公路連續(xù)梁橋設計

1、石家莊鐵道大學畢業(yè)設計公路連續(xù)梁橋設計The Design of Highway Continuous Beam Bridge 2013 屆 土木工程 學院專 業(yè) 土木工程 學 號 20090393 學生姓名 趙戰(zhàn)培 指導老師 靳明君 完成日期 2013 年 6 月 1 日畢業(yè)設計成績單學生姓名趙戰(zhàn)培學號20090393班級土0901-12班專業(yè)土木工程畢業(yè)設計題目公路連續(xù)梁橋設計指導教師姓名靳明君指導教師職稱教授評 定 成 績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設計任務書題目公路連續(xù)梁橋設計學生姓名趙戰(zhàn)培學號20090393班級土0901-12專業(yè)土

2、木工程承擔指導任務單位土木工程學院導師姓名靳明君導師職稱教授一、 設計內(nèi)容本設計要求完成一座公路連續(xù)梁橋的設計。設計內(nèi)容主要包括：(1)總體布置：通過水文計算、比選確定橋型，進行總體布置；(2)上部結(jié)構設計計算；(3)下部結(jié)構初步設計、支座的選擇、施工組織設計等。二、基本要求1. 提高收集分析和整理資料的能力；2. 了解橋梁施工的一般過程和設計方法及其步驟；3. 掌握利用Midas軟件建立橋梁模型并會對結(jié)構進行內(nèi)力計算；4. 熟練利用Auto CAD繪制施工圖；5. 按要求完成計算書與圖紙的整理；三、主要技術指標設計荷載：公路II級荷載橋面寬度：凈8m+2×1m（人行道）分跨情況：四

3、聯(lián)三跨，每跨跨徑均為25m四、應收集的資料及參考文獻1.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范2.公路橋涵設計通用規(guī)范3.公路工程技術設計4.結(jié)構設計原理5.預應力混凝土連續(xù)梁橋6.橋梁通用結(jié)構及簡支梁橋7.結(jié)構力學五、進度計劃(1)第14周：熟悉資料和軟件，完成外文翻譯和開題報告，完成實習，上交實習報告；(2)第58周：參考有關資料，初步擬定截面尺寸，選定施工方法，計算內(nèi)力；(3)第913周：根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，進行預應力鋼束的估算和布置，并繪制施工圖紙；(4)第14周15周：編寫設計說明書，準備并完成論文答辯。教研室主任簽字時間年 月 日畢業(yè)設計開題報告題目公路連續(xù)梁橋設計學生姓名趙戰(zhàn)培學

4、號20090393班級土0901-12專業(yè)土木工程一、國內(nèi)外橋梁現(xiàn)狀在四通八達的現(xiàn)代化交通網(wǎng)中，橋梁占據(jù)著非常重要的地位，橋梁一般是交通的咽喉。橋梁的建設水平是一個國家綜合經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要標志。現(xiàn)代化橋梁按照結(jié)構體系可以分為梁式橋、剛構橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋及復合體系橋梁，其中梁式橋是工程中應用最廣泛的橋梁類型，它不僅構造簡單易于施工，而且造價低廉。梁式橋包括簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁，其中連續(xù)梁橋具有變形小、結(jié)構剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、抗震能力強、養(yǎng)護簡單等優(yōu)點。隨著連續(xù)梁橋施工方法的不斷進步和完善，連續(xù)梁橋已經(jīng)成為一種最常見的結(jié)構體系。國外的現(xiàn)代化橋梁建設起步較早，建設者

5、們利用本國先進的科學技術和極具創(chuàng)造性的想象力建造出了許多巧奪天工式的橋梁，取得了舉世矚目的成就。1998年正式通車的日本明石大橋是世界上最長的吊橋，全長3911米，主橋墩跨度1991米,兩座主橋墩海拔297米，基礎直徑80米，水中部分高60米；德國的科赫塔爾橋為橋墩高183m的高架多跨連續(xù)梁橋，跨徑布置為817×13881m，橋面寬31m，僅用8.6m寬單箱截面，箱外挑出長懸臂。我國的橋梁建設水平有著輝煌的歷史，在秦漢以前，我國就有以石建橋的記載，到隋唐以后用石材建造的梁橋、板梁橋和各式各樣的石拱橋成為橋梁的主體，如著名的趙州橋，建成于隋朝大業(yè)元年，比歐洲早建1200年。但進入近代以

6、來，由于我國的科學技術水平長期滯后，橋梁的建設水平幾乎停滯不前。改革開放以來隨著我國科學技術的快速進步，我國的橋梁建設進入了一個嶄新的時期，一大批結(jié)構新穎，技術復雜，設計和施工難度大和科學技術含量高的大跨度橋梁的相繼建成。1984年建成通車的湖北省沙洋漢江橋是首座跨徑超過100m的連續(xù)梁橋，隨后陸續(xù)建成的廣州大橋、沅江橋、烏江橋、湖北省宜城漢江橋、宜昌樂天溪橋、江蘇省南京長江第二大橋北汊橋、杭州灣跨海大橋、蘇通長江大橋?qū)Ｓ煤降罉虻?，跨徑均在百米以上，標志著我國橋梁建設水平已經(jīng)躋身國際先進行列。二、主要工作1.通過水文計算確定橋長、再通過比選確定橋型，進行總體布置；2.上部結(jié)構設計計算；3.下部

