三跨连续箱梁桥梁设计施工组织方案.doc

三跨连续箱梁桥梁设计施工组织方案1上部结构设计概述1.1设计基本资料1.1.1桥面跨径及净宽跨 径：m。桥面净宽：净12.0 m。主梁全长：120m。1.1.2 主要材料混凝土：（1）预应力混凝土箱梁 C50混凝土（2）桥台台身及桥墩混凝土 C30混凝土（3）承台混凝土 C30混凝土（4）桩基混凝土 C25水下混凝土（5）孔道压浆 C40水泥砂浆桥面铺装 ：采用10cm厚沥青混凝土。预应力钢绞线：预应力钢绞线采用 =1860MPa、符合ASTM162003的规定，单根钢绞线直径15.24mm，截面面积140，弹性模。普通钢筋：R235钢筋,HRB335钢筋应分别符合GB13013-91和GB1499-98的规定，钢筋直径12mm采用HRB335（20MnSi）热扎螺纹钢，钢筋直径12mm采用R235（A3）钢。钢板：钢箱梁采用Q345C钢板。锚具：采用OVM15-12 ,OVM15-15锚具。支座：采用GPXZ系统抗震型盆式橡胶支座。伸缩缝：采用QMF-8O型伸缩装置。1.1.3 主要技术标准：道路等级：高速公路。车道数：匝道设单向2车道。抗震等级：桥址区地震动峰值加速度为0.1g，地震动反应谱特征周期0.35g，地震基本烈度为VII度。荷载标准：公路级。设计使用年限：设计基准期为100年。1.1.4 设计规范公路桥涵设计通用规范 （JTGD602004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTGD622004）公路桥涵施工技术规范 （JTJ0412000）公路工程抗震设计规范 （JTJ00489）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ02485）1.1.5 支座强迫位移边支座：1cm。中支座：1.5cm。1.1.6 施工方式采用整体式支架现浇施工。1.2 截面形式及截面尺寸拟定1.2.1 桥形布置 该设计是立交桥匝道桥的一联。为减小建筑高度，适当增大跨径并提高行车舒适性，决定采用预应力混凝土连续梁桥，孔径为：30m+30m+30m+30m，见图1-1。 图1-1 桥梁计算简图1.2.2截面形式及梁高采用等高度箱型截面。箱梁根部高取1.8m，高跨比H1/L=1/16.7。1.2.3横截面尺寸每幅桥面全宽12m，故取单箱双室截面为单幅桥的构造断面。箱梁顶板采用钢筋混凝土。为使顶板钢筋较为适宜，箱梁腹板净距以不超过5m为宜取1.38m，采用顶板翼缘外悬2.4m，则箱梁地板宽度为7m。考虑布置预应力钢束、普通钢筋及承受轮载的需要箱梁顶板厚度采用22cm。根据设计经验资料，设置防撞护栏。箱梁顶板翼缘短部厚度采用15cm。翼缘根部厚度为40cm。腹板与顶、底板相接处均做60cm20cm和50cm25cm承托，以利脱模并减弱转角处的应力集中。主梁横截面构造如图1-2所示。 图1-2主梁横截面构造图1.2.4箱梁底板厚度及腹板宽度设置（1）箱梁底板厚度设置:采用20cm厚的箱梁底板。（2）腹板宽度：采用45cm厚的腹板。1.2.5横隔板（梁）设置在过渡墩支座处设置120cm的横隔板，中墩支座处设置150cm的横隔板。如图1-3所示。图1-3 横隔板构造图1.3毛截面几何特性计算毛截面几何特性计算是结构内力计算、配筋计算及挠度计算的前提。毛截面几何特性计算方法很多，本设计中采用分块面积法计算。具体分块见图1-4。1.3.1分块面积法手算截面特性表1-1毛截面积几何特性分块号分块面积Ai(cm2)Yi(cm)Si=Ai*Yi(cm3)(Ys-Yi)(cm)Ix=Ai(Ys-Yi)2(cm4)Ii(cm4)12*240*15=72007.55400066.4317445122*240*153/12=135000225*240=600023.314000050.6153621602*240*253/36=208333.332*180*45=1620090145800-16.141992022*45*1803/12=4374000042*282.5*22=124301113673062.949178176.32*282.5*223/12=50134352*282.5*20=113001701921000-96.11043578732*282.5*203/12=37666762*60*20=240028.76880045.249032964*60*203/36=53333.372*50*25=2500151.7379250-77.8151321004*50*253/36=48828.18180*45=810090729000-16.1209960145*1803/12=21870000合计=66130Ys=73.9=4886660/=226976920.3=66933504.7293910425=6.613 =7.31 i=66.67cm图1-4截面分块示意图1.3.2施工阶段的单元信息与截面特性 运用桥梁博士软件计算得到施工阶段的单元信息与截面特性，见表1-2。