【正文】 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第98頁公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章 緒論預(yù)應(yīng)力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復(fù)戰(zhàn)爭創(chuàng)傷，從西歐迅速發(fā)展起來的。半個(gè)多世紀(jì)以來,從理論，材料，工藝到土建工程中的應(yīng)用,都取得了巨大的發(fā)展。尤其是隨著部分預(yù)應(yīng)力概念的逐步成熟,突破了混凝土不能受拉與開裂的約束,大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。目前預(yù)應(yīng)力混凝土已成為國內(nèi)外土建工程最主要的一種結(jié)構(gòu)材料,而且預(yù)應(yīng)力技術(shù)已擴(kuò)大應(yīng)用到型鋼，磚，石，木等各種結(jié)構(gòu)材料,并用以處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工中用常規(guī)技術(shù)難以解決的各種疑難問題。我國預(yù)應(yīng)力混凝土的起步比西歐大約晚10年,但發(fā)展迅速,應(yīng)用數(shù)量龐大。我國近年來在土木工程投資方面，建設(shè)規(guī)模方面均居世界前列。在混凝土工程技術(shù)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用方面取得了巨大進(jìn)步。近來二三十年來,我國預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)展很快,無論在橋型，跨度以及施工方法與技術(shù)方面都有突破性發(fā)展,不少預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的修建技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展與施工技術(shù)的發(fā)展是密不可分的,施工技術(shù)水平直接影響橋梁的跨徑，線型，截面形式等。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在初期大多采用滿布支架法施工,其跨度一般在40以內(nèi),且施工周期長,施工用料多。60年代預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁引入懸臂施工法以后,預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋得以迅速發(fā)展,其跨越能力達(dá)200以上,適用范圍也不斷擴(kuò)大。懸臂拼裝法將大跨橋梁化整為零,施工簡便,拼裝工期短，速度快,特別對(duì)于多跨長聯(lián)橋(跨度在100以內(nèi))是一種效率高而且經(jīng)濟(jì)的施工方法。預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的施工方法還有頂推法，移動(dòng)模架法，逐孔架設(shè)法等。（1）概述連續(xù)梁橋是中等跨徑橋梁中常用的一種橋梁結(jié)構(gòu)，兩跨或兩跨以上連續(xù)的梁橋，屬于超靜定體系。連續(xù)梁在恒活載作用下，產(chǎn)生的支點(diǎn)負(fù)彎矩對(duì)跨中正彎矩有卸載的作用，使內(nèi)力狀態(tài)比較均勻合理，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是其主要結(jié)構(gòu)形式，它具有梁高小，節(jié)省材料，且剛度大，整體性好，超載能力大，安全度大，橋面伸縮縫少接縫少、行車平順舒適等優(yōu)點(diǎn)，在30m~120m跨度內(nèi)常是橋型方案比選的優(yōu)勝者。缺點(diǎn) 有支座；施工時(shí)需要墩梁固結(jié)，有體系轉(zhuǎn)換；順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度小，也不利于懸臂施工、橫向抗風(fēng)要求。20世紀(jì)紀(jì)50年代后，由于在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工方法中引入了傳統(tǒng)鋼橋的懸臂拼裝施工法，并針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的一些特點(diǎn)，對(duì)之加以改進(jìn)和發(fā)展，促使預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋中的懸臂體系得到了迅猛發(fā)展，并形成了T型剛構(gòu)橋。