预应力混凝土连续梁桥结构设计

预应力混凝土连续梁桥结构设计第一章绪论第一节桥梁设计的基本原则和要求一、使用上的要求桥梁必须适用。

要有足够的承载和泄洪能力，能保证车辆和行人的安全畅通；既满足当前的要求，又照顾今后的发展，既满足交通运输本身的需要，也要兼顾其它方面的要求；在通航河道上，应满足航运的要求；靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁还应结合有关方面的要求，考虑综合利用。

建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维护。

二、经济上的要求桥梁设计应体现经济上的合理性。

一切设计必须经过详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最小，在使用期间养护维修费用最省，并且经久耐用；另外桥梁设计还应满足快速施工的要求，缩短工期不仅能降低施工费用，面且尽早通车在运输上将带来很大的经济效益。

三、设计上的要求桥梁设计必须积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺利新的设计思想，认真研究国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成果，把国外的先进技术与我们自己的独创结合起来，保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。

四、施工上的要求桥梁结构应便于制造和安装，尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。

五、美观上的要求在满足上述要求的前提下，尽可能使桥梁具行优美的建筑外型，并与周围的景物相协调，在城市和游览地区，应更多地考虑桥梁的建筑艺术，但不可把美观片面地理解为豪华的细部装饰。

第二节计算荷载的确定桥梁承受着整个结构物的自重及所传递来的各种荷载，作用在桥梁上的计算荷载有各种不同的特性，各种荷载出现的机率也不同，因此需将作用荷载进行分类，并将实际可能同时出现的荷载组合起来，确定设计时的计算荷载。

一、作用分类与计算为了便于设计时应用，将作用在桥梁及道路构造物上的各种荷载，根据其性质分为：永久作用、可变作用和偶然作用三类。

（一）永久作用指长期作用着荷载和作用力，包括结构重力（包括结构附加重力）、预加力、土重力及土的侧压力、混凝土收缩徐变作用、水的浮力和基础变位而产生的影响力。

（二）可变作用指经常作用而作用位置可移动和量值可变化的作用力。

包括汽车荷载及其的引起的冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载、流水压力、温度作用和支座摩阻力。

（三）偶然作用偶然作用是指在特定条件下可能出现的较强大的作用，如地震作用或船只或漂浮物的撞击力和汽车的撞击作用（施工荷载也属于此类）。

二、作用效应组合原则公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。

（一）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：1、基本组合。

永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：γ0S ud =γ0(∑=mi 1γGi S Gik +γQ1S Q1k +ψc ∑=nj 2γQi S Qjk )2、偶然组合。

永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。

偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。

（二）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种作用效应组合：1、作用短期效应组合。

永久作用标准值效应与可变作用濒遇值效应相组合，其效应组合表达式为：S sd =∑=mi 1S Gik +∑=nj 2ψ1j S Qjk2、作用长期效应组合。

永久作用标准值效应与可变作用永久值效应相组合，其效应组合表达式为：S ld =∑=mi 1S Gik +∑=nj 2ψ2j S Qjk第二章整体布置预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、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。

本设计采用的是先简支后连续的施工方法，该方法是先将简支梁安装就位后，再通过张拉支座处上翼缘的负弯矩钢束，形成连续梁体系。

先简支后连续的桥梁造价低、材料省、施工简便快捷。

为了使边跨与中跨的梁高和配筋接近一致，连续梁桥各孔跨径的划分，通常按照边跨与中跨最大弯矩趋近相等来确定。

跨径布置见图示2-1：图2-1 整体布置图计算简图：图2-2 计算简图第三章设计资料及结构尺寸拟定第一节基本资料一、基本材料及特性基本材料及特性见表3-1：二、锚具及支座采用GVM15－5，GVM15－7 ，GVM15－8，GBM15－15锚具；采用GYZ375×77，GYZF250×64支座。

三、施工工艺按后张法制作主梁，预留预应力钢丝的孔道，由预埋Ф=50㎜波纹管形成。

四、设计依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004），以下简称《桥规》；《公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范》（JTG D62—2004），以下简称《公预规》；《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024－85），一下简称《公基规》。

第二节结构尺寸一、主梁间距及主梁片数主梁间距一般在1.8～2.3m，本设计选用210㎝，其横截面布置形式见图3-1：图3-1 横截面布置（单位cm）二、主梁尺寸拟定（一）梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高跨比通常为1/15~1/25，肋式截面梁常用高度一般取160～250㎝，考虑主梁的建筑高度和预应力钢筋的用量。

本设计主梁高度取用230cm. （二）梁肋及马蹄尺寸根据抗剪强度的需要和施工振捣的需要，一般梁肋厚度取15～25㎝，本设计暂定18㎝。

预应力简支T形梁的梁肋下部通常要加宽做成马蹄形，以便钢丝的布置和满足很大预压力的需要。

（三）截面沿跨长度变化本设计梁高采用等高度形式，横截面顶板厚度沿跨长不变。

梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也应布置锚具的需要，在靠近支点处腹板要加厚至马蹄同宽，加宽范围达到梁高一倍左右，本设计取200㎝。

