连续刚构桥设计方法

1、连续刚构桥设计概述一、连续刚构桥的特点作为梁桥的一种，连续梁桥有着结构刚度大、变形小；动力性能好；无伸缩缝、行车平顺的优点。而连续刚构 桥是由T型刚构桥演变而来的，其结构特点是梁体连续、梁墩固结。这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的 优点，又保持了 T型刚构不设支座、不需转换体系的优点。且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足 大跨度桥梁的受力要求。二、连续刚构桥的适用范围连续刚构桥上部主梁的受力与连续梁桥基本相似；下部桥墩由于结构的整体性，温度和收缩徐变造成的内力十 分显著。因此其桥墩应该有一定的柔度。使用高强度、轻质混凝土是大跨度梁桥的发展方向之一。目前世界上已建成的连续刚构桥最大

2、单跨为挪威斯托尔马桥(Stolma)，主跨301米，国内最大单跨为虎门大桥辅航道桥，主跨270米。三、设计时需收集的基础资料设计时应围绕桥位选择、桥墩位置、跨径、立面布置、结构体系、施工方法等因素，对桥梁建设的自然条件和 功能要求有充分的了解。1、自然条件包括(1) 地形地貌、控制物等；(2) 工程地质条件；(3) 水文条件；(4) 气象条件；(5) 地震。2、功能要求包括(1) 桥梁本身使用功能，如铁路桥梁、公路桥梁、城市桥梁、 轨道交通、人行桥等；(2) 桥下功能要求，如通车、通航等。四、桥型方案的选择设计时应根据桥梁建设条件，结合技术可行性、施工难度、工程风险与进度、经济合理性、景观协调

3、性等因素， 进行桥型比选，确定桥梁的跨径布置。五、上部结构构造尺寸连续刚构桥设计时，可根据工程实践统计，初步拟定构造尺寸，再进行具体计算复核。1、边、中跨跨径比一般在0.520.58之间。当边、中跨比较小时，边跨现浇段较短，可减少边跨现浇段支架，对施工有利，但应保证各种工况下边墩处 支座不出现负反力。2、梁的截面形式连续刚构桥多采用箱形截面，其具有良好的抗弯和抗扭性能。根据桥梁宽度，可采用单箱单室、单箱多室等 截面形式。3、梁高桥梁跨度在60米以内时，可考虑采用等截面高度，构造简单，施工快捷。超过60米时，一般采用变截面梁。梁底曲线以往多采用 2次抛物线，为改善 L/4L/8范围的底板混凝土应

4、力，部分桥梁采用 1.51.8次抛物线，取得 了不错的效果。箱梁根部梁高与主跨比可选用1/151/20，大部分在1/18。跨中梁高与主跨比可选用1/501/60。4、板厚(1) 顶板箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩的要求；满足布置纵横向预应力钢筋的要求。顶板参考尺寸腹板间距(m)3.55.07.0顶板厚度(mm)180200200250280300箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部。根部底板厚度可按根部梁高的1/101/12，跨中底板厚度根据底板弯矩及预应力钢筋的配置要求确定，一般为200280mm。(3) 腹板腹板厚度根据预应力钢筋的布置要求和抗剪要求确定。一般在3

5、50800mm之间。按桥规JTGD62-2004中对受弯构件的抗剪验算规定，腹板厚度需同时满足以下要求：oVd 0.51 lol. fUkbho(腹板截面尺寸的要求)oVd Vcs Vsb Vpb(腹板抗剪承载力的要求)详见规范P28的和条之规定。(4) 悬臂板采用普通钢筋混凝土结构时，箱梁悬臂长一般在1.53.0m之间取值，大于3.0米时，需张拉横向预应力。悬臂板厚度参考尺寸悬臂长(m)悬臂根部(mm)悬臂端部(mm)悬臂处为车行道 1.53201801.5 2.04001802.5 3.0550200悬臂处为人行道 6m)外，宜参见VSL预应力产品资料中关于钢束最小起弯半径和锚固区最小直线

