土木工程橋梁畢業(yè)設計--公路預應力混凝土連續(xù)梁橋設計

1、西 南 交 通 大 學本科畢業(yè)設計90+150+90m 公路預應力混凝土連續(xù)橋設計年 級：Xx學 號：xx姓 名：xx專 業(yè)：xx指導老師：xx/xxXxxXxx 年年 x x 月月xx 大學本科畢業(yè)設計 第 I 頁院 系 xx 專 業(yè) xxxx 年 級 xx 姓 名 xx 題 目 90+150+90m 公路預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 指導教師評 語 指導教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日xx 大學本科畢業(yè)設計 第 II 頁畢業(yè)設計任務書畢業(yè)設計任務書班 級 xxxx 學生姓名 xx 學號 xx 發(fā)題日期：2010 年 3 月 1 日

2、 完成日期： 6 月 18 日題 目 90+150+90m 公路預應力混凝土連續(xù)梁橋(上部結構)設計 1、本設計的目的、意義 經過畢業(yè)設計，使學生了解并掌握預應力混凝土連續(xù)梁橋設計的基本過程，掌握預應力混凝土連續(xù)梁橋設計的基本要素，包括橋型的選擇，橋跨尺寸的比選，主要結構尺寸的選擇，結構受力計算分析，施工方法選擇等。 通過本設計，學生應對預應力混凝土連續(xù)梁橋設計有較全面的了解，能獨立進行同類型橋梁的計算分析，對預應力混凝土連續(xù)梁橋施工方法有一定的了解。 2、學生應完成的任務 完成跨度為 90+150+90m 的公路預應力混凝土連續(xù)梁橋上部結構設計，具體任務如下： （1）橋式方案比選，擬定橋梁細

3、部結構尺寸； （2）運用有限元軟件進行橋梁結構內力分析計算； （3）預應力鋼筋和普通鋼筋的設計； （4）主要截面檢算； （5）編制不少于 15000 字的設計說明書； （6）繪制不少于 16 張 A3 的結構主要施工圖。 xx 大學本科畢業(yè)設計 第 III 頁3、設計各部分內容及時間分配：（共 16 周）第一部分橋式方案比選，擬定橋梁細部結構尺寸 ( 2 周)第二部分運用有限元軟件進行橋梁結構內力分析計算 ( 5 周)第三部分預應力鋼筋估算 ( 2 周)第四部分主要截面檢算 ( 2 周)第五部分編制設計說明書 ( 2 周)第六部分繪制結構主要施工圖 ( 2 周)評閱及答辯 ( 1 周)備 注

4、指導教師： 年 月 日審批人： 年 月 日xx 大學本科畢業(yè)設計 第 IV 頁摘 要預應力混凝土連續(xù)梁橋是預應力橋梁中的一種，作為現(xiàn)代公路的主要結構形式，預應力混凝土連續(xù)梁橋結構在現(xiàn)今的公路工程中得到了廣泛的應用。本著“安全，經濟，實用，美觀”的設計理念，根據設計任務書和規(guī)范，對不同的橋型方案進行比較和選擇，經由施工等諸多方面的考慮，確定預應力混凝土連續(xù)梁橋為最終設計方案。本設計預應力混凝土連續(xù)梁橋共分為三跨 90+150+90m，主跨 150 m，邊跨對稱90 m，橋面凈寬為 0.50 m 欄桿+33.5 m 車行道+0.50 m 欄桿，箱形變截面梁，箱梁高度從距墩中心 3.50 m 處到跨

5、中合攏處按二次拋物曲線變化。底板厚度從支座處的 2.00 m 到跨中的 0.33 m 呈線性變化。腹板厚度在支座處為 1.20 m，跨中為 0.50 m，且在接近 L/6，L/3（L 為主跨的跨度）處呈階梯形變化。頂板厚度全橋一致，為0.30 m。設計荷載為公路一級。在本設計中，運用了橋梁設計軟件 Midas，對橋梁結構（主要是上部結構）進行設計、模擬，并采用懸臂掛籃施工法對施工步驟加以模擬。同時對橋梁恒載、活載及徐變內力等進行分析計算，得出預應力鋼束的預估值，進一步完善模型。最后，在各種荷載的組合下，對橋梁進行詳細的有限元分析，并將分析結果與規(guī)范的要求進行對比，對主梁的應力、變形等進行驗算，

6、從而判斷在設計荷載作用下該設計是否足夠合理安全，以此得到完整的設計。經分析比較及驗算表明該設計計算方法正確，內力分布合理，符合設計任務的要求。關鍵詞：橋梁設計；預應力混凝土；箱梁；變截面連續(xù)梁；Midas 橋梁模型xx 大學本科畢業(yè)設計 第 V 頁AbstractAbstractThe continuous prestressed concrete beam bridge is a kind of the pretressed bridges,As the main structure of the modern highways, today,it has been widely used

7、in highway projects.The design of the bridge is carried out in the spirite of “security,economic,practical and beautiful” design philosophy by comparing and choosing the best one. According to the design plan,specifications,construction factors and many other cosiderations,the pretrssed concrete con

8、tinuous beam bridge is chosen to the ultimate.The continuous prestressed concrete girder bridge is divided into three inters,(90m+150m+90m),with the man span of 150m,and 90m-symmetry one,the net width of the deck is 0.50m railing+33.50m roadway+0.50m railing,Prestressed concrete box girder is used a

9、s the main beam.the beam depth in the mid-span is 4m.while at the support bearing it is 9m. the sectional depth is changed in the form of parabolic. the former varies from 1.20m to 0.33m, and the latter varies from 1.20m to 0.50m which changed at the L/6 and L/3 (L is the length of the main span), t

10、he top slabs thickness keeps along the whole bridge constant, for 0.33m. and the design load is for the highway-.In the design,the bridge design software Midas is used in designing and simuiating the bridge stucture(mainly the upper stucture) by applying cantilever hung-basket bearing and symmetric

11、equilibrium construction. At the same time, By analyzing and computing the dead load, live load and internal force, the estimated value of the prestressed strand is got, then improve the model to perfece.Finally, Analyze the structure with the Midas software in a variety of load combinations,and com

