预应力混凝土连续梁桥设计----毕业论文.docx

第1章 绪论1.1预应力混凝土连续梁桥概述预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、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。本章简介其发展：由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土梁桥常常为优胜方案。我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。但是，在桥梁结构中，随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁作比较：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，其弯矩和同等跨度的悬臂梁相差不大；但是，在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点，但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者，因为限于当时施工主要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于悬臂施工方法的应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60年代初期在中等跨度预应力混凝土连续梁中，应采用逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中，则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案重新获得了竞争力，并逐步在40200米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其优势，成为优胜方案。目前，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。然而，当跨度很大时，连续梁所须的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在养护方面都成为一个难题；而T型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。在城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交通的分道行驶，甚至已建成不少双层桥面形式。在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，想要在本世纪末赶超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题：1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。2.在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指针也是一个很关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都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的技术经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指针和造价指针与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可见：连续刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未来连续体系的发展方向。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。1.2适用范围和构造特点 连续梁是一种超静定结构，一般的说只要设计恰当，都能使内力比较合理，使梁式结构的应力范围得以扩大，桥跨和桥墩工程量都可能比简支梁省。预应力混凝土连续梁便于无支架施工，更是获得广泛采用重要因素。和简支梁比较，连续梁中间支点截面有负弯矩，使梁所受弯矩沿梁长分布比较均匀 ，有利于充分利用指点附近的梁截面和梁内的预应力钢筋。桥墩工程方面，连续梁桥多数桥墩只有一排支座，墩冒尺寸可以较小，对安装活动支座的桥墩，制动力不起控制作用，而在竖向荷载作用下墩心轴心受压，因此桥墩尺寸可以较小。但是安装固定支座的桥墩，需要承担几跨梁上的制动力，尺寸可能比简支梁桥墩为大。连续梁桥由于结构上存在多余的约束，与简支梁比较有较大的结构刚度。同时由于桥跨在桥墩上连续，变形曲线匀顺，对高速行车有力。当活载所占全部荷载的比值较大时梁的截面和钢筋的布置主要决定于活载所引起的内力.由于活载的影响，在较大区段上梁的弯矩和剪力可能正负交变是构造趋于复杂化，也降低预应力钢筋配置的效果。所以小跨度铁路桥梁采用连续梁不一定节省。一般认为跨度大于40-50m时，采用连续梁可能比较适合。此外，墩台的不均匀沉陷将会在连续梁中，产生附加弯矩，而且这种不均匀的沉陷很难准确预测，设计中往往只能按最不利的影响予以考虑，这不仅给设计带来一定的麻烦，甚至影响到连续梁的经济性。所以连续梁桥尽可能建筑在不产生不均匀沉陷的地基上。在已经建成的预应力混凝土连续梁桥中，多采用三跨或四跨一联，多跨连续梁对桥面的运行质量和施工安装都不有利，因此近年来有向多跨长联发展的倾向。但是联跨越长，列车制动力的传递和梁体温度收缩的变形都将使支座构造和相邻两联桥跨间的连接复杂化。1.3 毕业设计的目的与意义毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。本次设计为(48m+80m+48m)铁路预应力混凝土连续梁桥，桥宽为9.56m。梁体采用单箱单室箱型截面，全梁共分69个单元，中支点0号块长度8m，一般单元长度分为4m、3.5m、3m，边跨合拢段长2m，中跨合拢段长2m，边跨直线段长9.65m。顶板厚度不进行变化，底板、腹板厚度均发生变化。