土木工程桥梁毕业设计--公路预应力混凝土连续梁桥设计

土木工程桥梁毕业设计--公路预应力混凝土连续梁桥设计内容摘要：

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。 xx 大学本科 毕业设计 第 2 页 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： ⑴ .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。 设计特 征 作为桥梁设计的一种，预应力混凝土连续梁桥的设计首先要，参照相关规范 拟订结构几何尺寸和材料类型 ,模拟实际的施工步骤 ,计算出恒载及活载作用下的内力。 然后再根据实际情况确定温度 、 沉降等荷载 ,计算其产生的内力 ,并与恒 、活载内力进行xx 大学本科 毕业设计 第 3 页 正常使用与承载能力极限状态组合。 这是设计过程的第一次组合，两种极限状态组合的结果分别作为按应力和承载能力估算 刚束的计算内力。 估算出各截面的刚束后，按照一定要求将刚束布置好，重新模拟施工过程并考虑预应力的作用，计算恒载内力。 由于刚束对截面几何特性的影响，温度、沉降 等内力也需重新计算，但其与刚束估算时计算得到的结果差别非常小。 各种荷载作用下的内力计算出来后 ,需进行承载能力组合和正常使用组合 ,以进行截面强度验算、应力验算和变形验算 ,这是设计过程的第二次组合。 如各项验算均满足要求且认为合理，则设计通过。 反则需调整刚束甚至修改截面尺寸后重新计算，直到各项验算均通过为止。 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 ,经过一系列的施工阶段而逐步形成最终的连续 梁 体系。 在各个施工阶段 ,可能具有不同的静定体系 ,其中包括安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂篮等工况。 受力特点 预应力混凝土连续梁桥能充分发挥高强材料的特性，是结构轻型化，具有很大的跨越能力，而且它可以有效地避免混凝土的开裂，特别是处于负弯矩区的桥面板的开裂。 除此之外，预应力混凝土连续梁桥还能节省材料、变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、养护简便等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。 用悬臂施工的 预应力混凝土 连续梁桥 ,在施工过程中经 历 T 型双悬臂受力状态 ,合拢 后形成连续梁桥 ,其恒载产生的内力由各施工阶段产生的内力叠加而成 ， 由于合拢 段 一般 较短 ， 其产生的内力一般较小 ， 故 T 型双悬臂受力状态为主要部分。 合拢 后根部负弯矩很大 ， 而中跨跨中恒载弯矩较小 ， 二期恒载加上以后 ,根部负弯矩增大 ，中跨跨中承受相对较小的正弯矩。 因此 ,截面几何尺寸拟订时 ， 应根据以上弯矩分布特点 ,增大主梁根部附近断面的抗弯刚度 ,提高截面下缘的承压能力。 悬臂施工时 ,浇注一节段梁体 ,达到一定强度后张拉此段钢束 ， 梁体自重产生负弯矩 ,预应力钢束产生正弯矩 ,二者结合使得梁体基本处于偏心受压 受力状态 ,其轴向力非常大 ,抗剪强度一般不成问题 ,而最小正应力又较大 ,故主拉应力也易满足 ,所以可不设下弯配索。 xx 大学本科 毕业设计 第 4 页 构造特点 预应力混凝土连续梁桥是超静定结构，因此，同样具有一般超静定结构的特点如： (1)．在相同条件下，结构内力比静定结构小，且内力状态比较合理。 譬如，在均匀荷载作用下弯矩的最大值比简支梁可减少 50%，弯矩图面积比简支梁可减少 ， 将连续结构中各部分之间刚度进行合理调整，可最大限度的减少结构内力，减小截面尺寸，达到降低材料消耗的目的； (2)．使结构外形更为合理，譬如，加大连续梁根部梁高 ，可以减小跨中截面正弯矩，使跨中截面梁高进一步减小，使用更为合理；连续梁结构刚度大，整体性好，桥面连续平顺，伸缩缝少，对行车有利，尤其能适应高速行车。 (3)．