12、pare the result with the sdandara requirement, Check calculation is carried out to the stress and deformation of the main beam to determine the design loads of the design is adequate and reasonable security,Thus, get a complete design.The result of the analysis and checking calculation show that the

13、 design calculation method is correct. And the internal force distribution is reasonabal to the design task.key words bridge desige prestressed concrete box girder non-uniform xx 大學本科畢業(yè)設計 第 VI 頁continuous beam Midas bridge model cantilever hung-basket bearingxx 大學本科畢業(yè)設計 第 VII 頁目 錄第 1 章 緒論.11.1 預應力混凝

14、土連續(xù)梁橋概述 .11.1.1 預應力混凝土連續(xù)梁橋發(fā)展.11.1.2 設計特征.21.1.3 受力特點.31.1.4 構造特點.41.1.5 連續(xù)梁的主要優(yōu)點.51.2 工程概況及基本資料.61.2.1 工程概況 .61.2.2 主要技術指標 .61.2.3 主要材料 .71.2.4 設計依據與基本資料 .71.2.5 方案比選 .7第 2 章 橋梁總體布置及結構主要尺寸.112.1 橋梁總體規(guī)劃布置.112.1.1 孔跨分布.112.1.2 梁部截面形式比選 .112.2 結構主要尺寸 .132.2.1 梁高的擬定 .132.2.2 底板、頂板的擬定 .142.2.3 腹板的擬定 .14第

15、 3 章 橋梁結構內力計算.163.1 MIDAS 軟件簡介 .163.2 MIDAS 建模步驟簡說 .163.3 靜力荷載內力計算.17xx 大學本科畢業(yè)設計 第 VIII 頁3.3.1 計算原理.173.3.2 靜力荷載計算 .183.3.3 靜力荷載內力計算.203.4 移動荷載內力計算 .23第 4 章 橋梁配筋計算.244.1 預應力筋束的布置原則 .244.2 預應力配束優(yōu)化設計.254.3 預應力筋數(shù)量估算.254.3.1 承載能力極限狀態(tài)的應力要求 .264.3.2 正常使用極限狀態(tài)的應力要求 .274.3.3 預應力鋼束的估算 .314.4 預應力損失計算.324.5 預加力

16、引起的二次內力.344.6 有效應力的計算.35第 5 章 截面驗算.365.1 各施工階段內力及應力圖.365.1.1 各施工階段及二期應力圖.365.1.2 各中極限狀態(tài)下的彎矩、應力包絡圖.525.2 強度驗算.555.3 施工階段階段的結構驗算.575.3.1 施工階段截面法向壓應力驗算 .575.3.2 受拉區(qū)鋼筋的拉應力驗算 .585.3.3 使用階段截面抗裂驗算 .595.4 變形驗算.61xx 大學本科畢業(yè)設計 第 IX 頁第 6 章 施工步驟與主要工程量.626.1 施工步驟.626.1.1 懸臂澆筑施工法 .626.1.1 施工步驟 .636.2 混凝土總用量.656.2.

17、1 梁體混凝土用量 .656.2.2 橋面鋪裝混凝土用量計算 .676.3 鋼絞線及錨具總用量.676.3.1 頂板束預應力材料統(tǒng)計 .676.3.2 腹板束預應力材料統(tǒng)計 .696.3.3 底板束預應力材料統(tǒng)計 .70結 論.71致 謝.72參考文獻.73xx 大學本科畢業(yè)設計 第 1 頁第 1 章 緒論1.1 預應力混凝土連續(xù)梁橋概述1.1.1 預應力混凝土連續(xù)梁橋發(fā)展由于預應力混凝土連續(xù)梁橋的優(yōu)點所在，其在我國的發(fā)展比較迅速，在我國的鐵路建設中，1966 年在成昆線用懸臂拼裝法建成第一座預應力混凝土鉸接懸臂梁橋舊莊河一號橋，跨徑為 24 m+48 m+24 m。在我國公路橋梁建設中，預應

18、力混凝土連續(xù)梁橋于上世紀 70 年代首次應用于城市橋梁工程，此后發(fā)展極為迅速，已成為預應力混凝土大跨徑橋梁的主要橋型之一，國內公路預應力混凝土連續(xù)梁橋的最大跨徑已達 165 m，跨徑組成為 90 m+3165 m+90 m（2000 年建成的南京長江二橋北汊橋） 。在橋梁結構中，隨著預應力理論的不斷成熟和實踐的不斷發(fā)展，預應力混凝土橋梁結構的運用必將越來越廣泛。連續(xù)梁和懸臂梁作比較：在恒載作用下，連續(xù)梁在支點處有負彎矩，由于負彎矩的卸載作用，跨中正彎矩顯著減小，其彎矩與同跨懸臂梁相差不大；但是，在活載作用下，因主梁連續(xù)產生支點負彎矩對跨中正彎矩仍有卸載作用，其彎矩分布優(yōu)于懸臂梁。雖然連續(xù)梁有很

19、多優(yōu)點，但是剛開始它并不是預應力結構體系中的佼佼者，因為限于當時施工主要采用滿堂支架法，采用連續(xù)梁費工費時。到后來，由于懸臂施工方法的應用，連續(xù)梁在預應力混凝土結構中有了飛速的發(fā)展。60 年代初期在中等跨預應力混凝土連續(xù)梁中，應用了逐跨架設法與頂推法；在較大跨連續(xù)梁中，則應用更完善的懸臂施工方法，這就使連續(xù)梁方案重新獲得了競爭力，并逐步在 40 m200 m 范圍內占主要地位。無論是城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨河大橋，預應力混凝土連續(xù)梁都發(fā)揮了其優(yōu)勢，成為優(yōu)勝方案。目前，連續(xù)梁結構體系已經成為預應力混凝土橋梁的主要橋型之一。然而，當跨度很大時，連續(xù)梁所需的巨型支座無論是在設計制造方

