三跨连续刚构桥设计.docx
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三跨连续刚构桥设计
第1章基本资料
1.1基本资料
1.1勘察资料：
建桥理由：
城市规划的需要，建桥后将大大减少市中区车流量，改善市区交通。
1.2河流及水文悄况：
设计通航水位：
195.28m
常年洪水位：
181.28m低
水位：
160.00m
1.3当地建筑材料情况及地质情况
砂石，钢材均可供应。
基岩以紫红色粉砂质泥岩和泥岩砂岩为主，夹长石石英砂岩，覆盖层l-5m
1.4气象情况
最高温度：
44.4°C
最低温度：
-2.5°C
最大风速：
27m/s
1.5设计标准
1）.设计荷载：
公路-I级,人群：
3.5KN/M
2）.车道宽：
12M+1M+12M;人行道宽：
2X3M
3）.主航道高20M,净宽120M.
4）.桥面纵坡:
1.0%
5）.桥面横坡:
1.5%
1.6设计依据及参考文献
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-04）；
2）《公路垢工桥涵设计规范》（JTGD61-05）；
3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-04）:
4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）；
5）桥梁工程（上册）一一范立础编；桥梁工程（下册）一一顾安邦编；
1.7桥位纵断面地形资料
桥位纵断面地形表1.1
里程桩号（m）
地面高程（m）
里程桩号（m）
地面高程（m）
K1+300
210.45
+700
163.34
+323
205.42
+720
163.50
+340
198.34
+740
161.10
+360
190.50
+760
164.90
+380
186.30
+780
165.33
+400
178.67
+800
165.86
+420
170.48
+820
166.34
+440
165.34
+840
166.50
+460
161.67
+860
166.90
+480
160.30
+880
167.33
+500
158.60
+900
173.12
+520
157.48
+920
175.44
+540
156.70
+910
180.50
+560
157.88
+960
188.26
+580
158.89
+980
192.31
+600
159.50
K2+000
201.54
+620
160.50
+020
209.33
+640
161.90
+010
216.50
+660
162.33
+060
217.10
+680
162.86
+080
217.83
第2章桥梁设计方案比选
2.1初拟方案：
根据桥址、地形、地质、水文资料，航运及技术标准要求，拟制出不同材料、不同体系，且各具特色并可能实现的六个方案草图.具体桥型如下：
1）35m+92m+3X140m+92m+2X35m五跨连续梁桥方案；
2）20m+4X35m+2X185m+5X35m+20m独塔双索面斜拉桥方案；
3）主跨为105m+180m+105m三跨连续刚构桥方案；
4）主跨为130m+520m+130m自锚悬索桥方案；
5）主跨为75m+4X120m+75m预应力混凝土T形钢构方案；
6）主跨为360m飞燕式拱桥方案。
2.2方案比较说明：
方案比选依据经济，实用，安全，美观，有利于环保的原则，从总体布局、环境协调、技术先进性、施工可行性、技术经济等多方面考虑后，选出以下三个图式来编制桥型比较方案
方案一:
五跨连续梁桥方案（图2.1）
总体布置和结构体系：
此方案的主桥跨径布置为92m+3X140m+92m,边主跨之比为
0.657o五跨变截面单箱单室连续箱梁桥，由左右两幅桥组成。
采用三向预应力体系，
图2.1五跨连续梁桥
面宽度为15m,由于桥梁跨径过大，纵桥向设1.0%的纵坡以减少垢工量，横桥向设1.5%的单向横坡。
主梁截面：
箱梁根部梁高为7.8m,跨中及端部梁高均为2.8m,而引桥采用35m预制T梁，梁高2.0m。
从根部到跨中（两端）箱梁底缘按二次抛物线变化，箱梁顶板宽15m,底板宽8m,翼缘板悬臂长为3m,底板厚度从0.25m变化到1.20m,腹板厚从箱梁根部为0.70m,至跨中处厚为0.40m,主梁采用C50混凝土浇筑。
方案二：
独塔双索面斜拉桥方案；（图2.2）
总体布置和结构体系：
此方案是独塔双跨各为185m的混凝土斜拉桥，桥跨布置为20m+4X35m+2X185m+5X35m+20m,引桥采用20m和35m的简支T梁组成，桥面纵坡1.琳，行车道设1.5%的双向横坡。
主桥主梁采用梁板结构形式（即混凝土双主梁结构）,梁高为2.5米，梁顶桥面宽33.0米；
索塔:
桥塔釆用单塔双索面，人行道分别设在锚索区的外端悬出，桥面以上高为
64.5米,采用门式桥塔，横向刚度大，有足够的抗风稳定性且造型美观.索塔基础采用钻孔灌柱桩基础；
图2.2独塔双索面斜拉桥
方案三：
三跨连续刚构方案（图2.3）
总体布置和结构体系：
此方案的主桥采用105m+180m+105m连续刚构桥,其余用35m跨径的箭支梁桥作为引桥,节省了大量的工程量，减少了施工造价。
桥面纵坡采用1.0%,全桥分为左右两幅，设单向横坡为1.5%。
6个车道，设有一米宽的中央分隔带，桥面净宽31米。
采用悬臂挂篮施工方法，桥墩采用双薄壁柔性墩，桥台采用重力式桥台。
边中跨之比为0.583.
