长安大学桥梁毕业设计预应力混凝土连续梁桥3.docx

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长安大学桥梁毕业设计预应力混凝土连续梁桥3

长安大学桥梁毕业设计（预应力混凝土连续梁桥）

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横坡梁段预应力截面内力教育分类：

毕业设计

长安大学桥梁毕业设计（预应力混凝土连续梁桥）

一、设计特点

本次设计通过分析，根据下达的任务书，大桥所在的桥位地形呈U字形，沟谷深达60米，地质情况较差，岩层埋置较深，本着“安全、适用、经济、美观”的桥梁设计原则，选定设计方案。

本次设计的桥型为预应力连续梁桥，采用的施工方法为悬臂浇筑的方法。

悬臂施工具有很大的优越性：

不需要大量施工机具和临时设备；不影响桥下的通航和通车；施工受季节、河道水位的影响小。

因此悬臂施工法在连续梁中得到了广泛的应用。

预应力混凝土连续梁桥设计的一般步骤为：

参照已有的设计拟定的结构几何尺寸和材料类型，模拟实际的施工步骤，计算出恒载及活载内力；然后再根据实际情况确定温度、沉降等荷载，计算其产生的内力，并与恒载、活载内力进行正常使用与承载能力组合。

估算出各截面的钢束后，按照一定要求将钢束布置好，重新模拟施工并考虑预应力的作用，计算恒载内力。

由于钢束对几何截面的影响，温度、沉降等内力也需要重新计算，但其与钢束估算时得到的结果差别非常小。

各种荷载作用下的内力计算出来后，需要进行承载能力组合和正常使用组合，以进行截面强度验算、应力验算和变形验算，这是设计的二次组合。

如各项验算均满足要求且认为合理，则设计通过。

如有些截面的有些验算通不过，则需要调整钢束甚至修改截面尺寸后从新计算，直到各项验算均通过为止。

采用悬臂施工的连续梁桥，在施工过程中经历了T型刚构受力状态，合龙后形成连续梁桥，其恒载产生的内力由各施工产生的内力迭加而成。

由于合龙段较短，其产生的内力一般较小。

故T型刚构受力状态为主要部分。

对悬臂施工连续梁桥，合龙后根部负弯矩很大，而中跨跨中恒载弯矩很小。

二期恒载加上以后，根部负弯矩增大，中跨跨中承受相对较小的正弯矩。

因此，截面拟定时，应根据以上弯矩分布特点，增大主梁根部附近断面的抗弯刚度，提高截面下缘的承载能力。

二、设计基本资料

（一）桥梁线型布置

桥面横坡：

2%

桥面纵坡：

2%

（二）主要技术标准

1.设计荷载：

汽车—20级，挂车—120级

2.桥面净宽：

2*0.5（防撞栏）+3*3.7（行车道）

=12（m）

3.桥面铺装：

9cm沥青混凝土

4.温度：

年最大温度25摄氏度，平均温差15摄氏度

构件上、下缘温差5摄氏度

（三）主要材料

混凝土：

预应力混凝土主梁采用50号混凝土，基桩40号混凝土，其它构件40号混凝土。

钢材：

预应力采用270K级低松驰钢绞线（D15.24），标准强度为1395Mpa，Ey=1.9*100000Mpa；普通钢筋直径大于（等于）12mm者采用Ⅱ级螺纹钢筋，直径小于12mm者采用Ⅰ级光圆钢筋。

钢板：

锚头下垫板、灯具连接板等采用低碳刚。

锚具：

采用OVM锚具，采用与其配套型号的千斤顶。

预应力管道：

采用预埋波纹管成型。

支座：

采用GPXZ系统抗震型盆式橡胶支座。

伸缩缝：

伸缩缝采用HXC-120A定型产品，全桥共2道。

（四）桥面铺装

采用9cm沥青混凝土。

（五）施工方式

采用悬臂挂篮现浇施工。

（六）设计规范

《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）

（七）支座强迫位移

边支座：

下沉1cm。

中支座：

下沉1.5cm。

（八）温度影响

主梁上、下温差5。

C。

三、桥型及纵、横断面布置

桥型布置及孔径划分

本桥型选用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构。

全长275m，根据桥下地形，选定主跨跨径为125m。

边跨跨径根据国内外已有经验和文献知应为主跨的0.5-0.8倍。

采用边跨跨径即75m。

则全联跨径为75m+125m+75m.

