60m跨下承式無風撐預應力混凝土系桿拱橋設計

1、第1章 設計方案比選1.1. 工程地質(zhì)及水文氣象資料1.1.1. 地質(zhì)資料1.地形地貌： 擬建場地地形屬于河流沖積作用而形成的沖積平原，無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。2、各巖土層分布：場區(qū)勘查范圍內(nèi)地層組成較簡單均勻，層序組成清晰，分布較均勻，橫向分布穩(wěn)定，垂向上變化較大，主要由粉質(zhì)粘土和粗砂層組成和按照地層組成由新到老分層如下：1）、素填土。廣泛分布于廠區(qū)內(nèi)，層厚為0.6-1.8m（每個同學在其范圍確定設計層厚），主要有粘性土組成為植物生長層，含少量的有機質(zhì)和植物根系，混少量的砂，稍濕，質(zhì)稍密，該層厚度較薄，建筑地質(zhì)意義差，不宜作為持力層。2）、粉質(zhì)粘土。均勻分布于整個場區(qū)，層厚為3.5-5m（每個同

2、學在其范圍確定設計層厚）。主要由粘土組成，含少量的鐵，粗砂顆粒，質(zhì)較硬，粘性好，呈黃褐色，具可塑，中等壓縮性。地基承載力標準值fk=180Kpa，極限側(cè)阻力標準值qsk=100Kpa。3）、粗礫砂碎石。均勻分布于整個場區(qū)內(nèi)，層厚3.5-6m（每個同學在其范圍確定設計層厚），主要由石英、長石組成，含大量礫石，呈不均勻狀態(tài)，顆粒分選中等，灰黃色，飽和，土質(zhì)中密。地基承載力標準值fk=450Kpa，極限側(cè)阻力標準值qsk=130Kpa。4）、花崗巖。均勻分布于場區(qū)內(nèi)，層厚未透，地基承載力標準值fk=3000Kpa，彈性模量E=15×103Mpa，極限抗壓強度為Rbk=45Mpa，極限端阻力

3、標準值為qpk=15×103Kpa。3、場區(qū)地形結論：場區(qū)地形較平坦，起伏不大。地層分布穩(wěn)定，經(jīng)測試，各層土的地基容許承載力標準值建議如下：第一層：素填土，應予以清除。第二層：粉質(zhì)粘土，fk=180kpa第三層：粗礫砂碎石，fk=450kpa第四層：花崗巖，fk=3000kpa 4、地下水：場區(qū)地下水在勘察深度范圍內(nèi)未見，地下水對混凝土無侵蝕性。 5、水文情況：在枯水季和雨季河道水深在14m范圍變化，梁底高程保證在雨季時與水面距離大于4m。1.1.2. 氣象、水文概況項目區(qū)處于中緯度暖溫帶季風型大陸性氣候區(qū)，具有冬夏季風氣候特點。四季分明，冷熱季和干濕季的區(qū)別都很明顯。春季溫度回暖快

4、而變化劇烈，夏季炎熱多雨，高溫高濕，并常有暴雨、冰雹和連陰雨的出現(xiàn)，秋季氣溫急降，雨量驟減，冬季溫低寒冷，雪少干燥。年平均氣溫13.5。最熱月出現(xiàn)在7月份，月平均氣溫26.6，極端最高氣溫41.6。最冷月出現(xiàn)在1月份，平均氣溫在-9，日最低氣溫低于-10達13天，土壤凍結期110天左右，極端最低氣溫-19.4。年平均降水量在707.3毫米，多集中在7、8月份。項目區(qū)屬淮河水系，南四湖流域。境內(nèi)梁濟運河貫穿南北，運河以東流勢自東北向西南，均系山洪型河道；運河以西流勢自西向東，為平原型河道。7條主要河道(泗河、洸府河、梁濟運河、洙水河、洙趙新河、蔡河、新萬福河)呈扇形排列，從三面匯入南陽湖。全區(qū)共

5、有36條河道，總長度324.8公里，其中干流7條，二級支流15條，三級支流14條。河網(wǎng)密度0.4公里平方公里。堤防總長度639.7公里。1.2. 設計依據(jù)山東省濟寧市清河大橋設計1.2.1. 工程概況新建濟魚線清河橋位于S251濟魚線北大溜河上?？鐝?0 m, 河床斷面按二級航道標準，通航凈空70m，頂寬不小于50m，航道凈高7.00m。1.2.2. 設計依據(jù)設計荷載：公路一級，人群荷載3.5KN/m2；設計坡度：行車道雙向橫坡1.5%，縱坡0%，人行道橫坡2%；橋面鋪裝：上層4cm厚的瀝青混凝土，下層8cm厚的C50防水混凝土；1.2.3. 主要材料規(guī)格（1）混凝土：預應力混凝土梁采用C45

6、，墩柱、臺帽、系梁、承臺及灌注樁采用C30。（2）鋼絞線：預應力鋼絞線采用直徑j15.20（75.0）高強低松弛預應力鋼絞線，標準強度fpk=1860Mpa，Ep=1.95×105Mpa。（3）普通鋼筋：主筋采用HRB335（相當于原來的級），其它采用R235（Q235）（相當于原來的級）鋼筋；（4）錨具及成孔管道：錨具采用OVM或HVM及其配套的支承墊板，管道采用金屬波紋管或者高密度塑料管成孔。5）支座：板式橡膠支座或者盆式橡膠支座，具體尺寸規(guī)格通過計算確定；（6）其他要求：為防止橋頭跳車，橋臺后需設3m長搭板。1.3. 結構設計方案比選1.3.1. 方案比選原則橋梁的形式可考慮拱