20、面，還是在養(yǎng)護方面都成為一個難題；而 T 型剛構在這方面具有無支座的優(yōu)點。因此有人將兩種結構結合起來，形成一種連續(xù)剛構體系。這種綜合了上述兩種體系各自優(yōu)點的xx 大學本科畢業(yè)設計 第 2 頁體系是連續(xù)梁體系的一個重要發(fā)展，也是未來連續(xù)梁發(fā)展的主要方向。另外，由于連續(xù)梁體系的發(fā)展，預應力混凝土連續(xù)梁在中等跨徑范圍內形成了很多不同類型，無論在橋跨布置、梁、墩截面形式，或是在體系上都不斷改進。在城市預應力混凝土連續(xù)梁中，為充分利用空間，改善交通的分道行駛，甚至已建成不少雙層橋面形式。在我國，預應力混凝土連續(xù)梁雖然也在不斷地發(fā)展，然而，想要在本世紀末趕超國際先進水平，就必須解決好下面幾個課題：.發(fā)展大

21、噸位的錨固張拉體系，避免配束過多而增大箱梁構造尺寸，否則混凝土保護層難以保證，密集的預應力管道與普通鋼筋層層迭置又使混凝土質量難以提高。(2).在一切適宜的橋址，設計與修建墩梁固結的連續(xù)剛構體系，盡可能不采用養(yǎng)護調換不易的大噸位支座。(3).充分發(fā)揮三向預應力的優(yōu)點，采用長懸臂頂板的單箱截面，既可節(jié)約材料減輕結構自重，又可充分利用懸臂施工方法的特點加快施工進度。另外，在設計預應力連續(xù)梁橋時，技術經濟指針也是一個很關鍵的因素，它是設計方案合理性與經濟性的標志。目前，各國都以每平方米橋面的三材（混凝土、預應力鋼筋、普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預應力混凝土橋梁的技術經濟指針。但是，橋梁的技

22、術經濟指針的研究與分析是一項非常復雜的工作，三材指標和造價指標與很多因素有關，例如：橋址、水文地質、能源供給、材料供應、運輸、通航、規(guī)劃、建筑等地點條件；施工現(xiàn)代化、制品工業(yè)化、勞動力和材料價格、機械工業(yè)基礎等全國基建條件。同時，一座橋的設計方案完成后，造價指針不能僅僅反應了投資額的大小，而是還應該包括整個使用期限內的養(yǎng)護、維修等運營費用在內。通過連續(xù)梁、T 型剛構、連續(xù)剛構等箱形截面上部結構的比較可見：連續(xù)剛構體系的技術經濟指針較高。因此，從這個角度來看，連續(xù)剛構也是未來連續(xù)體系的發(fā)展方向?？偠灾?，一座橋的設計包含許多考慮因素，在具體設計中，要求設計人員綜合各種因素，作分析、判斷，得出可行

23、的最佳方案。1.1.2 設計特征作為橋梁設計的一種，預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計首先要，參照相關規(guī)范擬xx 大學本科畢業(yè)設計 第 3 頁訂結構幾何尺寸和材料類型,模擬實際的施工步驟,計算出恒載及活載作用下的內力;然后再根據實際情況確定溫度、沉降等荷載,計算其產生的內力,并與恒、活載內力進行正常使用與承載能力極限狀態(tài)組合。這是設計過程的第一次組合，兩種極限狀態(tài)組合的結果分別作為按應力和承載能力估算剛束的計算內力。估算出各截面的剛束后，按照一定要求將剛束布置好，重新模擬施工過程并考慮預應力的作用，計算恒載內力。由于剛束對截面幾何特性的影響，溫度、沉降等內力也需重新計算，但其與剛束估算時計算得到的結果

24、差別非常小。各種荷載作用下的內力計算出來后,需進行承載能力組合和正常使用組合,以進行截面強度驗算、應力驗算和變形驗算,這是設計過程的第二次組合。如各項驗算均滿足要求且認為合理，則設計通過。反則需調整剛束甚至修改截面尺寸后重新計算，直到各項驗算均通過為止。預應力混凝土連續(xù)梁橋采用懸臂施工法需在施工中進行體系轉換,經過一系列的施工階段而逐步形成最終的連續(xù)梁體系。在各個施工階段,可能具有不同的靜定體系,其中包括安裝單元、拆除單元、張拉預應力、移動掛籃等工況。1.1.3 受力特點預應力混凝土連續(xù)梁橋能充分發(fā)揮高強材料的特性，是結構輕型化，具有很大的跨越能力，而且它可以有效地避免混凝土的開裂，特別是處于

25、負彎矩區(qū)的橋面板的開裂。除此之外，預應力混凝土連續(xù)梁橋還能節(jié)省材料、變形和緩、伸縮縫少、剛度大、行車平穩(wěn)、養(yǎng)護簡便等優(yōu)點，所以在近代橋梁建筑中已得到越來越多的應用。用懸臂施工的預應力混凝土連續(xù)梁橋,在施工過程中經歷 T 型雙懸臂受力狀態(tài),合攏后形成連續(xù)梁橋,其恒載產生的內力由各施工階段產生的內力疊加而成，由于合攏段一般較短，其產生的內力一般較小，故 T 型雙懸臂受力狀態(tài)為主要部分。合攏后根部負彎矩很大，而中跨跨中恒載彎矩較小，二期恒載加上以后,根部負彎矩增大，中跨跨中承受相對較小的正彎矩。因此,截面幾何尺寸擬訂時，應根據以上彎矩分布特點,增大主梁根部附近斷面的抗彎剛度,提高截面下緣的承壓能力。

26、懸臂施工時,澆注一節(jié)段梁體,達到一定強度后張拉此段鋼束，梁體自重產生負彎矩,預應力鋼束產生正彎矩,二者結合使得梁體基本處于偏心受壓受力狀態(tài),其軸向力非常大,抗剪強度一般不成問題,而最小正應力又較大,故主拉應力也易滿足,所以xx 大學本科畢業(yè)設計 第 4 頁可不設下彎配索。1.1.4 構造特點預應力混凝土連續(xù)梁橋是超靜定結構，因此，同樣具有一般超靜定結構的特點如：(1)在相同條件下，結構內力比靜定結構小，且內力狀態(tài)比較合理。譬如，在均勻荷載作用下彎矩的最大值比簡支梁可減少 50%，彎矩圖面積比簡支梁可減少，將連續(xù)結構中各部分之間剛度進行合理調整，可最大限度的減少結構內力，減小截面尺寸，達到降低材

