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苏仙大桥（02号桥）施工图设计,大桥,02,号桥,施工图,设计
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CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY（荷载：公路-级；桥宽：24m）土木工程（桥梁工程方向） 苏仙大桥（02号桥）施工图设计 毕业设计（论文）题目：苏仙大桥（02号桥）施工图设计 学 生 姓 名： 麻 洪 辉学 号： 200718030203班 级： 桥土07-02班专业（全称）：指 导 教 师： 钟 惠 萍2011年6月土木工程（桥梁工程方向） 苏仙大桥（02号桥）施工图设计苏仙大桥（02 号桥）施工图设计学 生 姓 名： 麻 洪 辉学 号： 200718030203班 级： 桥土07-02班专业（全称）：指 导 教 师： 钟 惠 萍完 成 日 期： 2011.06 苏仙大桥（02号桥）施工图设计苏仙大桥（02号桥）施工图设计摘要本设计为苏仙大桥（02号桥）施工图设计。主要工作如下：首先，根据设计任务要求，依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了变截面预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土简支T梁桥两个比选桥型。遵循“安全、适用、经济、美观”的桥梁设计原则，比较两个方案的优缺点，把主桥为45+60+45m的变截面预应力混凝土连续梁桥作为主推荐方案。其次，确定主梁主要构造及细部尺寸。设计采用单箱双室箱形截面，用悬臂浇筑法施工。然后，利用midas电算软件进行内力计算及组合，估算和布置预应力钢筋。最后，进行强度应力及变形验算，并绘制施工图。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。关键词：施工图设计；方案比选；变截面预应力混凝土连续梁桥；预应力钢筋；主梁内力计算；验算 苏仙大桥（02号桥）施工图设计THE CONSTRUCTION DESIGN OF SUXIANS NO.2 BRIDGEABSTRACTThe design is about the construction design of Suxians NO.2 bridge. And the process is as follows.First of all, according to the design requirements and the present standard specifications for the design of highway bridge and culvert, considering the bridges geological and topographical conditions comprehensively, it introduces two bridge type schemes which are variable cross-section prestressed concrete continuous girder bridge and prestressed concrete simple T girder bridge after primary selection. Complying with the principles of bridge designsafety, practicality, economy and beauty, comparing the advantages and disadvantages of the design schemes, a 45+60+45m vaiable cross-section prestressed concrete continuous girder bridge is selected as the main recommend program.Secondly, determine the main girder structure and details of the size. A single box with double rooms is choosed as the cross-section shape. And the construction method of the bridge is cantilever.Thirdly, calculate and combine the internal force, estimate and arrange the prestressed reinforcement by using midas software.Finally, check strength and deformation, and draw construction drafts. The comparative analysis and calculation shows that the calculation method is right and the distribution of the internal force is reasonable, according with the requirements of the design.Key words: construction design; scheme