表1-2 第1-6施工阶段的截面特性单元号节点号节点坐标X （m）截面面积(m2)截面抗弯惯距(m4)截面中心轴高度(m)110.06.6132.939221.0620.56.6132.939221.06220.56.6132.939221.0634.196.6132.939221.06334.196.6132.939221.0647.886.6132.939221.06447.886.6132.939221.06511.66.6132.939221.065511.66.6132.939221.06615.36.6132.939221.066615.36.6132.939221.06718.96.6132.939221.067718.96.6132.939221.06822.66.6132.939221.068822.66.6132.939221.06924.06.6132.939221.069924.06.6132.939221.061029.36.6132.939221.06101029.36.6132.939221.061130.06.6132.939221.06111130.06.6132.939221.061230.86.6132.939221.06121230.86.6132.939221.061333.86.6132.939221.06131333.86.6132.939221.061437.56.6132.939221.06141437.56.6132.939221.061541.36.6132.939221.06151541.36.6132.939221.061645.06.6132.939221.06161645.06.6132.939221.061748.86.6132.939221.06171748.86.6132.939221.061852.56.6132.939221.06181852.56.6132.939221.061954.06.6132.939221.06191954.06.6132.939221.062059.36.6132.939221.06202059.36.6132.939221.062160.06.6132.939221.06续表1-2单元号节点号节点坐标X （m）截面面积(m2)截面抗弯惯距(m4)截面中心轴高度(m)212160.06.6132.939221.062260.86.6132.939221.06222260.86.6132.939221.062363.86.6132.939221.06232363.86.6132.939221.062467.56.6132.939221.06242467.56.6132.939221.062571.36.6132.939221.06252571.36.6132.939221.062675.06.6132.939221.06262675.06.6132.939221.062778.86.6132.939221.06272778.86.6132.939221.062882.56.6132.939221.06282882.56.6132.939221.062984.06.6132.939221.06292984.06.6132.939221.063089.36.6132.939221.06303089.36.6132.939221.063190.06.6132.939221.06313190.06.6132.939221.063290.86.6132.939221.06323290.86.6132.939221.063393.86.6132.939221.06333393.76.6132.939221.063497.46.6132.939221.06343497.46.6132.939221.06351016.6132.939221.0635351016.6132.939221.06361056.6132.939221.0636361056.6132.939221.06371086.6132.939221.0637371086.6132.939221.06381126.6132.939221.0638381126.6132.939221.06391146.6132.939221.0639391146.6132.939221.06401206.6132.939221.0640401206.6132.939221.06411206.6132.939221.062 上部结构内力计算满堂支架施工的连续梁桥不产生恒载徐变二次力，且在配置预应力刚束前尚无法计算预加力产生的次内力，因此，当前情况下的主梁内力计算包括：恒载内力计算、活载内力计算、温度次内力计算及支座沉降次内力计算。2.1 单元划分拆分单元时，应将支点和公路桥规（JTGD622004）规定的验算截面位于单元的节点处，同时在截面构造尺寸变化点处也应布置节点。考虑到本例桥跨较小，将每孔计算跨径之8等分作为一个单元，另外，为便于中支点剪力计算，在A、D、B、C支点两边及边支点以外分别增加0.75m的小单元 （即、，全桥共计40个单位，41个节点。 