预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计Word下载.docx

预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计Word下载.docx

《预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计Word下载.docx（59页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

3.东方大道是双向六车道的一级公路，其荷载等级为：

设计荷载汽车-超20级

验算荷载挂车-120

4.计算行车速度100km/h

5.桥面纵坡桥梁位于竖曲线上。

i1=3.5%，i2=－3.5%，R=6500m。

6.桥面横坡双向i=2%

7.桥下通行标准

桥梁在K0+903处跨越苏嘉杭高速公路，斜交75º

。

苏嘉杭高速公路现为双向四车道，远期预留八车道，远期的通行净空为43x5m。

8.温度

⑴桥址处极端最高温度41℃

桥址处极端最低温度-12.0℃

⑵桥址处月平均最高温度32℃

桥址处月平均最低温度-0.7℃

9.地震基本烈度：

六度

1.3地质条件

该处地质条件较差，地面上不为粘土，再往下为中细沙，再往下为亚粘土，再往下为粘土夹卵砾石，直到地下将近四五十米的地方才为卵砾岩。

1.4采纳材料

混凝土：

C50混凝土

混凝土桥面铺装材料：

C40混凝土

预应力钢筋：

φj15钢绞线

非预应力钢筋：

直径≥12mm的用Ⅱ级螺纹钢筋，直径<

12mm的用Ⅰ级光圆钢筋；

锚具：

OVM或PM或BM型锚具及其配套设备

1.5采纳规范

JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》

JTJ022-85《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》

JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

第二章方案比选

2.1构思宗旨

（1）符合城市进展规划，满足交通功能需要。

（2）桥梁结构造型简洁，轻松，反映新科技成就，体现人民才智。

（3）设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工便利。

（4）与高速公路的等级和周边环境相宜。

（5）学习变截面梁桥的设计过程。

2.2比选标准

在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。

2.3设计方案

2.3.1设计方案一

变截面预应力混凝土连续梁桥

（1）孔径布置：

54m+84m+54m，全长192m，宽26.5m。

箱梁根部梁高4.7m，跨中梁高2.2m，从一号块到跨中按二次抛物线改变。

（2）主梁结构构造：

上部结构为变截面箱梁。

采纳双幅分离的的单箱单室形式。

主要采纳高强混凝土以及大吨位预应力体系来实现主梁的轻型化。

（3）下部结构：

桥墩基础是连成整体的，全桥基础均采纳钻孔灌注摩擦桩，桥墩为缘端型实体墩。

（4）施工方法：

全桥整体采纳悬臂节段浇筑施工法，两端桥台处使用整体现浇法。

2.3.2设计方案二

变截面预应力混凝土V型敦连续刚构桥

54m+84m+54m,全长192m，宽26.5m.桥面设有1.5％的横坡，2%的纵坡，其中间标高高于外侧标高。

采纳双幅分离的单箱单室形式。

（3）下部构造：

全桥基础均采纳钻孔灌注摩擦桩，桥墩为圆端形实体墩。

（4）施工方案：

全桥采纳悬臂节段浇筑施工法。

2.3.3设计方案三

下承式拱桥

跨径54m+84m+54m，全长192m。

桥面设有1.5％的横坡，护栏采纳金属制桥梁护栏。

（2）结构构造：

主桥采纳劲性骨架钢筋混凝土拱桥，拱圈高31m，主梁采纳单箱三室。

拱肋截面形式采纳三角形格构型形式，这种形式纵向刚度大，横向刚度也大。

钢管采纳16Mn钢，即可采纳成品无缝钢管，也可由钢板卷制加工而成。

横撑钢管采纳D60*12mm与D80*12mm钢管。

（3）主梁施工：

主梁采纳加劲骨架下的挂篮现浇施工。

（4）下部构造：

全桥基础均采纳钻孔灌注摩擦桩

（5）施工方案：

岸跨及边跨采纳有支架施工，主拱圈建成后，进行进行骨架下吊篮现浇施工。

2.4方案比选

（1）根据设计构思宗旨，桥型方案应满足结构新颖、受力合理、技术可靠、施工便利、造价合理的原则。

以上三种方案基本都满足着一要求。

（2）方案一与方案二都属于预应力混凝土梁桥，与方案三的拱桥相比，他们具有很多梁桥所有的优点：

1.预应力混凝土结构，由于能够充分利用高强度材料（高强度混凝土、高强度钢筋），所以构件截面小，自重弯矩占总弯矩的比例大大下降，桥梁的跨越能力得到提高。

2.与钢筋混凝土梁桥相比，一般可以节省钢材30～40％，跨径愈大，节省愈多。

3.全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，即使部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝，鉴于全截面参加工作，梁的刚度就比较大。

