1、预应力混凝土连续箱梁桥设计毕业设计论文预应力混凝土连续箱梁桥设计 毕业设计论文郑州大学毕业设计（论文）题 目：三跨预应力连续箱梁桥设计（3X30 m）学生姓名： 学号： 专 业：水利水电工程（道路桥梁方向）院（系）：水利与环境学院 完成时间： 摘要 10绪论 31设计基本资料 71.1.工程概况 71.2.设计标准 71. 3.桥梁设计 72设计要点及结构尺寸拟定 112.1设计要点 112.2结构尺寸的拟定 133主梁作用效应的计算 163. 1自重作用效应的计163.2汽车荷载的效应 26 373.4支座沉降的计算 393.5内力组合 404预应力钢筋的估算与布604.1钢束的估算 606
2、14.3主梁净、换算截面几何特性计算 63655预应力损失及有效预应力计算5. 1基本理论 6505束后主梁内力组会787截面强度验算847. 1基本理论 847. 2计算公式 858抗裂验算92& 1公预规要求928. 2抗裂计;931069持久状况构件的应力验算1069. 1正截面混凝土压应力验算9. 2预应力筋拉应力验算 1089. 3混凝土主压应力验:11011810. 1预加应力阶段的应力验算 11810短暂状况构件的应力验算12010. 2吊装应力验算致谢 122参考文献 124126外文文献翻译连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型，它不但具有可靠的强度, 刚度及抗裂性，而且具有行车
3、舒适平稳,养护工作量小，设计及施工经验 成熟的特点。设计一座梁桥必须从桥跨布设，尺寸拟定，钢束布置以及施 工方法等方面综合考虑，还要充分考虑设计参数和环境影响。本设计是 三联连续梁桥，横截面形式为四片单箱单室预制箱型梁,；施工方式是 先简支后连续施工的连续梁桥。该设计首先进行恒载、活载及次内力的 计算，在此基础上进行荷载组合，绘制弯矩和剪力包络图；其次,根据短 期效应组合配置预应力钢筋，并进行预应力损失的计算；最后，对该连 续梁桥进行验算，是否满足设计要求。关键词：设计 连续梁桥 先简支后连续 预应力AbstractThe continuous beam bridge is a kind of
4、 bridge type used widely on the projec t. It not only has a reliable st reng th, sti ffness and cracking, but also has a smooth journey comfortable， conservation work on the design and construetion experience of the characteristics of maturity. Design a bridge must be laid across from the bridge-lay
5、ing, the size of the developme nt, st eel beam layo ut and cons true tion met hods, but also give full considers tion to the design parame ters and env ironmen tai impac t. This is a design for a threespan continuous bridge, whose cross-section is onecompartment, and no changing on the road directio
6、n, construeted by after a first simply-supported. The first design includes constant load, the live load and the calculation of the internal forces. On the basis of a load combination, we can draw moment and shear envelope map. Next， according to the short-term effect combination disposition prestre
7、ssed reinforcement, and carries on the loss of prestress the computation. Finally, carries on the checking calculation to this continuous bridge, whether to satisfy the design requirements.Key Words: design; continuous bridge; after a first simply-supported; prestress0绪论0. 1预应力混凝土连续梁桥概述预应力混凝土连续梁桥以结构
8、受力性能好、变形小、伸缩缝少、行 车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富 有竞争力的主要桥型之一。本章简介其发展：由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其 不能有效地釆用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差, 并且使得材料利用率低。为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝 土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可 以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后， 很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替O预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在 战后缺钢的情况下，为节省钢