a单元节点图b 桥博中单元模型示意图图2-1单元划分示意图表2-1节点号单元号对应关系表节点号23456789截面A/8/43/8/25/824.07/8节点号1113141516171819截面B/8/43/8/25/854.07/8节点号2123242526272829截面C/8/43/8/25/884.07/8节点号3133343536373839截面D/8/43/8/25/83/47/8表2-2节点坐标表节点号12345678910坐标00.54.1887.8811.615.318.922.624.029.3节点号11121314151617181920坐标3030.833.837.571.34548.852.554.059.3节点号21212324252627282930坐标6060.863.867.571.37578.882.584.089.3节点号3132333435363738394041坐标9090.893.797.4101.1104.8108.4112.1115.8119.51202.2 恒载内力计算主梁恒载内力包括一期恒载（箱梁自重）及二期恒载（桥面铺装和防撞护栏等桥面系）作用下的内力。对于满堂支架现浇等截面连续梁桥，考虑建造过程无体系转换，故恒载内力可按结构力学方法或参考文献直接计算；对于变截面连续梁桥，则用有限元计算更为方便。本设计为等截面，采用满堂支架法,故恒载内力可依据结构力学方法或参考文献直接计算。2.2.1 一期恒载集度（q1） 一期恒载集度包括横梁及横隔板的集度，也可只考虑箱梁集度而将横隔板作为集中力加在节点。本设计将箱梁及横隔板一起处理成分段均布集度作用在相应的单元上，计算公式为：其中： i单元号 i单元号一期恒载集度 i号单元的毛截面，等于该单元两端节点截面积的平均值。按上式计算的各单元一期恒载集度见下表。表2-3一期横载集度表（kN/m）单元号12345678910集度348208.1165.3165.3165.3165.3165.3165.3165.3348单元号11121314151617181920集度348165.3165.3165.3165.3165.3165.3165.3165.3348单元号21222324252627282930集度348165.3165.3165.3165.3165.3165.3165.3165.3348单元号31323334353637383940集度348165.3165.3165.3165.3165.3165.3165.3208.13482.2.2 二期恒载集度（q2）二期恒载集度为桥面铺装集度和防撞护栏集度之和，即：=桥面铺装集度+防撞护栏集度 上式中桥面铺装厚按10cm计算，铺装层宽为11m，护栏以每10m2.06混凝土计，混凝土容重按25kN/计。2.2.3 恒载内力图根据以上的单元划分、各单元（节点）几何特性及相应的恒载集度，可方便地求出一期恒载内力和一、二期恒载内力，其中恒载弯矩见图2-2所示。a 结构重力弯矩图（）b 结构重力剪力图（）c 施工阶段弯矩图（）d 施工阶段剪力图（）图2-2恒载内力图2.3 温度及墩台基础沉降次内力计算2.3.1 计算方法温度及墩台基础沉降及收缩徐变次内力采用桥梁博士软件计算。其中，计算温度次内力时，温度梯度采用非线性变化，由规范查得；墩台基础沉降分别按两种工况考虑，即2号节点和40号节点沉降1cm。相应的：11节点、21节点31节点沉降1.5cm。2.3.2 计算结果运用桥梁博士计算软件，分为温度次内力及墩台基础沉降次内力表如下所示。2.3.2.1 温度次内力温度次内力的计算公式按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004）p98(3-3-13)式计算。(1)温差应力 式中：桥面板重心处由温差引起的纵向力；桥面板截面面积；t温度差；混凝土线膨胀系数，按公路桥涵设计通用规范 JTG D602004的规定采用； 混凝土弹性模量；E桥面板重心至换算截面重心轴的距离，重心轴以上取正值，以下取负值；对全截面产生的初弯矩；M对全截面产生的二次弯矩；对全截面产生的总弯矩；由于箱形截面计算过于复杂，我们先把它换算成工字形截面，只要保证面积相等，惯性矩相等。运用桥梁博士软件计算结果如下：表2-4温度次内力表单元号节点号剪力（）弯矩（）221850.03-185681441851.36e+035-1852.04e+03661852.72e+037-1853.4e+03881854.08e+039-1854.34e+0310101855.31e+0311-1855.45e+031212-60.25.4e+031360.25.22e+031414-60.24.99e+031560.24.77e+031616-60.24.54e+031760.24.32e+031818-60.24.09e+031960.24.00e+032020-60.23.69e+03 续表2-4单元号节点号剪力（）弯矩（）2160.23.64e+03222260.13.69e+0323-60.13.87e+03242460.14.09e+0325-60.14.32e+03262660.14.54e+0327-60.14.77e+03282860.14.99e+0329-60.15.08e+03303060.15.4e+0331-60.15.44e+033232-1855.31e+03331854.75e+033434-1854.08e+03351853.4e+033636-1852.72e+03371852.04e+033838-1851.36e+03391851.02e+0340400.0-1.23e-10410.00.0温度引起的内力图如下：a温度引起的弯矩图（）b温度引起的剪力图（）图2-3温度引起的内力图2.3.2.2 支座沉降次内力计算运用桥梁博士软件，计算2号、40号节点（边支座）下沉1cm及11号、21号、31号节点下沉1.5cm的次弯矩及次剪力见表2-5。