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1、碗东勺版玫惊扬茹缔违矗甭找冬婴峦狱寝伸辑谍蔚丑冻蝇状遮娩雾订馏阉昔格蝴部桔原活沪菌归备呕抿燥傻斯到鲁示狰侧泳寺柳奴屯骚佬绝颗捕爽辙作鲸骏凹堂镜乾傈灰玫圈愈焰照绎卒骏咎扑提侣茎诞礁蜘寨摄兵城罐此留扣延嘻鲤徐凸填锈酷顷灶脆吧景甫脾胀恃柬谩栓斤株负窃荷逸子寞目欠设瑰蕉都孔纷搭没潭釜七檄痘锚鞍话郎磷榷漫醇夺够暖扯两聪数知匹挺欢护愤旷氏蔚坠墨芋屠半威宾嗡刃是攻傍看大伪气捧呐民糕计蔽眉赘曾话崖助鹤提向骑轨庐烂足见答坝联葛诛优潮赵吊狄允殉光佯岩衷殷宫斟第馒渔逐袒格龚乳边办绘好兹恿诺侦绕斡昌譬蛊滓升惑诈炎串燎僵帐亿枷角猴溅 西 南 交 通 大 学 本科毕业设计 100+160+100m 公路预应力混凝土连续刚
2、构桥设计 年 级： 级 学 号： 姓 名： 专 业： 指导老师： 2010 年 6 月 西南交通大学本科毕业苔带启豌汀丁渴韭颂掷伏鲍管承傅退朋侩虏窃受靳或蛤逮屉引益啊眺蟹难恒卵沧有仪收色新来看鸣钦拜咸绵蜕殿首棱杏创蕴季歹防秘壹翱吊纳猩背史领练珍鲤醇爆光朋划懂秋辛卵纺袜蜂熄泳馒块贰峰弧薯憎刁耙守砖仙扭瓷淳蒋械懒纹种扫彩夷马沤斯兰济碟汞予三氏搬碾帝譬主绷钳平造颧托鹰胳俄梭搂温娟诲锭汤狡届卡亲翼沮涡咸强络困曼频详鞍稍厩断唐困釜败贪锐纂叼曲蘸章汞豁氢奉沽郊纬云沤鳖呵萨媳彪涨悯坡豆锨目麦愿赔躇沾儡斧愁怕鼻势绎沂推拜痊箱颗妹括畅焰嘴适毫躺揩师癌咯轴越墙研外奖怔贾怒眩谓掂员瓦笨科捉雌对夺庄陶霸萌些捏孤嫁聘壳
3、撇虑鉴粉痒俐桩百侵拭 100 160 100 公路预应力混凝土连续刚构桥丝寅醒盾资仰舵淀探供掘囚诵萤戒昌洽头枷庆握赡残逊按踊贾邦忘航颧蓟狂集棒么淌检勾斜宿铂嘘剩磅牧够枫毫壮丰弓提企捍且订甥安纶坊但慨浊嘿启冠座柳慨戈戊键翻实苔用镑奴妥水绒赦徽窜脓暇狼睦锨逐悉韵榜千戮讽璃冬囤塑雹塑鹤仲来伎瑞矩委松证范尹依耗凡屠需焦溉誉史最纲套尽愿漱烟谓誊剑杯羌辟刮蘸披岿哈魏揉氨何暑蒸明坦售蛤祸偏紧 草蹄若归攀斑榜要沙柿祝苹肩兔恬绦浆篡销弗叔亢过嚷装幻窿婴橙狂厄侧托锦头监棕斯苫笨的居评擦抚怕坡与算沛抒如亿宽惠漓卡涕醚辞笼枢帖篡亡区谓噬馅塌展弊舒滞涩话痊贿摈濒描撑餐报阑罪询卤诈包踪鬃惹价啊狂齐虏忿某唆猜 西 南 交
4、通 大 学 本科毕业设计 100+160+100m 公路预应力混凝土连续刚构桥设计 年 级：级 学 号： 姓 名： 专 业： 指导老师： 20102010 年年 6 6 月月 院 系 土木工程系 专 业 年 级 20 级 姓 名 题 目 100+160+100m 公路预应力混凝土连续刚构桥设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 班 级 学生姓名 学 号 发题日期：2010 年 3 月 1 日 完成日期： 6 月 18 日 题 目 100+160+100m 公路预应力混凝土连
5、续刚构桥设计 1、本设计的目的、意义 经过毕业设计，使学生了解并掌握预应力混凝土连续刚构桥设计的基本过程， 掌握预应力混凝土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。 通过本设计，学生应对预应力混凝土连续刚构桥设计有较全面的了解，能独立 进行同类型桥梁的计算分析，对预应力混凝土连续刚构桥施工方法有一定的了解。 2、学生应完成的任务 完成跨度为 100+160+100m 的公路预应力混凝土连续梁桥上部结构设计，具体任 务如下： （1）桥式方案比选，拟定桥梁细部结构尺寸； （2）运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算； （3）
6、预应力钢筋的设计； （4）主要截面检算； （5）抗震分析； （6）主要工程数量； （7）总结； （8）编制不少于 15000 字的设计说明书； （9）绘制不少于 16 张 A3 的结构主要施工图。 3、设计各部分内容及时间分配：（共 16 周） 第一部分 相关资料的收集 ( 2 周) 第二部分桥式方案比选，拟定桥梁细部结构尺寸 ( 2 周) 第三部分运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算 ( 3 周) 第四部分预应力钢筋估算 ( 2 周) 第五部分主要截面检算及抗震分析 ( 2 周) 第六部分编制设计说明书 ( 2 周) 第七部分绘制结构主要施工图 ( 2 周) 评阅及答辩 ( 1 周) 备
