75m+140m+75m预应力钢筋混凝土连续箱梁项目可行性研究报告 108页

'75m+140m+75m预应力钢筋混凝土连续箱梁第一章概述1.1设计题目75m+140m+75m预应力钢筋混凝土连续箱梁。1.2工程概况青银高速公路济南黄河大桥位于山东省济南市北部，是国道主干线青岛—银川(也是济南北绕城高速公路)跨越黄河的一座特大桥，同时也是京沪高速公路复线(山东段)的关键工程之一。大桥起点桩号K11+624.48终点桩号K16+097.52，桥梁全长4473.04米，分别包括南侧堤外引桥(9*30+8*30+6*45+6*45m)、南侧跨大堤大桥(75+140+75m)、南侧河滩引桥(6*45+6*45m)、主桥(60+60+160+386m)、北侧河滩引桥(5*46+5*46m)、北侧跨大堤大桥(75+140+75m)、北侧堤外引桥(6*45+6*45+7*30+6*30m)1.3设计内容南侧跨大堤大桥施工图设计。1.4主要工程技术标准(1)公路等级：双向八车道高速公路(2)设计速度：120公里/小时(3)标准路基宽度：42米(4)桥梁宽度：40.5米，上、下行两幅(5)最大纵坡：≯2﹪(6)桥涵设计汽车荷载：公路-Ⅰ级(7)黄河设计防洪流量：11000洪流量：11000(8)黄河航道等级：Ⅳ级航道(9)最高通航流量9000(10)设计风速：10米高处10分钟平均最大风速28.6m/s(11)地震动峰值加速度：0.05g其余技术指标均按照部颁《公路工程技术标准》（JTGBO1-2003）规定值和本项目工程可行性研究报告批复要求。107 1.5气象条件拟建桥位地处山东半岛中部腹地，位于我国东部暖温带亚湿润大陆性季风气候区，受海洋气候影响较少，区域内具有明显的大陆性气候待征，一年四季分明，春季气温回升快，风多雨少，气候干燥；夏季高温多雨，雨量充沛集中，雨热同期，常有大风暴雨、冰雹、雷击等灾害性天气，冬季寒冷干燥，雨雪量减少。1.4.1气温：年平均气温在13.0℃～13.6℃，一月份平均气温最低，为-4℃，七月份平均气温最高，为27.5℃,极端最低气温出现在1972年2月7日，达-14.9℃,极端高温出现在2002年7月15日，达42℃。1.4.2降水：历年平均降水量为650毫米，区域降水受季风影响明显，，降水量分布不均匀，年际、年内变幅大，降水主要集中在6-8月份，占全年降水的75﹪以上。1.4.3风：冬季盛行西北风、北风、东北风，夏季盛行西南、南和东南风，春秋两季是过渡季节，风向多变。大风全年各月均有出现，4月份最多，8、9月最少，全年平均大风天数22.6天，桥位处百年一遇风速为28.9m/s,风压为0.6KN/㎡1.4.4霜冻：历年平均初霜期为10月27日。最早出现在10月3日(1956年)，最晚在11月10日(1965年)；平均终霜冻期为4月13日、最早在3月27日(1977年)，最晚在5月4日(1961年)；平均无霜期198天。历年最大冻土深度44厘米1.4.5湿度：桥位所处区域属亚湿润地带，年平均相对湿度64～68﹪，1964年最大为76%。全年8月份较大，月平均80.14﹪,1974年8月达86﹪.2月较少，月平均60﹪,1977年2月仅38﹪。1.4.6灾害性气候：桥位处灾害性气候主要有：暴雨、冰雹、雷暴、雾等，暴雨出现在每年的5～9月，4月偶有暴雨出现，7、8月出现的次数最多，历年平均达2.7天。冰雹最早出现在4月，最晚出现在10月，集中出现在4～8月，6月份最多，历年平均冰雹日数0.5天。雷暴最早出现在3月，最晚出现在11月，集中出现在6～8月，历年年平均雷暴日数24天；雾全年各月均月出现，10月至次年2月最多，3～6月较少，历年年平均雾日数18.2天1.6堤防工程的设计标准根据国家《堤防工程设计规范》、黄河水利委员会《黄河下游防洪工程标准》、《黄河下游标准化堤防建设标准若干规定》以及相关规划，河务部门要求：堤防标准为Ⅰ级，顶宽设计标准为12米，设计超高2.1米，临、背河边坡为1：3，淤背区设计宽度100米，边坡1：3，高度与设计洪水位平。107 1.7　地震　　　地震危险性分析的结果表明，工程场地平均土条件下的地震基本烈度为Ⅵ度。各个年超越概率水平下均土条件的地震烈度和水平向基岩加速度峰值计算值（单位为）见下表1－1。桥位年超越概率水平0.0020.0010.002加速度峰值（Amax）史家坞桥位40.956.5112.5烈度Ⅰ史家坞桥位6.2（Ⅵ）6.5（Ⅵ）7.0（Ⅶ）　　　　　　　　　　　表1－11.8区域地质概况　　　场区位于鲁西北帚状构造之济阳拗陷带南侧，与鲁西隆起区之泰山－沂山隆起毗连。两者在地貌上构成南部剥蚀中低山与北部沉积平原接壤，在构造上地部则为产状平缓的寒武奥陶系山脉与北部隐伏的石炭二迭系阶梯状断层斜坡带相连。鲁西隆起区与济阳拗陷这两大构造单元在中生代以前是连在一起的，没有经受过强烈的构造运动，只是局部地区表现为平缓的上升或下降，从中生代燕山运动起，断裂高度发育，两者分化、脱节，鲁西帚状构造强烈凹陷，接受了数百米到一、二千米的第三、四系沉积。而泰山－沂山相对隆起塑造了南部山区与北部平原直接接壤的景观。受区域地质控制，场区下伏基岩为石炭、二迭系沉积岩与燕山期辉长岩［闪光岩接触带上，其上为厚约一百米至数百米的新生界沉积。桥址附近第四系埋深推估在200米左右。1.9场地地层情况及工程物理力学性质指标本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下26层⑴层亚砂土：黄褐色，饱和，松散～稍密，夹薄层亚粘土。场区分布，厚度为0.8－18.85m，平均17.47m;层底埋深：2.20－5.80m,平均4.44m。其物理力学指标值为：ω=26.1﹪;γ=19.40;e=0.572;C=30.8;φ=19.9；=0.72；=11.86Mpa。⑴－1层耕植土：黄褐色，很湿，由亚砂土组成，见根系及云母。场区普遍分布，厚度：0.8－4.3m，平均0.82m;层底标高:19.31－21.83m;平均21.03m;层底埋深：0.30－1.70m，平均0.82m⑴－2层亚粘土、粘土：黄褐色，湿，软塑，含较多粉粒。场区普遍分布，厚度：1.00－3.15m，平均1.88m;层底标高：15.70－18.56m;平均16.85m，层底埋深：2.90－6.65m；平均5.03m。其物理力学指标值为：ω=33.1﹪;γ=18.6;e=0.915;C=27.2;φ=10.1；=0.62；=5.2Mpa。107 ⑴层粉细砂：黄褐、灰黄色，饱和，松散。见锈斑，含云母振动析水，夹薄层亚粘土及亚砂土。场区普遍分布，厚度：1.55－4.30m，平均2.81m;层底标高：9.55－14.46m，平均12.79m；层底埋深7.80－12.30m，平均9.10m⑵-1层亚砂土：黄褐色～灰褐色，软～可塑，稍密，见锈斑，少量云母，夹薄层粉细砂。厚度：1.20-5.80m平均2.7m，层底标高8.95-15.66m,平均12.23m；层底埋深：5.70-13.30m，平均9.73m。其物理力学指标值为：ω=24.5﹪;γ=19.7;e=0.697;C=36.0;φ=25.4；=0.56；=9.44Mpa。⑵-2层亚砂土：浅黄褐色～灰褐色，软～硬塑，夹薄层淤泥质土，厚度：0.6-2.70m，平均1.78m；层底标高12.96-15.84m，平均14.58m,层底埋深5.90-8.40m，平均6.73m,其物理力学指标值为：ω=31.8﹪;γ=18.9;e=0.864;C=27.5;φ=12.20；=0.66；=7.21Mpa。⑵-3层亚砂土：灰黑色，软～硬塑，极少量姜石直径5-13厘米，含少量有机质及铁锰氧化物。厚度：1.30-4.90m，平均2.93m；层底标高10.33-12.95m，平均11.52m,层底埋深9.30-12.00m，平均10.53m,其物理力学指标值为：ω=29.9﹪;γ=19.1;e=0.821;C=31.1;φ=11.2；=0.36；=6.08Mpa。⑶层亚粘土：灰黑色，黄棕色～灰绿色，软～硬塑，少量云母及小姜石，局部含有机质及生物贝壳。场区普遍分布，厚度3.90-8.9m,平均6.40m；层底标高1.43-6.54m，平均4.43m,层底埋深15.20-20.90m，平均17.42m,其物理力学指标值为：ω=22.6﹪;γ=20.3;e=0.597;=0.46；C=37.5;φ=12.0；=5.98Mpa。⑶-1层亚砂土：棕黄色夹灰绿色，湿～饱和，软～硬塑，厚度0.50-0.50m,平均0.50m；层底标高10.44-10.44m，平均10.44m,层底埋深11.30-11.30m，平均11.30m,⑷层亚粘土，可～硬塑，含少量云母及少量小姜石，局部含有铁锰氧化物。