27、料消耗的目的；(2)使結構外形更為合理，譬如，加大連續(xù)梁根部梁高，可以減小跨中截面正彎矩，使跨中截面梁高進一步減小，使用更為合理；連續(xù)梁結構剛度大，整體性好，橋面連續(xù)平順，伸縮縫少，對行車有利，尤其能適應高速行車。(3)在基礎沉降，溫度變化等外因作用下，將引起結構內力的變化對于施加預應力的超靜定結構除有一般超靜定結構特點外，還有下列特點：(1)在超靜定結構上施加預應力，會使結構產生內力和變形，由于有多余的約束，不能自由變形，因而引起附加力（二次力） 。同樣，由于混凝土的收縮徐變不僅產生預應力損失，而且也會由于變形受約束而引起附加力（二次力） 。(2)由于對結構施加預應力，可以有效的避免混凝土開

28、裂，特別是處于負彎矩區(qū)段的橋面板的開裂，這種開裂在普通鋼筋混凝土連續(xù)梁中是不可避免的。(3)由于對結構施加預應力，使得懸臂法施工和頂推法施工，這些科學和先進的連續(xù)梁施工方法才得以實現(xiàn)，并得到廣泛應用。下面給出預應力混凝土連續(xù)梁橋幾個主要的構造零號塊零號塊是懸臂澆注施工的中心塊體,又是體系轉換的控制塊體。梁體的受力經零號塊通過支座向墩身傳遞,零號塊受力非常復雜,且一般作為施工機具和材料堆放的臨時場地,故其頂板、底板、腹板尺寸都取得較大。橫隔板橫隔板的主要作用是增加箱梁橫向剛度，限制箱梁的畸變。但過多的橫隔板對橫向剛度的影響并不顯著，而且增加了施工的難度。在支承處一般要設置強大的橫隔板以承受和分布

29、強大的支承反力，必要時還要配以預應力鋼筋。零號xx 大學本科畢業(yè)設計 第 5 頁塊內橫隔板傳遞荷載較大,通常采用一片實體或兩片式剛性橫隔板,中間開設過人洞。合龍段分中合攏和邊合攏，合攏段的施工是橋梁施工的重要環(huán)節(jié)。在合攏段施工過程中,由于溫度變化、混凝土早期收縮、已完成結構的收縮徐變、新澆混凝土的水化熱,以及結構體系變化和施工荷載等因素,對尚未達到強度的合攏段混凝土有直接影響,故必須重視合攏段的構造措施,使合攏段與兩側梁體保持變形協(xié)調,并在施工過程中能傳遞內力。合攏段的長度在滿足施工要求的情況下,應盡量縮短,以便于構造處理,一般取 1.53m。合攏段的構造處理有以下幾種 (1)用勁性鋼管作為合

30、龍段的預應力套管；(2)加強配筋；(3)用臨時勁性鋼桿鎖定；(4)壓桿支撐。 合攏段施工應注意以下幾點(1) 合攏段應采用高強、早強、少收縮混凝土；(2) 合攏段混凝土澆筑時間應選擇在一天中溫度最低時，并使混凝土澆筑后溫度開始緩慢上升為宜;(3)加強混凝土的養(yǎng)護。臨時固結措施懸臂施工時,為保證結構幾何體系不變,需將墩梁固結,以承受不平衡彎矩。常用的固結方法是:在支座兩側設置兩排臨時混凝土塊作為臨時支座.臨時支座內穿預應力鋼束,兩端分別錨固在主墩和主梁橫隔板內。鋼束的數(shù)量應由施工中的不平衡彎矩確定。1.1.5 連續(xù)梁的主要優(yōu)點連續(xù)梁是一種古老的結構體系，它具有變形小，結構剛度好、行車平穩(wěn)舒適、伸

31、縮縫少、養(yǎng)護簡易、抗震能力強等優(yōu)點。連續(xù)梁與靜定體系的其他形式的梁橋相比，具有較為顯著的經濟性。僅從連續(xù)梁和簡直梁的強度與變形的簡單對比即可看xx 大學本科畢業(yè)設計 第 6 頁出這一特點。連續(xù)梁是超靜定結構，它有與靜定結構不同的特點：即在結構各部分中內力的大小與抗彎剛度 EI 直接相關。因此，若將連續(xù)梁中間支撐截面的剛度加大，如變高度梁，可以調低跨中的正彎矩，使預應力鋼筋的大部分可以布置在梁的頂部，便于張拉。雖然中間支承處的負彎矩有所增大，但梁的高度也相應地加高了，并不至于引起鋼筋用量的增多。當超載是，連續(xù)梁有可能發(fā)生內力重分布，提高整個梁部的承載能力。對于基礎不均勻沉降的影響，只要不使結構物

32、產生損壞性的裂縫，它所引起的附加內力，由于混凝土的徐變特性，可以適當調整。連續(xù)梁在中間橋墩上只有一個支座，在豎直荷載作用下橋墩只受軸向的壓力，除制動墩外，連續(xù)梁的橋墩及其基礎的尺寸都可以做得小一些。1.2 工程概況及基本資料1.2.1 工程概況本設計橋梁為跨大江的某公路預應力混凝土連續(xù)梁特大橋，主橋上部結構為 90 m+150 m+90 m 三跨變高度預應力混凝土連續(xù)箱梁結構。該橋為兩幅完全對稱的橋組成，每幅橋全長 330 m，橋寬 11.50 m，兩幅橋凈距離為 1 m。因為橋下水流湍急，造成施工不便，所以施工方法選用掛籃懸臂現(xiàn)澆法。主梁截面型式為變截面箱梁。1.2.2 主要技術指標(1)

33、孔跨布置：90+150+90m 公預應力混凝土連續(xù)梁橋；(2) 橋梁等級：高速公路橋梁；(3) 汽車荷載等級：公路I 級；(4) 橋面寬度：六車道，上下行分為兩幅，每幅寬 11.50 m，即（0.5 m 欄桿+33.5 m 車行道+0.5 m 欄桿） ，兩幅凈距 1.0 m；xx 大學本科畢業(yè)設計 第 7 頁(5) 橋面坡度：橫坡為1.5%；(6) 支座沉降：按 2 cm 考慮；(7) 溫度荷載：整體升降溫 20oC；(8) 施工方法：主梁采用懸臂澆注分段對稱平衡施工,中跨及邊跨合攏段采用吊模澆注，掛籃自重、施工荷載控制在 370 t 以內，掛籃自重按 100 t 計；(9) 橋軸平面線型：直