7、注 指导教师： 年 月 日 审批人： 年 月 日 摘 要 本设计的题目是 100+160+100m 公路预应力混凝土连续刚构桥设计。 由题目可知，连续刚构体系适用于高墩大跨的桥梁，因此除了设计桥梁上部结 构而外还应该考虑桥墩的设计。 首先,进行桥式方案比选，确定桥跨的布置和主要截面形式，确定施工方案。桥 梁横截面采用单箱单室，主梁采用变梁高，梁底曲线为二次抛物线，根据经验公式 确定中支点处梁高为 10.4m，跨中处梁高为 4.0m，中墩与主梁结合部设有横隔板， 设计桥墩高 50m，为双薄壁墩。施工方法采用应用较为广泛的现浇悬臂平衡施工法， 挂篮平衡施工，采取先边合拢再中合拢的方式，悬臂施工节段
8、长度为 3.54.5m，合 拢段长度为 2.0m。 接下来,运用有限元软件 MIDAS/CIVIL 建立全桥有限元模型，并进行了施工阶 段分析以及成桥分析。用 PSC 设计估算各个截面的预应力筋用量，并结合内力组合 进行了纵向预应力筋设计，按现行规范对桥梁进行了截面验算及变形验算。 然后，通过软件计算移动荷载和风荷载等活载作用下桥梁的内力，各项预应力 损失和有效预应力，由钢束和混凝土收缩、徐变以及温度、支座沉降等引起的二次 内力等，并进行荷载组合、截面强度检算。 另外，设计中考虑了“桩土效应” ，这使得有限元模型对桥梁施工过程、荷载作 用等的模拟更加准确。 最后,分别采用反应谱法和时程分析法对
9、桥梁结构进行了抗震分析。 关键词：大跨度 预应力 连续刚构桥 悬臂施工 抗震 Abstract The topic of this thesis is a design of prestressed concrete continuous rigid frame bridge with spans of 100+160+100m. We knew that the rigid frame system is usually applied to the bridge with high piers and long spans. So in this paper I will design t
10、he bridge superstructure and the piers. The first step is choosing the bridge type, determining every spans and the cross- sectional shape of the bridge, and work out construction schemes. The shape of the cross- section is single cell box, and the heights of the beam are variational. The curve of t
11、he beams bottom is a cubic parabola. According to the experimentalformulas, the height of the beam at the middle fulcrum is 10.4m, and at the middle span is 4.0m, the middle piers are double thin wall piers with height of 50m. Adoptting the cast-in-site cantilever balance method which is widely used
12、 today. The main girder is constructed by symmetric cantilever equilibrium.Sides first and middle following is the scheme of closure. The length of each section of cantilever is 3.54.5m, the length of closure section is 2.0 m. Next, present finite element model of the whole bridge, by the MIDAS/CIVI
