三跨变截面预应力混凝土连续梁桥.docx

1、三跨变截面预应力混凝土连续梁桥炭厂沟预应力混凝土连续梁桥的设计设计说明、设计依据1、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62- 2004)2、 公路桥涵设计通用规范(JTG D60 2004)3、 公路工程技术标准(JTG B012003)二、技术标准和技术规范2.1技术标准1、 荷载等级：公路一 I级；2、 桥面宽度：0.25m (栏杆)+0.5m (防撞栏)+1.5m (人行道)+9m (行车道)+1.5m (人行道)+0.5m (防撞栏)+025m (栏杆)=13.5m。3、 桥面设有双向2%的横坡，通过桥面铺装完成；2.2采用规范1、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵

2、设计规范(JTG D62- 2004)2、 公路桥涵设计通用规范(JTG D60- 2004)3、 公路工程技术标准(JTG B01-2003)4、 公路桥涵地基和基础设计规范(JTJ024-85)5、 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)三 基础资料该桥地质情况从上到下为黄土、古土壤、亚粘土和石灰岩。前三种土质的侧阻力分别为65KPa. 70 KPa、85 KPa。由于本桩基础是支撑在基岩上的端承式。基岩为石灰岩，其地基承载力特征值 fak4oooKPa。四、结构设计根据路线设计线位，结合桥跨范围地形地质情况，对变截面连续梁桥孔跨布置设计,全桥孔跨组合为80m+125m+80mo图

3、41桥梁纵断面布置图4.2箱梁结构箱梁采用的是单箱单室箱型截面。桥面行车道的净宽为9m,人行道净宽为2X1.5m,因此在设计时设置2X).5m的防撞栏及 2X0.25m的人行栏杆。故箱顶宽为13.5m,底宽为7.5m,箱梁顶为平行面。箱梁跨中及边跨现浇段 梁高为2.8m,箱梁根部断面和墩顶0号梁段高为7.0mo从中跨跨中至箱梁根部，箱高、箱梁底板、箱 梁腹板均是按照二次抛物线变化的。从跨中跨中至箱梁根部箱梁腹板从40cm变化为80cm,底板从 30cm变化为90cm。4.3预应力钢束纵向预应力钢束共设置有顶板束、中跨底板束、边跨底板束、合龙段临时束和预备束五种。钢筋束 均采用 s15.2钢绞线

4、，该设计中共采用27束和15束的两种钢筋束。采用的是预埋波纹管的形式形 成管道。4.4桥面系、支座及伸缩缝桥面铺装采用10cm厚的沥青混凝土和1cm沥青抗摩层，桥面上设有防撞栏和人 行栏杆。支座 采用盆式橡胶支座；伸缩缝为梳齿状伸缩缝。详见施工图所示。4.5主要材料主梁采用的是C55号混凝土；墩身承台采用的是C35号混凝土，基础采用的是C30号混凝 土。防撞栏杆和人行栏杆采用的是C25号混凝土。预应力钢筋束采用的是勺广2钢绞线。普通钢筋采用的是HRB335。五、 主要计算成果5.1计算参数(1)汽车横向分布系数计算车道横向分布系数为2.30；(2)混凝土结构的收缩徐变按照公路钢筋混凝土及预应力

5、混凝土桥涵设计规范取值计算；(3)温度作用根据气象资料，全桥结构体系温差为+25C,-15Co温度梯度作用取值为：正温度梯度为:14C,5.5COC；负温度梯度为；7.0C, 2.75C, 0C；(4)主桥结构计算挂篮重量为125吨。六、 施工方案6.1下部结构施工该桥的基础均采用的是钻孔灌注桩基础。主墩采用立模现浇施工。承台混凝土体积较大，设计 采用冷却管和低水化热水泥施工，减少水化热，防止混凝土开裂。墩身采用的是翻模法或者是滑模法施工，除安装模板外，每个桥墩处至少配有一部高塔吊与一 部施工电梯，其余所需则为常规的施工设备。6.2上部结构施工(1 )主梁段施工桥墩施工完成后，墩顶0号块梁段拟

