【文章內(nèi)容簡介】 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)梁所須的巨型支座無論是在設(shè)計制造方面，還是在養(yǎng)護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。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，想要在本世紀末趕超國際先進水平，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度。另外，在設(shè)計預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋時，技術(shù)經(jīng)濟指針也是一個很關(guān)鍵的因素，它是設(shè)計方案合理性與經(jīng)濟性的標志。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)濟指針。但是，橋梁的技術(shù)經(jīng)濟指針的研究與分析是一項非常復(fù)雜的工作，三材指針和造價指針與很多因素有關(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 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁能僅僅反應(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、維修等運營費用在內(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。總而言之，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(chǔ)。本次設(shè)計為(62+104+104+62)m 公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋?qū)挒?25m，分為兩幅，設(shè)計時只考慮單幅的設(shè)計。梁體采用單箱單室箱型截面，全梁共分 132 個單元，中支點 0 號塊長度 8m，一般單元長度分為 2m、3m，邊跨合攏段長 2m，中跨合攏段長 2m（BSAS 中做了處理分為兩段 1m 的單元） ，邊跨直線段長 9m。頂板厚度不進行變化，底板、腹板厚度均發(fā)生變化。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，且準確性難以保證，所以采用有限元分析軟件—BSAS 進行，這樣不僅提高了效率，而且準確度也得以提高。本次設(shè)計的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋采用目前比較流行的懸臂灌注法施工。懸臂灌注施工具有很多優(yōu)越性：它不需要大型的機械設(shè)備；不影響橋下通航、通車；且施工受河道水位和季節(jié)的影響較小。本次設(shè)計中得到了唐繼舜、鄭史雄、成文佳、向天宇、林清陽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。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁第 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 332m。設(shè)計主跨為 104m。 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。若采用三跨或四跨不等的橋孔布置，一般邊跨長度可取為中跨的 — 倍，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，邊跨長度取為中跨長度的 倍是經(jīng)濟合理的。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：62 米+104 米+104 米+62 米。基本符合以上原理要求。 截面形式 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)較大的負彎矩，從絕對值來看，支點截面的負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。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁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)計中采用懸臂現(xiàn)澆施工方法，變截面的梁。 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扁平的單箱單室。 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=（ ～ ）l15301820變高度（曲線）梁：支點處：H=（ ～ ）l，跨中 H=（ ～ ）l63150 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁變高度（直線）梁：支點處：H=（ ～ ）l，跨中 H=（ ～ ）l1620218而此設(shè)計采用變高度的直線梁，支點處梁高為 米，跨中梁高為 米。 細部尺寸 頂板與底板 箱形截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)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(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。參考如下（跨中截面）：表 21 腹板與頂板尺寸關(guān)系腹板間距（米） 頂板厚度（毫米） 180 200 280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。底板在支點處厚 70cm,在跨中厚 28cm。 腹板和其它細部結(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，甚至可達到 1m 左右。本設(shè)計支座處腹板厚取 75cm.，跨中腹板厚取 40cm。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 620mm，長 1240m 的 1：2 的上部梗腋，而 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁下部采用 1：1 的梗腋。3. 橫隔梁橫隔梁可以增強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。跨中截面及中支點截面示意圖如下所示：（單位為 cm） （插入圖） 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，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，本設(shè)計分為 132 個單元。 具體分段本橋全長 332 米，全梁共分 132 個單元，中支點 0 號塊長度 （BSAS 中為了方便計算分為 82m 單元） ，一般梁段長度分成 、 和 ，邊跨合攏段長 ，中跨合攏段長 ，邊跨直線段長 9m。 主梁施工方法及注意事項 主梁施工方法 主梁采用懸臂灌注法施工，墩頂梁段分別在各墩頂灌注， 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁其余梁段用活動掛籃懸臂灌注，掛籃及附屬設(shè)備重不大于 130t。墩頂 0梁段開始灌注之前，正式支座及臨時支座(即鋼筋混凝土支墩)均先就位，主跨墩支座全部臨時剛接形成固定鋼支座，活動支座應(yīng)給予臨時鎖定。 施工程序建議分為三大步驟1. 在墩頂 0梁段施工完畢之后，兩側(cè)對稱懸臂灌注至合攏之前的梁段，邊跨上的等高直線段采用滿堂支架施工，一次性澆注，邊跨 4 號段合攏，形成單懸臂簡支梁。2. 拆除主跨跨中掛籃，灌注主跨中跨合攏段。3. 拆除全部模板，解除臨時約束并將主跨支座的一個改成固定鉸支座，其余兩個改成活動鉸支座，形成四跨連續(xù)梁，張拉全部剩余鋼索。 主意事項 1. 各合攏段混凝土灌注，應(yīng)選擇非溫度急劇變化日之夜間氣溫最低時進行，(由于設(shè)計中不能事先確定合攏時之溫度值，故按合攏溫度為 15℃設(shè)計)為切實保證灌注質(zhì)量，在中跨合攏段兩端截面間設(shè)鋼支撐，并于頂、底板上各張拉四根臨時鋼索，張拉力為 300kN，以鎖定合攏段兩側(cè)梁部。合攏段混凝土達 85%強度后，拆除臨時支座，放松臨時索重新張拉至設(shè)計張拉力。2. 懸灌施工時，兩端施工設(shè)備的重量要保持平衡，并注意無左右偏載，兩端澆筑混凝土進度之差不得大于 2 立方米。3. 支座形式采用盆式橡膠支座。安裝盆式橡膠支座前應(yīng)注意將支座的相對滑動面和其他部分用丙酮或酒精擦洗干凈，安裝支座標高應(yīng)符合設(shè)計要求，其四角高差不得大于 1mm，活動支座的四氟板必需擱置在盆中，使支座能充分發(fā)揮其受力和位移功能。 ，確保工程質(zhì)量和人身安全。 ，防止超過允許誤差。 ，須嚴格控制張拉應(yīng)力。 ，基礎(chǔ)應(yīng)夯實，確保牢固可靠，防止下沉變形。