高速公路预应力混凝土连续梁桥上部结构设计

1、摘 要随着经济、技术实力的增进，预应力混凝土连续梁桥已成为现代公路、铁路桥梁的首选，本设计为一高速公路客运专线预应力混凝土连续梁桥设计，预应力混凝土连续梁的应用，尤其是悬臂施工法的应用非常广泛，使施工设备机械化，生产工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。连续梁的突出优点是：结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。然而受时间等因素的限制，此次设计只涉及桥梁上部结构。设计流程如下：首先，确定主梁的主要构造和细部尺寸。考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的需要，采用箱形截面梁。主梁的高度变化曲线采用二次抛物线。该设计为42+80+42客运专线预应力混凝土连续梁桥设计，其主跨80

2、，边跨42，全桥采用单箱单室箱形梁，桥宽12.5，中支座梁高4.6,中跨跨中梁高2.2。主梁采用悬臂挂篮施工，主梁0#块和边跨现浇均采用满堂支架施工。其次，根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主梁进行施工节段的划分。再之，利用MIDAS软件分析结构的内力（包括恒载和活载的内力计算）。用于计算的内力组合结果、混凝土毛截面特征值也由MIDAS软件自动生成，从而估算出纵向预应力筋的数目，然后在截面上布置预应力钢束。次之，计算预应力损失及各项次内力，并进行了截面的强度验算（包括承载能力极限状态和正常使用极限状态）。最后，绘制工程图及编制说明书。注明：本设计未考虑风荷载、地震以及结构动力特性等因素。目录第1章

3、绪论11.1中国高速公路桥梁建设情况11.2预应力混凝土连续梁桥的发展11.3预应力混凝土连续梁桥的特点21.4悬臂体系和连续体系梁桥的施工特点2第2章 设计概况42.1 设计依据及基本资料42.1.1 主要技术指标42.1.2 主要材料42.1.3 设计依据52.2 桥梁上部结构总体布置及尺寸52.2.1 桥型比选52.2.2 桥跨布置72.2.3 桥跨总体布置82.3 上部结构主要尺寸拟定82.3.1 变截面箱梁82.3.2 主梁高度92.3.3 顶、底板厚度92.3.4 腹板厚度102.3.5 悬臂板布置11第3章 MIDAS/CIVIL模型建立123.1 建立全桥模型12有限元模型的确

4、定123.1.2 单元划分133.2施工阶段模拟133.3荷载模拟14荷载工况14施工阶段荷载153.3.3 温度荷载183.3.4 温度梯度18 3.3.5 移动荷载23 3.3.6 基础沉降26第4章 结构内力计算274.1 桥梁恒荷载内力计算274.1.1 计算原理274.1.2 计算阶段划分274.1.3 验算截面选择284.1.4 施工阶段内力计算284.2 桥梁活载内力计算314.3 荷载内力组合354.3.1 承载能力极限状态组合354.3.2 正常使用极限状态短期效应组合364.3.3 正常使用极限状态长期效应组合37第5章 预应力钢束的估算与配置395.1 钢绞线与锚具395

5、.2 纵向预应力钢束概述395.2.1 纵向预应力钢束布置原则395.2.2 纵向预应力钢束受力特点405.3 预应力钢束面积估算原则405.3.1 承载能力极限状态强度要求415.3.2 使用阶段应力要求425.4 预应力钢束的估算425.4.1 预应力估算理论分析425.4.2 预应力钢束估算电算465.5 纵向预应力钢束布置结果495.6 纵向预应力钢束预应力损失505.6.1 概述505.6.2 预应力钢束的张拉控制应力505.6.3 预应力筋与管道壁间的摩擦引起的应力损失515.6.4 锚头变形、钢丝回缩和接缝压缩引起的预应力损失525.6.5 混凝土的弹性压缩引起的预应力损失535

6、.6.6 预应力钢绞线松弛引起的预应力损失555.6.7 混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失565.6.8 钢筋有效应力的计算625.6.9 有限元软件预应力损失的计算62第6章 次内力计算及内力组合636.1 收缩次内力636.1.1 混凝土收缩简介636.1.2 收缩次内力计算结果646.2 徐变次内力646.2.1 混凝土徐变简介646.2.2 徐变次内力计算方法656.2.3 徐变次内力计算结果676.3 预应力次内力676.3.1 预应力次内力简介676.3.2 预应力次内力计算方法686.3.3 预应力次内力计算结果686.4 温度荷载次内力696.4.1 温度荷载次内力简介696