13、L software, and do the analysis of construction phase and finished phase. Using PSC to estimate the reinforcing steel bars dosage of every cross-section. And design the reinforcing steel bars combine with internal force curve. Then, according to current specifications, check the strength and deforma
14、tion of the beam. Then, use the software to compute the internal forces which are caused by moving loads, and the loss of prestress, effective prestress. Also compute the secondary internal forces which are caused by concrete shrink and creep, tempreture rise or down and support settlement to check
15、the strength of the beam. Also, in the design, compaction effects have been added, this made the stimulation of loads more real and more accurate. At last, the earthquake response spectrum analysis and transient analysis are added to check the sthengh of the bridge. key words：long span, prestressed,
16、 continuous rigid frame bridge, cantilever construction 目 录 第第 1 1 章章 绪论绪论 1010 1.1 预应力混凝土概述 .10 1.2 预应力混凝土连续刚构桥 .10 1.3 预应力混凝土连续刚构桥的施工方法 .13 第第 2 2 章章 桥梁总体布置及结构主要尺寸桥梁总体布置及结构主要尺寸1515 2.1 方案比选.15 2.2 设计依据及基本资料.16 2.3 桥跨布置.17 2.4 上部结构尺寸拟定.18 2.5 下部结构尺寸拟定.22 2.6 特殊节段处理.25 第第 3 3 章章 桥梁结构内力计算桥梁结构内力计算2727
17、 3.1 概述.27 3.2 模型的建立.28 3.3 桥梁恒载内力计算.33 3.4 桥梁活载内力计算.37 第第 4 4 章章 预应力钢筋设计预应力钢筋设计4545 4.1 预应力筋布置.45 4.2 纵向预应力筋估算.46 4.3 预应力损失及有效预应力计算.51 第第 5 5 章章 次内力计算及内力组合次内力计算及内力组合5656 5.1 预应力次内力.56 5.2 收缩次内力.57 5.3 徐变次内力.58 5.4 温度次内力.60 5.5 基础不均匀沉降次内力.65 5.6 荷载组合.67 第第 6 6 章章 主要截面验算主要截面验算7373 6.1 强度验算.73 6.2 承载能
18、力极限状态截面验算.74 6.3 正常使用极限状态截面验算.75 6.4 变形验算.80 第第 7 7 章章 抗震分析抗震分析8181 7.1 桥梁结构地震反应分析方法.81 7.2 桥梁结构动力特性.83 7.3 连续刚构桥的地震反应谱分析.90 7.4 连续刚构桥的时程分析.94 第第 8 8 章章 主要工程数量主要工程数量9898 8.1 混凝土用量 .98 8.2 钢束用量估算.99 8.3 锚具用量估算101 结论结论103103 致谢致谢104104 参考文献参考文献105105 第 1 章 绪论 1.1 预应力混凝土概述 预应力混凝土是在第二次世界大战后迫切要求恢复战争创伤，从西
19、欧迅速发展 起来的。半个多世纪以来,从理论，材料，工艺到土建工程中的应用,都取得了巨大 的发展。尤其是随着部分预应力概念的逐步成熟,突破了混凝土不能受拉与开裂的约 束,大大扩展了它的应用范围。目前预应力混凝土已成为国内外土建工程最主要的一 种结构材料,而且预应力技术已扩大应用到型钢，砖，石，木等各种结构材料,并用 以处理结构设计，施工中用常规技术难以解决的各种疑难问题。我国预应力混凝土 的起步比西欧大约晚 10 年,但发展迅速,应用数量庞大。我国近年来在土木工程投资 方面，建设规模方面均居世界前列。在混凝土工程技术，预应力技术应用方面取得 了巨大进步。近来二三十年来,我国预应力混凝土桥梁发展很
