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1、 土木工程专业预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥毕业设计指导书 预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥是应用广泛的公路和铁路桥梁形式，已经发展形成了相对成熟的设计施工技术方法，作为毕业设计的选择桥型，具有代表性。一、设计题目1、毕业设计的目的经过毕业设计，使同学们了解预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥设计的基本过程，掌握预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥设计的基本要素，包括桥型的选择，桥跨尺寸的比选，主要结构尺寸的选择，结构受力计算分析，施工方法选择等。通过毕业设计，同学们应对预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥设计有较全面的了解，能独立进行同类桥梁的计算分析，对预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥施工方法有一定
2、的了解。2、桥型的选择预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥属于梁式桥类型。其基本承重结构为预应力混凝土主梁和墩柱。顾名思义，连续梁和连续刚构桥桥跨结构主梁采用多跨连续体系，有三个或者三个以上支点；在结构自重与外荷载作用下，主梁承受着交变的正负弯矩作用；连续梁在连续的中间支点处设置大吨位竖向支座，因此连续梁的最大跨度受中间支点竖向支座吨位的限制；连续刚构桥采用主梁与中间支墩完全的结构性连接而实现墩梁直接固结传力，无中间支点竖向支座构造，但同时主梁与中间桥墩在支点处的变形必须协调一致，因此连续刚构桥要求中间桥墩的结构刚度能适应主梁变形，中间桥墩具有较大的高度，同时采用具有相对较低的抗弯刚度的所谓柔性墩
3、结构体系，如双薄壁墩结构。根据其一般的内力分配规律，为达到结构尺度分布协调、受力合理，并具有良好经济性的目的，中大跨度连续梁和连续刚构桥采用变截面的主梁结构，以期在结构刚度和内力分配上协调一致。结合公路、铁路桥梁等桥面宽的实际情况，变截面采用改变截面高度的方法实现。根据连续梁和连续刚构桥的特点，连续梁和连续刚构桥适宜于在跨越较大河流或深谷等障碍情况下，采用分段无支架悬臂施工；连续梁适合在墩高小、跨度适中的情况下使用，而连续刚构桥宜在大跨高墩情况下采用。桥型选择，既要考虑工程要求，又要考虑工程地形地质条件，同时还必须重视结构物与环境的协调。所谓地形地质条件，是桥梁所在工程位置的地形地貌及基础工程
4、地质状况。采用哪一种基本桥跨结构型式，首先要考虑地形条件，然后是地质条件，因为所选定的结构型式只有具备了相对较好的地形地质条件，才能达到经济合理的要求。作为工程结构物，桥梁不仅要满足基本的交通功能，还要成为环境中的一个亮点，为周围环境增辉添彩。桥型的选择，同时要结合跨径与跨径组合的要求。因为跨径大小、分跨多少及分跨布置，与桥梁所跨越障碍物的要求，如通航净空、设计洪水位及最大径流量等要求相关。力求做到既经济合理又美观适用。桥型的选择是一个综合的课题，它既包涵了工程本身各种要素的要求，又涉及到环境工程甚至人文方面的因素；桥型选择的优劣不仅在工程经济上十分重要，桥梁的建设对周围环境也必将产生长远的影
5、响。因此，毕业设计之首要任务，就是进行桥型选择，同学们必须用一定篇幅叙述桥型选择的基本原则和方法，阐述所选桥型的依据，综合分析桥型的经济技术指标及其与环境的适应性等。3、确定题目在选择了基本桥型后，也就可以给毕业设计确定题目，譬如“公路上预应力混凝土连续梁桥设计”等。对于毕业设计而言，确定题目就限定了设计的基本类型和所包含的基本任务。为了方便工作，在一般情况下，指导教师在同类题目之下，要限定主要的跨径尺寸和分跨数目。这样，毕业设计题目也就包括了跨径等基本参数。二、毕业设计任务毕业设计任务是分发给同学们完成的工作任务，以及必要的基本设计参数。(一) 设计资料作为一种练习和考核手段，毕业设计资料一