7、.4.2 温度荷载次内力对结构的影响706.4.3 温度荷载次内力计算方法706.4.4 温度荷载次内力计算结果716.5 基础沉降次内力736.5.1 基础沉降次内力简介736.5.2 基础沉降次内力计算方法746.5.3 基础沉降次内力计算结果756.6 荷载内力组合766.6.1 承载能力极限状态效应组合766.6.2 正常使用极限状态效应组合776.6.3 结构弯矩包络图786.6.4 结构应力包络图80第7章 施工阶段和成桥阶段验算分析827.1 施工阶段法向应力验算（短暂状况应力验算）827.1.1 验算方法及验算公式827.1.2 验算结果847.2 受拉区钢筋拉应力验算847.

8、2.1 验算方法及验算公式847.2.2 验算结果857.3使用阶段正截面抗裂验算867.3.1 验算方法及验算公式867.3.2 验算结果877.4 使用阶段斜截面抗裂验算887.4.1 验算方法及验算公式887.5 使用阶段正截面压应力验算（长期状态应力验算）897.5.1 验算方法和验算公式897.5.2 验算结果897.6 使用阶段斜截面主压应力验算907.6.1 验算方法和验算公式907.6.2 验算结果917.7 使用阶段正截面抗弯验算917.7.1 验算方法和验算公式917.7.2 验算结果937.8变形验算937.8.1 验算方法及验算公式937.8.2 验算结果947.9 施

9、工阶段应力图94上翼缘应力图94下翼缘应力图987.10施工阶段和成桥阶段验算分析总结101第8章 主要工程数量1028.1 主梁混凝土用量1028.2 钢绞线用量估算1028.3 锚具用量估算103毕业设计总结105致 谢106参考文献107第1章 绪论1.1中国高速公路桥梁建设情况1.2预应力混凝土连续梁桥的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

10、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

11、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

12、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，

13、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

14、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

15、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。1.3预应力混凝土连续梁桥的特点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。预应力混凝土能充分发挥材料的效能，在相同条件下，它比普通钢筋混凝土构件截面小，重量轻、刚度大，抗裂性

16、和耐久性好，能有效地控制结构的挠度(甚至无挠度)，节约钢材4050，节约混凝土2040，特别在大跨度结构中更为经济。在张拉预应力连续梁桥结构中，结构构件在承受外荷载前，预先对外荷载产生拉应力部位的混凝土预加压应力，造成人为的压应力状态，预加压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，这样在外荷载作用下混凝土拉应力不大或处于受压状态，使混凝土结构不开裂，提高结构的刚度和结构的耐久性。张拉法预应力混凝土施工是在浇筑混凝土前张拉预应力钢筋，将其固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，等混凝土达到规定强度。保证预应力钢筋与混凝土有足够粘结力时放松预应力钢筋，借助预应力筋的弹性回缩及与混凝土的粘结，使混

17、凝土产生预压应力。同时其具有较强的变形恢复能力，抗震性能明显高于普通钢筋混凝土结构，而且便于震后加固。值得注意的一点是，预应力混凝土由于自重轻，按理含钢量应该少，但由于现在的设计水平问题，此部分并没有减少。反而很多设计含钢量大了，很大程度造成主体结构成本增加。1.4悬臂体系和连续体系梁桥的施工特点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

18、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。第2章 设计概况2.1 设计依据及基本资料主要技术指标1孔跨布置：即跨径分布组合。孔跨的布置应与周围环境、地形地貌和地址条件相适应，同事

19、孔跨的跨径比例应达到桥梁整体造型美观的目的。2.荷载标准：是桥梁基本功能要求的重要指标。荷载标准直接反映出桥梁同行荷载类型和承载能力水平。就目前我国公用交通设施而言，一般有三种桥梁类型，即公路桥梁、铁路桥梁和城市道路桥梁，其相应的荷载标准为： （1）公路荷载：公路I级（1） 人群荷载：2.5-43. 桥梁净空：是桥梁交通功能的基本指标之一。对于不同的交通类型，桥梁的桥面净空条件各不相同。对于毕业设计，一般取典型类型作为代表，即高速公路：20.50m防撞护栏+11.75m车行道（3m应急车道+7.5m车行道+1.25m左侧路沿带）+2m/2中央分隔带=26.50m；净空高度不小于5m。4. 桥下