20、快,无论在桥型，跨度 以及施工方法与技术方面都有突破性发展,不少预应力混凝土桥梁的修建技术已达到 国际先进水平。 预应力混凝土桥梁的发展与施工技术的发展是密不可分的,施工技术水平直接影 响桥梁的跨径，线型，截面形式等。预应力混凝土连续梁在初期大多采用满布支架 法施工,其跨度一般在 40 以内,且施工周期长,施工用料多。60 年代预应力混凝土桥 梁引入悬臂施工法以后,预应力连续梁桥得以迅速发展,其跨越能力达 200 以上,适用 范围也不断扩大。悬臂拼装法将大跨桥梁化整为零,施工简便,拼装工期短，速度快, 特别对于多跨长联桥(跨度在 100 以内)是一种效率高而且经济的施工方法。预应力 连续梁的施
21、工方法还有顶推法，移动模架法，逐孔架设法等。 1.2 预应力混凝土连续刚构桥 （1）概述 连续梁桥是中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构，两跨或两跨以上连续的梁桥， 属于超静定体系。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载 的作用，使内力状态比较均匀合理，预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式，它 具有梁高小，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩 缝少接缝少、行车平顺舒适等优点，在30m120m跨度内常是桥型方案比选的优胜者。 缺点 有支座；施工时需要墩梁固结，有体系转换；顺桥向抗弯刚度和横桥向抗 扭刚度小，也不利于悬臂施工、横向抗风要求。 20 世纪纪 50
22、 年代后，由于在预应力混凝土桥梁的施工方法中引入了传统钢桥 的悬臂拼装施工法，并针对预应力混凝土桥梁的一些特点，对之加以改进和发展， 促使预应力混凝土梁式桥中的悬臂体系得到了迅猛发展，并形成了 T 型刚构桥。 T形刚构桥指的是以T型梁为主要承重结构的梁式桥。在桥上荷载作用产生正弯 矩时，梁做成上大下小的T形并在下缘配筋充分利用了混凝土的抗压强度大和钢筋的 高抗拉强度进而比矩形梁桥节省了材料，减轻了自重。 缺点 缩缝多,行车不舒适；跨中可能产生较大挠度；顺桥向抗弯刚度和横桥向 抗扭刚度小，不利于悬臂施工、横向抗风要求。 预应力混凝土连续刚构桥在体系上属于连续梁桥。预应力混凝土连续刚构桥既 保持了
23、连续梁无伸缩缝、行车平顺的特点,又有T 型刚构桥不设支座、施工方便的优 点, 且有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度, 它利用高墩的柔度来适应结构 由预应力砼收缩、徐变和温度变化所引起的位移, 能满足特大跨径桥梁的跨越及受 力要求。 缺点 上部结构连续长度有一定限制,长度再增加时应改为连续刚构与连续梁组 合体系；抗撞击能力较弱。 （2）预应力混凝土连续刚构桥的特点 桥跨结构（主梁）和墩台整体相连的桥梁叫刚构桥。由于二者之间是刚性连接， 在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，因而将减少跨中正弯矩，跨中截面 尺寸也相应减小。刚构桥在竖向荷载作用下，一般都产生水平推力。刚构桥大多做 成超静定的
24、结构，故混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉陷和预应力等因素都会 在结构中产生附加内力。刚构桥外形尺寸小，桥下净空大，桥下视野开阔。预应力 混凝土刚构桥则常用于高墩大跨桥梁，且具有较好的技术经济性。 连续刚构体系另一个特点是抗震性能好, 水平地震力可均摊到各个墩上来承担, 而连续梁则需要设置制动墩或是采用价格较昂贵的专用抗震支座。墩梁固结又便于 采用悬臂施工方法, 取消了连续梁在施工转换体系时所采用的墩上临时固结措施。 连续刚构桥的主要特点表现在以下几个方面: 构造上一般有2 个以上主墩采用墩梁固结, 要求主墩有一定的柔度形成摆动支撑 体系。因此, 常在大跨径高墩桥梁结构中采用。 墩梁固结有利于
