华龙桥施工图设计.docx
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华龙桥施工图设计
1设计基本资料
1.1设计标准
跨径：
52m+76m+52m，施工方法为悬臂浇筑，桥梁布置立面图见图1-1
图1.1纵断面图（单位：
cm）
设计荷载：
汽车荷载：
公路—Ⅰ级；人群荷载：
3.5kN/m2；
桥面宽度：
15.0m=0.5m（防撞栏）+1.0m（人行道）+12.0m（行车道）+1.0m（人行道）+0.5m（防撞栏）；
车道布置：
单向3车道（7.0m<12.0m<14.0m）
桥面坡度：
设有单向2%的横坡，直接将行车道板做成倾斜的；
结构重要性系数：
γ0=1.0
通航要求：
无
1.2材料规格
混凝土：
主梁采用C50号混凝土，弹性模量Ec=3.45×104MPa，容重：
γ=26.0KN/m3；防撞栏杆采用C30混凝土，容重为25kN/m3；桥梁墩台及桩基础：
采用C30混凝土，容重为25kN/m3。
预应力钢绞线：
采用ASTMA416—97a标准低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1860MPa，公称直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量E=1.95×105MPa。
普通钢筋：
采用R235、HRB335钢筋，直径≥12mm者，采用HRB335钢筋，抗拉设计强度fsd＝280MPa，标准强度fsk＝335Mpa，弹性模量Es＝2.0×105Mpa。
；直径<12mm者采用R235钢筋，抗拉设计强度fsd＝195MPa，标准强度fsk＝235Mpa，弹性模量Es＝2.1×105Mpa。
预应力管道：
预埋波纹管，管道的局部偏差系数：
0.0015，摩阻系数：
0.15
桥面铺装：
采用10cm厚的沥青混凝土和1cm沥青抗摩层，桥面上设有防撞栏和人行栏杆；支座采用盆式橡胶支座；伸缩缝为梳齿状伸缩缝。
其中沥青混凝土容重为25kN/m3，沥青抗摩层容重为24kN/m3
1.3地质条件
该桥地质构造条件较为简单，地层从上到下为亚粘土、全风化粉砂岩、强风化粉砂岩和弱风化粉砂岩。
1.4设计规范
《公路工程技术标准》（JTJ001-97）
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）
《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
1.5基本计算数据
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的各种规定，混凝土、钢绞线和钢筋的各项基本数据以及各阶段的限值，如下表所示：
表1-1材料的各项基本数据与限制
名称
项目
符号
单位
数据
主梁混凝土
立方体强度
MPa
50
弹性模量
MPa
3.45×104
轴心抗压标准强度
MPa
32.4
轴心抗拉标准强度
MPa
2.65
轴心抗压设计强度
MPa
22.4
轴心抗压设计强度
MPa
1.83
主梁混凝土
短暂状态
压应力限值
MPa
20.72
拉应力限值
MPa
2.887
持久状态
压应力限值
MPa
16.2
主压应力限值
MPa
19.44
Фs15.2钢绞线
标准强度
MPa
1860
弹性模量
MPa
1.95×105
抗拉设计强度
MPa
1260
最大控制应力σcon
MPa
1395
材料重度
钢筋混凝土
γ1
kN/m
26
沥青混凝土铺装层
γ2
kN/m
25
钢绞线
γ3
kN/m
78.5
沥青抗滑磨耗层
γ4
kN/m
24
2主梁截面尺寸的拟定
2.1设计特点及受力特点
2.1.1设计特点
本桥上部结构为三跨预应力混凝土连续梁桥，采用分段悬臂浇筑的方式施工，预应力混凝土连续梁桥采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换，经过一系列的施工阶段逐渐形成最终的连续梁体系。
在各施工阶段，可能具有不同的的静定体系，其中包括安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂篮等工况，因此恒载内力计算时必须精确模拟各个施工阶段。
桥梁恒载内力由各个施工阶段的内力叠加而成，显然对于不同的施工方法，桥梁恒载内力是有很大区别的。
