大跨度预应力混凝土连续梁桥（70m＋112m＋70m）初步设计

第一章设计任务书

1.1设计任务说明

一、设计的目的及意义

学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，

深入了解公路预应力混凝土桥梁在桥式方案比选、结构计算及施工

架设等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容。为学生在毕

业后从事桥梁技术工作打好基础。

二、设计的主要内容

1、根据已有的水文地质资料，确定不同的桥式方案并绘图。

2、进行桥式方案的比选和工程量的计算。

3、对基本尺寸的选择进行探讨（包括梁高、边跨与中跨长度及比

值等参数）。

4、对已确定的桥式方案进行结构设计及施工方案的确定。

5、运用常规的超静定混凝土桥梁分析程序计算结构内力及变形，

布置预应力钢筋，进行正常使用极限状态的截面设计与检核。

6、通过自己编制程序，计算结构在承载能力极限状态下的配筋，

并对结果进行校核。

7、梁的一般构造图及配筋图。

三、主要设计技术标准

1、设计荷载

⑴汽车荷载：汽一超20,挂一120；

⑵特种荷载：特一300；

2

⑶人群荷载：3.5KN/mo

2、桥梁净空：总宽25m,双向6车道6X3.5m,人行道宽2X1.5m,

栏杆2X0.5m。

3、坡度：纵坡1%,横坡2%

4、截面形式：变截面箱梁

5、材料：

⑴碎：上部结构采用C50

下部结构采用C25

⑵钢筋：预应力钢筋采用9—7①5钢绞线(极限抗拉强度

1860MPa)

普通钢筋采用II级钢筋

6、设计规范：

•《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)

中华人民共和国交通部，1985

•《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ

023-85)

中华人民共和国交通部，1985

•《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)

中华人民共和国交通部，1985

•《公路桥位勘测设计规程》(JTJ062-82)

