则 (JTG/T B02-01-2008(8交通部颁公路桥涵施工技术规范(JT

24、J041-2000本设计均按中华人民共和国工程建设标准强制性条文公路工程部分执行。2.1.4 桥位自然条件(一地形地貌桥位区属于常德鼎城区级阶地地貌,地势平坦,遍布水田及农舍,河两岸均有简易公路通往桥位区,交通较为方便,施工条件好。柳城大桥横跨河水两岸筑有防洪大提,堤顶距离约245左右,桥位处堤防设计水位为300.10m。(二气象常德市属亚热带季风气候,温暖湿润,雨量丰富,年平均气温16.7-16.9,年降水量1237.7-1691.2mm,年日照1400-1800小时,无霜期185-188天,春夏之交多暴雨,4-6月占全年降水量的40%,区内水网密集,小河水流均汇入桃花江。据调查,该区域桃花

25、江历史最高洪水位为306.17m。扶夷江常年流水,水量较大,水位受季节影响较大,一般4-8月为丰水期。河面在拟建桥位处河面宽约245m,水深约3.2-8m。(三水文资料常德流域一般从4月开始涨水;5-8月为汛期,8月以后水势平稳;10-11月水位下落,12月至翌年3月为枯水期。四季雨量不均,流量变化大,据桃花江水文站记录,历年最大最大流量为15300m3/s,最小流量90.53m3/s。桥位区内分布有地表水与地下水。主桥地表水主要为桃花江河水,河道宽约240m,勘察时水面高程约300.10m,水深约0.8-10.5m,引桥地表水主要分布于水沟、水塘中,其水量、水位随季节变化,直接由大气降水补给

26、。地下水主要是第四系覆盖成中的孔隙水,赋存于粉细沙、圆砾及卵石等层中,具有一定的承压性,水量较大。地下水位主要位于上部粘性土层底部,水头较高,一般位于钻孔孔口以下4-6m左右,且水量较大。(四地层岩性及主要物理力学指标根据本次勘察,桥位区地层较为简单,桥位区基本被第四系土层所覆盖,其中卵石层上部多呈灰色、灰褐色等杂色,而下部多呈褐黄色、棕黄色,其表面多附有褐黄色铁质氧化物,这表明卵石层下部在其沉积历史上曾出露地表,经历过淋滤和氧化作用,故以此为依据,将卵石层上部及其以上各地层划至第四系全新统,卵石层下部及其以下各地层划至第四系上更新统。现由新至老分述如下:第四系全新统Q4填筑土:褐黄色,灰褐色

27、,松散,主要由黏性土组成,零呈分布于河堤及桥位区中的宅基地、乡村路路基中,层厚约1.5-2.0m。种植土:褐色,灰褐色,松散,含少量植物根系,厚约0.3-0.5m,主要分布于桃花江两岸水田中。淤泥质粉质黏土:灰褐色,灰黑色,灰绿色,流软塑,含有机质及腐殖质,稍有异味,层厚约1.0-1.3零呈分布于桥位区内的水沟、鱼塘中。粉质黏土:褐色,灰褐色,深灰色,可塑硬塑状,手摸略有砂感,局部夹薄层状粉砂、圆砾,层厚约1.5-11.0m,主要分布于桥位区大堤两侧农田中。细沙:灰褐色,灰绿色,稍密中密状,稍含泥,局部可见黑色腐殖质,局部夹少量圆砾及卵石,厚约2.55.0m。圆砾:杂色,饱和,中密密实,粒径一

28、般0.52Cm,呈亚圆状,圆状,成分为砂岩,石英砂岩及其他硅质岩,间隙充填细沙,局部夹卵石,层厚约3.05.0m,桥位区广泛分布,局部以透镜体形式夹于卵石层中。卵石:灰褐色等杂色,饱和,中密密实,粒径约27cm,最大约18cm,呈圆状,亚圆状,成分为砂岩、石英砂岩及其它硅质岩,局部夹漂石,间隙充填细沙、细圆砾及少量粘性土,层厚约6.016.0m,桥位区广泛分布。第四系上更新统Q3卵石:褐黄色为主,饱和,中密密实,粒径约39cm,最大约15cm,呈圆状,亚圆状,成分为砂岩、石英岩及其它硅质岩,局部夹漂石,间隙充填细沙、细圆砾及少量粘性土,层厚约10.028.0m,桥位区广泛分布圆砾:褐黄色等杂色