6、长度的要求见下图：q=P/R。防崩钢筋应力一般取条件许可时可加大曲线半径，以便于穿束和压浆。对于曲线箱梁，应设置预应力钢束防崩钢筋，预应力钢束的径向力为50 80MPa。121086420最小破断荷载(MNLmin6度长Rmin(3) 钢束应尽量靠近腹板布置钢束布置在腹板附近可使预应力传力合理，减小钢束的平弯长度，并可充分利用腹板梗腋布置钢束。(4) 钢束种类尽量减少，以利设计和施工预应力配束时尽量减少预应力钢束的类型，一般腹板束采用12种类型(建议优先采用15-12、15-9),顶、底板束采用12种类型(建议优先采用15-9、15-7)。具体类型可以根据结构跨径大小确定。5、验算内容根据桥规

7、P1的条，公路桥涵应考虑三种设计状况及其相应的极限状态设计。即持久状况、短暂状 况、偶然状况。持久状况：指成桥后持续时间很长的状况，需作承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计；短暂状况：指施工过程中的状况，一般只作承载能力极限状态设计；偶然状况：指成桥后出现罕遇地震等偶然状况，仅作承载能力极限状态设计。通规P16的条中列出的偶然作用分为三种：地震作用、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用。 (1)承载能力验算对以上三种设计状况，均应按承载能力极限状态设计，即需满足强度要求。连续刚构桥的上部箱梁通常按照 受弯构件验算其强度，相关规范条文如下。承载能力极限状态验算：丫 0SW R（fd,ad）

8、正截面抗力验算：JTG D62-2004中5.2:斜截面抗力验算：JTG D62-2004中5.2（2）正常使用验算持久状况时，还应进行正常使用极限状态设计，即要满足抗裂要求、应力要求、挠度要求。A. 抗裂要求全预应力和A类预应力构件属于不允许开裂构件，通过控制混凝土的拉应力来保证抗裂要求。B类构件和普通钢筋混凝土构件属于允许开裂构件，通过控制裂缝宽度保证其抗裂要求。连续刚构桥上部箱梁通常都按 A类构件或全预应力构件设计，按预应力混凝土受弯构件，根据桥规P58的6.3条进行抗裂验算。正常使用极限状态验算正截面抗裂验算：JTG D62-2004 中 6.3r斜截面抗裂验算：JTG D62-200

9、4 中 6.3正截面抗裂验算全预应力预制构件d st-0.85 d pcW 0全预应力现浇构件d st-0.80 d 卩产 0A类构件d st- d pc 0.7；d lt- d pcW 0斜截面抗裂验算全预应力预制构件d tpW 0.6ftk全预应力现浇构件（包括预制拼装 构件）d tpW 0.4ftkA类预制构件d tpW 0.7ftkA类现浇构件（包括预制拼装构件）d tpW 0.5ftk以上验算应注意与长期效应组合和短期效应组合的对应关系。结构中的正应力、主应力的最值在整个结构的各截面中要相对均匀，不要出现过多、过大的起伏。即应力包 络图要比较平顺。B. 应力要求预应力混凝土受弯构件的

10、抗裂验算是对混凝土的拉应力进行限制，为满足长期使用要求，规范还对混凝土的 压应力、预应力钢筋的拉应力进行了规定。设计中有关应力要满足规范JTG D62-2004中的有关规定：受压区混凝土最大压应力w 0.5fck预应力钢筋最永存大拉应力（钢绞线）w 0.65fpk预应力钢筋最永存大拉应力（精轧螺纹钢）w 0.80fpk混凝土最大主压应力w 0.6fck根据混凝土主拉应力的不同，桥规P68的条规定了相应应力情况下箍筋的配置要求:混凝土主拉应力 d tpW 0.5ftk的区段，箍筋按照构造设置；混凝土主拉应力 d tp o 5ftk的区段，按照下列公式计算箍筋间距（Sv）:ctpbC. 挠度要求结