场区普遍分布，厚度3.80-8.2m,平均6.57m；层底标高-5.77-1.74m，平均-2.14m,层底埋深20.00-28.10m，平均23.99m,其物理力学指标值为：ω=21.3﹪;γ=20.3e=0.577;=0.33；C=44.0;φ=14.2；=7.12Mpa。⑷-1层亚砂土，棕黄色，灰黄色，湿～饱和，松散～稍密，软塑，厚度2.5-2.5m,平均2.5m；层底标高-0.76--0.76m，平均-0.76m,层底埋深22.50-22.50m，平均22.50m,其物理力学指标值为：ω=23.3﹪;γ=20.2e=0.612;=0.63；C=39.7;φ=2.9；=4.97Mpa。⑸层亚砂土：黄褐色，饱和，中密，相变粉砂，含零星姜石，直径5～20mm。场区普遍分布，厚度:0.50～4.80m,平均2.22m；层底标高-6.59～-2.26m，平均-4.64m,层底埋深24.00-28.70m，平均26.49m,其物理力学指标值为：ω=20.3﹪;γ=20.3e=0.562;=0.36；C=40.8;φ=26.2；=10.20Mpa。107 ⑸-1层粉砂：黄褐色，饱和，中密，少量云母。厚度：1.10～1.60m,平均1.43m；层底标高-5.51～-3.86m，平均-4.87m,层底埋深25.60～27.50m，平均26.67m,其物理力学指标值为：ω=20.0﹪;γ=20.23；e=0.551;=0.35；C=33.8;φ=20.9；=10.98Mpa。⑸-2层亚粘土：黄褐色，硬塑，少量云母，极少量姜石。厚度：0.90～1.50m,平均1.20m；层底标高-4.64～-4.41m，平均-4.53m,层底埋深25.80～26.00m，平均25.9m。⑥层亚粘土：黄褐色夹白色，可塑～半坚硬，极少量云母5%，底部混约30%姜石，局部含少量砂粒。场区普遍分布，。厚度：9.70～14.70m,平均13.23m；层底标高-20.79～-17.87m，平均-19.11m,层底埋深40.20～41.80m，平均40.96m,其物理力学指标值为：ω=23.9﹪;γ=19.9；e=0.663;=0.21；C=62.6;φ=10.6；=7.34Mpa。⑹-1层弱胶结姜石层：褐黄色杂色，硬塑，钙质胶结，取芯短柱状，力学性质偏软。厚度：1.10～1.10m,平均1.10m；层底标高-17.59m,层底埋深38.3m。⑥-2层亚砂土：锈黄色，饱和，中密，夹菁层中粗砂。场区普遍分布同，厚度：1.50～1.80m,平均1.65m；层底标高-9.97～-6.06m,平均-8.02m，38.3m。层底埋深27.80～32.30m，平均30.05m。⑺黄褐色～黄棕色，硬～半坚硬，含15%姜石。场区普遍分布，厚度：4.50～7.80m,平均5.90m；层底标高-25.67～-24.24m,平均-25.01m。层底埋深45.60～48.00m，平均46.86m。其物理力学指标值为：ω=24.6﹪;γ=19.7；e=0.686;=0.24；C=67.5;φ=11.8；=7.68Mpa。⑧层弱胶结姜石层：黄褐色，岩芯呈柱状，采取率80%，钙质泥胶结，呈透镜体状分布。场区普遍分布，厚度：0.40～1.30m,平均0.68m；层底标高-25.89～-25.26m,平均-25.60m。层底埋深46.60～48.10m，平均47.37m。⑻层亚粘土：黄棕色，硬塑～半坚硬，含少量姜石，局部富集，直径5～25mm，含铁锰质钙核。场区普遍分布。厚度：3.45～16.20m,平均12.58m；层底标高-40.01～-29.34m，平均-38.26m,层底埋深50.05～62.40m，平均60.11m,其物理力学指标值为：ω=23.3﹪;γ=19.9；e=0.653;=0.25；C=73.2;φ=15.0；=8.37Mpa。⑼-1层弱胶结姜石层：黄褐色，坚硬，钙质泥质胶结，局部呈来粘土状，取芯呈柱状，厚度：0.40～0.55m,平均0.49m；层底标高-37.71～-28.84m,平均-32.28m。层底埋深51.10～59.10m，平均54.19m。⑩层亚粘土：黄棕色～黄棕色，硬～半坚硬，少量云母及姜石，场区普遍分布。厚度：3.20～14.70m,平均10.57m；层底标高-53.95～-42.74m，平均-50.18m,层底埋深65.00～76.20m，平均72.18m,其物理力学指标值为：ω=23.8﹪;γ=19.8；e=0.667;=0.20；C=83;φ=14.3；=10.41Mpa。⑽-1层姜石层：黄褐色，坚硬，钙质泥质胶结，取芯短柱状。场区普遍分布，厚度：0.50～1.45m，平均0.82m；层底标高：-53.35～-41.67m，平均-45.89m,层底埋深64.00～75.60m，平均68.20m。⑾层亚粘土：棕黄色，杂色，硬塑～半坚硬，含少量姜石，粒径5～20mm，集部富集含量大于50%.场区普遍分布。厚度：4.60～9.50m,平均6.92m；层底标高-61.64～-57.55m，平均-59.39m,层底埋深79.90～83.00m，平均81.43m,其物理力学指标值为：107 ω=22.0﹪;γ=20.0；e=0.623;=0.11；C=76.0;φ=14.9；=8.97Mpa。⑿层亚粘土：褐黄色，灰绿色，棕黄色，稍湿，硬塑，含姜石及铁锰结核。场区普遍分布。厚度：3.50～6.10m,平均4.55m；层底标高-66.64～-63.27m，平均-64.76m,层底埋深85.60～88.00m，平均86.68m,其物理力学指标值为：ω=23.8﹪;γ=19.5；e=0.696;=0.10；C=86.10;φ=18.0；=9.56Mpa。⒀层亚粘土：黄褐色，棕黄色，稍湿，夹姜石层，局部富集并胶结。该层未穿透，厚度大于9.40m.其物理力学指标值为：ω=23.1﹪;γ=19.7；e=0.669;=0.12；C=90.60;φ=17.70；=9.83Mpa。层号岩性(Kpa)(Kpa)层号岩性(Kpa)(Kpa)⑴亚砂土90～10030～35⑸-2亚粘土20055⑴-1耕土8020⑹亚粘土180～22050～60⑴-2亚粘土100～11030～35⑹-1姜石28065⑵粉细砂100～11030～35⑹-2亚砂土18055⑵-1亚砂土95～10035～38⑺亚粘土200～22055～60⑵-2亚粘土110～12035～38⑻姜石32075⑵-3淤泥质亚粘土12038⑼亚粘土220～24060～65⑶亚粘土120～16038～50⑼-1姜石28065⑶-1亚砂土11038⑽亚粘土220～24060～65⑷亚粘土140～20045～55⑽-1姜石32075⑷-1亚砂土16045⑾亚粘土240～26060～65⑸亚砂土160～18050～55⑿亚粘土240～26065～68⑸-1粉砂14048⒀亚粘土240～26065～70表1－2107 1.10勘察工作内容和工程量工作量统计表工作项目单位数量备注钻探m/孔3926.76/38泥浆护壁平面地质调查Km21.51:2000采取原状土样件2374土工实验件2226静三轴实验组18标准贯入实验次468固结系数试验件447渗透系数试验个15膨胀土试验个47颗粒分析试验个151绘制工程纵断面图张1绘制工程地质平面图张1绘制钻孔地质柱状图孔6编写工程地质勘察报告份1表　1－3勘察所依据的规程、规范和规定为：1）《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)2)《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）4)《公路路基设计规范》（JTJ013-95）5）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）107 6)《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）第2章方案比选2.1桥梁设计原则桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。2.1.1　适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2.1.2　舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。2.1.3经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。2.1.4先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。