图2.3三跨连续刚构桥
主梁截面：
主跨连续刚构部分主梁截面采用双腹式单箱截面，根部采用10m的箱形截面，跨中采用3m的箱形截面，主梁截面采用1.5次抛物线的变高度梁；35m跨径的简支梁采用2m高的等截面形式，主梁采用标准T梁。
2.3各方案的技术经济比较
表2.1方案比选表
类别
方案一
方案二
方案三
主桥跨桥型结构
五跨连续梁桥
单塔双索面斜拉桥
三跨连续刚构桥
主梁高度
根部7.8m,跨中2.8m
2.8m
根部10m,中部3m
跨径布置
92m+3X140m+92m
2X185m
105m+180m+105m
下部结构
双薄壁柔性墩及桩基础
桩基础
桩基础
养护维修工作量
少
多
少
设计经验技术水平
经验多，有很多已成桥作为参考，施工经验成熟
有较成熟的经验，国际先进水平，有很多成桥参考
经验丰富,有很多已成桥梁参考，施工经验成熟，设计理论先进
施工方法和难易程度
施工和养护都比较容易
用悬臂浇注，预制构件的精确度要求高，施工复杂•且索力难以控制
挂篮悬臂浇筑施工，不需要大型起重设备，需大量模板，造价低
造型
造型美观，结构轻盈
索塔高，主桥体量大，显的雄伟，与景观相辉映
外型美观，跨越能力大，桥下净空大，视野开阔，行车顺畅，双薄壁柔性墩受力好
工程数量
混凝土（立方m）
41795.358
35961.583
42442.396
钢筋、钢材（t）
3855.96
1763.618
4643.097
钢较线（t）
1234.53
314.9
941.284
比选结果
总的来说，以上三个方案都满足要求，但每个桥型都有自己的特点，从工程数量上看，预应力连续梁桥材料较省，造型美观，但其受温度变化及混凝土收缩影响产生的纵向位移也就比较大，使伸缩缝及活动支座的构造复杂化。
连续刚构和独塔斜拉桥，比较两者的工程，相差很多，斜拉桥的斜拉索施工复杂，特别是桥面标高的和索力的调整，是相当繁复的。
连续刚构桥钢筋用量比斜拉桥省很多，它保持了连续梁的优点外，墩梁固结节省了大型支座的昂贵费用，减少了基础及墩的工程量，并改善了结构在水平荷载作用下的受力性能，而且施工及养护条件都比斜拉桥要好。
经过以上技术经济比较，推荐方案三为作为终选方案，其优点有以下几点：
1）该方案满足了安全，经济，适用，美观和有利于环保的要求，满足结构受力合理，技术可靠，施工方便，造价较少的原则。
2）泯凝土用量省，钢筋用量少，桥面连续行车舒适度高，且视野开阔，同时外观简洁，大方，而且施工技术成熟，有许多己成桥可以借鉴与参考。
3）连续刚构屈于墩梁固结体系，其采用双薄壁柔性墩受力较好，且主梁采用1.5次抛物线形式，增大了桥下净空，无论是对通航还是景观要求都有利。
且采用悬臂施工方法，受力好，施工方便，养护也较易。
综上所述，从技术上考虑，目前，国内外己经修建了大量连续刚构桥，积累了丰富的经验，因此，该桥型是一种比较成熟的桥型，无论在设计理论和施工方法上，都有成功的经验可以借鉴和参考，从而为设计和施工提供技术上的保障。
2.4终选方案简介及结构尺寸拟定：
2.4.1设计依据：
a）主要技术指标设计资料：
桥宽：
2X3m（人行道）+2X12m（净）+lm（分隔带）
设计荷载：
设计荷载：
公路-I级,人群：
3.5kN/m
地质情况：
一般
b）材料规格：
箱形截面混凝土：
C50；
人行道混凝土：
C50；桥
墩混凝土：
C40；
基础混凝土：
C30.