由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间支点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度的梁，按二次抛物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以采用madis软件进行辅助计算，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。本次设计的预应力混凝土连续梁桥采用目前比较流行的悬臂灌注法施工。悬臂灌注施工具有很多优越性：它不需要大型的机械设备；不影响桥下通航、通车；且施工受河道水位和季节的影响较小。在本次设计中得到了王常峰老师的悉心指导，在此表示衷心的感谢。由于本人水平有限，且又是第一次从事这方面的设计，难免出现错误，恳请各位老师批评指正。 第2章 方案比选2.1、桥型方案比选桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。2.1.1桥梁设计原则1.适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2.舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3.经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合考虑发展远景及将来的养护和维修等费用。4.先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。有合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。2.1.2桥型介绍应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。 1.梁桥梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟，梁式桥又分为连续梁桥和简支梁桥，如图2-1、2-2。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；8）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。2.拱桥 拱桥的静力特点是，在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载q的作用下，简直梁的跨中弯矩为，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。3.梁拱组合桥软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力。这类桥梁不仅技术经济指标先进、造价低廉，同时桥型美观，反映出力与美的统一、结构形式与环境的和谐，增加了城市的景观。4.斜拉桥 斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁，现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过他们。斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直接锚于主梁上，称自锚体系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索，它通过吊索吊住加劲梁，索两端锚于地面，称地锚体系。斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑，如图2-3。目前我国城市轨道交通高架桥结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确，受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。连续梁结构与同等跨度的简支梁相比，可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，桥上无缝钢轨因温度变化而产生的水平力很大，使得梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。考虑到钦北铁路桥工程地质条件，综合考虑，采用预应力连续梁桥。图2-1 预应力连续梁桥 图2-2 简支梁桥图2-3 斜拉桥方案比选如表2-1表2-1 方案比较比较项目第一方案第二方案第三方案主桥跨桥型预应力混凝土连续梁预应力混凝简直梁梁拱组合桥主桥跨结构特点预应力混凝土连续梁桥在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力。结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构，整体性好，刚度较大，变性较小。受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力。结构造型灵活，整体性好，刚度较大，其跨径较小；且简直梁梁高较大，与城市的景观不协调软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力建筑造型侧面上看线条明晰，与当地的地形配合，显得美观大方跨径一般，线条明晰，但比较单调，与景观配合很不协调。跨径较大，线条非常美，与环境和谐，增加了城市的景观养护维修量小小较大设计技术水平经验较丰富，国内先进水平经验丰富，国内先进水平经验一般，国内一般水平施工技术满堂支架法：结构不发生体系转换，不引起恒载徐变二次矩，预应力筋可以一次布置，集中张拉等优点。施工难度一般预制T型构件，运至施工地点，采用混凝土现浇，将T型梁连接，其特点外型简单、制造方便，整体性好转体施工法：对周围的影响较小，将结构分开建造，再最后合拢，可加快工期，是近十年来新兴的施工方法，施工难度较大工 期较 短较短较 长 由上表可知，结合桥梁设计原则，选择第一方案经济上比第三方案好；跨径上满足要求，景观与环境协调，比第二方案好；工期上较短，对整个工程进度来说不会受其影响；施工难度较小，针对当地地质情况，采用桩基，加强基础强度。所以选择第一方案作为首选，即预应力混凝土连续梁桥。2.1.3梁部截面形式梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。简直组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。