预应力混凝土连续刚构桥

第一章 结构设计

本章主要介绍如何进行结构设计。结构设计应包括上部结构设计和下部结构设计。上部结构设计的主要内容有：截面尺寸的拟定，内力计算（包括恒载内力、活载内力和内力组合，内力包络图的绘制），配筋设计，施工阶段和使用阶段的应力验算，最终承载力极限状态强度验算、刚度验算，预拱度设置等。下部结构设计的主要内容为桥墩（台）的设计计算。

1.1设计资料

1.1.1 方案简述

本设计采用主桥?55?120?55?m预应力混凝土连续刚构体系。具体尺寸为跨中截面梁高2.4m,是主跨径的150；主墩顶梁高6.0m，是主跨径的

120。采用双薄壁桥墩，壁厚为1.5m，墩高为35m。 1.1.2 设计依据 1. 主要技术指标资料

a.跨径：120m (此为桥墩中距)。 b.桥面净宽：净?14?2?1.75m。

c.技术标准：设计荷载为公路-I级；环境标准为I类环境；设计安全等级为二级。

d.相关参数：体系均匀升温15?C和降温20?C，按规范同时考虑均匀升

kN/m，单侧防撞栏为降温、不均匀温差；人行栏杆每侧重量分别为1.57.0kN/m，桥面铺装采用8cm厚防水混凝土?8cm厚沥青混凝土,沥青混凝土

3重按23kN/m计，预应力混凝土结构重度按26kN/m3计，混凝土重度按

25kN/m3计。 2. 材料规格

a.上部结构混凝土：C55。C55混凝土强度指标： 抗压强度设计值fcd?24.4MPa， 抗拉强度设计值fsd?1.89MPa，

4弹性模量Ec?3.55?10MPa。

b.桥面铺装及下部结构混凝土：C30。C30混凝土强度指标： 抗压强度设计值fcd?13.8MPa， 抗拉强度设计值fsd?1.39MPa，

4弹性模量Ec?3.0?10MPa。

1

c.预应力钢筋采用标准强度为1860MPa的?j15.24低松弛钢绞线，张拉控制应力取为0.75fpk，预应力筋的锚固方式为群锚，按后张法施工。强度指标为：

抗拉强度标准值 fpk?1860MPa， 抗拉强度设计值 fpd?1260MPa，

4弹性模量Ec?1.95?10MPa。

d.普通钢筋采用HRB400钢筋。其强度指标为： 抗拉强度设计值 fsd?330MPa，

5弹性模量Ec?2.0?10MPa，

箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为 抗拉强度设计值fsd?280MPa，

5弹性模量Ec?2.0?10MPa。

3. 设计依据

a.JTG D60?2004《公路桥涵设计通用规范》。

b.JTG D60?2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》。

1.2 上部构造主梁细部尺寸

1.2.1 主梁尺寸拟定

根据已成桥资料及《桥梁设计常用数据手册》、《桥梁工程》有关连续刚构截面形式及尺寸的相关内容，拟订主梁尺寸如下：

采用单箱单室主梁截面，箱顶宽17.5m，底面宽9.5m。

变截面梁墩顶处梁高与最大跨径的关系：梁高为?118?122?L，取

L20，即h1?12020?6.0m 取6.0m。

变截面梁跨中处梁高与最大跨径的关系：梁高为?150?160?L，取

L50，即h2?12050?2.4m 取2.4m。

梁底纵向变化曲线可以是抛物线、正弦曲线、三次曲线、圆弧线及曲线选，为使线形圆顺，本设计采用抛物线。主跨以跨中梁顶为原点，曲线

x2?2.4方程为：h?0.00111。顶板厚取28cm，跨中处底板厚40cm，根部顶

板厚28cm，根部底板厚120cm，以便布置预应力束，箱梁底板上缘所在曲线也为二次抛物线，抛物线方程为h?0.00089x2?1.9。边跨以边跨支点处的梁顶为原点，曲线方程为h?0.00133x2?2.4，箱梁底板上缘曲线方程为

h?0.00107x2?1.9。

主跨腹板变化形式为,从根部90cm厚均匀变化到14跨75cm厚，从14跨到跨中腹板厚均为75cm。边跨腹板变化形式同主跨。

2

在墩顶设置2块横隔板，边跨端部设一块横隔板，共6块横隔板，厚度均为1m。其根部、跨中及边跨截面如图所示：

图1.1 墩顶截面图

20282230×304007590×30757034090×30400950

图1.2 主跨1/4跨截面图

20284007590×3090×30240227540050950

图1.3 主跨1/2跨截面图

20284007590×3090×30240227540050950

图1.4 边跨悬臂端截面图

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1.2.2 截面特性及单元重量计算结果表

表1-1 单元数量列表

左梁单元号 高 1（边跨横隔板） 2.40 2（边跨） 7（边跨L/4） 2.40 2.56 25.4 13.0 13.4 15.5 19.5 24.8 57.6 20.7 16.6 14.1 13.0 左面积 重 661 338 350 404 508 646 1500 538 431 366 338 高 2.40 2.41 2.62 3.36 4.63 6.00 6.00 4.55 3.4 2.69 2.40 25.4 13.0 13.6 16.0 20.3 25.4 57.6 20.0 16.1 13.8 13.0 左单位右梁右面积 重 661 339 354 416 528 660 1500 520 419 360 338 661 677 704 820 1040 653 748 1060 850 726 677 右单位单元重量 14（边跨L/2） 3.23 21（边跨3L/4） 4.42 27（根部） 5.86 29（根部横隔板） 6.00 42(主跨L/8) 4.75 49（主跨L/4） 3.54 56（主跨3L/8） 2.76 64（跨中） 2.40 注：以上表中所列仅为桥梁左半部分。

第二章 荷载内力计算

内力分析采用了《桥梁博士》软件进行内力分析计算。该软件系统的编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现代计算机技术对结构进行计算。

2.1 建模及数据输入

2.1.1 单元划分

根据现在施工能力及结构要求，全桥共分200个单元，201个截面。具体划分为：边跨分为27个单元，按1m?25?2m?1m划分；桥墩顶处划分为

8个单元，按0.25m?2?0.5m?2?1.75m?2?0.5m?0.25m划分；桥墩顶至跨

中划分为29个单元，按1m?28?2m划分；每根墩柱分为18个单元，竖向按

1m?17?2m划分。具体划分情况计算简图：

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图2.1 计算简图

图2.2 全桥立体模型图

2.1.2 全桥施工阶段的划分

为了方便全桥的施工,特用程序将划分的梁的单元的截面特性计算出来，具体结果见下表：

图2.3 控制截面分布图 表2-1 控制截面几何信息

节点 2（边跨） 14（边跨L/2） 21（边跨3L/4） 28（根部） 42(主跨L/8) 49(主跨L/4） 65（跨中） EC?MPa? 3.55e04 3.55e04 3.55e04 3.55e04 3.55e04 3.55e04 3.55e04 A?m2? 13.0 15.5 19.5 25.4 20.7 16.6 13.0 5

I?m4? 10.89 24.09 55.33 125.31 67.13 30.69 10.89 H?m? 2.40 3.23 4.42 6.00 4.75 3.54 2.40 ys?m? 1.098 1.589 2.329 3.328 2.542 1.779 1.098