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1、预应力混凝土连续箱梁形桥设计摘要第一章 桥型方案比选1.1 构思宗旨（1）（1）符合市发展规划，满足当地快速发展的经济的交通需要，分孔分跨与原桥位错开。（2）桥梁结构造型简洁、轻巧，不与原桥型相似，形成当地一道新的风景线，以体现当地的经济发展实力，和现代建桥风格，国家的建桥水平。（3）设计方案力求结构新颖，尽量采用新式桥型，既要满足美观要求，又要是受力合理，结构力线鲜明，轻盈可靠且施工方便。1.2、比选标准：主要依据安全、功能、经济和美观。其中以安全和经济为重。至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。本设计桥梁的形式可考虑斜拉桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。从实用、安全、经济、美观、环保以及占地
2、与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则：（1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适和安全。既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业等等。（2）安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。（3）经济性。在社会主义市场经济体制的今天，经济性是不得不考虑的重要因素。在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以最少的投入获得最好的效果。（4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美，要与周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。（
3、5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出了更高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保证顺利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。 桥面根据通行要求布置3车道，上部结构采用单箱单室结构形式，箱宽12.75m。因基础底面土质较差，采用桩柱式桥墩，桥台采用桩柱式桥台，墩台均采用嵌岩桩基础。顺桥向主梁尺寸拟定（1） 梁高：根据桥下通车线路情况，支点处梁高取2.126m（高跨比为1/37.16）；跨中梁高取2.00m(高跨比为1/39.5)。（2） 梁底曲线：选用二次抛物线。以跨中梁底为原点，曲线方程为：；以支点梁底为原点，曲线方程为。横
4、桥向的尺寸拟定上部结构根据通行要求布置3个车道，两侧各有1.5m宽的人行道，采用单箱单室结构形式，主梁截面细部尺寸见图1-2所示。桥面铺装和线性的选定（1） 桥面铺装：选用8cm厚C50防水混凝土作为铺装层，上加6cmAC-20I中粒式沥青混凝土，其上再加4cmAK-13A型沥青混凝土抗滑表层。（2） 桥面横坡：去1.5%，该坡度由箱梁顶板双向横坡来设置。（3） 竖曲线：考虑两岸的引桥坡度和桥面标高，具体拟定如下：左边自0号桥台起至主跨跨中为直线。其坡度为2%，右边自3号桥台起自主跨跨中亦为直线，其坡度为2%。技术标准及设计参数1、 设计荷载车道荷载为公路-I级；人群荷载为3.5KN/m2。2
5、、 主要设计参数（1） 混凝土：预应力混凝土连续梁采用C50混凝土。（2） 钢筋：预应力钢筋采用15.245钢绞线（极限抗拉强度1860Mpa）；非预应力钢筋采用符合新规范的R235,HRB335钢筋。凡钢筋直径12毫米者，采用HRB335(20MnSi)热轧螺纹钢；凡钢筋直径12毫米者，采用R235钢。（3） 预应力钢束特性：预应力管道为钢波纹管，管道偏差系数k=0.0015/m;摩擦系数u=0.23;钢筋回缩和锚具变形为每侧6mm,两端张拉，张拉控制应力。 63 桥面板的计算 6.3.1 主梁桥面板按单向板计算 根据公桥规4.1.1条规定，因长边与短边之比为33.4/8=4.1752，故按
6、照单向板计算，人行道及栏杆的重量为5.83KN/m。1 恒载内力以纵向取1m的板条计算 每延米板上的恒载g 沥青混凝土找平层及抗滑层：钢筋混凝土面层：将承托的面积平摊于桥面板上，则：主梁的自重：合计：(1) 计算 计算跨径：m，取(2)计算=5.25于每米宽板条上的剪力为： 2.活载内力公路I级车辆荷载后轮轴重为P=140KN，着地长度为，宽度为。板上荷载分布为： 有效分布宽度计算：两后轮的有效分布宽度发生重叠，应一起计算其有效分布宽度。纵向2个车轮对于单向板跨中与支点的有效分布宽度分别为： 所以：a=5.153，说明支点处有效分布宽度无重叠。可得板的有效分布宽度图，在影响线上进行最不利情况的
7、加载，利用结构力学计算得出简支单向板的内力。作用于每米宽板条上弯矩为（见图2）： 作用于每米宽板条上的剪力为： 内力组合：由于，所以：跨中弯矩支点弯矩2.主梁桥面板悬臂板的计算（悬臂板长度按长悬臂计算）根据公桥规条文说明第4.1.5条规定：当悬臂板长度时，悬臂根部负弯矩约为按规范计算方法的1.151.30倍。通过计算，对的长悬臂版，取1.2倍。1.恒载内力以纵向梁宽为1m的板梁计算每延米板上的恒载g沥青混凝土找平及抗滑层：钢筋混凝土面层：人行道及栏杆：主梁的自重：合计：每米宽板条的恒载内力弯矩 剪力 2活载产生的内力一个车轮荷载对于悬臂根部的有效分布宽度：后轮的有效分布宽度发生重叠，应一起计算
