预应力混凝土连续箱型截面梁桥设计

（3）施工方案：岸跨及边跨采用有支架施工，主拱圈建成后，进行进行骨架下吊篮现浇施工。
2.3.4 设计方案四
图2.4 斜拉桥布置图 单位：cm
独塔斜拉桥
（1）孔径布置：31m+31m，全长62m，双向分开车道由横隔梁连接（三车道11.75m、四车道15.25m)。桥面设有2.0%的单向横坡和1.8%的纵坡。
本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形和地质条件，确定31m+31m的形式。
3.1.2 桥梁截面形式
（1）桥梁立面图
从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面采取等高度的布置。同时，采用满堂支架施工的连续梁，等截面有利于模板的支护，便于施工。变高度与等高度相比较，等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抵抗较大的负弯矩，材料用量多。综上所述，推荐方案采用的是等截面预应力连续梁桥，其中箱梁根部梁高2m，跨中梁高2m，为等截面连续梁桥。
（3）方案一与方案二相比，一个是预应力混凝土连续梁桥，一个是预应力混凝土连续刚构桥。预应力混凝土连续梁桥结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小。
（3）桥梁的梁高
连续梁在支点和跨中的梁估算值：
根据已建成桥梁的资料分析，梁高可按下表采用：
表3-1
桥型
支点梁高 (m)
跨中梁高 (m)
等高度连续梁
H =(1/15～1/30) L常用(1/18～1/20) L
变高度(折线形)连续梁
H =(1/16～1/20) L
h =(1/22～1/28) L
变高度(曲线形)连续梁
第1章 概 述
1.1预应力混凝土连续箱型截面梁桥概述
预应力混凝土连续箱型截面梁桥以结构受力性能好、结构刚度好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本章简介其发展：由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。
（2）方案一与方案二都属于预应力混凝土梁桥，与方案三的拱桥和方案四的斜拉桥相比，他们具有很多梁桥所有的优点：
1.预应力混凝土结构，由于能够充分利用高强度材料（高强度混凝土、高强度钢筋），所以构件截面小，自重弯矩占总弯矩的比例大大下降，桥梁的跨越能力得到提高。
2.与钢筋混凝土梁桥相比，一般可以节省钢材30～40％，跨径愈大，节省愈多。
图2.2 简支梁桥布置图 单位：cm
等截面预应力简支T形梁桥
（1）孔径布置：2*31m,全长62m，宽11.75m和15.25m.桥面设有2.0％的单向横坡，1.8%的纵坡。土以及大吨位预应力体系来实现主梁的轻型化。
（3）下部构造：全桥基础均采用钻孔灌注端承桩，桥墩为圆端形实体墩。
当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在养护方面都成为一个难题；而T型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续—刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。
另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。在城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交通的分道行驶，甚至已建成不少双层桥面形式。
在我国，安全、经济、适用、耐久、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。
2.3 设计方案
2.3.1 设计方案一
图2.1连续梁桥布置图 单位：cm
等截面预应力混凝土连续梁桥
（1）孔径布置：31m+31m，全长62m，宽11.75m。箱梁根部梁高2m，跨中梁2m，从一号块到跨中按直线变化。由桥面设有2.0％的单向横坡，1.8%的纵坡，其中一侧标高高于另侧标高。
为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。对预应力的理解有三个方面：1、预加应力使混凝土由脆性材料成为弹性材料。2、预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混凝土能共同受力和工作。3、预加应力平衡了结构外荷载。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。
3.全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，即使部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝，鉴于全截面参加工作，梁的刚度就比通常开裂的钢筋混凝土梁要大。
因此，预应力梁可显著减少建筑高度，使大跨径桥梁做得轻柔美观。由于能消除裂缝，这就扩大了对多种桥型的适应性，并提高了结构的耐久性。