中华人民共和国交通部，1982

7、通航要求：三级通航标准。

四、基本要求

1、编写设计说明书，内容包括：

⑴英文摘要

⑵桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案的确

定

⑶选定桥式的内力及变形的分析结果

（4）自己编制预应力估索程序并对结果进行校核

⑸根据配筋结果对结构进行全面成桥检算和施工应力检算

（6）中英文文献翻译

2、设计图纸

⑴桥式方案比选图，至少应有三个方案

⑵主桥选定桥式的一般构造图

⑶梁部结构预应力钢筋布置图及梁段普通钢筋布置图

五、计划进度安排

步骤设计内容需要时间累计周数

1桥式方案比选及工程量计算1.51.5

2拟定结构尺寸并优化1.02.5

3施工方案拟定0.53.0

4运营阶段结构内力计算2.05.0

5施工阶段结构内力计算0.55.5

6体系转换次内力计算0.56.0

7估算并配置主梁的预应力钢筋2.08.0

8施工及营运状态的应力计算0.58.5

9绘制设计图并编写设计说明3.011.5

10毕业设计论文答辩0.512.0

1.2设计提要

一、桥梁结构的总体方案和初步方案拟定

1、根据所给的设计资料对全桥进行立面布置，包括孔径的拟定、

跨径的拟定、桥面标高的确定和墩台位置及基础类型的确定。

2、主梁采用变高度箱形截面，应参考已建好桥梁确定箱形截面的

形式及主要结构尺寸，同时要考虑到桥面布置、钢索布置、受

力、构造及施工要求等各方面因素。

3、主梁采用悬臂施工法施工，分段进行逐段拼装或灌注，因此要

确定主梁如何分段，分段长度决定于悬臂吊重的能力，为避免

模板和施工复杂化，分段长度类型不要太多。

4、施工方案要先拟定，包括悬臂施工的移动吊车机具设备的构造,

梁段世的运输等问题，都要通过深入细致的构思加以解决，画

出施工设计草图，说明施工是否具有可行性。

5、确定主梁梁段的安装顺序，画出悬臂施工程序草图，这是以后

进行内力计算和设计、配置钢索的主要依据。

二、桥梁结构设计方案比选

初拟方案完成后，通过初步分析，将其中明显竞争性不大的体

系删去，提出2〜3个具有特色的体系作进一步分析评比，这2〜3

个比选方案应力求受力合理，施工可行。然后按比选标准选出最佳

推荐方案。

各方案评比的条件应力求相同，例如桥梁总长应接近，桥面与

桥头接线的标高应相同，冲刷线以下的基础埋置深度要相同。

各比选方案均要求画一张总体布置图，包括立面布置图，平面

布置图和典型横截面布置图（如主梁变高度，则应画出支点和跨中

的横截面）。每张立面图上要求标明地质情况、设计洪水位、设计

通航水位、低水位、通航净空、桥梁总长、各孔的跨径、桥梁纵坡、

桥面竖曲线半径、桥面标高、梁底标高、承台顶面标高、基础底面

标高（或桩底标高），在横截面上要求标明桥面总宽度、车行道、

人行道，分隔带宽度、主梁外形尺寸、桥面横坡、盖梁、桥墩、承

台和基础的外形尺寸。

比选标准主要依据安全、功能、经济与美观。其中以安全与经

济为重，在经济、适用和在可能条件下考虑美观。另外还要考虑施

工设备和施工能力。每一个比选方案都应初步考虑采用什么施工方

法，根据所给的施工设备和现场条件制定施工方案。从经济、工期

等方面比较各个方案的可选性。

三、结构尺寸及施工方案的拟定

在方案比选阶段只是初步选定了截面的形式和轮廓尺寸，其余

的细部尺寸尚未最后确定。细部尺寸的确定可参考已建成的相同桥

型，相近跨径、桥宽、荷载标准的桥梁的截面尺寸；可根据方案的

具体情况进行设计，设计时要考虑受力、构造、施工等因素。下部

结构的截面尺寸的拟定包括桥墩、桥台和基础的类型和轮廓尺寸，

结构的细部尺寸拟定参照《桥涵设计规范》的有关规定，设计时进

行全面考虑，最后定出较为合理的结构尺寸。

桥梁结构的施工与设计有十分密切的关系，不同结构形式的桥

梁结构可采用不同的施工方法，同种结构型式也可采用不同的施工

方法，结构运营阶段的受力状况取决于所选的施工方法。悬臂施工

法是连续梁常用的施工方法。

四、悬臂施工时期荷载引起的结构内力计算

悬臂施工方法是从桥墩开始向跨中不断接长梁体构件(包括拼

装和现浇)的悬臂架桥法。悬臂施工时期荷载引起的结构内力要计

算两种情况：

(1)当连续梁采用悬臂对称施工时，梁段的总量按静定悬臂梁计

算各截面的弯矩和剪力，计算的结果将作为总的设计内力值的

一部分。

(2)上述施工时期悬臂梁所承受的内力除梁段总量外，还应计及

模板、支架、施工人员和机具等重量引起的弯矩和剪力。计算

的结果将用来估算施工过程中悬臂梁的强度和抗裂安全性。

I、梁段总量引起的内力计算可按悬臂梁计算。第i块梁段

的总量为:

W(i)=nyVj

式中：n一考虑模板可能变形等引起的碎梁段体积增大系

数，可取1.05；

Y一表示破的容重，可取2.5〜2.6t/n?,

Y一表示每块破梁段的体积。

为简化计算，梁段重量可认为作用于各段中线上。

II、施工时期截面最大内力计算

设梁上活动挂蓝计算重量为P,集中作用在已经张拉好的

前一节梁段距离端部1m处，P包括以下两部分重量，即

P=P)+P2

式中：Pi一表示挂篮、机具、模板及施工人员等重量，

可以估计为50吨；

P2—正在灌注的碎梁段重量。

五、连续梁在运营阶段的结构内力计算

1、正确划分节点和单元，在综合考虑设计、施工等因素的前提

下，为了计算的方便，将实际结构离散成若干节点和单元，

在节点连接方式和边界条件上一定要注意与原结构的保持一

致，这是保证计算图式能够真实模拟实际结构的重要条件之

O

2、确定主梁梁高，顶、底板的厚度及腹板厚度的变化规律，计

算各截面的几何特性。

3、确定结构在成桥阶段的各项荷载。

4、按《设计规范》分别计算在各种不同荷载组合下的结构内力。

六、由于碎徐变及体系转换引起的结构内力计算

在结构的施工过程中，由于发生了体系转换及碎徐变的作用，

使得结构重力及预应力产生结构内力都会发生变化，弯矩重分配的

计算，可参照下列规定进行。

I、在先期结构上由于结构重力产生的弯矩，经过重分配后在后

期结构中的弯矩(至t时)，可按下列公式计算：

Mgt=Mlg+(M2g-Mlg)(]-ef(⑺)

式中：乂忸一表示在先期结构上的结构重力按先期结构体系

计算的弯矩；

M,g一表示在先期结构上的结构重力按后期结构体系

计算的弯矩；

<p(t,T)一表示从加载龄期7时至计算所考虑时间t时的徐变

系数，参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥

涵设计规范》中附录四的规定。

II、在先期结构上由于结构重力产生的弯矩，经过重分配后在后

期结构中的弯矩(至t时)，可按下列公式计算：

<p(tT)

Myt=Mly+(M2y-Mly)(l-e-')

式中：M|y一表示作用在先期结构上的预应力按先期结构体系

计算的弯矩；

M2g一表示作用在先期结构上的预应力按后期结构体系

计算的弯矩;

一表示从加载龄期r时至计算所考虑时间t时的徐变

系数，参照《公路

钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中附录四的

规定。

七、预应力混凝土结构的配筋计算

根据《桥涵设计规范》规定，预应力梁应满足截面应力的要求

和承载力的要求。可以根据这些要求估算截面上预应力筋的数量。

一般以荷载作用下截面的应力条件进行配筋。其应力条件为：

M

%上4-min>岛］

w上

M

max>

Oy下十卜」

W下

Mmax-<La]

