第三章结构初步设计典尚设计.doc

中 南 大 学 毕 业 论 文（设计）第三章 结构的初步设计3.1主梁尺寸的拟定预应力混凝土连续梁以受力体系来分，有等截面、变截面连续梁桥、桁架连续梁桥，连续-刚构梁桥及V形墩连续梁桥等其中等截面及变截面是目前我国预应力混凝土连续梁桥采用最多的截面形式等截面连续梁一般适应以下情况：① 跨径一般为40～60m（国外也有达到80m跨径者）,构造简单，施工快捷的连续梁② 桥的立面布置以等跨径为宜，也可以不等跨布置，边跨与中跨之比不应小于0.6，高跨比一般为1/15～1/25 ③ 适应于支架施工、逐跨架设施工、移动模架施工及顶推施工等而变截面梁主要适用于大跨径预应力混凝土连续梁桥，本设计选用变截面预应力混凝土连续梁梁底立面曲线可采用圆弧线、二次抛物线及折线等，除外形高度变化外，为满足梁内各截面受力要求，还可将截面的底板、顶板和腹板改变厚度在本设计中梁底立面曲线选用抛物线形，底板采用变厚度在孔径布置方面，边跨与总跨之比一般为0.5～0.8，当边跨与中跨之比小于0.3时，边孔桥台支座要做成拉压式，以承受负反力其跨径布置为70m+112m+70m，右边与两跨24m的简支梁相连，边孔与中孔跨径之比为0.63。

变高度梁的梁高与最大跨径之比，在跨中截面一般为1/30～1/50，支点截面可选用1/15～1/20，在本设计，跨中截面出梁高为3.0m，支座处梁高为6.0m预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，一般应根据桥梁的跨径、宽度、梁高、支撑形式、总体布置和施工方法等方面综合确定合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能是十分重要的目前预应力连续梁桥横截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面，其中，板式、肋梁式截面构造简单、施工方便；而箱形截面具有良好的抗弯和抗扭性能，是预应力混凝土连续梁桥的主要截面形式本设计选用分离式单箱双室的箱形截面一、 梁高 顶板厚 底板厚在连续梁桥中，箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度一般为根部梁高的1/10～1/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内；跨中底板厚度一般为200～250㎜，以满足跨中正负弯矩变化及板内配置预应力钢筋与普通钢筋的要求在本设计中支座处的底板厚为60cm，跨中处底板厚为30cm，在支座与跨中间按抛物线形变化，坐标系建在支点梁底，则梁高和梁底曲线形的抛物线方程为：梁高：（cm） 底板厚：（㎝）。

在确定箱形截面顶板厚度时一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩的要求；满足布置纵向预应力钢筋的要求在配筋的混凝土桥面板中，顶板的厚度与腹板间距可参考下表：表3-1 腹板和顶板参考尺寸腹板间距（m）3.55.07.0顶板厚度（㎜）180～200200～250280～300 二、 悬臂板长度 腹板厚 箱梁截面顶板两侧挑出的悬臂板（翼板）长度也是调节顶板内弯矩的重要因素，一般可取悬臂板长度为腹板间距之半当配置横向预应力筋时，悬臂板应尽量外伸本设计中悬臂板长度取为2.0m箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力在预应力连续梁桥中，弯束对荷载剪力的抵消使梁内剪应力和主拉应力较小；在变高度连续梁桥中截面高度的变化也可减小主应力值因此，除上述受力因素外，考虑预应力钢筋布置及混凝土浇注后的箱梁腹板最小值一般为：腹板内无预应力束管道布置时可采用200㎜；腹板内有预应力管道布置时可采用250～300㎜；腹板内有预应力束锚固时采用350㎜在大跨径预应力混凝土连续箱梁中，腹板宽度宜从跨中向支点逐渐加宽，以承受支点处较大剪力，一般采用300～800㎜，也有达到1m左右者本设计中顶板厚度取300㎜，腹板厚度在跨中处各处宽均为400㎜，在支座处两侧宽度为600㎜，中间腹板宽度为400mm。

