【正文】 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計計算書第1章 緒論預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程量小、抗震能力強(qiáng)等而成為最富有競爭力的主要橋型之一。本章簡介其發(fā)展：由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在不少缺點：如過早地出現(xiàn)裂縫，使其不能有效地采用高強(qiáng)度材料，結(jié)構(gòu)自重必然大，從而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。 為了解決這些問題，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，所謂預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，就是在結(jié)構(gòu)承擔(dān)荷載之前，預(yù)先對混凝土施加壓力。這樣就可以抵消外荷載作用下混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力。自從預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生之后，很多普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所代替。 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是在二戰(zhàn)前后發(fā)展起來的，當(dāng)時西歐很多國家在戰(zhàn)后缺鋼的情況下，為節(jié)省鋼材，各國開始競相采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)代替部分的鋼結(jié)構(gòu)以盡快修復(fù)戰(zhàn)爭帶來的創(chuàng)傷。50年代，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁跨徑開始突破了100米，到80年代則達(dá)到440米。雖然跨徑太大時并不總是用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)比其它結(jié)構(gòu)好，但是，在實際工程中，跨徑小于400米時，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常常為優(yōu)勝方案。 我國的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)起步晚，但近年來得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)在，我國已經(jīng)有了簡支梁、帶鉸或帶掛梁的T構(gòu)、連續(xù)梁、桁架拱、桁架梁和斜拉橋等預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系。 雖然預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展還不到80年。但是，在橋梁結(jié)構(gòu)中，隨著預(yù)應(yīng)力理論的不斷成熟和實踐的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)用必將越來越廣泛。連續(xù)梁和懸臂梁作比較：在恒載作用下，連續(xù)梁在支點處有負(fù)彎矩，由于負(fù)彎矩的卸載作用，跨中正彎矩顯著減小，其彎矩與同跨懸臂梁相差不大；但是，在活載作用下，因主梁連續(xù)產(chǎn)生支點負(fù)彎矩對跨中正彎矩仍有卸載作用，其彎矩分布優(yōu)于懸臂梁。雖然連續(xù)梁有很多優(yōu)點，但是剛開始它并不是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系中的佼佼者，因為限于當(dāng)時施工主要采用滿堂支架法，采用連續(xù)梁費(fèi)工費(fèi)時。到后來，由于懸臂施工方法的應(yīng)用，連續(xù)梁在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中有了飛速的發(fā)展。60年代初期在中等跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁中，應(yīng)用了逐跨架設(shè)法與頂推法；在較大跨連續(xù)梁中，則應(yīng)用更完善的懸臂施工方法，這就使連續(xù)梁方案重新獲得了競爭力，并逐步在40—200米范圍內(nèi)占主要地位。無論是城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨河大橋，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁都發(fā)揮了其優(yōu)勢，成為優(yōu)勝方案。目前，連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)成為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要橋型之一。 然而，當(dāng)跨度很大時，連續(xù)梁所需的巨型支座無論是在設(shè)計制造方面，還是在養(yǎng)護(hù)方面都成為一個難題；而T型剛構(gòu)在這方面具有無支座的優(yōu)點。