新洲跨河大桥设计连续梁桥本科说明书毕业论文.doc

本科毕业设计说明书 题 目 新洲跨河大桥设计 院 部 土木工程学院 专 业 土木工程 班 级 土木 XXXX 姓 名 XXX 学 号 XXXXXX 指导教师 XXX 完成日期 XXXX 年 XX 月 XX 日 目 录 摘 要 V ABSTRACT VI 1 前 言 1 1 1 预应力混凝土连续梁桥概述 1 1 2 设计资料 3 1 3 采用材料 4 1 4 采用规范 4 2 方 案 比 选 7 2 1 构思宗旨 7 2 2 比选标准 7 2 3 设计方案 7 2 3 1 设计方案一 7 2 3 2 设计方案二 8 2 3 3 设计方案三 8 2 3 4 设计方案四 9 2 4 方案比选 9 2 5 方案确定 10 3 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 桥 总 体 布 置 11 3 1 桥型布置 11 3 1 1 孔径布置 11 3 1 2 桥梁截面形式 11 3 1 3 桥梁细部尺寸 13 3 1 4 桥面铺装 15 3 1 5 桥梁下部结构 15 3 1 6 本桥使用材料 15 3 2 桥博输入信息 16 3 2 1 总体信息输入 16 3 2 2 施工信息输入 16 3 2 3 使用信息输入 17 3 3 全桥三维图模型 17 4 荷 载 内 力 计 算 18 4 1 全桥结构单元的划分 18 4 1 1 划分单元原则 18 4 1 2 桥梁具体单元划分 18 4 2 全桥施工节段划分 18 4 2 1 桥梁划分施工分段原则 18 4 2 2 施工分段划分 18 4 3 主梁内力计算 19 4 3 1 恒载内力计算 19 4 3 2 悬臂浇筑阶段内力 19 4 3 3 边跨合拢阶段内力 20 4 3 4 中跨合拢阶段内力 22 4 3 5 桥面铺装阶段内力 23 4 3 6 计预应力成桥后的内力应力图 24 4 3 7 支座位移引起的内力计算方法及结果 25 4 4 活载内力计算 26 4 4 1 活载因子的计算 26 4 4 2 横向分布系数的考虑 27 4 5 荷载组合 27 5 预 应 力 钢 束 的 估 算 与 布 置 29 5 1 钢束估算 29 5 1 1 按承载能力极限计算时满足正截面强度要求 29 5 1 2 按正常使用极限状态的应力要求计算 30 5 2 预应力钢束布置 33 5 3 预应力损失 34 5 3 1 摩阻损失 35 5 3 2 锚具变形损失 35 5 3 3 混凝土的弹性压缩损失 35 5 3 4 预应力筋的引力松弛损失 36 5 3 5 收缩徐变损失 37 5 4 预应力计算 38 5 5 施工阶段应力验算 38 6 次 内 力 验 算 40 6 1 徐变次内力的计算 40 6 2 预加力引起的二次力矩 40 6 3 温度次内力的计算 40 7 桥 梁 内 力 组 合 42 7 1 内力组合的原则 42 7 2 承载能力极限状态下的效应组合 42 7 3 正常使用极限状态下的效应组合 43 8 主 梁 截 面 验 算 45 8 1 正截面抗弯承载力验算 45 8 2 持久状况正常使用极限状态应力验算 46 8 2 1 正截面抗裂验算 46 8 2 2 斜截面抗裂验算 49 8 2 3 使用阶段预应力混凝土受压区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 49 8 2 5 混凝土的主压应力验算 50 8 3 短暂状况预应力混凝土受弯构件应力验算 50 9 下 部 结 构 设 计 计 算 51 9 1 桥墩的计算 51 9 2 承台及桩的设计计算 53 9 2 1 桩的计算宽度 b1 54 9 2 2 桩的变形系数 54 9 2 3 桩顶刚度系数 1234 值计算 54 9 2 4 计算作用在每根桩顶上的的作用力 Pi Qi Mi 55 9 2 5 计算最大冲刷线处桩身弯矩 水平力及轴力 55 9 2 6 承台验算 59 总 结 64 谢 辞 65 参 考 文 献 66 摘 要 本次设计选用公路桥梁类型 道路类型为二级公路 桥梁取单幅双向四车道 行车 设计桥梁的跨度为 71 5 117 71 5m 采用的是单箱双室箱型 桥宽 21 4m 主梁采用悬臂挂篮施工 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 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 梁高按二次抛物线变化 从支座处最大 7 米到跨中 3 米 顶板厚度为 30cm 在设计好截面的基础上 对结构进行内力分析 运用桥梁博士 v3 0 对钢筋数量 进行估计并配置钢筋 进行预应力筋和次内力计算 再检算主要控制截面的承载 能力和变形情况 最后对主要工程量进行估算 在昨晚所有的计算后 绘制结构 施工图 包括桥跨布置图 施工程序图等 进行外文翻译 最后编制设计计算说 明书及文档整理 关键词关键词 预应力混凝土连续梁桥 抛物线 悬臂施工 桥梁博士 v3 0 Design of xinzhou crossing bridge Abstract This for bridge is used in the Secondary road The