箱梁截面尺寸如下图所示：图3-1 连续梁支点截面尺寸图（单位：cm）图3-2 连续梁跨中截面尺寸图 （单位：cm）3.2基本材料的选用一、 钢筋预应力混凝土桥梁用的钢材就其使用状况可分为非预应力钢材和预应力钢材两大类前者与钢筋混凝土桥梁的钢材完全一样；目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝、钢绞线和高强粗钢筋三大类按照《桥规》第2.2.1条规定，预应力混凝土构件中的预应力钢筋宜采用冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级钢筋、冷拉5号钢筋、热处理钢筋（V级钢筋）、冷拔低炭钢丝、碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线在本设计中，预应力钢筋均采用12–7φ5的低松弛钢绞线，其标准强度R=1860Mpa，张拉控制应力=0.75=1395Mpa，两端“双控”张拉，张拉时混凝土强度要达到80%的设计强度，普通钢筋采用Ⅱ级钢筋二、混凝土混凝土的标号是混凝土强度的主要标志它决定混凝土的其它物理力学性能选用合适的混凝土标号除根据结构构造特征外，还需与钢材的级别相适应，由于预应力钢材的强度均较高，所以一般均选用较高标号的混凝土这不仅会减小结构混凝土的用量、减轻自重，且因高标号混凝土比较密致，徐变较小，也有利于减小应力损失。

《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》规定：公路桥梁预应力混凝土构件的混凝土标号不宜低于C30，主要承重构件用碳素钢丝、钢绞线的构件不宜低于C40本设计上部结构采用的混凝土标号为C50，下部结构采用C25三、锚具预应力结构成败的关键是混凝土内部必须具有永久存在的预应力在先张法构件中主要依靠混凝土与预应力钢材间的握裹力来产生这种永存预应力大量的后张法构件在预制时都是通过采用可靠的锚夹具使结构产生预应力由于受到自身结构和构造特征的限制，预应力混凝土连续梁桥的绝大多数是采用后张法施工的因此，选用一种锚固性能良好、成本低廉、使用简便且又与预应力混凝土连续梁桥修建工艺相适应的锚固体系是很重要的对锚具的基本要求是：锚固可靠，预应力损失小施工方便，成本低廉，机具简单，且与预应力混凝土连续梁梁桥施工工艺相适应本设计选用的锚具为：HVM15—12锚具，其锚垫板尺寸为270㎜×270㎜160㎜，波纹管的直径为92㎜3.3 施工方法的选择一、施工方法的选定不同的施工方法适应于不同的桥梁形式，不同的施工方法在施工各阶段的内力也不同，有时结构的控制设汁出现在施工阶段设计与施工时不能也无法截然分开的，结构设计必须考虑施工的方法、施工内力与变形，而施工方法的选择应符合设计的要求。

我国建造的预应力混凝土连续梁桥的施工方法很多，常用的施工方法有：支架就地浇注施工、悬臂施工、逐孔施工和顶推施工等与变截面连续梁最匹配的施工方法为悬臂施工法，悬臂施工法是从桥墩开始对称地、不断悬出接长的施工方法悬臂施工通常分为悬臂浇注和悬臂拼装，悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋，移动机具，模板继续施工悬臂拼装法则是将预制节段快件，从桥墩两侧依次对称安装节段，张拉预应力筋，使得悬臂不断接长，直至合拢而悬臂浇注按施工受力图式又分为挂蓝悬臂施工和桁式吊悬臂施工之分挂蓝悬臂施工是在桥墩的两侧对称逐段浇注混凝土、张拉预应力钢筋、移动挂蓝、立模绑扎钢筋等循环连续施工，直至和拢形成连续梁桥，该方法是国内外大跨径连续梁桥的主要施工方法之一本设计选择挂蓝悬臂施工梁体每2~4米分为一个节段，以挂篮为施工机具，从桥墩开始对称伸臂逐段现场浇筑混凝土挂篮通常由承重梁、悬吊模板、锚固装置、行车系统和工作平台几部分组成承重梁是挂篮的主要受力构件，可以采用钢板梁、工型钢、万能杆件组拼的桁架或斜拉体系等，它承受施工设各和新浇节段混凝土的重量并有支座和锚固装置将荷载传递到己施工完成的粱身上，当后支座的锚固能力不够，并考虑行走的稳定，常采用在尾端压重的措施。