表2-5支座沉降次内力表单元号节点号剪力()弯矩()22-63.08.73e-10363.0-23244-63.0-465563.0-69766-63.0-929763.0-1.16e+0388-63.0-1.39e+03963.0-1.48e+031010-63.0-1.81e+031163.0-1.86e+03121278.5-1.8e+0313-78.5-1.56e+03141478.5-1.27e+0315-78.5-975161678.5-68117-78.5-387181878.5-92.819-78.524.9202078.543721-78.54962222-20.74802320.74182424-20.73412520.72632626-20.71862720.71082828-20.730.42920.7-0.5933030-20.7-1093120.7-12532324.23-12133-4.23-10934344.23-93.535-4.23-77.936364.23-62.337-4.23-46.738384.23-31.239-4.23-23.240400.00.0支座不均匀沉降沉降引起的内力图见图2-4所示。a不均匀沉降引起的弯矩图（） b不均匀沉降引起的剪力图（）图2-4支座沉降引起的内力图2.4 收缩次内力静定结构由混凝土的徐变不会产生徐变次内力。对于超静定结构，由于冗力的存在，混凝土徐变受到多余约束的制约，从而引起徐变次内力，徐变次内力的存在使结构的内力重分布，重分布后的内力可按规范方法进行计算（第3.2.11条）。实际上，徐变次内力是由于体系转换（即从静定结构到超静定结构）而产生的，因此在施工时应尽量避免反复的体系转换次数。本设计为满堂支架施工，没有体系转换，故不考虑徐变次内力。表2-6收缩次内力表单元号节点号收缩次内力剪力（）弯矩()22-3.260.033.26-12.044-3.26-24.153.26-36.166-3.26-48.173.26-60.288-3.26-72.293.26-76.71110-3.26-93.8113.26-96.314141.04-88.515-1.04-84.616161.04-80.717-1.04-76.818181.04-72.919-1.04-71.4 续表2-6单元号节点号收缩次内力剪力（）弯矩()21201.04-65.921-1.04-65.12424-0.929-72.1250.929-75.62626-0.929-79.1270.929-82.62828-0.929-86.0290.929-87.43130-0.929-92.3310.929-93.034323.15-90.633-3.15-81.236343.15-69.835-3.15-58.138363.15-46.537-3.15-34.940383.15-23.339-3.15-17.3a收缩引起的弯矩图（）b收缩引起的剪力图（）图2-5徐变引起的内力图2.5 活载组合内力计算2.5.1活载组合内力计算表采用公路级荷载，无人群荷载与挂车荷载。由桥博计算出结果。图2-6 汽车活载弯矩包络图运用桥博软件输出的活载内力表如下表2-7所示。表2-7 活载内力表单元号节点号组合组合组合剪力（）弯矩()剪力()弯矩()剪力()弯矩()220.00.010.1-197648-1.833-5271.81e+0311.6-246-5261.71e+03444073.00e+03-59.4-3934132.68e+0351853.56e+0360.7-604-3123.02e+0366-2993.53e+03-60.1-8072222.86e+037-54.03.04e+0360.1-1.02e+03-1462.34e+0388-5222.1e+03-59.4-1.22e+0385.51.64e+03987.91.63e+0359.4-1.3e+03-67.11.36e+0310101.81422-526-2.3e+0315.840911-45.9714276-2.17e+03691-1.13e+031212-64.3379295-2.46e+03702-1.25e+0313-54.03.04e+0360.1-1.02e+03-1462.34e+0314148.512.03e+0364.9-1.4e+035171.21e+0315-3582.77e+03-64.8-1.19e+03-4131.94e