11、构的挠度验算是为了保证结构具有一定的刚度，使它在使用过程中不致因变形太大而造成不良后果。 验算时应根据桥规P63的6.5条进行验算和设置预拱度。短暂状况时，即施工阶段，除强度验算外，还应按桥规P69的7.2条进行相应应力验算。偶然状况时，仅需按要求作强度验算。6、桥面板计算根据桥规P14的4.1条进行验算，或采用程序建模计算。7、横梁计算（1）恒载：根据纵向计算的恒载支座反力，按照箱梁横断面面积的大小分配到横梁的各单元，采用均布荷载或梯形荷载 来模拟。(2)活载：根据纵向计算得到的活载反力，折算到一列车在该横梁处的荷载效应，在横梁宽度范围布置可能的车道数进 行计算比较，选择最大荷载效应的车道数

12、作为控制荷载进行计算。8、支座及锚下局部承压验算支座根据桥规P79的8.4条进行验算，锚下根据桥规P47的5.7条进行验算。九、构造规定完成结构计算后开始进行设计图的绘制时，应根据桥规P90的第9章构造规定的相关内容，逐条核实确认是否满足规范要求。1、保护层厚度钢筋保护层按照桥规的 P90的条执行。序号构件类型环境条件In1基础、桩基承台(1)基坑底面有垫层或侧面有模板405060(受力钢筋)(2)基坑底面无垫层或侧面无模板6075852墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑(受 力主筋)3040453人行道构件、栏杆(受力主筋)2025304箍筋2025305缘石、中央分隔带、护拦等

13、行车道构件3040456收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋152025桥规P102的条还规定了外形呈曲线的预应力构件的管道最小混凝土保护层厚度的计算方法，设计 时应注意验算是否符合其规定。2、锚固长度钢筋的最小锚固长度应根据钢筋种类和混凝土强度等级，按照桥规P90的条确定。3、最小配筋率等各构件除应按计算受力要求配置钢筋外，还应按构造要求，满足最小配筋率、钢筋直径和间距、配筋形式的 规定。(1) 桥规P94的条规定的纵向受力钢筋的最小配筋率要求；(2) 桥规P98的条规定的底板构造钢筋的面积等要求；(3) 桥规P100的条规定的箍筋的配置要求；(4) 桥规P102的条规定的配筋要求。以上条文应重

14、点核查，对规范中其他要求也应严格遵照执行。预应力箱梁构造配筋参考，以计算要求和规范构造要求为准顶板纵向上层构造钢筋 16150顶板纵向下层构造钢筋 12150顶板横向上层钢筋 150直径根据计算确定，满足规范JTGD62-2004 中 9.1.12 规定顶板横向下层钢筋 150底板纵向上层构造钢筋 12150底板纵向下层构造钢筋 16150底板横向上层构造钢筋 12150底板横向下层构造钢筋 16150腹板内、外侧纵向钢构造筋 16150箱梁倒角钢筋 16150腹板箍筋在桥梁各桥支点两侧1.5倍梁高范围内箍筋采用 16100,其余范围采用 16150。十、 连续刚构桥的常见问题及设计上的控制措

15、施 根据国内外已经修建的大跨度连续刚构桥的统计资料，常见的问题有：1 、 主跨跨中下挠 由于目前大跨度箱梁桥采用的截面呈轻型化趋势，板件越来越薄，使用的混凝土强度等级越来越高，必然带 来徐变影响越来越大的问题。在设计时应充分估计徐变的影响程度及其长期性，采取适当措施加以控制：(1) 控制预应力加载龄期，最好控制在 7 天以上；(2) 控制预应力施工环节，减少预应力损失，建立足够的有效预应力；(3) 主跨合龙前在两悬臂端施加水平顶推力，不仅有利于内力分配，也可减小跨中下挠。(4) 适当增大预拱度值，根据相关经验可按主跨的 1/1500增加。2、 箱梁梁体裂缝(1) 腹板斜裂缝，即主拉应力裂缝减少腹部斜裂缝的方法有：A. 控制腹板主拉应力值，尽量能比规范要求的富裕 1MPa 以上；B. 施工过程中控制挂篮的刚度，避免浇筑时变形过大；C. 重视并正确计算温度梯度效应。(2) 顶底板纵向裂缝纵向裂缝产生的原因有：A. 混凝土收缩。