T形剛構(gòu)橋指的是以T型梁為主要承重結(jié)構(gòu)的梁式橋。在橋上荷載作用產(chǎn)生正彎矩時(shí)，梁做成上大下小的T形并在下緣配筋充分利用了混凝土的抗壓強(qiáng)度大和鋼筋的高抗拉強(qiáng)度進(jìn)而比矩形梁橋節(jié)省了材料，減輕了自重。缺點(diǎn) 縮縫多,行車不舒適；跨中可能產(chǎn)生較大撓度；順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度小，不利于懸臂施工、橫向抗風(fēng)要求。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在體系上屬于連續(xù)梁橋。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的特點(diǎn),又有T 型剛構(gòu)橋不設(shè)支座、施工方便的優(yōu)點(diǎn), 且有很大的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度, 它利用高墩的柔度來適應(yīng)結(jié)構(gòu)由預(yù)應(yīng)力砼收縮、徐變和溫度變化所引起的位移, 能滿足特大跨徑橋梁的跨越及受力要求。缺點(diǎn) 上部結(jié)構(gòu)連續(xù)長度有一定限制,長度再增加時(shí)應(yīng)改為連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)梁組合體系；抗撞擊能力較弱。（2）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)橋跨結(jié)構(gòu)（主梁）和墩臺(tái)整體相連的橋梁叫剛構(gòu)橋。由于二者之間是剛性連接，在豎向荷載作用下，將在主梁端部產(chǎn)生負(fù)彎矩，因而將減少跨中正彎矩，跨中截面尺寸也相應(yīng)減小。剛構(gòu)橋在豎向荷載作用下，一般都產(chǎn)生水平推力。剛構(gòu)橋大多做成超靜定的結(jié)構(gòu)，故混凝土收縮、溫度變化、墩臺(tái)不均勻沉陷和預(yù)應(yīng)力等因素都會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加內(nèi)力。剛構(gòu)橋外形尺寸小，橋下凈空大，橋下視野開闊。預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋則常用于高墩大跨橋梁，且具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。連續(xù)剛構(gòu)體系另一個(gè)特點(diǎn)是抗震性能好, 水平地震力可均攤到各個(gè)墩上來承擔(dān), 而連續(xù)梁則需要設(shè)置制動(dòng)墩或是采用價(jià)格較昂貴的專用抗震支座。墩梁固結(jié)又便于采用懸臂施工方法, 取消了連續(xù)梁在施工轉(zhuǎn)換體系時(shí)所采用的墩上臨時(shí)固結(jié)措施。連續(xù)剛構(gòu)橋的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①構(gòu)造上一般有2 個(gè)以上主墩采用墩梁固結(jié), 要求主墩有一定的柔度形成擺動(dòng)支撐體系。因此, 常在大跨徑高墩橋梁結(jié)構(gòu)中采用。②墩梁固結(jié)有利于懸臂施工, 同時(shí)避免了更換支座, 省去了連續(xù)梁施工在體系轉(zhuǎn)換時(shí)采用的臨時(shí)固結(jié)措施。省去了大跨連續(xù)梁的支座, 無需巨型支座的設(shè)計(jì), 節(jié)省制造、養(yǎng)護(hù)和更換支座的費(fèi)用。③受力方面, 上部結(jié)構(gòu)仍保持了連續(xù)梁的特點(diǎn), 但計(jì)入因橋墩受力及混凝土收縮、徐變及溫度變化引起的彈塑性變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響, 橋墩需要有一定的柔度, 使所受彎矩有所減小, 而在墩梁結(jié)合處仍有剛架受力性質(zhì)。④ 抗震性能良好, 水平地震力可均攤給各個(gè)墩來承受, 不像連續(xù)梁需設(shè)置制動(dòng)墩, 或采用昂貴的專用抗震支座。⑤邊跨橋墩較矮, 相對(duì)剛度較大時(shí), 為適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)位移的需要, 墩梁可做成鉸接或在墩頂設(shè)置支座。⑥伸縮縫位置在連續(xù)梁的兩端, 可置于橋臺(tái)處, 長橋也可設(shè)置在鉸接處。