Oy上+

W上

M而nba]

by下+<

W下

式中：、上、by下一一分别为预应力在截面上缘和下缘所产生的应

力；

Mniax>Mniin——分别为荷载最不利组合时的最大和最小弯

矩包络图值；

上、

WwF——分别为截面上缘和下缘的抗弯模量；

口』、尻］一一分别为混凝土的容许拉、压应力。

一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，压应力不是

控制因素，为简便计算，可考虑上缘和下缘的拉应力这个限制条件。

对于全预应力混凝土梁，E］等于零。根据截面受力情况，配筋有

三种形式：

⑴截面上、下缘均布置力筋以抵抗正、负弯矩；

⑵仅在截面下缘布置力筋以抵抗正弯矩；

⑶仅在截面上缘布置力筋以抵抗负弯矩。

按《桥涵设计规范》分别计算在各种不同情况下预应力筋的数量。

第二章桥式方案比选

2.1概述

随着桥梁理论的不断成熟，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。对建在城市中的桥梁还特别注

重美观大方。由此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会

作出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的

综合比较才能科学的得出完美的设计方案。

在方案比较中主要有以下三项任务：一是拟定桥梁图式，二是编

制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案，通常

是从桥梁分孔和拟定桥粱图式开始。对一般的大跨度桥梁，依据以往

的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的

桥型图式，鼓励新式桥式的大胆采用。一般选几个（通常2〜4个）构思

好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式，作为进一步详细

研究而进行比较的方案。对每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大

致按比例画在同样大小的桥址断面图上。编制方案中，主要指标包括:

主要材料（普通钢筋、预应力钢筋、碎）用量、劳动力数量、全桥总造

价（分上、下部结构列出）、工期、养护费用、运营条件、有无困难工

程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以

便相互比较，科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主

要尺寸，并计算主要工程量。有了工程量，采取相应的材料和劳动力

定额以扩大单价，就可以确定全桥造价。并且在每个方案中绘制出河

床断面及地质分层的立面图和横断面图。

设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一

方案的有缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则、

造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。但当技术因

素或是使用性质候特殊要求时就另当别论，注重考虑设计的侧重点。

技术高，造价必然会高，个个因素是相互制约的。所以在比较时必须

从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找出所面临的问题的

关键所在，分清主次。

在方案比较中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明

书。其中应阐明编制方案的主要原则，拟定方案的理由，方案比较的

综合评述，对于推荐方案的详细说明等。有关拟定结构主要尺寸所作

的各种计算资料，以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称，

均以附件的形式载入。

在对本桥的设计中，选定三种桥式名分别是：

•预应力混凝土连续梁桥

•双肢薄壁刚构桥

•斜拉桥

2.2各种设计桥式特点

2.2.1预应力混凝土连续梁桥

构思宗旨:

1、在40〜200m的跨径范围内，与其它结构体系比较，常成为最

佳的桥型方案。

2、预应力破充分发挥了高强材料的特性，具有可靠强度、刚度

以及抗裂性能。

3、结构在车辆运营中噪音小，维修工作量小。

4、其施工方法已达到相当先进的水平，工期短效益明显。

5、伸缩缝少，行车舒适，满足高速行车的要求。再用滑动支座

时，连续长度可增大。温度、破收缩徐变产生的附加内力较小。且全

桥有较好的抗震性能。

6、连续梁内力的分布较合理，其刚度搭，对活载产生的动力影

响较小。混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的。连续梁超载时有可

能发生内力重分布，提高梁部结构的承载力。

7、除动墩外，连续梁的桥墩及基础尺寸都可以做得小些。

二、成桥经验资料

连续梁的边主跨的比值在0.6~0.7之间，较其它两种桥式比值

要大，支点梁高与跨中梁高比值要小，在2.0左右。

表2—1国内预应力连续梁桥分析表

梁高

桥名跨组合径边主跨比

H中H中/LH支H支/H中

珠江三桥80+110+800.732.71/40.75.52.04

常德大桥84.7+3X120+84.70.731/30.06.82.27

沙洋汉大桥62.4+6X111+62.40.562.51/44.462.4

华北大桥70+100+700.73.31/30.361.82

松花江大桥59+7X90+590.6631月30日5.41.8

三、尺寸拟定

在预应力混凝土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式

和主要尺寸的拟定是方案

设计中的关键所在。通过以上资料对比，当主桥采用多跨连续梁时一，

中间部分采用等跨布置，边跨跨径约为中跨跨径的0.65〜0.7倍。当

边跨采用主跨径的0.5倍或更小时一，则在桥台上要设置拉力支座。当

跨径超过60m时，易采用变高梁高度梁，主梁高度根据统计资料：

变高度梁跨中截面hl=(1/30^1/50)L

变高度支点截面公路桥h2=(1/16〜1/25)L

hl/h2=2.0~3.0箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯

矩的主要工作部位，箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直

至墩顶，以适应受压要求。底板厚度约为梁高1/101/12。跨中底板

内需要配置一定数量的钢索和钢筋，跨中底板厚度一般在20〜25cm°

腹板应考虑最小厚度，若腹板内有预应力管道布置时，可采用

25〜30cm。腹板在支点处的最大厚度约为3(T60cm.