7、結(jié)構初步設計、支座的選擇等；4.利用AUTCAD繪制施工圖； 5.完成3000字外文翻譯。三、設計方法和手段1.根據(jù)設計任務自己擬定設計尺寸并建立計算模型，計算內(nèi)力；2.對橋梁配置鋼筋；3.繪制部分施工圖。四、目的及預期成果1.增強自身收集、整理、分析資料的能力2.掌握橋梁施工的一般過程及設計方法和步驟；3.學會熟練使用MIDAS軟件進行結(jié)構的設計計算；4.利用AUTOCAD繪制部分施工圖；5.設計說明書一份，AUTOCAD圖紙5張。五、參考資料1、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范2、公路橋涵設計通用規(guī)范3、公路工程技術標準4、鋼筋混凝土橋5、結(jié)構設計原理6、預應力混凝土連續(xù)梁橋7、橋

8、梁通用構造及簡支梁橋8、結(jié)構力學六、時間安排第14周 熟悉軟件，查閱資料，完成外文翻譯和開題報告，完成實習，交實習報告；第57周 進行總體布置,初擬截面尺寸，內(nèi)力計算；第813周 根據(jù)選定的施工方法，進行具體的鋼筋設計和檢算，并繪制圖紙；第1415周 文整，準備和完成答辯指導教師簽字時間 年 月 日摘 要本設計內(nèi)容是一座預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計。該橋跨越河北省南部地區(qū)一季節(jié)性河流，橋位處河段順直且穩(wěn)定。在設計過程中，首先根據(jù)工程地質(zhì)和水文資料進行了橋梁類型方案比選。由于預應力混凝土連續(xù)梁橋具有變形小、結(jié)構受力性能好、行車平順舒適、外形美觀、抗震能力強、養(yǎng)護簡單等優(yōu)點，設計中選擇了預應力混凝土

9、連續(xù)梁橋這一橋型，采用滿堂支架就地澆注施工方法，主梁采用箱型截面，橋墩臺采用樁柱式，并依據(jù)相關資料擬定主要尺寸。然后，利用Midas/civil軟件建立模型，分析結(jié)構內(nèi)力并完成內(nèi)力組合。根據(jù)計算結(jié)果估算預應力鋼束數(shù)量并進行預應力鋼束的布置，計算預應力損失。接下來進行了構件在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的強度和應力驗算。其中，在承載能力極限狀態(tài)下驗算包括：混凝土正截面抗彎承載力驗算、斜截面抗彎承載力驗算；在正常使用極限狀態(tài)下驗算包括：混凝土法向應力驗算、預應力鋼筋中的拉應力驗算、截面的主應力驗算、截面的抗裂驗算。經(jīng)驗算主梁各截面的強度和應力均滿足橋規(guī)要求。最后進行了下部結(jié)構的初步設計。關

10、鍵詞 ： 預應力混凝土連續(xù)梁 預應力鋼束 結(jié)構驗算AbstractThis design content is the design of a prestressed concrete continuous girder bridge. The bridge comes across many seasonal rivers in the south of HeBei province,and the rivers under it are straight and steady.In the design process, first of all, according to the eng

11、ineering geological and hydrological data for the bridge type scheme comparison. Due to deformation of prestressed concrete continuous girder bridge with small, structure stress performance good, driving smooth and comfortable, beautiful shape, the seismic capability and simple maintenance etc, chos

12、en in the design of prestressed concrete continuous girder bridge, a bridge, using full framing on-site pouring construction method of girder of box section, using pile piers, and based on the related data for main dimensions.Then, using software Midas/civil build model, analysis of structural inter

13、nal force and internal force combination. According to the calculation results estimated the number of prestressed steel beam and prestressed steel beam layout, loss of prestress calculation. The next component in the bearing capacity limit state and serviceability limit state of strength and stress

14、 calculation. Among them, the bearing capacity limit state under check include: normal section bending bearing capacity calculation of concrete, the flexural bearing capacity for inclined section calculation; Check include: under normal use limit state method to the stress check, prestressed concret

15、e in the tensile stress checking, cross section of the principal stress checking, cross section crack resistance calculation. Experience is main girder strength and stress of each section can satisfy the requirements of bridge gauge. Finally has carried on the preliminary design of bottom structure.

16、Keywords: prestressed concrete continuous beam; pre-stressing tendon; Structure calculation目 錄第1章 緒論11.1 引言11.1.1 預應力混凝土連續(xù)梁橋發(fā)展概述11.1.2 預應力混凝土連續(xù)梁橋的特點21.2 工程概況31.2.1 水文地質(zhì)資料31.2.2 技術標準及規(guī)范41.2.3 主要材料5第2章 橋型選擇及總體布置62.1 水文計算62.2 橋型方案比選62.3 橋跨布置72.4 施工方法的選擇82.5 截面形式及尺寸擬定82.5.1 截面形式擬定82.5.2 主梁高度92.5.3 主梁細部尺

17、寸9第3章 主梁內(nèi)力計算123.1 應用軟件簡介123.2 模型建立123.2.1 材料和截面的輸入123.2.2 單元劃分153.2.3 約束條件153.3 定義荷載153.3.1 恒載153.3.2 溫度荷載173.3.3 支座沉降183.3.4 移動荷載193.4 主梁內(nèi)力計算結(jié)果213.4.1 恒載計算結(jié)果213.4.2 移動活載計算結(jié)果223.4.3 溫度荷載計算結(jié)果233.4.4 支座沉降計算結(jié)果233.5 荷載組合24第4章 預應力鋼束估算和布置284.1 預應力鋼束計算的基本原則284.1.1 按正常使用極限狀態(tài)的應力要求計算284.1.2 按承載能力極限狀態(tài)的應力要求計算31