上部结构根据设计的要求：

净11＋2＊0.5（防撞栏）。

采用单箱单室的箱梁截面，箱宽１2米。

　　　　基础持力层埋置较深，故采用桩基础。

（一）截面形式及截面尺寸拟定

１、截面形式及梁高

采用变截面箱型截面。

支点处梁高为7m，高跨比为Hs/L＝１／１8，跨中处梁高为２.75m，高跨比为　Hc/L＝１／46。

选用箱型截面出于这样几点考虑：

首先，箱型截面整体性好，结构刚度大；其次，箱梁的顶、底板可提供足够的面积来布设预应力钢束可以承受正、负弯矩；另外，抗扭能力强，同时箱型截面能够提供较大的顶板翼缘，底板宽度相应较窄，可大幅度减小下部结构的工程量。

采用变高度主要是适应连续梁内力变化的需要。

２、横截面尺寸

桥面全宽为12。

故采用单箱单室的断面构造。

顶板厚取30cm，跨中底板厚50cm,以便布置预应力束，支点处底板厚1/10-1/12

倍的梁高，取H/10即100m，承托采用50*50，30*90cm和60*60cm。

横隔板设在支点处，板厚取为1m,板上留有人孔，尺寸为145cm*100cm.

３、箱梁底缘曲线方程

（1）中孔

梁底曲线设置为二次抛物线。

梁底曲线方程为：

y=4f（L。

-x）x/（L.*L。

）

式中：

f—梁底曲线矢高，本桥为425cm。

L。

--梁底曲线跨径，本桥为12500-300=12200。

其中，为布设支座，特设置300cm（支承中线每侧150cm）的水平段。

（2）边孔

在支座处分别与中孔梁底缘曲线对称，其余设置直线，即以梁等高275cm过度到边支座。

四．施工要点及注意事项

1.桥梁上部采用挂篮悬臂浇注施工，施工时要对称浇注，应注意立摸高程的合理设置，准确控制悬浇高程，主梁边中跨合拢高差应控制在１cm以内。

2.施工后的主梁备用预应力束孔处理如下：

顶板束孔灌浆封填，底板束孔留下备用，但不穿预应力束。

3.箱梁悬浇施工时在底板上的施工孔不封堵，作为箱梁的通气孔

。

第二部分内力计算与荷载组合

（一）施工方案及施工顺序的确定

连续梁的内力与应力状态，与形成结构的顺序及过程密切相关，不同的施工方案及施工顺序将导致结构产生不同的受力状况。

有时，施工方案将决定一种结构方案是否能够成立。

人们也可以利用一些特殊的施工方案来调整结构的内力分布，使结构处于设计期望状态。

在桥梁的设计初期，施工方案、施工顺序及施工机具应确定好。

对于预应力混凝土连续梁来说。

应考虑以下几点：

1.施工方案：

采用悬臂现浇施工。

2.施工顺序：

先施工两主墩，再对称向两侧悬臂施工。

在两岸搭支架合龙边跨，再合龙中跨形成连续体系。

最后进行桥面铺装工作。

（施工顺序的确定要考虑结构受力的需要，还要考虑施工单位的机具、设备、技术力量及附属工程的进度和桥址处的地质、水文、气象等）

3.挂篮的型式.自重和承载能力。

新浇混凝土的自重是通过挂篮作用在已安装梁体上的。

挂篮的型式决定了其力学计算图示；挂篮的自重对桥梁受力土鳖是施工的状态的受力有影响；挂篮的承载能力决定了每一节段的最大质量。