20、净空：实际工程设计要考虑桥梁跨越河道通航净空高度、高度以及过水断面对设计洪水流量、洪水位高程等要求，或跨越公路、铁路净空宽度、高度等方面要求。作为毕业设计，由老师选定桥跨进行相应设计。5. 桥面纵坡：桥面纵坡是桥梁线性设计的重要指标，属于线路设计的内容之一，纵坡的大小及其变化还应与线路平面曲线线性设计综合考虑。桥面设置纵坡首先有利于排水，同时，在平原地区，还可以满足桥下通航净空要求的前提下降低墩台标高，减少桥头引道土方量，从而节省工程费用。桥面的纵坡，一般都做成双向纵坡，在桥中心设置竖曲线，纵坡一般不超过3%为宜。桥梁当受到两岸地形限制时，运行修建坡桥。但大、中桥和城市桥梁桥面纵坡不宜大于4%

21、，位于市镇混合交通繁忙出桥面纵坡不得大于3%。在进行毕业设计是，由于主要工作在于桥跨结构设计，为简便设计起见，可以考虑最简单情形，即取通过桥跨线路纵坡为0%（平坡）。6. 桥面横坡：桥面横坡的设置主要是为了桥面横向排水，由于公路和城市道路桥梁桥面较宽，公路及城市道路1.5-2.0%，而铁路桥面相对较窄，一般取1.5%。横坡的设置是从桥跨线路中线向两侧放坡，在平面圆曲线和缓和曲线段，还要结合设计行车车速所需要的线路超高同统一虑。本设计去2.0%。7. 桥轴平面线形：桥跨结构轴线是线路中线的组成部分，平曲线的设置必须与竖曲线（纵坡线形）结合考虑。但在毕业设计中，一般取桥跨轴线为直线，以方便设计布置

22、和计算。8. 设计行车速度：120km/h。9. 支座强迫位移：2mm。2.1.2主要材料1、混凝土主桥箱梁： C55混凝土 主墩墩身： C30混凝土过渡墩墩身、盖梁： C30混凝土护栏： C30混凝土承台： C30混凝土钻孔灌注桩： C25水下混凝土2、钢材1）普通钢筋：采用R235钢筋和HRB335钢筋。带肋钢筋的技术标准应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499-98）的规定，光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB13013-91）的规定。钢筋直径12mm者，采用HRB335热轧螺纹钢；钢筋直径<12mm及预应力锚下螺旋钢筋、伸缩装置锚固钢筋，采用R235钢筋。2）钢板采用

23、符合GB700-88规定的Q235钢板。3）预应力钢绞线采用符合ASTM A416M-98标准的高强度低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，截面面积139mm2，钢绞线标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa。4) 主桥箱梁竖向预应力、主墩临时固接及0号块横隔板横向预应力采用JL32精轧螺纹钢筋，其技术标准应符合国标GB1499-98的规定，公称直径32mm，截面面积804.2mm2，标准强度fpk=930MPa，弹性模量Es=2.0×105MPa。 3、锚具锚具采用OVM系列锚具及其配套设备，主桥纵向预应力束采用OVM15-16锚具及OVM15-

24、19锚具；横向预应力束采用BM15-3锚具；主桥箱梁竖向预应力、主墩临时固接及0号块横隔板横向预应力采用采用YGM锚具。4、预应力管道及压浆本桥设计预应力钢束管道采用塑料波纹管。管道灌浆建议采用真空灌浆工艺。5、桥梁支座 主桥三跨PC变截面连续箱梁采用GPZ（）系列盆式橡胶支座，其性能应符合交通行业相关标准的规定，具体支座型号、参数详见相关设计图纸及产品说明书。6、伸缩缝 根据高速公路的使用特点和平整度要求，主桥桥梁伸缩缝均采用D160模数式伸缩缝。7、护栏外侧护栏采用组合式防撞护栏，内侧护栏采用波型梁护栏。8、桥面铺装主桥采用8cm厚沥青混凝土桥面铺装+10cm厚水泥混凝土调平层。沥青混凝土