18、4.2 預應力鋼筋的估算324.2.1 僅在下緣布置預應力鋼束324.2.2 僅在上緣布置預應力鋼束334.3 預應力鋼束的布置364.3.1 布置原則364.3.2 預應力鋼束輸入36第5章 預應力損失及有效預應力的計算385.1 鋼筋的張拉控制應力385.2 預應力損失的計算385.2.1 預應力筋與管道壁間摩擦引起的應力損失395.2.2 錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失395.2.3 混凝土的彈性壓縮引起的預應力損失405.2.4 鋼筋松弛引起的預應力損失405.2.5 混凝土收縮和徐變引起的應力損失()415.3 鋼筋的有效預應力的計算41第6章 截面驗算446.1 主梁承

19、載力驗算446.1.1 正截面抗彎驗算446.1.2 斜截面抗剪驗算466.2 主梁應力驗算496.2.1 施工階段法向壓應力驗算496.2.2 使用階段正截面壓應力驗算516.2.3 使用階段受拉區(qū)鋼筋的拉應力驗算526.2.4 使用階段斜截面主壓應力驗算546.3 主梁截面抗裂性驗算556.3.1 使用階段正截面抗裂性驗算566.3.2 使用階段斜截面抗裂性驗算58第7章 下部結(jié)構的初步設計607.1 下部結(jié)構尺寸擬定607.2 墩柱初步設計617.2.1 墩柱長度的擬定617.2.2 墩柱內(nèi)鋼筋估算627.3 樁基礎初步設計627.3.1 樁長的擬定627.3.2 樁內(nèi)鋼筋估算647.4

20、 支座的選擇64第8章 結(jié)束語66參考文獻67致 謝68附錄A 外文翻譯69A1 原文69A2 譯文75附錄B 設計圖紙79石家莊鐵道大學畢業(yè)設計第1章 緒論1.1 引言建立四通八達的現(xiàn)代化交通網(wǎng)，大力發(fā)展交通運輸事業(yè)，對于發(fā)展國民經(jīng)濟，加強全國各族人民的團結(jié)，促進文化交流和鞏固國防等方面，都具有非常重要的作用。在現(xiàn)代化交通網(wǎng)中，大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋的比重越來越大，并且已經(jīng)成為高速公路應用最廣泛的橋型。連續(xù)梁橋是一種常見的結(jié)構體系。它具有變形小、結(jié)構剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、抗震能力強、養(yǎng)護簡單等優(yōu)點。但連續(xù)梁橋的設計工作比較復雜，預應力鋼筋張拉工序、施工方法以及材料性能等對其應力

21、狀態(tài)都有較大影響。所以要想充分發(fā)揮連續(xù)梁橋的優(yōu)勢就需要綜合考慮設計和施工等多方面因素。1.1.1 預應力混凝土連續(xù)梁橋發(fā)展概述鋼筋混凝土結(jié)構在使用過程中存在如下兩個問題：一是需要帶裂縫工作，這樣不僅使構件剛度下降，而且使得鋼筋混凝土構件不能應用于不允許開裂的場合；二是無法充分利用高強材料。要使鋼筋混凝土結(jié)構得到進一步的發(fā)展，就必須克服鋼筋混凝土結(jié)構上述缺點，于是人們在長期的工程實踐及研究中，創(chuàng)造出了預應力混凝土結(jié)構。所謂預應力混凝土，就是事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應力，而且數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的應力抵消到一個合適程度的配筋混凝土。自從預應力混凝土結(jié)構產(chǎn)生之后，很多普通鋼

22、筋混凝土結(jié)構被預應力混凝土結(jié)構所代替。預應力混凝土的廣泛應用節(jié)約了大量的材料和投資，其應用的范圍和數(shù)量已經(jīng)是衡量一個國家建筑技術水平的重要指標之一。預應力混凝土橋梁是在第二次世界大戰(zhàn)以后發(fā)展起來的，當時很多國家為了克服戰(zhàn)后缺鋼的情況，競相采用預應力結(jié)構代替部分鋼結(jié)構建造橋梁，這種情況在歐洲國家尤為突出。最早的混凝土連續(xù)梁橋多采用支架就地澆注施工，橋梁跨徑不大，多為30m、40m，這種施工方法施工工期長，且耗用大量木材，因此建造連續(xù)梁數(shù)量很少，到20世紀60年代初期，懸臂施工方法從鋼橋引入預應力混凝土橋后，使預應力混凝土連續(xù)梁橋得到迅速發(fā)展，因此預應力混凝土連續(xù)梁在橋梁方案的競爭中常常取勝。隨后

23、頂推、移動模架等施工法的出現(xiàn)極大地加快了預應力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展。我國的預應力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展比歐洲晚，到建國初期才開始研究，但改革開放以來，我國的預應力混凝土連續(xù)梁橋無論是在橋型，還是在跨度以及施工方法與技術方面都有突破性發(fā)展，不少預應力混凝土橋梁的修建技術都已達到國際先進水平。1984年建成通車的湖北省沙洋漢江橋是首座跨徑超過100m的連續(xù)梁橋，隨后陸續(xù)建成的江蘇省南京長江第二大橋北汊橋、杭州灣跨海大橋、蘇通長江大橋?qū)Ｓ煤降罉虻?，跨徑均在百米以上，標志著我國橋梁建設水平已經(jīng)躋身國際先進行列。目前我國的預應力混凝土連續(xù)梁橋的設計與施工技術都已達到較高水平，如今高速鐵路的興起又為預應力混