但从桥下看,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。但桥面板需现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变形大，对于无缝线路整体道床轨道结构形式来说，存在着后期维修养护工作量大的缺点。槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状,景观效果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，设计时其帽梁也需设计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。相比之下，箱梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。因此，结合工程特点和施工条件，选择连续箱型梁。箱梁截面如图2-4 图2-4箱型截面 2.2基本材料的选用1. 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II级、冷拉III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1275的低松弛钢绞线，其标准强度R=1860Mpa，张拉控制应力=1395Mpa，两端“双控”张拉，张拉时混凝土强度要达到80%的设计强度，普通钢筋采用级钢筋。2、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。铁路钢筋混凝土桥涵设计规范规定：铁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C40。本设计上部结构采用的混凝土标号为C55，下部结构采用C25。3、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：HVM1512锚具，其锚垫板尺寸为270mm270mm160mm，波纹管的直径为92。第3章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定3.1 尺寸拟定本设计方案采用三跨预应力混凝土变截面连续梁结构，全长177.3m。设计主跨为80m。3.1.1 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。若采用三跨或四跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的0.50.8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。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为：48m+80m+48m三跨预应力混凝土连续梁桥。基本符合以上原理要求。3.1.2 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：(1).桥梁为中等跨径，以4060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。(2).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。(3).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。结合以上的叙述，所以本设计中采用悬臂现浇施工方法，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。本设计是一座铁路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。3.1.3 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1/151/25之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/401/50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：主梁高度连续梁的截面高度，为适应内力变化，通常沿跨度是变化的，已建成变高度连续钢构的资料表明，中支点处截面高度一般采用截面高度的1.52.0倍。增加连续钢构中间支点处的高度，除因支点截面的弯矩大很多外，还考虑梁截面在中支点处较为不利的受力条件。在梁的跨中，弯矩是正值，受压区在截面顶部，桥面板承受弯矩产生的压力比支点截面桥面板位于受拉区能较有效的发挥作用。预应力混凝土梁桥的支点处主梁高度与起跨径之比通常在1/121/15之间，支点截面加高可以采用加腋来实现，加腋的坡度不陡于1:3，多数是将梁底做成曲线形状以代替加腋，这样既有利于桥跨外形的美观，也符合截面强度的要求，但模板制作较复杂。在建桥实例中连续钢构也做成等高的。这时梁高多取为跨度的1/161/18。连续钢构，采用等高度的还是采用变高度的，与梁的施工方法也有密切关系。采用变高度梁，对选拔法施工是合适的。若采用顶推法施工，则等高度的梁比较有利。当建筑高度不受限制时，增大梁高是比较经济的方案。可以节省预应力钢束布置用量，加大梁高只是腹板加厚，增大混凝土用量有限。 而此本桥采用变高度的直线梁，支点处梁高为6.4米，跨中梁高为3.8米，符合要求。3.1.4 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。支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，墩顶处底板为梁高的1/10-1/12，跨中处底板一般为200cm-250cm。底板厚最小应有50cm。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。参考如下（跨中截面）：表3-1 腹板与顶板尺寸关系腹板间距（米）3.55.07.0顶板厚度（毫米）180200280本设计中底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化,底板在支点处厚200cm,在跨中厚50cm.顶板厚70cm。 2 腹板和其它细部结构（1）. 