桥面铺装：
用100cm厚的防水混凝土作铺装层，30cm厚的沥青混凝土作磨耗层
2.4.2材料相关参数说明：
50号混凝土，主要强度指标为：
强度标准值办=32.4^,人=2.65MPa；强度设计值几二22.4MPa,ftd=1S3MPa.弹性模量$=3.45X“MPa.
40号混凝土，主要强度指标为：
强度标准值几=26.8MPQ,人=2.40MPa；强度设计值£d=i8.4MPa,ftd=1Q5MPa.弹性模量Ep.25X104MPa.
30号混凝土，主要强度指标为：
强度标准值^=20.1^,人=2.01MPa；强度设计值£d=i3.8MPa,£/=i.39MPa；弹性模量乞二3.00X104MPa.
普通钢筋：
纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标
为抗拉强度标准值九=400MPa
抗拉强度设计值九/二340MPa
弹性模量E=2.0X105MPa
箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标
为抗拉强度标准值几=335MPa
抗拉强度设计值=330MPa；弹性模量d=2.0X105必內
预应力钢筋（详见后面章节）：
2.4.3设计参考依据
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
《公路钢筋混凝土及预应力泯凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
《结构设计原理》第二版
2.5上部结构主箱细部尺寸拟定
2.5.1立面布置
本桥主桥边跨为105m,主跨为180m,边跨比为0.583,两边分别为3X25m的简支梁引桥。
2.5.2上部结构
根据已成桥资料及《梁桥》、《桥梁工程》（上册）手册有关连续刚构截面形式及尺寸的相关内容，拟订主梁尺寸如下：
采用单箱单室箱梁截面，箱顶宽15.0m,底面宽8.0m。
变截面梁墩顶处梁高与最大跨径的关系：
梁高为1/17-1/20L,依据此关系根部梁高取10.Om.
变截面梁跨中处梁高与最大跨径的关系：
梁高为1/50-1/60L,依据此关系跨中梁
・7
高取3.Om.
梁底高度曲线采用1.5次抛物线变化以跨中梁底为原点，曲线方程为：
h=-O.008972x1.5-3设单向横坡1.5%,顶板厚不变取35cm,跨中处底板厚25cm,根部底板厚120cm,以便布置预应力束，箱梁底板按1.5次抛物线变化以跨中梁底为原点，曲线方程为：
h底=-0.007754x1.5-2.75；截面腹板厚度采用40cm、和70cm两种。
其跨中、根部截面如下图2.4,2.5所示：
1500
图2.4跨中箱形截面
1500
图2.5支点箱形截面
2.5.3下部结构
四个主墩均采用双薄壁柔性墩，中心间距为8.Om,纵桥向宽度为2.5m,横桥向宽
度8.Om,墩高为52m,51m。
根据给出的地质条件，认为地质条件一般，基础采用钻孔灌注桩基础，采用围堰施工。
承台纵桥向宽17.1米，横桥向宽12.6米，厚4.0米。
6根桩的桩径均为2.0米，净间距2.5米，埋深均约25米。
2.5.4其它情况说明
桥面铺装厚度为10cm,沿横桥向等厚，单幅桥桥面设置1.5%的横坡，箱梁顶板直接做成单向横坡，左右两幅桥恰好形成双向横坡。
箱形顶板中心处高度为桥面铺装，使用C40号防水混凝土。
第3章结构内力计算
3.1桥梁模型的意义
桥梁是一个复杂的空间结构，不同的桥梁型式其上下结构联结方式是不尽相同的。
为了便于计算，需要将桥梁简化为结构计算图式，桥梁工程常因其跨度较宽度大很多,因此将纵向分析模型近似处理成杆件结构。
其空间效应可以通过横向分布系数、偏载增大系数来修正。
采用杆系结构有限元程序分析桥梁时，首先要将桥梁结构划分为有限个杆件单元，这些单元在节点上相互联结，从而构成一个与真实结构等价的计算模型。
3.2主梁单元划分
杆件单元的划分，应根据结主跨为构的构造特点、施工及计算精度的要求来决定。
将全桥共分为156个单元，桥面系110个单元，非桥面系46个单元。
考虑到挂蓝所能承受的重量和合龙段长度对主跨的节段作如下划分，从跨中至边跨依次为（以下图3.1取的是全桥左半跨）：