24、凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展提出了更高的要求，同時也提供了新的發(fā)展契機。展望未來，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，中國的預應力混凝土連續(xù)梁橋各項技術會發(fā)展到更高的水平。1.1.2 預應力混凝土連續(xù)梁橋的特點連續(xù)梁橋是一種常見的結(jié)構體系。它具有變形小、結(jié)構剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、抗震能力強、養(yǎng)護簡單等優(yōu)點。連續(xù)梁體系是超靜定結(jié)構，在荷載作用下，由于支點負彎矩的存在，使跨中正彎矩值顯著減小，使內(nèi)力狀態(tài)比較均勻合理。同時在超載時可以產(chǎn)生塑性鉸，發(fā)生內(nèi)力重分布，從而提高梁部結(jié)構的承載能力。連續(xù)梁橋的優(yōu)點還體現(xiàn)在橋的立面上，連續(xù)梁在中間橋墩上只有一個支座，在豎直荷載作用下橋墩只受豎向的壓力。在實際設計中，加大靠近支點

25、附近的梁高，將全橋做成變截面梁橋，使橋梁截面高度變化符合橋梁彎矩變化，能進一步降低跨中的設計彎矩。這樣不但節(jié)省了材料，而且加大了剛度?？傮w來講，預應力混凝土連續(xù)梁橋之所以能得到飛速的發(fā)展和廣泛的使用，是因為它具有如下優(yōu)點：(1)預應力混凝土結(jié)構能夠充分利用高強度材料以減小構件截面，降低自重彎矩，使橋梁的跨越能力得到提高；(2)全預應力混凝土梁在使用荷載下不出現(xiàn)裂縫，梁全截面參與工作，因此梁的剛度通常比普通鋼筋混凝土要大。由于能消除裂縫，這就擴大了對多種橋型的適用性，并提高了結(jié)構的耐久性；(3)預應力技術的采用，使得橋梁施工方法多樣化，如懸臂拼裝、頂推法等，這就擴大了預應力混凝土連續(xù)梁橋的適用范

26、圍，提高了其競爭力；(4)預應力混凝土橋梁可充分利用材料可塑的特點，在建筑上有豐富多彩的表現(xiàn)潛力。然而，也正由于連續(xù)梁的超靜定結(jié)構，使得設計工作比較復雜。構件在偏心的縱向預壓力作用下，要承受彎矩產(chǎn)生的彎曲變形，在連續(xù)梁等超靜定結(jié)構體系中，構件的變形如受到約束，在其支撐處必然產(chǎn)生附加的反力，從而導致二次力矩。二次力矩的符號與原預加力矩相反，使預壓力的偏心向重心軸移動，有降低預應力的作用。并且當基礎發(fā)生不均勻沉降時，連續(xù)梁會產(chǎn)生附加內(nèi)力，因此要求基礎有良好的地質(zhì)條件。1.2 工程概況1.2.1 水文地質(zhì)資料本橋橫跨河北省南部地區(qū)季節(jié)性河流，某二級公路穿越河流。橋位處河段順直且穩(wěn)定、正交。橋址處實測

27、斷面資料見表1-1表1-1 橋位處實測斷面資料樁號地面標高(m)樁號地面標高(m)樁號地面標高(m)K0+45030.1159624.1785624.30502.533.5163023.8487224.5050931.1166423.3687630.4252829.5569825.1689031.5154028.5574321.8790032.2156225.278823.03K1+00032.9356523.582223.82地質(zhì)情況：地表以下10cm左右為中砂及細沙。1號、2號、3號、4號、5號鉆孔地質(zhì)情況見表1-2至表1-6。表1-2 1號孔(K0+528)地質(zhì)情況表高程(m)土質(zhì)描述2

28、8.15淺黃色推積土23.85亞粘土12.85中砂10.55礫石4.05亞粘土表1-3 2號孔(K0+630)地質(zhì)情況表高程(m)土質(zhì)描述11.94細砂及中砂8.94礫石6.74含礫亞粘土0.00亞粘土表1-4 3號孔(K0+742)地質(zhì)情況表高程(m)土質(zhì)描述10.57細砂及中砂9.62粉砂1.56亞粘土表1-5 4號孔(K0+822)地質(zhì)情況表高程(m)土質(zhì)描述15.32細砂及中砂14.70礫石7.02亞粘土表1-6 5號孔(K0+896)地質(zhì)情況表高程(m)土質(zhì)描述29.91種植土24.51堆積土22.91細砂15.11亞粘土水文資料：經(jīng)水文站觀測及分析報告，橋位處河流百年一遇(頻率p=

29、1%)的洪峰流量為3350。設計水位為28.25m，河流全斷面平均流速為2.3m/s，橋前壅水0.17m，計算浪高0.52m。1.2.2 技術標準及規(guī)范(1) JTGB-2003公路工程技術標準(2) JTGD60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范(3) JTJD62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(4) JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范(5) JTJ041-2000公路橋涵施工技術規(guī)范1.2.3 主要材料在上部結(jié)構中預應力鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁采用C50混凝土，預應力鋼束采用GB/T 5224-2003標準的高強度低松弛鋼絞線，直徑為15.2mm，面積為A=140，