29、,饱和,中密密实,粒径一般1.02Cm,呈亚圆状,圆状,成分为砂岩,石英砂岩及其他硅质岩,间隙充填细沙,局部夹卵石,层厚约13.041.0m,桥位区广泛分布。砾砂:灰褐色,褐黄色,饱和,中密密实,含少量有机质及黏性土,稍含砾及卵石,揭露层厚为1.714.6m,该层主要以透镜体形式夹于卵石层中,桥位区广泛分布。粉砂:灰色,褐黄色,饱和,中密密实,含少量有机质及黏性土,稍含砾及卵石,层厚约5.0m,主要以透镜体形式存在,仅局部存在。黏土:褐色,灰褐色,褐黄色,切口平之光滑,粘感强,含少量黑色铁锰质结核及灰白色高岭土,层厚约1.813.5m,桥位区仅局部分布,主要以透镜体形式存在。砾砂:灰褐色,褐黄

30、色,饱和,中密密实,含少量有机质及黏性土,稍含砾及卵石,揭露层厚为8.332.5m,该层埋深较大,主要分布于沩水河床中。卵石:杂色,饱和,中密密实,粒径约213cm,最大约15cm,呈圆状,亚圆状,成分为砂岩、石英岩及其它硅质岩,局部夹漂石,间隙充填细沙、细圆砾及少量粘性土,层厚约57m,该层埋深较大,仅局部揭露。(五不良地质桥位区范围内的特殊性岩土主要为软土,仅零星分布于桥位区内的水沟、鱼塘中,系长期高水位形成,厚度一般小于3m,对桥梁桩基影响不大。位于桥梁两侧接线路基部分的软土建议采用直接清除、填砂砾的方法处理。 图2.1 桥位地质剖面图2.2 桥型方案拟定与尺寸拟定随着桥梁理论的不断成熟

31、,在桥梁设计中要求桥的适用性强、舒适安全、建桥费用经济、科技含量高。桥梁的形式可从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面拟定。1适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。2舒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。3经济性设计的经济性一般占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护费用。4先进性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

32、、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。5美观性一座桥梁,尤其是坐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。依据上述分析,连续刚构桥造价适中,施工方便,使用结构性能好,河床压缩少,有利于汛期泄洪,结合本地的具体地质条件和人文环境以及其他客观因素,我最终选择了预应力混凝土连续刚构桥作为设计方案进行设计。本设计方案采用预应力混凝土变截面连续刚构结构,全长248m。设计主跨为120m。2.2.1 桥孔分跨连续刚构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

33、,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。若采用三跨或四跨不等的桥孔布置,一般边跨长度可取为中跨的0.50.7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0.7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:80m+150m+80m。基本符合以上原理要求。2.2.2 截面形式立截面从预应力混凝土连续刚构的受力特点来分析,连续刚构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

34、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,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。结合以上的叙述,所以本设计中采用悬臂施工法,变截面的梁。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

35、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

36、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型梁,采用的横截面形式为单箱单室箱形截面。2.2.3 梁高根据经验确定,预应力混凝土连续梁桥的支点截面梁高h 支一般取(1/161/20L ,其中L 为主跨长度;跨中梁高h 中=(1/2.51/3.5h 支。本设计采用支点

37、处梁高为8.0米,跨中梁高为3.0米。2.2.4 细部尺寸悬臂长度 悬臂长度一般不大于5m ,长度超过3m ,宜布置横向预应力筋。单箱单室截面b:a 之比为1:(2.53.0时横向受力状态较好。本设计采用b=3.5m ,a=7.00m 。悬臂端部厚度不小于10cm ,在本设计中取25cm ,靠腹板端悬臂厚度取70cm 。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。支墩处底板还要承受很大的压应力,一般来讲:底板厚度2 与跨径L 之比一般取1/1401/170,跨中区域底板厚度则可按构造要求设计,一般取2228cm 。底板厚最小应有1

38、20mm 。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。参考如下(跨中截面:表2.1 腹板与顶板尺寸关系 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。底板在支点处厚70cm ,在跨中厚40cm .顶板厚50cm 。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,其设计为:(a 墩上腹板厚度参数: 3max 110=Bl h t K pwp(b 跨中腹板厚度参数: 3max210=Bl h t