25、摊铺前，在箱梁顶板上涂二层HKM1500型防水材料。设计依据1)公路工程技术标准 (JTG B01-2003)2)公路路线设计规范 （JTJ011-94）3)公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)4)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)5)公路桥涵地基与基础设计规范 (JTJ024-85)6)公路圬工桥涵设计规范 (JTG D61-2005)7)公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89)8)公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000)9）高速公路交通安全设施设计与施工技术规范（JTJ074-94）10）公路桥位勘测设计规范 （JTJ062-91）

26、11）公路桥梁板式橡胶支座 （JT/T4-2004）2.2 桥梁上部结构总体布置及尺寸2.2.1桥型比选1. 设计方案第一方案：装配式预应力混凝土简支箱梁桥 （1）孔径布置：42m+80m+42m，全长172.2米,宽26.5m。由于为简支箱梁桥，每跨之间还留有5厘米的伸缩缝。桥面设有2的横坡，其中间标高高于外侧标高。 （2）主梁结构构造：全桥采用等截面箱梁组合梁。顶板厚度25cm，腹板厚度30cm，底板厚度25cm。翼缘根部45cm，翼缘端部厚度22cm，箱梁宽度3.20m。每跨设有8片箱梁，全桥共计24片箱梁。桥面设有2的横坡，2%的纵坡,其中间标高高于外侧标高。（3）下部构造：采用三圆柱

27、式桥墩；桩基础（钻孔灌注桩）。桥台采用埋置式轻型桥台。（4）施工方案：全桥采用装配式施工方法。第二方案：装配式预应力混凝土简支T梁 （1） 孔径布置：42m+80m+42m，全长169米，宽26.5m。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2的横坡，2%的纵坡。其中间标高高于外侧标高。 （2） 主梁结构构造：全桥采用等跨等截面T型梁，主梁间距2.20m。预制T梁宽为1.8m，现浇湿接缝0.40m，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2.30m，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0.30m。横

28、隔板间距为6.5米。每跨设有12片T梁，全桥共计36片T梁。桥面设有2的横坡，2%的纵坡。其中间标高高于外侧标高。（3） 下部构造：采用三圆柱式桥墩；桩基础（钻孔灌注桩）。桥台采用埋置式轻型桥台。（4） 施工方案：全桥采用装配式施工方法。第三方案：变截面预应力混凝土连续梁桥（1）孔径布置：42m+80m+42m,全长165.5m，宽26.5m。桥面设有2的横坡，2%的纵坡，其中间标高高于外侧标高。（2）主梁结构构造：上部结构为变截面箱梁。采用双幅分离的的单箱单室形式。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。（具体尺寸拟定见图3/2）（3）下部构造：上、下行桥的桥墩基础是连成整

29、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。 （4）施工方案：全桥采用悬臂节段浇筑施工法。变截面预应力混凝土连续刚构桥发展概况： 2.方案比选：桥型方案第一方案装配式预应力混凝土简支箱梁桥第二方案装配式预应力混凝土简支T梁 第三方案变截面预应力混凝土连续梁桥使用性能 建筑高度较低，易保养和维护，桥下视觉效果好建筑高度较低，易保养和维护；抗震能力差。建筑高度较高，易开裂，难以维护受力性能受力明确受力明确经济性等截面形式，可大量节省模板，加快建桥进度，简易经济。等截面形式，可大量节省模板，加快建桥进度，简易经济。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

30、美观性构造简单，线形简洁美观构造简单，线形简洁美观构造简单，线形简洁美观施工方面桥梁的上、下部可平行施工，使工期大大缩短；无需在高空进行构件制作，质量以控制，可在一处成批生产，从而降低成本。 桥梁的上、下部可平行施工，使工期大大缩短；无需在高空进行构件制作，质量以控制，可在一处成批生产，从而降低成本。 由于连续体系梁桥与简支体系梁桥受力差别很大，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，施工危险度高。适用性适用于对桥下视觉有要求的工程，适用于各种地质情况；用于对工期紧的工程；对通航无过高要求的工程。适用于各种地质情况；用于对工期紧的