34、線。(10) 地震烈度：基本烈度度，按度設防。1.2.3 主要材料(1) 混凝土：梁體為 C50 混凝土，墩身為 C40 混凝土；(2) 鋼 材：縱向和橫向預應力筋采用高強度低松弛鋼絞線，其單根公稱直徑為S15.24（面積為 140 mm2） ，標準強度為fpk=1860Mpa；豎向預應力筋為 JL32 精扎螺紋鋼筋，標準強度為 785MPa，普通鋼筋采用 R235、HRB335級鋼筋；(3) 錨具：縱向預應力采用 OVM15 型錨具，豎向預應力采用 YGM 錨具，預應力管道均按金屬波紋管成孔設計。1.2.4 設計依據與基本資料(1) 中華人民共和國交通部標準，公路橋涵設計通用規(guī)范，JTG D

35、60-2004；(2) 中華人民共和國交通部標準，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范，JTG D62-2004；(3) 中華人民共和國交通部標準，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范，JTG D63-2007。1.2.5 方案比選橋梁設計的方案比選是一個非常重要的課題，也是一個比較困難的問題，它對以后的初步設計乃至施工圖設計起著至關重要的作用。一個好的橋梁方案不僅能節(jié)約造價、縮短工期，而且在整個設計周期中起著“萬事開頭難”的功效。一旦橋梁xx 大學本科畢業(yè)設計 第 8 頁方案確定，在初步設計和施工圖設計時，借助于現(xiàn)代橋梁電算，可以說是不難的。而在方案比選中，首先要把握的是四項主要標準：安全、經濟、

36、功能與美觀。其中自然要數(shù)安全與經濟為重，過去設計往往對橋梁功能重視不夠，現(xiàn)在由于城市交通量的發(fā)展，需要十分重視橋下凈空是否滿足城市車輛的通行、橋下車行軌跡是否滿足行車習慣。至于橋梁美觀，要視經濟而定，設計的橋梁再美觀，一旦經濟不允許，只能是“紙上談兵” ，到頭來還得重新設計。(1)、安全是橋梁結構設計的前提隨著改革開放的力度加大，城市車輛的飛速發(fā)展，交通運輸十分繁忙，車速也在不斷提高，橋梁結構不光要求結構自身的受力安全，而且要求橋梁構造的安全。在此次設計中，我們設計組也進行了許多方案比選，有河中設墩的連續(xù)箱梁，有連續(xù)剛構，有上承式拱橋等橋梁結構形式。根據實際的地形、地質、地物，最后綜合比較選擇

37、了預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，主跨 150 m，保證了急流的河流水斷面和橋梁結構自身安全。2、經濟是橋梁結構設計的保證一座橋梁建筑設計的再如何漂亮，若它的造價比看上去一般化的橋梁高出許多，這座漂亮的橋梁設計也是失敗的。在這次設計中，定下預應力混凝土連續(xù)梁橋后，對于截面形式，經過比選，我們設計組采用了變截面單箱單室箱梁。因為本橋地處偏遠大山之中的大河河上，當?shù)氐纳?、石料比較豐富，可就地取材，比較方便。故在橋梁設計中，在滿足結構安全的前提下，應盡量地考慮經濟。3、功能在橋梁結構設計中也不應忽視公路橋梁不同于城市橋梁，在公路交通日益劇增的情況下，橋梁方案設計中，交通組織功能也要擺在重要的地位上，尤其是立

38、交橋，不光橋上有車輛，橋下車輛也川流不息。如果不綜合考慮交通功能，下行車輛撞擊橋墩或有關橋梁部分，導致橋梁坍塌，這種事故在國內外都有發(fā)生。作為橋梁設計人員必須注意這一點來進行橋梁方案比選，乃至方案確定后的橋梁分跨。在貴陽市都司路高架橋跨越中華路的大南門交叉口位置，設計者在地面設置了交通導流環(huán)島，一跨 20 米跨徑的橋梁正好處于環(huán)島內。橋梁建成后，隨著城市的發(fā)展，車輛的增多，該交叉口經常塞車，不得已取消了地面環(huán)島。由于該交叉口的橋梁跨徑較小，導致左轉車輛的行車軌跡不順暢，司機抱怨連天，這無疑是橋梁設計敗筆。xx 大學本科畢業(yè)設計 第 9 頁4、美觀是橋梁設計必須考慮的一部分公路橋梁建筑不同于鐵路

39、橋梁，它不僅是交通工程中的重點建筑物，而且也是美化環(huán)境的點綴品，所以設計必須精心方案比選、精心設計、精心施工，以期求得在增加投資不多的條件下，取得橋梁美觀的效果。比如在城區(qū)建一座二、三十米跨度的立交橋，不管用鋼還是預應力砼，通常的做法是用一根等截面梁跨越，但由于人們的視覺有錯覺，所以往往把這根梁看成是帶下垂撓度的彎梁，看起來很不舒服，甚至有怕它掉下來的危險。在此次設計方案確定中，有意把梁底線作成二次拋物線形式，在橋墩支點處稍微增加一點材料，但給橋下車輛和行人一種安全美和曲線美的感覺。這是一種最普通而簡單不過的選擇，不僅保證了橋下的通航通車，而且可它能起到美化橋梁的作用。下面我們把此次設計方案中

40、的各種橋型進行對比梁橋梁式橋結構在垂直荷載的作用下，其支座僅產生垂直反力，而無水平推力的橋梁。預應力混凝土梁式橋受力明確，理論計算較簡單，設計和施工的方法日臻完善和成熟。預應力混凝土梁式橋具有以下主要特征：1)混凝土材料以砂、石為主，可就地取材，成木較低；2)結構造型靈活，可模型好，可根據使用要求澆鑄成各種形狀的結構；3)結構的耐久性和耐火性較好，建成后維修費用較少；4)結構的整體性好，剛度較大，變性較??；5)預應力混凝土梁式橋可有效利用高強度材料，并明顯降低自重所占全部設計荷載的比重，既節(jié)省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲勞的能力。 拱橋拱橋的靜力特點是，在豎直荷載作用下，拱的兩端不