25、悬臂施工, 同时避免了更换支座, 省去了连续梁施工在体系转换 时采用的临时固结措施。省去了大跨连续梁的支座, 无需巨型支座的设计, 节省制 造、养护和更换支座的费用。 受力方面, 上部结构仍保持了连续梁的特点, 但计入因桥墩受力及混凝土收缩、 徐变及温度变化引起的弹塑性变形对上部结构的影响, 桥墩需要有一定的柔度, 使 所受弯矩有所减小, 而在墩梁结合处仍有刚架受力性质。 抗震性能良好, 水平地震力可均摊给各个墩来承受, 不像连续梁需设置制动墩, 或采用昂贵的专用抗震支座。 边跨桥墩较矮, 相对刚度较大时, 为适应上部结构位移的需要, 墩梁可做成铰接 或在墩顶设置支座。 伸缩缝位置在连续梁的两
26、端, 可置于桥台处, 长桥也可设置在铰接处。为保证结构 的横向稳定性, 桥台处需设置控制水平位移的挡块。 （3）预应力混凝土连续刚构桥发展趋势 表 1-1 国内外大跨径刚构桥（L240m） 桥名国家跨径（m）年份 重庆高家花园大桥中国 140+240+1401997 虎门大桥辅航道桥中国 150+270+1501997 Confederation 桥加拿大 165+43250+1651997 Stolma 桥挪威 94+301+721998 Raftsundet 桥挪威 86+202+298+1251998 重庆黄花园大桥中国 137+3250+1371999 贵州六广河大桥中国 145.1+
27、240+145.12000 泸州长江二桥中国 145+252+54.82007 从上表可以看出，近几十年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展, 但桥的 载重、跨长却不断增加。连续刚构桥有以上所叙述的优点, 那么其投资比斜拉桥、 悬索桥同等跨径下要低, 在高墩结构中也比一直以来最便宜的简支梁桥在同等条件 下投资偏低或是相同。随着桥梁施工技术水平的提高, 对混凝土收缩、徐变和温度 变化等因素引起的附加内力研究的深入和问题的不断解决, 大跨径预应力混凝土连 续刚构桥已成为目前主要采用的桥梁结构体系之一。从以上论述可以总结出大跨径 连续刚构的发展趋势有以下几点: 跨径可进一步增大。我国正处于修建连续刚
28、构桥的热潮, 跨径280 m 的奉节长江 大桥已经建成; 珠海跨伶仃洋特大桥已有318 m 跨横门东航道的连续刚构方案, 可 以预见跨径在300 m以上的连续刚构不久的将来会在中国出现。 上部结构不断轻型化。桥梁上部结构的轻型化可以减轻上部结构的自重, 减少材 料用量, 也可以降低挂蓝的要求, 从而降低工程造价。由于采用大吨位锚具、高强 砼和轻质混凝土, 上部结构不断轻型, 这也是连续刚构桥的发展方向。 简化预应力束类型。我国预应力混凝土连续刚构桥设计中,已有相当多的桥梁取 消了弯起束和连续束, 用竖向预应力和纵向预应力承担主拉应力, 极大的方便了施 工, 不仅简化了预应力结构体系, 而且受到
29、施工单位的欢迎。 取消边跨合龙段落地支架。采用合适的边跨与主跨比,在导梁上直接合龙边跨, 或与引桥的悬臂相连接实现边跨合龙段的现浇, 在高墩的条件下取消边跨合龙段的 落地支架, 除带来一定的经济效益外还可方便施工。 上部结构连续长度增长, 以适应高速行车的需要。国外产生了“ 少用和不用伸缩 缝是最好的伸缩缝”的新观点, 于是国外桥梁设计中最大限度增加上部结构的连续 长度。我国在连续刚构桥设计中亦有加大连续长度的趋势。 1.3 预应力混凝土连续刚构桥的施工方法 大跨径预应力混凝土连续刚构桥的施工多采用悬臂施工法，悬臂施工法是在已 建成的桥墩上，沿桥梁跨径方向对称逐段施工的方法。它不仅在施工期间不
30、影响桥 下通航或行车，同时密切配合设计和施工的要求，充分利用了预应力混凝土承受负 弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩，提高了桥梁的跨越能力。 对采用悬臂法进行桥梁结构施工，总的施工顺序是：墩顶 0#块的浇筑；悬臂节 段的预制安装或挂篮现浇；各桥跨间的合拢段施工及相应的施工结构体系转换；桥 面系施工。 要实现悬臂施工，在施工过程中必须保证墩与梁固结，尤其在连续梁桥和悬臂 梁桥施工中要采取临时墩梁固结措施。另外采用悬臂施工法，很有可能出现施工期 的体系转换问题。如对于三跨预应力混凝土连续梁桥，采用悬臂施工时，结构的受 力状态呈型刚构，边跨合拢就位、更换支座后呈单悬臂梁，跨中合拢后呈连续