2.1.5美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。107 2.2　桥型方案比选2.2.1　梁桥图2－1梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；8）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。2.2.2拱桥107 　　　　　　　　　　　　　　　图2－2拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载q的作用下，简直梁的跨中弯矩为qL2/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。由于场区所建位置地质情况是软土地基，故不考虑此桥型。2.2.3梁拱组合桥　　　　　　　　　　　　　　　图2－3软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力。这类桥梁不仅技术经济指标先进、造价低廉，同时桥型美观，反映出力与美的统一、结构形式与环境的和谐，增加了城市的景观。2.2.4斜拉桥107 　　　　　　　　　　　　　　图2－4斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁，现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过他们。斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直接锚于主梁上，称自锚体系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索，它通过吊索吊住加劲梁，索两端锚于地面，称地锚体系。斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑。目前我国跨堤大桥及城市高架桥结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确，受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。连续梁结构与同等跨度的简支梁相比，可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，桥上无缝钢轨因温度变化而产生的水平力很大，使得梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。考虑到该场区的地质条件，综合考虑，采用连续梁结构作为跨越大堤区间的标准型式。2.3桥孔分跨107 连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造，力学要求，美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的0.5—0.8倍，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系，对于采用现场浇筑的桥梁，边跨长度取为中跨长度的0.8倍是经济合理的。但是若采用悬臂施工法，则不然。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为：(75m+140m+75m)米。基本符合以上原理要求。2.4主梁截面形式梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。简支组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。但从桥下看,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。但桥面板需现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变形大，对于无缝线路整体道床轨道结构形式来说，存在着后期维修养护工作量大的缺点。槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状,景观效果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，设计时其帽梁也须设计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。相比之下，箱型梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。因此，结合工程特点和施工条件，选择连续箱型梁。2.5主梁截面尺寸2.5.1立截面107 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。但是，在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁，由于施工的需要，一般采用等高度梁。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，但是其优点是结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、施工方便。一般用于如下情况：（1）桥梁为中等跨径，以40—60米为主。采用等截面布置使桥梁构造简单，施工迅速。由于跨径不大，梁的各截面内力差异不大，可采用构造措施予以调节。（2）等截面布置以等跨布置为宜，由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时，也以等截面为宜。（3）采用有支架施工，逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采用等截面布置。双层桥梁在无需做大跨径的情况下，选用等截面布置可使结构构造简化。结合以上的叙述，所以本设计中采用中跨采用悬臂施工，边跨采用满堂支架施工方法。2.5.2横截面梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外，箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。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。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是，由框架分析可知：两者对顶板厚度的影响显著不同，双室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别减少70%和50%。由于双室式腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力数值不大，且布束容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。2.5..3　梁高根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/40—1/50之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。107 连续梁在支点和跨中的梁估算值：等高度梁：H=（～）l，常用H=（～）l变高度（曲线）梁：支点处：H=（～）l，跨中H=（～）l变高度（直线）梁：支点处：H=（～）l，跨中H=（～）l而此设计采用变高度的直线梁，支点处梁高为8米，跨中梁高为3米。2.6主梁细部尺寸2.6.1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。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，墩顶处底板为梁高的1/10-1/12，跨中处底板一般为200-250mm。底板厚最小应有120mm。箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。本设计中采用双面配筋，且底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处设计为实心箱型截面,在跨中厚30cm.顶板厚30cm。2.6.2腹板和其它细部结构（1）箱梁腹板厚度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：①腹板内无预应力筋时，采用200mm。