road of the bridge serves as double direction four lanes The spans of the bridge are 71 5 117 71 5 meters It has a the box section of Single box double room and 21 4 meters wide The girder applies cantilever hung basket bearing and symmetric equilibrium construction Pre stressed concrete continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competion ability because of subjecting to the dint function with the structure good having the small defomation few of control joint going smoothly comfort protected the amout of engineering small and having the powerfully ability of earthquake proof and so on The highness of the beam ranges from 7 0m at the support to 3 0m at the middle of the span changing at a quadratic parabolas path The thickness of the roof is 30cm At the basis of the designing section internal force analysis is done by Dr Bridge3 0 The amount of the steel bar is estimated and the collocation is done After these processes prestressing force loss and the secondary force can be calculated Then check whether the carrying capability and deflection of main controlling section can passes its limits At last the major amount of the project is estimated After all the calculation draw the construction drawing including bridge span arrangement construction procedure and so on do the translation of foreign language At last make the introduction of my design and sort my text file Key words Pre stressed concrete continuous Girder Bridge parabolic curves cantilever hung basket bearing Dr Bridge v3 0 1 前 言 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 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 本次设计为 71 5 117 71 5 m 预应力混凝土连续梁 桥宽为 21 4m 梁体采 用单箱双室箱型截面 全梁共分 134 个单元 单元长度分别有 2 5m 2m 1 5m 1m 0 5m 由于多跨连续梁桥的受力特点 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 所以采用桥梁博士软件进行 这样不仅提高了效率 而且准确度也得以 提高 1 2 设计资料 1 河床剖面图 见附件一 2 桥位平面图 见附件二 3 设计荷载标准 公路 级 人群 3 0KN m2 4 桥梁所处公路等级 二级公路 5 设计行车速度 60km h 6 桥面 车行道 18m 人行道 1 5x2 栏杆 0 2x2m 纵坡 1 8 双向横坡 1 5 7 水文状况 此河流为一条源短流急的山溪性潮汐河流 受上游径流和下游潮流 的共同作用 桥址处潮差很大 历年均潮差为 4 52m 最大潮差高达 7 17m 历年最高 潮位 4 50m 黄海高程 8 地质状况 此桥桥址处地质主要为第四纪软土 根据勘察钻孔资料及土工实验成果 可将 桥址地基土分为 1 8 个工程地质层 即 粘土 淤泥 粉细砂混游泥 淤泥含 砂 粉细砂混淤泥及淤泥 中砂 卵石 粘性土混碎石 基岩 地层指标 地质层 容许承载力 KPa 0 极限摩阻力 KPa i 粘土6026 淤泥468 粉细砂混游泥7530 1 淤泥含砂 6016 2 