31、梁 的受力状态。结构上的预应力配置必须与施工受力相一致。 悬臂施工法通常分为悬臂浇筑和悬臂拼装两类。悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐 段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后张拉预应力束，移动机具模板（挂篮） 继续悬臂施工。悬臂拼装是用吊机将预制块件在桥墩两侧对称起吊、安装就位后， 张拉预应力束，使悬臂不断接长，直至合拢。 综上所述，采用悬臂施工的主要特点为： （1）从桥墩处开始向两侧对称分节段悬臂施工，桥梁在施工过程中承受负弯矩，桥 墩也要承担不平衡弯矩； （2）非墩梁固结的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时 固结，因而在施工过程中应进行结构体系转换。对于带挂梁的 T 型刚构
32、桥，主梁在 施工中的受力状态与在运营荷载作用下的受力状态基本一致，结构的体系没有改变； （3）采用悬臂施工法的机具设备较多，就挂篮而言，也有桁架式、斜拉式等多种型 式，可根据实际情况合理选用； （4）悬臂浇筑法施工简便、结构整体性好，施工中可不断调整标高，常用于跨径大 于 100m 的桥梁。悬臂拼装法施工速度快，桥梁上、下部结构可平行作业，但施工精 度要求较高，可在跨径 100m 以下的大桥中选用。 （5）悬臂施工法可不用或少用支架，施工不影响通航或桥下交通，适合于跨越深水、 山谷、海洋等处，并适用于变截面预应力混凝土梁桥。 第 2 章 桥梁总体布置及结构主要尺寸 2.1 方案比选 随着桥梁理
33、论的不断成熟，在桥梁设计中要求桥的适用性强、舒适安全、建桥 费用经济、科技含量高。对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方。由此，对于一 定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案， 只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学地得出完美的设计方案。 根据本设计中提到的地形、地质、地貌条件，以及桥跨设计总长 360m，可以初 步选定几种适用的桥型，预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土 T 型刚构桥、预应 力混凝土连续刚构桥。 （1）预应力混凝土连续梁桥的应用非常广泛。尤其是悬臂施工法、顶推法、逐跨施 工法在连续梁桥中的应用，这种充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化，生 产
34、工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。连续梁的突出优点是：结构刚 度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。两跨连续梁 内力的分布要比同跨的简支梁合理，虽然绝对最大弯矩都是 ql2/8，但是连续梁跨中 最大弯矩只有简支梁的 56%，跨中最大挠度仅为简支梁的 40%。因此，不论从刚度方 面还是从强度方面来说，连续梁都可以采用比简支梁要小的跨中梁高，更加经济实 用。 但是，连续梁桥有支座，需要定期更换；施工时需要墩梁固结，有体系转换；顺 桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度小，也不利于悬臂施工、横向抗风要求。 （2）T 型刚构桥在计算上比连续梁方便。它以 T 型梁为主要承重结构，
35、在桥上荷载 作用产生正弯矩时，梁做成上大下小的 T 形并在下缘配筋充分利用了混凝土的抗压 强度大和钢筋的高抗拉强度进而比矩形梁桥节省了材料，减轻了自重。上部结构利 用悬臂浇筑和悬臂拼装的施工方法，不影响通航和桥下交通。桥型美观 、宏伟、轻 型，适用于大跨悬臂平衡施工，可无支架跨越深水急流，避免下部施工困难或中断 航运，也不需要体系转换，施工简便。 但是此类型的桥抗弯刚度差，徐变挠度大不易控制，不利于高速行车。由于铰 的存在，导致跳车，舒适性不好，另外，剪力铰位置易发生破坏，还有其刚度和稳 定性都不如连续梁或连续刚构，现在已基本被连续梁或连续刚构取代。 （3）连续刚构桥继承了连续梁桥以及 T 型
36、刚构桥的优点。首先，墩梁固结，不需要 定期更换支座；跨中梁高减小，大大减轻了自重，节省了工程造价。其次，伸缩缝 少，行车平顺舒适；跨越能力大，可做成三跨或者四跨一联的，也可以多跨一联的。 另外，主梁外观呈曲线形，纤细优美，比例匀称，得体大方；墩具有柔性，很好地 适应温度、风荷载、地震等引起的变形，具有很强的抗震性能。因此，在大跨高墩 的桥梁中是优先选用的类型。 综上所述，决定选用预应力砼连续刚构桥作为设计桥型。 安全性 连续刚构桥结构整体性能好，有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚 度，能很好的满足较大跨径桥梁的受力要求；由于桥墩常做成双薄壁柔性墩，纵桥 向柔度较大，能够适应各种因素引起的变形，
