75m+140m+75m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁項(xiàng)目可行性研究報(bào)告

1 75m+140m+75m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁 第一章 概 述 計(jì)題目 75m+140m+75 程概況 青銀高速公路濟(jì)南黃河大橋位于山東省濟(jì)南市北部，是國(guó)道主干線青島 銀川 (也是濟(jì)南北繞城高速公路 )跨越黃河的一座特大橋，同時(shí)也是京滬高速公路復(fù)線 (山東段 )的關(guān)鍵工程之一。 大橋起點(diǎn)樁號(hào) 點(diǎn)樁號(hào) 梁全長(zhǎng) ，分別包括南側(cè)堤外引橋 (9*30+8*30+6*45+6*45m)、南側(cè)跨大堤大橋 (75+140+75m)、南側(cè)河灘引橋(6*45+6*45m)、主橋 (60+60+160+386m)、北側(cè)河灘引橋 (5*46+5*46m)、北側(cè)跨大堤大橋(75+140+75m)、北側(cè)堤外引橋 (6*45+6*45+7*30+6*30m) 計(jì)內(nèi)容 南 側(cè)跨大堤大橋施工圖設(shè)計(jì)。 要工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (1)公路等級(jí)：雙向八車道高速公路 (2)設(shè)計(jì)速度： 120公里 /小時(shí) (3)標(biāo)準(zhǔn)路基寬度： 42 米 (4)橋梁寬度： ，上、下行兩幅 (5)最大縱坡： 2 (6)橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載：公路 -級(jí) (7)黃河 設(shè)計(jì)防洪流量： 11000洪流量： 11000 3/8)黃河航道等級(jí)：級(jí)航道 (9)最高通航流量 9000 3/10)設(shè)計(jì)風(fēng)速： 10米高處 10分鐘平均最大風(fēng)速 s (11)地震動(dòng)峰值加速度： 余技術(shù)指標(biāo)均按照部頒公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ 定值和本項(xiàng)目工程可行性研究報(bào)告批復(fù)要求。 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 2 象條件 擬建橋位地處山東半島中部腹地，位于我國(guó)東部暖溫帶亞濕潤(rùn)大陸性季風(fēng) 氣候區(qū)，受海洋氣候影響較少，區(qū)域內(nèi)具有明顯的大陸性氣候待征，一年四季分明，春季氣溫回升快，風(fēng)多雨少，氣候干燥；夏季高溫多雨，雨量充沛集中，雨熱同期，常有大風(fēng)暴雨、冰雹、雷擊等災(zāi)害性天氣，冬季寒冷干燥，雨雪量減少。 年平均氣溫在 一月份平均氣溫最低，為 七月份平均氣溫最高，為 ,極端最低氣溫出現(xiàn)在 1972年 2月 7 日，達(dá) ,極端高溫出現(xiàn)在 2002年 7月 15日，達(dá) 42。 歷年平均降水量為 650毫米，區(qū)域降水受季風(fēng)影響明顯，降水量 分布不均勻，年際、年內(nèi)變幅大，降水主要集中在 6全年降水的 75以上。 冬季盛行西北風(fēng)、北風(fēng)、東北風(fēng)，夏季盛行西南、南和東南風(fēng)，春秋兩季是過(guò)渡季節(jié)，風(fēng)向多變。大風(fēng)全年各月均有出現(xiàn)， 4月份最多， 8、 9月最少，全年平均大風(fēng)天數(shù) 位處百年一遇風(fēng)速為 s,風(fēng)壓為 歷年平均初霜期為 10月 27日。最早出現(xiàn)在 10月 3日 (1956年 )，最晚在 11月 10日 (1965 年 )；平均終霜凍期為 4 月 13 日、最早在 3 月 27 日 (1977 年 )，最晚在 5 月 4日 (1961年 )；平均無(wú)霜期 198天。歷年最大凍土深度 44厘米 橋位所處區(qū)域?qū)賮啙駶?rùn)地帶，年平均相對(duì)濕度 64 68， 1964 年最大 為 76%。全年 8月份較大，月平均 ,1974年 8月達(dá) 86 平均 60 ,1977年2月僅 38。 橋位處災(zāi)害性氣候主要有：暴雨、冰雹、雷暴、霧等，暴雨出現(xiàn)在每年的 5 9月，4月偶有暴雨出現(xiàn)， 7、 8 月出現(xiàn)的次數(shù)最多，歷年平均達(dá) 雹最早出現(xiàn)在 4月，最晚出現(xiàn)在 10 月，集中出現(xiàn)在 4 8 月， 6月份最多，歷年平均冰雹日數(shù) 。雷暴最早出現(xiàn)在 3月，最晚出現(xiàn)在 11月，集中出現(xiàn)在 6 8月，歷年年平均雷暴日數(shù) 24天；霧全年各月均月出現(xiàn)， 10 月至次年 2月最多， 3 6月較少，歷年年平均霧日數(shù) 防工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)國(guó)家堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范、黃河水利委員會(huì)黃河下游防洪工程標(biāo)準(zhǔn)、黃河下游標(biāo)準(zhǔn)化堤防建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)若干規(guī)定以及相關(guān)規(guī)劃，河務(wù)部門要求：堤防標(biāo)準(zhǔn)為級(jí)，頂寬設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為 12米，設(shè)計(jì)超高 、背河邊坡為 1： 3，淤背區(qū)設(shè)計(jì)寬度 100米，邊坡 1： 3，高度與設(shè)計(jì)洪水位平。 3 震 地 震危險(xiǎn)性分析的結(jié)果表明，工程場(chǎng)地平均土條件下的地震基本烈度為度。