粉细砂混淤 泥 7025 3 淤泥5514 中砂9035 卵石750135 粘性土混碎石15050 1 全风化层40060 2 强风化层1200100 3 弱风化层2500200 4 微风化层3500350 1 3 采用材料 混凝土 上部结构采用 C60 混凝土 下部结构采用 C40 混凝土 混凝土桥面铺装材料 C40 混凝土 预应力钢筋 j15 钢绞线 非预应力钢筋 直径 12mm 的用 级螺纹钢筋 直径 12mm 的用 级光圆钢 筋 锚具 XM 锚或 OVM 锚 1 4 采用规范 JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 JTG D62 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 1 5 设计图纸 24 75 22 80 18 70 16 75 18 00 16 05 7 50 5 55 1 15 0 80 21 45 23 82 14 20 16 57 13 15 15 52 1 75 4 12 19 85 22 75 14 75 17 75 13 60 16 50 1 25 4 15 1 75 6 40 12 85 17 50 20 70 25 35 2 65 6 875 13 25 17 475 17 40 21 625 11 75 17 50 0 25 6 00 19 35 25 10 17 35 24 45 10 55 17 65 18 875 23 975 13 75 18 85 2 05 7 15 23 875 21 825 18 60 16 55 10 85 8 80 3 00 0 95 0 50 1 55 24 075 22 075 20 725 18 725 16 60 14 60 3 00 1 00 0 70 1 30 13 75 12 45 11 50 10 30 8 75 7 45 2 90 1 60 1 50 0 20 4 75 2 25 3 15 0 65 1 90 0 60 1 30 1 20 1 05 1 45 5 40 1 90 3 80 0 30 2 20 1 30 1 65 1 85 1 10 2 40 3 20 3 70 3 25 5 25 2 40 6 10 1 25 7 25 0 60 7 90 B B 剖面 比例尺 水平 1 1500 垂直 1 225 工程勘察院某跨河桥工程地质剖面图 钻孔 ZK13 1 95 钻孔 ZK 14 2 37 钻孔 D 5 2 90 钻孔 ZK 15 1 4 65 钻孔 D 4 4 225 钻孔 ZK 16 1 5 75 钻孔 ZK 17 7 10 钻孔 D 3 5 10 钻孔 ZK 18 2 05 钻孔 ZK 19 2 00 钻孔 D 2 1 30 钻孔 ZK 20 2 50 钻孔 ZK 21 3 50 钻孔 ZK 22 8 50 1 3 5 6 3 4 6 2 3 6 1 7 3 43 83 84 84 83 82 81 勘测点间距 m 里程桩号 附件一 河床剖面图 工程勘察院某跨河桥平面图 ZK11 K2 993 K3 008 D7 K3 018 江心岛屿 河流 小山 主桥跨 1 2000 ZK12 K3 048 K3 058 D6 K3 081 ZK 13 K3 116 K3 157 D5 K3 183 K3 207 ZK 15 2 K3 223 D4 K3 245 K3 257 ZK 16 2 K3 272 K3 307 ZK 17 K3 310 D3 K3 340 K3 357 ZK 18 K3 370 K3 407 ZK 19 K3 413 D2 K3 450 K3 457 ZK 20 K3 488 ZK 21 K3 508 ZK 22 K3 529 主桥终点 南引桥起点 ZK 16 1 K3 272 ZK 15 1 K3 223 北引桥终点 主桥起点 ZK 14 K3 147 D C D 附件二 桥位平面图 2 方 案 比 选 2 1 构思宗旨 1 符合城市发展规划 满足交通功能需要 2 桥梁结构造型简洁 轻巧 反映新科技成就 体现人民智慧 3 设计方案力求结构新颖 保证结构受力合理 技术可靠 施工方便 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 图 2 1 连续梁桥布置图 单位 cm 变截面预应力混凝土连续梁桥 1 孔径布置 71 5m 117m 71 5m 全长 260m 宽 21 4m 箱梁根部梁高 7m 跨中梁高 3m 从一号块到跨中按二次抛物线变化 由桥面设有 1 5 的横坡 1 8 的 纵坡 其中中间标高高于两侧标高 2 主梁结构构造 上部结构为变截面箱梁 采用单幅单箱双室箱型形式 主要 采用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 全桥基础均采用钻孔灌注端承桩 桥墩 为圆端型实体墩 4 施工方法 全桥整体采用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 图 2 2 简支梁桥布置图 单位 cm 等截面预应力简支 T 形梁桥 1 孔径布置 7 40m 全长 280m 宽 21 4m 桥面设有 1 5 的横坡 