见图3-2示：支点截面 跨中截面 三、横隔梁（板）间距为了增强主梁之间的横向连接刚度，除设置短横隔梁外，还应设置中横隔梁，间距5～10m ,本设计取边梁取6片中横隔梁，间距为7×4.543m ；中跨取7片中横隔梁，间距为8×4.85m.四、截面效率指标跨中截面几何特性可以由CAD 中面域性质可得: A=8284㎝2 质心位置（距下边缘）152㎝ I X=52604657 cm 4由此可计算出截面的效率指标ρ（希望ρ在0.4～0.55之间）为：()HK K s x +=ρ式中：K S ——上核心距离，S I S Y K A ∑I ∑=K X ——下核心距离，S I X Y K A ∑I ∑= 得： K S=X Y A I ⨯=152828452604657⨯ =41.7 K X=S Y A I ⨯=)152230(828452604657-⨯ =81.4 HK K x s +=ρ535.02304.817.41=+=<0.55表明初拟的主梁跨中截面合理。

第三节桥面铺装及防水排水系统一、桥面铺装根据文献[7]P38,桥面铺装要求有抗车辙、行车舒服、抗滑、不透水、刚度好等性能。

本设计行车道铺装采用60mm厚素混凝土铺装，之上是90mm厚沥青混凝土桥面铺装。

二、桥面纵横坡根据文献[7]P39,桥面设置纵横坡，以利雨水迅速排除，防止或减少雨水对铺装层的渗透，从而保护了行车道板，延长了桥梁的使用寿命。

本设计桥面的纵坡，做成双向纵坡，坡度为3%。

桥面的横坡取1.5%，该坡由30#素混凝土调平层控制。

三、防水层根据文献[7]P41,桥面的防水层，设置在行车道铺装层的下边，它将透过铺装层的雨水汇集到排水设备排出。

本设计防水层做法为洒布薄层沥青或改性沥青，其上撒布一层砂，经碾压形成沥青涂胶下封层。

四、桥面排水系统根据文献[7]P42,为了迅速排除桥面积水，防止雨水积滞于桥面并渗入梁体影响桥梁的耐久性，本设计采用一个完整的排水系统。

桥面每个15m设置一个泄水管，且将泄水管直接引向地面。

第四节桥梁伸缩缝根据文献[7]P43,桥梁载气温变化时，桥面有膨胀或收缩的纵向变形，车辆荷载也将引起梁端的转动和纵向位移。

为使车辆平稳通过桥面并满足桥面变形，在桥面伸缩缝处设置一定的伸缩装置。

本设计采用GP型无缝式伸缩装置，在路面铺装完成之后再用切割机器切割路面，并在起槽内注入嵌缝材料而成。

第四章桥面板的计算第一节桥面板恒载内力计算参照《公预规》4.1.1条规定，按单向板计算，内力计算以纵向梁宽为1m 的板梁计算。

计算图式如图4-1所示；图4-1 桥面板计算简图（单位m）恒载集度 g：沥青混凝土路面：g1=0.09×24×1.0=2.16kN/m混凝土垫层： g2=0.06×24×1.0=1.44kN/m翼板自重： g3=0.18×25×1.0=4.50kN/m合计： g=g1＋g2＋g3=8.10kN/mL=1.05m M sg =1/8×2gl =-1/8×8.1×1.052=－1.116kN·mQ sg =1/2×g l =－1/2×8.1×1.05=4.2525kN第二节 桥面板活载内力计算一、荷载分布宽度易知当车辆荷载作用于铰缝轴线上时为不利。

根据《公预规》4.1.3条规定，车轮着地长度： a 2=0.2m, b 2=0.6m ， 则a 1=a 2+2H=0.2+2×0.15=0.5mb 1=b 2+2H=0.6+2 × 0.15=0.9m 荷载对于悬臂根部的有效分布宽度： a= a 1+d+20l =0.5+1.4+2×1.05=4.0m由于这是汽车荷载局部加载在T 梁的翼板上，故需要考虑冲击系数，暂定1+μ=1.3二、弯矩、剪力的计算作用于每米宽板条上的弯矩为： M=-(1+μ))4(410b l a P- =-1.3×)49.005.1(442140-⨯x =-18.77kN ·m 作用于每米宽板条上的剪力为：Q=(1+a P 4)μ=1.3×442140⨯⨯=22.75kN第三节 内力组合及桥面板配筋一、荷载组合根据参考文献[2]承载能力极限状态内力组合：M ud =1.2M sg +1.4M sp =－(1.2×1.116+1.4×18.77)=27.62kN·m Q ud =1.2Q sg +1.4Q sp =1.2×4.2525+1.4×22.75=36.95kN 正常使用极限状态组合：（不考虑汽车冲击力） M sd =1.0M sg +1.0μ+1s M =－（1.0×1.116＋3.177.18）=15.55kN ·mQ sd =1.0Q sg +1.0ϖ+1s Q =4.2525+3.175.22=21.75kN 二、桥面板配筋假定保护层厚度 a s ，=35㎜有效高度 h e =h 0 -a s ， =0.280-0.035=0.245m Mud=27.62kN·m考虑到弯矩值较小可以按构造配筋 受拉钢筋5根直径为14㎜的HRB335，As=759mm 根据参考文献[19]%265.028065.145.045.0%271.028********min ===>=⨯==sd td s f f bh A ρρ 并且大于0.2%55.0041.00.14.1828000271.01=<=⨯==b c yf f εαρε，满足使用条件 )041.05.01(28010004.180.1)5.01(2201⨯-⨯⨯⨯=-=εαbh f M c u =1412kN ·m> Mud=27.62kN·m 承载力满足要求，间距为200㎜，也满足要求 抗剪验算：（厚板的计算公式）Vu=0.7βh f tb bh 0=0.7×1.65×1000×280=323.4×103 N=323.4kN> Q 0=36.95 kN 满足抗剪要求。