6、在墩顶埋有牛腿支撑托架上施工。用挂篮依次悬臂浇筑其余 梁段，设计挂篮现浇阶段最大的重量为157吨，挂篮重量为125吨。(2)边跨现浇段边跨现浇段在落地支架上施工，一次连续浇筑完成，边跨底板张拉时，应保证箱梁和支架间水平 向自由变形，为此在现浇段底模与支架承重纵梁间密排钢管，在浇筑混 凝土时应保证梁体稳定。(3)主梁合龙段施工 全桥分三个合龙阶段，第一、二阶段合龙两边边跨；第三阶段合龙中跨，施工顺 序和过程分述如下：(1)支架上浇筑箱梁的渐变段，完成边跨合龙，待殓强度大于 80%设计强度后，张拉钢束；(2)中跨合龙中跨合龙施工顺序如下：在中跨两悬臂端将挂篮改装为吊架，并在悬臂端设水箱作平衡重。在

7、满 足设计合龙温度情况下，焊好合龙骨架，浇筑合龙段碇，边浇筑碇边同步等效的放水。主墩上搭设托架一现浇0号块混凝土（可分为两次浇筑）一张拉钢筋束一安装挂篮一现浇1号块 混凝土一张拉钢筋束一移动并安装挂篮按照此程序施工主梁各节段至合龙段T搭设边跨支架一浇 筑边跨主梁节段一浇筑边跨合龙段T张拉边跨现浇段钢束T安装主跨合龙吊架T跨中配重T安装跨中 合龙骨架T浇筑跨中合龙段碇，并同时等重卸除配重一分两次交错张拉主边跨底板钢束。七 施工注意事项1、 本桥使用的各种材料必须符合设计提出的技术要求，按有关质量标准严格进行检验，妥善保 管，并满足现行有效的规范、规程要求。2、 主梁各阶段（除现浇段和0号块外）应

8、一次现浇完成，浇筑时应保证连续和振 捣密实。所有 工作缝应认真凿毛清洁，确保新老混凝土结合可靠等强。全桥预应力混凝土构件，混凝土强度必须达到设计要求的值后（即混凝土强度达到80%以上且在 标准养护条件下，混凝土养护龄期不小于5天）才能施加预应力，悬臂拼装现浇构件应及时（一般不宜 超过12天）进行预应力钢束的张拉，所有预应力钢束严格按照对称、均衡张拉的原则进行张拉。预应 力钢束采用张拉力和伸长量双指标控制，以张拉力为主，伸长量为辅（伸长量又施工单位根据所购钢束 的具体参数指标校核计算，并报监理工程师审批）。预应力钢束张拉完毕后，严禁撞击锚头和钢束，钢绞线和粗钢筋多余长度应用切割机切割。主梁纵向预

9、应力体系设计采用真空灌浆法施工工艺，并采用向配套的塑料波纹管。3、 主梁双悬臂浇筑施工时，梁段殓的浇筑、挂篮和机具的移动等，均应遵循对称、均衡、同步 进行的原则，主梁面上应严格控制堆放材料和施工机具，并注意悬臂两端对称堆放。每个梁段各个施工 工序应有监控、监测以确保施工质量。在特殊情况下两侧不 平衡重（含现浇碇不对称的质量）只允许偏 差1/4节段重量（节段自身不平衡重除外）。4、 主梁悬浇至最大悬臂时，应根据分析计算所确定的危险风速，有必要时（施工季节），结合 现场和施工实际情况，研究制定具体抗风措施（可设临时抗风索），并报监理工程师或专家评审批准后 实施。5、 主梁合龙段殓浇筑采用预压配重法

10、，即预先在合龙段两端按合龙段碇重量注水压重，边浇筑殓 边防水。为了尽量减小温度的影响，要求尽快焊接合龙段劲性骨架连接（待压重水灌满后再施焊合龙段 刚性骨架），并尽快浇筑合龙段碇。6、 主梁施工完成现浇桥面铺装时，应将主梁顶面全面凿毛，清除松散物、施工防水层后，方可浇 筑桥面铺装，确保桥面板与桥面铺装有效结合。7、 承台、墩身等构件的碇体积较大，施工时应采取可靠措施（如采用低水化热的水泥、掺入粉煤 灰、埋设冷却管）降低水化热，避免殓形成微裂缝甚至开裂；结构各施工缝、后浇筑的构件结合面（包括封锚处）应严格处理，确保可靠结合；封锚区碇可采用微膨胀碇。墩身施工需要设置劲性骨架。8、 施工中应注意有关预

