桥梁工程连续梁连续钢构毕业设计计算书及桥梁工程方案比选.docx

1、桥梁工程连续梁连续钢构毕业设计计算书及桥梁工程方案比选第一章 概述1.1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

2、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

3、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

4、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

5、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充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工

6、方法的特点加快施工进度。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标。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

7、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。本次设计为（70+125+70)m预应力混凝土连续梁，桥宽为12。25m，分为两幅，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用单箱单室箱型截面，全梁共分80个单元，单元长度分别有4。6m、4。5m、4m、3.5m、2m、1。25m、0。75m。由于多跨连续梁桥的受力特点，支点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度梁，按

8、二次抛物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻,还增加了桥梁的美观效果。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,所以采用桥梁博士软件进行,这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。1。2技术标准1、设计桥梁的桥位地型及地质图一份. 2、设计荷载:公路-级3、桥面宽度:：2（0。5+净11。250。5）4、抗震烈度： 7级烈度设防 5风荷载：500Pa 6、通航要求：无 7、温度：最高月平均温度34 最低月平均温度-3 施工温度10 8。 纵坡： 2 横坡:210桥头引道填土高度：=4米 1。3地质条件该处地质条件较好,地面上为黄土，再往下为碎石，再往下为中砂,再往

9、下为粉砂岩。图1.1 地形图1.4采用材料混凝土：C50混凝土混凝土桥面铺装材料：C40混凝土预应力钢筋:270级钢绞线（15。24) 非预应力钢筋：直径12mm的用级螺纹钢筋，直径12mm 的用级光圆钢筋；锚具：XM锚或OVM锚1。5采用规范JTG D602004公路桥涵设计通用规范 JTJ 02285公路砖石及混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第二章 方案比选2。1构思宗旨（1）符合城市发展规划，满足交通功能需要。（2）桥梁结构造型简洁，轻巧，反映新科技成就，体现人民智慧。（

10、3）设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠,施工方便。（4)与高速公路的等级和周边环境相宜。（5）学习变截面梁桥的设计过程.2。2比选标准在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。2.3设计方案2.3。1设计方案一变截面预应力混凝土连续梁桥(桥型布置图见第三章）(1）孔径布置:70m+125m+70m，全长265m，宽25m，分两幅布置。箱梁根部梁高6。5m，跨中梁高3m,从一号块到跨中按二次抛物线变化。由桥面设有2的横坡，2的纵坡，其中中间标高高于两侧标高。（2）主梁结构构造：上部结构为变截面箱梁。采用双幅分离的的单箱单室形式。主要采用高强混凝土以及大

11、吨位预应力体系来实现主梁的轻型化。（3）下部结构：桥墩基础是连成整体的,全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为柱式墩。（4）施工方法：全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台处使用整体现浇法。2。3.2设计方案二中承式拱桥图2。1 中承式拱桥立面图1）孔径布置：跨径50m+170m+50m，全长270m。桥面设有2的纵坡，护栏采用金属制桥梁护栏。（2）结构构造：主桥采用劲性骨架钢管混凝土结构，主跨170m，拱圈高42.5m，矢跨比为1/4,主梁采用单箱双室。拱肋截面形式采用四肢拱肋形式，这种形式强度高、质量轻、塑性好、耐疲劳。钢管采用16Mn钢，即可采用成品无缝钢管,也可由钢板卷制加工而成。横撑

12、钢管采用D6012mm与D8012mm钢管。（3）主梁施工：主梁采用加劲骨架下的挂篮现浇施工。(4）下部构造：全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩. （5)施工方案：岸跨及边跨采用有支架施工，主拱圈建成后,进行进行骨架下吊篮现浇施工.2.3.3设计方案三 双塔三跨式斜拉桥 图2.2 双塔斜拉桥立面图 （1）孔径布置:跨径47.5m+170m+47。5m，全长265m.桥面设有2%纵坡。主梁为连续体系，两侧边跨设有辅助墩。 （2）结构构造：桥塔采用混凝土浇筑，采用H形桥塔，高63m，塔墩固接，塔梁间为半漂浮体系.主桥采用钢箱梁，单箱三室，内设U形肋、加劲肋.拉索采用双索面扇形布置，类型为PE防护的平行钢