39、 K m wm 试中: wp t 墩上截面腹板厚度总和;t跨中截面腹板厚度总和;wmh墩上截面梁高;ph跨中截面梁高;mB桥面总宽。l桥梁最大跨径。max本设计支座处腹板厚取700mm,跨中腹板厚取500mm。(2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。因此本设计只在支座处设置支承横隔梁。 图2.2 跨中和支点截面(尺寸单位:cm2.2.5 下部结构和附属设施下部构造承台尺寸为10.012.03.0m。基础

40、为群桩基础,每个墩桩基础分双排,共6根D200cm端承桩。桥面铺装(1桥面铺装根据要求,选用2cm厚的防水层、8cm厚的C50防水混凝土和10cm沥青混凝土作为铺装层,(平均厚度。(2桥面横坡根据规范规定为1.5%3.0%,取2%双向人字横坡。(3人行道人行道的宽度为1. 5m,设0.5m的栏杆。栏杆高度为1.5m。2.3 主梁分段与施工阶段的划分2.3.1 分段原则悬臂浇筑的每个节段长度一般为3-4m,节段太长,将增加混凝土自重与挂篮结构的重量。同时还要相应增加平衡重或挂篮后锚固设施;节段过短,影响施工进度。2.3.2 具体分段本桥全长310米,中支点0#块长度6m,18#长3m,9-18#

41、长4m。边跨合拢段长2.0m,中跨合拢段长2.0m,边跨直线段长4.0m。2.3.3 主梁施工方法主梁施工方法主梁采用悬臂浇注法施工,墩顶梁段分别在各墩顶浇注,其余梁段用活动挂篮悬臂浇注,挂篮及附属设备重不大于130t。墩顶0#梁段开始浇注之前,正式支座及临时支座(即钢筋混凝土支墩均先就位,主跨墩支座全部临时刚接形成固定钢支座,活动支座应给予临时锁定。施工程序建议分为三大步骤(1在墩顶0#梁段施工完毕之后,两侧对称悬臂浇注至合拢之前的梁段,边跨上的等高直线段采用满堂支架施工,一次性浇注,边跨2、3号段合拢,形成单悬臂简支梁。(2拆除主跨跨中挂篮,灌注主跨中跨合拢段。(3拆除全部模板,解除临时约

42、束并将主跨支座的一个改成固定铰支座,其余两个改成活动铰支座,形成四跨连续梁,张拉全部剩余钢索。3 内力计算与荷载组合3.1 全桥结构计算图式的确定按照杆系程序分析的原理,遵循结构离散化的原则。全桥以下原则在适当位置划分节点:1杆件的转折点和截面的变化点;2施工分界点、边界处及支座处;3需验算或求位移的截面处;4当出现位移不连续的情况时,例如相邻两单元以铰接形式相连(转角不连续,可在铰接处设置两个节点,利用主从约束考虑该连接方式。本设计的单元划分,每一个施工阶段自然划分为一个单元。这样便于模拟施工过程,而且这些截面正是需要验算的截面。化位置相应增设了几个单元。如图所示 图3.1 主桥单元划分示意

43、图3.2 全桥施工阶段的划分3.2.1 单元的截面特性和单元重量为了方便全桥的施工分段,更好地根据起吊重量来划分,特用程序将划分的梁的单元的截面特性和单元重量计算出来,具体结果见表3.1:表3.1 单元毛截面特征 (续上表 (此为左半跨梁段自重,右半跨与之对应相等3.2.2 主梁施工分段除第1单元和、第268单元在边跨合拢前采用满堂支架现浇成形,其它边跨梁段均与主跨梁段同时对称悬臂浇注,在此不一一列出。主跨及边跨施工分段见下图3.2。全桥共分86个单元、87个节点,其中两个边跨各有24个单元,中跨有44个单元,再后面的恒载、活载、施工及验算等内力的计算时,代入程序的单元划分形式都以以上这种划分

44、方式填写数据文件。如图3.2 图3.2 主梁施工分段3.2.3 本设计主要单元号与节点号。 由于本计算书篇幅所限,本计算书除单元截面配筋表外所有表都只例全桥左边的重要单元号与节点号。3.3 温度次内力计算按矩阵位移法求解温度次内力,在、号墩出现负弯矩最值,在中跨墩出现正弯矩最值。本设计考虑主梁上下缘温差7,温度次内力结果如表 3.4所示。表3.5 温度次内力 a 温度次内力弯矩图(单位:kN m a 温度次内力剪力图(单位:kN图3.5温度次内力图3.4 活载内力计算3.4.1 车道荷载全桥车道荷载内力如表3.6所示。表3.6车道荷载内力 a车道荷载最大、最小弯矩图(单位:kNm b车道荷载最