11、埋件的设置。9、 对施工图设计中所提供的基础坐标、高程等必须先进行核查，确认无误后方可 对照实施。10、设计说明中未尽事宜，请详细参阅图中标注，并严格按照公路桥梁施工技术规范（JTJ041-2000执行。一方案简介和上部结构尺寸拟定本设计方案比选后采用的是三跨预应力混凝土变截面连续梁结构。边中跨比为0.64,全联跨径为 80m+125m+80m=285mo桥上部结构采用的是单箱单室结构，箱宽为13.5m。下部结构采用的摩擦桩1.1设计基本资料平曲线半径：无平曲线；竖曲线半径：半径为无穷大，不考虑纵坡；通航要求：无；地震参数：不考虑地震影响。1 -2设计标准跨径：80m+125m+80m漩工方法

12、为悬臂施工。28500125000427417407397:叶.!：3871376.90377367357347图11桥梁纵断面图亚粘七1359 20石灰岩1354 50梁高：根据规范，跨中梁高取2.8m （ L/44.6）,支点处梁高取7.0m （ L/17.9 ） o梁底曲线：选用二次抛物线形式。在支座处设 3m的直线梁，以悬臂梁的悬臂为起点，梁底曲线方程为2 = 420广+280 （式中的；二） , L为悬臂长61m。箱梁底板上缘曲线：箱梁底板从跨中到支点截面是按照二次抛物线逐渐变厚的,坐标原点仍为悬臂梁的悬臂起点，则箱梁底板上缘曲线方程为一，宁一卅衍1.2.2横桥向的尺寸拟定桥面布置为

13、：0.25m （栏杆）+0.5m （防撞栏）+1.5m （人行道）+9m （行车道）+1.5m（人行道）+0.5m （防撞栏）+0.25m （栏杆）=13.5m图1.2桥面布置横断面图通过桥面铺装实现双向2%的横坡。二桥型方案的选择2.1方案选择原贝I在桥梁设计中要求桥梁技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理。随着和谐 社会的提出和公众环保意识的提高，生态环保已经成为一种不可或缺的考虑因素。建设在 城市中的桥 梁还特别注重美观大方，即遵循我国桥梁设计中还要满足美观、环境保护和可持续发展的原则。由 此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通 过技术经

14、济等方面的综合比较才能科学的得出最合适的设计方案。在桥梁设计中，基本设计原则如下：(1)适用耐久桥上应保证桥梁在100年的设计基准期内正常使用；桥面宽度满足当前以及今后 规划年限内的交通流量；桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝；应 考虑不同的环 境类别对桥梁耐久性的影响；在选择材料、保护层厚度、阻锈等方面满足耐久性的要求；桥跨结构下面 有利于泄洪、通航等要求。具体到本三跨连续梁桥，因为是高山峡谷所以没有通航要求、不需要考虑腐蚀性水对结构的影响。(2)安全可靠对于设计的桥梁结构在强度和稳定方面应有足够的安全储备；防撞栏杆应有足够的 高度和强度，人与车流之间应做好防护栏、防止车辆

15、撞入人行道或破坏栏杆而落入桥梁；对于交通繁忙 的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引 起的车祸；对于修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防撞措施，对于河床易变迁的河道，应设计好 导流措施，防止桥梁基础底部被过度的冲刷等。对于该桥在设计上选用的是新泽西防撞栏杆、双菱形人行道栏杆；因处在不是地震区的沟谷，则不 需要考虑抗震要求、不需要考虑桥梁基础被冲刷的要求。(3)技术先进桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国内外的新结构、新材料、新工 艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、减少劳动强度、加快施工进度、提高施工效率、保证工程质 量和施工安全