4. 预应力技术的采用，不但使钢桥采用的一些施工方法，如：悬臂拼装、顶推法（由钢桥的纵向拖拉施工方法演化而成）和旋转施工法在预应力混凝土梁桥中得到新的发展与应用，而且为现代预制装配式结构提供了最有效的接合和拼装手段。根据需要可在结构纵、横和竖向任意分段，施加预应力，即可集成理想的整体。此外还发展了逐段或逐孔现浇施工方法。这种分段现浇或分段预制拼装的施工方法，国外统称为节段施工法，用这种施工方法建成的预应力混凝土桥梁统称为预应力混凝土节段式桥梁。
B—桥面宽度;
AF—箱梁底板混凝土面积。
Lm—最大跨径。
箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取15~18cm，当跨度较大，跨中正弯矩较大，需要配置一定数量的钢束或钢筋时，厚度可取20~25cm。
当设有横向预应力筋时，顶板厚度须足够布置预应力筋的套管并留有混凝土的注入间隙。在结构设计时，尽可能用长悬臂或利用横向坡度和弯折预应力筋以调整板中横向弯矩。
在设计预应力连续梁桥时，技术经济指针也是一个很关键的因素，它是设计案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。
常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。从对箱形截面的受力状态分析表明，单箱双室截面受力明确，施工方便，节省材料用量。一般常用在桥宽22m以内的范围，本设计的桥面宽为11.75m（15.25m）。
图3-1支座和跨中截面尺寸 单位：cm
综上所述，根据任务书设计要求本推荐桥型方案横截面采用的是单箱双室的箱型截面。如上图：梁高200cm，上梁板长为1125cm，细部尺寸见结构详图。跨中顶板厚度取22cm，支点顶板厚度取42cm；跨中处底板厚20cm，支点处底板厚为40cm,中间底板板厚成二次抛物线性变化；跨中处腹板厚度采用47cm，支点处腹板采用70cm，中间腹板厚度采用二次抛物线性变化。
H =(1/16～1/20) L
h =(1/30～1/50) L
根据以上估算值，本推荐方案取得支点处梁高为2m，跨中梁高为2m。
3.1.3 桥梁细部尺寸
（1）顶板与底板
箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。除承受竖向荷载外，还承受轴向拉、压荷载。竖向荷载是指自重、桥面活载和施工荷载。轴向荷载是指桥跨方向上，恒、活载转换过来的轴向力以及纵向和横向的预应力荷载。因此，顶板、底板除按板的构造要求决定厚度之外，还要按桥跨方向上总弯矩决定其厚度。
2.5方案确定
综上所述，根据安全、经济、适用、美观预应力混凝土连续梁桥，最终选定为本次设计的推荐方案。
第3章 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 桥 总 体 布 置
3.1 桥型布置
本设计推荐方案采用两跨一联预应力混凝土等截面连续梁结构，桥全长62m。
3.1.1孔径布置
连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式 。以三跨连续梁为例，若为三孔等跨连续梁，其中孔跨中活载正弯矩与活载负弯矩的绝对值之和（即弯矩变化峰值）与同跨简支梁弯矩相同。如果减小边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩都将减小。一般边跨长度可取为中跨长度的（0．5～0．8）倍，这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩。但是鉴于本桥跨径小，等跨径有利于施工。
第2章方 案 比 选
2.1构思宗旨
（1）符合城市发展规划，满足交通功能需要。
（2）桥梁结构造型简洁，轻巧，反映新科技成就，体现人民智慧。
（3）设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。
（4）与高速公路的等级和周边环境相宜。
（5）学习箱型截面梁桥的设计过程和PSC截面设计过程。
2.2 比选标准
本推荐设计方案底板由支点处以二次抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处厚40cm，在跨中厚20cm.顶板厚22cm。
（2）腹板
腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设得太大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为：
从结构受力性能分析，等跨连续梁要比不等跨的连续梁差一些。但在某些条件下，特别由于施工工艺要求，也需要采用等跨布置，例如，当桥梁总长度很大，设计者决定采用顶推或先简支后连续梁施工方法时，则等跨结构受力性能较差所带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿。所以跨湖、过海湾的长桥多采用等跨连续梁的布置。
（4）施工方案：全桥采用满堂支架浇筑施工法。