各個(gè)年超越概率水平下均土條件的地震烈度和水平向基巖加速度峰值計(jì)算值（單位為2cm/s ）見(jiàn)下表 1 1。 橋位 年超越概率水平 速度峰值（ 史家塢橋位 度 史家塢橋位 ） ） ） 表 1 1 場(chǎng)區(qū)位于魯西北帚狀構(gòu)造之濟(jì)陽(yáng)拗陷帶南 側(cè)，與魯西隆起區(qū)之泰山沂山隆起毗連。兩者在地貌上構(gòu)成南部剝蝕中低山與北部沉積平原接壤，在構(gòu)造上地部則為產(chǎn)狀平緩的寒武奧陶系山脈與北部隱伏的石炭二迭系階梯狀斷層斜坡帶相連。魯西隆起區(qū)與濟(jì)陽(yáng)拗陷這兩大構(gòu)造單元在中生代以前是連在一起的，沒(méi)有經(jīng)受過(guò)強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，只是局部地區(qū)表現(xiàn)為平緩的上升或下降，從中生代燕山運(yùn)動(dòng)起，斷裂高度發(fā)育，兩者分化、脫節(jié)，魯西帚狀構(gòu)造強(qiáng)烈凹陷，接受了數(shù)百米到一、二千米的第三、四系沉積。而泰山沂山相對(duì)隆起塑造了南部山區(qū)與北部平原直接接壤的景觀。受區(qū)域地質(zhì)控制，場(chǎng)區(qū)下伏基巖為石炭、二迭系沉 積巖與燕山期輝長(zhǎng)巖閃光巖接觸帶上，其上為厚約一百米至數(shù)百米的新生界沉積。橋址附近第四系埋深推估在 200 米左右。 地地層情況及工程物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 本場(chǎng)區(qū)勘察深度范圍內(nèi)，地基土自上而下分為如下 26 層 層亞砂土：黃褐色，飽和，松散稍密，夾薄層亞粘土。場(chǎng)區(qū)分布，厚度為 均 層底埋深： 均 物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e= =I=E= 1 層耕植土：黃褐色，很濕，由亞砂土組成，見(jiàn)根系及云母。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度：均 底標(biāo)高 :均 底埋深： 均 2 層亞粘土、粘土：黃褐色，濕，軟塑，含較多粉粒。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度： 均 底標(biāo)高： 均 底埋深： 均 物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e= = 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 4 層粉細(xì)砂：黃褐、灰黃色，飽和，松散。見(jiàn)銹斑，含云母振動(dòng)析水，夾薄層亞粘土及亞砂土。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度： 均 底標(biāo)高： 均 底埋深 均 褐色灰 褐色，軟可塑，稍密，見(jiàn)銹斑，少量云母，夾薄層粉細(xì)砂。厚度： 均 底標(biāo)高 均 底埋深： 均 物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e= =I=E= 亞砂土：淺黃褐色灰褐色，軟硬塑，夾薄層 淤泥質(zhì)土，厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e= =I=E= 亞砂土：灰黑色，軟硬塑，極少量姜石直徑 5米，含少量有機(jī)質(zhì)及鐵錳氧化物。 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e= =I=E= 層亞粘土：灰黑色，黃棕色 灰綠色，軟硬塑，少量云母及小姜石，局部含有機(jī)質(zhì)及生物貝殼。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度 均 底標(biāo)高 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =;=e=C= = 亞砂土：棕黃色夾灰綠色，濕 飽和，軟硬塑，厚度 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 層亞粘土， 可 硬塑，含少量云母及少量小姜石，局部含有鐵錳氧化物。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度 均 底標(biāo)高 均 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =20.3 e=C= = 亞砂土，棕黃色，灰黃色，濕 飽和， 松散 稍密，軟塑， 厚度 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =20.2 e=C= = 層亞砂土：黃褐色，飽和，中密，相變粉砂，含零星姜石，直徑 5 20區(qū)普遍分布，厚度 :均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =20.3 e=C= = 粉砂：黃褐色，飽和，中密，少量云母。 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力 5 學(xué)指標(biāo)值為： =; =e=C= = 亞粘土：黃褐色，硬塑，少量云母，極少量姜石。 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 層亞粘土：黃褐色夾白色，可塑 半堅(jiān)硬 ，極少量云母 5%，底部混約 30%姜石，局部含少量砂粒。場(chǎng)區(qū)普遍分布， 。 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e=C= = 黃色雜色，硬塑， 鈣質(zhì)膠結(jié)，取芯短柱狀，力學(xué)性質(zhì)偏軟。 