comparison; variable cross-section prestressed concrete continuous beam bridge;Internal force calculation girder; Prestressed reinforced; checking computation 苏仙大桥（02号桥）施工图设计目录1 绪论.11.1预应力混凝土连续梁桥概述.11.2毕业设计的目的与意义.32 设计说明.52.1概述.52.2设计原始依据及基本设计要求.52.3地质情况.52.4 主要材料.52.5桥面铺装.62.6 施工方式.62.7设计规范.62.8支座沉降.72.9其他事项.73 方案比选.83.1本课题设计（研究）的目的.83.2设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）.83.2.1 梁桥.83.2.2连续梁桥.93.3研究方向及解决之道.103.4方案比选.133.5推荐方案尚需解决的具体问题：.144桥跨总体布置及结构尺寸拟定.154.1 尺寸拟定.154.1.1 桥孔分跨.154.1.2 截面设计.154.1.3 梁高.174.1.4 细部尺寸.17 苏仙大桥（02号桥）施工图设计5 主梁内力计算.205.1 基本资料.205.1.1 桥梁跨径及桥宽.205.1.2 材料规格.205.2 有限元建模.205.2.1 单元的划分.205.2.2 施工过程中各种荷载的计算.225.2.3 施工过程的模拟.265.3恒载作用下的内力值.285.4汽车荷载内力计算.305.4.1冲击系数的计算.305.4.2车道布置.315.4.3 影响线.315.4.4汽车荷载效应内力.335.5 温度内力计算.355.5.1均匀温度效应.365.5.2梯度温度效应.385.6 基础沉降内力计算.405.7 作用效应组合.415.7.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合.425.7.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合.446预应力钢束的估算及布置.496.1预应力钢筋数量估算.496.1.1按正常使用极限状态的正截面抗裂要求估束.496.1.2 按承载能力极限状态的应力要求估算.536.2 预应力钢束的布置.557预应力损失计算.588配束后的内力组合.658.1承载内力极限状态组合.658.2短期作用组合.66 苏仙大桥（02号桥）施工图设计8.3长期作用组合.679截面强度验算.699.1主梁正截面强度验算.6910抗裂验算.7310.1正截面抗裂验算.7310.2斜截面抗裂验算.7411持久状况构件的应力验算.7711.1正截面混凝土压应力验算.7711.2预应力钢筋拉应力验算.7811.3混凝土主压应力验算.8112挠度验算和预拱度计算.8312.1挠度验算.8312.2预拱度计算.8413设计总结与致谢.8614参考文献.87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 苏仙大桥（02号桥）施工图设计1 绪论1.1预应力混凝土连续梁桥概述 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，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 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，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；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年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁第1页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计中，应用了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 40-200 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，连续梁所需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，三材指标和造价指标与很多因素有关，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，而第2页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计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。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(45+60+45)m预应力混凝土连续梁，桥宽为24，分为两幅，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用单箱双室箱型截面，全梁共分58个单元，单元长度划分采用不等分的方案。顶板厚度不变，腹板厚度和底板厚度均按线性变化。