16、。充分利用最新科学技术成就，把学习和创新结合起来，淘汰和摒弃原来落后和不合理的 东西，只有这样才能提高我国的桥梁建设水平，赶超世界先进水平。(4)经济性桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则，经济的桥型应该是造价和使 用年限内养护费用综合最省的桥型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能的不中 断交通、或中断交通的时间最短。(5)美观一座桥梁应具有优美的外形，结构布置必须精炼，并在空间上有和谐的比例。桥型应与 周围的环境向协调，城市桥梁和旅游区的桥梁，可比较对多的考虑建筑艺术上的要 求。合理的结构布置 和轮廓是美观的主要因素，结构细部的美学处理十分重要，另外，施工质量对

17、桥梁的美观也有影响。（6）环境保护和可持续发展桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，包括生态、水、空 气、噪音等方面，应从桥位布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等方面全面 考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。2.2方案比选合理性往往都是在比较中发现的，没有最好的，只有更合理的。所以本桥的初步设计是在综合考虑 适用性、舒适与安全性、经济性、先进性、美观等多方面因素，结合本 桥址处地形、地貌、水文等信息 进行方案必选。方案必选的重要流程为：综合地质、地貌、水文信息一一确定桥梁长度和桥面标高一一选择桥 型，拟定尺寸一一多方案比

18、较，择优。设计方案通常是从拟定桥梁型式和桥梁分孔开始。根据不同的桥梁采用合理的主跨与边跨的比值， 一般选几个（通常23个）有特色的体系进行进一步的分析。设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最佳 的推荐方案。按桥梁的设计原则，造价低、材料省、施工难度小、劳动力少和桥型美观的方案应优先采 用。但当技术因素或是使用性质有特殊要求时就另当别论了，因此我们在选择时还要注重考虑设计的侧 重点。技术高，造价必然会高，各个因素是相互制约的。所以在比选时必须从任务书提出的要求以及地 形资料和施工条件，找出影响方案的最重要因素，分清主次，进行比选。在本次初拟方案时，共

19、提出80m+125m+80m的预应力混凝土变截面连续梁、75m+135m+75m的预应力混凝土连续刚构、80m+125m （挂梁长为30m） +80m T型刚构 三种桥 型，三种桥型均为变截面的梁。三种桥型的上部尺寸的拟定分别综述为下：（1） 80m+125m+80m的预应力混凝土变截面连续梁：由于预应力混凝土变截面桥 的边中跨 之比以0.6-0.7为宜（文献12P480），故选取0.64的边跨比。且支点梁高选取L/17.9=7.0m，跨中 梁高取L/44.6=2.8m.梁底曲线选用最常用的二次抛物线形式。桥面宽为0.25m （栏杆）+0.5m （防撞栏）+15m （人行道）+9m （行车道）

20、+15m（人行道）+0.5m （防撞栏）+0.25m （栏杆）=13.5m。故横截面可选取的是单箱单室截 面。由文 献12P480和文献13P84拟定出箱梁截面的细部尺寸为：箱梁顶宽为 13.5m,底宽为7.5m.顶板厚度支点为70cm,再转化为35cm,其余为28cm,悬臂端厚度为20 cm,底板厚度 由跨中到支点由30 cm变厚到90 cm,腹板厚度由跨中到支点从40 cm变厚到80 cm,均是按照二次抛物线变化。顶板与腹板连接处的承托选用1:3的比例，底板与腹板的连接处的承托选用1:1的比例。具体的尺寸见预应力混凝土连续梁桥的总体布置图。(2) 75m+135m+75m的预应力混凝土连续

21、刚构：根据文献12JP487拟定边中跨之比选用0.55&支点梁高取L/18=7.5m，跨中梁高取L/54=2.5m.为了改善L/4 L/8截面 底板的混凝土的应 力，梁底截面选用1.65次曲线形式。桥面宽为12m,横截面形式仍然选用的是单箱单室截面。由文献 2P97、文献12P487和文献13P84拟定出箱梁的细部尺寸为：箱梁顶宽为13.5m,底宽为7.5m.顶板厚度除支 点为30cm其余为27cm,悬臂端厚度为20 cm,底板厚度由跨中到支点由32 cm变厚到90 cm,腹板 厚度由跨中到支点从40 cm变厚到70 cm,顶板与腹板连接处的承托选用1:3的比例，底板与腹板的连接 处的承托选用