厚度： 均 底標(biāo)高 層底埋深 黃色，飽和，中密，夾菁層中粗砂。場(chǎng)區(qū)普遍分布同，厚 度： 均 底標(biāo)高 均 底埋深 均 黃褐色 黃棕色，硬半堅(jiān)硬，含 15%姜石。場(chǎng)區(qū)普遍分布， 厚 度： 均 底標(biāo)高 均 底埋深 物理力學(xué)指標(biāo)值 為： =; =e=C= = 層弱膠結(jié)姜石層：黃褐色，巖芯呈柱狀，采取率 80%，鈣質(zhì)泥膠結(jié)，呈透鏡體狀分布。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度： 均 底標(biāo)高 底埋深 均 層亞粘土：黃棕色 ，硬塑 半堅(jiān)硬 ，含少量姜石，局部富集，直徑 5 25鐵錳質(zhì)鈣核。場(chǎng)區(qū)普遍分布 。 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e=C= = 弱膠結(jié)姜石層：黃褐色，堅(jiān)硬 ，鈣質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)，局部呈來(lái)粘土狀，取芯呈柱狀，厚度： 均 底標(biāo)高 均 均 層亞粘土：黃棕色 黃棕色 ，硬 半堅(jiān)硬 ，少量云母及姜石，場(chǎng)區(qū)普遍分布 。 厚度：均 底標(biāo)高 均 均 其物理力學(xué)指標(biāo) 值為： =; =e=C=83; = 褐色，堅(jiān)硬，鈣質(zhì)泥質(zhì)膠結(jié)，取芯短柱狀。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度： 均 底標(biāo)高： 均 層底埋深 均 層亞粘土：棕黃色 ，雜色，硬塑 半堅(jiān)硬 ，含少量姜石，粒徑 5 20部富集含量大于 50% 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e=C= = 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 6 層亞粘土：褐黃色 ，灰綠色，棕黃色，稍濕，硬塑 ，含姜石及鐵錳結(jié)核。 場(chǎng)區(qū)普遍分布 。 厚度： 均 底標(biāo)高 均 層底埋深 均 其物理力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e=C= = 層亞粘土：黃褐色，棕黃色，稍濕，夾姜石層，局部富集并膠結(jié)。該層未穿透，厚度大于 其物理 力學(xué)指標(biāo)值為： =; =e=C= = 層 號(hào) 巖 性 0(i(層 號(hào) 巖 性 0(i( 亞砂土 90 100 30 35 粘土 200 55 土 80 20 亞粘土 180 220 50 60 粘土 100 110 30 35 石 280 65 粉細(xì)砂 100 110 30 35 砂土 180 55 砂土 95 100 35 38 亞粘土 200 220 55 60 粘土 110 120 35 38 姜石 320 75 泥質(zhì)亞粘土 120 38 亞粘土 220 240 60 65 亞粘土 120 160 38 50 石 280 65 砂土 110 38 亞粘土 220 240 60 65 亞粘土 140 200 45 55 石 320 75 砂土 160 45 亞粘土 240 260 60 65 亞砂土 160 180 50 55 亞粘土 240 260 65 68 砂 140 48 亞粘土 240 260 65 70 表 1 2 7 察工作內(nèi)容和工程量 工 作 量 統(tǒng) 計(jì) 表 工作項(xiàng)目 單位 數(shù)量 備注 鉆探 m/孔 8 泥漿護(hù)壁 平面地質(zhì)調(diào)查 :2000 采取原狀土樣 件 2374 土工實(shí)驗(yàn) 件 2226 靜三軸實(shí)驗(yàn) 組 18 標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn) 次 468 固結(jié)系數(shù)試驗(yàn) 件 447 滲透系數(shù)試驗(yàn) 個(gè) 15 膨脹土試驗(yàn) 個(gè) 47 顆粒分析試驗(yàn) 個(gè) 151 繪 制工程縱斷面圖 張 1 繪制工程地質(zhì)平面圖 張 1 繪制鉆孔地質(zhì)柱狀圖 孔 6 編寫工程地質(zhì)勘察報(bào)告 份 1 表 1 3 勘察所依據(jù)的規(guī)程、規(guī)范和規(guī)定為： 1）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (2)公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范 （ 3）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （ 4)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范 （ 5）巖土工程勘察規(guī)范 （ 6)公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （ 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 8 第 2 章 方案比選 橋梁設(shè)計(jì)原則 橋梁的形式可考慮拱橋、梁橋、梁拱組合橋和斜拉橋。任選三種作比較，從安全、功能、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工、占地與工期多方面比選，最終確定橋梁形式。 用性 橋上應(yīng)保證車輛和人群的安全暢通，并應(yīng)滿足將來(lái)交通量增長(zhǎng)的需要。橋下應(yīng)滿足泄洪、安全通航或通車等要求。建成的橋梁應(yīng)保證使用年限，并便于檢查和維修。 