40m+60m+40m连续箱梁毕业设计.docx

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40m+60m+40m连续箱梁毕业设计

40m+60m+40m连续箱梁毕业设计

1.桥梁设计方案和比选

1.1设计说明

1.1.1任务依据和设计范围

（1）任务依据

所选桥位的地质图。

（2）设计论文原始资料

桥位地形图、地质勘察资料；

（3）设计荷载：

公路级：

车道荷载。

单幅桥宽：

总宽12m＝2×3.75+3.5+2×0.5（防撞护栏）；

（4）材料：

混凝土：

上部结构C50，下部结构C25；

钢材：

1）普通钢筋：

Ⅰ级（构造筋）、Ⅱ级（受力筋）；

2）预应力钢筋：

钢绞线f1860（OVM锚）；

3）Q235钢；

其他：

自定（如温度变化、支座位移等）。

1.1.2地质资料

自上而下土层分别为：

（1）亚砂土：

灰色，含少量腐植物。

厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。

（2）中砂：

灰色，主要成分为石英，长石及云母。

厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。

（3）亚粘土：

深灰色，刀切面光滑。

厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。

（4）中砂：

灰色，主要成分为石英，长石，云母。

厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。

（5）亚粘土：

深灰色，刀切面光滑。

厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。

（6）含砾中砂：

灰色，主要成分为石英，长石及云母，砾径最大为8cm，呈棱角状。

厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。

1.2桥梁方案比选

1.2.1总体布置

本桥拟采用四跨一联的预应力混凝土连续箱形梁桥。

总长为140米。

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0.5—0.8倍，本设计其跨度组合为：

（40+60+40）米。

符合以上原理要求

1.2.2拟定方案并进行方案比选

本设计桥梁的形式可考虑拱桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。

从实用、安全、经济、美观、环保以及占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。

桥梁设计原则：

（1）实用性。

桥梁必须实用，要有足够的承载力。

能保证行车的畅通、舒适和安全。

既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。

要能满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业等等。

（2）安全性。

桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。

（3）经济性。

在社会主义市场经济体制的今天，经济性是不得不考虑的重要因素。

在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以最少的投入获得最好的效果。

（4）美观性。

在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。

桥梁的外形要优美，要与周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。

（5）环保性。

随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出了更高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保证顺利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。

应根据上述原则，对桥梁作出综合评估：

（1）梁桥：

梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。

预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。

预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：

（a）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；

（b）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；

（c）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；

（d）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；

（e）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；

（f）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；

（7）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。

简支梁：

目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。

简支梁受力明确，因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。

连续梁：

连续梁结构可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。

从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。

但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。

（2）拱桥：

拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。

由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。

如在均布荷载q的作用下，简直梁的跨中弯矩为ql2/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。

由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。

石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。

由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。

对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。

梁拱组合

（3）方案比选及截面形状选定:

（a）由上述条件可知，根据本设计具体的情况，因地基为软土，制作拱桥难度较大，放弃拱桥方案。

简支梁与连续梁相比虽然结构简单施工方便，但其建成后连续性不强，行车不如连续梁平稳，美观方面不如变截面连续梁的美观。

（b）梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。

连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。

景观效果好。

该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。

组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。

双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。

但从桥下看,美观效果稍差。

虽然从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低，但桥面板需现浇施工增加现场作业量，工期也相应延长，并且徐变变形大，存在着后期维修养护工作量大的缺点。

槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区（上翼缘）压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。

同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。

T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。

该方案建筑结构高度高，由于梁底部呈网状,景观效果差。

预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。

相比之下，单箱梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。

因此，结合工程特点和施工条件综合考虑，本设计选择连续箱型梁。

（4）下部结构:

桥墩类型有实体桥墩、空心桥墩、框架墩、柱式桥墩等。

实体重力式桥墩是一实体圬工墩，主要靠自身的重力平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。

此种桥墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。

实体轻型桥墩可用于混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成，此结构显著减小了圬工体积，但其抵抗冲击力的能力较差，不宜用在流速大并且有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰块、漂流物撞击的河流中，一般用于小跨径的桥梁上。

空心桥墩有两种：

一种为部分镂空实体桥墩，另一种为薄壁空心桥墩。

其特点是轮廓体型较大，多圬工材料少钢筋。

不利于桥下流水通过。

框架式桥墩给桥梁建筑增添了新的艺术造型，改变了桥墩原先的笨拙形象，使桥梁结构造型更加轻巧美观，同时使桥梁的跨越能力提高，缩短了主梁的跨径，降低了梁高。

但是其结构比较复杂，施工比较麻烦。

柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式。

它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，桥下通视情况良好。

2.上部结构的设计计算

2.1尺寸拟定

2.1.1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。

2.1.2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、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；但是双室式存在一些缺点：

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单室。

2.1.3梁高与细部尺寸

（1）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1/15—1/20之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/30—1/50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。

本设计采用变高度的直线梁。

根据《桥梁设计常用数据手册》第481、482页关于截面细部尺寸的规定：

支点处：

H=（～）L，跨中H=（～）L

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，底板一般为25-100cm（变厚），顶板25-30cm（等厚），腹板一般为30-80cm（变厚）。

确定支点处梁高为3.5m，跨中梁高为1.8m。

取底板厚跨中为40cm，支点处为60cm；顶板厚为30cm；腹板取跨中为50cm，支点处为75cm。

（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梁而只在支座处设置支承横隔梁。

因此本设计只在支点处设置实心横隔梁。

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：

图2.1中跨跨中截面（单位为cm）

图2.2支点处截面（单位为cm）

2.2荷载内力计算

对结构进行受力分析时应对主梁进行分单元。

本桥全长140米，全梁共分74个单元，一般梁段长度为2.0m。