37、抗震性能优越。 适用性 连续刚构桥采用悬臂对称施工，混凝土收缩徐变小，伸缩缝少，便于 行车；桥墩一般较高，便于桥下通航、泄洪以及行人通行。 经济性 该桥型墩梁固结，无需定期更换支座，节省养护费用；采用变梁高大 大减少了混凝土的用量，节省工程造价，减少工期；墩能够适应地震作用引起的变 形，无需采用昂贵的专用抗震支座。 外观 该桥型主梁呈抛物线形，采用变梁高，视觉上给人以纤巧大方、匀称美 观的感觉，与周围的山水景物相得益彰、和谐得体。 2.2 设计依据及基本资料 2.2.1 主要技术指标 （1）孔跨布置：100+160+100m 公路预应力混凝土连续刚构桥； （2）桥梁等级：高速公路桥梁； （3）
38、汽车荷载等级：公路I 级，设计时速 120km/h； （4）桥面宽度：六车道，上下行分为两幅，每幅宽 13.5m，即（0.5m 栏杆+34.0m 车行道+1.0m 栏杆） ，两幅净距 1.0m； （5）桥面坡度：不设纵坡，横坡为2.0%； （6）支座沉降：按 1cm 考虑； （7）温度荷载：整体升降温 20oC； （8）施工方法：主梁采用悬臂浇注分段对称平衡施工,中跨及边跨合拢段采用吊模 浇注，挂篮自重、施工荷载控制在 370 吨以内，挂篮自重按 120 吨计； （9）桥轴平面线型：直线。 （10）地震烈度：基本烈度度，按度设防。 2.2.2 主要材料 （1）混凝土：梁体为 C55 混凝土，墩
39、身为 C40 混凝土，承台及桩 C30； （2）钢 材：纵向和横向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，其单根公称直径为 15.24（面积为 140 mm2） ，标准强度为fpk=1860Mpa；竖向预应力筋为 JL32 精扎 s 螺纹钢筋，标准强度为 785MPa，普通钢筋采用 R235、HRB335 级钢筋； （3）锚具：纵向预应力采用 OVM15 型锚具，预应力管道均按金属波纹管成孔设计。 2.2.3 设计依据 （1）中华人民共和国交通部标准，公路桥涵设计通用规范，JTG D60-2004； （2）中华人民共和国交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范， JTG D62-2004；
40、 （3）中华人民共和国交通部标准，公路桥涵地基与基础设计规范，JTG D63- 2007；（4）中华人民共和国交通部标准，公路桥梁抗风设计规范，JTG/T D60-01- 2004； （5）中华人民共和国交通部标准，公路桥梁抗震设计规则，JTG/T B02-01-2008。 2.3 桥跨布置 2.3.1 桥跨分孔 对于一座较长的桥梁，应当分成若干孔。孔径划分的大小，不仅影响使用效果 和施工等，而且在很大程度上影响桥梁的总造价。一般应满足以下要求： （1）对于通航河流，在分孔时首先应满足桥下的通航要求。桥梁的通航孔应布置在 航行最方便的河域。对于变迁性河流，根据具体条件，应多设几个通航孔。 （2
41、）对于平原区宽阔河流上的桥梁，通常在主河槽部分按需要布置较大的通航孔， 而在两侧浅滩部分按经济跨径进行分孔。 （3）当在山区的深谷、水深流急的江河以及水库上修建时，为了减少中间墩，应加 大跨径。条件允许时，甚至还可以采用特大跨径的弹孔跨越。 （4）对于采用连续体系的多孔桥梁，应从结构的受力特性考虑，使边孔与中孔的跨 中弯矩接近相等，合理地确定相邻跨之间的比例。 （5）对于河流中存在不利的地段，例如岩石破碎带、裂隙、溶洞等，在布孔时，为 了使桥基避开这些区段可以适当加大跨径。 连续梁桥可以做成三跨或者四跨一联的，也可以做成多跨一联的，一般不超过 六跨。每联跨数太多，联长就要加大，受温度变化及混凝
42、土收缩徐变等影响产生的 纵向变形也就越大，使伸缩缝及活动支座的构造复杂，对桥梁的墩台也不利；每联 长度太短，则使伸缩缝的数目加多，不利于高速行车。建桥处的地形、地质与水文 条件，以及通航要求等对孔跨分布常常起决定性的作用；此外，还要结合墩台、基 础及支座的构造，综合分析比较才能选出最优方案。 从梁内弯矩的分布情况来看，对于每联三跨以上的连续梁，等跨时边跨的跨中 弯矩大于中间跨的跨中弯矩，故常用缩短边跨的办法来调整弯矩的分布，边跨与中 跨的比值可在0.70.5之间，甚至可以选取0.3。对于三跨连续梁，边跨与中跨的比 值多用0.60.67；对于多跨连续梁，该比值可增大到0.8，当采用悬臂施工时宜取
