预应力混凝土连续箱梁桥设计毕业设计论文.docx
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预应力混凝土连续箱梁桥设计毕业设计论文
预应力混凝土连续箱梁桥设计毕业设计论文
郑州大学毕业设计（论文）
题目：
三跨预应力连续箱梁桥设计（3X30m）
学生姓名：
学号：
专业：
水利水电工程（道路桥梁方向）
院（系）：
水利与环境学院
完成时间：
摘要1
0绪论3
1设计基本资料7
1.1.工程概况7
1.2.设计标准7
1.3.桥梁设计7
2设计要点及结构尺寸拟定11
2.1设计要点11
2.2结构尺寸的拟定13
3主梁作用效应的计算16
3.1
自重作用效应的计
16
3.2汽车荷载的效应2637
3.4支座沉降的计算39
3.5内力组合40
4预应力钢筋的估算与布
60
4.1钢束的估算60
61
4.3主梁净、换算截面几何特性计算63
65
5预应力损失及有效预应力计算
5.1基本理论
65
05束后主梁内力组会
78
7截面强度验算
84
7.1基本理论84
7.2计算公式85
8抗裂验算
92
&1《公预规》要求
92
8.2抗裂计;
93
106
9持久状况构件的应力验算
106
9.1正截面混凝土压应力验算
9.2预应力筋拉应力验算
108
9.3混凝土主压应力验:
110
118
10.1预加应力阶段的应力验算
118
10短暂状况构件的应力验算
120
10.2吊装应力验算
致谢122
参考文献124
126
外文文献翻译
连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型，它不但具有可靠的强度,刚度及抗裂性，而且具有行车舒适平稳,养护工作量小，设计及施工经验成熟的特点。
设计一座梁桥必须从桥跨布设，尺寸拟定，钢束布置以及施工方法等方面综合考虑，还要充分考虑设计参数和环境影响。
本设计是三联连续梁桥，横截面形式为四片单箱单室预制箱型梁,；施工方式是先简支后连续施工的连续梁桥。
该设计首先进行恒载、活载及次内力的计算，在此基础上进行荷载组合，绘制弯矩和剪力包络图；其次,根据短期效应组合配置预应力钢筋，并进行预应力损失的计算；最后，对该连续梁桥进行验算，是否满足设计要求。
关键词：
设计连续梁桥先简支后连续预应力
Abstract
Thecontinuousbeambridgeisakindofbridgetypeusedwidelyontheproject.Itnotonlyhasareliablestrength,stiffnessandcracking,butalsohasasmoothjourneycomfortable，conservationworkonthedesignandconstruetionexperienceofthecharacteristicsofmaturity.Designabridgemustbelaidacrossfromthebridge-laying,thesizeofthedevelopment,steelbeamlayoutandconstruetionmethods,butalsogivefullconsiderstiontothedesignparametersandenvironmentaiimpact.Thisisadesignforathree~spancontinuousbridge,whosecross-sectionisone~compartment,andnochangingontheroaddirection,construetedbyafterafirstsimply-supported.Thefirstdesignincludesconstantload,theliveloadandthecalculationoftheinternalforces.Onthebasisofaloadcombination,wecandrawmomentandshearenvelopemap.Next，accordingtotheshort-termeffectcombinationdispositionprestressedreinforcement,andcarriesonthelossofprestressthecomputation.Finally,carriesonthecheckingcalculationtothiscontinuousbridge,whethertosatisfythedesignrequirements.