7、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、美觀、施工、占地與工期多方面比選，最終確定橋梁形式。橋梁設計原則適用性橋上應保證車輛和人群的安全暢通，并應滿足將來交通量增長的需要。橋下應滿足泄洪、安全通航或通車等要求。建成的橋梁應保證使用年限，并便于檢查和維修。舒適與安全性現(xiàn)代橋梁設計越來越強調(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與沖擊。整個橋跨結構及各部分構件，在制造、運輸、安裝和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。經(jīng)濟性設計的經(jīng)濟性一般應占首位。經(jīng)濟性應綜合發(fā)展遠景及將來的養(yǎng)護和維修等費用。先進性橋梁設計應體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設的新技術。應便于制

8、造和架設，應盡量采用先進工藝技術和施工機械、設備，以利于減少勞動強度，加快施工進度，保證工程質(zhì)量和施工安全。美觀一座橋梁，尤其是座落于城市的橋梁應具有優(yōu)美的外形，應與周圍的景致相協(xié)調(diào)。合理的結構布局和輪廓是美觀的主要因素，決不應把美觀片面的理解為豪華的裝飾。應根據(jù)上述原則，對橋梁作出綜合評估。1.3.2. 方案介紹方案一：混凝土連續(xù)梁橋1 孔徑布置：3×20，橋梁全長60m，其橋型布置見圖1.1。2 上部結構構造（1）外側(cè)0.6m鋼筋混凝土防撞護欄橋面凈寬12.0m 1.5m的人行道寬，橋面橫坡2%。（2）主梁:采用預應力混凝土（后張）連續(xù)小箱梁。圖1-1 立面圖（尺寸單位：mm）

9、3 下部結構構造采用柱式墩，墩臺采用樁基礎。4 施工方法及優(yōu)缺點連續(xù)梁橋梁彎矩分布比較均勻，梁的撓度也小，可節(jié)約材料，增大跨徑 ，但因本橋較高，采用全支架施工比較困難，無支架施工時也需要兩套設備吊裝，施工進度比較慢。5 美觀方面結構形式單一，與環(huán)境的協(xié)調(diào)性較差。6 行車舒適方面主梁變形曲線平緩，橋面伸縮縫少，行車舒適。方案二：下承式無風撐預應力混凝土系桿拱橋1 孔徑布置：本方案為下承式無風撐預應力混凝土系拱橋，主拱跨徑60m，箱拱凈矢跨比1/6，橋全長66m。其橋型布置圖如圖1.2：圖1-2 立面圖（尺寸單位：mm）2. 上部結構布置 （1）橫橋向布置 1.5m(人行道)+1.4m（系梁寬）+

10、0.25m（拱肋護欄）+12m（行車道）+0.25m（拱肋護欄）+1.4m（系梁寬）+1.5m(人行道)，全寬18.3m.橋梁橫坡為1.5%,（2）主拱：采用矩形截面，截面高1.2m。（3）橫隔板：在腹孔墩柱下面設置，板厚0.30m。（4）橋面板：采用現(xiàn)澆瀝青混凝土橋面板43 下部結構構造橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩，橋臺采用鋼筋混凝土U 型橋臺，基礎采用鉆孔灌注樁。4 施工方法及優(yōu)缺點本方案采用滿堂支架施工，本方案主拱箱施工比較復雜，優(yōu)點：。具有較大的跨越能力，充分發(fā)揮圬工材料及其它抗壓材料的性能、構造較簡單，受力明確簡潔；無水平推力的拱橋，跨越能力較大，缺點；自重較大，對施工工藝等要求較高、

11、建筑高度較高，對穩(wěn)定不利，設計中跨徑不是太大，基礎位于巖石內(nèi)，穩(wěn)定性較好。5 美觀方面此種橋造型比較美觀，與環(huán)境的協(xié)調(diào)性較好。方案三 雙塔式斜拉橋1 跨徑布置：共兩跨，每跨30m。其橋型布置如圖1.3圖1-3立面圖（尺寸單位，mm）2.上部結構布置（1）外側(cè)0.6m鋼筋混凝土防撞護欄橋面凈寬12.0m 1.5m的人行道寬，橋面橫坡2%。（2）主梁:采用預應力混凝土（后張）連續(xù)小箱梁。3.下部結構布置采用自錨式橋臺4 施工方法及優(yōu)缺點主塔塔基采用鉆孔群樁基礎。斜拉橋主塔較高，可采用爬模施工方法，在主塔施工完成后方進行主梁的施工。懸索橋的自重輕，具有其他橋式無可比擬的跨越越能力，常用于修建特大跨徑

12、的橋梁。特別是當跨徑大于800m，懸索橋具有很大的競爭力。但是，懸索橋的結構剛度較差，在車輛動荷載和風荷載作用下，將會產(chǎn)生較大的變形和振動。5 美觀方面此橋型較美觀，與環(huán)境的協(xié)調(diào)性較好，可做為景觀，具有較高的藝術價值1.3.3. 方案選擇從結構形式看，三個方案可以分為梁式和拱式以及斜拉橋三種類型。從受力的角度看，梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結構，由于外力的作用方向與承重結構的軸線接近垂直，故與同樣跨徑的其他結構相比，主梁產(chǎn)生的彎矩最大。拱式橋的主要承重結構是拱圈，這種結構在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺將承受水平推力，這種水平推力將顯著抵消荷載所引起在拱圈內(nèi)的彎矩，因此與同跨徑的梁相比