而汽车荷载、人群荷载和温度、墩台沉降等作用在成桥以后才发生，与施工方法无关。
由于悬臂施工涉及很多的施工工况，且由于体系发生转换使预加应力和徐变产生的此内力计算变得非常复杂，故设计时必须借助计算机辅助程序（桥梁博士）计算才能完成。
2.1.2受力特点
采用悬臂施工的连续梁桥，在施工过程中经历T形刚构受力状态，合龙后形成连续梁，恒载产生的内力由各个施工阶段产生的内力叠加而成。
由于合龙段较短，其产生的内力一般较小，故T形刚构受力状态为主要部分。
对悬臂施工连续梁桥，合龙后支座处负弯矩很大，而中跨跨中恒载弯矩较小；在二期恒载加上去以后，支座负弯矩增大，中跨跨中承受较小的正弯矩。
因而，截面尺寸拟定时，应根据以上弯矩分布特点，增大主梁根部附近的抗弯刚度。
2.1.3构造特点
a.零号块
零号块是悬臂浇筑施工时的中心块体，又是体系转换的控制体。
梁体的受力经过零号块通过支座向墩身传递，零号块受力非常复杂，且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地，故其顶板、底板、腹板尺寸都取的较大。
b.合龙段
合龙段的施工是桥梁施工的重要环节。
在合龙段施工过程中，由于温度变化、混凝土早期收缩、已完成结构的收缩徐变、现浇混凝土的水化热，以及结构体系变化和施工荷载等的因素，对尚未达到强度的合龙段混凝土有直接的影响，故必须重视合龙段的构造措施，使合龙段与两侧梁体保持变形协调，并在施工过程中能传递内力。
合龙段的长度在满足施工要求的情况下，应尽量缩短，以便于构造处理，该设计中取2m。
合龙段施工应注意以下几点：
（1）合龙段应采用早强、高强、少收缩混凝土；
（2）合龙段混凝土浇筑时间应选在一天中温度较低时，并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜；
（3）加强混凝土的养护。
c.临时固结措施
悬臂施工时，为保证结构几何体系不变，需将墩梁固结，以承受不平衡弯矩。
常用的固结方法为：
在支座纵向两侧设置两排临时混凝土块作为临时支座。
临时支座内穿预应力钢束，两端分别锚固在主墩和主梁横隔板内。
钢束的数量应由施工中的不平衡弯矩确定。
为便于拆除，在临时支座内设有约2cm厚的硫磺砂浆夹层。
硫磺砂浆具有抗压强度高、加热容易软化的特点，便于临时支座的拆除。
d.施工特点
本设计采用的是后支点挂篮悬臂浇筑的施工方法。
用挂篮逐段悬拼浇筑施工的主要工艺程序为：
灌注0#块，拼装挂篮，对称的浇筑1号段，挂篮的锚固点的转移、前移、调整，灌注下一段梁，依次类推完成悬臂灌注，挂篮拆除换为吊架，边跨、中跨的合龙。
按照每一梁段的混凝土分为分两次浇筑，即先浇筑底板、后浇筑腹板和顶板混凝土的施工流程图如图2.1所示。
图2.1悬臂浇筑流程
2.2结构尺寸拟定
2.2.1主梁箱梁的构造
主梁为变截面箱型连续梁桥。
箱梁跨中及边跨现浇段梁高为2.25m，墩顶0号附近梁段高为4.65m。
跨中至箱梁根部箱梁腹板从35cm变化为65cm，底板从25cm变化为50cm。
从中跨跨中至箱梁根部，箱高、箱梁底板、箱梁腹板均是按照二次抛物线变化的。
该桥为三跨52m+76m+52m预应力混凝土连续梁桥，施工方法为悬臂施工，考虑伸缩缝的设置，在桥的两端设置5m的桥头搭板与路堤衔接。
2.2.2主梁截面尺寸拟定
主梁截面尺寸如图2.2
跨中截面
支点截面
图2.2横断面图（单位：
cm）
3建立计算模型
使用环境：
Dr.Bridge3.0
外部环境特性：
计算相对湿度为80%，升温按照20℃，降温按照20℃。
3.1单元的划分
根据该桥梁的构造特点，划分的单元为以下形式，共划分为72个单元，边跨为2×21个，中跨为1×30个，如图5-1所示。
图3.1边跨的模型简图
3.2施工阶段划分
按照该桥的实际施工工序，首先浇筑1号墩和2号墩的0号块件（采用托架支撑）并设置临时固定支座，以抵抗在悬臂施工中产生的不平衡弯矩。
然后安装挂篮，并对称的浇筑其他块件，支架现浇边跨，合龙边跨后拆除临时固定支座再合龙中跨，然后施加二期恒载。
根据各阶段的施工顺序，由桥梁博士软件建立桥梁的施工模型。
阶段1:
浇筑0号块
阶段2:
浇筑1号块
阶段3：
安装挂篮
阶段4：
挂篮加载
本阶段的新浇筑的单元通过挂篮传递其自重，但本身不参与结构受力。
阶段5：
浇筑2号块
在浇筑的混凝土经过养护后强度达到要求时，对预应力进行张拉，施加预应力。