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250300mm。c. 腹板内有锚头时，采用250300mm。大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可以从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用300600mm，甚至可达到1m左右。本设计支座处的腹板厚度取235cm.，中跨跨中的腹板厚度取50cm。(2). 梗腋在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的形式一般为1：2、1：1、1：3、1：4等。梗腋的作用是：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，梗腋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30mm，长90m的1：3的上部梗腋，而下部采用1：2的梗腋。(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图下3-1所示：（单位为cm）图3-1 跨中截面及中支点截面示意图3.2 主梁分段与施工阶段的划分3.2.1 分段原则主梁的分段应该考虑在分析杆件时，分段越细，计算结果的内力越接近真实值，并且兼顾施工中的实施，本设计分为69个单元，如图3-2。 图3-2施工阶段划分图3.2.2 具体分段本桥全长177.3，全梁共分69个单元，中支点0号块长度8.0m（madis中为了方便计算分为42m单元），一般梁段长度分成4.0m、3.5和3.0m，边跨合拢段长2.0m，中跨合拢段长2.0m，边跨直线段长9.65m。3.3 施工方法的选择3.3.1、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24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。3.3.2.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。挂篮的主要功能是：支撑梁段模板，调整正确位置，调运材料、机具，浇筑混凝土和在桂篮上张拉预应力筋。在施工桥墩顶部的0号块一同浇筑，支撑这部分施工重量采用三角托架，由于桥墩比较高，可在墩中设置预埋件支撑或悬吊式施工托架。悬臂浇筑施工的钢筋加工，混凝土拌制和运输问题都需要周密计划，尽量缩短运输路线，方便施工。本桥采用的路线是将预制加工场没置在桥头，当悬臂施工为合拢而路线不通时，可通过简易支架或吊装设备进行水平运输。合拢段的施工是悬臂施工的关键。在合拢段的施工过程中，由于昼夜温度变化、新浇筑混凝土的早期收缩、己完成结构-混凝土的收缩、徐变、新浇筑混凝土的水化热影响、结构体系的变化以及施工荷载等因素对尚未达劲强度的合拢段混凝-土的质量有直接影响。对于大跨度和多跨一联的连续梁桥，合拢段的长度在满足施工要求的前提下，应尽量缩短，这样在构造处理上比较方便，一般取24m，本桥采用3m、3.5m、4m几种不同长度节段。另外，为了保证结构按没计要求合拢，避免在合拢过程中的不利因素，增强合拢段的刚度，采用加强普通钢筋的配置，或配有一定数量的劲性型钢，目的是在合拢段混凝土施工过程中可传递内力，并保持合拢段两侧梁体的连续性。本桥第一施工段的施工周期为28天，其余均采用7天。加快施工进程的主要关键在于混凝土早期强度的快速增长，减少混凝土的养生时间，这是现场浇筑施工中存在的共同性问题。其施工程序为：第一步：首先从中跨的B、C墩同时开始进行悬臂施工。第二步：两岸边跨同时合拢，B、C墩处的临时固结释放，形成单悬臂梁。第三步：BC跨中段进行合拢，形成三跨连续梁。 悬臂施工示意图如图3-3： 图3-3 悬臂施工示意图施工流程图如下： 拼装模板，施工主墩搭设墩旁托架施工0#架设挂篮，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合拢边跨 中跨合拢3.3.2、注意事项挂蓝悬浇过程中难免要出现不平衡弯矩，为此，需采用必要的措施来承受这些不平衡弯矩。目前常用的措施有： 加临时锚固，采用预应力双排锚杆将墩、梁临时固结。通常锚杆的下端预埋在墩内，锚杆从混凝土中穿过并锚在梁顶。锚杆的数量由施工弯矩计算而定。为便于拆除，在临时支座间设置20厚的硫磺沙浆夹层，并在临时支承附近布设千斤顶，以便于施工中的微调。这种方法构造简单，制作、拆卸方便。 在墩旁设置临时支架，采取上一种措施后，如果桥墩太高、悬臂太长，不足以承受不平衡弯矩时，可在墩单侧或两侧设置支架和临时固结共同承受施工弯矩，当临时支承可能出现拉应力时，应设置抗拉设施。需要指出的是，随悬臂施工进程，如遇单孔合拢并张拉锚固预应力筋后，应立即拆除上述临时措施。采用挂蓝悬臂浇注施工不需大量施工支架和大型临时设备，不占用很大的预制场地，逐段浇筑，易于调整和控制梁段的位置，且整体性好，不影响桥下通航、通车，不受季节、洪水影响，不受跨数限制，各段施工属严密的重复作业，需要施工人员少，工作效率高，桥梁施工受力状态与运营受力状态基本相近，与顶推法相比，不因施工而增加过多的材料，但悬臂施工法中梁体部分不能与墩柱平行施工，施工周期较长;而且悬臂浇筑的混凝土加载龄期短，混凝土收缩和徐变影响较大。体系转换次数较多，施工线形及合拢技术要求较高。第4章 荷载内力计算4.1 恒载内力计算主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两部分。设计内力是强度验算及配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载，如施工机具设备（挂蓝、张拉设备等）、模板、施工人员等引起的内力，主要供施工阶段验算用。由于对施工方面的知识不熟，本设计中对该项设计内容作了简化，主要考虑了一般恒载内力、活载内力。 主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力Sg1和二期恒载（如铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力Sg2。主梁的自重内力计算方法可分为两类：在施工过程中结构不发生体系转换,如在满堂支架现浇等，如果主梁为等截面，可按均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算；在施工过程中有结构体系转换时，应该分阶段计算内力。