13、，拱的彎矩和變形要小得多從而跨越能力大。 結構剛度大、變形小、伸縮縫少，行車平穩(wěn)，但由于橋塔和斜拉索的存在影響視野總的來說，三個方案均符合要求，連續(xù)梁橋變形和緩，伸縮縫少，剛度大，行車平穩(wěn)，但施工工期長，施工困難。拱橋外形美觀，構造簡單，能就地取材，能耐久，而且養(yǎng)護、維修費用少；但自重比較大，相應的水平推力也較大。斜拉橋是高次超靜定結構，所以必須考慮由均勻溫度效應、梯度溫度效應、徐變次內(nèi)力等引起的次內(nèi)力。由于拱肋與行車道梁的連接方式可以有多種，一般可以劃分為有推力和無推力兩種類型的拱式組合體系，無推力的拱式組合體系橋由于是外部靜定的結構，故兼有拱橋的較大的跨越能力和簡支梁橋?qū)Φ鼗m應能力強的兩

14、大特點，所以當橋面高程受到限制而橋下有要求保持較大的凈空時，或當墩臺基礎地質(zhì)條件不良易發(fā)生沉降，但又要求較大的跨徑是，無推力的拱式組合體系橋梁是較優(yōu)越的橋型綜上所述，再結合地形，推薦方案二：下承式無風撐預應力混凝土系桿拱橋第2章 上部結構設計2.1. 上部結構布置及尺寸的詳細擬定2.1.1. .順橋向尺寸擬定1.跨度橋梁跨度應根據(jù)公路等級，功能，通行能力及抗洪防災等要求，再根據(jù)相關部門的地質(zhì)和地形資料、環(huán)境要求等綜合考慮，選出適合于該橋位的跨徑。橋位選擇在地形和地質(zhì)條件良好的地段本設計推薦方案為跨徑60m的下承式無風撐預應力混凝土系桿拱結構。2矢跨比矢跨比的大小決定著系桿承受拱肋推力的大小，拱

15、的恒載推力與反力的比值隨矢跨比的減小而增大，剛性系桿剛性拱一般的矢跨比為1/51/6.5.由于要尋求較經(jīng)濟的拱肋和拱肋截面，取為1/6.3拱肋尺寸拱肋截面一般采用工字型或箱型截面，拱肋高度h=(1/501/80)L,拱肋寬約為肋高的0.81.2倍。若采用無風撐的拱肋布局時，肋寬應適當增大，本結構采用高1.2m寬1.4m的矩型截面。4系桿截面系桿截面形式應與拱肋的截面形式一致，以便與連接。系桿截面采用2.1x1.4m的箱型截面，箱形截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和構造兩個方面的控制。頂?shù)装寮案拱迤浜穸纫话悴恍∮?.250.3m,以便于布置鋼筋和混凝土。取頂

16、底板厚度最小處為0.3m，腹板厚度為0.25m5承托在頂板和腹板接頭處須設置梗腋。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)剪應力和畸變應力。此外，梗腋使力線過渡比較平緩，減弱了應力的集中程度。6. 吊桿吊桿一般是細而長的構件，由于設計時通常將其作為軸向受力構件考慮，故吊桿構造設計時必須兼顧它不承受彎矩的特點，即順橋向尺寸應設計的較小，使之具有柔性，而在橫橋向為了增加拱肋的穩(wěn)定性，其尺寸應設計的較大本結構中每片拱肋設11 根吊桿，間距為5m，吊桿由487 高強鋼絲外加鋼套管組成。2.1.2. 橫橋向布置1.5m(人行道)+1.4m（系

17、梁寬）+0.25m（拱肋護欄）+12m（行車道）+0.25m（拱肋護欄）+1.4m（系梁寬）+1.5m(人行道)，全寬18.3m，橋梁橫坡為1.5%。由橋通規(guī)對行車道寬度以及路緣帶的規(guī)定，12m的行車道設雙向三車道，每車道寬3.75m，左路肩0.35m，右路肩0.4m。綜上：系桿拱采用剛性拱肋、剛性系梁與柔性吊桿體系。拱肋的軸線為二次拋物線。矢跨比為1/6，拱肋截面為等高度的鋼筋混凝土箱形截面（1.4m×1.2m）。系梁軸線為R=4500m的圓弧線，采用等高度預應力混凝土箱形截面（1.4m×2.1m）。每片拱肋設11 根吊桿，間距為5m，吊桿由487 高強鋼絲外加鋼套管組成

18、。系梁與拱肋連接處及吊桿位置，均設有預應力混凝土橫梁，橫梁與系梁采用剛性連接；橫梁上鋪設縱向橋面板，板與橫梁剛性連接，以形成整體式橋面系2.2. 拱橋構造要求2.2.1. 各部分的構造規(guī)定1. 系桿與拱肋的連接系桿與拱肋的端部連接構造是非常重要而且復雜的，它必須保證拱肋與系桿的可靠性連接，并保證結構與計算模型的相似性。由于這個部位尺寸有限，受力集中，應力分布復雜，所以與普通結構相比有特殊性。為防止拱腳混凝土開裂，在拱腳受力最復雜的57 m范圍內(nèi)添加了鋼纖形成鋼纖維混凝土。大大地增強了拱腳的抗裂性。添加鋼纖維情況見圖2.12. 吊桿與拱肋的連接可在拱肋中預埋穿束管道。錨頭處應設置鋼墊板，鋼墊板下