阶段6：
挂篮转移锚固
当浇筑的单元开始参与结构受力（即填入施工阶段的“安装杆件号”中），其重力不再通过挂篮传递。
进行挂篮加载后，必须进行相应的“挂篮锚固”阶段，解除挂篮受力。
阶段7：
挂篮的拆除和安装
在挂篮进行移动操作时，除了在“挂篮拆除”信息中填入拆除挂篮号还要在“挂篮安装”信息中填入要安装的挂篮号和移动的距离。
即一个挂篮的移动操作是由挂篮拆除和挂篮安装两个操作在同一个阶段完成的。
……（重复阶段3到阶段7）
阶段31：
支架现浇边跨
阶段34：
悬臂挂篮拆除，换为吊架进行边、中跨的合龙。
在悬臂端采用水箱压重，重量为合龙段自重（40t）的一半加上吊架重量（25t）的一半，边跨合龙段用劲性钢杆临时锁定。
阶段35：
浇筑合龙段砼，同时逐级卸除边跨悬臂端的压重荷载（22.5t）并且张拉部分边跨合龙钢束。
阶段37：
边跨现浇支架落架，拆除主墩顶临时支座，锁定主墩顶永久支座，完成体系转换（结构变为两个单悬臂梁），拆除边跨吊架（25t/个）。
阶段39：
浇筑中跨合龙段砼，同时逐级卸除中跨悬臂端的压重荷载（40t），中跨合龙段临时锁定，并且切断主墩临时支承的钢筋。
同时按先长后短的顺序张拉部分中跨合龙段钢束。
阶段40：
拆除中跨的吊架
阶段41：
张拉边、中跨剩余的连续钢束，施加桥面二期恒载
阶段42：
根据《公桥规》的编制理念，使用阶段的收缩徐变时间应为“0”天，而将结构的收缩徐变考虑到施工阶段中，即添加一个较长的施工周期，用以完成结构的收缩徐变，而不在使用阶段考虑。
故最后一个阶段为考虑收缩徐变，加一个较长的施工期，本设计选用1500天。
3.3荷载信息
桥梁模型在建立的过程中，需输入施工荷载和使用荷载，以模拟实际桥梁的受力状况。
3.3.1施工荷载
（1）永久荷载：
永久性作用于结构上的荷载，如二期恒载等，在阶段41施加二期恒载-59.76KN/m。
（方向向下，故为负号）
每延米的二期恒载的计算:
10cm厚的沥青混凝土铺装层：
γ1=0.1×25×12+0.14×25×1×2=37kN/m；
1cm厚沥青找平及抗滑层：
γ2=12×0.01×24+0.01×24×1×2=3.36kN/m；
人行道栏杆与新泽西防撞栏容重总共记γ3=19.4kN/m。
综上所述,二期恒载每延米的容重为59.8kN/m。
（2）临时荷载：
一般为施工机具等荷载，下一阶段将自动去除；在阶段34到阶段41添加吊架和压重的临时荷载。
3.3.2使用荷载
（1）升温温差为20℃，降温温差为20℃；非线性温度根据《通规》第4.3.10条规定，温度基数T1为14℃，T2为5.5℃。
梁高均大于400mm，则A值取300mm。
如图3.2所示。
图3.2非线性温度示意图（单位：
cm）
（2）车道荷载为公路—Ⅰ级；
人群荷载值为3.5kN/m²
（3）升温温差取20℃，降温温差取20℃；
（4）三跨连续梁桥四个支点中的每个支点分别下沉2cm。
4恒载、活载内力的计算
4.1恒载内力的计算
恒载内力主要包括结构自重内力和二期恒载内力叠加。
一期恒载和二期恒载由所建的计算模型输入单元结果信息中引用。
一期恒载：
程序按照截面尺寸信息自动计入；
二期恒载：
含铺装层和栏杆重，按59.8kN/m计入。
根据以上建立的计算模型，利用桥梁博士软件对结构进行计算，得出每个单元的特征值以及各截面的内力、位移值。
4.1.1截面几何特性的计算
计算结构的内力、应力前，需要首先计算出截面的几何特性。
由于结构对称，故现在只列出1-36号单元的各个截面的几何特性值，其余截面与其对应。
如表4-1。
表4-1截面几何特性值
节点
截面面积A（m2）
截面抗弯
惯距I（m4）
截面高度
H（m）
截面中性轴
高度y（m）
1
8.59051
6.37651
2.40
1.42
2
8.59051
6.37651
2.40
1.42
3
8.59051
6.37651
2.40
1.42
4
8.59051
6.37651
2.40
1.42
5
8.59051
6.37651
2.40
1.42
6
8.59051
6.37651
2.40
1.42
7
8.59051
6.37651
2.40
1.42
8
8.59051
6.37651
2.40
1.42
9
8.77027
7.14143
2.49
1.47
10
9.03434
8.30414
2.62
1.53
11
9.37812
9.94637