45、大、最小剪力图(单位:kN图3.6车道荷载内力图3.4.1人群荷载人群加载只需求出影响的正、负区段面积。人群荷载产生的内力如下表所示。表3.7人群荷载内力表 人群荷载最大、最小弯矩情况和最大、最小剪力如下图3.7。 a人群荷载最大、最小弯矩图(单位:kNm b人群荷载最大、最小剪力图(单位:kN图3.7人群荷载内力图3.3 荷载组合在进行承载能力极限状态计算时,作用(或荷载的效应(其中汽车荷载计入冲击系数应采用其组合设计值;结构材料性能采用其强度设计值。于预应力混凝土连续梁桥,同一截面因不同荷载作用所产生的内力可能同号,也可能异号,因此考虑不同的荷载安全系数进行内力组合。基本组合。永久作用的设

46、计值效应与可变作用设计值效应组合。偶然组合。永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应组合。偶然作用的效应分项系数取 1.0;与偶然作用同时出现的可变作用可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。同时考虑箱梁抗扭提高系数,本桥的上部箱梁在墩顶都有强大的横隔板,且墩梁固结,当箱梁承受偏载作用而使箱梁扭转时,箱梁截面的自由扭转受到约束,而是纵向纤维受到拉伸或压缩,从而产生约束扭转正应力与约束扭转剪应力,横向梁抗扭提高系数取用1.15。按上述规定进行荷载组合,表3.8 承载能力极限状态荷载组合内力结果单位:轴力kN,剪力kN,弯矩kNm (续上表 (续上表 选用使用内力组合根

47、据正常使用极限状态内力组合表和承载能力极限状态内力组合表可绘出正常使用极限状态和承载能力状态的弯矩包络图和相应的剪力包络图。 a承载能力极限状态弯矩下最大与最小弯矩矩图(单位:kNm b承载力极限状态最弯矩下最大最小下剪力图(单位:kN c承载能力极限状态剪力下最大最小弯矩图(单位:kNm d承载能力极限状态剪力下最大与最小剪力图(单位:kN e承载能力极限状态轴力下最大与最小弯矩图(单位:kNm f承载能力极限状态轴力下最大与最小剪力图(单位:kN图3.8承载能力极限状态下弯矩剪力图表3.9 正常使用极限状态荷载组合内力结果 (续上表 (续上表 选用使用内力组合根据正常使用极限状态内力组合表

48、和承载能力极限状态内力组合表可绘出正常使用极限状态和承载能力状态的弯矩包络图和相应的剪力包络图。 a正常使用极限状态弯矩下最大与最小弯矩图(单位:kNm b 正常使用极限状态弯矩下最大与最小剪力图(单位:kN c 正常使用极限状态剪力下最大与最小弯矩图(单位:kNm d正常使用极限状态剪力下最大与最小剪力图(单位:kN e正常使用极限状态轴力下最大与最小弯矩图(单位:kNm f正常使用极限状态轴力下最大与最小剪力图(单位:kN图3.9正常使用极限状态下弯矩剪力图4 配筋设计4.1 钢束估算根据配筋计算要求,预应力梁应满足弹性阶段的应力要求和塑性阶段的强度要求。因此,预应力筋的数量可以从满足这几

49、方面的要求来考虑。按正常使用极限状态的应力要求计算。预应力梁在预加应力和使用荷载作用下的应力状态应满足的条件是: 上缘应力: 上y 上W M g (4 . 1 . 2上y +上W M g +上W M p 0.5Rba (4 . 1 . 2下缘应力: 下y 下W M g +下W M p (4 . 1 . 3下y -下W M g 0.5Rba (4 . 1 . 4一般情况下,由于梁截面较高,受压区面积较大,上缘和下缘的压应力不是控制因素,为方便计算,可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件。在公路桥规中,当预拉区配置受力的非预应力钢筋时,容许截面出现少许拉应力,但在估算钢束数量时,依然假设RL 等

50、于零。由预应力钢束所产生的截面上缘应力y 上和截面下缘应力y 下分以下三种情况讨论:截面上、下缘均布置力筋,由力筋N 上及N 下在截面上、下缘产生的应力分别为:上y =A N 上+上上上W e N +A N 下-上下下W e N (4 . 1 . 5 下y =A N 上-下上上W e N +A N 下+下下下W e N (4 . 1 . 6可得到上缘和下缘预应力筋的数目:n 上=max M (e 下-K 下-min M (K 上+e 下/(K 上+K 下(e 上+e 下1/a a f (4 . 1 . 7n 下=max M (e 下+K 下+min M (K 上-e 下/(K 上+K 下(e