在基础沉降，温度变化等外因作用下，将引起结构内力的变化 对于施加预应力的超静定结构除有一般超静定结构特点外，还有下列特点： (1)．在超静定结构上施加预应力，会使结构产生内力和变形，由于有多余的约束，不能自由变形，因而引起附加力（二次力）。 同样，由于混凝土的收缩徐变不仅产生预应力损失，而且也会由于变形受约束而引起附加力（二次力）。 (2)．由于对结构 施加预应力，可以有效的避免混凝土开裂，特别是处于负弯矩区段的桥面板的开裂，这种开裂在普通钢筋混凝土连续梁中是不可避免的。 (3)．由于对结构施加预应力，使得悬臂法施工和顶推法施工，这些科学和先进的连续梁施工方法才得以实现，并得到广泛应用。 下面给出预应力混凝土连续梁桥几个主要的构造 零号块 —— 零号块是悬臂浇注施工的中心块体 ,又是体系转换的控制块体。 梁体的受力经零号块通过支座向墩身传递 ,零号块受力非常复杂 ,且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地 ,故其顶板、底板、腹板尺寸都取得较大。 横隔板 —— 横隔板的主要作用 是增加箱梁横向刚度，限制箱梁的畸变。 但过多的横隔板对横向刚度的影响并不显著，而且增加了施工的难度。 在支承处一般要设置强大的横隔板以承受和分布强大的支承反力，必要时还要配以预应力钢筋。 零号块内横隔板传递荷载较大 ,通常采用一片实体或两片式刚性横隔板 ,中间开设过人洞。 合龙段 —— 分中合拢和边合拢，合拢 段的施工是桥梁施工的重要环节。 在 合拢 段施工过程中 ,由于温度变化、混凝土早期收缩、已完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热 ,以及结构体系变化和施工荷载等因素 ,对尚未达到强度的合拢 段混凝土有xx 大学本科 毕业设计 第 5 页 直接影响 ,故必须重视合拢 段的构 造措施 ,使合拢 段与两侧梁体保持变形协调 ,并在施工过程中能传递内力。 合拢 段的长度在满足施工要求的情况下 ,应尽量缩短 ,以便于构造处理 ,一般取 ～ 3m。 合拢 段的构造处理有以下几种 (1)用劲性钢管作为合龙段的预应力套管 ； (2)加强配筋 ； (3)用临时劲性钢杆锁定 ； (4)压杆支撑。 合拢 段施工应注意以下几点 (1) 合拢 段应采用高强、早强、少收缩混凝土 ； (2) 合拢 段混凝土浇筑时间应选择在一天中温度最低时 ， 并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜。 (3)加强混凝土的养护。 临时固结措施 —— 悬臂施工时 ,为保证结构几何体系不变 ,需将墩梁固结 ,以承受不平衡弯矩。 常用的固结方法是 :在支座两侧设置两排临时混凝土块作为临时支座 .临时支座内穿预应力钢束 ,两端分别锚固在主墩和主梁横隔板内。 钢束的数量应由施工中的不平衡弯矩确定。 连续梁的主要优点 连续梁是一种古老的结构体系，它具有变形小，结构刚度好、行车平稳舒适、伸缩缝少、养护简易、抗震能力强等优点。 连续梁与静定体系的其他形式的梁桥相比，具有较为显著的经济性。 仅从连续梁和简直梁的强度与变形的简单对比即可看出这一特点。 连续梁是超静定结构，它有与静定结构不同的 特点： 即在结构各部分中内力的大小与抗弯刚度 EI 直接相关。 因此，若将连续梁中间支撑截面的刚度加大，如变高度梁，可以调低跨中的正弯矩，使预应力钢筋 的大部分可以布置在梁的顶部，便于张拉。 虽然中间支承处的负弯矩有所增大，但梁的高度也相应地加高了，并不至于引起钢筋xx 大学本科 毕业设计 第 6 页 用量的增多。 当超载是，连续梁有可能发生内力重分布，提高整个梁部的承载能力。 对于基础不均匀沉降的影响，只要不使结构物产生损坏性的裂缝，它所引起的附加内力，由于混凝土的徐变特性，可以适当调整。 连续梁在中间桥墩上只有一个支座，在竖直荷载作用下桥墩只受轴向的压力 ，除制动墩外，连续梁的桥墩及其基础的尺寸都可以做得小一些。 工程概况及基本资料 工程概况 本设计桥梁为跨大江的某公路预应力混凝土连续梁特大桥，主桥上部结构为 90 m+150 m+90 m三跨变高度预应力 混凝土连续箱梁结构。 