19、應設置數(shù)層水平鋼筋網(wǎng)，以便將錨頭集中力迅速的傳質(zhì)混凝土截面中。為保證拱肋不出現(xiàn)沿吊桿方向的裂縫，應在錨頭鋼墊板以下一段長度內(nèi)設環(huán)繞預埋管道的螺旋箍筋。3. 吊桿與系桿的連接構造吊桿在橋面端錨頭設一保護罩，防止雨水腐蝕錨頭，罩下為預埋管，管內(nèi)填滿油脂，讓錨頭浸在油脂內(nèi)，較好地防止錨頭及鋼束被腐蝕，而且預埋管外蓋可拆卸以便對錨頭情況進行定期檢查?？抗袄吣_吊桿較短，為了避免因橋梁的變形而在吊桿內(nèi)產(chǎn)生附加彎矩，該吊桿兩端錨頭設計為帶球鉸型結構，允許其發(fā)生微小轉(zhuǎn)動。4. 橫向聯(lián)結系構造當拱肋橫向穩(wěn)定性不足時，必須設置橫向聯(lián)結系，如從構造上考慮設橫向聯(lián)結系可以提高拱肋的橫向穩(wěn)定性，同時可以改變縱向失穩(wěn)波形

20、。鋼筋末端應與拱肋或系桿鋼筋扣接，但不宜再增加焊點。5. 橋面系構造橋面系可偏安全的用簡支梁配筋，伸縮縫設在端橫梁靠墩臺的一側(cè)，橋跨內(nèi)一般不再另設伸縮裝置。橋面安裝完畢后，應在各吊桿處復測橋面高程，做吊桿的張力調(diào)整工作，然后才能澆筑橋面鋪裝混凝土。吊桿張力的調(diào)整要考慮到橋面二期恒載完成后的設計高程，故應計及吊桿的彈性伸長量。二期恒載對拱肋產(chǎn)生的撓度較小，可以忽略不計。6. 箱型截面橫隔板的設置箱型截面梁應設箱內(nèi)端橫隔板。對于預應力箱型截面梁，橫隔板的間距要經(jīng)結構分析確定，本設計中每隔5m設一道橫隔板。2.2.2. 附屬設施1.排水設施橋面每隔10m設一泄水管，泄水管直徑為15。泄水管口頂部采用

21、金屬格柵蓋板，其頂面比口徑處路面底5。 2.伸縮縫由于氣溫變化、混凝土收縮與徐變以及荷載的因素的作用，橋梁結構會發(fā)生變形，為保證行車平穩(wěn)，設置剪切式橡膠伸縮縫。本橋采用板式橡膠伸縮縫，具有一定的豎向剛度，跨越間距的能力大，連接牢固可靠，行車平穩(wěn)舒服，并具有良好的吸振功能。3.人行道位于城鎮(zhèn)和近郊的橋梁，一般應該設置人行道。取1m寬人行道，施工方法采用就地澆筑式，在人行道頂面鋪設20mm后的水泥砂漿作為面層，并以此形成傾向橋面1.0%1.5%的排水橫坡。人行道在橋面斷縫處必須做相應的伸縮縫。4.欄桿和燈柱欄桿設置在兩側(cè)人行道上，高度為1m，間距為2.5m，用預制混凝土欄桿。為方便行人和車輛通行，

22、設置照明設施，燈柱利用欄桿柱，照明燈高出車道5m。5.橋面鋪裝上層4cm厚的瀝青混凝土，下層8cm厚的C50防水混凝土行車道雙向橫坡1.5%，縱坡0%，人行道橫坡2%第3章 上部結構建模及計算3.1. 拱橋建模3.1.1. 拱橋建模在當今的結構計算中采用的通用軟件比較多，如ANSYS，SAP2000等，橋梁專用軟件有MIDAS CIVIL、BSAS以及橋博等，它們在結構計算中各有其特點。MIDAS/Civil是個通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結構、地下結構、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等分析與設計。特別是針對橋梁結構，MIDAS/Civil結合國內(nèi)的規(guī)范與習慣，在建筑、分析、后處理、設

23、計等方面提供了很多便利的功能。MIDAS/Civil的主要特點如下：提供菜單、表格、文本、導入CAD和部分其他程序文件等靈活多樣的建模功能，從而使用戶的工作效率達到最高。提供剛構橋、板型橋、暗箱暗渠、頂推法橋梁、懸臂法橋梁、移動支架/滿堂支架法橋梁、懸索橋、斜拉橋的建模助手。在后處理中，可以根據(jù)設計規(guī)范自動生成荷載組合，也可以添加和修改荷載組合?？梢暂敵龈鞣N反力、位移、內(nèi)力和應力的圖形、表格和文本。用MIDAS進行結構內(nèi)力計算時，充分考慮了結構的空間性，并且能準確的模擬桿件間的剛性連接、溫度效應對結構的影響以及支座沉降對結構影響等，采用有限元分析軟件能更加準確、更加快捷的計算結構的內(nèi)力?？稍谶M