1、上部结构

(1)孔径布置

此桥是一座预应力混凝土连续梁桥，它由主桥和引组成，跨径

组合为70m+112m+70m,边中跨比值为0.63,桥下为三级通航，纵坡

1%,桥总长252m。

(2)顺桥尺寸

跨中梁高为3.0m,支点梁高6.0m,为主跨的1/20,梁底按二

次抛物线变化。

(3)横桥向的尺寸

截面纵向为变截面，桥面宽25m,采用双幅单箱室。顶板厚30cm,

取全桥一致，支点处底板厚60cm,跨中厚为30cm,以方便布置预应

力钢筋。纵向上，梁底按二次抛物线变化，腹板在距支点四分之一跨

度处以4nl阶段直线变化。顶部承托采用1：2的比例，高度分别为

30cmX60cm；底部采用1：1的比例，高度分别为30cmX30cm。桥面

设20%的单向横坡。

ol

co|1200

O

9

30x6130x6030x6030x60

O

o604060

oO'in

9寸

LD

30x3030x30

30x3030x30

o,

200800200

图2-1连续梁桥支点处截面单位：cm

o

o

C9

图2-2连续梁桥跨中截面单位：cm

(4人行道板一斤

其形式采用搁置式

具体尺寸见下图：

2、下部结构

主桥桥面标高高，采用矩形截面空心墩，墩较高，为柔性墩，柔

性墩有足够的柔度，在减小水平力的作用时很有效。其它桥墩均

为空心墩。基础工程采用桩基型式，桩基施工虽采用比较复杂的

机具，但可节约不少材料和开挖基坑的土方量，施工过程中也不

会遇到像深基坑那样的防水、防漏和防土等复杂问题；止匕外，它

还具有承载力高，沉降量小，且均匀，能承受较大的垂直和水平

荷载等特点。在桥梁基础中，桩基是一种常用的型式。本基础采

用柱桩。

四、施工方案

连续梁最成熟的施工方法是挂蓝悬臂浇注的施工方法，为保证施

工过程中结构的稳定可靠，采用0号块梁段与桥墩临时固结。其具体

措施是将0号块梁段临时支撑在扇形或门式托架的二侧。

第一步：首先从B、C墩临开始对称悬臂施工。

第二步：两边跨合拢，释放B、C墩临时固结措施，形成单悬臂

梁。

第三步：合拢中跨。

21312

图2—3悬臂施工示意图

施工流程如下:

拼装模板，施工主

墩

V

搭设墩旁托架施工

0s

V

架设挂蓝，安装箱梁底模板，安装钢筋，

预留张拉管道称悬臂浇注，养生拆模后张

拉预应力钢筋

I

合拢边跨

I

合拢中跨

五、工程数量

工程数量是技术经济指标之一，它很直观的反映了一座桥梁建造

的水平。目前我国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技术经济

指标。

混凝土标号C50,墩身为C25,12—765的低松弛钢绞线，II级

普通钢筋

预应力钢筋65.7kg/m2

非预应力钢筋89.5kg/m2

混凝土0.846mVm2

表2—2工程数量表

材料预应力钢筋普通钢混凝土

筋

规格12-765钢绞II级钢C50C25

线筋

单位ttM3M3

上部结453.33617.555837.4

构

下部结3713.7

构

2.2.2预应力混凝土双肢薄壁刚构桥

连续刚构是墩梁固结的连续结构，它利用高墩的柔度来适应结构

由预应力、碎收缩、徐变和温度变化引起的位移，是一种很有竞争潜

力的桥型。

一、构思宗旨：

1、沿用桥位旧址处双肢薄壁铁路桥，桥型新颖简洁轻巧，外形

美观，桥净空大，桥下视野开阔。

2、柔性双薄墩减小了主梁支墩净距，能有效消减墩顶弯矩峰

值。梁高小，跨度大，带有横梁的双肢薄壁墩具有一定的联

合刚度，要承受较大弯矩，而各壁板内弯矩并不大。

3、因墩与上部结构固结，在大跨度连续结构中减少了安装大型

支座和养护上的麻烦，减少了桥墩及基础工程的材料用量，

适用于较高桥墩。

4、施工体系转换方便，伸缩缝少，行车舒服。

5、顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大，受力性能好。

6、顺桥向抗推刚度小，对温度、破收缩徐变及地震影响均有利。

7、由于无支座，省掉了施工中体系转换和墩上的临时固结措

施。

8、此桥型可进一步增大跨径，上部结构不断轻型化且连续长度

可增长，由此可进一步简化预应力索类型。

二、成桥经验资料表

由以下统计质料可以总结如下规律：连续刚构的边主跨径比在

0.5〜0.6之间，支点梁高为跨中梁高的3倍左右，顶板厚在25cm左

右，腹板和底板是沿全桥变化底，腹板跨中为40cm左右，支点处为

60~100cm之间。

表2-3国内部分连续刚构桥分析表

桥名梁高

跨径组合边主跨比板厚

跨中根部

数值与中数值与跨顶板底板腹板

(m)跨比(m)中比(cm)(cm)(cm)

