【正文】 設計中，要求設 計人員綜合各種因素，作分析、判斷，得出可行的最佳方案。 畢業(yè)設計的目的與意義 畢業(yè)設計的目的在于培養(yǎng)畢業(yè)生綜合能力，靈活運用大學所學的各門基礎課和專業(yè)課知識，并結合相關設計規(guī)范，獨立的完成一個專業(yè)課題的設計工作。設計過程中提高學生獨立的分析問題，解決問題的能力以及實踐動手能力，達到具備初步專業(yè)工程人員的水平，為將來走向工作崗位打下良好的基礎。 本次設計為 (3 30)m 預應力砼連續(xù)梁，橋面凈寬 ，分為兩幅，設計時只考慮單幅的設計。梁體采用由四片梁組成的單箱單室箱型截面， 由于預應力混凝土連續(xù)梁 橋為超靜定結構，手算工作量比較大，且準確性難以保證，所以結合有限元分析軟件 — MIDAS 進行，這樣不僅提高了效率，而且準確度也得以提高。 7 1 設計基本資料 本設計為河南省洛陽市國道 3 利新區(qū)新建公路工程 K2+825處實際大橋，本工程全線采用路基寬 26米雙向四車道一級公路標準，設計時速為 80公里 /小時。 為了便于施工，上部結構為采用通用跨徑 30m裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁。 設計荷載：公路 — Ⅰ級 設計洪水頻率： 1/100 橋面凈寬： 2 ； 大橋設計以適用、安全、經(jīng)濟、協(xié)調(diào)和美觀為原則，在選擇孔徑時還根據(jù)本地區(qū)在自然條件、材料供應和地質情況以及施工要求的使用效果、與自然景觀是否協(xié)調(diào)等綜合考慮，做到技術可行經(jīng)濟合理，并盡量做到標準化、系列化和施工機械化。 本項目山區(qū)段橋梁密度很大橋孔布置時，通盤考慮橋孔附近的其他建筑物，防止個建筑物之間的距離太近，避免造成路基壓實時作業(yè)面過 8 小、近距離多處橋頭跳車現(xiàn)象。 本段內(nèi)橋梁上部結構形式裝配式部分預應力混凝土連續(xù)箱梁，先簡支后連續(xù)；下部結 構根據(jù)不同情況采用柱式墩，橋臺采用樁柱式或肋板式臺，鉆孔灌注樁基礎。根據(jù)墩高橋梁的樁徑尺寸類型盡量一致，以方便施工。 混凝土 預制箱梁、現(xiàn)澆接頭、濕接縫、調(diào)平層均采用 C50號混凝土橋墩橋臺中除承臺、系梁、肋身、樁基礎采用 C25混凝土外，其余均采用 C30混凝土。 鋼材 1） 低松弛高強度預應力鋼絞線采用符合 GB/T52242021規(guī)定，單根鋼絞線直徑 ，公稱面積 140 2mm ，標準強度 pkf =1860MPa ，彈性模量 10 MP apE ?? 。 2） 一般鋼筋直徑 d≥ 12mm者為 HRB335 熱軋螺紋鋼，直徑 d12mm者采用 R235鋼筋， R235,HRB335 鋼筋其規(guī)格和技術標準分別符合GB131091和 GB149989之規(guī)定。 3） 鋼板采用符合 GB70098 規(guī)定的 Q235鋼板。 4） 錨具及管道成孔：預制箱梁及頂板負彎矩鋼束錨具采用 OVM型 9 或其他型號錨具及其配套張拉設備、管 道成型采用鋼波紋管。 5） 支座：箱梁采用符合交通部行業(yè)標準 JT/T42021《公路橋梁板式橡膠支座》之規(guī)定的 GYZ 和 4GYZF 系列產(chǎn)品。 6） 伸縮縫：采用 D80型鋼縫及 D160型模數(shù)式伸縮縫裝置。 7） 防水層：橋面防水層采用路橋用水性瀝青防水涂料。 8） 橋梁兩側均采用鋼筋混凝土墻式護欄。 1) 平面布置：橋墩采用徑向布置（設計線長為標準跨徑），橋臺背墻線平行梁端布置，對于同一跨橋盡量采用同一預制梁長， 通過梁染之間的現(xiàn)澆接縫在長度變化解決徑向布置內(nèi)弧外弧不等長的問題，設計保證梁梁之間地現(xiàn)澆接頭最小長度 20mm左右。 2) 弦弧差在調(diào)整：同一跨內(nèi)預制梁為平行布置，梁邊緣與曲線之間存在著差值（弦弧弓形高），調(diào)整外緣的距離形成平面線形。 3) 墩頂濕接著的處理：由于徑向布設橋墩及同一孔內(nèi)預制梁長相同，形成橋墩處相鄰孔預制梁端梯形開口，造成墩頂濕接著的長度不等，設計時逐墩逐梁詳細提供現(xiàn)澆接頭在長度，并給出由此引起變化的圖紙，如：臨時支座布置圖、墩頂現(xiàn)澆接頭配筋圖等。 