24、行結構分析后對多種形式的梁、桿截面進行設計和驗算。本方案采用邁達斯軟件建立的有限元模型，為了簡化計算和便于分析，其中以橋梁軸線為x方向，沿x軸在平面內(nèi)逆時針旋轉(zhuǎn)90°為y軸，z軸與x軸和y軸所成平面垂直，方向向上。一共建立130個節(jié)點，120個單元，其中桁架單元22個，梁單元61個，板單元37個，單元靜力計算有限元模型圖如圖所示 圖3-1 midas 建模3.1.2. 輸入荷載1. 定義荷載工況公預規(guī)4.2.8 計算連續(xù)梁或其他超靜定結構作用（或荷載）效應時，應根據(jù)情況考慮溫度.混凝土收縮與徐變，基礎不均勻沉降的等作用的影響。對于預應力混凝土連續(xù)梁等超靜定結構，還應考慮預加力引起的次

25、效應。荷載工況表格，并計算相應的荷載大小編號名稱類型1自重恒荷載 (D)2鋪裝恒荷載 (D)3預應力預應力 (PS)4 吊桿1預應力 (PS)5 吊桿2預應力 (PS)6 吊桿3預應力 (PS)7 吊桿4預應力 (PS)8 吊桿5預應力 (PS)9 吊桿6預應力 (PS)10 吊桿7預應力 (PS)11 吊桿8預應力 (PS)12 吊桿9預應力 (PS)13 吊桿10預應力 (PS)14 吊桿11預應力 (PS)15 吊桿12預應力 (PS)16 吊桿13預應力 (PS)17 吊桿14預應力 (PS)18 吊桿15預應力 (PS)19 吊桿16預應力 (PS)20 吊桿17預應力 (PS)21

26、 吊桿18預應力 (PS)22 吊桿19預應力 (PS)23 吊桿20預應力 (PS)24 吊桿21預應力 (PS)25 吊桿22預應力 (PS)26溫度荷載溫度(T, TU)表3-1, 荷載工況總表2.鋪裝以梁單元荷載的形式加于結構，其大小為：Q=（0.04x15.3x23+0.5（0.08+0.2）x15.3x24）/2 =32.742kn/m圖3-2梁單元荷載示意圖 對吊桿預應力荷載，以初拉力的形式，對每根吊桿施加100kn的初拉力，此處不再贅述。3.1.3. 定義施工階段為進行施工階段分析對結構進行邊界組，荷載組，以及結構組的劃分，并定義相應的施工階段及考慮混凝土的收縮徐變等邊界組，結

27、構組，荷載組具體見下表結構組縱橫梁+拱肋吊桿組滿堂支架組固定支座組支座固結組板單元組邊界組滿堂支架固定支座支座固結荷載組自重預應力荷載張拉吊桿現(xiàn)澆橋面板重二期鋼束組左主梁的預應力損失右主梁的預應力損失橫梁的預應力損失表3-2 組的定義施工階段的定義施工階段激活的結構組鈍化的結構組激活的荷載組激活的邊界組鈍化的邊界組滿堂支架現(xiàn)澆縱橫梁+拱肋 自重滿堂支架滿堂支架組固定支座支座固結組張拉預應力鋼筋預應力荷載張拉吊桿吊桿組張拉吊桿現(xiàn)澆橋面板及鋪裝板單元組支座固結組現(xiàn)澆橋面板重固定支座支座固結固定支座組滿堂支架混凝土的收縮與徐變二期表3-3施工階段定義3.2. 設計荷載圖3-3結構在自重下的彎矩圖圖3

28、-4結構在自重下的剪力圖3.2.1. 荷載組合由公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范公路橋涵應進行以下兩類極限狀態(tài)設計：承載能力極限狀態(tài)：對應于橋涵及其構件達到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或位移的狀態(tài)。2.正常使用極限狀態(tài)：對應于橋涵及其構件達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。橋預規(guī)預應力混凝土構件可根據(jù)橋梁使用和所處的環(huán)境的要求，進行下列構件的設計：全預應力混凝土構件，此類構件在作用(或荷載）短期效應組合下控制的正截面的受拉邊緣不允許出現(xiàn)拉應力(不得消壓） 部分預應力混凝土構件。此類構件在作用(或荷載）短期效應組合下控制的正截面的受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應力，當拉應力加以限制時，為

29、A類預應力混凝土構件，當拉應力超過限值時，為B類預應力混凝土構件。 本橋梁所處環(huán)境較好，可進行全預應力混凝土設計。3.3. 主梁設計由橋預規(guī)規(guī)定，預應力結構按正常使用極限狀態(tài)進行配筋，此處選擇正短期包絡彎矩圖進行配筋。以左主梁為例說明設計過程3.3.1. 設計荷載圖3-6 主梁使用包絡圖3-7主梁彎矩圖圖3-8 左主梁剪力圖3.3.2. 主梁的構造配筋由橋預規(guī)9.3.6 箱型面面積為：對于預應力混凝土橋，不應小于配置鋼筋的底板截面面積的0.3%。以上鋼筋尚可充作受力鋼筋。鋼筋直徑不宜小于10mm，其間距不宜大于300mm。按構造要求，上頂板配置10跟d14200mm的縱筋，下底板配置8根d14

30、200mm的縱筋，取1m梁長進行計算： S=1x1.4=1.4=1.4xx0.003=4200<5829由橋預規(guī)9.3.8T型，I型或箱型截面梁的腹板兩側(cè)，應設置直徑為68mm的縱向鋼筋，每腹板內(nèi)鋼筋的截面面積宜為（0.010.02)bh,其中b為腹板寬度，h為梁的高度，其間距在受拉不應大于腹板寬度，且不應大于200mm，在受壓區(qū)不應大于300mm，在支點附近剪力較大區(qū)段和預應力混凝土梁錨固區(qū)段，腹板兩側(cè)縱向鋼筋截面面積應予以增加，縱向鋼筋的間距宜為100150mm。按構造要求，在縱梁兩側(cè)按d8100mm配置縱筋，由橋預規(guī)9.4.1箱型截面梁腹板內(nèi)應設置直徑不小于12mm的箍筋，且應采用