因此有人將兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，形成一種連續(xù)—剛構(gòu)體系。這種綜合了上述兩種體系各自優(yōu)點的體系是連續(xù)梁體系的一個重要發(fā)展，也是未來連續(xù)梁發(fā)展的主要方向。 另外，由于連續(xù)梁體系的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在中等跨徑范圍內(nèi)形成了很多不同類型，無論在橋跨布置、梁、墩截面形式，或是在體系上都不斷改進(jìn)。在城市預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁中，為充分利用空間，改善交通的分道行駛，甚至已建成不少雙層橋面形式。在我國，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁雖然也在不斷地發(fā)展，然而，想要在本世紀(jì)末趕超國際先進(jìn)水平，就必須解決好下面幾個課題：1． 發(fā)展大噸位的錨固張拉體系，避免配束過多而增大箱梁構(gòu)造尺寸，否則混凝土保護(hù)層難以保證，密集的預(yù)應(yīng)力管道與普通鋼筋層層迭置又使混凝土質(zhì)量難以提高。2． 在一切適宜的橋址，設(shè)計與修建墩梁固結(jié)的連續(xù)—剛構(gòu)體系，盡可能不采用養(yǎng)護(hù)調(diào)換不易的大噸位支座。3． 充分發(fā)揮三向預(yù)應(yīng)力的優(yōu)點，采用長懸臂頂板的單箱截面，既可節(jié)約材料減輕結(jié)構(gòu)自重，又可充分利用懸臂施工方法的特點加快施工進(jìn)度。另外，在設(shè)計預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋時，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針也是一個很關(guān)鍵的因素，它是設(shè)計方案合理性與經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)志。目前，各國都以每平方米橋面的三材（混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋、普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針。但是，橋梁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針的研究與分析是一項非常復(fù)雜的工作，三材指標(biāo)和造價指標(biāo)與很多因素有關(guān)，例如：橋址、水文地質(zhì)、能源供給、材料供應(yīng)、運(yùn)輸、通航、規(guī)劃、建筑等地點條件；施工現(xiàn)代化、制品工業(yè)化、勞動力和材料價格、機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)等全國基建條件。同時，一座橋的設(shè)計方案完成后，造價指針不能僅僅反應(yīng)了投資額的大小，而是還應(yīng)該包括整個使用期限內(nèi)的養(yǎng)護(hù)、維修等運(yùn)營費(fèi)用在內(nèi)。通過連續(xù)梁、T型剛構(gòu)、連續(xù)—剛構(gòu)等箱形截面上部結(jié)構(gòu)的比較可見：連續(xù)—剛構(gòu)體系的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針較高。因此，從這個角度來看，連續(xù)—剛構(gòu)也是未來連續(xù)體系的發(fā)展方向?？偠灾?，一座橋的設(shè)計包含許多考慮因素，在具體設(shè)計中，要求設(shè)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(shè)計的目的與意義畢業(yè)設(shè)計的目的在于培養(yǎng)畢業(yè)生綜合能力，靈活運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的各門基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范，獨(dú)立的完成一個專業(yè)課題的設(shè)計工作。設(shè)計過程中提高學(xué)生獨(dú)立的分析問題，解決問題的能力以及實踐動手能力，達(dá)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(chǔ)。本次設(shè)計為(26+2*46+26)m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁，橋?qū)挒?8，分為兩幅，設(shè)計時只考慮單幅的設(shè)計。梁體采用單箱雙室箱型截面，全梁共分80個單元一般單元長度分為2m。頂板、底板、腹板厚度均不變。由于多跨連續(xù)梁橋的受力特點，靠近中間支點附近承受較大的負(fù)彎矩，而跨中則承受正彎矩，則梁高采用變高度梁，按二次拋物線變化。這樣不僅使梁體自重得以減輕，還增加了橋梁的美觀效果。由于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋為超靜定結(jié)構(gòu)，手算工作量比較大，且準(zhǔn)確性難以保證，所以采用有限元分析軟件—BSAS進(jìn)行，這樣不僅提高了效率，而且準(zhǔn)確度也得以提高。本次設(shè)計的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用滿堂支架法施工。