4.箱梁施工节段的划分。

主要考虑以下因素：

1）挂篮的承载力和抗倾覆稳定性。

从目前国内施工水平来看，挂篮承载力不宜超过2000KN，节段长度不宜超过5m。

2）对于大跨径预应力混凝土连续梁，一般顶板钢束采用大吨位应力群锚体系，集中锚固在腹板承托上。

对于单箱截面，每个断面最多只能有4束锚固位置，否则就要使用齿板或加大断面来满足需要，这样非常的不经济。

根据受力平衡及对称需要。

对于本单箱单室截面，每个断面锚固束只能是2、4或6束。

当梁段划分确定后，顶板束在构造制约下基本就确定了。

3）梁段不宜过短，应满足预应力管道弯曲半径和最小直线段的要求。

4）梁段划分时规格尽量减少，以利于施工。

本桥的节段的划分见图。

最大节段长度4m。

（二）桥梁软件简介

桥梁结构是一种复杂的空间结构。

要精确分析桥梁结构的真实受力，最好把它模拟成梁、板、壳和三维实体单元组成的空间受力模型。

但这种处理方式建模非常的复杂，同时考虑到桥梁荷载的空间三维分布，按此方式计算的工作量是极其浩大的。

对于实际应用的桥梁结构分析软件，必须对计算模型进行合理的简化。

对于桥梁结构而言，最主要的是结构的纵向受力的分析。

考虑到桥梁的跨宽比一般较大，将纵向分析模型近似处理为杆件系统是切实可行的方法。

常用的桥梁软件就是在杆系有限元通用程序的基础上，根据桥梁工程的构造、施工、设计特点而开发的专用软件。

本次设计采用桥梁博士系统，此系统是一个集数据处理.数据库管理.结构分析.打印与帮助为一体的综合性桥梁设计与施工计算系统。

对于直线桥梁：

能够计算钢筋混凝土、预应力混凝土、组合梁以及钢结构的各种结构体系的恒载与活载的各种线性与非线性结构响应，其中非线性的包括结构的几何非线性以及受轴的力构件的压弯非线性和索构件的垂度引起的非线性影响，结构混凝土的收缩徐变非线性影响以及钢筋混凝土、预应力混凝土中普通钢筋对受缩徐变的非线性影响，组合构件截面不同材料对收缩徐变的非线性影响以及结构在非线性温度场作用下的结构与截面的非线性影响；对于带索结构可根据用户要求计算各索的一次施工张拉力或考虑活载后估算拉索的面积和恒载的优化索力；活载的类型包括公路汽车、挂车、人群、特殊活载、特殊车列、铁路中活载、高速列车和城市轻轨荷载。

可以按照用户的要求对各种构件和预应力钢束进行承载能力极限状态和正常使用极限状态及施工阶段的配筋计算或应力和强度验算，并根据规范限值判断是否满足规范。

（三）结构计算图式的确定

在使用杆系程序分析结构前，必须对桥梁结构进行离散化，建立结构计算图式。

结构离散化是结构分析重要的一环，必须遵循以下原则：

1）保证体系的几何不变性。

这一点在较复杂的施工体系转换中尤其应注意。

同时也应避免与结构受力的多余约束；2）计算模型应尽量符合结构的构造特点和受力特点，对于零号块的处理、支座的处理、基础的模拟应慎重考虑；3）在合理模拟保证精度的前提下，尽量减少节点数目，以缩小计算的规模。