41、僅有豎直反力，而而且還有水平反力。由于水平反力的作用，拱的彎矩大大減少。設計得合理的拱軸，主要承受壓力，彎矩、剪力均較小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受壓力的結構，因而可以充分利用抗拉性能較差、抗壓性能較好的石料，混凝土等來建造。石拱對石料的要求較高，石料加土、開采與砌筑費土，現(xiàn)在已很少采用。由墩、臺承受水平推力的推力拱橋，要求支撐拱的墩臺和地基必須承受拱端的強大推力，因而修建推力拱橋要求有良好的地基。對于多跨連續(xù)拱橋，為防止其中一跨破壞而xx 大學本科畢業(yè)設計 第 10 頁影響全橋，還要采取特殊的措施，或設置單向推力墩以承受不平衡的推力。由于鐵路橋所建位置地質情況，故不考慮此橋型

42、。梁拱組合橋軟土地基上建造拱橋，存在橋臺抵抗水平推力的薄弱環(huán)節(jié)。為此采用大噸位預應力筋以承擔拱的水平推力；預應力筋的寄體是系梁，即加勁縱梁，從而以梁式橋為基體，按各種梁橋的彎矩包絡圖用拱來加強。這樣可以使橋梁結構輕型化，同時能提高這類橋梁的跨越能力。這類橋梁不僅技術經濟指標先進、造價低廉，同時橋型美觀，反映出力與美的統(tǒng)一、結構形式與環(huán)境的和諧，增加了城市的景觀。斜拉橋斜拉橋的特點是依靠固定與索塔的斜拉索支撐梁跨，梁是多跨彈性支撐梁，梁內彎矩與橋梁的跨度基本無關，而與拉索的間距有關。他們適用于大跨、特大跨度橋梁。斜拉橋直接錨于主梁上，受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受壓，因此塔、梁均為壓彎構件

43、。斜拉橋具有施工方便、橋型美觀、用料省、主梁高度小、梁底直線容易滿足通航和排洪要求、動力性能好的優(yōu)點，發(fā)展非常迅速，跨徑不斷增大。但實際跨度不大，此橋型不予考慮。目前我國公路梁橋結構一般考慮簡支梁和連續(xù)梁結構形式。簡支梁受施工及結構等條件的限制，當跨度超過一定范圍時如（4050 m） ，就很難做出經濟合理的設計。因而，大跨徑混凝土橋常采用在內力分布方面較為合理的其它結構體系，且預應力混凝土簡支梁橋梁高較大，景觀稍差，行車條件也不如連續(xù)梁。連續(xù)梁結構與同等跨度的簡支梁相比，可以降低梁高，節(jié)省工程數(shù)量，有利于爭取橋下凈空，改善景觀；其結構剛度大，具有良好的動力特性以及減震降噪作用，使行車平穩(wěn)舒適，

44、后期的維修養(yǎng)護工作也較少。從城市美學效果來看，連續(xù)梁造型輕巧、平整、線路流暢，將給城市爭色不少。但連續(xù)梁對基礎沉降要求嚴格，特別是由于聯(lián)長較大，橋上無縫鋼軌因溫度變化而產生的水平力很大，使得梁體與墩臺之間的受力十分復雜，加大了設計難度。綜合考慮以上四項標準來進行橋梁方案比選，最后的設計、施工將會變得容易，建成后的橋梁才是安全美、經濟美、功能美與環(huán)境、視角美。從各種綜合因素來考慮，本設計最終選擇預應力混凝土連續(xù)梁橋。xx 大學本科畢業(yè)設計 第 11 頁第 2 章 橋梁總體布置及結構主要尺寸2.1 橋梁總體規(guī)劃布置2.1.1 孔跨分布 連續(xù)梁橋可以做成三跨一聯(lián)的，也可以做成多跨一聯(lián)的，一般不超過六

45、跨，特殊情況下也有例外的（如錢塘江二橋） 。每聯(lián)跨數(shù)太多，聯(lián)長就要加大，受溫度變化及混凝土收縮等影響產生的縱向變形也就較大，使伸縮縫及活動支座的構造復雜，對橋梁的墩臺也不利；每聯(lián)長度太短，則使伸縮縫的數(shù)目加多，不利于高速行車。建橋處的地形、地質與水文條件，以及通航要求等對孔跨分布常常起著決定性的作用；此外，還要結合墩臺、基礎及支座的構造，綜合分析比較才能選出最優(yōu)方案。從梁內彎矩的分布情況來看，對于每聯(lián)三跨以上的連續(xù)梁，等跨時邊跨的跨中彎矩大于中間跨的跨中彎矩，故常用縮短邊跨的辦法來調整彎矩的分布，邊跨與中跨的比值可在 0.70.5 之間，甚至可選取 0.3。對于三跨連續(xù)梁，邊跨與中跨的比值多用

46、 0.60.67;對于三跨連續(xù)梁，邊跨與中跨的比值多用 0.60.67。介于綜合考慮，此設計定為 90+150+90 m，邊跨與中跨比值為 0.6。xx 大學本科畢業(yè)設計 第 12 頁圖 2.1 橋跨布置圖2.1.2 梁部截面形式比選連續(xù)梁結構體系是預應力混凝土橋梁的主要橋型之一，國內外這種橋型都占有很大比重。橋梁的立面布置在初步設計中占有十分重要的地位，合理與否直接影響橋梁的適用、安全、經濟、美觀。預應力混凝土連續(xù)梁橋的立面布置包括體系安排、橋跨布置、梁高選擇、橋梁下部結構和基礎形式等問題，不同的布置方式將得到不同類型的連續(xù)梁橋。在連續(xù)梁的截面選擇中，不僅要考慮彎矩數(shù)值上的變化，而且要考慮彎