13、丝索。 （3）下部结构：基础采用钻孔灌注群桩基础。 （4)施工方案:主梁采用顶推施工,桥塔采用整体模板逐段提升法，拉索采用分步牵引法安装。2.4方案比选 （1）根据设计构思宗旨，桥型方案应满足结构新颖、受力合理、技术可靠、施工方便、造价合理的原则。以上三种方案基本都满足着一要求。 (2）方案一的预应力混凝土连续梁桥与方案二的拱桥、方案三的斜拉桥相比,具有很多优点:1。预应力混凝土结构，由于能够充分利用高强度材料（高强度混凝土、高强度钢筋),所以构件截面小，自重弯矩占总弯矩的比例大大下降，桥梁的跨越能力得到提高。2.与钢筋混凝土梁桥相比，一般可以节省钢材3040，跨径愈大，节省愈多。3。全预应力

14、混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，即使部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝，鉴于全截面参加工作,梁的刚度就比通常开裂的钢筋混凝土梁要大。因此,预应力梁可显著减少建筑高度，使大跨径桥梁做得轻柔美观。由于能消除裂缝，这就扩大了对多种桥型的适应性，并提高了结构的耐久性。 4。 预应力技术的采用，不但使钢桥采用的一些施工方法，如：悬臂拼装、顶推法和旋转施工法在预应力混凝土梁桥中得到新的发展与应用，而且为现代预制装配式结构提供了最有效的接合和拼装手段。根据需要可在结构纵、横和竖向任意分段，施加预应力，即可集成理想的整体。此外还发展了逐段或逐孔现浇施工方法。5.预应力混凝土连续梁桥结构受力性能好、变形小、

15、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.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。6。造价低。2.5方案确定综上所述，根据安全、经济、适用、美观的原则，变截面预应力混凝土连续梁桥最终选定为本次设计的推荐方案。第三章 预应力混凝土连续梁桥总体布置3。1桥型布置本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，桥全长265m。3.1.1孔径布置连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式 。以三跨连续梁为例，若为三孔等跨连续梁，其中孔跨中活载正弯矩与活载负弯矩的绝对值之和（即弯矩变化峰值)与同跨简支梁弯矩相

16、同。如果减小边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩都将减小。一般边跨长度可取为中跨长度的（0508）倍,这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩.由于某些因素的影响，连续梁的分跨问题不能够按最理想的跨长来选择，以致有些跨度过长，有些跨度过短，这时可根据不同情况灵活处理.例如，对于城市桥梁或跨线桥,有时为了增大中跨跨径,使边跨跨长与中跨跨长之比小于或等于0.3,此时边跨端支点上将出现较大的负应力，为此就要设计专门的能抵抗拉力的支座，或者在跨端部分设置巨大的平衡重来消除负应力.从结构受力性能分析，等跨连续梁要比不等跨的连续梁差一些.但在某些条件下，特别由于施工工艺要求，也需要采用等跨布置，例如,当桥梁总长度

17、很大,设计者决定采用顶推或先简支后连续梁施工方法时，则等跨结构受力性能较差所带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿。所以跨湖、过海湾的长桥多采用等跨连续梁的布置。本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为70m+125m+70m的形式。3。1。2桥梁截面形式(1）桥梁立面图从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。连续梁在恒、活载作用下，支点截面的负弯矩往往大于跨中正弯矩，因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。同时，采用悬臂法施工的连续梁,变高度梁又与施工时的内力状况相吻合.另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材

18、料并增大桥下净空。所以从已建桥梁统计资料分析，跨径大于100m的预应力混凝土连续梁桥有90%以上是选用变高度梁。再者在恒、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.图3。1 推荐方案-连续梁桥立面图变高度与等高度相比较，等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抵抗较大的负弯矩，材料用量多。综上所述，推荐方案采用的是变截面预应力连续梁桥，其中箱梁根部梁高6.5m,跨中梁高3m。梁截面采用二次抛物线形,二次抛物线的变