32〜140飞

虎门大桥150+270+1500.5651/5414.83.425300

重庆黄花园137+3X250+28〜140〜7

大桥1370.5484.31/5813.83.425500

黄石长江大146+3X250+32~150~8

桥1460.5844.11/61133.125350

江津长江大162+3X245+32〜150~8

桥1620.6634.21/5313.53.225200

重庆嘉陵江32~140~6

大桥140+240+1400.5833.61/6725200

南澳跨海大32〜140飞

桥122+221+1220.55231/73113.625200

32~135〜5

华南大桥110+190+1100.5731/639.52.828205

三、尺寸拟定

刚构桥底主要尺寸包括主梁跨度、墩柱高度、桥梁横向宽

度。这些尺寸要取决于主梁和支柱底刚度或两者的比例，主梁

与支柱底刚度比决定了刚构桥的内力分布。刚度比很大，受力

趋于简支梁，刚度比较小趋向于固端梁受力情况。刚架桥两端

悬出长度为中跨跨度的0.2~0.5两者之间。若悬臂加长，端支

柱弯矩可以减小，跨中正弯矩也可以减小，但主梁变形较大，

中跨主梁弯矩变化也较大。对于主梁弯矩较大的三跨连续刚架

桥,边跨一般为中跨的0.7倍。主梁高度约为中跨跨度的1/30〜

1/40左右。当采用变高度梁时，端部梁高可为跨中梁高的1.2〜

2.5倍，适当加大端部的主梁高度，可以减小截面正弯矩，这

样可使大多数预应力钢筋布置在主梁的顶部，使其构造简单且

施工简单。

1、上部结构

(1)孔径布置

主桥为三跨预应力连续刚构桥，引桥为预应力混凝土简支梁主

桥桥孔布置为70m+112m+70mo边跨与中跨的比值为0.63。

(2)纵桥向梁的尺寸

梁高采用变截面形式，梁底按二次抛物线变化，跨中梁高为

3.0m,约为跨

度的1/37.3,支点梁高为6m,为跨中梁高的2倍。

(3)横截面尺寸

图2-4刚构桥支点处横截面图单位：cm

顶板厚30cm,取全桥一致,支点处底板厚60cm，跨中厚为30cm,

以方便布置预应力钢筋。底板顶面按二次抛物线变化，腹板在距支点

四分之一跨度处以4m阶段直线变化。顶部承托采用1：2的比例，高

度分别为30cmX60cm；底部采用1：1的比例，高度分别为30cm义30cm。

桥面设20%的单向横坡。

2、下部结构

主桥采用有两个横联的双肢薄壁墩，承担纵向水平力的作

用，顶部与梁固结，中间设两个箱型横联。主墩的基础采用桩

基，大量减少基础工程量。

桥台为钢筋混凝土重力式U型桥台，其它桥墩均为混凝土

空心墩，基础为桩型基础。

四、施工方案

本桥上部结构施工采用挂蓝悬臂浇注法施工。合拢的顺序

是先边跨后中跨，边跨和

中跨的合拢均采用支架法，且边跨合拢段与边跨同时浇注施工。两个

箱梁分开浇注，分别合拢后，再浇注横梁和桥面板。

在墩柱两侧设墩旁托架浇注0号块，挂蓝的施工阶段最长

为4m,其它为3.5m、3.0m长，由于是墩梁固结的形式，如此就省去

了临时固结的措施。施工挂篮为斜拉式，其主要特点为自重轻，结构

受力明确，拼装方便。

施工流程如下：

拼装模板，施工主

墩

1

搭设墩旁托架施工

0"块

1

架设挂蓝，安装箱梁底模板，安装钢筋，

预留张拉管道称悬臂浇注，养生拆模后张

拉预应力钢筋

1

合拢边跨

合拢中跨

五、工程数量

工程数量是技术经济指标之一，它很直观的反映了一座桥梁建造

的水平。目前我国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技术经济

指标。

混凝土标号50,墩身为C25,12—765的低松弛钢绞线，II级

普通钢筋

预应力钢筋65.7kg/m2

非预应力钢筋89.5kg/m2

混凝土0.846m3/m2

表2-4材料用表

项目预应力钢筋普通钢混凝土

筋

规格12—765钢II级钢C50C25

绞线筋

33

单位ttmm

上部结313.165726.336368

构

下部结6862.9

构

2.2.3斜拉桥

斜拉桥依靠固定于索塔的斜拉索或主缆支承梁跨，梁似多跨弹性

支承，梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索或吊索的间距有关,

适用于大跨度桥梁，是一种跨越能力极强的桥型。

一、构思宗旨

1、鉴于主梁增加了中间的斜索支承，弯矩显著减小，与其他体系的

大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省；

2、借斜索的预压力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得