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，所以采用有限元分析软件MIDAS 进行，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主要采用悬臂浇筑法施工，边跨现浇处采用满堂支架法施工。1.2 毕业设计的目的与意义（1）掌握桥梁的基本概念，增强综合运用各种所学知识的能力； （2）培养学生分析问题和解决问题的独立工作能力；（3）提高桥梁结构分析能力和运用电算的能力，掌握一到两种商业软件对桥梁的计算方法；（4）通过桥梁毕业设计,熟悉桥梁设计的整个过程，加强对规范手册的了解和应用；（5）提高计算绘图,查阅文献,使用桥梁规范和设计手册,填写技术文件,运用办公软件等基本技能,树立正确的设计思想,逐步掌握设计原则,设计方法,设计步骤； （6）掌握设计的基本原则、设计方法、步骤，提高计算、绘图、查阅文献、使用桥第3页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计梁规范手册和编写技术文件及计算机辅助设计（CAD）等基本技能，为毕业后从事桥梁技术工作打好基础；（7）培养严肃认真，一丝不苟的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神；（8）学习查阅外文文献并对其进行翻译；（9）熟悉论文的标准格式； （10）提高桥梁结构分析的分析能力和运用电算的能力，提高利用计算机辅助设计水平，对利用大型商业软件解决工程实际问题有所了解和接触；第4页 共87页苏仙大桥（02号桥）的引桥部分全长180m，采用6跨30m的T型截面连续梁桥， 苏仙大桥（02号桥）施工图设计2 设计说明2.1概述 采用满堂支架整体现浇的施工方法；主桥部分采用45+60+45m变截面连续梁桥，采用悬臂现浇法施工，边跨现浇段采用满堂支架法施工。桥面采用上、下行分幅布置，每幅宽12米，设三车道，两侧各有0.5的防撞护栏。2.2设计原始依据及基本设计要求1)毕业设计所提供的工程背景、原始资料及参考文献等；2)设计荷载：公路-I级；3)全桥6车道，上、下行分幅布置；4）桥面宽度：全桥宽24.00m(防撞栏杆0.5m)。2.3地质情况从上往下地质情况如下：1）碎石土2）亚粘土3）中粗砂 4）强风化变粒岩5）弱风化变粒岩2.4 主要材料1. 混凝土主梁采用C50混凝土；基础采用C25混凝土；其余构件采用C30混凝土。2. 预应力钢材第5页 共87页pkpdMPa。=1860=1260 MPa，公称直径15.24mm，公称面积140mm ，弹性模量MPa，抗拉2 苏仙大桥（02号桥）施工图设计预应力钢筋采用国家标准的低松弛钢绞线，抗拉强度标准值f强度设计值fEp=1.951053. 钢材均采用A3钢，技术标准必须符合GB700-79的规定，选用的焊接材料应符合GB1300-77或GB981-76的要求，并与所采用的钢材材质和强度相适应。4. 锚具采用OVM夹片式群锚，并采用与其配套的千斤顶。5. 预应力管道采用预埋金属波纹管成型。6. 支座采用GPXZ系统抗震型盆式橡胶支座。2.5桥面铺装采用10cm厚沥青混凝土、8cmC40防水混凝土2.6 施工方式主要采用悬臂现浇法施工，边跨现浇段采用满堂支架法施工。2.7设计规范（1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），以下简称通规；（2）公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）；（3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），以下简称公预规；（4）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）；（5）公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)；（6）钢筋焊接及验收规程(JGJ 18-2003)；（7）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)；第6页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计（8）公路工程技术标准（JTG B01-2003）；（9）公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）。2.8支座沉降考虑4个墩台分别沉降2cm的组合叠加效应。2.9其他事项其他未尽事宜，按中华人民共和国行业标准公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）办理。第7页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计3 方案比选3.1本课题设计（研究）的目的1） 通过设计，使学生能综合运用所学课程，系统地巩固基本理论和专业知识；2） 培养分析问题和解决问题的独立工作能力；3） 提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写技术及计算机辅助设计计算等基本技能，使学生了解生产设计的主要内容和要求；4） 掌握大、中型桥梁的设计原则、设计方法和步骤；5） 树立正确性设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风，为桥梁建设事业服务。