47、矩符號的變化。在可變彎矩及軸力的作用下，構建截面的應力狀態(tài)與核心距離有關，當軸箱壓力作用在截面核心范圍內時，截面邊緣不出現(xiàn)拉應力。因此，截面的核心距離越大，軸向壓力的偏心可以越大，即預應力鋼筋合力的力臂越大，預應力的作用便可以充分發(fā)揮。對于矩形截面，核心距離約為 h/3，h 為截面的高度；具有寬翼緣的T 形截面，核心距離約為 0.4 h；箱形截面的核心距離隨腹板厚度與截面輪廓尺寸的比值而變化，有可能達到 0.5 h。截面核心距離的選擇，主要取決于恒載與活載的比值，對于活載較大的鐵路橋梁，宜采用核心距離大的箱形截面。對于用頂推法或懸臂法施工的連續(xù)梁，采用箱形截面也比較合適。在這次設計中，梁部截面

48、形式考慮了箱形梁、組合箱梁、槽型梁、T 型梁等可采用的梁型，下面做個簡單的比較。連續(xù)單箱梁結構整體性強，抗扭剛度大，適應性強。景觀效果好。該方案需采用就地澆筑，現(xiàn)場澆筑混凝土及張拉預應力工作量大，但可全線同步施工，施工期xx 大學本科畢業(yè)設計 第 13 頁間工期不受控制，對橋下道路交通影響較其他方案稍大。組合箱梁結構整體性強，抗扭剛度大，適應性強。雙箱梁預制吊裝，鋪預制板，重量輕。但從橋下看，景觀效果稍差。從預制廠到土地的運輸要求相對較低，運輸費用較低。但橋面板需現(xiàn)澆施工，增加現(xiàn)場作業(yè)量，工期也相應延長。美觀較差，并且徐變變形大。槽型梁為下承式結構，其主要優(yōu)點是造型輕巧美觀，線路建筑高度最低，

49、且兩側的主梁可起到部分隔聲屏障的作用，但下承式混凝土結構受力不很合理，受拉區(qū)混凝土即車道板圬工量大，受壓區(qū)混凝土圬工量小，梁體多以受壓區(qū)(上翼緣)壓潰為主要特征，不能充分發(fā)揮鋼及混凝土材料的性能。同時，由于結構為開口截面，結構剛度及抗扭性較差，而且需要較大的技術儲各才能實現(xiàn)。T 型梁結構受力明確，設計及施工經驗成熟，跨越能力大，施工可采用預制吊裝的方法，施工進度較快。該方案建筑結構高度最高，由于梁底部呈網狀，景觀效果差。同時，其帽梁雖較槽型梁方案短些，但較其他梁型長，設計時其帽梁也須設計成預應力鋼筋混凝土帽梁，另外預制和吊裝的實施過程也存在著與其他預制梁同樣的問題。相對而言，箱型梁抗扭剛度大，

50、整體受力和動力穩(wěn)定性能好，外觀簡潔，適應性強，在直線、曲線、折返線及過渡線等區(qū)間段均可采用，且施工技術成熟造價適中。所以，考慮到各方面的因素，本設計選擇連續(xù)箱型梁。2.2 結構主要尺寸梁式橋橫截面的設計主要是確定橫截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁間距、主梁各部尺寸；它與梁式橋體系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美觀要求以及經濟用料等等因素都有關系。常見的箱形截面形式有：單箱單室、單箱雙室、雙箱單室、單箱多室、雙箱多室等等。其中單箱單室截面多用在頂板寬度小于 18 m 的橋梁，其優(yōu)點是受力明確，施工方便，節(jié)省材料用量。拿單箱單室和單箱雙室比較，兩者對截面底板的尺寸影響都不大，對腹板的影響也

51、不致改變對方案的取舍；由于雙室式腹板總厚度增加，主拉應力和剪應力數(shù)值不大，且布束容易，這是單箱雙室的優(yōu)點；但是雙室式也存在一些缺點：施工比較困難，腹板自重彎矩所占恒載彎矩比例增大等等。本設計是xx 大學本科畢業(yè)設計 第 14 頁一座公路連續(xù)箱形梁，半幅橋橋面寬為 11.5 m，因此采用的橫截面形式為單箱單室。2.2.1 梁高的擬定連續(xù)梁橋支點截面負彎矩絕對值比跨中正彎矩大，采用變截面形式符合受力特點，同時變截面梁一般采用懸臂法施工，變高度梁與施工階段內力相適應。從美學觀點看，變高度梁比較有韻律感。 變截面梁的梁底線形可采用折線、拋物線、圓曲線和正弦曲線等。二次拋物線與連續(xù)梁的彎矩變化相適應，最

52、常采用。根據已建成橋梁的資料分析，支點梁高HS約為最大跨徑Lm的115120，跨中梁高H約為支點梁高HS的111.62.5.本設計支點兩高取為9 m，跨中兩高選為4 m。2.2.2 底板、頂板的擬定箱形截面為閉口截面，截面具有良好的抗彎和抗扭性能，并且箱形截面有頂板和底板，可以在跨中或支座部位能有效地抵抗正負彎矩。常用的箱形截面，其中單箱單室截面多用在頂板寬度小于 18 m 的橋梁。（1）箱梁底板厚度在連續(xù)箱梁中，底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚至根部，以適應受壓要求。根部底板厚度一般為根部梁高的 1/101/12，以須符合運營階段的受壓要求外，并在破壞階段使中性軸盡量保持在底板以內，并有

53、適當?shù)母挥?。本設計支座處底板厚取 200 cm，跨中處底板厚取 33 cm，以滿足跨中正負彎矩變化及板內配置預應力鋼筋與普通鋼筋的要求。上下底板都從支點出 200 cm 向中合攏斷按二次拋物線變化。（2）箱梁頂板厚度當設有橫向預應力筋時，頂板厚度需足夠布置預應力筋的套管并留有混凝土注入的間隙。xx 大學本科畢業(yè)設計 第 15 頁頂板兩側懸臂板的長度是調節(jié)頂板內彎矩的重要因素。懸臂板長度一般采用25 m，當長度超過3 m后，一般需布置橫向預應力筋。 對于變截面連續(xù)梁，箱梁跨中底板厚度一般按構造選定，若不配預應力筋，厚度可取1518 cm；配有預應力筋，厚度一般為2025 cm。 在負彎矩區(qū)特別是