31、工程；对通航无过高要求的工程。对通航无过高要求的工程；对抗震有要求的工程；对整体性有要求的工程。由上所述，再结合42+80+42这样的桥梁跨度，变截面预应力连续梁桥，最终选定为第三方案。经反复比较，第三方案做为本次设计的推荐方案。2.2.2桥跨布置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

32、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。2.2.3桥跨总体布置 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和地质条件，确定42m+80m的形式。其跨度组合为：42m+80m+42m。基本符合以上原理要求。综上所述,本设计方案采用三跨一联预应

33、力混凝土变截面连续梁结构，全长164m。设计主跨为80m。2.3 上部结构主要尺寸拟定2.3.1变截面箱梁1、 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

34、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。结合以上的叙述，所以本设计中采用悬臂现浇施工方法进行、变截面的梁。2、 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

35、、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

36、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。本设计是一座高速公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。2.3.2主梁高度根据经验确定，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

37、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：支点梁高 (m)跨中梁高 (m)等高度连续梁H =(1/151/30) L常用(1/181/20) L变高度(折线形)连续梁H =(1/161/20) Lh =(1/221/28) L变高度(曲线形)连续梁H =(1/161/20) Lh =(1/301/50) L2.3.3顶、底板厚度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。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。底板在中支点处厚70cm，在跨中厚50cm，在边支点处厚50cm，顶板

38、厚28cm。2.3.4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。本推荐设计方案中支座处腹板厚取75cm.，跨中腹板厚取50cm，边支座处腹板厚取63cm。中

39、间腹板厚度采用二次抛物线性变化。2.3.5梗腋、横隔梁和悬臂板布置1. 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，而下部采用宽500mm，长250mm的下部梗腋。2. 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

40、梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计只设计了桥台处横隔板和桥墩处的横隔板，在内力计算中加以相应的荷载内力进行模拟表示。3. 悬臂板 根据经验，初步选定截面的悬臂段长度为330cm。相应截面示意图如下所示：（单位为cm）第3章 MIDAS/CIVIL模型建立3.1 建立全桥模型3.1.1有限元模型的确定 用MIDAS建立有限元模型并分析模型的步骤如下： 1.定义材料和截面 2.建立结构模型 3.定义边界4.输入荷载：恒荷载，钢束特性和形状，钢束预应力荷载5.定义施工阶段6.输入移动荷载数据：定义车道，定义车辆，动荷载工况7.运行结构分析8.查看分析结果9.PSC设计:PSC设计参数确定，运行

41、设计，查看设计结果3.1.2单元划分3.2 施工阶段模拟在施工中，架设模板，安装钢筋、浇筑混凝土和张拉等全部工作均在挂篮平台上进行。当该节段的全部施工完成后，由行走系统将挂篮向前移动，动力采用绞车牵引。挂篮的主要功能是：支撑梁段模板，调整正确位置，调运材料、机具，浇筑混凝土和在桂篮上张拉预应力筋。在施工桥墩顶部的0号块一同浇筑，支撑这部分施工重量采用三角托架，由于桥墩比较高，可在墩中设置预埋件支撑或悬吊式施工托架。悬臂浇筑施工的钢筋加工，混凝土拌制和运输问题都需要周密计划，尽量缩短运输路线，方便施工。本桥采用的路线是将预制加工场没置在桥头，当悬臂施工为合拢而路线不通时，可通过简易支架或吊装设备

42、进行水平运输。合拢段的施工是悬臂施工的关键。在合拢段的施工过程中，由于昼夜温度变化、新浇筑混凝土的早期收缩、己完成结构-混凝土的收缩、徐变、新浇筑混凝土的水化热影响、结构体系的变化以及施工荷载等因素对尚未达劲强度的合拢段混凝-土的质量有直接'影响。对于大跨度和多跨一联的连续梁桥，合拢段的长度在满足施工要求的前提下，应尽量缩短，这样在构造处理上比较方便，一般取2-4m，本桥采用3m、3.5m、4m几种不同长度节段。另外，为了保证结构按没计要求合拢，避免在合拢过程中的不利因素，增强合拢段的刚度，采用加强普通钢筋的配置，或配有一定数量的劲性型钢，目的是在合拢段混凝土施工过程中可传递内力，并保