②腹板内有预应力筋管道时，采用250—300mm。③腹板内有锚头时，采用250—300mm。大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用300—600mm，甚至可达到1m左右。本设计支座处腹板厚取80cm.，跨中腹板厚取60cm。（2）梗腋107 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的形式一般为1：2、1：1、1：3、1：4等。梗腋的作用是：提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转剪应力和畸变应力。此外，梗腋使力线过渡比较平缓，减弱了应力的集中程度。本设计中，根据箱室的外形设置了宽250mm，长750m的梗腋（3）横隔梁横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。（4）本设计标准中支点横截面及跨中横截面示意图如图2－5、2－6所示：（单位为cm）　　图2-5：中支点截面107 　　　图2-6：跨中截面2.7桥墩方案比选桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和单薄壁桥墩。重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，适用于地基良好的桥梁。重力式桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，街面尺寸及体积较大，外形粗壮，很少应用于城市桥梁。空心桥墩适用于桥长而谷深的桥梁，这样可减少很大的圬工。柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好。轻型桥墩适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长不大于20m）的公路桥梁。轻型桥墩可减少圬工材料，获得较好的经济效益。在地质不良地段、路基稳定不能保证时，不宜采用轻型桥墩。单薄壁墩适合于上部结构复杂，对下部结构要求较高，恒载较大的桥梁。由上面的解释可知，单薄壁墩是最合适的墩型，与跨大堤桥的要求非常吻合。107 图2－7：桥墩立面　　　图2－8：桥墩侧面第三章上部结构设计与模型建立3.1主要工程技术标准（1）公路等级：双向四车道一级公路（2）设计时速：120公里/小时（3）桥梁宽度：19.55米（4）（桥面）横坡：1.5%（5）桥涵设计汽车荷载（6）设计风速：平均最大风速28.6米/秒（7）地震动峰值加速度：0.05g3.2设计规范与技术标准《公路工程技术标准》（JTGBO1-2003）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）107 《公路圬工桥涵设计规范》（JTJD61-2005）《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）上述规范被列入《工程建设标准强制性条文》的条款在设计中均严格执行!3.3主要材料（1）混凝土箱梁C50混凝土跨铁路墩身C40混凝土承台C30混凝土钻孔灌注桩C30混凝土（2）普通钢筋采用R235，HRB335，HRB400级钢筋和钢筋焊网（3）预应力钢筋低松弛高强度预应力钢绞线，单根钢绞线直径d=15.2mm，钢绞线面积，钢绞线标准强度，弹性模量。3.4设计要点3.4.1计算软件采用MIDAS/CIVIL进行上部结构计算3.4.2计算荷载及荷载组合1）恒载：一期恒载包括主梁，横梁等自重，主梁自重按实际段面计，二期横载包括桥面铺装，内外侧护栏等。2）活载：公路一级3）温度：体系升温20度，降温20度，主梁上下缘温差按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）取值4）基础不均与沉降5）风荷载：施工阶段取V=20.8m/s,运营阶段去设计风速V=28.6m/s6）荷载组合：恒载+公路I级恒载+公路I级+其他可变荷载（支座沉降等）3.4.3结构设计1）主梁细部尺寸主梁采用单箱单室断面，根部梁高8.0m，跨中梁高3.0m107 ,梁底曲线按1.6次抛物线变化，箱梁顶板宽度19.55m，底板宽度9.75m,悬臂长度4.9m,悬臂板根部厚90cm,端部厚20cm,箱梁内顶板厚30cm,底板厚30—100cm,0号块局部加厚至180cm,腹板厚60—80cm.2)桥墩连续墩采用矩形薄壁墩，平面尺寸9.75*4m3)承台与基础连续墩采用2m钻孔灌注桩，每墩十二根，按摩擦桩设计。承台平面采用梯台形式。下部尺寸18.5m*13.4m,上部尺寸11.75*6m,厚2.5+1.5m.3.4.4主梁单元划分与施工阶段划分（相同）本桥主梁共设置90个单元，单悬臂单元划分为：（墩顶0号块）5.5+4×2.5+7×3+8×4+1.5（合拢段）边跨现浇段为4.85单元编号从左至右1-903.5上部结构模型建立使用MIDAS/CIVIL对上部结构进行模型建立过程如下：3.5.1　进入MIDAS／CIVIL主程序，选取并进入所需类型程序，并选另一名称保存！如图3－1所示107 　　　　　　　　　　　　　　图3－1　　　3.5.2输入材料信息如图3－2、3－3　　　　　　图3－2　　　　　　　　　　　　　　　　　图3－33．5．3输入截面尺寸信息如图3－4、3－5。107 　　　　　　图3－4　　　　　　　　　　　　　　　　图3－53．5．4使用结构建模助手建立模型如图3－6、3－7　　　　　　　图3－6　　　　　　　　　　　　　　　　图3－73.5.5使用建模助手输入预应力钢束。如图3－8、3－9。107 　　　　　　图3－8　　　　　　　　　　　　　　　　图3－9预应力钢束的锚固点位置　　　　　　　　　　　图3－10107 3.5.6建模助手信息输入完毕后，模型基本建立。1）基本模型如图3－10。　　　　　　　　　　　　　图3－10　2）预应力钢束分布如图3－11。　　　　　　　　　　　　　　图3－113.5.7　体系转换由建模助用建立出来的模型为刚构体系，尚须进行体系转换1）将原来的弹性连接改为临时固结2）定义一个边界组名称为体系改换。如图3－12　　　　　　　　　　　　　　　　图3－12107 3）将两桥墩顶点处两节点处设置两个支座。如图3－13　　　　　　　　　　　　　　　　图3－134)定义一个施工阶段并命名为体系转换245)在该施工阶段里，将临时固结边界组钝化，将体系转化边界组激活。如图3－14。　　　　　　　　　　　　　图3－143.5.8定义二期荷载（桥面铺装+护栏）107 1）定义一个荷载组命名为二期荷载，如图3－15　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3－152）对各梁单元进行二期荷载的加载，如图3－16　　　　　　　　　　　　　　　　图3－161）定义一个施工阶段命名为二期荷载25。2）在该施工阶段里，将二期荷载组激活，如图3－17　　　　　　　　　　　　　　　　图3－173.5．9混凝土徐变与收缩定义连接及修改107 1）时间依存性材料的定义，如图3－18、图3－19　　　　图3－18　　　　　　　　　　　　　　　　图3－192）时间依存性材料的连接，如图3－203修改单元的材料时间依存特性，如图3－21　　　图3－20　　　　　　　　　　　　　　　　　图3－213.5.10移动荷载定义与布置107 1）车道荷载与车辆荷载的定义，如图3－22、图3－23图3－22　　　　　　　　　　　　　　　图3－232）车道与车辆荷载的加载，如图3－24、图3－25　　　　　　图3－24　　　　　　　　　　　　　　　　图3－253）定义一个移动荷载工况，如图3－25、图3－26。107 其移动荷载布载完毕。　　　　　　图3－24　　　　　　　　　　　　　　　图3－253.5.11PSC钢筋的输入1)纵向钢筋的输入，如图3－26　　　　　　　　　　　　　　图3－262）抗剪钢筋的输入如图3－27107 　　　　　　　　　　　图3－273.5.12　通过上述步骤模型建立完毕，运行分析，如图3－28　　　　　　　　　　　　图3－28　　　　　　　第四章　上部结构内力计算与分析107 主梁的内力计算可分为施工和设计内力计算两部分。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载，如施工机具设备（支架、张拉设备等）、模板、施工人员等引起的内力，主要供施工阶段验算用。