9、材，各国开始竞相采用预应力结构代替部 分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。50年代，预应力混凝土桥梁跨 径开始突破了 100米，到80年代则达到440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400 米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在, 我国已经有了简支梁、带较或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁 和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。但是，在桥梁结构中,随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构 的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁作比较
10、：在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩, 由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩与同跨悬臂梁相 差不大；但是，在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯 矩仍有卸载作用，其弯矩分布优于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点，但 是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者，因为限于当时施工主要 釆用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于悬臂施工方法的 应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60年代初期在中 等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连 续梁中，则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案重新获得了 竞争力，并逐步在40-200米范围内占主要地
11、位。无论是城市桥梁、高 架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了 其优势，成为优胜方案。目前，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土 桥梁的主要桥型之一。然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方 面，还是在养护方面都成为一个难题；而T型刚构在这方面具有无支座 的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续一刚构体系。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。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
12、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:(1)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一刚构体系， 尽可能不釆用养护调换不易的大吨位支座。(3)充分利用时间的时间价值，釆用先简支后连续的施工方法，可 以大大的加快工程的施工进度。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
13、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、连续一刚构等箱 形截面上部结构的比较可
14、见：连续一刚构体系的技术经济指针较高。因 此，从这个角度来看，连续一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。0. 2毕业设计的目的与意义毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各 门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课 题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力 以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工 作岗位打下良好的基础。本次设计为（3 X 30）m预应力栓连续梁，桥面净宽10. 5m,分为两幅, 设计