43、持合拢段两侧梁体的连续性。本桥第一施工段的施工周期为30天，其余均采用11天。加快施工进程的主要关键在于混凝土早期强度的快速增长，减少混凝土的养生时间，这是现场浇筑施工中存在的共同性问题。其施工程序为： 第一步：首先从中跨的A、B墩同时开始进行悬臂施工。 第二步：两岸边跨同时合拢，A、B墩处的临时固结释放，形成单悬臂梁。 第三步：AB跨中段进行合拢，形成三跨连续梁。挂蓝悬臂施工的流程图如下：3.3 荷载模拟3.3.1荷载工况这次设计这个有限元模型采用了12个静力荷载工况，分别如下：1自重施工阶段荷载 (CS)2二期施工阶段荷载 (CS)3挂篮施工阶段荷载 (CS)4湿重施工阶段荷载 (CS)5

44、吊篮施工阶段荷载 (CS)6预应力施工阶段荷载 (CS)7整体升温温度(T, TU)8整体降温温度(T, TU)9边墩顶横隔墙施工阶段荷载 (CS)10中墩顶横隔墙施工阶段荷载 (CS)11正温梯温度(T, TU)12负温梯温度(T, TU)3.3.2施工阶段荷载施工阶段荷载是指在施工阶段施加到模型上的荷载，就本次设计施工阶段荷载包括：自重、二期、挂篮、湿重、吊篮、预应力、边墩顶横隔墙、中墩顶横隔墙这些施工阶段荷载。下面就每一个施工阶段荷载加以详细说明。1. 自重：由于考虑到全桥模型并不是全部只有混凝土组成，而是由混凝土以及钢筋共同成桥，因此在考虑混凝土容重25KN/m的基础上乘以一个扩大系数

45、，增大考虑为26KN/m，增大系数为。且自重荷载是有限元软件自动以设计的26KN/m均匀加载在桥面上。2. 二期：由于桥面铺装以及栏杆防护栏等的自重作用，模型将承受一定的二期荷载，由于本次是毕业设计，因此具体简化方法是在桥面铺装层的基础上乘以一个增大的富裕系数来考虑栏杆以及防护栏等影响。因为主桥采用8cm厚沥青混凝土桥面铺装+10cm厚水泥混凝土调平层，所以二期荷载集度w取且二期荷载均以梁单元均布荷载的形式加载在64个单元上。3. 挂篮：在施工阶段过程中，由于是悬臂现浇施工，因此需要挂篮的提前作用以便顺利支模，不过也因此给桥梁带来相应的挂篮荷载。为了简化方便，拟将挂篮考虑成集中荷载以节点荷载的

46、形式加载在桥梁中心线上。挂篮荷载一般取，因此拟取。4. 湿重：在桥梁施工阶段过程中，由于阶段自身湿重，将给桥梁带来相应的湿重荷载。为了简化方便，拟将湿重考虑成集中荷载和一个弯矩以节点荷载的形式加载在桥梁中心线上。且就毕业设计而言，只考虑1#块-10#块的湿重。如1#块湿重考虑成集中荷载和弯矩施加在18、44、40和14号节点上。其他依次类推。5. 吊篮：在施工边合龙以及中合龙时，由于架设模板，需要提前加以吊篮，并由此引入吊篮荷载。为了简化计算，吊篮荷载仍然考虑成节点荷载和一个弯矩加在相应的节点上。吊篮荷载一般取合龙段最大湿重的一般。，因此拟取吊篮荷载为。6. 预应力：对于顶板束、腹板束的预应力

47、荷载在相应节段混凝土龄期达到之后需要对其进行张拉，对于底板束需要在中合龙完成之后对其进行预应力的张拉。而且预应力的张拉采取的是两端张拉，两端张拉力为1395MPa。7. 边墩顶横隔墙：为了简化边墩横隔墙对梁段的影响，将边墩顶的横隔墙荷载考虑成均布荷载以梁单元的形式加在相应的单元上。本次毕业设计中，边墩顶横隔墙均布荷载集度。8. 中墩顶横隔墙：为了简化中墩横隔墙对梁段的影响，将中墩顶的横隔墙荷载考虑成均布荷载以梁单元的形式加在相应的单元上。本次毕业设计中，中墩顶横隔墙均布荷载集度。3.3.3温度荷载1. 整体升温：对桥梁而言，温度荷载对桥梁的受力性能等有极大的影响，英雌需要对梁进行温度荷载的整体