本次設(shè)計中得到了劉元久、榮國能、周凌遠(yuǎn)等幾位老師的悉心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。由于本人水平有限，且又是第一次從事這方面的設(shè)計，難免出現(xiàn)錯誤，懇請各位老師批評指正。第2章 橋跨總體布置及結(jié)構(gòu)尺寸擬定 尺寸擬定本設(shè)計方案采用四跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，全長144m。設(shè)計主跨為46m。 橋孔分跨連續(xù)梁橋有做成三跨或者四跨一聯(lián)的，也有做成多跨一聯(lián)的，但一般不超過六跨。對于橋孔分跨，往往要受到如下因素的影響：橋址地形、地質(zhì)與水文條件，通航要求以及墩臺、基礎(chǔ)及支座構(gòu)造，力學(xué)要求，美學(xué)要求等。若采用三跨不等的橋孔布置，—，這樣可使中跨跨中不致產(chǎn)生異號彎矩，此外，邊跨跨長與中跨跨長之比還與施工方法有著密切的聯(lián)系，對于采用現(xiàn)場澆筑的橋梁。但是若采用懸臂施工法，則不然。本設(shè)計跨度，主要根據(jù)設(shè)計任務(wù)書來確定，其跨度組合為：(26+2*46+26)米?；痉弦陨显硪?。 截面形式一、 立截面 從預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的受力特點來分析，連續(xù)梁的立面應(yīng)采取變高度布置為宜；在恒、活載作用下，支點截面將出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩，從絕對值來看，支點截面的負(fù)彎矩往往大于跨中截面的正彎矩，因此，采用變高度梁能較好地符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律，另外，變高度梁使梁體外形和諧，節(jié)省材料并增大橋下凈空。但是，在采用頂推法、移動模架法、整孔架設(shè)法施工的橋梁，由于施工的需要，一般采用等高度梁。等高度梁的缺點是：在支點上不能利用增加梁高而只能增加預(yù)應(yīng)力束筋用量來抵抗較大的負(fù)彎矩，材料用量多，但是其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單、線形簡潔美觀、預(yù)制定型、施工方便。一般用于如下情況：1. 橋梁為中等跨徑，以40—60米為主。采用等截面布置使橋梁構(gòu)造簡單，施工迅速。由于跨徑不大，梁的各截面內(nèi)力差異不大，可采用構(gòu)造措施予以調(diào)節(jié)。2. 等截面布置以等跨布置為宜，由于各種原因需要對個別跨徑改變跨長時，也以等截面為宜。3. 采用有支架施工，逐跨架設(shè)施工、移動模架法和頂推法施工的連續(xù)梁橋較多采用等截面布置。雙層橋梁在無需做大跨徑的情況下，選用等截面布置可使結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡化。結(jié)合以上的敘述，所以本設(shè)計中采用滿堂支架施工方法，變截面的梁。二、 橫截面 梁式橋橫截面的設(shè)計主要是確定橫截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁間距、主梁各部尺寸；它與梁式橋體系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美觀要求以及經(jīng)濟(jì)用料等等因素都有關(guān)系。當(dāng)橫截面的核心距較大時，軸向壓力的偏心可以愈大，也就是預(yù)應(yīng)力鋼筋合力的力臂愈大，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用。箱形截面就是這樣的一種截面。此外，箱形截面這種閉合薄壁截面抗扭剛度很大，對于彎橋和采用懸臂施工的橋梁尤為有利；同時，因其都具有較大的面積，所以能夠有效地抵抗正負(fù)彎矩，并滿足配筋要求；箱形截面具有良好的動力特性；再者它收縮變形數(shù)值較小，因而也受到了人們的重視?？傊?，箱形截面是大、中跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁最適宜的橫截面形式。常見的箱形截面形式有：單箱單室、單箱雙室、雙箱單室、單箱多室、雙箱多室等等。單箱單室截面的優(yōu)點是受力明確，施工方便，節(jié)省材料用量。拿單箱單室和單箱雙室比較，兩者對截面底板的尺寸影響都不大，對腹板的影響也不致改變對方案的取舍；但是，由框架分析可知：兩者對頂板厚度的影響顯著不同，雙室式頂板的正負(fù)彎矩一般比單室式分別減少70%和50%。由于雙室式腹板總厚度增加，主拉應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值不大，且布束容易，這是單箱雙室的優(yōu)點；但是雙室式也存在一些缺點：施工比較困難，腹板自重彎矩所占恒載彎矩比例增大等等。本設(shè)計是一座公路連續(xù)箱形梁，采用的橫截面形式為單箱雙室。 梁高根據(jù)經(jīng)驗確定，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的中支點主梁高度與其跨徑之比通常在1/15—1/25之間，而跨中梁高與主跨之比一般為1/40—1/50之間。當(dāng)建筑高度不受限制時，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因為增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，卻能顯著節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量。