经济效果，并且能将主梁做成等截面，便于制造和安装；

3、斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力，借以提高梁的

抗裂性能，并充分发挥了高强材料的特性；

4、结构轻巧，适用性强。利用梁、索、塔三者的组合变化成不同体

系，可适用不同的地形和地质条件；

5、建筑高度小，主梁高度一般为跨度的1/401/100,能充分满足桥

下净空和美观要求，并能降低引道填土高度；

6、竖向刚度及抗扭刚度均较强，抗风稳定性要好的多，用钢量较小

以及钢索的锚固装置较简单；

7.便于悬臂法施工和架设，施工安全可靠。

缺点：斜拉桥是高次超静定的组合体系，与其他体系梁桥相比较，包

含有较多的设计变量，全桥总的技术经济合理性，不宜简单的由结构

体积小，重量轻或满应力等概念准确表示出来，是选桥型方案和寻求

合理设计带来一定困难。索力调整是斜拉桥主梁受力均匀，以达到经

济安全的重要措施。

二、桥经验数据

表2-5国内斜拉桥成桥资料表

梁截索

桥名跨度(m)体系面桥宽梁高面索距塔高

辽宁

长兴支座单箱

岛83.2+176+83.2支承三室101.75双640

济南双三

黄河104+220+104悬浮角箱19.52.25双853.8

上海刚构分离

海港85+200+85挂梁双室122.2双6.544

天津双三

永和125+260+125悬浮角箱14.52双11.850.5

长沙

湘江单箱

北105+210+105刚构三室30.13.4单852.7

武汉

长江支座双梯

180+440+180支承形箱29.23双890

重庆

长江双主

169+444+169悬浮肋242.5双9110

员邮日单箱

汉江86+414+86地锚四室15.62双892

三、尺寸拟订

斜拉桥主梁通常为等高度梁。对主梁支承于塔墩上的支承体系，

为承受支承截面较大负弯矩，在局部区段可加大梁高或加厚下翼缘厚

度。现代斜拉桥都为密索体系，主梁高度越来越小，向着桁式体系转

换。密索体系梁高一般为跨径的1/70~1/200,或为节段长的/5~1/18。

对于单索面，要适当加大梁高，取梁跨比的上限，以提高梁的抗扭刚

度。在选择梁高时，要考虑以下因素：索间距、主梁承受的压力、横

梁跨度、索与梁的锚固要求等。主梁为弹性支承多跨连续梁，梁内弯

矩决定于弹性支承位移、索间距及梁的刚度，梁的刚度越大，弯矩越

大。主梁承受的拉索水平分压力与桥的跨度有关，一般靠墩塔处压力

最大，必要时局部加大截面。主梁高度要大于等于横梁高度，横梁高

度取决于横梁的跨度。从横向风力稳定性角度考虑，桥宽与梁高之比

宜大于8,最低限度不宜大于6。

现代斜拉桥均采用密索体系。密索体系有以下优点：有利于降低

梁高；便于悬臂法施工、索力小，使锚固构造简单，且便于换索。混

凝土主梁索间距取为6~10m,多数取8m。拉索布置为扇形，为此要拟

订拉索锚于塔上的间距。根据主梁的受力要求或为了减小索面积，拉

索的竖直分力越大越好，因此应尽量减小拉索在上的间距，一般取为

1.6〜2.2m,它决定于拉索锚头布置及张拉空间的要求。

1、上部结构

(1)桥孔径布置

主跨为单塔对称双跨，可以节省一个塔和基础，缩短斜拉索总长,

可取的较好的经济效益。跨度为112m+112m。

(2)顺桥向尺寸

梁高为3.2m,为主跨的1/35,为等高粱。

(3)横桥向尺寸

截面纵向为等截面，桥面宽25m,采用单箱四室截面形式。本桥

为塔梁固结体系。这种结构存在的主要缺点是上部结构重量和活载力

都需由支座传给桥墩，需要设置很大吨位的支座，造价较高。

(4)横截面图

图2-5斜拉桥横截面图

2、下部结构

桥台为钢筋混凝土重力式U型桥台，基础为柱桩基础。

五、施工方案

本桥施工利用悬臂拼装法。

六、工程数量

混凝土标号C50,预应力钢筋12—765

桥面混凝土lm3/m2

预应力钢筋65kg/m2

普通钢筋107.8kg/m2

表2-6材料用表

材料预应力钢筋普通钢筋混凝土

规格12—765钢绞I级钢筋C50C25

线

33

单位ttmm

上部结391.6649.96025

构

下部结168.20.279682.

构9

2.4方案点评

桥型最终定为预应力混凝土连续梁桥，

表2-7方案比选表

方案—*二三

桥型名称预应力混凝土连续预应力混凝土刚斜拉桥

梁构桥

1跨径布置70+112+7070+112+70124+124

(m)

2通航净空101010

(m)

3纵向坡度1%1%1%

4截面形式两个单箱双室箱形两个单箱单室箱单箱四室箱形截

截面形截面面

5跨中梁高3.03.03.2

(m)

6支点梁高6.06.03.2

(m)