该桥为两幅完全对称的桥组成，每幅桥全长 330 m，桥宽 m，两幅桥净距离为 1 m。 因为桥下水流湍急 ， 造成施工不便，所以 施工方法选用挂篮悬臂现浇法。 主梁截面型式为变截面箱梁。 主要技术指标 (1) 孔跨布置： 90+150+90m公 预应力混凝土连续 梁 桥 ； (2) 桥 梁等级： 高速公路 桥梁 ； (3) 汽车荷载等级 ： 公路 — I级 ； (4) 桥面宽度：六车道，上下行分为两幅，每幅宽 m，即（ m栏杆 +3 m车行道 + m栏杆），两幅净距 m； (5) 桥面坡度： 横坡为177。 %； (6) 支座沉降：按 2 cm考虑； (7) 温度荷载：整体升降温 20oC； (8) 施工方法：主梁采用悬臂浇注分段对称平衡施工 ,中跨及边跨合拢段采用吊模浇注，挂篮自重 、 施工荷载控制在 370 t以内，挂篮自重按 100 t 计； (9) 桥轴平面线型：直线。 xx 大学本科 毕业设计 第 7 页 (10) 地震烈度：基本烈度Ⅵ度，按Ⅶ度设防。 主要材料 (1) 混凝土：梁体为 C50混凝土，墩身为 C40 混凝土； (2) 钢 材：纵向和横向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线 ， 其单根公称直径为φ （面积为 140 mm2），标准强度为 fpk=1860Mpa；竖向预应力筋为 JL32精扎螺纹钢筋，标准强度为 785MPa， 普通钢筋采用 R23 HRB335 级钢筋； (3) 锚具：纵向预应力采用 OVM15 型锚具，竖向预应力采用 YGM 锚具，预应力管道均按金属波纹管成孔设计。 设计依据与基本资料 (1) 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵设计通用规范， JTG D602020； (2) 中华人民共和国交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范， JTG D622020； (3) 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵地基与基础设计规范， JTG D632020。 方案比选 桥梁设计的方案比选是一个非常重要的课题，也是一个比较困难的问题，它对以后的初步设计乃至施工图设计起着至关重要的作用。 一个好的桥梁方案不仅能节约造价、缩短工期，而且在整个设计周期中起着“万事开头难”的功效。 一旦桥梁方案确定，在初步设计和施工图设计时，借助于现代桥梁电算，可以说是不难的。 而在方案比 选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。 其中自然要数安全与经济为重，过去设计往往对桥梁功能重视不够，现在由于城市交通量的发展，需要十分重视桥下净空是否满足城市车辆的通行、桥下车行轨迹是否满足行车习惯。 至于桥梁美观，要视经济而定，设计的桥梁再美观，一旦经济不允许，只能是“纸上谈兵”，到头来还得重新设计。 (1)、安全是桥梁结构设计的前提 随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速发展，交通运输十分繁忙，车速也在xx 大学本科 毕业设计 第 8 页 不断提高，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。 在此次设计中，我 们设计组也进行了许多方案比选，有河中设墩的连续箱梁，有连续刚构，有上承式拱桥等桥梁结构形式。 根据实际的地形、地质、地物，最后综合比较选择了预应力混凝土连续 箱 梁桥，主跨 150 m，保证了急流的 河流水断面和桥梁结构自身安全。 经济是桥梁结构设计的保证 一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，若它的造价比看上去一般化的桥梁高 出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。 在这次设计中，定下预应力混凝土连续梁桥后，对于截面形式，经过比选，我们设计组采用了变截面单箱单室箱梁。 因为本桥地处偏远。