设计内力是强度验算及配筋设计的依据主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力Sg1和二期恒载（如铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力Sg2。主梁的自重内力计算方法可分为两类：在施工过程中结构不发生体系转换,如在满堂支架现浇等。如果主梁为等截面，可按均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算；在施工过程中有结构体系转换时，应该分阶段计算内力。4.1施工阶段内力计算怀分析4.1.1悬臂现浇施工段的内力计算：先在施工0号块临时固结使之成为T型刚构。然后再在该段内拼装挂篮及模板此时结构体系为静定体系，外荷载为梁体自重Q和挂篮重量P，及现浇段的混凝土湿重，其弯矩图为悬臂梁弯矩图。本设计取挂篮重量为100吨（包括模板重量）。在MIDAS/CIVIL的模型中，前20个施工阶段为双悬臂阶段，其中第20个施工阶段达到最大悬臂，此时0号块也将产生最大负弯矩和最大剪力。桥梁内力图和0号块上下缘应力图如图4－1。　　　　　　　　　　　　　　　　图4－14.1.2边跨合拢段施工时的恒载107 边跨合拢后，由于边跨挂篮的拆除，及0号块临时固结的解除，结构体系将发生一定的变化，此时相当于结构体系在边跨外加一个向上的挂篮荷载。此时内力图，如图4－2。　　　　　　　　　　　　　　图4－24.1..3中跨合拢段中跨合拢段浇注完毕后体系变为超静定结构此时内力图如图4－3　　　　　　　　　　　　　　图4-34.1.4二期恒载施工段107 二期恒载主要是包括桥面铺装（１０cm厚C40桥面现浇层＋FYF(1)三层涂料防水层10cm厚沥青混凝土）和护栏。取3.5。此时桥梁内力图，如图4－4图4－4各施工阶段内的弯矩值如表4－1　　　　位置施工阶段零号块My()中跨My（）边跨My（）20（最大悬壁段）-1.1860021（边跨合拢段）-1.19105.52823（中跨合拢段）-1.21102.4225（二期恒载段）-1.25306.353　　　　　　　　　表4－14.2设计阶段内力计算取荷载组合gLCB1进行计算gLCB1=1.2(cD)+1.2(cTS)+1.0(cCR)+1.0(cSH)注：cD：恒荷载　　　　　　　　　　cTS：钢束二次　　　　　　cCR：徐变二次　　　　　　　　　cSH：收缩二次　设计阶段内力计算（取本桥一半单元进行计算）其结果见表4-2　　　单元荷载位置轴向剪力-y剪力-z扭矩弯矩-y弯矩-z107 (kN)(kN)(kN)(kN*m)(kN*m)(kN*m)1gLCB1I[1]0.130.47-4742.751.39001gLCB1J[2]0.130.47-2309.21.3917100.97-2.262gLCB1I[2]1.420.47-2309.21.417100.97-2.262gLCB1J[3]1.420.47-1556.551.420000.28-2.963gLCB1I[3]3.040.47-1556.551.420000.28-2.963gLCB1J[4]3.040.47450.51.422212.39-4.824gLCB1I[4]0.330.54450.51.4122212.39-2.074gLCB1J[5]-6.920.542465.881.4116385.18-4.255gLCB1I[5]-24.90.552465.761.4616385.18-3.845gLCB1J[6]-45.030.554507.11.462450.57-6.066gLCB1I[6]-81.320.64506.61.512450.57-5.716gLCB1J[7]-115.120.66592.721.51-19733.4-8.127gLCB1I[7]-157.950.556591.831.56-19733.4-7.737gLCB1J[8]-206.690.558741.791.56-50384.7-9.938gLCB1I[8]-262.480.568740.291.64-50384.7-9.538gLCB1J[9]-327.920.5610973.391.64-89798.6-11.769gLCB1I[9]-400.390.5610970.981.73-89798.6-11.399gLCB1J[10]-484.730.5613306.771.73-138349-13.6410gLCB1I[10]-574.671.1313303.181.86-138349-13.2910gLCB1J[11]-680.541.1315761.421.86-196488-17.8111gLCB1I[11]-765.940.5415757.491.96-196488-15.1811gLCB1J[12]-861.30.5417692.981.96-246702-16.8112gLCB1I[12]-950.330.5517688.412.06-246702-16.4412gLCB1J[13]-1060.950.5519712.522.06-302861-18.0913gLCB1I[13]-1162.360.5619706.82.18-302861-17.7413gLCB1J[14]-1289.790.5621828.112.18-365246-19.4114gLCB1I[14]-1404.591.4321821.022.44-365246-19.0714gLCB1J[15]-1550.541.4324048.192.44-434165-23.3615gLCB1I[15]-1677.781.4324039.642.59-434165-20.4515gLCB1J[16]-1844.051.4326381.382.59-509951-24.7516gLCB1I[16]-1984.171.4226371.212.75-509951-21.8516gLCB1J[17]-2172.711.4228836.292.75-592964-26.1317gLCB1I[17]-2326.791.4128824.262.91-592964-23.2817gLCB1J[18]-2539.661.4131421.532.91-683593-27.5218gLCB1I[18]-26910.4731408.932.8-683593-27.5218gLCB1J[19]-2888.550.4733680.522.8-765232-28.6919gLCB1I[19]-3033.180.4733667.82.93-765232-28.6819gLCB1J[20]-3250.480.4736042.562.93-852701-29.85　　　　　　　　　　　　表4－2单元荷载位置轴向(kN)剪力-y(kN)剪力-z(kN)扭矩(kN*m)弯矩-y(kN*m)弯矩-z(kN*m)107 20gLCB1I[20]-3406.540.4736028.143.06-852701-29.8420gLCB1J[21]-36450.4738511.273.06-946268-31.0121gLCB1I[21]-3810.310.4738495.273.2-946268-30.9921gLCB1J[22]-4071.370.4741092.023.2-1046214-32.1622gLCB1I[22]-4324.410.4741066.193.41-1046214-32.1422gLCB1J[23]-4730.790.4744903.213.41-1197422-33.7823gLCB1I[23]1.440.4745151.760.14-1197422-33.9523gLCB1J[24]1.440.4749988.530.14-1292562-34.8924gLCB1I[24]1.551.05-51998.70.29-129256231.5524gLCB1J[25]1.551.05-47161.90.29-119340229.4525gLCB1I[25]-4938.261.05-46902.62.8-119340229.3225gLCB1J[26]-4531.881.05-43065.62.8-103515825.6226gLCB1I[26]-4265.881.05-43092.72.63-103515825.6426gLCB1J[27]-4004.821.05-404962.63-93018722.9927gLCB1I[27]-3830.681.05-40512.82.53-9301872327gLCB1J[28