3.2设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）3.2.1 梁桥1)简支梁桥简支梁桥是梁式桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。简支梁桥属于静定结构，在竖向荷载作用下支点处只产生竖向反力没有水平推力，结构主要以受弯为主。简支梁桥的优点在于它的受力和构造简单，在地基沉降，混凝土收缩徐变以及温度变化等因素作用下在在结构内部不会产生次内力；但简支梁桥的跨越能力小，普通的钢筋混凝土简支梁桥经济合理的跨径在20米以内，大于20米时，一般应采用预应力混凝土结构。目前，我国已建成的预应力混凝土简支梁桥的最大跨径达到了62米，国外这类桥的最大跨径达76米。但一般说来跨径超过50米后其经济性不佳。简支梁桥根据上部的结构形式可以细分为简支板桥，简支肋梁桥。2)简支板桥简支板桥的优点是建筑高度小，适用于桥下净空受限制的桥梁，它的外形简单，制作方便，既便于现场整体浇筑，又便于工厂成批的生产并且装配式的板桥构件质量小，架设方便，但跨径小是其“软肋”。第8页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计根据施工的方法简支板桥可以分为整体式简支板桥和装配式简支板桥。整体式的简支板桥常用的跨径一般在8米以下，板厚和跨径的比值一般在1/121/16之间。实际应用中其桥面跨度往往大于其跨径，在荷载作用下呈双向受力的状态，配筋时除配置纵向受力钢筋外，还需根据计算配置横向的受力钢筋。主筋的直径不小于10mm，间距不大于20cm，也不宜小于7cm。分布钢筋直径不小于8mm,间距不应大于20cm，配筋的面积一般不宜小于板的截面积的0.1%。装配式的简支板桥根据其截面形式可以分为实心板和空心板桥两种。实心板具有形状简单，施工方便，建筑高度小等优点，跨径为1.58m，板高在0.16到0.36m之间。目前常用的桥面净空有净7和净9两种形式。空心板的常用跨径在6到13m之间，板厚0.40.8m，采用预应力空心板时跨径可以增大到820m。简支板桥由于其结构简单，受力明确，施工方便等优点在城市高架桥和高速公路小跨径桥梁中应用广泛。3)简支肋梁桥简支肋梁桥具有受力明确，构造简单，施工方便等优点是中小跨径应用最广的桥型。截面形式有T形，形和箱形。这类桥梁采用的主要施工的方法有整体现浇和预制装配两种。整体式简支肋梁桥具有整体性好，刚度大，易于形成各种复杂形状的优点，但其施工速度慢，要耗费大量的支架模板，目前除弯、斜桥外，一般情况下采用较少。装配式简支梁桥一般采用的截面形式有T形，形和箱形。其中T形截面的是目前我国应用得最多的一种截面形式。T形梁的翼板构成了桥梁的行车道板，同时它又是主梁的受压翼缘，在预应力混凝土梁中，受拉的下翼缘部分做成加宽的马蹄形，以满足承受预压应力和布置预应力钢筋的需要。单片T形梁在运输的过程中和作为边梁时它的稳定问题是我们需要特别注意的问题。在简支肋梁桥近年的应用中有一种小箱梁的截面形式在高架桥中应用越来越多，它的优点在于它的抗弯抗扭性能良好，同时又比我们平常所见的箱梁的自重小，对起重设备的要求不高，便于装配施工。3.2.2连续梁桥连续体系梁桥属于超静定结构，在恒载和活载作用下，支点截面将产生负弯矩。由于负弯矩的存在抵消了部分跨中截面的正弯矩，使得跨中截面的弯矩减小，因而可以减第9页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计小建筑高度，提高了跨越能力。普通钢筋混凝土连续梁桥适应的跨径在1530米之间，采用预应力混凝土连续梁时跨径可以进一步提高。当跨径在4060米时，支点的负弯矩与跨中的正弯矩之差不大，可以采用等截面的形式。高跨比可取1/151/25，采用顶推施工时这个比值只能取1/121/17。这一形式的连续梁桥，以等跨径布置为宜，也可产生不等跨径布置，取决于经济分孔施工设备条件。等截面连续梁桥可以采用的施工方法有支架施工，逐孔架设，移动模架施工和顶推施工。当跨径进一步增大时，由于支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大很多，应采用变截面的形式。支点截面的梁高一般取（1/161/18）L不能小于1/20L，跨中截面的梁高约为支点截面的1/1.51/2.5倍。变截面连续梁桥的施工方法主要有悬臂浇筑和悬臂拼装。3.3研究方向及解决之道1)方案一：1130m预应力混凝土简支T梁桥概述：本方案为11跨等截面的连续T梁桥，跨径布置1130m。由于为简支T梁桥，每跨之间还留有4厘米的伸缩缝。桥面设有1.5的横坡，2%的纵坡。桥型布置如图3.1所示，主桥1-1断面图见图3.2所示。图3.1 桥型布置图结构构造：桥面分为两幅，每幅宽为12m，主梁采用等跨等截面T型梁，主梁间距2.20m。预制T梁宽为2.0m，现浇湿接缝0.44m，预制梁间的翼板和横隔板待T梁架设后再现浇，以加强横断面的整体性。中心梁高2.00m，肋厚0.20m，马蹄宽0.40m，高0.40m，T梁翼缘端部厚0.18m，翼缘根部厚0.32m。横隔板间距为7.5米。每跨设有10片T梁，全桥共计110片T梁。桥面设有1.5的横坡，2%的纵坡。其中间标高高于外侧标高。具体见图3.3所示。第10页 共87页630m的连续2%的纵坡，其中间标高高于外侧标高。其截面尺寸根据规范要求取值，支点截30cm。翼缘根部25cm，腹板厚度12m。具体尺寸见图T梁桥，全长桥型布置如图面顶板厚度60cm，翼缘端部厚度30cm，底板厚度3.4、图180m。桥面分为两幅，每幅宽为3.3所示。30cm，腹板厚度30cm，箱梁宽度25cm。翼缘根部3.5所示。12m。桥面设50cm，12m。