由于同樣的原因，各片梁下臨時支座距蓋梁邊緣的距離不等，設計 時已根據(jù)不同情況對個別墩蓋梁的寬度予以調(diào)整。 4) 橋面橫坡的形成：由于橋梁處于不同的平曲線上，各墩臺蓋梁頂?shù)臋M坡不同，有的還可能相差很大，但同一跨內(nèi)梁的橫坡必須為一定值，設計時取該孔梁相鄰墩臺橫坡的平均值。 30跨徑箱梁通用圖在設計時按 10 底板平坡、頂板橫坡為 2%設計，為了形成橋面橫坡，通過梁底預埋鋼板、支座墊石現(xiàn)澆調(diào)平層（控制原則：最薄 10cm高）共同調(diào)整來形成橋面橫坡，設計時保證支座頂面底面水平。各橋在設計時均考慮了路線縱坡橫坡的影響給出了梁底板的具體尺寸及厚度、墊石頂面標高及臨時支座位置。 5) 在墩、臺擋塊內(nèi)側、背 墻與預制梁對應位置及可能發(fā)生構件剛性碰撞的位置設置橡膠緩沖塊。 6) 位于超高段上有梁應注意泄水管位置的改變。 7) 為減少橋頭跳車，橋臺后均設鋼筋混凝土搭板。當臺背填土高度≥ 6m時，搭板長 8m；填土高度 6m時，搭板長度 6m。 11 2 設計要點及結構尺寸擬定 上部結構為 3 跨預應力混凝土連續(xù)箱梁，采用先簡支后連續(xù)的施工方法，即采用如下施工方法： 1) 預制簡支箱梁，吊裝到位。 2) 澆筑墩頂連續(xù)段接著混凝土，達到強度后張拉負彎矩區(qū)預應力剛束并壓注水泥漿。 3) 再拆除臨時支座完成體系轉換。 4) 完成主梁橫向接縫澆注。 5) 時行護欄 和橋面鋪裝的施工。 表 21 基本數(shù)據(jù) 名稱 項目 符號 單位 數(shù)值 主梁 混凝土 立方體強度標準值 cukf MPa 50 彈性模量 cE ? 軸心抗壓強度標準值 ckf 軸心抗拉強度標準值 tkf 軸心抗壓強度設 計值 cdf 軸心抗拉強度設計值 tdf 短暫 狀態(tài) 極限壓應力 ckf? MPa 極限拉應力 tkf? 12 名稱 項目 符號 單位 數(shù)值 持久 狀態(tài) 壓應力極限值： MPa 極限壓應力 極限主壓應力 拉應力極限值 pest ?? ? 短期效應組合極限主拉應力 長期效應組合極限拉應力 pelt??? 0 ? 鋼絞線 標準強度 pkf MPa 1860 彈性模量 pE 10? 抗拉設計強度 cdf 1260 最大張拉控制應力 1395 持久狀態(tài)應力 標準荷載組合 MPa 1209 材料重度 鋼筋混凝土 1? 3/mkN 瀝青混凝土 2? 鋼絞線 3? 鋼彈性模量與混凝土彈性模量之比 EP? 13 由于本項目采用的是通用 30 跨徑，使用較高的截面會使整個工程比較經(jīng)濟，所以單向橋面采用四片箱梁，從左至右分別編號 4，另分別在跨中、端截面、 1/4 跨處設橫梁，梁的內(nèi)截面從 1/4 跨處至端截面線性漸變，橋面橫斷面及具體尺寸如圖 21： 圖 21 主梁橫斷面布置圖（單位尺寸： cm） f 由于采用先簡支后連續(xù)的施工方法，須在第一階段簡支梁橋施工時在橋梁的兩端設置臨時支座，設臨時支座距離橋墩中心線 70cm，則簡支梁橋時，橋的設計跨徑為 。當連接成連續(xù)橋時中跨的為 30m，邊跨為 14 截面的具體尺寸 如下圖所示： 圖 22 箱型梁橫斷面尺寸 利用 AutoCAD及 Midas軟件能較為精確的計算出截面的幾何特性值，如表 21 所示： 15 表 22 截面幾何特性計算結果 截面位置 截面積 A ( 2mm ) 截面慣矩 I ( 4m ) 中性軸高度 (m ) 預制中梁 跨中 支點 預制邊梁 跨中 支點 成橋中梁 跨中 支點 成橋邊梁 跨中 支點 16 3 主梁作用效應的計算 自重作用效應的計算 本橋使用的是先簡支后連續(xù)的施工方法，施工主要有以下幾個步驟： 1) 第一施工階段，為主梁的預制階段，待混凝土達到設計強度的 90%后張拉正彎矩區(qū)的預應力鋼束，并壓注水泥漿，再將各跨預制梁安裝到位，形成由臨時支座支撐的簡支體系。 2) 第二施工階段，先澆注兩跨之間接頭處的混凝土，待達到設計強度后張拉負彎矩區(qū)預應力鋼束，壓注水泥漿。 