]-3592.231.05-38029.72.53-83159420.3628gLCB1I[28]-3427.321.05-38044.92.44-83159420.3728gLCB1J[29]-3210.021.05-35670.22.44-73910017.7329gLCB1I[29]-3078.121.05-35681.82.35-73910017.7529gLCB1J[30]-2880.631.05-334112.35-65243515.1130gLCB1I[30]-2717.130.06-33424.72.04-65243515.1430gLCB1J[31]-2504.260.06-30827.52.04-55577314.9631gLCB1I[31]-2339.81-0.02-30840.41.95-55577311.9931gLCB1J[32]-2151.27-0.02-28375.31.95-46672712.0332gLCB1I[32]-1999.120.91-28386.42.11-46672711.8232gLCB1J[33]-1832.850.91-26044.72.11-3849089.0933gLCB1I[33]-1693.970.94-26054.12.09-3849088.8733gLCB1J[34]-1548.020.94-238272.09-3099566.0534gLCB1I[34]-1421.60.93-23834.82.08-3099565.9134gLCB1J[35]-1294.160.93-21713.52.08-2415383.1135gLCB1I[35]-1167.150.94-21720.82.08-2415382.8135gLCB1J[36]-1056.540.94-19696.62.08-179345-0.0136gLCB1I[36]-957.50.94-19701.72.11-179345-0.1836gLCB1J[37]-862.140.94-17766.22.11-123098-2.9937gLCB1I[37]-766.090.93-17770.62.16-123098-3.1537gLCB1J[38]-660.220.93-15312.42.16-56915.3-6.8638gLCB1I[38]-554.030.93-15316.62.24-56915.3-7.1238gLCB1J[39]-469.70.93-12980.82.24-321.03-10.84　　　　　　　　　　　　　　　　　　表4－2107 单元荷载位置轴向(kN)剪力-y(kN)剪力-z(kN)扭矩(kN*m)弯矩-y(kN*m)弯矩-z(kN*m)39gLCB1I[39]-383.20.91-12983.72.35-321.03-11.2239gLCB1J[40]-317.750.91-10750.62.3547137.06-14.8840gLCB1I[40]-248.350.92-10752.42.4947137.06-15.2840gLCB1J[41]-199.60.92-8602.432.4985832.53-18.9841gLCB1I[41]-145.420.94-8603.522.6485832.53-19.441gLCB1J[42]-111.630.94-6517.42.64116060.6-23.1642gLCB1I[42]-66.21.01-6518.032.79116060.6-23.6342gLCB1J[43]-46.071.01-4476.692.79138039.4-27.6843gLCB1I[43]-17.130.99-4476.892.97138039.4-28.0843gLCB1J[44]-9.880.99-2461.522.97151910.8-32.0544gLCB1I[44]-0.41.05-2461.543.1151910.8-32.4144gLCB1J[45]-0.41.05-454.493.1157742.8-36.6245gLCB1I[45]-0.011.05-454.493.09157742.8-36.7445gLCB1J[46]-0.011.05298.163.09157860.1-38.32表4－24.3　设计阶段内力分析在该荷载组合下其桥梁内力弯矩图My如图4－5　　　　　　　　　　　　图4－5107 在该荷载组合下其桥梁内力剪力图如图4－6　　　　　　　　　　　　图4－6在该荷载组合下桥梁内力组合应力图，如图4－7　　　　　　　　　　　　　图4－7107 在该荷载组合下，梁单元内力弯矩图My，如图4－8　　　　　　　　　　图4－8在该荷载组合下，梁单元内力剪力图Fz如图4－9　　　　　　　　　　图4－9在该荷载组合下，梁单元组合应力图，如图4－10　　　　　　　　　　图4－10在该荷载作用下的梁应力(psc)图，如图4－11　　　　　　　　　　　图4－11107 在该荷载组合下，梁单元位移变形图，如图4－12　　　　　　　　　　图4－12由分析结果表明，最大位移发生在第7节点上Dz=0.1372m,Ry=0.0051在该荷载组合下，各支座的反力，如,4－13　　　　　　　　　　　图4－13支座反力结果见表4－3反力位置支座10-0.4664742.75-0.47500支座20-0.586101987.2-2.3410-66.44支座3-0.0211.549103142.2-4.5270-78.523支座40-0.4974184.91.77100刚性连接1234008.381.621.64刚性连接223400-8.9-6.73.6　　　　　　　　　　　　　表4－3107 梁单元细部内力分析，如图4－14　　　　　　　　　　　　　图4－144.4活载内力计算4.4.1　变截面连续箱梁的汽车荷载内力分析较复杂，故一般采取近似计算的方法。目前可通过以下两种方法处理：（1）先应用平面杆系有限元法的计算程序和其中的影响线加载法功能来完成各个节点截面的内力分析，然后对不同的梁段乘以计入了不同截面横向分布影响的增大系数ξ，一般称为内力增大系数法。（2）工程上有时为了简化分析和偏于安全考虑，直接用增大系数中的最大者遍乘车辆轴重，再输入到程序的数据文件中，所得的结果便是所要求的设计内力，一般将这种方法成为和在增大系数法。由此可见，不论哪种方法，都需预先计算出考虑和在横向分布影响的增大系数值。4.4.2　增大系数ξi的确定107 式中ξ——荷载（内力）增大系数n——所布置的车道数b——两侧腹板的中距e——加载的偏心距——各跨跨中在单位力作用下的平均挠度——各跨在单位扭矩作用下的平均转角几点说明：（1）不论是求算中间跨还是边跨的增大系数时，荷载作用的截面均取所求桥跨得跨中。（2）按上式求得的增大系数只适用于修正相应跨的正弯矩区的内力值，对于各中间跨跨中增大系数的较大者。（3）如果按上式求得的增大系数用于荷载增大系数的话，则汽车荷载计算一般式为增大系数取各跨中的较大者，注意：现行《公路桥涵设计通用规范》还规定，对于多跨连续结构，当桥梁的计算跨径大于150m时，整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减，而变成下式：式中——桥梁纵向折减系数4.4.3　汽车荷载冲击系数的计算《通用规范》规定：钢桥、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥、圬工拱桥上部结构和钢支座板式橡胶支座、盆式橡胶支座应计算汽车冲击作用。冲击系数可按下式计算当f<1.5Hz时，=0.1767lnf-0.0157当1.5Hz2×165=330KN桥墩恒重：=9.75×4.00×10.00×25.00=9750KN风力：=0.60×9.75×4.00=23.4KN墩底的轴向力N=Nmax+=52600+9750=62350KN水平力对墩底的弯矩M=H×（c+L）+×L/2=534.166×(0.15+10)+23.4×10/2107 =5538.78KN/m承台横重==（18.5×13.4+1/3×1.5/(18.5-13.4)×(×13.4-×6）×25=22452.59KN承台底受轴向力为：=N+=62350+22452.59=84802.59KN承台底受水平力为=H+=534.166+23.4=557.566KN承台底弯矩为：=M+（H+）×h=5538.78+(534.166+23.4)×4=7769.04KN.m10.3　桥墩正截面受压承载力计算10.3.1基本数据混凝土强度等级C40，=18.4N/mm2钢筋为HRB400级，=330MP,轴向压力设计值：N=62530kN2截面：矩形:b=9750mm,h=4000mm，L＝10000mm面积：39000000mm2　截面最小回转半径:i=1154.70mm，构件计算长度l0=0.7×L=7000mm10.3.2确定稳定性系数=7000/4000=1.758查表得=1.00010.3.3计算纵向钢筋截面面积由得:=(62530×1000/(0.9×1.000)-18.4×39000000.00×0.8)/330.00=-1529097.6mm210.3.4验算最小配筋率：ρ=-1529097.6/39000000.00=-3.92%<ρmin=0.50%所以不满足要求!107 取:As=ρmin×A=0.50%×39000000.00=195000.00mm210.3.5　钢筋选用:13930@70+13930@70(As=196532mm2)。