1 8 的纵 坡 其中间标高高于外侧标高 2 主梁结构构造 上部结构 T 型梁 主要采用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 下部构造 全桥基础均采用钻孔灌注端承桩 桥墩为圆端形实体墩 4 施工方案 全桥采用满堂支架浇筑施工法 2 3 3 设计方案三 图 2 3 中承式拱桥布置图 单位 cm 中承式拱桥 1 孔径布置 跨径65m 130m 65m 全长260m 桥宽21 4m 桥面设有1 5 的 双向横坡 1 8 的纵坡 护栏采用金属制桥梁护栏 2 结构构造 主桥采用劲性骨架钢筋混凝土拱桥 主跨 130m 拱圈高 26m 矢跨比为 1 5 主梁采用单箱三室 拱肋截面形式采用三角形格构型形式 这种 形式纵向刚度大 横向刚度也大 钢管采用 16Mn 钢 即可采用成品无缝钢管 也 可由钢板卷制加工而成 横撑钢管采用 D60 12mm 与 D80 12mm 钢管 3 主梁施工 主梁采用加劲骨架下的挂篮现浇施工 4 下部构造 全桥基础均采用钻孔灌注端承桩 5 施工方案 岸跨及边跨采用有支架施工 主拱圈建成后 进行进行骨架下 吊篮现浇施工 2 3 4 设计方案四 图 2 4 斜拉桥布置图 单位 cm 独塔斜拉桥 1 孔径布置 130m 130m 全长 260m 桥面设有 1 5 的双向横坡和 1 8 的纵 坡 2 结构构造 主梁采用单箱三室箱型形式 塔高 38 米 斜拉索采用热挤聚乙 烯拉索 冷铸镦头锚锚固体系 钢丝直径为 7 毫米 3 下部结构 桥墩采用钻孔灌注端承桩 桥墩为矩形实体墩 4 施工方案 全桥采用满堂支架施工 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 施工方便 造价合理的原则 以上四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 与方案三的拱桥和方案四的 斜拉桥相比 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 梁的刚度就比通常开裂的钢筋混凝土梁要大 因此 预应力梁可显 著减少建筑高度 使大跨径桥梁做得轻柔美观 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 预应力技术的采用 不但使钢 桥采用的一些施工方法 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发展与应用 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 此外还发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荐方案 3 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 桥 总 体 布 置 3 1 桥型布置 本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构 桥全长 260m 3 1 1 孔径布置 连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式 以三跨连续梁为例 若为三孔等跨 连续梁 其中孔跨中活载正弯矩与活载负弯矩的绝对值之和 即弯矩变化峰值 与同跨简支梁弯矩相同 如果减小边跨长度 则边跨和中跨的跨中弯矩都将减小 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 由于某些因素的影响 连续梁的分跨问题不能够按最理想的跨长来选择 以 致有些跨度过长 有些跨度过短 这时可根据不同情况灵活处理 例如 对于城 市桥梁或跨线桥 有时为了增大中跨跨径 使边跨跨长与中跨跨长之比小于或等 于 0 3 此时边跨端支点上将出现较大的负应力 为此就要设计专门的能抵抗拉 力的支座 或者在跨端部分设置巨大的平衡重来消除负应力 从结构受力性能分析 等跨连续梁要比不等跨的连续梁差一些 但在某些条 件下 特别由于施工工艺要求 也需要采用等跨布置 例如 当桥梁总长度很大 设计者决定采用顶推或先简支后连续梁施工方法时 则等跨结构受力性能较差所 带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿 所以跨湖 过海湾的长 桥多采用等跨连续梁的布置 本设计推荐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 71 5m 117m 71 5m 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 支点截面的负弯矩往往大于跨中正弯矩 因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律 同时 采用悬臂法施工的连 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 所以从已建桥梁统计资料分析 跨径大于 100m 的预应 力混凝土连续梁桥有 90 以上是选用变高度梁 再者在恒 