適與安全性 現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)舒適度，要控制橋梁的豎向與橫向振幅， 避免車輛在橋上振動(dòng)與沖擊。整個(gè)橋跨結(jié)構(gòu)及各部分構(gòu)件，在制造、運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。 設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性一般應(yīng)占首位。經(jīng)濟(jì)性應(yīng)綜合發(fā)展遠(yuǎn)景及將來(lái)的養(yǎng)護(hù)和維修等費(fèi)用。 橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設(shè)的新技術(shù)。應(yīng)便于制造和架設(shè)，應(yīng)盡量采用先進(jìn)工藝技術(shù)和施工機(jī)械、設(shè)備，以利于減少勞動(dòng)強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量和施工安全。 一座橋梁，尤其是座落于城市的橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，應(yīng)與周圍的景致相協(xié)調(diào)。合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是美觀的主要因素 ，決不應(yīng)把美觀片面的理解為豪華的裝飾。 應(yīng)根據(jù)上述原則，對(duì)橋梁作出綜合評(píng)估。 9 型方案比選 橋 圖 2 1 梁式橋是指其結(jié)構(gòu)在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無(wú)水平推力的橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋受力明確，理論計(jì)算較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和施工的方法日臻完善和成熟。 預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋具有以下主要特征： 1）混凝土材料以砂、石為主，可就地取材，成本較低； 2）結(jié)構(gòu)造型靈活，可模型好，可根據(jù)使用要求澆鑄成各種形狀的結(jié)構(gòu)；3）結(jié)構(gòu)的耐久 性和耐火性較好，建成后維修費(fèi)用較少； 4）結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度較大，變性較??； 5）可采用預(yù)制方式建造，將橋梁的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)； 6）結(jié)構(gòu)自重較大，自重耗掉大部分材料的強(qiáng)度，因而大大限制其跨越能力； 7）預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋可有效利用高強(qiáng)度材料，并明顯降低自重所占全部設(shè)計(jì)荷載的比重，既節(jié)省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲勞的能力； 8）預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋所采用的預(yù)應(yīng)力技術(shù)為橋梁裝配式結(jié)構(gòu)提供了最有效的拼裝手段，通過(guò)施加縱向、橫向預(yù)應(yīng)力，使裝配式結(jié)構(gòu)集成整體，進(jìn)一步擴(kuò)大了裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。 圖 2 2 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 10 拱橋的靜力特點(diǎn)是，在豎直何在作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平反力。由于水平反力的作用，拱的彎矩大大減少。如在均布荷載 直梁的跨中彎矩為 ，全梁的彎矩圖呈拋物線形，而拱軸為拋物線形的三鉸拱的任何截面彎矩均為零，拱只受軸向壓力。設(shè)計(jì)得合理的拱軸，主要承受壓力，彎矩、剪力均較小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而可以充分利用抗拉性能較差、抗壓性能較好的石料，混凝土等來(lái)建造。石拱對(duì)石料的要求較高， 石料加工、開采與砌筑費(fèi)工，現(xiàn)在已很少采用。 由墩、臺(tái)承受水平推力的推力拱橋，要求支撐拱的墩臺(tái)和地基必須承受拱端的強(qiáng)大推力，因而修建推力拱橋要求有良好的地基。對(duì)于多跨連續(xù)拱橋，為防止其中一跨破壞而影響全橋，還要采取特殊的措施，或設(shè)置單向推力墩以承受不平衡的推力。由于場(chǎng)區(qū)所建位置地質(zhì)情況是軟土地基，故不考慮此橋型。 圖 2 3 軟土地基上建造拱橋，存在橋臺(tái)抵抗水平推力的薄弱環(huán)節(jié)。為此采用大噸位預(yù)應(yīng)力筋以承擔(dān)拱的水平推力；預(yù)應(yīng)力筋的寄體是系梁，即加勁縱梁，從而 以梁式橋?yàn)榛w，按各種梁橋的彎矩包絡(luò)圖用拱來(lái)加強(qiáng)。這樣可以使橋梁結(jié)構(gòu)輕型化，同時(shí)能提高這類橋梁的跨越能力。這類橋梁不僅技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)、造價(jià)低廉，同時(shí)橋型美觀，反映出力與美的統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)形式與環(huán)境的和諧，增加了城市的景觀。 