应在以下位置划分节点：

1）构件的转折点和截面的变化点；2）施工分界点、边界处及支座处；3）需验算或求位移的截面处。

单元、节点编号是，应尽量使单元两侧节点号之差最小，这样可使形成的总刚矩阵带宽最小，从而节省储存量和减少运算量。

本示例的单元划分，每一个施工节段自然划分为一个单元。

这样便于模拟施工过程，而且这些截面正是需要验算的截面。

另外，在支座、临时支座和一些构造变化位置相应增设了几个单元。

这样全桥从左至右顺序划分成90个单元，91个截面。

（四）施工阶段模拟

施工方案及单元划分确定后，就可模拟实际施工过程，计算出各阶段内力，得到桥梁的最终恒载内力。

输入相关信息后，桥梁博士能逐段形成结构体系，自动完成施工阶段静力体系的转换，逐步向前推进，最终获得结构的总效应。

首先进行施工分析包括划分施工阶段、确定施工周期、施工杆件的拼装与拆除、结构外部边界与内部约束描述、钢束的操作、加载过程的分析。

荷载分析：

永久荷载为一旦作用在结构上，其大小、方向和作用位置就不再发生变化的荷载，临时荷载为当前阶段作用在结构上，下一阶段自动撤离的荷载。

撤离即在当前结构上施加一反向永久荷载，如中跨合龙使用的挂篮，合龙后将撤离；移动荷载为一种特殊的临时荷载，主要用来模拟挂篮荷载，其大小在全桥施工过程中保持不变，但位置随施工过程而变化。