本桥采用桁架式挂篮二、施工流程 在施工中，架设模板，安装钢筋、浇筑混凝土和张拉等全部工作均在挂篮平台上进行当该节段的全部施工完成后，由行走系统将挂篮向前移动，动力采用绞车牵引挂篮的主要功能是：支撑梁段模板，调整正确位置，调运材料、机具，浇筑混凝土和在桂篮上张拉预应力筋在施工桥墩顶部的0号块一同浇筑，支撑这部分施工重量采用三角托架，由于桥墩比较高，可在墩中设置预埋件支撑或悬吊式施工托架悬臂浇筑施工的钢筋加工，混凝土拌制和运输问题都需要周密计划，尽量缩短运输路线，方便施工本桥采用的路线是将预制加工场没置在桥头，当悬臂施工为合拢而路线不通时，可通过简易支架或吊装设备进行水平运输合拢段的施工是悬臂施工的关键在合拢段的施工过程中，由于昼夜温度变化、新浇筑混凝土的早期收缩、己完成结构-混凝土的收缩、徐变、新浇筑混凝土的水化热影响、结构体系的变化以及施工荷载等因素对尚未达劲强度的合拢段混凝-土的质量有直接'影响对于大跨度和多跨一联的连续梁桥，合拢段的长度在满足施工要求的前提下，应尽量缩短，这样在构造处理上比较方便，一般取2~4m，本桥采用3m、3.5m、4m几种不同长度节段另外，为了保证结构按没计要求合拢，避免在合拢过程中的不利因素，增强合拢段的刚度，采用加强普通钢筋的配置，或配有一定数量的劲性型钢，目的是在合拢段混凝土施工过程中可传递内力，并保持合拢段两侧梁体的连续性。

本桥第一施工段的施工周期为28天，其余均采用7天加快施工进程的主要关键在于混凝土早期强度的快速增长，减少混凝土的养生时间，这是现场浇筑施工中存在的共同性问题其施工程序为：第一步：首先从中跨的A、B墩同时开始进行悬臂施工第二步：两岸边跨同时合拢，A、B墩处的临时固结释放，形成单悬臂梁第三步：AB跨中段进行合拢，形成三跨连续梁挂蓝悬臂施工的流程图如下：图3-3 悬臂施工法的流程图三、注意事项挂蓝悬浇过程中难免要出现不平衡弯矩，为此，需采用必要的措施来承受这些不平衡弯矩目前常用的措施有：① 加临时锚固，采用预应力双排锚杆将墩、梁临时固结通常锚杆的下端预埋在墩内，锚杆从混凝土中穿过并锚在梁顶锚杆的数量由施工弯矩计算而定为便于拆除，在临时支座间设置20㎜厚的硫磺沙浆夹层，并在临时支承附近布设千斤顶，以便于施工中的微调这种方法构造简单，制作、拆卸方便② 在墩旁设置临时支架，采取上一种措施后，如果桥墩太高、悬臂太长，不足以承受不平衡弯矩时，可在墩单侧或两侧设置支架和临时固结共同承受施工弯矩，当临时支承可能出现拉应力时，应设置抗拉设施需要指出的是，随悬臂施工进程，如遇单孔合拢并张拉锚固预应力筋后，应立即拆除上述临时措施。

采用挂蓝悬臂浇注施工不需大量施工支架和大型临时设备，不占用很大的预制场地，逐段浇筑，易于调整和控制梁段的位置，且整体性好，不影响桥下通航、通车，不受季节、洪水影响，不受跨数限制，各段施工属严密的重复作业，需要施工人员少，工作效率高，桥梁施工受力状态与运营受力状态基本相近，与顶推法相比，不因施工而增加过多的材料，但悬臂施工法中梁体部分不能与墩柱平行施工，施工周期较长;而且悬臂浇筑的混凝土加载龄期短，混凝土收缩和徐变影响较大体系转换次数较多，施工线形及合拢技术要求较高第 ７ 页 。