連續(xù)梁在支點和跨中的梁估算值：等高度梁： H=（～）l，常用H=（～）l變高度（曲線）梁：支點處：H=（～）l，跨中H=（～）l變高度（直線）梁：支點處：H=（～）l，跨中H=（～）l而此設(shè)計采用變高度的直線梁。 細(xì)部尺寸一、 頂板與底板 箱形截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負(fù)彎矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和構(gòu)造兩個方面的控制。支墩處底版還要承受很大的壓應(yīng)力，一般來講：變截面的底版厚度也隨梁高變化，墩頂處底板為梁高的1/101/12，跨中處底板一般為200底板厚最小應(yīng)有120。箱梁頂板厚度應(yīng)滿足橫向彎矩的要求和布置縱向預(yù)應(yīng)力筋的要求。本設(shè)計中采用雙面配筋，且底板由支點處以拋物線的形式向跨中變化。底板在支點處設(shè)計為實心箱型截面,。二、 腹板和其它細(xì)部結(jié)構(gòu)1. 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力梁中，因為彎束對外剪力的抵消作用，所以剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力的值比較小，腹板不必設(shè)得太大；同時，腹板的最小厚度應(yīng)考慮力筋的布置和混凝土澆筑要求，其設(shè)計經(jīng)驗為：（1） 腹板內(nèi)無預(yù)應(yīng)力筋時，采用200mm。（2） 腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋管道時，采用250—300mm。（3） 腹板內(nèi)有錨頭時，采用250—300mm。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，腹板厚度可從跨中逐步向支點加寬，以承受支點處交大的剪力，一般采用300—600mm，甚至可達(dá)到1m左右。本設(shè)計支座處腹板厚取55cm.，跨中腹板厚取55cm。2. 梗腋 在頂板和腹板接頭處須設(shè)置梗腋。梗腋的形式一般為1：1：1：1：4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(yīng)力和畸變應(yīng)力。此外，梗腋使力線過渡比較平緩，減弱了應(yīng)力的集中程度。本設(shè)計中，根據(jù)箱室的外形設(shè)置了寬250mm，長600m的上部梗腋，而下部采用1：1的梗腋。3. 橫隔梁橫隔梁可以增強(qiáng)橋梁的整體性和良好的橫向分布，同時還可以限制畸變；支承處的橫隔梁還起著承擔(dān)和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭剛度很大，一般可以比其它截面的橋梁少設(shè)置橫隔梁，甚至不設(shè)置中間橫隔梁而只在支座處設(shè)置支承橫隔梁。因此本設(shè)計沒有加以考慮，而且由于中間橫隔梁的尺寸及對內(nèi)力的影響較小，在內(nèi)力計算中也可不作考慮?？缰薪孛婕爸兄c截面示意圖如下所示：（單位為cm） 跨中處 主梁分段與施工階段的劃分 分段原則主梁的分段應(yīng)該考慮有限元在分析桿件時，分段越細(xì)，計算結(jié)果的內(nèi)力越接近真實值，并且兼顧施工中的實施。但也要考慮BSAS教學(xué)版的不足及限制的地方，所以本設(shè)計分為80個單元。 具體分段本橋全長114米，全梁共分80個梁段。 主梁施工方法及注意事項主梁施工方法 ：主梁采用滿堂支架法施工，箱梁均采用滿堂支架、泵送現(xiàn)澆砼施工。76 結(jié)構(gòu)簡圖第3章 荷載內(nèi)力計算 恒載內(nèi)力計算主梁的內(nèi)力計算可分為設(shè)計和施工內(nèi)力計算兩部分。設(shè)計內(nèi)力是強(qiáng)度驗算及配筋設(shè)計的依據(jù)。施工內(nèi)力是指施工過程中，各施工階段的臨時施工荷載，如施工機(jī)具設(shè)備（支架、張拉設(shè)備等）、模板、施工人員等引起的內(nèi)力，主要供施工階段驗算用。由于對施工方面的知識不熟，本設(shè)計中對該項設(shè)計內(nèi)容作了簡化，主要考慮了一般恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力。 主梁恒載內(nèi)力，包括自重引起的主梁自重（一期恒載）內(nèi)力Sg1和二期恒載（如鋪裝、欄桿等）引起的主梁后期恒載內(nèi)力Sg2。主梁的自重內(nèi)力計算方法可分為兩類：在施工過程中結(jié)構(gòu)不發(fā)生體系轉(zhuǎn)換,如在滿堂支架現(xiàn)澆等，如果主梁為等截面，可按均布荷載乘主梁內(nèi)力影響線總面積計算；在施工過程中有結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換時，應(yīng)該分階段計算內(nèi)力。本設(shè)計采用滿堂支架法,二期恒載(又稱后期恒載)集度約為:Q=由BSAS系統(tǒng)計算而得的有關(guān)結(jié)果如下表所示: 毛截面幾何特性控制截面截面號截面類型AIY上Y下H支座1 1 1/8截面3 3 1/4截面5 5 3/8截面7 7 1/2截面9 9 5/8截面11 11 3/4截面13 13 7/8截面15 15