19、化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。图3.2 箱梁截面(2）桥梁横截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。在目前已建成的大跨径预应力混凝土梁桥中，当梁桥的跨径继续增大超过60m后，箱形截面是最适宜的横截面型式.箱型截面还有如下优点:这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于采用悬臂施工的桥梁尤为有利。同时，因其顶板和底板都有较大的面积,所以能有效的抵抗正、负弯矩,并满足配筋要求。箱形截面亦具有良好的动力特性.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

20、、双箱多室等等.从对箱形截面的受力状态分析表明，单箱单室截面受力明确，施工方便，节省材料用量。一般常用在桥宽14m左右的范围。综上所述，根据任务书设计要求本推荐桥型方案横截面采用的是单箱单室的箱型截面。如上图：顶板厚度取30cm；跨中处底板厚35cm，支点处底板厚为70cm，中间底板板厚成二次抛物线性变化；跨中处腹板厚度采用50cm,支点处腹板采用75cm，中间腹板厚度采用二次抛物线性变化。(3）桥梁的梁高连续梁在支点和跨中的梁估算值：根据已建成桥梁的资料分析，梁高可按下表采用：桥型支点梁高 （m)跨中梁高 (m）等高度连续梁 H =（1/151/30） L常用（1/181/20） L变高度(

21、折线形)连续梁H =（1/161/20) Lh =(1/221/28) L变高度（曲线形）连续梁H =（1/161/20) Lh =（1/301/50) L根据以上估算值，本推荐方案取得支点处梁高为6。5m，跨中梁高为3m.3.1。3桥梁细部尺寸（1)顶板与底板 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。除承受竖向荷载外，还承受轴向拉、压荷载。竖向荷载是指自重、桥面活载和施工荷载.轴向荷载是指桥跨方向上,恒、活载转换过来的轴向力以及纵向和横向的预应力荷载。因此,顶板、底板除按板的构造要求决定厚度之外，还要按桥跨方向上总弯矩决定其厚度.箱梁根部底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而

22、逐渐加厚至墩顶，以适应受压要求.底板除须符合使用阶段的受压要求外,在破坏阶段还宜使中和轴保持在底板以内，并有适当的富裕.一般约为墩顶梁高的1/101/12,或按以下推荐公式选用：墩上底板厚度参数 式中： 墩上底板厚度参数 墩上梁高; 桥面宽度; 箱梁底板混凝土面积. 最大跨径。 箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取1518cm，当跨度较大，跨中正弯矩较大，需要配置一定数量的钢束或钢筋时,厚度可取2025cm。当设有横向预应力筋时,顶板厚度须足够布置预应力筋的套管并留有混凝土的注入间隙.在结构设计时，尽可能用长悬臂或利用横向坡度和弯折预应力筋以调整板中横向弯矩。本推荐设计方案

23、底板由支点处以二次抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处厚70cm,在跨中厚35cm。顶板厚30cm。（2)腹板腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小,腹板不必设得太大;同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为:（1） 腹板内无预应力筋时，采用200mm。(2） 腹板内有预应力筋管道时，采用250300mm.（3） 腹板内有锚头时，采用250-300mm。大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用300600mm，甚至可达到1m左右. 腹板厚度也可按

24、以下推荐公式选定。墩上腹板厚度参数式中： 墩上腹板厚度；墩上腹板厚度总和。 -箱梁跨中梁高。跨中腹板厚度参数 式中： 箱梁跨中腹板厚度箱梁跨中腹板厚度总和.箱梁跨中梁高。本推荐设计方案支座处腹板厚取75cm。，跨中腹板厚取50cm。中间腹板厚度变化段位于10号节段。3。1。4桥面铺装桥面铺装：根据桥梁工程（上）选用10cm厚的防水混凝土沥青作为铺装层. 桥面横坡：根据规范规定为1.5%3。0,取2.0%，该坡度由箱梁顶板坡度控制。3。1。5桥梁下部结构 全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为缘端型实体墩。3.1。6本桥使用材料（1）使用混凝土箱梁采用50号混凝土，墩身采用40号混凝土，承台耳背墙