11 圖 2 4 斜拉橋的特點(diǎn)是依靠固定與索塔的斜拉索支撐梁跨，梁是多跨彈性支撐梁，梁內(nèi)彎矩與橋梁的跨度基本無(wú)關(guān)，而與拉索的間距有關(guān)。他們適用于大跨、特大跨度橋梁，現(xiàn)在還沒(méi)有其他類型的橋梁的跨度能超過(guò)他們。 斜拉橋與懸索橋不同之處是，斜拉橋直 接錨于主梁上，稱自錨體系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受壓，因此塔、梁均為壓彎構(gòu)件。由于斜拉橋的主梁通過(guò)拉緊的斜索與塔直接相連，增加了主梁抗彎、抗扭剛度，在動(dòng)力特性上一般遠(yuǎn)勝于懸索橋。懸索橋的主纜為承重索，它通過(guò)吊索吊住加勁梁，索兩端錨于地面，稱地錨體系。 斜拉橋具有施工方便、橋型美觀、用料省、主梁高度小、梁底直線容易滿足通航和排洪要求、動(dòng)力性能好的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展非常迅速，跨徑不斷增大。但實(shí)際跨度不大，此橋型不予考慮。 目前我國(guó)跨堤大橋及城市高架橋結(jié)構(gòu)一般考慮簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。簡(jiǎn)支梁受力明確， 受無(wú)縫鋼軌因溫度變化產(chǎn)生的附加力、特殊力的影響小，設(shè)計(jì)施工易標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化；但其梁高較大，景觀稍差，行車條件也不如連續(xù)梁。連續(xù)梁結(jié) 構(gòu)與同等跨度的簡(jiǎn)支梁相比，可以降低梁高，節(jié)省工程數(shù)量，有利于爭(zhēng)取橋下凈空，并改善景觀；其結(jié)構(gòu)剛度大，具有良好的動(dòng)力特性以及減震降噪作用，使行車平穩(wěn)舒適，后期的維修養(yǎng)護(hù)工作也較少。從城市美學(xué)效果來(lái)看，連續(xù)梁造型輕巧、平整、線路流暢，將給城市爭(zhēng)色不少。但連續(xù)梁對(duì)基礎(chǔ)沉降要求嚴(yán)格，特別是由于聯(lián)長(zhǎng)較大，橋上無(wú)縫鋼軌因溫度變化而產(chǎn)生的水平力很大，使得梁體與墩臺(tái)之間的受力十分復(fù)雜，加大了設(shè) 計(jì)難度?？紤]到該場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)條件，綜合考慮，采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)作為跨越大堤區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)型式。 連續(xù)梁橋有做成三跨或者四跨一聯(lián)的，也有做成多跨一聯(lián)的，但一般不超過(guò)六跨。對(duì)于橋孔分跨，往往要受到如下因素的影響：橋址地形、地質(zhì)與水文條件，通航要求以及墩臺(tái)、基礎(chǔ)及支座構(gòu)造，力學(xué)要求，美學(xué)要求等。若采用三跨不等的橋孔布置，一般邊跨長(zhǎng)度可取為中跨的 ，這樣可使中跨跨中不致產(chǎn)生異號(hào)彎矩，此外，邊跨跨長(zhǎng)與中跨跨長(zhǎng)之比還與施工方法有著密切的聯(lián)系，對(duì)于采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的橋梁，邊跨長(zhǎng)度取為中跨長(zhǎng)度的 是經(jīng) 濟(jì)合理的。但是若采用懸臂施工法，則不然。本設(shè)計(jì)跨度，主要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書來(lái)確定，其跨度組合為： (75m+140m+75m)米。基本符合以上原理李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 12 要求。 梁部截面形式考慮了箱形梁、組合箱梁、槽型梁、 T 型梁等可采用的梁型。 連續(xù)單箱梁方案該方案結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，抗扭剛度大，適應(yīng)性強(qiáng)。景觀效果好。該方案需采用就地澆筑，現(xiàn)場(chǎng)澆筑砼及張拉預(yù)應(yīng)力工作量大，但可全線同步施工，施工期間工期不受控制 ,對(duì)橋下道路交通影響較其他方案稍大。 簡(jiǎn)支組合箱梁結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，抗扭剛度大，適應(yīng)性強(qiáng)。雙箱梁預(yù)制吊裝，鋪預(yù)制板，重量 輕。但從橋下看 ,景觀效果稍差。從預(yù)制廠到工地的運(yùn)輸要求相對(duì)較低，運(yùn)輸費(fèi)用較低。但橋面板需現(xiàn)澆施工 ,增加現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量，工期也相應(yīng)延長(zhǎng)。但美觀較差，并且徐變變形大，對(duì)于無(wú)縫線路整體道床軌道結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)，存在著后期維修養(yǎng)護(hù)工作量大的缺點(diǎn)。 槽型梁為下承式結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是造型輕巧美觀，線路建筑高度最低 ,且兩側(cè)的主梁可起到部分隔聲屏障的作用，但下承式混凝土結(jié)構(gòu)受力不很合理，受拉區(qū)混凝土即車道板圬工量大，受壓區(qū)混凝土圬工量小，梁體多以受壓區(qū) (上翼緣 )壓潰為主要特征，不能充分發(fā)揮鋼及混凝土材料的性能。