跨中截面顶板60cm，翼缘端部厚度30cm， 苏仙大桥（02号桥）施工图设计图3.1 1-1断面图 图3.3 T形截面尺寸图下部构造：上、下行桥的桥墩基础是连成整体的，全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为圆端形实体墩。施工方案：全桥采用装配式施工方法。2）方案二： 45+60+45m预应力混凝土连续箱梁桥概述：本方案主桥部分采用45+60+45m的变截面连续箱梁桥，全长150m，宽 24m；引桥部分为有 1.5的横坡，图 3.3 桥型布置图结构构造：底板厚度厚度箱梁宽度第11页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计图3.4 跨中处图3.5支座处下部构造：上、下行桥的桥墩基础是连成整体的，全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为圆端形实体墩。施工方案：主梁施工采用对称挂篮悬臂浇筑法，边跨现浇段。采用满堂支架法施工。第12页 共87页第一方案：装配式预应力混凝土简支T梁建筑高度较低，易保养和维护；抗震能力差。受力明确等截面形式，可大量节省模板，加快建桥进度，简易经济。构造简单，线形简洁美观由于连续体系梁桥与简支体系梁桥受力差别大大缩短；无需在高空进行构件制作，质量以控制，可在一处成批生产，度高。适用于各种地质情况；用于对工期紧对通航无过高要求的工程；对抗震有要求的工的工程；对通航无过高要求的工程。程；对整体性有要求的工程。第二方案：变截面预应力混凝土连续梁桥行车平顺舒；抗震能力强。建筑高度较高，易开裂，难以维护超静定次数高，对常年温差、基础变形、日照温均较敏感；采用等截面梁能较好符合梁的内力分布规律，充分利用截面，合理配置钢筋，经济实用构造简单，线形简洁美观很大，故他们的施工方式大不相同。目前所用的施工方式大致可分为逐孔施工发节段施工法和顶推施工法。由于在高空作业，施工危险 苏仙大桥（02号桥）施工图设计3.4方案比选 方案比选表如表3-1所示 表3-1 方案比选表 桥型方案使用性能桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小；受力性能对基础要求较高。经济性美观性桥梁的上、下部可平行施工，使工期施工方面从而降低成本。适用性简支梁桥属于静定结构，它构造简单，施工方便，其结构尺寸易于设计成系列化和标准化，有利于在工厂内或地上广泛采用工业化施工，组织大规模预制生产，并用现代化的起重设备进行安装。采用装配式的施工方法可以大量节约模板支架木材，降低劳动强度，缩短工期，显著加快建桥速度。就现在建桥技术而言，装配式预应力混凝土简支梁桥技术成熟的多。建筑高度较低，易保养和维护。造价相对比第二方案要少很多。由于第一方案中T梁是在预制厂制作的，无需高空作业，在施工安全上，第一方案明显优于第二方案。但另一方面，连续梁也具有其自身优点，比如变形小，结构整体刚度好、行车平顺舒适，伸缩缝少，养护简易，抗震能力强等；同时，变截面连续梁桥可调低跨中正弯矩，且墩上梁上部可直线布筋，可有效的提高材料的利用程度；另外，变截面连续梁桥又有外形美观，节省材料，增大桥下净空高度的优点。简支梁桥设置了很多伸缩缝，导致养护维修困难，行车不顺甚至跳车等问题。所以从这方面比较，第二方案明显优于第一方案。综上所述，经过反复的比选，确定变截面预应力混凝土连续梁桥为设计方案。第13页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计3.5推荐方案尚需解决的具体问题：1.解决恒载、活载内力计算问题，并考虑支点不均匀沉降造成的影响，在考虑汽车布置时，取较大值作为控制活载内力与恒载内力或支点不均匀沉降内力进行正常使用极限状态和承载极限能力状态组合。全桥计算模型采用平面杆系模型，模拟其边界条件，中横隔板作为结点荷载处理，边横隔板作为非结点荷载处理，整个计算中考虑的因素较多，比较复杂。2.在以上基础上得到弯矩包络图，按照结构设计原理上的计算方法按照正常使用极限状态和承载极限能力状态进行全预应力混凝土的力筋估算，根据布置需要进行调整，计算预应力损失，考虑最终的有效预应力对换算截面连续梁产生的次内力，调整原有的弯矩包络图，据此进行截面验算，判断现有预应力体系能否满足调整后的弯矩包络图的强度要求，之后进行挠度、混凝土应力（不能出现拉应力）的正常使用极限状态验算。第14页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计4桥跨总体布置及结构尺寸拟定4.1 尺寸拟定4.1.1 桥孔分跨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 150m。设计主跨为60m。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0.50.8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。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：(45+60+45)米。基本符合以上原理要求。4.1.2 截面设计一、 纵断面设计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第15页 共87页y=6000-120-500=5380cm4f/L20(L0-x)x （4-1） 苏仙大桥（02号桥）施工图设计等截面布置。箱梁底缘曲线方程中孔梁底缘曲线可设置为圆弧线，半立方抛物线等线型。