7工艺技术工艺要求较严格，主墩无支座，施工高度机械化，施

要求需要的施工设备体系转换方便，施工作业周期进

少，技术先进，占工技术易，但工艺行，需一整套机

用施工场地少，施复杂，所需设备较械动力设备，施

工中利用临时墩，少工速度快，占用

有体系转换场地少。

8上部结构悬臂浇注法悬臂浇注法悬臂拼装法

施工方法

9使用效果属超静定结构，有抗扭刚度大，受力造型新颖美观，

可靠的强度、刚度、性能好，双肢薄壁为提高抗风稳定

及抗裂性能，伸缩墩有一定的联合性，要采取复杂

缝小，行车舒适，强度的措施

易养护

10工程量钢绞线：453.33t钢绞线:313.2t钢绞线：285.2t

普通钢筋：617.5t普通钢筋：普通钢筋：

破：5837m726.33t515.7t

破：6308.2m碎：5012m

通过仔细比较，预应力混凝土刚构桥虽抗扭强度较大，但施工复杂；

斜拉桥虽然桥型美观，但适用于较大跨度，小跨度采用斜拉桥不经济;

预应力混凝土连续梁桥结构受力性能较好，且施工方便，养护工程量

小，造价相对而言较低。所以本设计最终确定选择预应力混凝土连续

梁桥方案。

第三章结构的初步设计

3.1主梁尺寸的拟定

预应力混凝土连续梁以受力体系来分，有等截面、变截面连续

梁桥、桁架连续梁桥，连续-刚构梁桥及V形墩连续梁桥等。其中等

截面及变截面是目前我国预应力混凝土连续梁桥采用最多的截面形

式。等截面连续梁一般适应以下情况：

①跨径一般为40〜60m（国外也有达到80m跨径者），构造简单，

施工快捷的连续梁。

②桥的立面布置以等跨径为宜，也可以不等跨布置，边跨与中跨

之比不应小于0.6,高跨比一般为1/15〜1/25。

③适应于支架施工、逐跨架设施工、移动模架施工及顶推施工等。

而变截面梁主要适用于大跨径预应力混凝土连续梁桥，本设计

选用变截面预应力混凝土连续梁。梁底立面曲线可采用圆弧线、二

次抛物线及折线等，除外形高度变化外，为满足梁内各截面受力要

求，还可将截面的底板、顶板和腹板改变厚度。在本设计中梁底立

面曲线选用抛物线形，底板采用变厚度。在孔径布置方面，边跨与

总跨之比一般为0.5〜0.8,当边跨与中跨之比小于0.3时，边孔桥

台支座要做成拉压式，以承受负反力。其跨径布置为70m+112m+70m,

右边与两跨24m的简支梁相连，边孔与中孔跨径之比为0.63。变高

度梁的梁高与最大跨径之比，在跨中截面一般为1/30〜1/50,支点

截面可选用1/15-1/20,在本设计，跨中截面出梁高为3.0m,支座

处梁高为6.0m。

预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，一般应根据桥梁的跨

径、宽度、梁高、支撑形式、总体布置和施工方法等方面综合确定。

合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工

和改善截面的受力性能是十分重要的。目前预应力连续梁桥横截面

形式主要有板式、肋梁式和箱形截面，其中，板式、肋梁式截面构

造简单、施工方便；而箱形截面具有良好的抗弯和抗扭性能，是预

应力混凝土连续梁桥的主要截面形式。本设计选用分离式单箱双室

的箱形截面。

一、梁高顶板厚底板厚

在连续梁桥中，箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根

部，根部底板厚度一般为根部梁高的1/10-1/12,以符合施工和运

营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内；

跨中底板厚度一般为200〜250mm,以满足跨中正负弯矩变化及板内

配置预应力钢筋与普通钢筋的要求。在本设计中支座处的底板厚为

60cm,跨中处底板厚为30cm,在支座与跨中间按抛物线形变化，坐

标系建在支点梁底，则梁高和梁底曲线形的抛物线方程为：

梁高：y=白？彳--j-^-^+60(cm)底板厚：

y=——7'+—Z(cm)。

5152Z103

在确定箱形截面顶板厚度时一般考虑两个因素：满足桥面横向弯

矩的要求；满足布置纵向预应力钢筋的要求。在配筋的混凝土桥面

板中，顶板的厚度与腹板间距可参考下表：

表3-1腹板和顶板参考尺寸

腹板间距(m)3.55.07.0

顶板厚度180〜200200~250280〜300

(mm)

二、悬臂板长度腹板厚

箱梁截面顶板两侧挑出的悬臂板（翼板）长度也是调节顶板内

弯矩的重要因素，一般可取悬臂板长度为腹板间距之半。当配置横

向预应力筋时,，悬臂板应尽量外伸。本设计中悬臂板长度取为2.0m。

箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力。在预应力连续梁桥中，弯

束对荷载剪力的抵消使梁内剪应力和主拉应力较小；在变高度连续

梁桥中截面高度的变化也可减小主应力值。因此，除上述受力因素

外，考虑预应力钢筋布置及混凝土浇注后的箱梁腹板最小值一般为:

腹板内无预应力束管道布置时可采用200mln；腹板内有预应力管道

布置时可采用250~300mm；腹板内有预应力束锚固时采用350mm。

在大跨径预应力混凝土连续箱梁中，腹板宽度宜从跨中向支点逐渐

加宽，以承受支点处较大剪力，一般采用300-800mm,也有达到

1m左右者。本设计中顶板厚度取300mll1,腹板厚度在跨中处各处宽

均为400mll1,在支座处两侧宽度为600mll1,中间腹板宽度为400mln。

箱梁截面尺寸如下图所示：

CD|

C9|30

CD

9

30x6030x6030x6030x60

4060o

o60-in

oo

9寸寸

LO

30x30

30x3030x3030x30

Z

o

9

200800200

图3-1连续梁支点截面尺寸图（单位:

cm)