為保證結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性, 橋臺(tái)處需設(shè)置控制水平位移的擋塊。（3）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋發(fā)展趨勢表11 國內(nèi)外大跨徑剛構(gòu)橋（L240m）橋名國家跨徑（m）年份重慶高家花園大橋中國140+240+1401997虎門大橋輔航道橋中國150+270+1501997Confederation 橋加拿大165+43250+1651997Stolma 橋挪威94+301+721998Raftsundet橋挪威86+202+298+1251998重慶黃花園大橋中國137+3250+1371999貴州六廣河大橋中國+240+2000瀘州長江二橋中國145+252+2007從上表可以看出，近幾十年來的橋梁結(jié)構(gòu)逐步向輕巧、纖細(xì)方面發(fā)展, 但橋的載重、跨長卻不斷增加。連續(xù)剛構(gòu)橋有以上所敘述的優(yōu)點(diǎn), 那么其投資比斜拉橋、懸索橋同等跨徑下要低, 在高墩結(jié)構(gòu)中也比一直以來最便宜的簡支梁橋在同等條件下投資偏低或是相同。隨著橋梁施工技術(shù)水平的提高, 對(duì)混凝土收縮、徐變和溫度變化等因素引起的附加內(nèi)力研究的深入和問題的不斷解決, 大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋已成為目前主要采用的橋梁結(jié)構(gòu)體系之一。從以上論述可以總結(jié)出大跨徑連續(xù)剛構(gòu)的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn):① 跨徑可進(jìn)一步增大。我國正處于修建連續(xù)剛構(gòu)橋的熱潮, 跨徑280 m 的奉節(jié)長江大橋已經(jīng)建成。 珠?？缌尕暄筇卮髽蛞延?18 m 跨橫門東航道的連續(xù)剛構(gòu)方案, 可以預(yù)見跨徑在300 m以上的連續(xù)剛構(gòu)不久的將來會(huì)在中國出現(xiàn)。②上部結(jié)構(gòu)不斷輕型化。橋梁上部結(jié)構(gòu)的輕型化可以減輕上部結(jié)構(gòu)的自重, 減少材料用量, 也可以降低掛藍(lán)的要求, 從而降低工程造價(jià)。由于采用大噸位錨具、高強(qiáng)砼和輕質(zhì)混凝土, 上部結(jié)構(gòu)不斷輕型, 這也是連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展方向。③ 簡化預(yù)應(yīng)力束類型。我國預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)中,已有相當(dāng)多的橋梁取消了彎起束和連續(xù)束, 用豎向預(yù)應(yīng)力和縱向預(yù)應(yīng)力承擔(dān)主拉應(yīng)力, 極大的方便了施工, 不僅簡化了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系, 而且受到施工單位的歡迎。④ 取消邊跨合龍段落地支架。采用合適的邊跨與主跨比,在導(dǎo)梁上直接合龍邊跨, 或與引橋的懸臂相連接實(shí)現(xiàn)邊跨合龍段的現(xiàn)澆, 在高墩的條件下取消邊跨合龍段的落地支架, 除帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益外還可方便施工。⑤上部結(jié)構(gòu)連續(xù)長度增長, 以適應(yīng)高速行車的需要。國外產(chǎn)生了“ 少用和不用伸縮縫是最好的伸縮縫”的新觀點(diǎn), 于是國外橋梁設(shè)計(jì)中最大限度增加上部結(jié)構(gòu)的連續(xù)長度。我國在連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)中亦有加大連續(xù)長度的趨勢。大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的施工多采用懸臂施工法，懸臂施工法是在已建成的橋墩上，沿橋梁跨徑方向?qū)ΨQ逐段施工的方法。它不僅在施工期間不影響橋下通航或行車，同時(shí)密切配合設(shè)計(jì)和施工的要求，充分利用了預(yù)應(yīng)力混凝土承受負(fù)彎矩能力強(qiáng)的特點(diǎn)，將跨中正彎矩轉(zhuǎn)移為支點(diǎn)負(fù)彎矩，提高了橋梁的跨越能力。對(duì)采用懸臂法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)施工，總的施工順序是：墩頂0塊的澆筑；懸臂節(jié)段的預(yù)制安裝或掛籃現(xiàn)澆；各橋跨間的合攏段施工及相應(yīng)的施工結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換；橋面系施工。