+031616-2333.09e+0364.8-9893142.2e+03173472.81e+0344.1-1.07e+03-2242.05e+031818-4662.08e+03-44.2-1.21e+031491.62e+03194831.67e+0379.0-1.27e+03-1231.4e+03202044.8719-274-2.18e+0310368421-59.8757300-2.39e+03-1037522222-45.9714276-2.17e+03691-1.13e+0323-4541.12e+03-168-1.53e+03-61277.624243.09e-022.11e+0343.0-1.2e+035091.23e+0325-3492.81e+03-42.9-1.07e+03-4061.94e+032626-2413.09e+03-66.1-9923072.17e+03273562.78e+0366.1-1.2e+03-2161.99e+032828-3492.81e+03-42.9-1.07e+03-4061.94e+03295111.57e+0394.6-1.5e+03-1111.27e+03303060.8372-292-2.47e+0378.536831-78.5418321-2.69e+03-78.54183232-3.71412527-2.3e+03709-1.22e+0333-502969-174-1.54e+03-63930.834345232.08e+0358.5-1.2e+035481.25e+033552.93.03e+03-58.4-998-4532.1e+0336362993.51e+0360.1-7993592.49e+0337-1863.55e+03-59.9-595-2652.45e+033838-4062.99e+0358.6-3881772.00e+0339-1.152.48e+03-58.6-290-1351.61e+0340400.00.0476-187475-11.2410.00.00.00.0-4450.02.5.2 绘制内力包络图根据桥博计算的弯矩、剪力组合结果可绘制出包络图见图2-7所示。a使用阶段组合弯矩图 ()b承载能力极限组合弯矩图（()）c使用阶段组合剪力包络图（）d承载能力极限组合剪力包络图（）图 2-7 内力包络图2.6 内力组合2.6.1 内力组合原理公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：a只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。b当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。c 施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。d 多个偶然作用不同时参与组合。根据以上的内力计算结果，参照桥规（JTJ023-04）第4.1.2条即可进行内力组合。荷载组合方式为：组合：恒载+汽车组合：恒载+汽车+温度影响力+基础变位影响力2.6.2 承载能力极限状态下的效应组合公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：基本组合和偶然组合，由于本设计不考虑偶然作用的影响，故只采用基本组合。基本组合是永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为： (2-1)或 (2-2)式中：承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；结构重要性系数，按通规JTG D60-2004表1.0.9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9；第个永久作用效应的分项系数，应按通规JTG D60-2004表4.1.6的规定采用；、第个永久作用效应的标准值和设计值；汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取=1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；、汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值；在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第个可变作用效应的分项系数，取=1.4，但风荷载的分项系数取=1.1；、在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第个可变作用效应的标准值和设计值；在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取=0.80；当除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外尚有两种其他可变作用参与组合时，其组合系数取=0.70；尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取=0.60；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取=0.50。