因此，预应力梁可显著减少建筑高度，使大跨径桥梁简洁美观。

由于能消除裂缝，这就扩大了对多种桥型的适应性，并提高了结构的耐久性。

4.预应力技术的采纳，不但使钢桥采纳的一些施工方法，如：

悬臂拼装、顶推法（由钢桥的纵向拖拉施工方法演化而成）和旋转施工法在预应力混凝土梁桥中得到新的进展与应用，而且为现代预制装配式结构提供了最有效的接合和拼装手段。

根据需要可在结构纵、横和竖向任意分段，施加预应力，即可集成理想的整体。

此外还进展了逐段或逐孔现浇施工方法。

这种分段现浇或分段预制拼装的施工方法，国外统称为节段施工法，用这种施工方法建成的预应力混凝土桥梁统称为预应力混凝土节段式桥梁。

（3）方案一与方案二相比，一个是预应力混凝土连续梁桥，一个是预应力混凝土连续刚构桥。

预应力混凝土连续梁桥结构受力性能好、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。

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。

2.5方案确定

综上所述，根据安全、经济、适用、美观变截面预应力混凝土连续梁桥，最终选定为本次设计的推举方案。

第三章预应力混凝土连续梁桥总体布置

3.1桥型布置

本设计推举方案采纳三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，桥全长192m。

桥梁总体布置图

3.1.1孔径布置

连续梁跨径布置一般以采纳不等跨形式。

一般边跨长度可取为中跨长度的（0．5～0．8）倍，这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩。

本设计推举方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为54m+84m+54m的形式。

3.1.2桥梁截面形式

（1）桥梁立面图

从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。

连续梁在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从肯定值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采纳变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律。

同时，采纳悬臂法施工的连续梁，变高度梁又与施工时的内力状况相吻合。

另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。

综上所述，推举方案采纳的是变截面预应力连续梁桥，其中箱梁根部梁高4.7m，跨中梁高2.2m。

梁截面采纳二次抛物线形，二次抛物线的改变规律与连续梁的弯矩改变规律基本相近。

（2）桥梁横截面

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、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。

常见的箱形截面形式有：

单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱三室、双箱多室等等。

从对箱形截面的受力状态分析表明，单箱三室截面受力明确，施工便利，节省材料用量。

一般常用在桥宽25m左右的范围。

综上所述，根据任务书设计要求本推举桥型方案横截面采纳的是单箱三室的箱型截面。

主桥箱梁采纳直腹板的单箱三室结构，箱梁顶板宽度为26.5m，箱体宽度为19m，两侧悬臂均为3.75m。

两端及中跨跨中梁高2.2m，墩顶根部梁高4.7m，其余主梁梁高改变采纳2次抛物线。

箱梁合拢段底板厚度25cm，靠近墩顶1号梁段底板根部厚度60cm，底板厚度改变采纳2次抛物线改变；

墩顶横梁处底板厚度为110cm，其间按直线改变。

箱梁腹板厚度采纳40、60cm。

箱梁采纳50号混凝土。

主梁分段浇注梁段划分长度为5m和4.5m。

（3）桥梁的梁高

连续梁在支点和跨中的梁估算值：

根据已建成桥梁的资料分析，梁高可按下表采纳：

桥型

支点梁高（m）

跨中梁高（m）

等高度连续梁

H=（1/15～1/30）L常用（1/18～1/20）L

变高度（折线形）连续梁

H=（1/16～1/20）L

h=（1/22～1/28）L

变高度（曲线形）连续梁

h=（1/30～1/50）L

根据以上估算值，本推举方案取得支点处梁高为4.7m，跨中梁高为2.2m。

3.1.3桥梁细部尺寸

（1）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。

除承受竖向荷载外，还承受轴向拉、压荷载。

竖向荷载是指自重、桥面活载和施工荷载。

轴向荷载是指桥跨方向上，恒、活载转换过来的轴向力以及纵向和横向的预应力荷载。

因此，顶板、底板除按板的构造要求决定厚度之外，还要按桥跨方向上总弯矩决定其厚度。

箱梁根部底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶，以适应受压要求。

底板除须符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜使中和轴保持在底板以内，并有适当的富裕。

一般约为墩顶梁高的1/10~1/12，或按以下推举公式选用：

　箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取15~18cm，当跨度较大，跨中正弯矩较大，需要配置一定数量的钢束或钢筋时，厚度可取20~25cm。

当设有横向预应力筋时，顶板厚度须足够布置预应力筋的套管并留有混凝土的注入间隙。

在结构设计时，尽可能用长悬臂或利用横向坡度和弯折预应力筋以调整板中横向弯矩。

本推举设计方案底板由支点处以二次抛物线的形式向跨中改变。

底板在支点处厚60cm，在跨中厚25cm.顶板厚25cm。

（2）腹板

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，采纳200mm。

（2）腹板内有预应力筋管道时，采纳250—300mm。

（3）腹板内有锚头时，采纳250—300mm。

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，以承受支点处较大的剪力，一般采纳300—600mm，甚至可达到1m左右。