30、標準強度，鋼絞線的彈性模量=1.95×MPa。波紋管采用金屬波紋管，錨具采用符合交通通行標準要求的產(chǎn)品。普通鋼材：除特殊要求外，普通鋼筋應滿足直徑12mm者采用HRB335級鋼筋，直徑小于12mm者采用R235級鋼筋，其技術標準分別符合國家標準的規(guī)定。本設計中下部結(jié)構中橋臺：蓋梁、耳背墻、擋塊、肋板(樁)采用C30混凝土；樁基、系梁采用C25混凝土。橋墩：墩柱采用C40混凝土；系梁采用C30混凝土；樁基采用C40混凝土。橋面鋪裝：5cm厚瀝青混凝土和612cm厚的防水混凝土。支座：采用盆式橡膠支座。第2章 橋型選擇及總體布置2.1 水文計算由設計基本資料知該橋設計水位為=28.25m

31、，起止樁號為K0+540K0+874,并且由設計平均流速V=2.3m/s和設計流量=3350得到過水面積=1450及水面寬度B=334m和平均水深H=4.34m。由公路橋位勘察設計規(guī)范(JTJ 06291)知該橋位設計適合于由單寬流量公式計算 (2-1)式中，設計洪水流量()； 河槽平均單寬流量()， (2-2) 水流壓縮系數(shù)，= (2-3)將已知水文資料代入上述公式得：單寬流量=3350/33410()；壓縮系數(shù)=1.3；最小橋孔凈長度=258m。2.2 橋型方案比選在橋梁體系中，根據(jù)受力可將其分為梁式、拱式、懸吊式三種基本體系和它們的組合體系。每種類型的橋梁都有它的優(yōu)缺點，橋型的選擇按照安

32、全適用經(jīng)濟美觀的原則，結(jié)合實際的水文地質(zhì)地形等因素比較確定。梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結(jié)構。由于外力的作用方向與承載結(jié)構的軸線接近垂直，故與同樣跨徑的其他結(jié)構體系相比，梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，通常需用抗彎能力強的材料來建造。為了節(jié)約鋼材和木材，目前在公路上應用最廣的是預制裝配式的鋼筋混凝土簡支梁橋。但是當橋梁的跨度在50m以上時，為了達到經(jīng)濟省料的目的可根據(jù)地質(zhì)條件等修建懸臂式或連續(xù)式的預應力梁橋。拱橋在豎向荷載作用下，橋臺和橋墩承受很大水平力。同時這種水平推力將顯著抵消荷載所引起在拱圈(或拱肋)內(nèi)的彎矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形要小得多。但是拱橋在其拱腳處產(chǎn)生巨大

33、的水平推力，這使得它對地基的承載力要求很高，同時它的施工與梁橋相比也要困難些。懸索橋梁雖然通過懸索的受力大降低了橋梁自身的重量，但是索橋的錨錠施工式藝比較復雜，橋型自身的經(jīng)濟也較差。斜拉橋的施工周期長和施工難度大。因而在沒有必須的要求，一般不首選懸吊橋。在本設計中，首先從地質(zhì)資料分析，該處河斷面的地質(zhì)基礎以中砂和土類為主，作為地基其承載能力不夠高，因而從橋型上講，一般不選拱橋和懸索橋；其次從橋梁跨徑上選，該處橋梁的最小橋孔凈長度為258m，為一中小跨徑橋梁，在無特殊要求的情況下沒有必要建造斜拉橋；再者從經(jīng)濟因素考慮，梁橋的建造也要省時省力。因此在橋型選擇中將橋型大至定在梁式橋中。在梁式橋中，按

34、受力特性可分為簡支、懸臂和連續(xù)(在此設計中懸臂橋不作考慮)。簡支梁屬于單孔靜定結(jié)構，它受力明確，構造簡單，施工方便，但是其跨徑最大不超過50m，而連續(xù)梁橋的跨徑大，跨中彎矩小，穩(wěn)定性高，并且在施工過程中節(jié)約很大部分的建筑材料，同時連續(xù)梁的施工周期也比較短。使用簡支梁橋過多的橋墩會使河道過水斷面壓縮，加大對河底的沖刷，不僅不利于橋梁排水排沙，也不利于橋墩的穩(wěn)定。一般的鋼筋混凝土由于其自重較大，為了降低自重對橋梁承載能力的影響，因而在該設計中選擇預應力連續(xù)梁橋。綜上所述，在本設計中，初步的方案設計為預應力連續(xù)梁橋。2.3 橋跨布置本橋全長300m，分成4聯(lián),每聯(lián)3跨，由于每聯(lián)長度不是很長，為了施工

35、方便簡單采取等跨布置，每跨的跨度為25m。,由于河道的總寬度大于橋梁的總長度，綜合考慮設計水位、局部沖刷的要求。應在橋臺兩側(cè)設置導流堤，以引導上流水流平順的通過橋孔，使橋下斷面的流速、流速、水深及輸沙都比較均勻，避免橋下和橋頭出現(xiàn)過大的局部沖刷。再根據(jù)總流量要求確定橋的具體位置。橋型總體布置圖見附錄B。2.4 施工方法的選擇連續(xù)梁橋常用的施工方法有：支架澆筑施工法，逐孔施工、懸臂澆筑施工和頂推法施工。根據(jù)不同的橋跨形式和地質(zhì)條件等選擇不同的施工方法。(1)支架澆筑施工法支架澆筑施工是指在連續(xù)梁橋的一聯(lián)各跨全部設置支架，在施工完成后同時落架。因此這種施工方法不存在體系轉(zhuǎn)化，施工平穩(wěn)可靠，不需要大