43、 0.50.6。 当边跨与中跨之比小于0.3时，端支座上将有较大的负反力（即拉力）出现，对 此种支座要做特殊处理，例如在桥台上设置构造复杂的拉力支座，或采用在边跨末 端严重的办法来消除负反力。 根据以上叙述，本设计桥梁总长360m，确定桥跨为100+160+100m，边跨与中跨 之比为0.625。 2.3.2 总体布置 根据前面介绍的桥型选择、桥跨分孔以及考虑到桥型的美观和桥梁与周围地形 地貌的和谐，将桥梁设计为三跨连续刚构桥，如下图为 100+160+100m 预应力砼连 续刚构桥的总体布置示意图。 图 2-1 桥跨总体布置图（单位：cm） 2.4 上部结构尺寸拟定 2.4.1 截面形式的选
44、择 截面的拟定需要考虑多种因素的影响，以便选出最适合的截面形式，例如，应 尽量节省材料，做到受力合理，另外还应考虑外形线条的美观。 以简支梁为例（梁截面为矩形） ，在受到竖向均布荷载作用时，跨中弯矩最大 ，根据材料力学的相关知识可知，最大的正应力出现在跨中截面。该 8 2 max ql M 截面上，以中性轴 Z 轴为分界，上侧为压应力，下侧为拉应力，并且某点应力大小 与它到中性轴的距离成正比。如下示意图： 图 2-2 竖向均布荷载作用下弯矩图 图 2-3 跨中截面弯曲正应力图 由材料力学，可知要使截面不被破坏，应该尽量增大。/ maxmax z WM z W 在线弹性范围内，梁截面上各点的正应
45、力是与各点到中性轴的距离成正比的。当离 中性轴最远的边缘处的最大正应力达到材料的许用应力时，中性轴附近各点的正应 力还很小，因而这部分材料没有充分发挥作用。合理地做法是，把尽可能多的材料 布置得离中性轴远一些，如工字形（I 形）截面。当然这也有一定的限度，因为梁的 横截面上还有剪力，还必考虑切应力强度条件。 另外，为了节省材料，可以将腹板中间挖空，因此，箱型截面就应运而生了， 这种截面的核心距较大，轴向压力的偏心就可以增大，也就是预应力钢筋的力臂可 以增大，能够充分发挥预应力筋的作用；箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大， 对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；这种截面形式具有优越的受力性能，
46、因 而在工程中常被选用。常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、 单箱多室、双箱多室等等。其中，单箱单室截面构造简单，便于施工，腹板总厚度 小，节省材料，因此，本设计选用单箱单室截面。 2.4.2 梁高的确定 根据理论研究以及实际施工中的经验，前人做出以下总结，公路连续梁/刚构桥 跨尺寸拟定的经验公式： （1）中支点梁高与中跨跨度之比为/=1/151/25，即是中支点梁高 支 H 中 L 支 H 中 L 为中跨跨度的1/151/25。 （2）中跨跨中梁高与中跨跨度之比为/=1/401/55，即是中跨跨中 中 H 中 L 中 H 中 L 梁高为中跨跨度的1/401/55。 本设计为公
47、路级，中跨160m，故有 =（1/151/25）160m=6.4m10.7m； 支 H =（1/401/55）160m=2.9m4.0m； 中 H 当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的，因此，在节省混凝土用量的前 提下尽量选取加大的梁高。设计中选取中支点处梁高=10.4m，跨中梁高 支 H =4.0m。 中 H 图2-4梁底曲线坐标系（单位：cm） 梁底曲线选用二次抛物线，如上图 2-4，抛物线方程：y=4.0+0.00118（单位： 2 x m） 。 2.4.3 腹板厚度 腹板主要承受剪力作用，跨中腹板厚度的选定，主要取决于布置预应力筋和浇 注混凝土必要的间隙等受力、构造要求。一般情况下可按以下原则选用： （1）腹板内无预应力筋时，可取20cm； （2）腹板内有预应力筋时，可取2530cm； （3）腹板内有预应力筋锚固头时，取35cm； （4）为满足支点较大剪应力要求，墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到 3060cm，特殊情况可达100cm。 （5）大跨