目录 第 1 章 设计原始资料 1 1 1 设计概况 1 1 2 技术标准 1 1 3 主要规范 1 第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 2 2 1 尺寸拟定 2 2 1 1 桥孔分跨 2 2 1 2 截面形式 2 2 1 3 梁高 3 2 1 4 细部尺寸 4 2 15 主要材料及材料性能 6 2 2 模型建立与分析 7 2 2 1 计算模型 8 第 3 章 荷载内力计算 9 3 1 荷载工况及荷载组合 9 3 2 作用效应计算 10 3 2 1 永久作用计算 10 3 3 作用效应组合 16 第 4 章 预应力钢束的估算与布置 20 4 1 力筋估算 20 4 1 1 计算原理 20 4 1 2 预应力钢束的估算 24 4 2 预应力钢束的布置 具体布置图见图纸 27 第 5 章 预应力损失及有效应力的计算 29 5 1 预应力损失的计算 29 5 1 1 摩阻损失 29 5 1 2 锚具变形损失 30 5 1 3 混凝土的弹性压缩 30 5 1 4 钢束松弛损失 31 5 1 5 收缩徐变损失 31 5 2 有效预应力的计算 32 第 6 章 次内力的计算 33 6 1 徐变次内力的计算 33 6 2 预加力引起的次内力 33 第 7 章 内力组合 35 7 1 承载能力极限状态下的效应组合 35 7 2 正常使用极限状态下的效应组合 38 第 8 章 主梁截面验算 41 8 1 正截面抗弯承载力验算 41 8 2 持久状况正常使用极限状态应力验算 44 8 2 1 正截面抗裂验算 法向拉应力 44 8 2 2 斜截面抗裂验算 主拉应力 46 8 2 3 混凝土最大压应力验算 49 8 2 4 预应力钢筋中的拉应力验算 50 8 3 挠度的验算 51 小结 53 第第 1 1 章章 设计原始资料设计原始资料 1 11 1 设计概况设计概况 设计某预应力混凝土连续梁桥模型 标准跨径为 35m 50m 35m 施工方式采 用满堂支架现浇 采用变截面连续箱梁 1 21 2 技术标准技术标准 公路等级 一级公路 双向 2 车道 设计荷载 公路 I 级 桥面宽度 3 5 2 2 5 2 安全等级 二级 1 31 3 主要规范主要规范 1 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 2 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 3 公路工程技术标准 JTG B01 2003 4 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 5 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 6 城市桥梁设计规范 CJJ11 2011 第第 2 2 章章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定桥跨总体布置及结构尺寸拟定 2 12 1 尺寸拟定尺寸拟定 本设计方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构 全长 120m 设 计主跨为 50m 2 1 12 1 1 桥孔分跨桥孔分跨 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 5 0 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 35 50 35 米 基本符合以上原理要求 2 1 22 1 2 截面形式截面形式 1 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 桥梁为中等跨径 以 40 60 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 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 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 2 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单 室 2 1 32 1 3 梁高梁高 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 15 1 25 之间 而跨中梁高与主跨之比一般为 1 40 1 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 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 端支点处梁高为 2 5 米 中支点处梁高为 3 5 米 跨中梁高为 2 0 米 2 1 42 1 4 细部尺寸细部尺寸 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 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 变截面的底板厚度也随梁高变化 墩顶处底板为梁高的 1 10 1 12 跨 中处底板一般为 200 250mm 底板厚最小应有 120mm 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 30cm 2 腹板和其它细部结构 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 a 腹板内无预应力筋时 采用 200mm b 腹板内有预应力筋管道时 采用 250 300mm c 腹板内有锚头时 采用 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 支点处交大的剪力 一般采用 300 600mm 甚至可达到 1m 左右 本设计支座处腹板厚取 40cm 跨中腹板厚取 30cm 承托 在顶板和腹板接头处须设置承托 承托的形式一般为 1 2 1 1 1 3 1 4 等 承托的作用是 提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度 减少扭转剪应力和畸变应力 此外 承托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 20mm 长 20mm 的上部梗腋 而下部采用 1 1 的承托 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 图 2 1 端支点截面 图 2 2 中支点截面 图 2 3 跨中截面 2 152 15 主要材料及材料性能主要材料及材料性能 1 混凝土 表 2 1 混凝土表格 强度等 级 弹性模量 MPa 容重 kN m3 线膨胀 系数 f ck MPa f tk MPa f cd MPa f td MPa C403250025 000 0000126 802 4018 401 65 2 普通钢筋 表 2 2 普通钢筋表格 普通钢筋 弹性模量 MPa 容重 kN m3 f sk MPa f sd MPa f sd MPa R23521000076 98235195195 HRB33520000076 98335280280 HRB40020000076 98400330330 KL40020000076 98400330330 3 预应力材料 表 2 1 预应力材料表格 预应力钢绞 线 弹性模 量 MPa 张拉控制 应力 MPa 孔道磨阻系 数 孔道偏差系 数 钢绞线 松弛系 数 一端锚固回缩 值 m 12 15 219500013950 3000 000010 30 00600 15 15 219500013950 3000 000010 30 00600 4 其他材料 钢板 锚头下垫钢板 灯具连接板等采用低碳钢 预应力管道 采用波纹管成型 支座 采用 GPXZ 系列盆式橡胶支座 伸缩缝 采用 D60 型伸缩装置 2 22 2 模型建立与分析模型建立与分析 满堂支架施工的预应力混凝土连续梁桥 采用有限元计算可按两阶段建模 第一阶段建模是为了估算预应力钢束数量 根据钢束估算量 配置预应力钢束 并考虑施工过程与结构体系及截面特性的匹配关系 形成第二阶段模型 然后 进行相应的计算和验算 2 2 12 2 1 计算模型计算模型 图 2 4 结构简图 1 节点数量 137 2 单元数量 120 3 边界条件数量 8 4 施工阶段数量 3 施工阶段步骤如下 施工阶段1 满堂支架施工 持续时间12天 施工阶段2 张拉预应力钢束 持续时间12天 施工阶段3 拆除满堂支架 持续时间12天 第第 3 3 章章 荷载内力计算荷载内力计算 3 13 1 荷载工况及荷载组合荷载工况及荷载组合 1 恒载 一期恒载为梁部自重 混凝土容重取 25KN m3 箱梁按实际断面计取重量 二期恒载为桥面铺装集度与防撞护栏集度之和 其中桥面铺装层宽 15m 厚 8cm 护栏按每 10m 长度 3 01m3混凝土计 混凝土重度为 25KN m3 混凝土重 度为 25KN m3 荷载集度为 桥面铺装集度 防撞栏集度 0 08 15 250 301 2 2545 05KN m 2 汽