本设计采用悬臂施工法,二期恒载(又称后期恒载)集度约为:二期恒载集度： Q=195kN/m由madis软件计算而得的有关结果如下表4-14-2所示:表4-1 毛截面几何特性截面类型面积惯性矩中性轴至梁顶距离(m)中性轴至梁底距离(m)梁高(m)底板厚(m)122.716995.54031.7993 2.0007 3.81.15222.716995.54031.7993 2.0007 3.81.15318.441987.63361.7693 2.0307 3.81.05414.601978.02181.7330 2.0670 3.80.75510.331964.43931.7322 2.0678 3.80.5610.331964.43931.7322 2.0678 3.80.5710.331964.43931.7322 2.0678 3.80.506810.393164.75391.7509 2.0791 3.830.526910.589165.73741.8097 2.1123 3.9850.5581010.906567.3421.9061 2.1669 4.0730.5871112.921878.78112.0246 2.2314 4.2560.645截面类型面积惯性矩中性轴至梁顶距离(m)中性轴至梁底距离(m)梁高(m)底板厚(m)1213.492481.77442.1656 2.3204 4.4860.7031314.177585.35862.3356 2.4254 4.7610.7721414.986389.5762.5370 2.5470 5.0840.8381515.76693.65542.7328 2.6642 5.3970.9121616.635898.19622.9519 2.7931 5.7450.9921719.9523114.4613.1424 2.9846 6.1271.01820.5319118.24683.2868 3.1132 6.41.01920.5319118.24683.2868 3.1132 6.41.32025.6919131.55333.2102 3.1898 6.42.02125.6919131.55333.2102 3.1898 6.42.0表4-2 恒载内力计算 自重计算表（半结构）二期恒载计算表（半结构）截面号M（kNm)Q(kN)截面号M（kNm)Q(kN)1001002-3755.9-125.972-2312.06-41.193-3284.792523.243-2150.191638.014-3178.553495.574-2107.312278.985-2294.9610816.725-1580.817257.956-1413.52168436-947.0611365.767-871.0919127.627-557.0612869.888216.9420438.028222.9113538.1491320.7617368.6191004.4911082.66102448.269838.1101783.765503.51113541.4-597.29112465.29-1937.61124752.08-15110.42123146.08-11767.49136018.81-33968.33133825.96-23986.12147352.83-57391.83144505.2-38593.49158556.56-81298.22155086.24-53015.35169835.36-108932.88165673.36-69192.211711266.49-140594.08176253.5-87124.071812358.53-164243.37186659.78-100053.651912235.05-170490.01196547-103407.922012810.02-174304.7206815.78-105443.8721-14761.63-190162.321-7801.85-113763.2222-13518.15-172933.9322-7332.34-104541.423-13770.32-168776.5523-7509.35-102279.8224-13465.78-161958.7524-7392.6-98549.5225-12413.13-136024.8425-7007.74-84115.8226-10968.27-100936.7226-6419.75-63927.7727-9701.02-69875.1327-5839.43-45494.7128-8496.73-42541.8228-5258.15-28816.6629-7162.63-15120.2429-4578.95-11577.0630-5895.27735.7630-3898.693273.7931-4683.926246.9731-3217.5115735.932-3590.9340680.4532-2536.1125809.2533-2463.1952780.1933-1756.6634396.6434-1359.2660418.8434-974.9939860.3935-271.2163677.6735-19542200.39注：表中的数据只是取结构的一半。图4-1 自重剪力图（kN） 图4-2 自重弯矩图（kN.m）图4-3二期恒载剪力图（kN）图4-4二期恒载弯矩图（kN.m）4.2 活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载(中-活载)在桥梁使用阶段所产生的结构内力。4.2.1 横向分布系数的考虑荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或者说各主梁如何分担车辆荷载。因为截面采用单箱单室时，可直接按平面杆系结构进行活载内力计算，所以全桥采用同一个横向分配系数。本设计活载为公路-级近似取横向分布系数1.08。4.2.2 活载因子的计算 FACTOR=(1+)n 式中 1+冲击系数；n车道数；车道折减系数；偏载系数，即横向分布系数本设计近似取1.08。冲击系数可按下式进行计算： 对于铁路钢筋混凝土的，其顶上填土厚度h1m（从轨顶算起）时不计冲击力，h1m时 式中 a=4(1-h)2 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