根据桥梁博士系统的原理，将一个施工阶段模拟为：

1）挂篮前移；2）浇筑混凝土；3）张拉预应力钢束。

二．全桥施工阶段的划分

1．为了方便全桥的施工分段，更好地根据起吊重量来划分，特用程序将划分的梁

的单元的截面特性和单元重量计算出来，具体结果见表1：

截面特性及单元重量计算结果表表1

单元号左梁高左面积左单位重右梁高右面积右单位重单元重量

12.759.382342.759.38234281

22.759.382342.759.38234938

32.759.382342.759.38234938

42.759.382342.759.38234774

52.759.382342.89.46237942

62.89.462372.889.59240952

72.889.592402.989.76244967

82.989.762443.119.97249986

93.119.972493.2510.2255882

103.2510.22553.4110.5261904

113.4110.52613.5810.8269928

123.5810.82693.7711.1277905

133.7711.12774.011.5287936

144.011.52874.2712.0300974

154.2712.03004.5612.63141.02e+03

164.5612.63144.8713.23301.07e+03

174.8713.23305.1613.8345945

185.1613.83455.4614.5362990

195.4614.53625.7815.23801.04e+03

205.7815.23806.0815.9397971

216.0815.93976.3916.64151.02e+03

226.3916.64156.717.4434977

236.717.44347.018.1453976

247.018.14537.018.1453679

257.018.14537.018.1453679

267.018.14536.717.4435977

276.717.44356.3916.7418981

286.3916.74186.0716.04001.02e+03

296.0716.04005.7715.3384980

305.7715.33845.4514.73661.05e+03

315.4514.73665.1414.03501.00e+03

325.1414.03504.8613.4335960

334.8613.43354.5412.83191.09e+03

344.5412.83194.2512.23051.04e+03

354.2512.23053.9911.7292991

363.9911.72923.7511.2280950

373.7511.22803.5310.8270914

383.5310.82703.3410.4261930

393.3410.42613.1710.1253900

403.1710.12533.039.87247875

413.039.872472.929.67242855

422.929.672422.839.52238839

432.839.522382.779.41235946

442.779.412352.759.37234939

452.759.372342.759.38234234

462.759.382342.759.37234234

472.759.372342.779.41235939

482.779.412352.839.52238946

492.839.522382.929.67242839

502.929.672423.039.87247855

513.039.872473.1710.1253875

523.1710.12533.3410.4261900

533.3410.42613.5310.8270930

543.5310.82703.7511.2280914

553.7511.22803.9911.7292950

563.9911.72924.2512.2305991

574.2512.23054.5412.83191.04e+03

584.5412.83194.8613.43351.09e+03

594.8613.43355.1414.0350960

605.1414.03505.4514.73661.00e+03

615.4514.73665.7715.33841.05e+03

625.7715.33846.0716.0400980

636.0716.04006.3916.74181.02e+03

646.3916.74186.717.4435981

656.717.44357.018.1453977

667.018.14537.018.1453679

677.018.14537.018.1453679

687.018.14536.717.4434976

696.717.44346.3916.6415977

706.3916.64156.0815.93971.02e+03

716.0815.93975.7815.2380971

725.7815.23805.4614.53621.04e+03

735.4614.53625.1613.8345990

745.1613.83454.8713.2330945

754.8713.23304.5612.63141.07e+03

764.5612.63144.2712.03001.02e+03

774.2712.03004.011.5287974

784.011.52873.7711.1277936

793.7711.12773.5810.8269905

803.5810.82693.4110.5261928

813.4110.52613.2510.2255904

823.2510.22553.119.97249882

833.119.972492.989.76244986

842.989.762442.889.59240967

852.889.592402.89.46237952

862.89.462372.759.38234942

872.759.382342.759.38234774

2．横隔板重量的计算

支点横隔板重：

Q1=[（4.5-2*0.6）*（7-0.25-0.8）-0.45*0.15-0.2*0.2-1.5*1.5]*1.2*26=404kN

3．桥面铺装和防撞护栏每米重量计算

q=0.075*1*7.5*21+0.1*7.5*23+5.55=34.6kN/m

4．主跨施工分段（100t起吊能力）

墩顶24、25、66、67单元作为第一施工段施工完成；

第二段23266568单元，2.2m,梁段重量：

976kN

第三段22276469单元，2.3m,梁段重量：

977kN

第四段21286370单元，2.5m,梁段重量：

1020kN

第五段20296271单元，2.5m,梁段重量：

971kN

第六段19306172单元，2.8m,梁段重量：

1040kN

第七段18316073单元，2.8m,梁段重量：

990kN

第八段17325974单元，2.8m,梁段重量：

945kN

第九段16335875单元，3.32m,梁段重量：

1070kN

第十段15345776单元，3.32m,梁段重量：

1020kN

第十一段14355677单元，3.32m,梁段重量：

974kN

第十二段13365578单元，3.32m,梁段重量：

936kN

第十三段12375479单元，3.32m,梁段重量：

905kN

第十四段11385380单元，3.5m,梁段重量：

928kN

第十五段10395281单元，3.5m,梁段重量：

904kN

第六段9405182单元，3.5m,梁段重量：

882kN

第七段8415083单元，4m,梁段重量：

986kN

第八段7424984单元，4m,梁段重量：

967kN

第九段6434885单元，4m,梁段重量：

952kN

第十段5444786单元，4m,梁段重量：

942kN

5．边跨施工；

1、2、3．4单元和87、88、89，90单元在边跨合拢时采用满堂支架先浇，

主跨及边跨施工分段见图4。

全桥共分90个单元、91个节点，其中两个边跨各有23个单元，中跨有20个单元，再后面的恒载、活载、施工及验算等内力的计算时，代入程序的单元划分形式都以以上这种划分方式填写数据文件。

主跨施工分段

边跨施工分段

图4主梁施工分段

一．恒载内力计算

全桥主要施工阶段如图：

．

桥面铺装阶段：

桥面铺装、人行道板等桥面系安装完毕大桥建成后的全桥恒载内力如表所示。

桥面铺装阶段内力计算结果表表2

节点号轴力剪力弯矩水平位移竖向位移转角位移

110.04.47e-10-1.67e-104.99e-03-7.14e-045.98e-04

22.00e+04516-1.87e+044.9e-030.05.76e-04

222.00e+043.21e+03-1.87e+044.9e-030.05.76e-04

32.00e+04-2.05e+03-8.26e+034.42e-031.8e-033.53e-04

332.00e+042.05e+03-8.26e+034.42e-031.8e-033.53e-04

42.01e+04-893-2.47e+033.93e-032.99e-032.57e-04

442.01e+04893-2.47e+033.93e-032.99e-032.57e-04

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