31、帶肋鋼筋，間距不應大于250mm，自支座中心起長度不小于一倍梁高的范圍內(nèi)，應采用閉合式箍筋，間距不應大于100mm。按構造要求，對縱梁配置按d14200mm配置閉合箍筋，且在從支座中心起4m縱梁的范圍內(nèi)，對箍筋進行加密，采用d14100mm進行配筋，對受扭鋼筋的配置，考慮箍筋與縱筋形成的鋼筋骨架共同的承受扭矩。此處截取以左主梁為例，說明非預應力筋的布置情況，圖3-9 左主梁普通鋼筋布置圖3.3.3. 估算預應力鋼束 在計算中使用的組合結果并不是橋梁的真實受力。確定鋼束需要知道各截面的計算內(nèi)力，而布置好鋼束前又不可能求得橋梁的真實受力狀態(tài)，故只能估算。此時與真實受力狀態(tài)的差異由以下四方面引起：未

32、考慮預加力的作用；未考慮預加力對徐變、收縮的影響；未考慮（鋼束）孔道的影響；各鋼束的預應力損失值只能根據(jù)經(jīng)驗事先擬定。 根據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范規(guī)定，估算數(shù)量時，應滿足以下三方面要求：1）正常使用極限狀態(tài)下的應力要求（6.3.1）；2）承載能力極限狀態(tài)下的強度要求（5.2.2）；3）施工階段的應力要求（7.2.8）。本次設計要求第一種種方法進行估算。由于此時還無法求知二次內(nèi)力等等，估束時可將前面計算的彎矩內(nèi)力乘以1.25作為估束依據(jù)。1鋼絞線規(guī)格采用75，錨具采用OVM15型，以下為常用錨具尺寸：表5-1 錨具表錨具型號錨墊板尺寸（mm）波紋管徑外/內(nèi)（mm）螺旋筋圈徑圈數(shù)

33、千斤頂型號千斤頂最小工作空間OVM15-720077/70240mm6Ycw150>1350mmOVM15-923087/80270mm6Ycw250>1400mmOVM15-1227097/90330mm7Ycw250>1400mmOVM15-19320107/110400mm8Ycw400>1500mmOVM15-27370137/140470mm8Ycw650>2000mm表3-4 錨具型號表2后張法預應力混凝土構件，預應力鋼筋的凈間距及預應力鋼筋的預留管道應符合下列要求：1)采用抽拔橡膠管成型的管道，其凈間距不應小于4cm，對于大噸位的預應力筋，不小于管道

34、直徑。2)采用預埋鐵皮套管，其水平凈距不應小于4cm，豎直方向在水平段可兩套疊置，疊置套管的水平凈距也不應小于4cm。管道至構件頂面或側(cè)面邊緣的凈距不應小于3.5cm，至構件底邊緣凈距不小于5cm。3)曲線預應力鋼絞線彎曲半徑不小于4m，彎起角不大于30o。4)錨下應設置厚度大于15mm的鋼板和鋼筋網(wǎng)。由橋通規(guī)當截面只在下緣布置力筋時當由上緣不出現(xiàn)拉應力控制時：當由下緣不出現(xiàn)拉應力控制時：主梁的預應力筋采用1860鋼絞線，公稱直徑為15.24mm, 截面面積是140 。預應力筋的永存應力為計算時，要乘以0.8 的折減系數(shù)。0.8=0.8x1023=818.4MPa本橋型為無推力拱橋，所以存在較

35、大的軸拉力，將其按拉彎構件進行設計Iyy (m4)CzpW上CzmW下As(m2)K下K上保護層厚度（m）E下E上0.77840.990.786 1.110.701 1.383 0.569 1.971 0.2 0.910.79表3-5 系桿截面特性表格考慮彎矩作用預估預應力筋束數(shù)：表3-8 正截面抗彎預應力鋼束的估算單元荷載組合位置 My最大(kN*m)Mymax*1.25荷載組合My(最?。㎝ymin*1.25n<=n>=24使用組合包絡(最大)I1-2336.34-2920.425使用組合包絡(最小)-3050.3-2993.222.11 18.76 24使用組合包絡(最大)J

36、144335.045418.8使用組合包絡(最小)3234.092855.5473.03 16.41 25使用組合包絡(最大)J155573.016966.2625使用組合包絡(最小)4297.413780.2796.68 21.10 26使用組合包絡(最大)J166080.937601.1625使用組合包絡(最小)4966.334292.74109.723.02 27使用組合包絡(最大)J176229.657787.0625使用組合包絡(最小)5443.774640.28118.623.59 28使用組合包絡(最大)J186220.257775.3125使用組合包絡(最小)5755.3488

37、6.66124.9 23.55 29使用組合包絡(最大)J196194.117742.6375使用組合包絡(最小)5726.874857.43124.223.45 30使用組合包絡(最大)J206141.927677.4使用組合包絡(最小)5388.024578.36117.023.25 31使用組合包絡(最大)J215926.77408.375使用組合包絡(最小)4864.414180.09106.922.44 32使用組合包絡(最大)J225366.456708.0625使用組合包絡(最小)4113.93586.2291.71 20.32 33使用組合包絡(最大)J234169.55211

38、.875使用組合包絡(最小)2981.842616.5966.92 15.79 34使用組合包絡(最大)J241836.812296.0125使用組合包絡(最小)1095.86859.6421.98 6.95 35使用組合包絡(最大)J13-2336.58-2920.725使用組合包絡(最小)-2861.18-2993.222.11 18.76 當考慮用預應力筋抵抗系桿的軸力時：單元荷載組合位置軸向 (kN)fpyAsn>=n=24使用組合包絡(最大)J144425.713203352.8030323.95 4025使用組合包絡(最大)J156609.513205007.1969735.