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 图 3 1 设计桥布置图 单位 cm 变高度与等高度相比较 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 综上所述 推荐方案采用的是变截面预应力连续梁桥 其中箱梁根部梁高 7m 跨中梁高 3m 梁截面采用二次抛物线形 二次抛物线的变化规律与连续梁的 弯矩变化规律基本相近 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 在目前已建成的大跨径预应力混凝土梁桥中 当梁桥的跨径继续增大超过 60m 后 箱形截面是最适宜的横截面型式 箱型截面还有如下优点 这种闭合薄壁截面抗 扭刚度很大 对于采用悬臂施工的桥梁尤为有利 同时 因其顶板和底板都有较 大的面积 所以能有效的抵抗正 负弯矩 并满足配筋要求 箱形截面亦具有良 好的动力特性 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 从对箱形截面的受力状态分析表明 单箱双室截面受力明确 施工方 便 节省材料用量 一般常用在桥宽 22m 以内的范围 图 3 2 支座和跨中截面尺寸 单位 cm 综上所述 根据任务书设计要求本推荐桥型方案横截面采用的是单箱双室的箱型 截面 如上图 顶板厚度取 30cm 跨中处底板厚 40cm 支点处底板厚为 80cm 中 间底板板厚成二次抛物线性变化 跨中处腹板厚度采用 40cm 支点处腹板采用 80cm 中间腹板厚度采用二次抛物线性变化 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 梁高可按下表采用 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 Lh 1 22 1 28 L 变高度 曲线形 连续梁 H 1 16 1 20 Lh 1 30 1 50 L 根据以上估算值 本推荐方案取得支点处梁高为 7m 跨中梁高为 3m 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 推荐公式选用 墩上底板厚度参数 式中 K1 墩上底板厚度参数 HS 墩上梁高 B 桥面宽度 AF 箱梁底板混凝土面积 Lm 最大跨径 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 本推荐设计方案底板由支点处以二次抛物线的形式向跨中变化 底板在支点 处厚 80cm 在跨中厚 40cm 顶板厚 30cm 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 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 处较大的剪力 一般采用 300 600mm 甚至可达到 1m 左右 腹板厚度也可按以下推荐公式选定 墩上腹板厚度参数 式中 K2 墩上腹板厚度 t3s 墩上腹板厚度总和 HS 箱梁跨中梁高 跨中腹板厚度参数 式中 K3 箱梁跨中腹板厚度 t3c 箱梁跨中腹板厚度总和 Hc 箱梁跨中梁高 本推荐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 采用二次抛物线性变化 3 1 4 桥面铺装 桥面铺装 根据 桥梁工程 上 选用 2cm 厚的防水混凝土作为铺装层 上 加 8cm 厚的沥青混凝土磨耗层 共计 10cm 厚 3 1 5 桥梁下部结构 全桥基础均采用钻孔灌注端承桩 桥墩圆端型实体墩 3 1 6 本桥使用材料 1 使用混凝土 箱梁采用 60 号混凝土 墩身采用 承台 防撞护栏 采用 40 号混凝土 2 使用钢材 纵 横向预应力采用 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 9 105 Mpa 采用 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 直 径 12mm 的用 级螺纹钢筋 直径90KN 初拟跨中桥墩直径 2m 用 C40 混凝土 HRB335 级直径 25mm 的钢筋 验算桥墩配筋和承载力校核 Mmax 2096 655KN m 桥墩计算长度 l0 2xl 22m 查表得 fcd 18 4MPa fsd 280MPa 1 计算偏心距增大系数 6 max 0 7 2096 655 10 49 9 4 2 10 M emm N 长细比 应考虑纵向弯曲偏心距的影响 0 22000 114 4 2000 l d 取 rs 0 9r 0 9x1000 900mm 则截面有效高度 h0 r rs 1000 900 1900mm 则 2 0 12 0 0 1 1 1400 h e h h 0 1 0 49 9 0 22 70 22 70 27 1900 e h 取 1 0 2 22000 1 150 011 150 011 041 2000 l h 2 1 190022000 1 0 27 11 88 1400 49 92000 则 0 1 88 49 993 8emm 2 计算受压区高度系数 0 0 184001725 92 26264252000 