3) 第三施工階段，拆除全部臨時支座，主梁支撐在永久支座上，完成體系轉換，再完成主梁橫向現(xiàn)澆接縫，最終形成三跨連續(xù)梁的空間結構體系。 4) 第四施工階段，完成護欄和橋面鋪裝的施工。 由施工階段可知，結構的自重是分階段進行的，主要包括第一施工階段結構自重的荷載集度 1g ，成橋后第一施工階段自重的增量 1g? 結構的二期作用自重 2g 。 針對橋面的特點將空間結構簡化為平面結構進行計算，只考慮單片梁的結構體系轉換，把結構自重效應平均分到每片梁上，而在進行汽車作用效應計算時考慮荷載的橫向分布系數(shù)。 17 預制箱梁一期結構自重作用荷載集度 ??1g ： 中梁 ： ? ? ? ?? ?mKN /1 5 257 3 5 0 3 1??????????? 邊梁： ? ? ? ?? ?m/KN8 7 257 3 5 0 3 1??????????? 成橋后箱型一期結構自重作用荷載集度增量 ? ?1g? 預制梁計入每片梁間現(xiàn)澆橋面板及橫隔梁濕接縫混凝土后的自重作用荷載集度即為成橋后箱型梁一期結構自重作用荷載集度增量。 中梁 ? ? m/ 1 ??????????? 邊梁 ? ? m/ 1 ?????????? 二期結構自重作用荷載集度 ? ?2g 橋面鋪裝采用 10cm瀝青混凝土鋪裝，且鋪裝成寬 11m，瀝青混凝土重度為 24kN/m3,8cm 厚 C40 混凝土調(diào)平層，橋面橫坡已通過主梁和橋墩調(diào)整成 2%，另外一側護欄按每米延長 m3混凝土計，混凝土重度按 25kN/m3,因橋橫向由 4 片梁組成，則每片梁承擔的全部二期永久作用的 1/5。 18 m/ 2 ?????????? 內(nèi)力計算 本橋為先簡支后連續(xù)的連續(xù)梁，施工過程中包含了結構體系轉換，所以結構自重內(nèi)力計算過程必須首先將各施工階段產(chǎn)生的階段內(nèi)力計算出來然后進行內(nèi)力疊加。 第一施工階段，結構體系為簡支梁結構，自重作用荷載為 1g 第二施工階段，由于兩跨接頭較短，混凝土重量較小，其產(chǎn)生的內(nèi)力較小，且會減小跨中彎矩，姑忽略不計 第三施工階段，結構體系以及那個轉變?yōu)檫B續(xù)梁，因臨時支座間距較小，故忽略臨時支座移除產(chǎn)生的效應，自重作用荷載僅為翼緣板和橫隔梁接頭重力，即 1g? 第四施工階段，結構體系為連續(xù)梁，自重作用荷載為橋梁二期自重作用荷載，即 2g 計算簡圖如右： 由結構力學知識可以計算出跨中、 1/4截面、端截面的內(nèi)力，各截面從左至右分別編號 0， 1/4， 1/2， 3/4， 1，內(nèi)力如下表 31： 圖 31 第一施工階段計算模型 19 表 31 第一階段施工內(nèi)力 中梁 截面 0 1/4 1/2 3/4 1 彎矩(kNm? ) 0 0 剪力 (kN ) 0 邊梁 截面 0 1/4 1/2 3/4 1 彎矩(kNm? ) 0 0 剪力 (kN ) 0 注：該表格內(nèi)計算數(shù)據(jù)有結構力學求解器所求 第三施工階段的效應 第三施工階段通過澆濕接縫完成橋面的橫向連接，此期荷載增量 1g?假定均勻分配給四片梁，計算模型如圖 32 圖 32 第三施工階段計算模型 此階段中跨梁的計算跨徑為 30m，邊跨的計算跨徑為 ， 長度相差不大，都取為 30m計算。通過結構力學求解器軟件可方便的求得第3 0 31 2 3 4( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 20 三施工階段外力作用下結構產(chǎn)生的彎矩圖和剪力圖如 33： 圖 圖 . 邊梁剪力圖 圖 中梁彎矩圖 21 圖 中梁剪力圖 圖 33 第三施工階段內(nèi)力圖 第三施工階段自重作用效應引起內(nèi)力結果如表 32： 表 32 第三施工階段自重作用效應階段內(nèi)力 邊 梁 中 梁 截面 剪力（ kN） 彎矩（ kN m） 剪力（ kN） 彎矩（ kN m） 0 1/4 1/2 3/4 1（左） 1（右） 5/4 3/2 第四施工階段自重作用效應內(nèi)力 第四施工階段結構體系與第三階段相同，作用為二期自重作用荷載，通過結構力學求解器，得彎矩圖和剪力圖如圖 34：（第四施工階段邊梁和中梁受力相同）