39、77 4826使用組合包絡(最大)J167857.5513205952.68939442.52 5627使用組合包絡(最大)J178602.8113206517.28030346.55 6428使用組合包絡(最大)J189063.413206866.21212149.04 6429使用組合包絡(最大)J199328.7213207067.21212150.48 6430使用組合包絡(最大)J209328.7213207067.21212150.48 6431使用組合包絡(最大)J219063.413206866.21212149.04 6432使用組合包絡(最大)J228602.8113206

40、517.28030346.55 6433使用組合包絡(最大)J237857.5513205952.68939442.52 5634使用組合包絡(最大)J246609.513205007.1969735.77 4835使用組合包絡(最大)J134425.713203352.8030323.95 40表3-9 抗拉預應力鋼束的估算驗算斜截面抗剪承載力：單元荷載組合位置剪力-z (kN)荷載組合剪力-z (kN)Qmaxn=n=24使用組合包絡(最大)J14-873.46使用組合包絡(最小)-1392.5-1392.532.59 425使用組合包絡(最大)J15-338.58使用組合包絡(最小)-7

41、97.82-797.821.49 426使用組合包絡(最大)J16-4.13使用組合包絡(最小)-472.45-472.450.88 427使用組合包絡(最大)J17195.83使用組合包絡(最小)-295.13-295.130.55 428使用組合包絡(最大)J18313.87使用組合包絡(最小)-189.14313.870.58 429使用組合包絡(最大)J19383.68使用組合包絡(最小)-111.15383.680.71 430使用組合包絡(最大)J20432.03使用組合包絡(最小)-35.05432.030.80 431使用組合包絡(最大)J21484.31使用組合包絡(最小)5

42、9.6484.310.90 432使用組合包絡(最大)J22571.64使用組合包絡(最小)195.12571.641.06 433使用組合包絡(最大)J23741.62使用組合包絡(最小)402.07741.621.38 434使用組合包絡(最大)J241070.73使用組合包絡(最小)731.331070.731.99 435使用組合包絡(最大)J131673.09使用組合包絡(最小)1254.661673.093.12 4表3-10 斜截面抗剪的估算按計算結果設計鋼束的形狀：（1）應選擇適當?shù)念A應力束筋的型式與錨具型式,對不同跨徑的橋梁結構,要選用預加力大小恰當?shù)念A應力束筋,以達到合理的

43、布置型式。避免造成因預應力束筋與錨具型式選擇不當，而使結構構造尺寸加大。（2）預應力束筋的布置要考慮施工的方便，也不能如鋼筋混凝土結構中任意切斷鋼筋那樣去切斷預應力束筋，而導致在結構中布置過多的錨具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，這樣錨下應力區(qū)受力較復雜，因而必須在構造上加以保證，為此常導致結構構造復雜，而使施工不便。（3）預應力束筋的布置，既要符合結構受力的要求，又要注意在超靜定結構體系中避免引起過大的結構次內(nèi)力。（4）預應力束筋配置，應考慮材料經(jīng)濟指標的先進性，這往往與橋梁體系，構造尺寸，施工方法的選擇都有密切關系。（5）預應力束筋應避免使用多次反向曲率的連續(xù)束，因為這會引起很大摩阻損失

44、，減低預應力束筋的效益。（6）預應力束筋的布置，不但要考慮結構在使用階段的彈性受力狀態(tài)的需要，而且也要考慮到結構在破壞階段時的需要。（7）當預應力筋要分層布置時，頂板的長束布置在上層，短束布置在下層，底板長束布置在下層，短束布置在上層。（8）預應力筋布置不要太靠近翼緣兩側(cè)，在同一截面上錨固要適當分散。（9）在設置孔道時需要預留一定的備用孔道，以便在必要時補充。（10）當力筋數(shù)量較多時可分層布置，一般來說，先錨固下層力筋，后錨固上層力筋。（11）鋼束在橫斷面中布置時直束靠近頂板位置，彎束位于或靠近腹板，便于下彎錨固。（12）縱向預應力鋼束為結構的主要受力鋼筋，為了設計和施工的方便，進行對稱布束，

45、錨頭布置盡量靠近壓應力區(qū)。（13）預應力鋼筋彎起角度：從減小預應力鋼筋預拉時摩阻應力損失出發(fā)，彎起角度不宜大于20°，一般在兩端錨固時都不會達到此值，而對于彎出梁頂錨固的鋼筋，則往往超出20°，常在20°30°之間。彎起角較大的預應力鋼筋，應注意采取減小摩擦系數(shù)值的措施，以減小由此而引起的摩擦應力損失。（14）本橋中采用預埋金屬波紋管，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（以下簡稱公預規(guī)）9.1.1規(guī)定,后張法構件預應力直線形鋼筋的最小混凝土保護層厚度不應小于其管道直徑的1/2。公預規(guī)9.3.4規(guī)定，各主鋼筋間橫向凈距和層與層之間的豎向凈距，當鋼