48、升降温。结合本次毕业设计所给的地区地形查询相关规范得到该地区年最高温度和最低温度，即最高温度,最低温度。因此，本次设计用整体升温来模拟。2. 整体降温：对桥梁而言，温度荷载对桥梁的受力性能等有极大的影响，英雌需要对梁进行温度荷载的整体升降温。结合本次毕业设计所给的地区地形查询相关规范得到该地区年最高温度和最低温度，即最高温度,最低温度。因此，本次设计用整体升温来模拟。3.3.4温度梯度1.正温梯计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，可采用图 4.3.10 所示的竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的最高温度 T1，规定见表 4.3.10-3 。对混凝土结构，当梁高 H 小于 400mm 时，图中 A

49、H100 （ mm ）梁高 H 等于或大于 400mm 时， A300mm 。对带混凝土桥面板的钢结构， A300mm ，图 4.3.10 中的 t 为混凝土桥面板的厚度 (mm)。 温度BH1H2T1=16.413.25m0100mmT2=5.98T1=5.9813.25m100mm280mmT2=2.392T1=2.39213.25m280mm400mmT2=0.02.负温梯混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以 -0.5 。3.3.5移动荷载1. 首先选择移动荷载中国规范（China）。2. 车道荷载的施加，本次毕业设计采取三车道进行布置，两个行车道加一个应急

50、车道。3. 车辆荷载施加规范采用公路工程技术标准（ITG B01-2003），。4. 移动荷载工况的添加，选取加载的最少车道数为1车道，最多车道数为3车道。3.3.6基础沉降由于各个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降，连续梁是一种对支座沉降特别敏感的结构，所以由它引起的内力是构成内力的重要组成部分。其具体计算方法是：三跨连续梁的四个支点中的每个支点分别下沉2mm，其余的支点不动，所得到的内力进行叠加，取最不利的内力范围。第4章 结构内力计算4.1 桥梁恒荷载内力计算4.1.1计算原理4.1.2计算阶段划分4.1.3验算截面选择4.1.4施工阶段内力计算4.2 桥梁活载内力

51、计算4.3 荷载内力组合4.3.1承载能力极限状态组合4.3.2正常使用极限状态短期效应组合4.3.3正常使用极限状态长期效应组合第5章 预应力钢筋的估算和配置5.1 钢绞线与锚具 连续梁、连续钢构桥主梁纵横向预应力钢筋一般用高强度低松弛钢绞线；连续梁和连续钢构桥主梁竖向预应力钢筋用精轧螺纹钢筋。桥梁用钢绞线一般用七股钢绞线，即有7股直径的钢丝绕制而成的钢绞线，为高强度低松弛钢绞线，用符号表示，单根钢绞线公称直径15.24mm，公称断面面积为140.00。在公路规范中，其抗拉强度标准值和抗拉、抗压强度设计值分别为、和。单根钢绞线符号为，对应的圆形锚具规格为，称为单孔锚具，其他多余两孔的锚具称为

52、群锚，譬如表示由组成的群锚。群锚锚具常见的规格有、等多种形式。对应的波纹管直径分别为（外径）、。本次设计取用的锚具是、和。5.2 纵向预应力钢束概述5.2.1纵向预应力钢束布置原则连续梁预应力钢束的配置不仅要满足桥规(TB10002.399)构造要求，还应考虑以下原则：1、应选择适当的预应力束的型式与锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，要选用预加力大小恰当的预应力束，以达到合理的布置型式。2、应力束的布置要考虑施工的方便，也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束，而导致在结构中布置过多的锚具。3、预应力束的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内

53、力。4、预应力束的布置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切关系。5、预应力束应避免合用多次反向曲率的连续束，因为这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束的效益。6、预应力束的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性力状态的需要，而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。7、预应力筋应尽量对称布置8、应留有一定数量的备用管道，一般占总数的1%。9、 锚距的最小间距的要求。5.2.2纵向预应力钢束受力特点5.3 预应力钢束面积估算原则根据预规（JTG D62-2004）规定，预应力梁应满足弹性阶段（即使用阶段）的应力要求和塑性阶段（即承载能力极限状态）的正截面强度要求。5.3.1承载能力极限状态强度要求预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设