22、1:1的比例。具体的尺寸见预应力混凝土连续刚构桥的总体布置图。(3) 80m+125m (挂梁长为30m) +80m T型刚构:根据文献13JP202拟定边中跨之比为 0.64o支点梁高为L/17-L/21,取6.5m,跨中梁高为支点梁高的1/51/2,选取2.5m。梁底截面选用二 次抛物线形式。挂梁选用30m长。桥面宽为13.5m,但是由于腹板的经济间距为2.5-4m,悬臂端的长为2-4m,故此桥 型的横截面选用 的是单箱双室截面。由文献13P202拟定出的箱梁的细部尺寸为：箱梁顶宽为13.5m,底宽为7m悬臂 端长为2mo顶板厚度除支点为25cm其余为20cm,悬臂端厚度为15 cm,底板

23、厚度由跨中到支点由18 cm变厚到60 cm,腹板厚度从跨中到 支点为60 cm等厚，顶板与腹板连接处的承托选用1:3的比例， 底板与腹板的连接处的承托选用1:1的比例。具体的尺寸见预应力混凝土连续刚构桥的总体布置图三种桥型的比选方案如表21所示。综上所述，由于该桥位处的地基不好，而连续刚构桥对地基的承载力要求较高，并且此桥型为超静 定结构，由于混凝土收缩徐变、温度变化、预应力作用、墩台不均匀沉降的影响将会产生较大的次内 力，因此结构的受力不明确，主墩的直接抗压能力较差。若地基发生过大的不均匀沉降，连续梁可通过 支座调整标高，抵消下沉来补救，而连续刚构做不到。而且，连续刚构的梁墩联结处应力复杂

24、，也是该 桥型的一大缺点。 T型刚构桥由于其在施工阶段经常会遇到强迫合龙，使用阶段经常会因为挠度多使得桥面线性不平整，结构中 的伸缩缝较多，现在该桥型已经不流行。鉴于以上理由，现推荐80m+125m+80m的预应力混凝土变截面连续梁为最佳方案。设计采用变截面梁是为了能更好地符合梁的内力分布规律，从绝对值看，一般情况下，支点的负弯矩大 于跨中的正弯矩，结构的抗弯刚度与弯矩分布规律基本协调；采用悬臂施工法时变截面梁与施工状态的 内力吻合，且施工内力与成桥结构内力也基本吻合，预应力筋的作用效益高；线形美观，外型和谐，增 大了桥下净空，有利于桥下通航和降低桥头引线标高以节省投资。除外形高度变化外，为满

25、足梁内各截 面抗压和抗剪的受力要求，设计中底板和腹板均采用二次抛物线变厚度。表21桥型的比选表桥80m+125m+80m 预应力75m+135m+75m 预应力80m+125m+80m 预应力型混凝土连续梁桥混凝土连续刚构桥混凝土 T型刚构桥适全桥伸缩缝只有两道，行全桥伸缩缝只有两道，行全桥的伸缩缝为桥孔数用性车舒适；此桥不考虑通航要 求，跨径可以跨过沟谷标高较 低的一段，两桥墩均可避免高 墩形式，跨径布置合理车舒适；此桥不考虑通航要 求，跨径可以跨过沟谷 标高较 低的一段，两桥墩均可避免高 墩形式，跨径布置合理的偶数倍，较多，行车舒适性 差，跨径不受通航要求，跨径 可以跨过沟谷标高较低的一