36、型起起吊設備，預應力混凝土連續(xù)梁可采用強大的預應力體系使結(jié)構簡化，方便施工。(2)逐孔施工逐孔施工是利用機械化的支架和模架逐跨移動并進行現(xiàn)澆，逐孔施工的方法，其主要特點是施工作業(yè)是周期性進行的且不受氣溫和外界的干擾，不僅便于工程管理，又能提高工程質(zhì)量，但這種施工方法需要一整套設備和配件，耗用大量鋼材同時需要一整套機械動力設備和自動裝置，一次性的投資相當巨大，對工程的管理能力要求高。從組織角度來說，這種施工方法對施工隊伍的組織能力要求很高，因而不用于首選。(3)懸臂施工懸臂施工是從墩臺頂部逐段沿跨徑方向延伸施工，每延伸一段就施加預應力使其與成橋部分聯(lián)結(jié)成整體。但是懸臂施工方法要求在施工過程中必須

37、保證墩與梁固結(jié)，必須充分考慮施工期出現(xiàn)的體系轉(zhuǎn)換問題，同時占地較大。(4)頂推法施工頂推法是在沿橋軸向的臺后設置預制場地，分節(jié)預制梁體系，并用縱向預應力筋將預制節(jié)段與已完成部分聯(lián)成整體，然后用千斤頂施力，然而這樣加大了橋頭土方，而且不美觀。從橋跨方面講，本次設計采用四聯(lián)三跨，其中每跨的計算長度為25m，整體現(xiàn)澆適用于這種中小跨徑橋梁，整體現(xiàn)澆有利于減小設備的投入。與其它的施工方法相比，整體現(xiàn)澆法對施工的組織能力要求相對較低，并且不需要大型的起重設備，采用整體現(xiàn)澆法也能減少場地的使用。因而在本設計中選擇整體現(xiàn)澆法施工。2.5 截面形式及尺寸擬定2.5.1 截面形式擬定預應力混凝土連續(xù)梁橋的截面形

38、式有很多，一般應根據(jù)橋梁跨徑高度梁高支撐形式總體布置和施工方法等方面綜合確定。合理選擇主梁的截面形式可減輕橋梁的自重，節(jié)約材料，簡化施工和改善截面受力性能。根據(jù)工程實際情況，本課題設計宜選用箱形截面梁，這是因為：(1)箱形截面構造靈活，適用于支架現(xiàn)澆逐孔施工懸臂施工等多種施工方式；(2)箱形截面抗扭剛度大，整體性好，有良好的靜力和動力穩(wěn)定性；(3)在同高度的矩形T形和箱形截面中，箱形截面的核心半徑最大，可使力筋合力的力臂最大而不使截面邊緣出現(xiàn)拉應力，達到節(jié)省力筋的目的；(4)箱形截面的頂板和底板都具有較大的面積，能有效地抵抗正負彎矩，滿足配筋要求。箱形截面形式很大程度上取決于橋面寬度，橋面寬度

39、的增加，使單元構件的橫截面發(fā)生了變化，通常有單箱單室單箱多室雙箱單室和多箱多室等截面形式，選擇何種箱形截面通常與截面寬度有關。此橋的截面寬度為9.4m，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗選擇單箱雙室的截面形式。2.5.2 主梁高度按照梁高變化，連續(xù)梁可分為等高度和不等高度兩種。等截面連續(xù)梁構造簡單，施工方便，線條簡潔美觀。等截面連續(xù)梁可采用等跨和不等跨布置，以等跨為宜，對于長橋可以改變個別跨徑。按不等跨布置時，為保證橋梁縱向線性，常不改變支點處梁高。而通過增加預應力筋鋼束來抵抗支點處較大的負彎矩，因而鋼材用量較費，這是其主要缺點。但等跨布置時，連續(xù)梁的內(nèi)力分布不是很合理。等截面連續(xù)梁的梁高一般取跨徑的1/161

40、/26，采用頂推法施工時，一般取跨徑的1/121/15為宜。從受力特點來看，連續(xù)梁在荷載作用下，支點截面負彎矩絕對值一般要大于跨中截面正彎矩絕對值，因此采用變截面梁更能符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律。但變高度梁施工時要計算較為復雜的體系轉(zhuǎn)換問題，施工和構造較為復雜。此橋為中小跨度橋梁，四聯(lián)，每聯(lián)三跨，采用等跨布置，跨度為25m，施工方法為滿堂支架就地澆筑法施工，根據(jù)以上原則宜采用等截面連續(xù)梁橋，梁高取1.6m。2.5.3 主梁細部尺寸(1)頂板和底板厚度選定原則如下：箱梁根部底板厚度一般為墩頂梁高的1/101/12；箱梁跨中底板厚度一般按構造選定，若不配預應力筋，厚度可取1518cm，配有預應力筋，厚度

41、可取2025cm；箱梁頂板厚度首先要滿足布置縱橫預應力筋的構造要求。不設橫向預應力筋時，頂板厚度與腹板間距可參考表2-1。表2-1 腹板間距與頂板厚度腹板間距(m)3.55.07.0頂板厚度(cm)182028根據(jù)以上原則，可確定跨中箱梁底板厚度為25cm，頂板厚度為25cm。變截面的箱梁根部底板厚度取為40cm，頂板厚度取40cm。(2)腹板厚度腹板厚度的選定，主要取決于布置預應力筋和澆注混凝土必要的間隙等構造要求。一般情況下可按以下原則選用：腹板內(nèi)無預應力筋時，可用20cm；腹板內(nèi)有預應力筋時，可用2530cm；腹板內(nèi)有預應力筋錨固時，可用35cm；墩上或靠近橋墩的箱梁根部腹板需加厚306