实际配筋率=196532/39000000=0.504%箍筋选用10，根据构造要求，箍筋间距S应满足：S=20015d=15×20=300mm,且S=400mm.故选用S=200mm10.4桥墩偏心受压计算10.4.1已知计算数据混凝土强度等级C40，fc=19.1N/mm2受拉钢筋为HRB400级，fy=360N/mm2,受压钢筋为HRB400级f"y=360N/mm2,弯矩设计值：M=5538.78kN.m,轴向压力设计值：N=62530kN截面：矩形:b=9750mm,h=4000mm，面积：39000000mm2，构件计算长度l0=7000mm10.4.2求初始偏心距ei即ei=e0+ea:e0=M/N=5538780000.00/62530000=88.58mm取ea=133.33mm依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第7.3.3条ei=55.40+133.33=221.91mm(3)计算偏心距增大系数：η:ξ1=0.5fcA/N=0.5×19.1×39000000.00/62530=2.33>1，故:ξ1=1.00由于l0/h=1.75<15故取ξ2=1.00=1.0010.4.3判断大，小偏心受压Nb=α1fcbh0ξb107 =1.00×19.1×9750.00×3920.00×0.518=378141036.00N≥N=62530000N故，按大偏心计算10.4.4求纵向钢筋面积AS和AS"x=N/(α1fcb)=62530000.00/(1.00×19.1×9750.00)=335.77mm≥2αS"=160mme=ηei+0.5h-αs=1.00×221.91+0.5×4000.00-80.00=2141.91mm=[62530000×2108.73-1.00×19.1×9750×335.77×(3920-0.5×335.77)]/[360.00×(3920-80)]=-141174.39mm2<ρminbh=97500.00mm2故取As=95550.00mm2受压钢筋选用:13630@120(As=96145mm2)。受拉钢筋选用:13630@120(As"=96145mm2)。10.5　矩形截面偏心压弯构件斜截面受剪计算10.5.1已知计算数据偏心受压构件计算截面的剪跨比λ=1.276，剪力设计值V=557566N，箍筋选用335级，箍筋最小配筋率0.115%10.5.2验算截面限制条件0.25βcfcbh0=0.25×1×19.1×9750×3920=182500500N0.25βcfcbh0≥V=557566N，所以截面尺寸满足要求!10.5.3验算是否按计算配置箍筋依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第7.5.12条　　0.3fcA=0.3×19.1×39000000=223470000N>N=62530000N1.75ftbh0/(λ+1)+0.07N=1.75×1.71×9750×3920/(1.276+1)+0.07×223470000=65894811.25N≥V=557566N已满足抗剪要求，只需按构造配箍筋!107 10.6桥墩裂缝宽度计算10.6.1已知计算数据混凝土强度等级C40，轴心抗拉强度标准值ftk=2.39N/mm2钢筋为HRB400级，其弹性模量Es=2×105,受拉钢筋面积As=98266mm2混凝土保护层厚度c=65mm，受拉区纵向钢筋的等效直径deq=30mm构件截面：矩形:b=9750mm,h=4000mm，面积：39000000mm2，构件受力特征系数αcr=2.1标准组合计算的轴心力值Nk=62530kN,弯矩值Mk=5538.78kN.m受拉钢筋合力点到受拉边缘距离αs=80mm，受压钢筋合力点到受压边缘距离α"s=80mm。《公路钢筋混凝土和预应力桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中的裂缝宽度计算规定如下：对圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其最大裂缝宽度可按下列公式计算：式中：Ns——为按照短期荷载效应组合计算的轴向力（N）；C1——钢筋表面形状系数；C2——作用长期效应影响系数,；——为截面受拉区最外缘钢筋应力；d——纵向钢筋直径；——界面配筋率,；C——混凝土保护层厚度；——使用阶段的偏心矩增大系数；——边长为150CM混凝土立方体抗压强度标准值；107 ——构件截面纵向钢筋所在的圆周半径；——构件的设计长度；=5538780000/62530000=88.57mm=1+(7000/4000)2/(4000×88.57/3920)=1.03=1.00×88.57+0.5×4000.00-80.00=2008.57mm=(9750.00-9750.00)×0.2×3920.00/(9750.00×3920.00)=0.00mm=[0.87-0.12×(1-0.00)×(3920/1975)2]×3920=1558.02mm=62530000×(2008.57-1558.02)/(98266×1558.02)=184.02N/mm210.6.2最大裂缝计算wmax＝0.0197mm裂缝宽度允许值为0.2mm，满足规范要求。107 第十一章桩基结构设计与计算11．1设计依据11．1．1单桩轴向受压容许承载力理论钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力计算：式中：U——桩的周长（m），若无实测资料，成孔直径可以按照下列规定采用旋转钻：按照钻头直径增大30-50mm；冲击钻：按照钻头直径增大50-100mm；冲转钻：按照钻头直径增大100-200mm；——桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度（m）；——第i层土对桩壁的极限摩阻力（KPa）；——考虑桩入土长度影响的修正系数；——考虑孔底沉淀影响的清空系数；A——桩底截面面积，一般采用设计直径；h——桩底的埋置深度，一般由冲刷线算起；——桩底处土的容许承载力（KPa）；——桩底以上土的容重，多层土时按换算容重计算；——地基土容许承载力随深度的修正系数；注：应以最大冲刷线以下桩重的一半作为外荷载计算。107 表11-1钻孔桩桩侧土的极限摩阻力值土类极限摩阻力土类极限摩阻力回填的中密炉渣、粉煤灰40-60硬塑亚粘土、亚砂土35-85流塑粘土、亚粘土、亚砂土20-30粉砂、细砂35-55软塑粘土30-50中砂40-60硬塑粘土50-80粗砂、砾砂60-140硬粘土80-120砾石（圆砾、角砾）120-180软塑亚粘土、亚砂土35-55碎石、卵石160-400表11-2值h/d4-2020-25〉25透水性土0.700.70~0.850.85不透水性土0.650.65~0.720.72表11-3值t/d>0.60.6~0.30.3~0.1m0见注释0.25~0.700.70~1.00注：桩底反力按沉淀土=50~100KPa计算，沉淀过厚，应对桩的承载力进行鉴定。11．1．2桩长计算理论用确定单桩容许承载力的《公桥基规》经验公式初步反算桩长，该桩埋入最大冲刷线以下深度为h,一般冲刷线以下深度为h3107 11．2地质水文资料见表11-4层名称(Kpa)(Kpa)H(m)m（MN/m4）γ（kN/m3）亚砂土953017．47516粉细砂105302．811017亚粘土140406．41519亚粘土160506．572019亚砂土170502．222518亚粘土2006013．232020姜石3207512．583020亚粘土23064——3020表11-4地基容许承载力σ0=1000kPa无冲刷。