26、段，两桥墩均可避免高墩形 式，布置合理安墩顶设置有滑动支座时，温度主墩无支座，施工时无体系的转化，结构为超静定，由于温在跨中容易产生较大的收缩徐全变化、混凝土收缩对上下部结度变化、混凝土收缩徐变对上变挠度，主墩无支座，在施工性构产生的超静定内力较小，有下结构产生较大的内力，该结时无体系的转化，全桥为静定较好的抗震能力构对基础地基要求较高结构，不产生此内力美全桥梁高为1.65次抛物线，全桥梁咼米用的是二次抛物线观全桥梁高为二次抛物线，线性线性流畅，墩梁固结，气势宏形式，与周围环境协调良好，性简洁明快、流畅，与周围环境伟，与周围环境协调好，桥型但是由于挂梁的存在，使得接协调好，桥型美观美观缝较多。

27、三种方案材料均为预应力混凝土，桥长相同，下部结构的施工方法均可米用爬模或者翻模施工，经上部结构均可米用悬臂施工与支架现浇的方法相结合。横截济面均采用的是箱型截面。两桥墩的高度相差不大。因此在总体上的经济性相差不大。经济上主要型是由于各种桥梁的细节部分的处理引起的差异，例如连续梁桥要进行体系的转化、连续刚构对下部地基处理要严格、T构桥型在最终合龙时大多数情况下都要进行强迫合龙。三设计依据和主要参数3.1主要材料参数(1)混凝土：主梁采用的是C55号混凝土。墩身承台采用的是C35号混凝土, 基础采用的是C30号混凝土；防撞栏杆和人行栏杆采用的是C25号混凝土。(2)预应力钢筋：采用的是d5.2,公

28、称直径为139mm2采用的是27 d5.2x15d5.2和9s15.2三种形式。(3)普通钢筋：采用的是HRB335。(4)锚具：采用的是0VM15 - 27、OVM15- 15以及OVM159三种，对应的 锚固 垫的尺寸是350X295X21000X240X17和240X 180X12单位均为mm) o(5)预应力管道:采用预埋橡胶波纹管成孔，三种预应力钢筋束对应的波纹管的内径分别为 120mm、90mm、80mm。(6)支座：采用盆式橡胶支座。(7)桥面铺装：采用的是10cm的沥青混凝土铺装层和1cm抗滑磨耗层。(8)伸缩缝：采用的是梳齿式伸缩缝。3.2设计计算主要依据公路钢筋混凝土及预应

29、力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62- 2004)公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTG D63-2005)公路桥涵设计通用规范(JTG D60- 2004)公路工程技术标准(JTG B01-2003)3.3基本计算数据根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的各种规定，混凝土的各项基本数据 以及各阶段的限值，如下表所示：表31材料的各项基本数据与限制名称项目符号单位数据主梁立方体强度fcuMPa55混凝弹性模量ECMPa3.55 XO土轴心抗压标准强度fckMPa35.5轴心抗拉标准强度ftkMPa2.74轴心抗压设计强度fedMPa24.4轴心抗压设计强度ftuMPa1.89主梁混凝

30、土短暂状态压应力限值0.7 fekMPa24.85拉应力限值1.15 f*tkMPa3.151持久状态主压应力限值0.5 fekMPa17.75拉应力限值0.6 fekMPa21.30s152钢绞线标准强度f pkMPa1860弹性模量EPMPa1.95 XO抗拉设计强度f pdMPa1260最大控制应力 on0.75fekMPa1395材料重度钢筋混凝土YkN/m26.5沥青混凝土铺装层YkN/m25钢绞线YkN/m78.5沥青抗滑磨耗层YkN/m24四 设计、受力、构造以及施工特点4.1设计特点：本桥上部结构为三跨预应力混凝土连续梁桥，采用分段悬臂浇筑的方法施工，预应力混凝土连续梁桥采 用悬臂施工法需在施工中进行体系转换，经过一系列施工阶段逐渐形成最终的连续梁体系。在各个阶 段，可能具有不同的静力体系，其中包括安装单元、拆除单元、预应力张拉、移动挂篮等工况，因此恒 载内力计算时必须精确模拟各个施工阶段。桥梁的恒载内力是有各个施工阶段引起的内力迭加而成，显 然对不同的施工方法，桥梁的恒载内力是有很大的区别的。而活载和温度、沉降内力在成桥后才发生， 作用在最终的连续体系上