3X5.0+1.0+7X5.0+6X4.0+8X3.0+0.75+2X1.25+2X2.75+2X1.25+0.75+8X3.0+6X4.0+7X5.0+1.0
其中0#块长12.0m,将0#块划分为8个单元，墩根部两边各一个节点，桥墩顶部中间划分一个节点，0#块中点处需划分一个节点。
另主跨跨中合龙段分成两个1.0米的单元，边跨合龙段分别1.0米的合龙段，现浇段为15.0米，划分为三个单元，每个单元各5.0米
3.3内力计算
3.3.1主要施工阶段内力计算结果
现以最大悬臂阶段（即47施工阶段），跨中合龙阶段（即第50施工阶段），以及成桥阶段（即51施工阶段）为例，输出其施工阶段的弯矩图，由于篇幅限制，以该三个阶段的弯矩图作为参考，另附上结构在其施工阶段的弯矩值汇总，以备查阅，如图3.2,图3.3,表3.1,
另输出正常使用极限状态I和承载能力极限状态I的弯矩图以及弯矩包络图，如图3.4,图3.5,图3.6,图3.7和图3.8所示，后附有各个状态相应的弯矩值即表3.1,表3.2o
注：
按照桥梁博士里中交04的规定：
正常使用状态I即长期效应组合；
正常使用状态II即短期效应组合；
正常使用状态III即标准值组合。
胡娜：
翟家河人桥设计
3.3.2内力计算结果表
表3.1施工阶段主梁内力计算结杲表
阶段
节点
轴向力（kN）
剪力（kN）
弯矩（kN・m）
最大悬臂阶段（47阶段）
12
5.4e10
8.55e+O3
-1.41严
32
-278
4.32e+03
-1.05严
46
-2.25c-09
_1.1严
-2.19c*05
56
中跨合拢阶段（50阶段）
12
-426
8.15e+O3
-1.3e®
32
-830
-3.13严’
・9.6严
46
-713
-9.74严
-1.71严5
56
-713
0.373
924
成桥
阶段（51阶段）
12
4.03e+3
-9.5le®
-1.21严
32
3.62e+3
_1.56严
-l.le^6
46
3.81e+3
-1.17e'04
-1.83e*°5
56
3.81e+3
1.05
7.8le+03
表3.2使用阶段和承我极限组合主梁内力计算结果
阶段
节
点
最大轴向力
（kN）
最小轴向力
（kN）
最大剪力
（kN）
最小剪力
（kN）
最大弯矩
（kN-m）
最小弯矩
（kN-m）
承载极限状态组合I
12
1.805e+004
-7.156e+003
1.679e+004
7.553e+003
-2.797e+004
-1.777e+005
32
1.855e+004
-7.160e+003
5.538e+004
3.649e+004
-1.078e+006
-1.717e+006
46
1.855e+004
-7.160e+003
2.127e+004
1.089e+004
-1.328e+005
-3.074e+005
56
1.855e+004
-7.160e+003
3.181e+OO3
-3.161e+003
1.003e+005
1.125e+002
使用极限状态组合I
12
6.154e+003
-7.001e+003
1.034e+004
&395e+003
-7.667e+004
-1.266e+005
32
6.058e+003
-6.893e+003
3.863e+004
3.679e+004
-1.102e+006
-1.181e+006
46
6.058e+003
-6.893e+003
1.283e+004
1.157e+004
-1.694e+005
-1.974e+005
56
6.058e+003
-6.893e+003
4.909e+002
-4.837e+002
4.294e+004
6.566e+003
第4章预应力钢筋估算与配筋
根据《公路桥涵设计通用规范》和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的要求，参照《结构设计原理》（人民交通出版社）和《公路桥涵预应力设计规范》采用手算。
预应力钢筋的计算见配筋计算书。
梁段力筋布置采用三向预应力，包括纵向预应力，横向预应力和竖向预应力，主要进行纵向预应力的设计，对于横向预应力和竖向预应力在力筋布置时做简要说明。
4.1配筋估算
4.1.1主梁控制截面
截面几何特性（边跨1/4L处，桥墩根部，中跨1/4L处、中跨跨中截面）：
见表4.1截面几何特性