2.79
1.61
12
9.80472
12.1851
2.98
1.7
13
10.2521
14.7297
3.18
1.79
14
10.7903
17.9915
3.41
1.9
15
11.4047
22.1082
3.66
2.01
续表4-1
节点
截面面积A（m2）
截面抗弯
惯距I（m4）
截面高度
H（m）
截面中性轴
高度y（m）
16
12.1075
27.2592
3.94
2.12
17
12.9317
33.7676
4.24
2.25
18
13.8649
41.8401
4.57
2.39
19
14.5675
48.3213
4.80
2.48
20
14.5675
48.3213
4.80
2.48
21
14.5675
48.3213
4.80
2.48
22
14.5675
48.3213
4.80
2.48
23
14.5675
48.3213
4.80
2.48
24
14.5675
48.3213
4.80
2.48
25
14.5675
48.3213
4.80
2.48
26
13.7606
40.8737
4.53
2.37
27
12.7016
31.8738
4.15
2.22
28
11.7978
24.9378
3.81
2.07
29
11.0374
19.6322
3.51
1.94
30
10.4029
15.6184
3.25
1.82
31
9.8818
12.5941
3.02
1.72
32
9.45628
10.3532
2.82
1.63
33
9.07825
8.51055
2.64
1.54
34
8.8107
7.30707
2.51
1.47
35
8.6503
6.62538
2.43
1.43
36
8.59051
6.37651
2.40
1.42
4.1.2使用阶段结构重力作用效应计算
表4-2结构重力作用效应内力值和位移值
节点号
轴力（KN）
剪力（KN）
弯矩（KN.m）
水平位移（m）
竖向位移（m）
转角位移（m）
1
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
2
0.00
572.00
-286.00
0.00
0.00
0.00
3
0.00
3720.00
3720.00
0.00
0.00
0.00
4
0.00
3150.00
7150.00
0.00
-0.01
0.00
5
0.00
1730.00
19300.00
0.00
-0.02
0.00
6
0.00
314.00
24400.00
0.00
-0.03
0.00
7
0.00
30.40
24600.00
0.00
-0.03
0.00
8
0.00
-253.00
24500.00
0.00
-0.09
0.00
9
0.00
-2830.00
19100.00
0.00
-0.11
0.00
10
0.00
-3260.00
10600.00
0.00
-0.11
0.01
续表4-2
节点号
轴力（KN）
剪力（KN）
弯矩（KN.m）
水平位移（m）
竖向位移（m）
转角位移（m）
11
0.00
-4100.00
-713.00
0.00
-0.10
0.01
12
0.00
-6050.00
-18400.00
0.00
-0.09
0.01
13
0.00
-7790.00
-39200.00
0.00
-0.07
0.01
14
0.00
-9620.00
-65300.00
0.00
-0.06
0.01
15
0.00
-11500.00
-97000.00
0.00
-0.04
0.01
16
0.00
-13500.00
-135000.00
0.00
-0.03
0.00
17
0.00
-16600.00
-180000.00
0.00
-0.02
0.00
18
0.00
-18900.00
-233000.00
0.00
-0.01
0.00
19
0.00
-19800.00
-272000.00
0.00
0.00
0.00
20
0.00
-20300.00
-292000.00
0.00
0.00
0.00
21
0.00
-20900.00
-312000.00
0.00
0.00
0.00
22
0.00
21000.00
-334000.00
0.00
0.00
0.00
23
0.00