46、筋為三層及以下時，不應小于30mm，并不小于鋼筋直徑；當鋼筋為三層以上時，不應小于40mm，并不小于鋼筋直徑的1.25倍。對于束筋，此處直徑采用等代直徑。同時，后張法預應力構件的曲線預應力鋼筋的曲率半徑，當鋼絞線束的鋼絲直徑時，不宜小于4m ；時，不宜小于6m。鋼束的具體情況，詳見附表3.3.4. 張拉預應力鋼束預應力混凝土構件，預應力鋼筋的張拉控制應力值（對后張法構件為梁體內(nèi)錨下應力）應符合下列規(guī)定鋼絲，鋼絞線的張拉控制應力值:0.75設計采用1860鋼絞線，則鋼絞線的張拉控制應力為:1860*0.75=1395 n/mm其余鋼束的張拉情況與此類似，現(xiàn)給出鋼束在主梁中的總體布置圖，圖3-24

47、 彎起鋼筋的總體布置圖3.3.5. 預應力損失的計算將預應力鋼筋張拉到控制應力后，由于種種原因，其拉應力值將逐漸下降到一定程度，即存在預應力損失。經(jīng)損失后預應力筋的應力才會在混凝土中建立相應的有效預應力。因此，只有正確認識和計算預應力筋的預應力損失值，才能較準確的估計混凝土中的預應力水平。根據(jù)橋規(guī)（JTG D62-2004）第6.2.1條規(guī)定，預應力混凝土構件在正常使用極限狀態(tài)計算中，由于施工中預應力索的張拉采用后張法，應考慮由下列因素引起的預應力損失：預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦 l4錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮 l2預應力鋼筋與臺座之間的溫差 l3混凝土的彈性壓縮 l4預應力鋼筋的應力松弛

48、 l5混凝土的收縮和徐變 l6預應力損失包括： 摩阻損失、錨具變形及鋼筋回縮、混凝土的彈性壓縮、預應力筋的應力松弛、混凝土的收縮與徐變等。（1）預應力筋與孔道壁之間摩擦引起的應力損失 式中 ：由于摩擦引起的應力損失（MPa）；鋼筋（錨下）控制應力（MPa）；從張拉端至計算截面的長度上，鋼筋彎起角之和（rad）；x從張拉端至計算截面的管道長度（m）；鋼筋與管道壁之間的摩擦系數(shù)，按表6.3.4-1采用；k考慮每米管道對其設計位置的偏差系數(shù)，按表6.3.4-1采用。由JTG D62-2004表6.3.4-1可知，管道類型為塑料波紋管時， =0.140.17，取0.15，k取0.0015。（2）錨具變

49、形、預應力筋回縮引起的應力損失式中 由于錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失（MPa）；L預應力鋼筋的有效長度（m）；L錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值（m）。（3）混凝土彈性壓縮引起的應力損失在后張法結構中，由于一般預應力筋的數(shù)量較多，限于張拉設備等條件的限制，一般都采用分批張拉、錨固預應力筋。在這種情況下，已張拉完畢、錨固的預應力筋，將會在后續(xù)分批張拉預應力筋時發(fā)生彈性壓縮變形，從而產(chǎn)生應力損失。式中：由于混凝土的彈性壓縮引起的應力損失（MPa）；pc在計算截面先張拉的預應力鋼筋重心處，由后張拉各批鋼筋而產(chǎn)生的混凝土法向應力；預應力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值。經(jīng)推導可按簡化公式

50、進行計算，即：式中：m表示預應力筋張拉的總批數(shù)，m=6；預應力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值。按張拉時混凝土的實際強度等級fck計算；fck假定為設計強度的90% ，即fck=0.9×C50=C45，查表得Ec=3.35×104MPa,故pc全部預應力鋼筋的合力NP在其作用點（全部預應力鋼筋重心點）處所產(chǎn)生的混凝土正應力，。其中：Np所有預應力筋預加應力（扣除相應階段的應力損失和后）的內(nèi)力；epn預應力筋預加應力的合力Np至混凝土凈截面形心軸的距離；An、In混凝土的凈截面面積和截面慣性矩。（4）預應力筋松弛引起的應力損失對于采用超張拉工藝的低松弛級鋼絞線預應力鋼筋，由

51、于鋼筋松弛引起的應力損失其終極值：式中： 由于鋼筋松弛引起的應力損失（）；張拉系數(shù)，采用超張拉時，=0.9；傳力錨固時預應力鋼筋的應力，按6.2.6-1條的規(guī)定計算（MP）；鋼筋松弛系數(shù)，對低松弛鋼絞線（級松弛）時，按0.3取用。（5）混凝土收縮和徐變引起的應力損失由于混凝土收縮、徐變引起的應力損失終極值按下列公式計算：式中 由收縮、徐變引起的應力損失終極值（MPa），傳力錨固時，在計算截面上預應力鋼筋重心處，由于預加力(扣除相應階段的應力損失)和梁自重產(chǎn)生的混凝土正應力；對連續(xù)梁可取若干有代表性截面的平均值（MPa）；配筋率，；預應力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量之比；Ap、As預應力鋼筋及非預應力鋼筋的截面面積（）；A梁截面面積，對后張法構件，可近似按凈截面An計算（）；ep預應力鋼筋重心至梁截面重心軸