本设计选用二次抛物线。梁底曲线方程为： 式中： f梁底曲线矢高。本桥为2.25-1.5=0.75=75cmL0梁底曲线跨径。本桥为其中，为布置支座特在支座附近梁底设置 120cm（支承中线每侧各 60cm）的水平段；另外，为美化梁底曲线，在跨中附近梁底设置500cm的水平段（根据跨中对称布置）。梁底曲线局部坐标系如图所示。图 3-2 梁底曲线局部坐标系（单位：cm）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，所以本设计中主梁采用悬臂浇筑法施工，边跨现浇段用满堂支架法施工，并采用变截面的梁。二、 横截面设计 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；箱形截面具有第16页 共87页1 1 1 115 30 18 201 1 1 116 20 30 501 1 1 116 20 22 28 苏仙大桥（02号桥）施工图设计良好的动力特性；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双室。4.1.3 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：等高度梁： H=（ ）l，常用H=（ ）l变高度（曲线）梁：支点处：H=（ ）l，跨中H=（ ）l变高度（直线）梁：支点处：H=（ ）l，跨中H=（ ）l而此设计采用变高度的直线梁，支点处梁高为3.5米，跨中梁高为1.8米。4.1.4 细部尺寸一、 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。底板在支点第17页 共87页1： 苏仙大桥（02号桥）施工图设计处设计为实心箱型截面,跨中截面底板厚25cm，顶板厚30cm；支点截面底板厚30cm，顶板厚30cm。二、 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：（1） 腹板内无预应力筋时，采用200mm。（2） 腹板内有预应力筋管道时，采用250300mm。（3） 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。本设计支座处腹板厚取50cm.，跨中腹板厚取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300mm，长 900mm的上部梗腋，而下部采用1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下所示：（单位为cm）第18页 共87页4.2 苏仙大桥（02号桥）施工图设计图4.1 跨中处图 支座处图示4.3为本桥计算简图。图示4.3 计算简图 （单位：cm）第19页 共87页107107kPa；kPa。 苏仙大桥（02号桥）施工图设计5 主梁内力计算5.1 基本资料5.1.1 桥梁跨径及桥宽桥型布置：45+60+45变截面连续梁桥（图2.1）；桥面布置： 12米（包括20.5m栏杆），双向六车道，上下幅分布；设计荷载：公路-级；桥面横坡：1.5 %。5.1.2 材料规格主梁：采用C50混凝土，容重为25kN/m3，弹性模量取3.45桥面铺装：采用厚度为10cm的沥青混凝土加8cm防水混凝土，沥青混凝土的容重取23 kN/m3，防水混凝土容重取25kN/m3；防撞护栏：采用C50混凝土，容重为26kN/m3；横隔板：采用C50号混凝土，容重为25kN/m3，弹性模量取3.45桥墩设置的横隔板厚度为1.5m，按每道200KN计入，在桥一端设置的横隔板厚度为1m，按每道150KN计入。5.2 有限元建模5.2.1 单元的划分利用Midas桥梁计算软件建模，忽略桥面纵坡的影响，将桥面沿纵向作成水平的。计算模型中全桥共划分为67个节点，58个单元。主梁单元的划分，考虑施工阶段，每一悬浇段为一个单元，其次考虑跨中、支点截面等控制截面。各主梁单元长度为：（1m+43m+2m+2.5m+73m+2m+1m+23m+1m+2m+73m+2.5m+2m+43m+1m）2；具体单元划分见图5.1 所示。第20页 共87页梁高（M） 面积（M2）1.801.801.801.801.801.801.801.801.831.912.042.232.462.763.103.363.503.503.503.363.102.762.462.232.04形心惯矩（M4）7.99007.99007.99007.99007.99007.99007.99007.99008.11878.31878.60178.97949.463410.065410.797011.362611.670011.670011.670011.362610.797010.06549.46348.97948.6017形心到下缘距离（M）3.41323.41323.41323.41323.41323.41323.41323.41323.56514.00524.79696.04847.921810.644914.527317.957619.979719.979719.979717.957614.527310.64497.92186.04844.7969下核心距（M）1.10291.10291.10291.10291.10291.10291.10291.10291.11621.16141.23751.34291.47601.63511.81861.95412.02562.02562.02561.95411.81861.63511.47601.34291.2375上核心距（M)0.61280.61280.61280.61280.61280.61280.61280.61280.61810.64640.69580.76360.84720.94331.04881.12311.16121.16121.16121.12311.04880.94330.84720.76360.69580.38730.38730.38730.38730.38730.38730.38730.38730.39340.41460.45060.50160.56710.64680.73990.80880.84520.84520.84520.80880.73990.64680.56710.50160.4506 