42、0cm，甚至100cm。根據(jù)以上原則，確定跨中腹板厚度為40cm，墩上或靠近橋墩的箱梁根部腹板厚度取80cm。(3)梗腋在頂板底板和腹板接頭處須設置梗腋，以減少應力集中，提高斷面的抗扭和抗彎剛度。梗腋可以增大橋面抵抗負彎矩的能力，還為布置預應力筋和設置錨頭留有足夠的空間。梗腋的形式一般為1：11:21:31:4等。加腋有豎向加腋和水平加腋。在頂板和腹板加豎向梗腋，則可加大腹板的剛度。為了便于模板制作和拆模，各種梗腋的最小尺寸不宜小于10cm。根據(jù)以上原則設置梗腋。綜上所述，主梁跨中、變截面根部、支座處截面尺寸如圖2-1圖2-2圖2-3所示。204016094040×1030×

43、;102525404040700 圖2-1 跨中箱梁橫截面尺寸圖(單位：cm)20700940404080808040160 圖2-2 變截面根部箱梁橫截面尺寸圖(單位：cm)2070094040160 圖2-3 支座處橫截面尺寸圖(單位：cm)第3章 主梁內(nèi)力計算3.1 應用軟件簡介本設計主要采用Midas/Civil建立模型和計算。 Midas/Civil是個通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結(jié)構、地下結(jié)構、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等結(jié)構的分析與設計。特別是針對橋梁結(jié)構，Midas/Civil結(jié)合國內(nèi)的規(guī)范與習慣，在建模、分析、后處理、設計等方面提供了很多的便利的功能，目前已為各大

44、公路、鐵路部門的設計院所采用。Midas/Civil軟件建立模型時可直接在窗口中通過鼠標點取數(shù)據(jù)輸入外部數(shù)據(jù)導入等方式實現(xiàn)建模；輸入的模型及參數(shù)數(shù)據(jù)可通過窗口直觀顯示，以檢查其正確性；結(jié)果的顯示采用窗口模式，各模式具有方便的互換性。Midas/Civil軟件提供靜力分析(線形靜力分析、熱應力分析)、動力分析(自由振動分析、反應譜分析、時程分析)、靜力彈塑性分析、動力彈塑性分析、動力邊界非線形分析、幾何非線形分析(P-delta分析、大位移分析)、優(yōu)化索力、屈曲分析、移動荷載分析(影響線/影響面分析)、支座沉降分析、熱傳導分析(熱傳導、熱對流、熱輻射)、水化熱分析(溫度應力、管冷)、施工階段分析

45、、聯(lián)合截面施工階段分析等功能。應用Midas/Civil軟件建立預應力混凝土連續(xù)梁橋模型的步驟如下：(1)材料、截面的定義；(2)節(jié)點、單元的建立；(3)約束條件的定義；(4)荷載條件的建立。3.2 模型建立3.2.1 材料和截面的輸入建立模型時，首先對主梁混凝土縱向預應力鋼筋主梁截面進行定義?；炷粒褐髁焊鶕?jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTG D62-2004)的要求采用C50混凝土。鋼材：采用中國交通部公路標準中規(guī)定的Strand1860。材料定義的具體過程見圖3-1。圖3-1 材料特性輸入截面主梁截面采用箱型截面，各截面尺寸如圖2-1、2-2、2-3所示。應用Midas/C

46、ivil軟件輸入主梁截面數(shù)據(jù)見圖3-2、圖3-3、圖3-4。圖3-2 跨中截面尺寸數(shù)據(jù)輸入截面圖3-3 根部截面尺寸數(shù)據(jù)輸入截面圖3-4 支座截面尺寸數(shù)據(jù)輸入截面3.2.2 單元劃分在本設計中，橋梁的分跨為m，由于連續(xù)梁橋的各聯(lián)受力相同，因而只需以其中一聯(lián)為對象進行結(jié)構分析。剩余三聯(lián)的結(jié)構與計算聯(lián)完全相同。平均每1m劃分為一個單元，一聯(lián)共分為77個單元，78個結(jié)點。如圖3-5、圖3-6所示：圖3-5 單元劃分圖3-6 節(jié)點劃分3.2.3 約束條件該橋是一聯(lián)三跨的連續(xù)梁橋，模型中定義了兩種約束條件，分別是固定支座滑動支座。其簡化計算圖示如圖3-7所示，對于25277號節(jié)點采用滑動支座，約束了節(jié)點

47、yz方向的平動和xz方向的轉(zhuǎn)動；對于27號節(jié)點采用固定支座，約束了節(jié)點xyz方向的平動和xz方向的轉(zhuǎn)動。2275277 圖3-7 模型的約束條件3.3 定義荷載3.3.1 恒載主梁恒載包括主梁自重(一期恒載)和二期恒載(橋面鋪裝和人行道)。在定義主梁自重時，由于預應力混凝土容重取26kN/，但程序默認為25kN/，所以將自重系數(shù)取為1.04。二期恒載集度為橋面鋪裝和人行道恒載集度之和，即二期恒載集度=橋面鋪裝集度+人行道恒載集度其中橋面鋪裝集度= 0.05×8×23+×8×24=26.48kN/m;人行道恒載集度查參考資料取為=10.01kN/m;q=+