51、上+e 下1/a a f (4 . 1 . 8 当截面只在下缘布置预应力筋N 下以抵抗正弯矩时,当由上缘不出现拉应力控制时:由AN 下-上上下下W -e minM W N = 得到:a min-e n a f K M (下下下= (4 . 1 . 9当由下缘不出现拉应力控制时, 由AN 下-上上下下W -e minM W N = 得到: a maxe n a f K M (上下下+= (4 . 1 . 10当截面只在上缘不出现拉应力控制时,由N 上以抵抗负弯矩时分两种情况考虑:当由上缘不出现拉应力控制时,由A N 上- 上上上上W -e min MW N = 得到: a mine n a f

52、K M (上下上+= (4 . 1 . 11当由下缘不出现拉应力控制时,由A N 上+下下上上W e maxM W N = 得到: a maxn a f e K M (上上上-= (4 . 1 . 12计算出预应力筋数的面积如下表4.1和4.2:表4.1预应力筋数的数量 由桥梁博士你可知本桥在支点截面出现最大负弯矩,在中跨合拢段截面出现最大正弯矩。结合钢筋估算结果(由上表与20%预应力损失,对本桥支点截面上缘配置1140(76束根15s 15.2的钢绞线,其他截面由支点向跨中截面递减;中跨合拢段截面下缘配置330(22束根15s 15.2的钢绞线,其他截面由跨中向两边递减,边跨下缘配置150根

53、(10束15s 15.2的钢绞线,顶板120(8束15s 15.2的钢绞线。4.2 预应力钢束的布置4.2.1 钢束数确定估算出各截面的最小配筋面积后,根据拟定的钢绞线类型,并考虑适当调整,可以定出每个截面所需的钢束数。在确定每个截面的锚固束和通过束时,必须考虑到一个重要因素;悬臂施工的连续梁桥一般采用大吨位预应力群锚体系,集中锚固在腹板的上承托处。再考虑到受力对称的需要,对该单箱单室截面每个断面的锚固束只能是2束、4束、6束。故可能需要根据构造要求对钢束作较大调整。如果截面上缘调整后的钢束数比计算钢束数增加,增加的钢束对下缘混凝土产生拉应力,因此下缘也需要增加钢束平衡。下缘所需增加的钢束数n

54、 H 可由下缘混凝土应力等于零这一条件按下式求得: OBH OB B K K n N H +=e -(e B(4 . 2 . 1同理,如增加下缘配束n H ,则相应上缘需要增加负弯矩束n B ,即OHB OH H B K e K n N +-=(e H (4 . 2 . 2式中: B H n n 、增加的上缘束或下缘束的束数; B H N N 、相应增加的上缘束或下缘束的束数; h e e 、B 截面重心至上、下钢束重心的距离; O H O B K K 、.截面重心至上、下核心点的距离。本桥采用符合GB5224-1995的钢绞线,其公称直径15.24(75mm ,R b =1500MPa ,E

55、 y =1.9105MPa ,公称面积139.98mm ,最小破断力219.52KN 。顶板和底板束均采用7股一束,采用OVM15-9锚具,YCD200千斤顶,垫板尺寸315 mm315 mm40mm ,开孔D=134mm ,锚孔中心距260mm ,垫板边缘到混凝土边缘30mm ,扩孔设长L500mm ,孔道直径84mm ,孔道中心距125mm 。4.2.2 布置原则各断面的锚固束和通过束确定以后,就应确定各钢束在箱梁中的空间位置及几何特征,这是计算预应力效应和施工放样的依据。钢束布置时,应注意以下几点:(1应满足构造要求。如孔道中心最小距离,锚孔中心最小距离,最小曲线半径,最小扩孔长度等。(2注意钢束平、竖弯曲线的配合及钢束之间的空间位置。钢束一般应尽量早地平弯,在锚固前竖弯。特别应注意竖弯段上、下层钢束不要冲突,还应满足孔道净距的要求。(3钢束应尽量靠近腹板布置。这样可使预应力以较短的传力路线分布在全截面上,有利于降低预应力传递过程中局部应力的不利影响;能减小钢束的平弯长度;能减小横向内力;能充分利用梗腋布束。有利