20500.00
-313000.00
0.00
0.00
0.00
24
0.00
19900.00
-293000.00
0.00
0.00
0.00
25
0.00
19300.00
-273000.00
0.00
0.00
0.00
26
0.00
18500.00
-235000.00
0.00
0.00
0.00
27
0.00
16200.00
-183000.00
0.00
0.00
0.00
28
0.00
13200.00
-139000.00
0.00
-0.01
0.00
29
0.00
11200.00
-103000.00
0.00
-0.02
0.00
30
0.00
9380.00
-71700.00
0.00
-0.03
0.00
31
0.00
7620.00
-46300.00
0.00
-0.04
0.00
32
0.00
5930.00
-26000.00
0.00
-0.05
-0.01
33
0.00
4030.00
-8550.00
0.00
-0.06
-0.01
34
0.00
3240.00
2590.00
0.00
-0.07
0.00
35
0.00
2850.00
11100.00
0.00
-0.06
0.00
36
0.00
283.00
16600.00
0.00
-0.04
0.00
由于结构对称，故表中只列出1-36号单元的内力值。
图4.1使用阶段结构自重轴力（KN）、剪力（KN）、弯矩图（KN.m）
图4.2使用阶段结构自重水平位移（m）、竖向位移（m）、转角位移（m）图
表4-3结构重力作用下支反力
支撑节点
支撑反力
水平力（KN）
竖向力（KN）
弯矩（KN·m）
2
0.0
4.68e+03
0.0
22
5.14e-02
4.27e+04
0.0
52
0.0
4.27e+04
0.0
72
0.0
4.71e+03
0.0
4.2活载内力计算
（1）汽车荷载采用中交新04规范，即公路-Ⅰ级，车道荷载，不计挂车荷载。
人群集度为3.5KN/
。
桥面总宽为12m，人行道宽度为2×1.0m=2m。
对于整体箱梁汽车荷载横向分布调整系数是其所承受的汽车总列数，考虑横向折减，偏载后的修正值。
根据《桥规》4.3.1条规定，当桥涵设计车道数大于2时，由汽车荷载产生的效应应该进行折减，但是折减后的效应不得小于设计车道数为2的效应。
现横向分布系数：
3（车道数）×0.78（双车道的横向折减系数）×1.05（偏载系数）=2.457。
在桥梁博士有限元计算程序中，对于箱梁结构，若如实填写人行道宽度（或满人宽度），则人群荷载的横向分布系数填1。
（2）冲击系数的计算，在《公路桥涵设计通用规范》P84第4.3.2条规定桥梁自振频率（基频）为：
（4-1）
（4-2）
计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用
；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用
式中
----结构的计算跨径（m）;
-----结构跨中截面的抗弯惯性矩（
）；
E-----结构材料的弹性模量（
）；
-----结构跨中处的单位长度质量（
），当换算为重力计算时，其单位应为（
）；
G----结构跨中处延米结构重力（
）；
g----重力加速度，g=9.81（
）。
本例采用平面杆系有限元程序计算，为方便计算，计算冲击系数偏安全的考虑取较大值，采用边跨跨径。
边跨的计算跨径是l=52m，跨中截面的Ic=9.94637m4，弹性模量为E=3.45×104MPa，跨中截面的面积是A=9.378
。
单位长度的质量为:
将数据代入公式有
由于1.5汽车荷载作用下的内力计算公式
（4-3）
人群荷载作用下的计算公式
（4-4）
汽车荷载引起的内力汇总如表格4-4所示，由于该荷载对结构作用产生的轴力均为0，故在表中不再列出各截面轴力的值。
表4-4汽车荷载引起的内力值表
节点号
汽车MaxM
（KN·m）
汽车MinM
（KN·m）
汽车MaxQ
（KN）
汽车MinQ
（KN）
1
0.00
0.00
0.00
-1060.00
2
0.00
-897.00
1620.00
-461.00
3
1450.00
-1110.00
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