腹板厚度也可按以下推举公式选定。

　　墩上腹板厚度参数

本推举设计方案支座处腹板厚取80cm.，跨中腹板厚取40cm。

中间腹板厚度采纳二次抛物线性改变。

3.1.4桥面铺装

桥面铺装：

根据《桥梁工程》（上）选用8cm厚的防水混凝土作为铺装层，上加2cm厚的沥青混凝土磨耗层，共计10cm厚。

桥面横坡：

根据规范规定为1.5%～3.0%,取2.0%,该坡度由箱梁顶板坡度控制。

3.1.5桥梁下部结构

全桥基础均采纳钻孔灌注摩擦桩，桥墩为缘端型实体墩。

3.1.6本桥使用材料

（1）使用混凝土

箱梁采纳50号混凝土，墩身采纳40号混凝土，承台、盖梁、耳背墙、防撞护栏、采纳30号混凝土。

（2）使用钢材

纵、横向预应力采纳ASTMA416-92-270级钢绞线，标准强度为1860Mpa，直径为15.24mm，面积139mm2,弹性模量为1.9×

105Mpa，采纳OVM锚具。

带肋钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-91的规定、光圆钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB1499-91的规定。

非预应力钢筋：

12mm的用Ⅰ级光圆钢筋。

（3）伸缩缝

伸缩缝采纳HXC-80A定型产品。

（4）桥梁支座

使用单向活动和双向活动盆式支座。

第四章荷载内力计算

本推举方案桥型4.5*1+3*3+3.5*4+3*5+2*5+0.5*1+1*2+0.5*1+2*5+3*5+3.5*4+1.5*2+3.5*4+3*5+2*5+0.5*1+1*2+0.5*1+2*5+3*5+3.5*4+3*3+4.5*1

具体施工段见表1

主跨施工分段

第一阶段

21单元；

54单元

第二阶段

22单元；

53单元

第三阶段

23-27单元；

48-52单元

第四阶段

28-31单元；

44-47单元

第五阶段

32-36单元；

39-43单元

第六阶段

37,38

边跨施工分段

1单元；

74单元

2-4单元；

71-73单元

5-9单元；

66-70单元

10-13单元；

62-65单元

14-18单元；

57-61单元

19单元56单元

第七阶段

20单元55单元

最大悬臂阶段累计内力表

单元号

阶段累计效应

弯矩（KN.m）

剪力（kN）

轴力（KN）

7

-2.25E+03

2.49E+03

4.84E+03

14

-1.46E+05

1.15E+04

1.39E+05

15

-1.49E+05

9.12E+03

1.28E+05

27

843

1.55E+03

1.29E+04

28

1.50E+03

-328

5.75E+03

31

-3.75E+03

2.29E+03

32

-1.21E+03

2.48E+03

1.09E+04

54

-1.21E+05

-7.92E+03

55

-1.38E+05

-9.23E+03

67

2.83E+03

1.61E+03

1.18E+04

68

2.53E+03

-245

5.66E+03

梁单元内力图

边跨合龙阶段累计内力表

1

1.88E+04

-109

3.44E+04

2

2.18E+04

-3.48E+03

4.06E+04

9

-1.19E+03

-4.33E+03

7.64E+04

10

-1.64E+04

-2.12E+03

6.72E+04

11

-1.89E+04

1.22E+03

7.41E+04

12

-2.47E+04

878

7.13E+04

34

-1.02E+05

139

1.29E+05

35

-1.01E+05

-1.17E+03

57

1.93E+03

872

1.19E+04

58

1.58E+03

-313

5.53E+03

61

-3.94E+03

2.37E+03

4.82E+03

62

-1.32E+03

2.47E+03

边跨合龙阶段累计内力图

中跨合拢阶段累计内力表

1.98E+04

425

3.35E+04

2.26E+04

-2.96E+03

-9.43E+04

-2.32E+04

-1.18E+05

2.43E+04

59

-2.25E+04

809

7.54E+04

60

-2.19E+04

134

7.53E+04

中跨合拢阶段累计内力图

桥面铺装阶段累计内力表

1.29E+03

3.34E+04

2.33E+04

-2.13E+03

4.04E+04

-1.39E+05

-2.56E+04

-1.65E+05

2.66E+04

-1.33E+04

862

7.59E+04

-1.26E+04

133

7.49E+04

桥面铺装阶段累计内力图

弯矩图

剪力图

第五章预应力钢束的估算与布置

预应力钢筋量估算

单元

位置

顶/底

Ay

（mm^2）

I[1]

底

0.7592

顶

3.57

J[2]

3936.1709

449.6712

I[2]

J[3]

5145.3694

1360.2459

3

I[3]

J[4]

5602.5192

2745.9654

4

I[4]

5598.1755

2750.3091

J[5]

5308.4761

4611.1727

5

I[5]

J[6]

3447.