200一一厂800一一200

图3-2连续梁跨中截面尺寸图（单位：cm）

3.2基本材料的选用

一、钢筋

预应力混凝土桥梁用的钢材就其使用状况可分为非预应力钢

材和预应力钢材两大类。前者与钢筋混凝土桥梁的钢材完全一样；

目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝、钢绞线和高强粗钢筋三大

类。按照《桥规》第2.2.1条规定，预应力混凝土构件中的预应力

钢筋宜采用冷拉n级、冷拉HI级、冷拉IV级钢筋、冷拉5号钢

筋、热处理钢筋（V级钢筋）、冷拔低炭钢丝、碳素钢丝、刻痕钢丝

和钢绞线。在本设计中，预应力钢筋均采用12-74）5的低松弛钢

绞线，其标准强度R；=1860Mpa,张拉控制应力％=0.75解=1395Mpa,

两端“双控”张拉，张拉时混凝土强度要达到80%的设计强度，普

通钢筋采用II级钢筋。

二、混凝土

混凝土的标号是混凝土强度的主要标志。它决定混凝土的其它

物理力学性能。选用合适的混凝土标号除根据结构构造特征外，还

需与钢材的级别相适应，由于预应力钢材的强度均较高，所以一般

均选用较高标号的混凝土。这不仅会减小结构混凝土的用量、减轻

自重，且因高标号混凝土比较密致，徐变较小，也有利于减小应力

损失。《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》规定：公路桥梁预应力混

凝土构件的混凝土标号不宜低于C30,主要承重构件用碳素钢丝、

钢绞线的构件不宜低于C40o本设计上部结构采用的混凝土标号为

C50,下部结构采用C25。

三、锚具

预应力结构成败的关键是混凝土内部必须具有永久存在的预

应力。在先张法构件中主要依靠混凝土与预应力钢材间的握裹力来

产生这种永存预应力。大量的后张法构件在预制时都是通过采用可

靠的锚夹具使结构产生预应力。由于受到自身结构和构造特征的限

制，预应力混凝土连续梁桥的绝大多数是采用后张法施工的。因此,

选用一种锚固性能良好、成本低廉、使用简便且又与预应力混凝土

连续梁桥修建工艺相适应的锚固体系是很重要的。

对锚具的基本要求是：锚固可靠，预应力损失小施工方便，成

本低廉，机具简单，且与预应力混凝土连续梁梁桥施工工艺相适应。

本设计选用的锚具为：HVM15-12锚具，其锚垫板尺寸为270

mmX270mm160mm,波纹管的直径为92mll1。

3.3施工方法的选择

一、施工方法的选定

不同的施工方法适应于不同的桥梁形式，不同的施工方法在施

工各阶段的内力也不同，有时结构的控制设汁出现在施工阶段。设

计与施工时不能也无法截然分开的，结构设计必须考虑施工的方

法、施工内力与变形，而施工方法的选择应符合设计的要求。

我国建造的预应力混凝土连续梁桥的施工方法很多，常用的施

工方法有：支架就地浇注施工、悬臂施工、逐孔施工和顶推施工等。

与变截面连续梁最匹配的施工方法为悬臂施工法，悬臂施工法是从

桥墩开始对称地、不断悬出接长的施工方法。悬臂施工通常分为悬

臂浇注和悬臂拼装，悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝

土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋，移动机具，模板继

续施工。悬臂拼装法则是将预制节段快件，从桥墩两侧依次对称安

装节段，张拉预应力筋，使得悬臂不断接长，直至合拢。而悬臂浇

注按施工受力图式又分为挂蓝悬臂施工和桁式吊悬臂施工之分。挂

蓝悬臂施工是在桥墩的两侧对称逐段浇注混凝土、张拉预应力钢

筋、移动挂蓝、立模绑扎钢筋等循环连续施工，直至和拢形成连续

梁桥，该方法是国内外大跨径连续梁桥的主要施工方法之一。本设

计选择挂蓝悬臂施工。

梁体每2〜4米分为一个节段，以挂篮为施工机具，从桥墩开始

对称伸臂逐段现场浇筑混凝土。挂篮通常由承重梁、悬吊模板、锚

固装置、行车系统和工作平台几部分组成。承重梁是挂篮的主要受

力构件，可以采用钢板梁、工型钢、万能杆件组拼的桁架或斜拉体

系等，它承受施工设各和新浇节段混凝土的重量并有支座和锚固装

置将荷载传递到己施工完成的粱身上，当后支座的锚固能力不够，

并考虑行走的稳定，常采用在尾端压重的措施。本桥采用桁架式挂

篮。

二、施工流程

在施工中，架设模板，安装钢筋、浇筑混凝土和张拉等全部工

作均在挂篮平台上进行。当该节段的全部施工完成后，由行走系统

将挂篮向前移动，动力采用绞车牵引。