54、在靠近橋墩的截面底板，承受較大的負彎矩，由于底板的寬度比頂板小得多，底板的厚度要比頂板大，以適應受壓要求。墩頂處底板厚度一般為支點梁高的1/101/12，底板厚度由跨中向支點逐漸加厚。確定箱形截面頂板厚度一般要顧及兩個因素：滿足橋面板橫向彎矩的要求，滿足布置縱向預應力鋼束的要求，本設計取為 30 cm，支點處加厚到 70 cm。2.2.3 腹板的擬定跨中腹板厚度的選定，主要取決于布置預應力筋和澆注混凝土必要的間隙等構造要求。一般情況下可按以下原則選用：腹板內無預應力筋時，可取20 cm；腹板內有預應力筋時，可取2530 cm；腹板內有預應力筋錨固頭時，取35 cm。為滿足支點較大剪應力要求，墩

55、上或靠近橋墩的箱梁根部腹板需加厚到3060 cm，特殊情況可達100 cm。大跨度橋腹板應采用變厚度形式，從跨中向支點分段線形逐步加厚，變厚段一般為一個節(jié)段長。為方便施工，簡化內模構造，中、小跨徑連續(xù)梁橋腹板一般采用等厚度形式。此設計腹板從墩支座處的120 cm到跨中的50 cm。xx 大學本科畢業(yè)設計 第 16 頁圖 2.2 支座處橫斷面截面尺寸圖（單位:m 尺寸比例：1：100）圖 2.3 跨中處橫斷面截面尺寸圖（單位:m 尺寸比例 1：100）第 3 章 橋梁結構內力計算3.1 Midas 軟件簡介xx 大學本科畢業(yè)設計 第 17 頁MIDAS/Civil 不僅是通用的結構分析三維軟件，

56、而且還可以分析像預應力箱型橋梁、懸索橋、斜拉橋等特殊的結構形式，并且可以正確模擬施工方法做施工階段分析、水化熱分析，靜力彈塑性分析、支座沉降分析、大位移分析，是強有力的土木工程分析與優(yōu)化設計系統(tǒng)。MIDAS 可以根據建立的模型，按用戶要求算出并累加所有各施工階段和運營階段恒、活載內力、位移、反力及預應力等內容；并給出對應的內力圖、應力圖、位移圖、包絡圖等；對預應力混凝土結構，還給出按規(guī)范的截面驗算結果；系統(tǒng)自動計算體系轉換及次內力。軟件能考慮的恒載有：自重、中-活載、公路活載、混凝土收縮、徐變、溫度變化、支座位移、預加應力、二期恒載、施工臨時荷載及其它外加荷載等；能輸出如下結果：結構簡圖、各階

57、段恒載內力圖、位移圖、內力包絡圖、預應力損失、預應力筋用量示意圖、箱形截面扭曲彎矩圖及各圖的相應資料，各階段內力、預應力、活載內力、位移及截面驗算結果。系統(tǒng)分為前處理、運行結構分析、后處理、PSC 截面驗算與 RC 設計。其中前處理主要是劃分單元、定義截面和材料、建立模型、約束邊界、輸入荷載；運行分析模塊能得出相應的內力、應力、位移、反力；后處理即查看結果，可自動進行荷載組合；PSC 設計可對各指定截面進行驗算、并作出判斷；RC 設計主要是針對普通筋的設計。Midas 建模操作步驟簡單，其運行分析結果準確，在橋梁設計中，越來越受到設計者的青睞。3.2 Midas 建模步驟簡說（1）定義材料和截

58、面按照材料要求與所擬截面尺寸，在 Midas 中直接定義。（2）建立結構模型將設計橋梁劃分節(jié)點、建立單元后，將已經定義好的材料和截面相應地賦給單元。（3）輸入 PSC 截面鋼筋xx 大學本科畢業(yè)設計 第 18 頁在 PSC 設計模塊中定義截面鋼筋規(guī)格及裂縫寬度系數(shù)等各項系數(shù)。（4）輸入荷載：恒荷載，鋼束特性和形狀，鋼束預應力荷載按所設計的預應力剛束輸入剛束形狀，并添加各種荷載。（5）定義施工階段根據各種條件選擇施工方法，定義好施工步驟。（6）輸入移動荷載數(shù)據定義車道，定義車輛，移動荷載工況。（7）運行結構分析（8）查看分析結果（9）.PSC 設計:PSC 設計參數(shù)確定，運行設計，查看設計結果3

59、.3 靜力荷載內力計算3.3.1 計算原理預應力混凝土連續(xù)梁橋的計算與所采用的施工方法密切相關，不同的施工方法和施工過程中不同的施工順序都將導致結構不同的受力狀況。有時，施工順序將決定一種結構方案是否能夠成立。為了正確計算出所需要的結果，必須采用適當?shù)氖┕し椒▽⑵渎?lián)系起來。設計中可以利用一些特殊的施工方法或施工順序來調整結構各部位的內力及應力分布，使結構各部位處于理想的設計預期狀態(tài)，使其在設計中起著輔助的作用。梁段的劃分:本橋上部結構采用的是對稱懸臂澆注的施工方法。而懸臂澆注箱梁的節(jié)段劃分主要受如下主要因素的控制：（1）墩頂梁段（0#塊）長度一般為 5 m10 m，但以具體情況如施工技巧、施工

60、能力而定，此設計中取 7 m.施工托架：在混凝土澆筑以前，搭好托架并應對托架進行試壓。（2）由 0#塊段兩側對稱分段懸臂澆筑部分根據情況將 0#塊兩側的梁進行分塊，以便掛籃施工，長度一般為 2.5 m5 m，也有個別跨度大的橋梁的分段為 2.5 m、3.5 m、4.5 m。此設計考慮到混凝土濕重的xx 大學本科畢業(yè)設計 第 19 頁影響，劃塊的長度不超過 4 m。一般一個梁段的施工周期為 610 d。根據計算經驗，梁段的多少直接影響結構配束計算，在不影響工期的前提下，適當增加梁段數(shù)，十分有利于縱向預應力鋼束配置，以避免因梁段不足采用大噸位預應力鋼束引起張拉端局部應力過大。同時也使全橋截面受力狀