KeyWords:
design;continuousbridge;afterafirstsimply-supported;prestress
0绪论
0.1预应力混凝土连续梁桥概述
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。
本章简介其发展：
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，使其不能有效地釆用高强度材料，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O
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、带较或带挂梁的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釆用满堂支架法，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40-200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，形成一种连续一刚构体系。
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，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一刚构体系，尽可能不釆用养护调换不易的大吨位支座。
（3）充分利用时间的时间价值，釆用先简支后连续的施工方法，可以大大的加快工程的施工进度。
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、连续一刚构等箱形截面上部结构的比较可见：
连续一刚构体系的技术经济指针较高。
因此，从这个角度来看，连续一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。
0.2毕业设计的目的与意义
毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。
设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。
本次设计为（3X30）m预应力栓连续梁，桥面净宽10.5m,分为两幅,设计时只考虑单幅的设计。
梁体釆用由四片梁组成的单箱单室箱型截面，
由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以结合有限元分析软件一MIDAS进行，这样不仅提髙了效率，而且准确度也得以提髙。
1设计基本资料
1.1.工程概况
本设计为河南省洛阳市国道3利新区新建公路工程K2+825处实际大桥，本工程全线采用路基宽26米双向四车道一级公路标准，设计时速为80公里/小时。
为了便于施工，上部结构为采用通用跨径30m装配式预应力混凝土连续箱梁。
1.2.设计标准
设计荷载：
公路
设计洪水频率：
1/100
桥面净宽:
2X10.5米;
1.3.桥梁设计
1.3.1桥梁方案的确定
1.3.1.1桥孔设计
大桥设计以适用、安全、经济、协调和美观为原则，在选择孔径时还根据本地区在自然条件、材料供应和地质情况以及施工要求的使用效果、与自然景观是否协调等综合考虑，做到技术可行经济合理，并尽量做到标准化、系列化和施工机械化。
本项目山区段桥梁密度很大桥孔布置时，通盘考虑桥孔附近的其他
!
筑物，防止个建筑物之间的距离太近，避免造成路基压实时作业面过
小、近距离多处桥头跳车现象。
1.3.1.2桥梁结构形式
本段内桥梁上部结构形式装配式部分预应力混凝土连续箱梁，先简支后连续；下部结构根据不同情况采用柱式墩，桥台釆用桩柱式或肋板式台，钻孔灌注桩基础。
根据墩高桥梁的桩径尺寸类型尽量一致，以方便施工。
1.3.2主要材料
1.3.2.1混凝土
预制箱梁、现浇接头、湿接缝、调平层均采用C50号混凝土桥墩桥台中除承台、系梁、肋身、桩基础采用C25混凝土外，其余均采用C30混凝土。
1.3.2.2钢材
1）低松弛高强度预应力钢绞线采用符合GB/T5224-2003规定，单
根钢绞线直径15.2mm,公称面积140nun-,标准强度=1860MPa,弹性
=1.95xlO5MPao
2）一般钢筋直径d^l2mm者为HRB335热轧螺纹钢，直径d<12mm者采用R235钢筋，R235,HRB335钢筋其规格和技术标准分别符合
GB1310-91和GB1499-89之规定。
3）钢板釆用符合GB700-98规定的Q235钢板。
4）锚具及管道成孔：
预制箱梁及顶板负弯矩钢束锚具采用OVM型
或其他型号锚具及其配套张拉设备、管道成型采用钢波纹管。
5）支座：