要實(shí)現(xiàn)懸臂施工，在施工過程中必須保證墩與梁固結(jié)，尤其在連續(xù)梁橋和懸臂梁橋施工中要采取臨時(shí)墩梁固結(jié)措施。另外采用懸臂施工法，很有可能出現(xiàn)施工期的體系轉(zhuǎn)換問題。如對(duì)于三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，采用懸臂施工時(shí)，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)呈Ｔ型剛構(gòu)，邊跨合攏就位、更換支座后呈單懸臂梁，跨中合攏后呈連續(xù)梁的受力狀態(tài)。結(jié)構(gòu)上的預(yù)應(yīng)力配置必須與施工受力相一致。懸臂施工法通常分為懸臂澆筑和懸臂拼裝兩類。懸臂澆筑是在橋墩兩側(cè)對(duì)稱逐段就地澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后張拉預(yù)應(yīng)力束，移動(dòng)機(jī)具模板（掛籃）繼續(xù)懸臂施工。懸臂拼裝是用吊機(jī)將預(yù)制塊件在橋墩兩側(cè)對(duì)稱起吊、安裝就位后，張拉預(yù)應(yīng)力束，使懸臂不斷接長，直至合攏。綜上所述，采用懸臂施工的主要特點(diǎn)為：（1）從橋墩處開始向兩側(cè)對(duì)稱分節(jié)段懸臂施工，橋梁在施工過程中承受負(fù)彎矩，橋墩也要承擔(dān)不平衡彎矩；（2）非墩梁固結(jié)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，采用懸臂施工時(shí)應(yīng)采取措施，使墩、梁臨時(shí)固結(jié)，因而在施工過程中應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。對(duì)于帶掛梁的T型剛構(gòu)橋，主梁在施工中的受力狀態(tài)與在運(yùn)營荷載作用下的受力狀態(tài)基本一致，結(jié)構(gòu)的體系沒有改變；（3）采用懸臂施工法的機(jī)具設(shè)備較多，就掛籃而言，也有桁架式、斜拉式等多種型式，可根據(jù)實(shí)際情況合理選用；（4）懸臂澆筑法施工簡便、結(jié)構(gòu)整體性好，施工中可不斷調(diào)整標(biāo)高，常用于跨徑大于100m的橋梁。懸臂拼裝法施工速度快，橋梁上、下部結(jié)構(gòu)可平行作業(yè)，但施工精度要求較高，可在跨徑100m以下的大橋中選用。（5）懸臂施工法可不用或少用支架，施工不影響通航或橋下交通，適合于跨越深水、山谷、海洋等處，并適用于變截面預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。第2章 橋梁總體布置及結(jié)構(gòu)主要尺寸 方案比選隨著橋梁理論的不斷成熟，在橋梁設(shè)計(jì)中要求橋的適用性強(qiáng)、舒適安全、建橋費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、科技含量高。對(duì)建在城市中的橋梁還特別注重美觀大方。由此，對(duì)于一定的建橋條件，根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同可能會(huì)做出基于基本要求的多種不同設(shè)計(jì)方案，只有通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面的綜合比較才能科學(xué)地得出完美的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)本設(shè)計(jì)中提到的地形、地質(zhì)、地貌條件，以及橋跨設(shè)計(jì)總長360m，可以初步選定幾種適用的橋型，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。（1）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)用非常廣泛。尤其是懸臂施工法、頂推法、逐跨施工法在連續(xù)梁橋中的應(yīng)用，這種充分應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)使施工設(shè)備機(jī)械化，生產(chǎn)工廠化，從而提高了施工質(zhì)量，降低了施工費(fèi)用。連續(xù)梁的突出優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)剛度大，變形小，動(dòng)力性能好，主梁變形撓曲線平緩，有利于高速行車。