预应力混凝土连续梁桥设计计算(编辑修改稿)

预应力混凝土连续梁桥设计计算(编辑修改稿)内容摘要：

些地方不如第二和第三方案，如跨越能力没第三方案长等。 工程本身不要求很大的跨越度。 对此项工程而言第一方案明显优于第三方案。 第一方案和第二方案比选 方案一与方案二同是简支梁桥，不同之处就在与截面形式。 箱型截 抗 较之 T 形截面梁桥 扭刚度大，受力性能好。 除此之外，主要考虑到本桥梁与 G319 国道立交，箱型梁桥给人的视觉要明显好与 T 型梁桥，有利于桥下行车安全。 其它方面第一方案与第二 方案无太大差别。 对此项设计明显第一方案优于第二方案。 综上所述， 变截面预应力连续梁桥 ， 最终选定为 第三 方案。 经反复比较，第三 方案做为本次设计的推荐方案。 10 第 三 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 尺寸拟定 本设计方案采用 三 跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长 100m。 设计主跨为 40m。 桥孔分跨 连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。 对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造 ，力学要求，美学要求等。 若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的 — 倍，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系，对于采用现场浇筑的桥梁，边跨长度取为中跨长度的 倍是经济合理的。 但是若采用悬臂施工法，则不然。 本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为： (30+40+30)米。 基本符合以上原理要求。 截面形式 一、 立截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支 点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。 但是，在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁，由于施工的需要，一般采用等高度梁。 等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抵抗较大的负弯矩，材料用量多，但是其优点是结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、施工方便。 一般用于如下情况： 1. 桥梁为中等跨径，以 40— 60 米为主。 采用等截面布置使桥梁 构造简单，施工迅速。 由于跨径不大，梁的各截面内力差异不大，可采用构造措施予以调节。 2. 等截面布置以等跨布置为宜，由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时，也以等截面为宜。 11 3. 采用有支架施工，逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采用等截面布置。 双层桥梁在无需做大跨径的情况下，选用等截面布置可使结构构造简化。 结合以上的叙述，所以本设计中采用 满堂支架 施工方法，变截面的梁。 二、 横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在 立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。 当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。 箱形截面就是这样的一种截面。 此外，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；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。 总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。 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。 单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。 拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是，由框架分析可知：两者对顶板厚度的影响显著不同，双室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别减少 70%和 50%。 由于双室式腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力数值不大，且布束容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。 本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横 截面形式为单箱 双 室。 梁高 根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15— 1/25之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/40— 1/50 之间。 当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。 连续梁在支点和跨中的梁估算值： 等高度梁： H=（ 151 ～ 301 ） l，常用 H=（ 181 ～ 201 ） l 12 变高度（曲线）梁：支点处： H=（ 161 ～ 201 ） l，跨中 H=（ 301 ～ 501 ） l 变高度（直线）梁：支点处： H=（ 161 ～ 201 ） l，跨中 H=（ 221 ～ 281 ） l 而此设计采用变高度的直线梁，支点处梁高为 ，跨中梁高为 米。 细部尺寸 一、 顶板与 底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。 其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。 支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，墩顶处底板为梁高的 1/101/12，跨中处底板一般为200底板厚最小应有 120。 箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。 本设计中采用双面配筋，且底板由支点处以抛 物线的形式向跨中变化。 底板在支点处 设计为实心箱型截面 ,在跨中厚 25cm。 