箱梁采用符合交通部行业标准JT/T4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》之规定的GYZ和GYZF斗系列产品。
6）伸缩缝：
釆用D80型钢缝及D160型模数式伸缩缝装!
7）防水层：
桥面防水层釆用路桥用水性沥青防水涂料。
8）桥梁两侧均釆用钢筋混凝土墙式护栏。
1.3.3设计要点
1）平面布置：
桥墩采用径向布置（设计线长为标准跨径），桥台背
墙线平行梁端布置，对于同一跨桥尽量采用同一预制梁长，通过梁染之间的现浇接缝在长度变化解决径向布置内弧外弧不等长的问题，设计保证梁梁之间地现浇接头最小长度20mm左右。
2）弦弧差在调整：
同一跨内预制梁为平行布置，梁边缘与曲线之间
存在着差值（弦弧弓形高），调整外缘的距离形成平面线形。
3）墩顶湿接着的处理：
由于径向布设桥墩及同一孔内预制梁长相同，形成桥墩处相邻孔预制梁端梯形开口，造成墩顶湿接着的长度不等,设计时逐墩逐梁详细提供现浇接头在长度，并给出由此引起变化的图纸，如：
临时支座布置图、墩顶现浇接头配筋图等。
4）由于同样的原因，各片梁下临时支座距盖梁边缘的距离不等，设
计时已根据不同情况对个别墩盖梁的宽度予以调整。
5）桥面横坡的形成：
由于桥梁处于不同的平曲线上，各墩台盖梁顶的横坡不同，有的还可能相差很大，但同一跨内梁的横坡必须为一定值,设计时取该孔梁相邻墩台横坡的平均值。
30跨径箱梁通用图在设计时按
底板平坡、顶板横坡为2%设计，为了形成桥面横坡，通过梁底预埋钢板、支座垫石现浇调平层（控制原则：
最薄10cm高）共同调整来形成桥面横坡，设计时保证支座顶面底面水平。
各桥在设计时均考虑了路线纵坡横坡的影响给出了梁底板的具体尺寸及厚度、垫石顶面标高及临时支座位置。
6）在墩、台挡块内侧、背墙与预制梁对应位置及可能发生构件刚性
碰撞的位置设置橡胶缓冲块。
7）位于超高段上有梁应注意泄水管位置的改变。
8）为减少桥头跳车，桥台后均设钢筋混凝土搭板。
当台背填土髙度
时，搭板长8m；填土高度〈6m时，搭板长度6m。
2设计要点及结构尺寸拟定
2.1设计要点
上部结构为3跨预应力混凝土连续箱梁，采用先简支后连续的施工方法，即釆用如下施工方法:
1）预制简支箱梁，吊装到位。
2）浇筑墩顶连续段接着混凝土，达到强度后张拉负弯矩区预应力刚
束并压注水泥浆。
3）再拆除临时支座完成体系转换。
4）完成主梁横向接缝浇注。
5）
时行护栏和桥面铺装的施工。
表2T基本数据
名称
项目
符号
单位
数值
主梁
混凝土
立方体强度标准值
fcitk
MPa
50
弹性模量
3.45x10’
轴心抗压强度标准值
fck
32.4
轴心抗拉强度标准值
ftk
2.65
轴心抗压强度设计值
fed
22.4
轴心抗拉强度设计值
ftd
1.83
短暂
状态
极限压应力
0・75&
MPa
20.72
极限拉应力
0-75/；
1.757
持久
压应力极限值：
MPa
名称
项目
符号
单位
数值
状态
极限压应力
0.5几
16.2
极限主压应力
0・6几
19.44
拉应力极限值
1.855
短期效应组合极限主拉应
0.7几
1.855
长期效应组合极限拉应
力
0
015.2
钢绞线
标准强度
fpk
MPa
1860
弹性模量
Ep
1.95X1O3
抗拉设计强度
fed
1260
最大张拉控制应力
（）・75几
1395
持久状态应力
标准荷载组合
0仏
MPa
1209
材料重
度
钢筋混凝土
/i
kN/m3
25.0
沥青混凝土
Yi
23.0
钢绞线
/3
78.5
钢弹性模量与混凝土弹性模量
之比
%
5.56
2.2结构尺寸的拟定
2.2.
结构的横向尺寸
由于本项目釆用的是通用30跨径，使用较高的截面会使整个工程比较经济，所以单向桥面釆用四片箱梁，从左至右分别编号1、2、3、4,另分别在跨中、端截面、1/4跨处设横梁，梁的内截面从1/4跨处至端截面线性渐变，桥面横断面及具体尺寸如图2-1：
500100010500500
图2-1主梁横断面布置图（单位尺寸：
cm）
2.2.2结构的纵向尺寸设计
/由于釆用先简支后连续的施工方法，须在第一阶段简支梁桥施工时在桥梁的两端设置临时支座，设临时支座距离桥墩中心线70cm,则简
支梁桥时，桥的设计跨径为28.60mo当连接成连续桥时中跨的为30m,边跨为29.30m
2.2.3截面的几何特性计算
截面的具体尺寸如下图所示:
图2-2箱型梁横断面尺寸
利用AutoCAD及Midas软件能较为精确的计算出截面的几何特
性值，如表2-1所示：
截面位置
截面积A
（mm2）
截面惯矩I
缶）
中性轴高度
缶）
预制中梁
跨中
1.10390
0.349160
0.97626
支点
1.40510
0.410358
0.92914
预制边梁
跨中
1.20829
0.372248
1.01618
支点
1.50185
0.449934
0.96172
成桥中梁