注：本设计为公路立交的匝道，无人群荷载，并且不考虑风荷载等。表2-8承载能力极限状态下的效应基本组合表单元号节点号项目组合22剪力()4.37e+03弯距()-60.93剪力()-1.2e+03弯距()1.04e+0466剪力()51.6弯距()3.04e+047剪力()2.66e+03弯距()1.92e+041010剪力()-3.12e+03弯距()1.00e+0411剪力()5.95e+03弯距()-1.72e+041616剪力()1.04e+03弯距()2.43e+0417剪力()1.69e+03弯距()2.94e+042020剪力()-2.23e+03弯距()7.02e+0321剪力()5.07e+03弯距()-3.37e+032222剪力()4.69e+03弯距()-30523剪力()-1.62e+03弯距()1.24e+042626剪力()642弯距()2.75e+0427剪力()2.12e+03弯距()1.65e+043030剪力()-2.62e+03弯距()3.62e+0331剪力()5.51e+03弯距()-2.3e+043636剪力()1.61e+03弯距()2.15e+04 续表2-8单元号节点号项目组合3637剪力()937弯距()3.01e+044040剪力()979弯距()1.54e+0341剪力()0.0弯距()1.65e+03图2-8承载能力极限组合弯矩包络图（）2.6.2 正常使用极限状态效应组合公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：（1）作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用频率值效应相组合，其效应组合表达式为： （2-3）式中 作用短期效应组合设计值；第个可变作用效应的频率值系数，汽车荷载（不计冲击力）=0.7，人群荷载=1.0，风荷载=0.75，温度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；第个可变作用效应的频率值。作用短期效应组合（2） 作用长期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为： （2-4）式中： 作用长期效应组合设计值；第个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）=0.4，人群荷载=0.4，风荷载=0.75，温度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；第个可变作用效应的准永久值。此外，对于正常使用极限状态还应考虑作用标准效应组合，现将正常使用极限状态下控制截面的效应组合值列于下表2-9所示。表2-9正常使用极限状态效应组合单元号节点号项目组合（短期）组合（长期）组合（标准）22剪力()3.16e+032.19e+032.5e+03弯距()-49.1-48.4-48.43剪力()-1.27e+03-2.2e+03-2.2e+03弯距()6.9e+039.76e+039.69e+0366剪力()-175-1.1e+03-384弯距()1.97e+049.4e+031.99e+047剪力()1.88e+03957994弯距()4.33e+031.71e+041.74e+041010剪力()-3.11e+03-4.09e+03-3.12e+03弯距()-4.99e+03-2.54e+04-4.98e+0311剪力()4.39e+033.4e+033.4e+03弯距()-2.85e+04-7.43e+03-7.43e+031616剪力()837-512113弯距()6.66e+031.05e+041.41e+0417剪力()1.31e+03-36.6343弯距()7.51e+037.84e+031.37e+042020剪力()-2.15e+03-3.57e+03-2.25e+03弯距()-4.5e+03-1.7e+04-67.421剪力()3.86e+032.44e+032.51e+03弯距()-1.98e+04-6.23e+03-1.86e+032626剪力()504-843-306弯距()1.04e+046.66e+031.4e+0427剪力()1.65e+03297729弯距()2.43e+031.03e+041.17e+043030剪力()-2.49e+03-3.9e+03-2.5e+03弯距()-5.55e+03-2.56e+04-5.55e+0331剪力()4.2e+032.78e+032.78e+03弯距()-2.86e+04-7.53e+03-7.53e+033232剪力()4.11e+033.14e+033.14e+03弯距()-2.54e+04-5.07e+03-