48、=26.48+10.01=36.49 kN/m。對于二期恒載需要通過定義梁單元荷載來完成，首先定義荷載工況名稱，然后定義荷載類型為均布荷載，最后定義均布荷載的起始點和終止點的位置，并在荷載集度一欄中輸入即可。具體輸入界面見圖3-8圖3-9。圖3-8 主梁自重恒載數(shù)據(jù)輸入界面圖3-9 二期恒載數(shù)據(jù)輸入界面3.3.2 溫度荷載計算橋梁結(jié)構由于受到梁截面溫度效應引起的內(nèi)力時，可采用圖3-10所示的豎向溫度梯度曲線，其橋面板表面的最高溫度規(guī)定見表3-1。對混凝土結(jié)構，當梁高H小于400mm時，圖中A=H-100(mm)；梁高H等于或大于400mm時，A=300mm。只用于鋼梁上部結(jié)構高度H tA100

49、圖3-10 豎向溫度梯度(單位：mm)表3-1 豎向日照正溫差計算的溫度基數(shù)結(jié)構類型 ()()混凝土鋪裝256.750mm瀝青混凝土鋪裝206.7100mm瀝青混凝土鋪裝145.5本設計中鋪裝層為50mm的瀝青混凝土鋪裝，梁高160cm，總高度大于40mm，所以由上述可得溫度基數(shù)=20，=6.7，在程序中具體數(shù)據(jù)輸入情況見圖3-11。圖3-11 溫度梯度荷載數(shù)據(jù)輸入界面3.3.3 支座沉降由于連續(xù)梁是超靜定結(jié)構，所以對支座的不均勻沉降會產(chǎn)生次內(nèi)力，所以由支座沉降引起的內(nèi)力效應是構成連續(xù)梁內(nèi)力的重要組成部分。在Midas/civil軟件中計算支座沉降引起的內(nèi)力效應的具體方法是：首先定義支座沉降組

50、，具體包括支座沉降量沉降的位置及沉降組的名稱。然后定義支座沉降荷載工況，即將第一步定義的沉降組組合起來。在本設計中，發(fā)生沉降的支座是27號節(jié)點處的固定支座，沉降量為0.5cm。支座沉降具體的數(shù)據(jù)輸入情況見圖3-12。圖3-12 支座沉降數(shù)據(jù)輸入界面3.3.4 移動荷載移動荷載由車道荷載和人行荷載組成。在橋梁的設計中，車道荷載主要是用于結(jié)構的整體計算，車道荷載的計算圖示如下圖3-13所示。 圖3-13 車道荷載示意圖由設計資料可知，汽車荷載為公路級荷載，其中=320kN，=10.5kN/m。連續(xù)梁橋為超靜定結(jié)構，活載內(nèi)力為以影響線為基礎。在進行影響線加載時，車道荷載均布荷載標準值應滿布于結(jié)構產(chǎn)生

51、最不利效應的同號影響線上；集中荷載標準值只作用于影響線中一個最大影響線峰值。根據(jù)公路橋涵設計規(guī)范，在計算汽車荷載的沖擊力標準值時，應用汽車荷載標準值乘以沖擊系數(shù)，其沖擊系數(shù)u可按下式計算當<1.5Hz時，u=0.05；當1.5Hz<<14Hz時，u=0.1767；當>14Hz時，u=0.45。式中為結(jié)構的基頻。在Midas/Civil中，汽車荷載是通過“荷載-移動荷載分析數(shù)據(jù)”來完成的。具體的對于汽車荷載，首先選取移動荷載規(guī)范，然后定義車道和車輛，最后定義移動荷載工況，將其先定義的車道和車輛聯(lián)系起來。此外，還必須定義結(jié)構的“分析-移動分析荷載控制”來實現(xiàn)模型對沖擊的影響

52、。由于該處圖示較多，只將車道和車輛聯(lián)系和分析-移動分析荷載控制舉出。如圖3-14、圖3-15所示。圖3-14 車道、車輛荷載組合圖3-15 移動荷載分析控制數(shù)據(jù)再按不同的設計要求，將車輛、車道荷載的所有參數(shù)輸入到軟件模型中，移動荷載的定義基本上完成。3.4 主梁內(nèi)力計算結(jié)果運行Midas/Civil軟件后產(chǎn)生的主梁內(nèi)力計算結(jié)果主要包括恒載計算結(jié)果、移動活載計算結(jié)果、溫度荷載計算結(jié)果、支座沉降計算結(jié)果。3.4.1 恒載計算結(jié)果 (1)主梁自重產(chǎn)生的彎矩見圖3-16。7479.47479.49861.89861.82096.2圖3-16 主梁自重產(chǎn)生的彎矩(單位kNm)(2)二期恒載(橋面鋪裝和人

53、行道恒載)產(chǎn)生的彎矩見圖3-17。2340.12340.1510.717991799圖3-17 二期恒載產(chǎn)生的彎矩(單位kNm)3.4.2 移動活載計算結(jié)果(1)汽車荷載產(chǎn)生的彎矩包絡圖見圖3-18。3175.2400140013241.63175.2圖3-18 汽車荷載產(chǎn)生的彎矩包絡圖(單位kNm)(2)人行荷載產(chǎn)生的彎矩包絡圖見圖3-19。377.3276.6377.3448448圖3-19 人行荷載產(chǎn)生的彎矩包絡圖(單位kNm)3.4.3 溫度荷載計算結(jié)果梁截面溫度效應產(chǎn)生的彎矩見圖3-20。5564.9圖3-20 梁截面溫度效應產(chǎn)生的彎矩圖(單位kNm)3.4.4 支座沉降計算結(jié)果支座沉降效應產(chǎn)生的彎矩見圖3-21。139