6、般不包括地形及地质资料，而要求同学们就所选题目，陈述所选桥型所适应的最佳地形、地质条件。因此，设计资料主要包括：1、主要技术指标(1) 孔跨布置：即跨径分布组合。孔跨的布置应与周围环境、地形地貌和地质条件相适应，同时孔跨的跨径比例应达到桥梁整体造型美观的目的。(2) 中间墩高及类型：对于多跨预应力混凝土连续梁桥布置的情形，中间墩的类型分一般墩和制动墩(刚性墩，考虑承受连续梁纵向水平力如制动力、地震力等)之分。在设计上，考虑制动墩承担全部水平力。制动墩的布置与跨径分布及地形地貌、地质条件相关；同时，墩的高度也影响到墩的刚度。对于连续刚构桥，由于桥跨与中间各桥墩在结构上连接为整体，为适应桥跨纵向变
7、形，需要中间桥墩具有相对较小的纵向挠曲刚度，在桥墩较矮时(一般墩高小于桥梁主跨径1/3)多采用双薄壁墩，而在高桥墩时(一般墩高大于桥梁主跨径1/2)采用刚度较大的单空心薄壁墩。因此，在进行多跨连续梁桥设计时，应用一定篇幅叙述对应分跨条件下墩布置的合理地形地质情况。(3) 荷载标准：是桥梁基本功能要求的重要指标。荷载标准直接反映出桥梁通行荷载类型和承载能力水平。就目前我国公用交通设施而言，一般有三种桥梁类型，即公路桥梁、铁路桥梁和城市道路桥梁，其相应的荷载标准为：a) 公路荷载：公路-I级、公路-II级；b) 城市道路荷载：城-A级，或城-B级；c) 铁路荷载：中-活载；d) 人群荷载：2.54
8、kN/m2；(4) 桥面净空：是桥梁交通功能的基本指标之一。对于不同的交通类型，桥梁的桥面净空条件各不相同。对于毕业设计，一般取典型类型作为代表：a) 高速公路：2(0.50m防撞栏杆+11.75m车行道+2m/2中间分隔带)=26.50m；净空高度不小于5m；b) 城市道路：0.25m栏杆+3m人行道+16m车行道+3m人行道+0.25m栏杆=22.50m；净空高度不小于5m；c) 铁路：单线3.9m线路+21.5m人行道，或双线2.45+6+2.45m线路+21.5m人行道；净空高度不小于6.6m；(5) 桥下净空：实际工程设计要考虑桥梁跨越河道通航净空宽度、高度以及过水断面对设计洪水流量
9、、洪水位高程等要求，或跨越公路、铁路净空宽度、高度等方面要求。作为毕业设计，同学们应针对性地进行分析叙述，阐明所选桥跨所能适应的情况。(6) 桥面纵坡：桥面纵坡是桥梁线形设计的重要指标，属于线路设计的内容之一，纵坡的大小及其变化还应与线路平面曲线线形设计综合考虑。在进行毕业设计时，由于主要工作在于桥跨结构设计，为方便起见，一般考虑最简单情形，即取通过桥跨线路纵坡为0%(平坡)。(7) 桥面横坡：桥面横坡设置的主要目的是为了桥面横向排水，由于公路和城市道路桥梁桥面较宽，公路及城市道路1.52.0%，而铁路桥面相对较窄，一般取1.5%。横坡的设置是从桥跨线路中线向两侧放坡，在平面圆曲线和缓和曲线段
10、，还要结合设计行车车速所需要的线路超高统一考虑。(8) 桥轴平面线型：桥跨结构轴线是线路中线的组成部分，平曲线的设置必须与竖曲线(纵坡线形)结合考虑。但在毕业设计中，一般取桥跨轴线为直线，以方便设计布置和计算。桥梁设计实际上首先要进行线路平、纵线形设计，这既属于桥梁所在线路的总体设计的范畴，也是桥梁在总体布置、桥位比选，以及桥型与桥跨分跨设计所要涉及的内容；同时桥位比选涉及到桥梁水文分析计算与河道走向、河岸地形地物条件等多种因素。在毕业设计中，这些内容都被简化，但同学们应适时予以叙述说明。(根据题目限定，本次毕业设计均选用公路桥梁类型，此处道路类型及其级别为高速公路，且上、下行车道采取分离式布