15、时只考虑单幅的设计。梁体釆用由四片梁组成的单箱单室箱型截 面，由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且 准确性难以保证，所以结合有限元分析软件一MIDAS进行，这样不仅提 髙了效率，而且准确度也得以提髙。1设计基本资料1.1.工程概况本设计为河南省洛阳市国道3利新区新建公路工程K2+825处实际 大桥，本工程全线采用路基宽26米双向四车道一级公路标准，设计时 速为80公里/小时。为了便于施工，上部结构为采用通用跨径30m装配式预应力混凝土 连续箱梁。1.2.设计标准设计荷载：公路设计洪水频率：1/100桥面净宽:2X10.5米;1. 3.桥梁设计1. 3.1桥梁方案的确定1.
16、 3.1.1桥孔设计大桥设计以适用、安全、经济、协调和美观为原则，在选择孔径时 还根据本地区在自然条件、材料供应和地质情况以及施工要求的使用效 果、与自然景观是否协调等综合考虑，做到技术可行经济合理，并尽量 做到标准化、系列化和施工机械化。本项目山区段桥梁密度很大桥孔布置时，通盘考虑桥孔附近的其他!筑物，防止个建筑物之间的距离太近，避免造成路基压实时作业面过小、近距离多处桥头跳车现象。1. 3. 1. 2桥梁结构形式本段内桥梁上部结构形式装配式部分预应力混凝土连续箱梁，先简 支后连续；下部结构根据不同情况采用柱式墩，桥台釆用桩柱式或肋板 式台，钻孔灌注桩基础。根据墩高桥梁的桩径尺寸类型尽量一致
17、，以方 便施工。1. 3. 2主要材料1. 3. 2. 1 混凝土预制箱梁、现浇接头、湿接缝、调平层均采用C50号混凝土桥墩桥 台中除承台、系梁、肋身、桩基础采用C25混凝土外，其余均采用C30 混凝土。1. 3. 2. 2 钢材1）低松弛高强度预应力钢绞线采用符合GB/T5224-2003规定，单根钢绞线直径15. 2mm,公称面积140 nun-,标准强度=1860MPa ,弹性= 1.95xlO5MPa o2） 一般钢筋直径dl2mm者为HRB335热轧螺纹钢，直径d12mm 者采用R235钢筋，R235, HRB335钢筋其规格和技术标准分别符合GB1310-91 和 GB1499-8
18、9 之规定。3）钢板釆用符合GB700-98规定的Q235钢板。4）锚具及管道成孔：预制箱梁及顶板负弯矩钢束锚具采用OVM型或其他型号锚具及其配套张拉设备、管道成型采用钢波纹管。5）支座：箱梁采用符合交通部行业标准JT/T4-2004公路桥梁板 式橡胶支座之规定的GYZ和GYZF斗系列产品。6）伸缩缝：釆用D80型钢缝及D160型模数式伸缩缝装!7）防水层：桥面防水层釆用路桥用水性沥青防水涂料。8）桥梁两侧均釆用钢筋混凝土墙式护栏。1. 3. 3设计要点1）平面布置：桥墩采用径向布置（设计线长为标准跨径），桥台背墙线平行梁端布置，对于同一跨桥尽量采用同一预制梁长，通过梁染之 间的现浇接缝在长度
19、变化解决径向布置内弧外弧不等长的问题，设计保 证梁梁之间地现浇接头最小长度20mm左右。2）弦弧差在调整：同一跨内预制梁为平行布置，梁边缘与曲线之间存在着差值（弦弧弓形高），调整外缘的距离形成平面线形。3）墩顶湿接着的处理：由于径向布设桥墩及同一孔内预制梁长相 同，形成桥墩处相邻孔预制梁端梯形开口，造成墩顶湿接着的长度不等, 设计时逐墩逐梁详细提供现浇接头在长度，并给出由此引起变化的图 纸，如：临时支座布置图、墩顶现浇接头配筋图等。4）由于同样的原因，各片梁下临时支座距盖梁边缘的距离不等，设计时已根据不同情况对个别墩盖梁的宽度予以调整。5）桥面横坡的形成：由于桥梁处于不同的平曲线上，各墩台盖梁
20、顶 的横坡不同，有的还可能相差很大，但同一跨内梁的横坡必须为一定值, 设计时取该孔梁相邻墩台横坡的平均值。30跨径箱梁通用图在设计时按底板平坡、顶板横坡为2%设计，为了形成桥面横坡，通过梁底预埋钢板、 支座垫石现浇调平层（控制原则：最薄10cm高）共同调整来形成桥面 横坡，设计时保证支座顶面底面水平。各桥在设计时均考虑了路线纵坡 横坡的影响给出了梁底板的具体尺寸及厚度、垫石顶面标高及临时支座 位置。6）在墩、台挡块内侧、背墙与预制梁对应位置及可能发生构件刚性碰撞的位置设置橡胶缓冲块。7）位于超高段上有梁应注意泄水管位置的改变。8）为减少桥头跳车，桥台后均设钢筋混凝土搭板。当台背填土髙度时，搭板
21、长8m；填土高度6m时，搭板长度6m。2设计要点及结构尺寸拟定2.1设计要点上部结构为3跨预应力混凝土连续箱梁，采用先简支后连续的施工 方法，即釆用如下施工方法:1）预制简支箱梁，吊装到位。2）浇筑墩顶连续段接着混凝土，达到强度后张拉负弯矩区预应力刚束并压注水泥浆。3） 再拆除临时支座完成体系转换。4） 完成主梁横向接缝浇注。5）时行护栏和桥面铺装的施工。表2T基本数据名称项目符号单位数值主梁混凝土立方体强度标准值fcitkMPa50弹性模量3.45x10轴心抗压强度标准值fck32.4轴心抗拉强度标准值ftk2. 65轴心抗压强度设计值fed22.4轴心抗拉强度设计值ftd1.83短暂状态极
22、限压应力075&MPa20. 72极限拉应力0-75/；1.757持久压应力极限值：MPa名称项目符号单位数值状态极限压应力0.5几16.2极限主压应力06几19. 44拉应力极限值1.855短期效应组合极限主拉应0.7几1.855长期效应组合极限拉应力0015.2钢绞线标准强度fpkMPa1860弹性模量Ep1.95X1O3抗拉设计强度fed1260最大张拉控制应力（）75几1395持久状态应力标准荷载组合0仏MPa1209材料重度钢筋混凝土/ikN/m325.0沥青混凝土Yi23.0钢绞线/378.5钢弹性模量与混凝土弹性模量之比%5. 562. 2结构尺寸的拟定2. 2.结构的横向尺寸由