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)為開口 截面，結(jié)構(gòu)剛度及抗扭性較差，而且需要較大的技術(shù)儲(chǔ)備才能實(shí)現(xiàn)。 T 型梁結(jié)構(gòu)受力明確，設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)成熟 ,跨越能力大 ,施工可采用預(yù)制吊裝的方法，施工進(jìn)度較快。該方案建筑結(jié)構(gòu)高度最高，由于梁底部呈網(wǎng)狀 ,景觀效果差。同時(shí)，其帽梁雖較槽型梁方案短些，但較其他梁型長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)其帽梁也須設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土帽梁，另外預(yù)制和吊裝的實(shí)施過(guò)程也存在著與其他預(yù)制梁同樣的問(wèn)題。 相比之下，箱型梁抗扭剛度大，整體受力和動(dòng)力穩(wěn)定性能好，外觀簡(jiǎn)潔，適應(yīng)性強(qiáng)，在直線、曲線、折返線及過(guò)渡線等區(qū)間段均可采用，且施工技術(shù)成熟，造價(jià)適中。因此，結(jié) 合工程特點(diǎn)和施工條件，選擇連續(xù)箱型梁。 梁截面尺寸 截面 從預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的受力特點(diǎn)來(lái)分析，連續(xù)梁的立面應(yīng)采取變高度布置為宜；在恒、活載作用下，支點(diǎn)截面將出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩，從絕對(duì)值來(lái)看，支點(diǎn)截面的負(fù)彎矩往往大于跨中截面的正彎矩，因此，采用變高度梁能較好地符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律，另外，變高度梁使梁體外形和諧，節(jié)省材料并增大橋下凈空。但是，在采用頂推法、移動(dòng)模架法、整孔架設(shè)法施工的橋梁，由于施工的需要，一般采用等高度梁。等高度梁的缺點(diǎn)是：在支點(diǎn)上不能利用增加梁高而只能增加預(yù)應(yīng)力束筋用量 來(lái)抵抗較大的負(fù)彎矩，材料用量多，但是其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單、線形簡(jiǎn)潔美觀、預(yù)制定型、施工方便。一般用于如下情況： （ 1） 橋梁為中等跨徑，以 40 60 米為主。采用等截面布置使橋梁構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工迅速。由于跨徑不大，梁的各截面內(nèi)力差異不大，可采用構(gòu)造措施予以調(diào)節(jié)。 13 （ 2）等截面布置以等跨布置為宜，由于各種原因需要對(duì)個(gè)別跨徑改變跨長(zhǎng)時(shí)，也以等截面為宜。 （ 3） 采用有支架施工，逐跨架設(shè)施工、移動(dòng)模架法和頂推法施工的連續(xù)梁橋較多采用等截面布置。雙層橋梁在無(wú)需做大跨徑的情況下，選用等截面布置可使結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)化。 結(jié)合以上 的敘述，所以本設(shè)計(jì)中采用中跨采用懸臂施工，邊跨采用滿堂支架施工方法。 截面 梁式橋橫截面的設(shè)計(jì)主要是確定橫截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁間距、主梁各部尺寸；它與梁式橋體系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美觀要求以及經(jīng)濟(jì)用料等等因素都有關(guān)系。 當(dāng)橫截面的核心距較大時(shí)，軸向壓力的偏心可以愈大，也就是預(yù)應(yīng)力鋼筋合力的力臂愈大，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用。箱形截面就是這樣的一種截面。此外，箱形截面這種閉合薄壁截面抗扭剛度很大，對(duì)于彎橋和采用懸臂施工的橋梁尤為有利；同時(shí)，因其都具有較大的面積，所 以能夠有效地抵抗正負(fù)彎矩，并滿足配筋要求；箱形截面具有良好的動(dòng)力特性；再者它收縮變形數(shù)值較小，因而也受到了人們的重視。總之，箱形截面是大、中跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁最適宜的橫截面形式。 常見(jiàn)的箱形截面形式有：?jiǎn)蜗鋯问?、單箱雙室、雙箱單室、單箱多室、雙箱多室等等。單箱單室截面的優(yōu)點(diǎn)是受力明確，施工方便，節(jié)省材料用量。拿單箱單室和單箱雙室比較，兩者對(duì)截面底板的尺寸影響都不大，對(duì)腹板的影響也不致改變對(duì)方案的取舍；但是，由框架分析可知：兩者對(duì)頂板厚度的影響顯著不同，雙室式頂板的正負(fù)彎矩一般比單室式分別減少 70%和 50%。由于 雙室式腹板總厚度增加，主拉應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值不大，且布束容易，這是單箱雙室的優(yōu)點(diǎn)；但是雙室式也存在一些缺點(diǎn)：施工比較困難，腹板自重彎矩所占恒載彎矩比例增大等等。本設(shè)計(jì)是一座公路連續(xù)箱形梁，采用的橫截面形式為單箱單室。 3 梁高 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的中支點(diǎn)主梁高度與其跨徑之比通常在1/15 1/25 之間，而跨中梁高與主跨之比一般為 1/40 1/50 之間。當(dāng)建筑高度不受限制時(shí)，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樵龃罅焊咧皇窃黾痈拱甯叨?