25、、防撞护栏、采用30号混凝土。（2）使用钢材纵、横向预应力采用ASTMA416-92-270级钢绞线,标准强度为1860Mpa，直径为15。24mm，面积139mm2，弹性模量为1.9105 Mpa，采用OVM锚具。带肋钢筋应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB1499-91的规定、光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB149991的规定。非预应力钢筋：直径12mm的用级螺纹钢筋，直径12mm 的用级光圆钢筋。(3）伸缩缝伸缩缝采用HXC-80A定型产品 .(4）桥梁支座使用单向活动和双向活动盆式支座。第四章 荷载内力计算4.1全桥结构单元的划分4.1.1 划分单元原则划分单元应考虑梁的跨径、

26、截面变化、施工方法、预应力布置等因素,单元分的越细计算的内力就越精确，一般遵从以下原则：1.构件的起点和终点以及变截面处；2.不同构件的交点或同一构件的折点处；3.施工分界线处；4。边界或支承处；5。所关心截面处。4。1。2桥梁具体单元划分本桥全长265米,全梁共分80个单元，最小的单元长度0。75米，最长的单元长度4。6米，本推荐方案桥型单元划分为2m+4。5m+2m+54.6m+54m+43。5m+2.5m+0.75m+21.25m+0.75m+2.5m+43。5m+54m+54.6m+21m+54.6m+54m+43。5m+2。5m+0.75m+21.25m+0.75m+2.5m+43.

27、5m+54m+54.6m+2m+4.5m+2m.图4。1 全桥单元划分示意图4.2全桥施工节段划分4。2。1桥梁划分施工分段原则 有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以及留茬而不影响质量处. 分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅,使施工均衡. 施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。 分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。4。2.2施工分段划分全桥分段为80个单元.全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元处使用整体现浇法，跨中和边跨合龙段均为预留2m现浇段，合拢的顺序是先边跨后中跨。具

28、体施工分段如下:第一施工段：浇筑墩顶0号块部分的19-24和57-62单元。第二施工段：悬浇1号块部分的18、25、56、63单元.第三施工段：悬浇2号块部分的17、26、55、64单元。第四施工段:悬浇3号块部分的16、27、54、65单元。第五施工段:悬浇4号块部分的15、28、53、66单元。第六施工段：悬浇5号块部分的14、29、52、67单元。第七施工段：悬浇6号块部分的13、30、51、68单元.第八施工段:悬浇7号块部分的12、31、50、69单元.第九施工段：悬浇8号块部分的11、32、49、70单元。 第十施工段：悬浇9号块部分的10、33、48、71单元。第十一施工段：悬浇

29、10号块部分的9、34、47、72单元。第十二施工段：悬浇11号块部分的8、35、46、73单元。第十三施工段：悬浇12号块部分的7、36、45、74单元。第十四施工段:悬浇13号块部分的6、37、44、75单元.第十五施工段：悬浇14号块部分的5、38、43、76单元.第十六施工段：边跨支架现浇部分的 13、7880单元。第十七施工段:边跨合拢4、77单元.第十七施工段:中跨合龙部分的39-42单元。图4.2 边跨施工节段划分图4。3 1/2中跨施工节段划分4.3主梁内力计算根据梁跨结构纵断面的布置,并通过对移动荷载作用最不利位置，确定控制截面的内力，然后进行内力组合，画出内力包络图。4.3

30、.1恒载内力计算（1）第一期恒载 结构自重，包括混凝土、预应力钢筋的重量. (2）第二期恒载 包括桥面系荷载4.3.2悬臂浇筑阶段内力 浇筑14号梁单元，拼装挂蓝，悬臂浇注各箱梁梁段并张拉相应顶板纵向预应力束,悬臂浇注结束时全桥的最大悬臂阶段恒载内力：最大悬臂阶段累计内力表单元位置轴向 (kN)剪力-z (kN）扭矩 (kNm）弯矩-y (kN*m)5I4-8781.51-797.4-55.598966.785J5-9803.291108。89-1.818393.766I520717。771911.75-78.9217617。426J622309。384003。8313.294561.9818I17-158409.051615.09-1013。12-111963。3518J18159905.285881.581009。26125371。0319I18-169551.75934.551307.14-104788.1519J19170039.824796.81205.85-115361。4420I19168805.7421187.12-29。83112817。7620J20-168645。5921980.73-31。28-129788。7321I2