8、其有效分布宽度。车辆荷载纵向2个车轮对于悬臂板根部的有效分布宽度为：有效分布宽度见图3。.作用于每米宽板条上的弯矩为：考虑到长悬臂对结构的影响，需乘以1.2系数，即：作用于每米宽板条上的剪力为： 3行车道板的设计内力 故箱形梁腹板顶板处的设计弯矩为：箱形梁顶板中间截面的设计弯矩为：支点处的设计剪力为：3桥面板配筋 1支点处配筋，沿纵向取1m宽板条计算 混凝土强度等级为C50，钢筋采用HPB335，则。截面计算高度： 将各参数代人数值： 整理后得到： 取。2跨中处配筋，沿纵向取1m宽板条计算 将各参数代人数值： 整理后得到： 取。 3抗剪验算 故无需再进行专门的配筋设计。6.4 建立计算模型1、
9、 使用软件：Dr.Bridge3.02、 外部环境特性计算相对湿度80%；不均匀沉降考虑为1/3000；桥面板与其它部分的温差为。3、 单元划分根据该桥梁构造特点，共划分64个单元，如图4、 施工阶段划分按照该桥梁实际施工工序，首先交租1号墩和2号墩的0号块并设置临时固定支座安装挂篮并分别对称浇筑1号墩和2号墩的1号块分别对称浇筑1号墩和2号墩的2号块分别对称浇筑1号墩和2号墩的3号块分别对称浇筑1号墩和2号墩的7号块分别支架现浇两边跨的10号块分别合拢两边跨的9号块并拆除临时固定支座合拢主跨跨中8号块铺装桥面及设备安装完工使用阶段。根据各施工阶段的施工顺序，由桥梁博士软件建立桥梁计算模型（）
10、。5、 荷载信息桥梁模型在建立的过程中，需输入施工荷载和使用荷载，以模拟实际桥梁受力状况。（1）施工荷载 永久荷载：永久性作用于结构上的荷载，如结构横梁重量、二期铺装等； 临时荷载：一般为施工机具等荷载，下阶段将自动去除； 施工荷载：一般在需要验算某阶段几种加载情况下，结构安全性是否满足要求，一般只在特殊的阶段需要验算； 临时荷载与施工活载：临时荷载将计入本阶段的累计效应中（本阶段结束是结构效应）；施工活载则不计入到本阶段累计效应中，仅在本阶段施工阶段验算中计入到本阶段组合效应中；升温与降温：是作为施工活载处理；平均温度：是作为永久荷载处理的。平均温度的效应是指前一阶段的平均温度与本阶段平均温
11、度的差值作为本阶段的温度荷载来计算的；施工阶段温度荷载一般在设计阶段不予考虑，因为设计阶段对结构的温度场还不明确，一般在施工控制中才需计算。（2）使用荷载 结构在使用阶段车道荷载为公路-I级、人群荷载、升温和降温温差、非线性温度、收缩徐变、支座不均匀沉降等。 根据建立的模型，利用桥梁博士软件对结构进行计算，可得到个截面内力值。恒载内力的计算 恒载内力主要包括结构自重内力和二期恒载内力的内力叠加。一期恒载和二期恒载由所建立的有限元计算模型输出但愿结果信息中引用。 一期恒载：程序按截面尺寸信息自动计入； 二期恒载：含铺装层和栏杆中，按78KN/m计入。 结构重力的作用效应见表1及图6。表1 结构重
12、力的作用效应活载内力计算活载的内力计算主要通过有限元软件计算模型，输入使用阶段活载所加载的相关参数得到。1 横向分布系数的计算对于整体箱梁、整体板梁等结构，其横向分布系数就是其所承受的汽车总列数，考虑横向折减及偏载后的修正值。根据桥规4.3.1条规定，当桥涵设计车道数大于2时，由汽车荷载产生的效应应进行折减，但折减后的效应不得小于设计车道数为2的荷载效应。大跨径桥梁上的汽车荷载还应考虑纵向折减。箱梁计算得到的偏载系数为1.15，对于本桥桥面为3车道的整体箱梁计算时，横向分布系数应为：。在桥梁博士有限元计算程序中，对于整体箱梁、整体板梁等结构，若如实填写人行道宽（或满人宽度），则人群荷载的横向分
13、布系数填1.2 活载内力的计算（1） 冲击系数计算 桥规4.3.2条条文说明对连续梁桥正弯矩段与负弯矩段的基频与的计算有：因此，根据桥规4.3.2条有：正弯矩段：负弯矩段：（2） 活载作用内力 汽车荷载作用下的内力计算公式为：人群荷载作用下的内力计算公式为：3.计算结果 表2表5给出了汽车使用阶段的加载结果。表2 汽车使用阶段内力表3 汽车使用阶段内力表4 汽车使用阶段内力表5 汽车使用阶段内力相应人群荷载所产生的荷载效应，可以查看有限元模型的计算结果。66 温度及支座沉降次内力计算2. 温度引起的内力计算由于连续梁只有一个横向支座，所以整体温变对梁体的内力没有影响，在这里只考虑桥面板由于日照
14、等因素产生梯度稳定效应，根据桥规4.3.10条规定，桥面板表面竖向日照正温差计算基数取14，取5.5，竖向日照反温差乘以-0.5。按以上规定有桥梁博士有限元软件程序可算出不均匀温度引起的内力。3. 支座位移引起的内力计算由于各个支座出的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀变位，连续梁是一种超静定结构，对支座的不均匀沉降特别敏感，所以由它引起的内力是构成内力的重要组成部分。其计算方法是：三跨连续梁的四个支点中的每个支点分别下沉2cm，其余的支点不动，所得到的内力进行叠加，取最不利的内力范围。 内力组合根据桥规4.1.6条和4.1.7条规定，进行承载能力极限状态的内力组合和正常使用极限状态的内力组合。1. 承载能力极限状态的内力组合组合1：基本组合考虑永久作用：结构重力、基础沉降；考虑可变作用：汽车荷载、温度梯度作用。则基本组合作用效应表达式见式（4-3）或式（4-4）。2. 正常使用极限状态的内力组