兩跨連續(xù)梁內(nèi)力的分布要比同跨的簡支梁合理，雖然絕對(duì)最大彎矩都是ql2/8，但是連續(xù)梁跨中最大彎矩只有簡支梁的56%，跨中最大撓度僅為簡支梁的40%。因此，不論從剛度方面還是從強(qiáng)度方面來說，連續(xù)梁都可以采用比簡支梁要小的跨中梁高，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但是，連續(xù)梁橋有支座，需要定期更換；施工時(shí)需要墩梁固結(jié)，有體系轉(zhuǎn)換；順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度小，也不利于懸臂施工、橫向抗風(fēng)要求。（2）T型剛構(gòu)橋在計(jì)算上比連續(xù)梁方便。它以T型梁為主要承重結(jié)構(gòu)，在橋上荷載作用產(chǎn)生正彎矩時(shí)，梁做成上大下小的T形并在下緣配筋充分利用了混凝土的抗壓強(qiáng)度大和鋼筋的高抗拉強(qiáng)度進(jìn)而比矩形梁橋節(jié)省了材料，減輕了自重。上部結(jié)構(gòu)利用懸臂澆筑和懸臂拼裝的施工方法，不影響通航和橋下交通。橋型美觀 、宏偉、輕型，適用于大跨懸臂平衡施工，可無支架跨越深水急流，避免下部施工困難或中斷航運(yùn)，也不需要體系轉(zhuǎn)換，施工簡便。但是此類型的橋抗彎剛度差，徐變撓度大不易控制，不利于高速行車。由于鉸的存在，導(dǎo)致跳車，舒適性不好，另外，剪力鉸位置易發(fā)生破壞，還有其剛度和穩(wěn)定性都不如連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)，現(xiàn)在已基本被連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)取代。（3）連續(xù)剛構(gòu)橋繼承了連續(xù)梁橋以及T型剛構(gòu)橋的優(yōu)點(diǎn)。首先，墩梁固結(jié)，不需要定期更換支座；跨中梁高減小，大大減輕了自重，節(jié)省了工程造價(jià)。其次，伸縮縫少，行車平順舒適；跨越能力大，可做成三跨或者四跨一聯(lián)的，也可以多跨一聯(lián)的。另外，主梁外觀呈曲線形，纖細(xì)優(yōu)美，比例勻稱，得體大方；墩具有柔性，很好地適應(yīng)溫度、風(fēng)荷載、地震等引起的變形，具有很強(qiáng)的抗震性能。因此，在大跨高墩的橋梁中是優(yōu)先選用的類型。綜上所述，決定選用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋作為設(shè)計(jì)橋型。安全性 連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)整體性能好，有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能很好的滿足較大跨徑橋梁的受力要求；由于橋墩常做成雙薄壁柔性墩，縱橋向柔度較大，能夠適應(yīng)各種因素引起的變形，抗震性能優(yōu)越。適用性 連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂對(duì)稱施工，混凝土收縮徐變小，伸縮縫少，便于行車；橋墩一般較高，便于橋下通航、泄洪以及行人通行。經(jīng)濟(jì)性 該橋型墩梁固結(jié)，無需定期更換支座，節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用；采用變梁高大大減少了混凝土的用量，節(jié)省工程造價(jià)，減少工期；墩能夠適應(yīng)地震作用引起的變形，無需采用昂貴的專用抗震支座。外觀 該橋型主梁呈拋物線形，采用變梁高，視覺上給人以纖巧大方、勻稱美觀的感覺，與周圍的山水景物相得益彰、和諧得體。 設(shè)計(jì)依據(jù)及基本資料 主要技術(shù)指標(biāo)（1）孔跨布置：100+160+100m公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋；（2）橋梁等級(jí)：高速公路橋梁；（3）汽車荷載等級(jí)：公路—I級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h；（4）橋面寬度：六車道，上下行分為兩幅，即（+3+），；（5）橋面坡度：不設(shè)縱坡，橫坡為177。%；（6）支座沉降：按1cm考慮；（7）溫度荷載：整體升降溫20oC；（8）施工方法：主梁采用懸臂澆注分段對(duì)稱平衡施工,中跨及邊跨合攏段采用吊模澆注，掛籃自重、施工荷載控制在370噸以內(nèi)，掛籃自重按120噸計(jì)；（9）橋軸平面線型：直線。（10）地震烈度：基本烈度Ⅵ度，按Ⅶ度設(shè)防。 主要材料（1）混凝土：梁體為C55混凝土，