二、 腹板和其它细部结构 1. 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。 在预应力梁中，因为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设得太大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为： （ 1） 腹板内无预应力筋时，采用 200mm。 （ 2） 腹板内有预应力筋管道时，采用 250— 300mm。 （ 3） 腹板内有锚头时，采用 250— 300mm。 大跨度预应力混凝土 箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用 300— 600mm，甚至可达到 1m 左右。 本设计支座处腹板厚取 55cm.，跨中腹板厚取 55cm。 2. 梗腋 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。 梗腋的形式一般为 1： 1： 1： 1： 4 等。 梗腋的作用是：提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转剪应力和畸变应力。 此外，梗腋使力线过渡比较平缓，减弱了应力的集中程度。 本设计中，根据箱室的外形设置了宽 250mm，长 600mm 的上部梗腋，而下部采用 1：1的梗腋。 3. 横隔梁 13 横隔梁可以增强桥 梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。 由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。 因此本设计没有加以考虑，而且由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。 跨中截面及中支点截面示意图如下所示：（单位为 cm） 跨中处 主梁分段与施工阶段的划分 分段原则 主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件 时，分段越 细，计算结果的内力越接近 14 真实值，并且兼顾施工中的实施， 所以本设计分为 50个单元。 具体分段 本桥全长 100 米，全梁共分 50个梁段，一般梁段长度分成。 主梁施工方法及注意事项 主梁施工方法 ： 主梁采用 满堂支架法 施工 ， 箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。 15 图 结构简图 16 第 四 章 荷载内力计算 一、 主梁内力计算 根据梁跨结构纵断面的布置，并通过对移动荷载作用最不利位置，确定控制截面的内力，然后进行内力组合，画出内力包络图。 （一）恒载内力计算 1． 第一期恒载（结构自重） 恒载集度 1 1 2 3( 8 0 1 0 1 0 )G A A A        221 5 5 4 6 8 .0 6 2 3 c m 5 .5 4 6 8Am 222A 6 9 8 9 1 .9 9 5 2 c m 6 .8 9 9 2 m 325 /KN m  2123 5 . 5 4 6 8 6 . 8 9 9 2 6 . 2 2 3 m22AAA     则： 1 ( 5 . 5 4 6 8 8 0 6 . 8 9 9 2 1 0 6 . 2 2 3 1 0 ) 2 5 1 4 3 7 4 . 1 5 K NG         11 1 4 3 7 4 . 1 51 4 3 . 7 4 /100Gg K N mL   2． 第二期恒载 包括结构自重、桥面二期荷载按 65KN/m计。 （二）活载内力计算 活载取重车荷载及轻车荷载，如下图： 活载计算时，为六节车厢。 可分为六种情况作用在桥梁上。 （三）支座位移引起的内力计算 由于各个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降，连续 17 梁是一种对支座沉降特别敏感的结构，所以由它引起的内力是构成内力的重要组成部分。 其具体计算方法是：三跨连续梁的四个支点中的每个支点分别下沉 1cm ，其余的支点不动，所得到 的内力进行叠加，取最不利的内力范围。 （四）荷载组合及内力包络图 首先求出在自重和二期荷载及其共同作用下而产生的梁体内力。 梁体截面分布图： 利用 Midas 桥梁计算软件建模，将其平分为 40 个单元，每单元 ，将单位集中荷载 1在梁体上移动，画出其各节点的 影响线，影响线确定后，将移动荷载作用在最大处，由此来计算出移动荷载在最不利位置而产生的梁体的内力。 其具体计算过程如下： 自重作用下梁产生的内力为： 将 1/4 跨截面、跨中截面和支座截面的数据列于下表： 截面位置 剪力 KN 弯矩 KNm 端部 0 1/4 跨截面 边跨跨中截面 支座截面 跨中截面 检算过程： 分析：将梁体视为二次超静定结构，其计算简图如下： 18 由上面计算可以知道，自重作用在梁上的荷载集度为： 1 /q KN m 作用简图如图： 根据力法求解，将两侧的支座假设定为单位作用力 1 下，简直梁的弯矩图分别为： 左侧作用单位力1时的弯矩 19 右侧作用单位力1时的弯矩 在自重作用下，支座处的支座反力为： 12 7187R R KN 根据力法的平衡方程： 1 1 1 1 2 2 12 1 1 2 2 2 200ppXX       2 2111 1 30 30 1 21 00 0( 20 40 20 ) ( 90 00 12 00 0)22sMdE I E I E I E I          2 2222 1 30 30 1 21 00 0( 20 40 20 ) ( 90 00 12 00 0)22sMdE I E I E I E I          1212 21 1 1 60 00( 30 40 10 )2sM M dE I E I E I       1 1 4 5 26 4 6 8 3 3 0 [ 6 4 6 8 3 4 0 ( 6 4 6 8 3 3 5 9 3 5 ) 2 0 ] 1 53 2 3p             14553675 33060200 47613875     2 1 4 5 26 4 6 8 3 3 0 [ 6 4 6 8 3 4 0 ( 6 4 6 8 3 3 5 9 3 5 ) 2 0 ] 1 53 2 3p             14553675 33060200 47613875     将以上数据代入方程：122 1 0 0 0 6 0 0 0 4 7 6 1 3 8 7 5 0XXE I E I E I   20 126 0 0 0 2 1 0 0 0 4 7 6 1 3 8 7 5 0XXE I E I E I   解得： 1 KN 2 KN 将 1X 、 2X 带入方程，求支座 2 和 3 的反力。 计算简图如下 解得： 12 5 4 2 3 .5R R KN 将数据与由 Midas 计算出的结果相比，相差不大，检算满足要求。 自重作用下的弯矩图：。