23、于本项目釆用的是通用30跨径，使用较高的截面会使整个工程 比较经济，所以单向桥面釆用四片箱梁，从左至右分别编号1、2、3、4, 另分别在跨中、端截面、1/4跨处设横梁，梁的内截面从1/4跨处至端 截面线性渐变，桥面横断面及具体尺寸如图2-1：500 1000 10500 500图2-1主梁横断面布置图（单位尺寸：cm）2. 2. 2结构的纵向尺寸设计/由于釆用先简支后连续的施工方法，须在第一阶段简支梁桥施工 时在桥梁的两端设置临时支座，设临时支座距离桥墩中心线70cm,则简支梁桥时，桥的设计跨径为28. 60mo当连接成连续桥时中跨的为30m, 边跨为29. 30m2. 2. 3截面的几何特性
24、计算截面的具体尺寸如下图所示:图2-2箱型梁横断面尺寸利用AutoCAD及Midas软件能较为精确的计算出截面的几何特性值，如表2-1所示：截面位置截面积A(mm2)截面惯矩I缶)中性轴高度缶)预制中梁跨中1. 103900.3491600. 97626支点1.405100. 4103580. 92914预制边梁跨中1. 208290.3722481.01618支点1. 501850.4499340. 96172成桥中梁跨中1. 222700.3799941. 02845支点1. 509020.4449560. 97026成桥边梁跨中1. 267690.3876421. 06837支点1. 5
25、61250.4672381. 002843主梁作用效应的计算3.1自重作用效应的计算本桥使用的是先简支后连续的施工方法，施工主要有以下几个步 骤：1）第一施工阶段，为主梁的预制阶段，待混凝土达到设计强度的90%后张拉正弯矩区的预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制梁安装到 位，形成由临时支座支撑的简支体系。2）第二施工阶段，先浇注两跨之间接头处的混凝土，待达到设计强度后张拉负弯矩区预应力钢束，压注水泥浆。3）第三施工阶段，拆除全部临时支座，主梁支撑在永久支座上，完成体系转换，再完成主梁横向现浇接缝，最终形成三跨连续梁的空间结 构体系。4）第四施工阶段，完成护栏和桥面铺装的施工。5）由施工阶段可
26、知，结构的自重是分阶段进行的，主要包括第一施工阶段结构自重的荷载集度，成桥后第一施工阶段自重的增量g结构 的二期作用自重幻。针对桥面的特点将空间结构简化为平面结构进行计算，只考虑单片 梁的结构体系转换，把结构自重效应平均分到每片梁上，而在进行汽车 作用效应计算时考虑荷载的横向分布系数。3. 1.1结构自重作用荷载集度计算3. 1. 1. 1预制箱梁一期结构自重作用荷载集度（gj：中梁:12x1.10390+17.6 x(l.l 0390+1.40510)/ 2 + 4 x 0.2 x (1035 + 0.7357)x 25 gl =29.6= 31.153KN/也边梁:gi =12x1.208
27、29 +17.6 x (1.20829+1.50815)/ 2 + 4 x 0.2 x (1035 + 07357)x 25296= 33876KN/m3. 1. 1. 2成桥后箱型一期结构自重作用荷载集度增量J预制梁计入每片梁间现浇桥面板及横隔梁湿接缝混凝土后的自重作用荷载集度即为成桥后箱型梁一期结构自重作用荷载集度增量。中梁g =2x(0.18x0.33x29.6 + 0.115x0.125x0.2x4)x25296= 2.989KN/m边梁gi(0.18x 0.33x 29.6 + 0.115x 0.125x 0.2 x 4)x 25 _296 m3. 1. 1. 3二期结构自重作用荷载
28、集度（gj桥面铺装釆用10cm沥青混凝土铺装，且铺装成宽11m,沥青混凝土重度为24kN/m3, 8cm厚C40混凝土调平层，桥面横坡已通过主梁和桥墩调整成2%,另外一侧护栏按每米延长0. 30 m3混凝土计，混凝土重度按25kN/m3,因桥横向由4片梁组成，则每片梁承担的全部二期永久作用的 1/5。3. 1.2内力计算本桥为先简支后连续的连续梁，施工过程中包含了结构体系转换, 所以结构自重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计 算出来然后进行内力叠加。第一施工阶段，结构体系为简支梁结构，自重作用荷载为创第二施工阶段，由于两跨接头较短，混凝土重量较小，其产生的内 力较小，且会减小跨中
29、弯矩，姑忽略不计第三施工阶段，结构体系以及那个转变为连续梁，因临时支座间距 较小，故忽略临时支座移除产生的效应，自重作用荷载仅为翼缘板和横 隔梁接头重力，即心|第四施工阶段，结构体系为连续梁，自重作用荷载为桥梁二期自重 作用荷载，即3. 1. 2.1第一施工阶段结构自重作用效应内力计算简图如右：由结构力学知识可以计算出跨中、1/4截面、端截面的内力，各截面从左至右分别编号0, 1/4, 1/2, 3/4, 1,内力如下表3-1：图3-1第一施工阶段计算模型表3-1第一阶段施工内力中梁截面01/41/23/41弯矩(kNm)02558.9073411.8772558. 9070剪力(kN)461
30、. 064230. 5320230. 532461. 064边梁截面01/41/23/41弯矩(kNm)02782.5753710. 1002782. 5750剪力(kN)501. 365250. 6820250. 682501. 365注：该表格内计算数据有结构力学求解器所求3. 1. 2. 2第三施工阶段的效应第三施工阶段通过浇湿接缝完成桥面的横向连接，此期荷载增量乂|假定均匀分配给四片梁，计算模型如图3-2 HV H X2 95 (3)卫7 7797Z 7777图3-2第三施工阶段计算模型此阶段中跨梁的计算跨径为30m,边跨的计算跨径为29.86m,长度相差不大，都取为30m计算。通过结构力学求解器软件可方便的求得第三施工阶段外力作用下结构产生的弯矩图