cd sd fBrAeBA fCeDgrCD 2268 18 4 102 8 10 ucdsd NAr fC r fAC 试算后得 0 根据规范最小配筋率不得小于 0 005 现选用 38 根 HRB335 直径 25mm 的钢筋 As 18644mm2实际配筋率 0 0059 钢筋布置图如下 图 9 2 桥墩钢筋布置图 在垂直于弯矩作用平面内 长细比 查表得混凝土稳定系数 0 22000 11 2000 l d 0 94 混凝土截面面积 22 62 2000 3 143 14 10 44 c d Amm 实际纵向钢筋面积 As 18644mm2 则在垂直于弯矩作用平面的承载力为 0 9 ucdcsdS Nf Af A 6 0 9 0 94 18 4 3 14 10280 18644 53294 88642000KNKN 在平行于弯矩作用平面内 0 cdsd cdsd BfD gf er AfCf 18 40 0059 0 9 280 1000 18 40 0059 280 BD AC 184001486 8 18 41 652 BD AC 以下采用试算法列表计算 ABCD0 e 0 e 0 0 e e 1 092 83410 25112 51290 520495 8193 81 02 1 102 84800 24152 53300 550591 893 80 98 1 112 86150 23192 55250 490887 8693 80 94 当时 95 81mm 与设计的 93 8 较接近 故取为计算值 1 09 0 e 0 e 1 09 在弯矩作用平面内的承载力为 22 ucdsd NAr fC r f 22 2 8341 100018 42 5129 0 0059 1000280 44 5 63 104 2 10KNNKN 经验算满足条件 9 2 承台及桩的设计计算 单桩容许承载力 244 0 6 3 14 1 54 7 10 2 3 14 1 5 0 05 2 4 7 10 a R 0 5 0 2 2 3 14 7 5 50 0 8 60 5 2 300 5 2 45 10 kN 采用双排六棵桩 单墩自重 598 04KN 三墩自重 2694 12KN 承台自重 1 63x104KN FH 571 5KN FN 1 26x105 0 269x104 1 63x104 1 45x105KN M 8001KN m 9 2 1 桩的计算宽度 b1 10f bkkk d 1 1 1 0 6 bl kb h 1 0 63 0 767 0 612 Kf 0 9 0 1 11 333k d b1 0 9x1 333x0 767x3 2 761m 9 2 2 桩的变形系数 m 5000KN m4 E 0 8Ec 0 8x3 25x107KN m2 I 3 97m4 1 1 5 5 7 5000 2 761 0 18 0 8 3 25 103 97 mb m EI 故按弹性桩计算 0 18 223 963 5hhm 9 2 3 桩顶刚度系数值计算 1234 L0 0m h 22m 0 5 2 2 7 07 4 d Am C0 m0h 5000 x22 1 1x105KN m3 A0 28 26m2 1 0 00 1 0 358 1 h EI lh AEC A 查表可得 XQ 1 06159 Xm 0 98364 1 48249 m 2 2 0 034 Q EIXEI 2 3 0 03187 m EIXEI 4 0 26684 m EIEI 4 计算承台底原点 O 处位移 4 0 1 6 8 10N b nEI 2 413 1 0 222 2413 1 3190 35 n i i n i i nXHnM a EI nnXn 23 0 222 2413 1 411 72 n i i nMnH EI nnXn 9 2 4 计算作用在每根桩顶上的的作用力 Pi Qi Mi 竖向力 4 100 6 8 10411 72 0 358 3 ii pbxEI EIEI 4 4 2 48 10 2 39 10 kN kN 水平力 2030 95 35 i QaKN 2030 95 35 i QaKN 弯矩 4030 8 19 i MaKN m 校核 6 95 35572 1571 5 i nQKNHKN 1 8050 868001 n iii i X PnMKN mMKN m 55 1 1 46 101 45 10 n i i nPKNKN 9 2 5 计算最大冲刷线处桩身弯矩 水平力及轴力 M0 8 19KNm Q0 95 35KN P0 2 48x104KN 计算最大冲刷线以下深度 Z 处桩截面上的弯矩 Mz 及水平压应力 mmZ BMA Q M 0 0 无量纲系数及由表查得 值计算列表如下 其结果以图 表示之 m A m B 003 960108 198 19 1 10 23 960 196950 99806104 328758 1741114112 50286 2 20 43 960 377340 98615199 88538 0765685207 96187 3 30 63 960 529220 95856280 339487 8506064288 19008 4 40 83 960 645250 91312341 803127 