苏仙大桥（02号桥）施工图设计图5.1 单元划分图单元划分后各截面的几何特性值见表5-1（迈达斯计算结果）。 表5-1 截面几何特性计算结果 截面12345678910111213141516171819202122232425第21页 共87页梁高（M） 面积（M2）1.911.831.801.80形心惯矩（M4）8.31878.11877.99007.9900形心到下缘距离（M）4.00523.56513.41323.4132下核心距（M）1.16141.11621.10291.1029上核心距（M)0.64640.61810.61280.61280.41460.39340.38730.3873 苏仙大桥（02号桥）施工图设计续上表截面26272829注：表中只列出左边跨主梁截面特征值，其他跨与之对称。5.2.2 施工过程中各种荷载的计算在Midas建模过程中按实际桥梁的建设过程共分为13个施工过程，分别为主墩与0号段的浇筑、悬臂浇筑1至9号段(2m、73m、2.5m)、边跨合拢、中跨合拢和上二期恒载(见图5.2所示)。充分考虑了个过程中的施工荷载，比如挂篮荷载、湿重荷载等。图5.2 施工阶段定义挂篮荷载0至挂篮荷载8计算见图5.3所示。第22页 共87页实际图示 苏仙大桥（02号桥）施工图设计（a）实际图示 （b）简化图示 （c）节点荷载图5.3 挂篮荷载0至挂篮荷载8计算图示 挂篮荷载的计算挂篮的质量初步定为 35t，为最大悬臂浇筑块(湿重 0)质量的0.47倍。在用 Midas建模的过程中，挂篮荷载通过节点荷载(一个集中力Fz和一个弯矩My)来体现。挂篮荷载0至挂篮荷载8的计算如图5.4所示。由计算可得挂篮荷载0至挂篮荷载8的大小均为：Fz=-350kN，My=175 kNm。(Fz 、My的方向均根据Midas的规定选取)（a）（b） 简化图示（c）节点荷载图5.4 边跨合拢挂篮计算图示第23页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计（a） 实际图示 （b）简化图示 （c）节点荷载图5.5 中跨合拢挂篮计算图示边跨合拢在挂篮上进行，边跨合拢挂篮计算见图5.5所示；中跨合拢也在挂篮上进行，中跨合拢挂篮荷载的计算如图5.4所示。经计算中跨合拢拢挂篮荷载为：Fz=-175kN，My=18.4 kNm 。 湿重荷载的计算湿重荷载为悬浇的的节段在未达到强度时对以建结构所产生的作用，如湿重0即为在浇筑1号块后而未达到高度要求前，对桥跨结构的作用。各施工阶段湿重均是根据下一浇筑段的实际重量计算得出。湿重荷载由一个向下的集中力Fz和一个弯矩My(弯矩的符号按Midas有关规定选取)组成。其计算与挂篮荷载的计算相似，如图5.6所示湿重荷载1的值为：Fz=-553.9kN，My=1384.98kN m。图5.7、图5.8给出了边跨合拢段和中跨合拢段的湿重计算。各施工阶段的湿重如表5-2所示。 （a） 实际图示 （b）简化图示 （c）节点荷载图5.6 湿重荷载1计算图示（a） 实际图示第24页 共87页Fz(kN)2m3m3m3m3m3mMy(kNm)-554.00-782.30-732.30-691.60-659.30-634.50节段长8311173.45 湿重71098.45 湿重81037.4 边湿重988.95 中湿重951.75Fz(kN)My(kNm)湿重63m2.5m5m2m3m-604.10 906.15-499.40749.1071-332 234.6-192 16.2-616.40 924.6 苏仙大桥（02号桥）施工图设计（b） 简化图示（c）节点荷载图5.7 边跨合拢湿重荷载计算图示（a）实际图示 （b） 简化图示 （c）节点荷载图5.8 中跨合拢湿重计算图示表5-2 各阶段湿重荷载值 节段长湿重0湿重1湿重2湿重3湿重4湿重5 二期恒载的计算桥面铺装：8cm厚的水泥混凝土，10cm厚的沥青混凝土；3=230.111+250.0812=49.3kN/m。防撞栏杆： g4 =9.36kN/m。第25页 共87页（c）悬浇1号块 苏仙大桥（02号桥）施工图设计图5.9 防撞栏杆设计尺寸图二期恒载集度：g5=49.3+9.36=58.66kN/m。5.2.3 施工过程的模拟悬臂施工过程一共分为13个阶段，第1阶段为0号块的施工，2-10阶段为1-9号块施工，11阶段为边跨合拢，12阶段为中跨合拢，13阶段施加二期恒载。下面对每个阶段进行说明。（a）0号块施工 （b）安装挂篮 图5.10 阶段1施工示意图阶段1： 0号块的施工本阶段的施工任务有：浇筑 0 号块，待达到强度后安装挂篮，并悬浇 1 号块。在Midas建模中本阶段安装的单元有0号块；作用荷载有0号块自重、挂篮0、湿重0和主墩处横隔板荷载；施加主墩约束、主墩临时固结。