预应力混凝土连续梁设计26+2×46+26计算书

1第1章绪论11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40200米范围2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。3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。12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2624626M预应力砼连续梁，桥宽为28，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80个单元一般单元长度分为2M。顶板、底板、腹板厚度均不变。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BSASBSAS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采用满堂支架法施工。本次设计中得到了刘元久、荣国能、周凌远等几位老师的悉心指导，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。4第2章桥跨总体布置及结构尺寸拟定21尺寸拟定本设计方案采用四跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长144M。设计主跨为46M。211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。若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的0508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08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2624626米。基本符合以上原理要求。212截面形式一、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。5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，所以本设计中采用满堂支架施工方法，变截面的梁。二、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。本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱双室。213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（151301）L，常用H（181201）L变高度（曲线）梁支点处H（161201）L，跨中H（301501）L6变高度（直线）梁支点处H（161201）L，跨中H（221281）L而此设计采用变高度的直线梁，支点处梁高为24米，跨中梁高为14米。214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1/101/12，跨中处底板一般为200250。底板厚最小应有120。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。底板在支点处设计为实心箱型截面,在跨中厚25CM顶板厚25CM。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，以承受支点处交大的剪力，一般采用300600MM，甚至可达到1M左右。本设计支座处腹板厚取55CM，跨中腹板厚取55CM。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12、11、13、14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250MM，长600M的上部梗腋，而下部采用11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7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）2141跨中处2142支座处22主梁分段与施工阶段的划分221分段原则主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时，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。但也要考虑BSAS教学版的不足及限制的地方，所以本设计分为80个单元。222具体分段8本桥全长114米，全梁共分80个梁段，一般梁段长度分成20M。223主梁施工方法及注意事项主梁施工方法主梁采用满堂支架法施工，箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。9图2231结构简图10第3章荷载内力计算31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（支架、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。本设计采用满堂支架法,二期恒载又称后期恒载集度约为Q2446KN/M由BSAS系统计算而得的有关结果如下表所示表311毛截面几何特性控制截面截面号截面类型AIY上Y下H支座111550026540651074914001/8截面338438122305060930807714171/4截面558522224422063080837214683/8截面778660828144066630885715521/2截面998855533879071660953416705/8截面11119107942215078231040718233/4截面13139363253402085851149520087/8截面1515977626941309589126912228支座1717255129689114081259224001/8截面2020942485416086561149420151/4截面21238860534033071790955116733/8截面26268522224422063080837214681/2截面292984121624060220797814005/8截面32268522224422063080837214683/4截面35238860534033071790955116737/8截面382094248541608656114942015支座41172551296891140812592240011表312恒载内力计算截面号MG1Q1MG2Q2KNMKNKNMKN边支座000173855000290741/8截面3742017003070935145791/4截面4900221159947620843/8截面3806336861571479144111/2截面423411397521088289065/8截面530002212701116412434013/4截面1342927287818281020578967/8截面240414836565849273772391支座3742963527318751563963471/8截面1322243347994271296707021/4截面29813621680661512450573/8截面118418992101246861194121/2截面13638832935928475262335/8截面846557150820175184318783/4截面37712827552581843575237/8截面233513940671348632883168中支座50934915860371038272108813图311一期恒载弯矩图图312一期剪力图12图313二期恒载弯矩图图314二期剪力图32活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载公路一级在桥梁使用阶段所产生的结构内力。321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，无须计算横向分布系数，所以全桥采用同一个横向分配系数。一、横向分布系数的计算单箱双室，桥面净宽度W130M，车辆单向行驶，14510MJ。5782持久状况正常使用极限状态应力验算预应力混凝土连续梁在各个受力阶段均有其不同受力特点。从一开始施加预应力，其预应力钢筋和混凝土就开始处于高应力下。为保证构件在各个阶段的安全，除了要进行强度验算外，还必须对其施工和使用阶段的应力情况分别进行验算。