11、置，即桥梁为分为左、右幅，单幅单向行车，因此毕业设计的桥宽为以中间分隔带中线为界的一半；相应的荷载标准为公路-I级。可参考公路工程技术标准JTGB01-2003)2、材料规格桥梁结构采用的材料种类一般都较多，但就毕业设计而言，指导教师为同学们便于设计时参考，一般对主要结构采用通过指定的方式予以适当范围限定。这与实际工程设计有所不同，因为实际设计条件之一就是材料的选定。而材料的选定既与结构型式相关，也与桥梁所在地材料资源量及资源成本相关，必须就事论事，具体分析采用。主要材料指标包括：(1) 预应力混凝土连续梁和连续刚构桥主梁混凝土：跨度大于200m者用C60级混凝土，其余用C50级混凝土；(2)
12、 连续刚构桥中间墩混凝土：C40级混凝土；(3) 承台及桩基础混凝土：C30级混凝土；(4) 桥面板及栏杆混凝土：C30级混凝土；(5) 桥面铺装层混凝土：S6级C30或C40级防水混凝土；(6) 预应力钢筋及锚具：连续梁和连续刚构桥主梁纵横向预应力钢筋用高强度低松弛钢绞线；连续梁和连续刚构桥主梁竖向预应力钢筋用精轧螺纹钢筋。桥梁用钢绞线一般用七股钢绞线，即由七股5直径的钢丝绕制而成的钢绞线，为高强度低松弛钢绞线，用符号S15.24表示，单根钢绞线公称直径15.24mm，公称断面面积为140.00mm2。在公路规范(JTG D62-2004)中，其抗拉强度标准值和抗拉、抗压强度设计值分别为fp
13、k=1860MPa、fpd=1260MPa和fpd=390MPa。单根钢绞线符号为1-S15.24，对应的圆形锚具规格为YM15-1，称为单孔锚具，其他多于2孔的锚具称为群锚，譬如YM15-3表示由3-S15.24组成的群锚。群锚锚具常用规格有YM15-4、YM15-5、YM15-67、YM15-89、YM15-12、YM15-14、YM15-16、YM15-19、YM15-22、YM15-24、YM15-27、YM15-31及YM15-37等多种形式。对应波纹管直径分别为(外径)56、56、67、77、87、92、97、102、107、117、117、117、132和142mm。横向预应力钢
14、筋可采用横排的扁锚锚固的钢绞线预应力体系。常用扁锚孔道锚具一般有YMB15-2、YMB15-3、YMB15-4及YMB15-5等，对应波纹管直径分别为(外径高宽)1950、1960、1970和1990mm。其它可参考公路桥梁预应力钢绞线用YM锚具、连接器规格系列(JT/T329.1-1997)。精轧螺纹钢筋用JL表示，常用直径为18、25、32和40mm，连续梁和连续刚构桥主梁竖向预应力钢筋一般用JL25或32。在公路规范中，其抗拉强度标准值和抗拉、抗压强度设计值分别为fpk=930MPa、fpd=770MPa和fpd=400MPa。对于JL32钢筋，对应锚具为M343(螺距)，孔道直径43m
15、m，锚垫板边长a =140mm，相邻锚板中心距离不小于15cm。一般情况下，竖向预应力钢筋沿纵向布置的间距在50cm 100cm。(9) 普通钢筋：桥梁上采用的普通钢筋主要有光圆钢筋R235和热处理带肋钢筋HRB335、HRB400和余热处理钢筋KL400。其中，光圆钢筋R235相当于原I级钢筋，常用规格为直径d=8、10、12、14、16、18和20mm，抗拉、抗压强度设计值分别为fsd=195MPa和fsd=195MPa；热处理带肋钢筋HRB335相当于原II级钢筋，常用规格为直径d=10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40和50mm，抗拉、抗压强度设计值分别
16、为fsd=280MPa和fsd=280MPa；热处理带肋钢筋HRB400相当于原III级钢筋，常用规格为直径d=10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40和50mm，抗拉、抗压强度设计值分别为fsd=330MPa和fsd=330MPa；余热处理钢筋KL400相当于原III级钢筋，常用规格为直径d=8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36和40mm，抗拉、抗压强度设计值分别为fsd=330MPa和fsd=330MPa。一般情况下，受力主钢筋用HRB335钢筋(II级钢筋)，非受力钢筋用R235钢筋(I级钢筋)。3、预应力混凝土连续梁和连续刚构桥施工顺序及涉及计算要点
