简支箱型桥梁设计.docx

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简支箱型桥梁设计

题目：

五跨预应力连续箱梁设计（5*30m）

指导教师：

吉俊

职称：

讲师

学生姓名：

倪传志

专业：

土木工程

院（系）：

建筑工程学院

完成时间：

年月日

 目  录 

目  录 ............................................................................................................................................ 1 摘  要 ............................................................................................................................................ 3 绪  论 ............................................................................................................................................ 4

1  设计基本资料 .......................................................................................................................... 7 

工程概况 ........................................................................................................................... 7 

设计标准 ........................................................................................................................... 7 

桥梁设计 ........................................................................................................................... 

7 2  设计要点及结构尺寸定 ...................................................................................................... 9 

设计要点 ........................................................................................................................... 9 

结构尺寸的拟定 ............................................................................................................. 10

 3  主梁作用效应的计算 ............................................................................................................ 13 

 自重作用效应的计算 .................................................................................................... 13

 汽车荷载的效应和人群荷载效应 ................................................................................. 19

 温度应力及支座沉降内力计算 ..................................................................................... 28 

内力组合 ......................................................................................................................... 30 

4  预应力钢束的估算及布置 .................................................................................................... 39 

采用部分预应力混凝土设计，以边梁计算为例 ......................................................... 39 

钢束的布置 ..................................................................................................................... 40 

主梁净、换算截面几何特性计算 ................................................................................. 44 

5  预应力损失及有效预应力计算 ............................................................................................ 46 

 基本理论 ........................................................................................................................ 46 

预应力损失计算 ............................................................................................................. 46 

6  配束后主梁内力计算及内力组合 ........................................................................................ 58 

7  截面强度验算 ........................................................................................................................ 66 

基本理论 ......................................................................................................................... 66

 计算公式 ......................................................................................................................... 66 

8  抗裂验算 ................................................................................................................................ 70 

《公预规》要求 .............................................................................................................. 70

 抗裂计算 ......................................................................................................................... 70 

9  持久状况构件的应力验算 .................................................................................................... 81 

正截面混凝土压应力验算 ............................................................................................. 81 

预应力筋拉应力验算 ..................................................................................................... 84 

混凝土压应力验算 ......................................................................................................... 85 

10  短暂状况构件的应力验算 .................................................................................................. 93 

预加应力阶段的应力验算 ........................................................................................... 93

 吊装应力验算 ............................................................................................................... 94 

致  谢 .......................................................................................................................................... 96 参考文献 ...................................................................................................................................... 97 

附  录  英语翻译 ...................................................................................................................... 98

摘要

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。

设计一座桥梁必须从桥跨布设，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。

本设计是五跨连续梁桥，截面形式为四片单箱单室预制箱型梁，纵向横截面；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

Thecontinuousbeambridgeisakindofbridgetypeusedwidelyonthenotonlyhasareliablestrength,stiffnessandcracking,butalsohasasmoothjourney

comfortable,conservationworkonthedesignandconstructionexperienceofthecharacteristicsofabridgemustbelaidacrossfromthebridge-laying,thesizeofthedevelopment,steelbeamlayoutandconstructionmethods,butalsogivefullconsiderationtothedesignparametersandenvironmentalisadesignforafive-spancontinuousbridge,whosecross-sectionisone-compartmentandnochangingontheroaddirection,constructedbyafterafirstfirstdesignincludesconstantload,theliveloadandthecalculationoftheinternalthebasisofaloadcombination,wecandrawmomentandshearenvelope,accordingtotheshort-termeffectcombinationdispositionprestressedreinforcement,andcarriesonthelossofprestressthe,carriesonthecheckingcalculationtothiscontinuousbridge,whethertosatisfythedesignrequirements.

KeyWords:

design;continuousbridge;afterafirstsimply-supported;prestress

绪论

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—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—刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。

3） 充分利用时间的时间价值，采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—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。

  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（5×30）m预应力砼连续梁，桥面净宽，分为两幅，设计时只考虑单幅的设计。

梁体采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—MIDAS进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。

本次设计的预应力混凝土连续梁采用先简支后连续法施工。

1  设计基本资料 

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。

设计标准 

设计荷载：

公路—Ⅰ级；  设计洪水频率：

1/100； 桥面净宽：

2×米； 人群荷载 m2 。

桥梁设计 

桥梁方案的确定 

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建筑物，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。

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，桥台采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。

主要材料 

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、肋身、桩基础采用C25混凝土外，其余均采用C30混凝土。

2） 钢材：

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，公称面积1402mm，标准强度pkf=1860MPa，弹性模量PE；一般钢筋直径d≥12mm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；钢板采用符合GB700-98规定的Q235钢板。

3） 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。

4） 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4GYZF系列产品。

5） 伸缩缝：

采用D80型钢缝及D160型模数式伸缩缝装置。

 6） 防水层：

桥面防水层采用路桥用水性沥青防水涂料。

 7） 桥梁两侧均采用钢筋混凝土墙式护栏。

 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。

 由于