跨中
1.22270
0.379994
1.02845
支点
1.50902
0.444956
0.97026
成桥边梁
跨中
1.26769
0.387642
1.06837
支点
1.56125
0.467238
1.00284
3主梁作用效应的计算
3.1自重作用效应的计算
本桥使用的是先简支后连续的施工方法，施工主要有以下几个步骤：
1）第一施工阶段，为主梁的预制阶段，待混凝土达到设计强度的90%
后张拉正弯矩区的预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制梁安装到位，形成由临时支座支撑的简支体系。
2）第二施工阶段，先浇注两跨之间接头处的混凝土，待达到设计强
度后张拉负弯矩区预应力钢束，压注水泥浆。
3）第三施工阶段，拆除全部临时支座，主梁支撑在永久支座上，完
成体系转换，再完成主梁横向现浇接缝，最终形成三跨连续梁的空间结构体系。
4）第四施工阶段，完成护栏和桥面铺装的施工。
5）由施工阶段可知，结构的自重是分阶段进行的，主要包括第一施
工阶段结构自重的荷载集度®，成桥后第一施工阶段自重的增量g结构的二期作用自重幻。
针对桥面的特点将空间结构简化为平面结构进行计算，只考虑单片梁的结构体系转换，把结构自重效应平均分到每片梁上，而在进行汽车作用效应计算时考虑荷载的横向分布系数。
3.1.1结构自重作用荷载集度计算
3.1.1.1预制箱梁一期结构自重作用荷载集度（gj：
中梁:
[12x1.10390+17.6x（l.l0390+1.40510）/2+4x0.2x（1」035+0.7357）]x25gl=
29.6
=31.153KN/也
边梁:
gi=
[12x1.20829+17.6x（1.20829+1.50815）/2+4x0.2x（1」035+0・7357）]x25
29^6
=33・876KN/m
3.1.1.2成桥后箱型一期结构自重作用荷载集度增量J
预制梁计入每片梁间现浇桥面板及横隔梁湿接缝混凝土后的自重
作用荷载集度即为成桥后箱型梁一期结构自重作用荷载集度增量。
中梁
△g]=2x
（0.18x0.33x29.6+0.115x0.125x0.2x4）x25
29^6
=2.989KN/m
边梁
△gi
（0.18x0.33x29.6+0.115x0.125x0.2x4）x25_〔
29^6■m
3.1.1.3二期结构自重作用荷载集度（gj
桥面铺装釆用10cm沥青混凝土铺装，且铺装成宽11m,沥青混凝
土重度为24kN/m3,8cm厚C40混凝土调平层，桥面横坡已通过主梁和桥
墩调整成2%,另外一侧护栏按每米延长0.30m3混凝土计，混凝土重度
按25kN/m3,因桥横向由4片梁组成，则每片梁承担的全部二期永久作用
的1/5。
3.1.2内力计算
本桥为先简支后连续的连续梁，施工过程中包含了结构体系转换,所以结构自重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来然后进行内力叠加。
第一施工阶段，结构体系为简支梁结构，自重作用荷载为创
第二施工阶段，由于两跨接头较短，混凝土重量较小，其产生的内力较小，且会减小跨中弯矩，姑忽略不计
第三施工阶段，结构体系以及那个转变为连续梁，因临时支座间距较小，故忽略临时支座移除产生的效应，自重作用荷载仅为翼缘板和横隔梁接头重力，即心|
第四施工阶段，结构体系为连续梁，自重作用荷载为桥梁二期自重作用荷载，即◎
3.1.2.1第一施工阶段结构自重作用效应内力
计算简图如右：
由结构力学知识可以计算出跨中、1/4截面、端截面的内力，各截
面从左至右分别编号0,1/4,1/2,3/4,1,内力如下表3-1：
图3-1第一施工阶段计算模型
表3-1第一阶段施工内力
中梁
截面
0
1/4
1/2
3/4
1
弯矩
（kNm）
0
2558.907
3411.877
2558.907
0
剪力（kN）
461.064
230.532
0
230.532
461.064
边梁
截面
0
1/4
1/2
3/4
1
弯矩
（kNm）
0
2782.575
3710.100
2782.575
0
剪力（kN）
501.365
250.682
0
250.682
501.365
注：
该表格内计算数据有结构力学求解器所求
3.1.2.2第三施工阶段的效应
第三施工阶段通过浇湿接缝完成桥面的横向连接，此期荷载增量乂|
假定均匀分配给四片梁，计算模型如图3-2
H
V^7^7797Z77^^77
图3-2第三施工阶段计算模型
此阶段中跨梁的计算跨径为30m,边跨的计算跨径为29.86m,长度
相差不大，都取为30m计算。
通过结构力学求解器软件可方便的求得第
三施工阶段外力作用下结构产生的弯矩图
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