，而混凝土用量增加不多，卻能顯著節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量。 連 續(xù)梁在支點(diǎn)和跨中的梁估算值： 等高度梁： H=（151301） l，常用 H=（181201） l 變高度（曲線）梁：支點(diǎn)處： H=（161201） l，跨中 H=（301501） l 變高度（直 線）梁：支點(diǎn)處： H=（ 161 201 ） l，跨中 H=（ 221 281 ） l 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 14 而此設(shè)計(jì)采用變高度的直線梁，支點(diǎn)處梁高為 8 米，跨中梁高為 3 米。 板與底板 箱形截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負(fù)彎矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和構(gòu)造兩個(gè)方面的控制。支墩處底版還要承受很大的壓應(yīng)力，一般來(lái)講：變截面的底版厚度也隨梁高變 化，墩頂處底板為梁高的 1/102，跨中處底板一般為 200板厚最小應(yīng)有 120梁頂板厚度應(yīng)滿足橫向彎矩的要求和布置縱向預(yù)應(yīng)力筋的要求。 本設(shè)計(jì)中采用雙面配筋，且底板由支點(diǎn)處以拋物線的形式向跨中變化。底板在支點(diǎn)處設(shè)計(jì)為實(shí)心箱型截面 ,在跨中厚 0 板和其它細(xì)部結(jié)構(gòu) （ 1） 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力梁中，因?yàn)閺澥鴮?duì)外剪力的抵消作用，所以剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力的值比較小，腹板不必設(shè)得太大；同時(shí)，腹板的最小厚度應(yīng)考慮力筋的 布置和混凝土澆筑要求，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為： 腹板內(nèi)無(wú)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，采用 200 腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋管道時(shí)，采用 250 300 腹板內(nèi)有錨頭時(shí)，采用 250 300 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，腹板厚度可從跨中逐步向支點(diǎn)加寬，以承受支點(diǎn)處交大的剪力，一般采用 300 600至可達(dá)到 1m 左右。 本設(shè)計(jì)支座處腹板厚取 80跨中腹板厚取 60 （ 2） 梗腋 在頂板和腹板接頭處須設(shè)置梗腋。梗腋的形式一般為 1： 2、 1： 1、 1： 3、 1： 4 等。梗腋的作用是：提高截面的抗扭剛度和抗彎剛度，減少扭轉(zhuǎn) 剪應(yīng)力和畸變應(yīng)力。此外，梗腋使力線過(guò)渡比較平緩，減弱了應(yīng)力的集中程度。 本設(shè)計(jì)中，根據(jù)箱室的外形設(shè)置了寬 250 750（ 3）橫隔梁 橫隔梁可以增強(qiáng)橋梁的整體性和良好的橫向分布，同時(shí)還可以限制畸變；支承處的橫隔梁還起著承擔(dān)和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭剛度很大，一般可以比其它截面的橋梁少設(shè)置橫隔梁，甚至不設(shè)置中間橫隔梁而只在支座處設(shè)置支承橫隔梁。 15 （ 4）本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中支點(diǎn)橫截面及跨中橫截面示意圖如圖 2 5、 2 6 所示：（單位為 圖 2支點(diǎn)截面 圖 2中截面 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 16 橋墩類型有重力式實(shí)體橋墩、空心橋墩、柱式橋墩、輕型橋墩和單薄壁橋墩。 重力式實(shí)體橋墩主要依靠自身重力來(lái)平衡外力保證橋墩的穩(wěn)定，適用于地基良好的橋梁。重力式橋墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，街面尺寸及體積較大，外形粗壯，很少應(yīng)用于城市橋梁。 空心橋墩適用于橋長(zhǎng)而谷深的橋梁，這樣可減少很大的圬工。 柱式橋墩是目前公路橋梁、橋?qū)捿^大的城市橋梁和立交橋及中小跨度鐵路旱橋中廣泛采用的橋墩形式。 這種橋墩既可以減輕墩身重量、節(jié)省圬工材料，又比較美觀、結(jié)構(gòu)輕巧，橋下通視情況良好。 輕型橋墩適用于小跨度、低墩以及三孔以下（全橋長(zhǎng)不大于 20m）的公路橋梁。輕型橋墩可減少圬工材料，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。在地質(zhì)不良地段、路基穩(wěn)定不能保證時(shí)，不宜采用輕型橋墩。 單薄壁墩適合于上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)下部結(jié)構(gòu)要求較高，恒載較大的橋梁。 由上面的解釋可知，單薄壁墩是最合適的墩型，與跨大堤橋的要求非常吻合。 