表4.1毛截面几何特性
截面
节点
毛截面积
A（w2）
惯性矩I
（W4）
儿
（m）
儿
（m）
）
（7H3
（m）
&
（m）
（m）
ex
（m）
边跨跨中
12
15.0864
67.2
2.691
2.568
17.666
18.512
1.427
1.495
2.541
2.368
桥墩中心处
28
28.4421
41.4
4.903
5.080
14.232
13.736
0.550
0.531
4.753
4.88
32
28.4421
41.4
4.903
5.080
14.232
13.736
0.550
0.531
4.753
4.88
中跨
1/4L处
46
16.3432
96.0
3.180
2.793
17.881
20.358
1.309
1.490
3.030
2.593
中跨跨中
56
11.076
12.7
1.153
1.847
9.991
6.237
1.193
0.745
1.003
1.647
其中：
几一一截面型心距截面上缘的距离；
儿一一截面型心距截面下缘的距离；
肥一一截面上缘抗弯模量，按下式计算％=1/儿；
“I一一截面下缘抗弯模量，按下式计算叭=1/儿；
化，匕一一截面上下缘核心矩，按下式计算，人,化=叱"，叱/A；
乞一一截面上缘预应力钢筋重心距截面形心的距离：
◎——截面下缘预应力钢筋中心距截面形心的距离。
4.1.2最不利荷载组合
见表4.2最不利荷载组合表
表4.2最不利荷载组合
阶段
节
点
最人轴向力
（kN）
最小轴向力
（kN）
最大剪力
（kN）
最小剪力
（kN）
最大弯矩（kN•m）
最小弯矩（kN•m）
承载极限状态组合
I
12
1.805e+004
-7.156e+003
1.679e+004
7.553e+003
-2.797e+004
-1.777e+005
28
1.785e+004
-7.426e+003
3.901e+004
-2.941e+004
-1.092e+006
-1.664e+006
32
1.855e+004
-7.160e+003
5.538e+004
3.649e+004
-1.078e+006
-1.717e+006
46
1.855e+004
-7.160e+003
2.127e+004
1.089e+004
~1.328e+005
-3.074e+005
56
1.855e+004
-7.160e+003
3.181e+003
-3.161e+003
1.003e+005
1.125e+002
正常使用极限状态组合
I
12
6.154e+003
-7.001e+003
1.034e+004
8.395e+003
-7.667e+004
-1.266e+005
28
5.795e+003
-7.237e+003
1.486e+004
~1.803e+003
-1.098e+006
-1.194e+006
32
6.058e+003
-6.893e+003
3.863e+004
3.679e+004
-1.102e+006
-1.181e+006
46
6.058e+003
-6.893e+003
1.283e+004
1.157e+001
-1.694e+005
-1.974e+005
56
6.058e+003
-6.893e+003
4.909e+002
-4.837e+002
4.294e+004
6.566e+003
正常使用极限状态
11
12
8.098e+003
-7.025e+003
1.105e+004
8.272e+003
-6.900e+004
-1.313e+005
28
7.776e+003
-7.267e+003
1.857e+004
-6.534e+003
-1.097e+006
-1.236e+006
32
8.107e+003
-6.937e+003
4.025e+004
3.674e+004
-1.098e+006
-1.237e+006
46
8.107e+003
-6.937e+003
1.384e+004
1.146e+004
~1.636e+005
~2.100e+005
56
8.107e+003
-6.937e+003
9.103e+00
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