821正截面抗裂验算（法向拉应力）正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求1）全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下预制构件0850STPC（8211）分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件0800STPC（8212）2）A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下07STPCTKF（8213）但在荷载长期效应组合下0LTPC（8214）斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力TP进行验算，并应符合下列要求1）全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下预制构件06STTKF（8215）现场浇筑（包括预制拼装）构件04STTKF（8216）2）A类和B类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下预制构件07STTKF（8217）现场浇筑（包括预制拼装）构件05STTKF（8218）式中ST在作用（或荷载）短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应58力，按公式（8221）计算；LT在荷载长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，按公式（8222）计算；PC扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压力，按预规JTGD622004第615条规定计算；TP由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力，按预规JTGD622004第633条规定计算；TKF混凝土的抗拉强度标准值，按预规JTGD622004表313采用。受弯构件由作用（或荷载）产生的截面抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，应按下列公式计算0SSTMW（8219）0LLTMW（82110）式中SM按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值；LM按荷载长期效应组合计算的弯矩值，在组合的活荷载弯矩中，仅考虑汽车、人群等直接作用于构件的荷载产生的弯矩值。注后张法构件在计算预施应力阶段由构件自重产生的拉应力时，公式（8219）、（82110）中的0W可改用NW，NW为构件净截面抗裂验算边缘的弹性抵抗矩。59表821正截面抗裂验算控制截面MG1MG2MAMINMAMAXMMP2EPNNP1ST08PC支座00000003175986908131/8截面374270922725775374205502935853815121/4截面4900948559110775748410902946663023253/8截面380671568151165811226164012174605116751/2截面42311908612063149582190036849041021105/8截面53001164113581102718691027400888280852893/4截面13429281013629873022431232803986506865887/8截面240414927161875641261714383097461111144118支座3743075161991459752991164381149762531281051/8截面13222271393464938288912710087547565109911/4截面2981615382879062786898300575633747463/8截面1184224692994117092684525606204949505251/2截面1363928484052139622582152905495588720365/8截面846617526123132792479219906204875713463/4截面3771818829597632377592600435818149457/8截面2335148631227254062275965308753939386110支座509351038318849260921721338111495978710384注由表可知ST第653条当采用C40C80混凝土时，145135，中间强度等级可按直线内插取用挠度长期增长系数所以，C40混凝土长期增长系数取145,A边跨跨中截面最大变形乘以混凝土长期增长系数为145MAXF145（00056280004779）0015L1600461600002875根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD622004第625条，1）当由荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响产生的长期挠度不超过计算跨径的1/1600时，可不设预拱度；2）当不符合上述规定时应设预拱度，且其值应按结构自重和1/2可变荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用。由于边跨跨中挠度L1600，所以有必要设置预拱度所以,中跨跨中可设预拱度为GFMAXF2002513590024390500373M71第第第第99章章章章施工方法要点及注意事项施工方法要点及注意事项施工方法要点及注意事项施工方法要点及注意事项91材料设备及施工程序根据设计要求，本设计的预应力连续梁桥采用C40混凝土，预应力钢束采用标准强度为1860MPA的7J1524高强度低松弛钢绞线，其性能符合ISO9002质量体系认证，公称面积140MM2。预应力孔道为102MM波纹管，锚具采用YM1515型锚具，用YDC3200型千斤顶两端同时张拉。根据工程的特点和我单位的施工技术状况，采用先穿束后灌注的施工方法，确定了如下施工流程（图911）。72图911施工流程图7392支架及模板后张预应力混凝土连续空心板梁采用搭设满堂支架就地灌注法施工，混凝土浇注过程中，支架将承受较大的荷重。为此，搭设支架前，首先要对地基进行处理，然后根据支架的荷载情况预定支架密度，并对支架进行检算。施工时，先将支架范围内桥面宽度两侧各加2M脚手架的宽度的地面整平压实，然后铺筑20CM厚28灰土，以确保地基有足够的承载能力，避免施工中产生不均匀沉降而影响梁体质量。同时，在灰土顶部设置15的双向横坡，以利地基排水，避免因下雨下雪或其他原因使支架基础浸水而影响其承载力。93预应力束布置预应力钢绞线在运抵现场后，经过了严格的外观检查和拉伸试验，在确认完全合格后方可使用。钢绞线下料在主线桥西部已架设好的先张梁梁顶上进行。下料长度经过准确计算并做标记，在切割点两侧各2CM处用铁丝绑扎牢固，然后用砂轮锯切割，以免下料后接头散乱给穿束带来困难。下料后的钢绞线按“编帘法”成束并一一编号。因预应力束最长达146多米，为便于操作，施工中，先将波纹管逐节套入预应力束上，然后将整根预应力束抬放就位。波纹管制作在现场进行，根据需要制成10M或12M一节，节间连接采用内径95MM、外径102MM的同型波纹管，其长度为30MM，用密封胶带缠封23层，以防漏浆，波纹管与锚垫板的喇叭管段接口也用胶带纸缠封严密。预应力束的位置和形状准确与否，将直接影响梁体内应力分布，甚至会产生较大的二次应力。因此，预应力束定位时，我们根据设计的直线和曲线形状，用计算机准确求出各预应力孔道每1M的标高和水平投影位置，并设置“U”型定位钢筋和梁体骨架钢筋牢固联接，以保证预应力孔道位置与设计相符，梁体压力线不受影响。94混凝土工程后张法预应力混凝土连续空心板梁混凝土标号为C40，采用泵送混凝土施工。为满足设计要求和施工需要，试验室通过多次配合比试验，对混凝土早、中、后期强度及坍落度和和易性进行了综合比较，优化配合比，掺入了MSCP泵送减水剂。因为后张梁混凝土浇注正值冬季，选定配合比时，掺加了006的QZ型高效防冻剂。为74保证混凝土的质量，所用混凝土在拌和站集中拌和，机动翻斗车场内运输，混凝土输送泵泵送入模，插入式振动器振捣。振捣时，梁端50CM范围内的混凝土特意加强，务求振捣密实。为防止支架沉降造成混凝土在墩顶处产生裂缝，混凝土从每孔梁跨中间向两端对称浇注，在桥墩处合拢，以消除因支架变形对梁体混凝土的影响。混凝土浇注完毕后，用彩条布沿支架外搭设暖棚，在棚内生火加温。混凝土表面先铺设塑料薄膜保潮，然后覆盖两层草袋保温。为防止混凝土养护过程中强度增长过快而产生表面开裂，棚内气温控制在15左右，同时，对混凝土表面及时洒水保潮。当梁体混凝土强度达到设计标号的50，超过冬季施工的临界强度时，撤除火炉，仅以暖棚和草袋保温，塑料薄膜保潮。95张拉和压浆预应力束张拉是后张连续梁施工的关键工序，我们经过反复论证，确定了合理的施工方案。为保证张拉时梁端混凝土不致出现裂纹，确定了混凝土强度达到设计值的100方可张拉。根据设计要求，张拉控