正面?zhèn)让鎴D 2 7：橋墩立面 圖 2 8：橋墩側(cè)面 17 第三章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型建立 （ 1）公路等級(jí)：雙向四車道一級(jí)公路 （ 2）設(shè)計(jì)時(shí)速： 120公里 /小時(shí) （ 3）橋梁寬度： （ 4）（橋面）橫坡： （ 5）橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載 （ 6）設(shè)計(jì)風(fēng)速：平均最大風(fēng)速 秒 （ 7）地震動(dòng)峰值加速度： 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（ 60 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 （ 62 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（ 公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（ 61 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（ 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（ 0007 上述規(guī)范被列入工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文的條款在設(shè)計(jì)中均嚴(yán)格執(zhí)行 ! （ 1）混凝土 箱梁 跨鐵路墩身 承臺(tái) 鉆孔灌注樁 （ 2）普通鋼筋 采用 （ 3）預(yù)應(yīng)力鋼筋 低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，單根鋼絞線直徑 d=絞線面積2139m m ，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 1860 p ， 彈性模量 51 1 0 P 。 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 18 點(diǎn) 采用 行上部結(jié)構(gòu)計(jì)算 1）恒載：一期恒載包括主梁，橫梁等自重，主梁自重按實(shí)際段面計(jì)，二期橫載包括橋面鋪裝，內(nèi)外側(cè)護(hù)欄等。 2）活載：公路一級(jí) 3）溫度：體系升溫 20 度，降溫 20 度，主梁上下緣溫差按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（ 60值 4）基礎(chǔ)不均與沉降 5）風(fēng)荷載：施工階段取 V=s,運(yùn)營(yíng)階段去設(shè)計(jì)風(fēng)速 V=s 6）荷載組合：恒載 +公路 恒載 +公路 其他可變荷載（支座沉降等） 1）主梁細(xì)部尺寸 主梁采用單箱單室斷面，根部梁高 中梁高 梁底曲線按 拋物線變化，箱梁頂板寬度 板寬度 懸臂長(zhǎng)度 臂板根部厚 90部厚 20梁內(nèi)頂板厚 30板厚 30 100 號(hào)塊局部加厚至 180板厚60 802)橋墩 連續(xù)墩采用矩形薄壁墩，平面尺寸 m 3)承臺(tái)與基礎(chǔ) 連續(xù)墩采用 2m 鉆孔灌注樁，每墩十二根，按摩擦樁設(shè)計(jì)。承臺(tái)平面采用梯臺(tái)形式。下部尺寸 部尺寸 m,厚 同） 本橋主梁共設(shè)置 90個(gè)單元，單懸臂單元?jiǎng)澐譃椋?（墩頂 0號(hào)塊） 3+8 4+攏段） 邊跨現(xiàn)澆段為 單元編號(hào)從左至右 119 使用 過(guò)程如下： 入 程序，選取并進(jìn)入所需類型程序，并選另一名稱保存！ 如圖 3 1 所示 圖 3 1 2、 3 3 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 20 圖 3 2 圖 3 3 3 5 3輸入截面尺寸信息如圖 3 4、 3 5。 圖 3 4 圖 3 5 3 5 4 使用結(jié)構(gòu)建模助手建立模型如圖 3 6、 3 7 21 圖 3 6 圖 3 7 用建模助手輸入預(yù)應(yīng)力 鋼束。如圖 3 8、 3 9。 圖 3 8 圖 3 9 預(yù)應(yīng)力鋼束的錨固點(diǎn)位置 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 22 圖 3 10 模助手信息輸入完畢后，模型基本建立。 1）基本 模型如圖 3 10。 圖 3 10 2）預(yù)應(yīng)力鋼束分布如圖 3 11。 圖 3 11 23 系轉(zhuǎn)換 由建模助用建立出來(lái)的模型為剛構(gòu)體系，尚須進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換 1） 將原來(lái)的彈性連接改為臨時(shí)固結(jié) 2） 定義一個(gè)邊界組名稱為體系改換。如圖 3 12 圖 3 12 3）將兩橋墩頂點(diǎn)處兩節(jié)點(diǎn)處設(shè)置兩個(gè)支座。如圖 3 13 圖 3 13 4)定義一個(gè)施工階段并命名為體系轉(zhuǎn)換 24 5)在該施工階段里，將臨時(shí)固結(jié)邊界組鈍化，將體系轉(zhuǎn)化邊界組激活。如圖 3 14。 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（ 75+140+75） - - 24 圖 3 14 義二期荷載（橋面鋪裝 +護(hù)欄） 1）定義一個(gè)荷載組命名為二期荷載，如圖 3 15 圖 3 15 2）對(duì)各梁?jiǎn)卧M(jìn)行二期荷載的加載，如 圖 3 16 25 圖 3 16 3） 定義一個(gè)施工階段命名為二期荷載 25。 4） 在該施工階段里，將二期荷載組激活，如圖 3 17 圖 3 17 9 混凝土徐變與收縮定義連接及修改 1）時(shí)間依存性材料的定義，如圖 3 18、圖 3 19 圖 3 18 圖 3 19 2）時(shí)間依存性材料的連接，如圖 3 20 3 修改單元的材料時(shí)間依存特性，如圖 3 21 李智存：變載面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)與分析（