4784528349 28157 5 513 960 722370 85067382 655286 9669873389 62227 6 61 23 960 76070 77379402 959536 3373401409 29687 7 71 43 960 763260 68639404 315615 6215341409 93715 8 81 63 960 734890 59295389 28744 8562605394 14366 9 91 83 960 681580 49784361 047924 0773096365 12523 11 123 960 609880 40524323 066853 3189156326 38577 12 22 23 960 526330 31859278 808582 6092521281 41783 13 32 43 960 437090 24066231 536191 9710054233 50719 14 42 63 960 347460 17325184 057211 4189175185 47612 15 52 793 960 270770 123143 432831 00737144 4402 mmZ BMA Q M 0 0 无量纲系数及由表查得 值计算列表如下 其结果以图 表示之 x A x B 0000000 1 10 22 122361 292352 6386031 0928893 731492 2 20 41 806981 0024 493021 6947036 187722 3 30 61 506620 751075 6192711 905457 52472 4 40 81 227310 538426 1033641 8212817 924645 5 510 973680 362226 052591 5315757 584164 6 61 20 748780 219995 5854791 116226 7017 7 71 40 554240 10874 8233730 6434635 466836 8 81 60 39010 024833 8799030 1679824 047885 9 91 80 25528 0 03532 856369 0 268672 587703 11 12O 14767 0 075541 8359 0 638811 197088 12 22 20 06444 0 09950 881258 0 92557 0 04432 13 32 40 00221 0 110760 032971 1 12398 1 09101 14 42 6 0 07251 0 11225 1 17192 1 23403 2 40594 15 52 79 0 07018 0 10739 1 21715 1 26688 ZZZ hh m A m B m A Q 0 m BM 0Z M x A x B x ZAQ b 0 1 x ZBM b 0 1 2 ZX ZZ Z 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 050100150200250300350400450 系列1 图 9 3 桩截面弯矩随深度变化曲线 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 4 20246810 系列 1 图 9 4 桩截面水平压力随深度变化曲线 桩顶纵向水平位移验算 桩在最大冲刷线处水平位移和转角 0 39mm 6mm 符合规范要求 xx B EI M A EI Q 2 0 3 0 0 x 4 7rad B EI M A EI Q 0 2 0 0 桥墩 I1 0 785m4 E1 E 所以 1 1 0 918 E I n EI 333 211 212 1 1 1 6 15 10 3 Q Q xnhhnhh hhm E I 22 1212 1 1 2 1 22 10 2 m M xhnhhhm E I 墩顶纵向水平位移 10012 19 398 Qm xxhhxxmm 水平位移容许值 符合要求 0 50 5 1175 41Lcm A 桩身材料截面强度验算 验算最大弯矩 z 7 7m 处 截面强度 该处弯矩 Mj 409 94KNm 轴向力 Nj 1 45x105KN 桩内竖向钢筋按 0 3 配置 22 30 3 212 4 g Acm 现选用 38 根直径 28 的 HRB335 钢筋 22 381 4233 9 s Acm 图 9 5 桩身配筋图 单位 钢筋 mm 其他 cm 桩身混凝土标号 40 号 0 08 18 4 g aRMPa 桩的计算长度 lp 0 40 5 7 75 p hlhm 当时 l 偏心距增大系数 2 1 1 10 cj p ehh b r N l E I r 0 1 0 1430 47 1 02 1 e j j M N d 则 0 0 003 j j M em N 1 42 gg rram 0 9 g r g r 根据经验公式经验算 0 g g BRDugR er ARCuR 0 1 460 002970 003e 时 最接近 此时 A 3 1354 B 0 0061 C 3 0838 D 0 1275 22 cdsd Ar fC r f 2423 3