第26页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计（a）1号块施工 （b）挂篮前移 （c）悬浇2号块图5.11 阶段2施工示意图阶段2：1号块的施工该阶段的工序有：待上阶段浇筑的1号块达到强度要求后，前移挂篮，并浇筑2号块。在Midas建模中本阶段安装的单元有1号块；作用荷载有1号块自重、挂篮2和湿重2，拆除的荷载有挂篮1和湿重1。阶段10：9号块的施工该阶段的工序有：满堂支架法进行边跨现浇段施工，待上阶段浇筑的9号块及边跨现浇段混凝土达到强度要求后，前移位于边跨端的挂篮8，并将其前支点锚固于边跨现浇段上，形成边跨合拢挂篮，而位于中跨的挂篮8暂不前移。在Midas建模中本阶段安装的单元有9号块和边跨现浇段；作用荷载有9号块自重、边跨现浇段自重、边跨合拢挂篮和边跨合拢湿重，拆除的荷载有挂篮8(位于边跨处)和湿重8，施加边跨现浇段满堂支架约束。(a)9号块的施工(b)边跨挂篮前移(c)边跨合拢段浇筑图5.12 阶段10施工示意图阶段11：边跨合拢段的施工该阶段的工序有：待上阶段浇筑的边跨合拢段达到强度要求后，拆除边跨合拢段挂篮和前阶段未拆除的挂篮8中的一个，并将另一个挂篮前移形成中跨合拢挂篮。在Midas建模中本阶段安装的单元有边跨合拢段；作用荷载有边跨合拢段自重、中跨合拢挂篮、第27页 共87页 苏仙大桥（02号桥）施工图设计中跨合拢湿重和边支点处横隔板荷载，拆除的荷载有挂篮 8(位于中跨处)、边跨合拢湿重；施加边跨支座约束，拆除边跨现浇段满堂支架约束。(a)边跨合拢段施工（b）边跨挂篮拆除，安装中跨合拢挂篮（c）中跨合拢段浇筑图5.13 阶段11施工示意图拆除挂篮图5.14 阶段12施工示意图阶段12：中跨合拢段的施工该阶段的工序有：待上阶段浇筑的中跨合拢段达到强度要求后，拆除中跨合拢段挂篮和中跨合拢湿重。在Midas建模中本阶段安装的单元有中跨合拢段；作用荷载有中跨合拢段自重，拆除的荷载有中跨合拢挂篮、中跨合拢湿重；拆除主墩临时固结。阶段13：施加二期恒载施加二期恒载。在Midas建模中本阶段的作用荷载为将二期作为单元荷载加在个主梁单元上。5.3恒载作用下的内力值利用Midas计算得恒载作用下主梁产生的的弯矩图和剪力图见图5.15、图5.16，悬臂施工的桥梁，其恒弯矩与采用一次落架的桥梁有很大不同，由于在施工中经历了悬臂阶段，造成根部负弯矩远大于跨中弯矩。主梁各截面在恒载作用下的弯矩、剪力值见表5-3所示。第28页 共87页剪力（KN）-2224.8-2025.1-1425.8-826.6-227.3371.9771.41270.8 1874.8 2490.8 3124.7 3782.7 4472.3 5201.5 5979.8 6530.6 6833.3 -7136.8 -6247.5 -5962.2 -5411.8 -4632.8 弯矩（KNM） 截面号0.02124.97301.310679.912260.712043.810900.48347.6 3631.5 -2914.0 -11334.3 -21693.6 -34077.1 -48594.4 -65381.3 -77913.3 -84601.9 -106414.6 -86317.0 -80200.0 -68811.3 -53739.5 剪力（KN）30313233343536373839404142434445464748495051弯矩（KNM）-199.8-699.1-1303.2-1919.5-2553.7-3212.3-3902.6-4632.8 -5411.8 -5962.2 -6247.5 -7136.8 6833.3 6530.6 5979.8 5201.5 4472.3 3782.7 3124.7 2490.8 1874.8 1270.8 -5964.2-7087.8-10088.9-14919.3-21624.6-30268.8-40937.3-53739.5 -68811.3 -80200.0 -86317.0 -106414.6 -84601.9 -77913.3 -65381.3 -48594.4 -34077.1 -21693.6 -11334.3 -2914.0 3631.5 8347.6 苏仙大桥（02号桥）施工图设计图5.15 主梁在恒载作用下的弯矩图图5.16 主梁在恒载作用下的剪力图 表5-3 主梁各截面在恒载作用下的弯矩、剪力值 截面号12345678910111213141516171819202122第29页 共87页续上表剪力（KN）-3902.6 -3212.3 -2553.7 -1919.5 -1303.2 -699.1 -199.8 13.616 EIc223.651 EI22弯矩（KNM） 截面号-40937.3 -30268.8 -21624.6 -14919.3 -10088.9 -7087.8 -5964.2 ccc剪力（KN）52535455565758(5-1) 弯矩（KNM）771.4 371.9 -227.3 -826.6 -1425.8 -2025.1 -2224.8 (5-2) 10900.4 12043.8 12260.7 10679.9 7301.3 2124.9 0.0 苏仙大桥（02号桥）施工图设计 截面号232425262728295.4汽车荷载内力计算5.4.1冲击系数的计算汽车的冲击系数是汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。冲击作用以车体的振动和桥跨自身的变
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