11.3荷载=84802.59KN=7769.04KN/m=557.566KN11.4桩布置桩基础采用高桩承台式摩擦桩，群桩布置。根据施工条件，拟采用直径d=2.0m以冲抓锥施工。群桩布置经初步计算拟采用12根灌注桩，3行4列。11.5桩长计算公式：，其中：Ｕ=π×2.15=6.75m=h=524.1+84.3+256+337.5+111+793.8+943.5+64h-3921.92=64h-871.72λ=0.7，m0=0.8,K2=10,[σ0]=1000kPa，γ2=11.63kN/m3（已扣除浮力），τ=64kPa107 =420.5h-1797.155/12=求得h=21.09m11.6桩的内力及位移计算11.6.1桩的计算宽度b1b1=kf·k0·k·d(或b)式中：b(或d)—与外力Ｈ作用方向相垂直平面上桩的宽度（或直径）Ｋf—形状换算系数，即在受力方向将各种截面形状的桩宽度乘以Ｋf换算为相当于矩形截面宽度。Ｋ0—受力换算系数，即考虑到实际上桩侧土在承受水平荷载时为空间受力问题，简化为平面受力时所给的修正系数Ｋ—桩间的相互影响系数。其中：L1=4.0m，h1=3(d+1)=9m,n=3,b`=0.5L1<0.6h111.6.2桩的变形系数α107 桩长h=21.09，可按弹性桩计算11.6.3桩顶刚度系数的计算按桩中心距计算面积，故取11.6.4计算承台底面原点处位移a0,b0,β0107 11.6.5计算作用在每根装顶上的作用力11.6.7计算单桩在最大冲刷线以下深度z处桩截面上的弯矩Ｍｚ及水平应力σｚｘ无量纲数及由附表查得，值计算列表如下：∵∴无论桩底支撑情况如何，均可采用的计算公式进行计算107 其结果见表11-50.210.140.09962.997413.10704925.1175938.22460.420.240.196960.9980625.9193308.0412333.96050.840.440.377390.9861749.6633304.3715354.03481.260.640.529380.9586169.66469295.8654365.53011.680.840.645610.9132484.96018281.8624366.82262.1140.723050.8508995.15103262.6187357.76972.521.240.761830.77415100.2544238.9337339.1882.941.440.764980.68694100.6689212.0172312.6863.361.640.737340.5937397.03155183.2488280.28043.781.840.684880.4988990.12798153.9774244.10544.2240.614130.4065880.81751125.4869206.30444.622.240.53160.3202569.9568398.84196168.79885.042.440.443340.2426258.342174.88224133.22435.462.640.354580.1754646.6615854.15397100.81565.882.840.269960.1197935.5258636.9719972.497846.3340.193050.0759525.4047523.4412148.845967.353.540.050810.013546.6864314.17898610.865428.4440.000050.000090.006580.0277780.034357表11-5桩身水平力：无量纲系数Ａｘ，Ｂｘ由基础工程教材附表1.4查得σzx值计算结果如表11-6ＡｘＢｘ+0.210.12.278731.4509469.68817104.0693173.757517.375750.420.22.117791.2908864.766392.58894157.355231.471050.840.41.802731.0006455.1311371.77134126.902550.760991.470.71.360240.6388541.5988945.821887.4206961.19448107 1.890.91.093610.4448133.444831.9041965.34958.81412.311.10.854410.2860626.1295820.5177846.6473651.31213.151.50.466140.0628814.25554.51009618.765628.14844.220.14696-0.075724.494334-5.43105-0.93672-1.873436.33-0.08741-0.09471-2.67317-6.79312-9.46629-28.39898.44-0.10788-0.01487-3.29919-1.06656-4.36575-17.463表11-611.6.8桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷线处水平位移和转角x0和φ011.6.9桩身材料截面强度验算：验算最大弯矩（z=1.68m处）截面强度，该处弯矩、Mz=366.8226。确定计算轴向力时恒载安全系数为1.2，活载为1.4，计算轴向力Nj为：桩内竖向钢筋按含筋率0.4%配置现选用34根φ22[一级钢筋]fsd=280MPa桩身混凝土标号为C30，取保护层厚度ag=0.08m。抗压强度设计值fcd=13.8MPa由于桩底为非岩性土107 偏心距增大系数：107 所以桩身材料足够安全，桩身裂缝宽度不进行计算。第十二章　施工组织设计施工组织设计主要包括：施工组织机构及工期安排，机械、人员安排施工工艺及方案，重点工程施工措施，质量控制办法和措施，工程进度保证措施，质量、安全保证体系，环保、文明施工措施，最后是施工组织的概算及预算。这里只介绍其中一些流程图107 12.1施工质量控制程序图开工开工报告审批检查施工准备检查分项工程质量控制检查工序质量控制检查分步工程验收质量控制检查骏工验收检查交工手续、验算不合格107 不合格安全保证体系不合格不合格不合格不合格　　　　　　　　　　　　　　图12－112.2安全控制网络图群众监督思想工作生产指挥技术安全安全工作目标安全生产管理安全监理部门专业安全检查保证体系现场控制人的意识与行为控制兼职安全员责任制联保互保责任制班组班前安全交底安全技术劳动保护现场作业现场保护107 　　　　　　　　　　　　　图12－212.3桥梁承台、墩台施工工艺流程图场地平整施工放样砼养护砼浇筑钢筋加工砼运输试件制作底模安装绑扎钢筋砼拌合107 　　　　　　　　　　图12－312.4　钢筋砼钻孔灌注桩施工工艺流程图平整场地107 桩位放样制作护筒埋设护筒钻机就位制作钻头测量钻孔深度、斜度、直径向钻孔注清水或泥浆钻进至设计深度制作钢筋骨架清孔运输吊装钢筋骨架制作导管设立钢筋骨架测量淤泥厚度试拼装检验导管设立导管输送砼灌注水下砼制备砼拔导管砼试验拆除护筒混凝土养生　　　　　　　　　　　　　　图12－412.5　墩柱施工工艺流程图施工准备107 绑扎钢筋笼↓测量放样与墩柱接触面凿毛调整基础面上钢筋安装墩柱钢筋制作安装模板安装墩柱模板浇筑混凝土混凝土拌和运输养生压试块拆除模板交验后进行下一工序　　　　　　　　　　　图12－512.6　箱梁悬臂现浇施工工艺流程图107 　　　　　　　　　　　　　　　　图12－6107 12.7伸缩缝安装施工工艺流程图桥面铺装划线割线破除伸缩缝处的砼清洗接缝处碎料安堵梁缝间泡板调整预理筋伸缩缝吊装就位调整伸缩缝高程锚固伸缩缝解开锁定浇筑混凝土伸缩缝进场验收预埋伸缩缝联结钢筋检查调整伸缩缝纵横向位置符合要求不符合图12－7结束语107 短短两个月的毕业设计结束了,在这段时间里,在老师的指导和帮助下,我的知识结构体系逐步完善,基本上掌握了桥梁工程的有关专业知识.本次毕业设计为我踏入社会,走向工作岗位提供了一次难得的实践锻炼机会.他培养了我们综合运用所学知识,分析、解决桥梁工程领域工程设计问题的能力;提高自学和独立进行研究设计工作的能力;提高了我们调查研究、文献检索、搜集资料的能力,方案论证、确定方案的能力,理论分析、设计和计算的能力,计算机绘图能力以及钻研科技论文及设计说明书的能力.我做的是青银高速济南跨黄河大堤大桥预应力混凝土连续箱梁设计,在这次系统的设计中我学会了基本的桥梁设计知识,无论是从引桥和主桥的跨径选择,还是到纵、横断面的设计,平面布置,主梁采用的截面形式等这方面的知识都比以前有了更多地了解,同时在此次设计中,我们还涉及到了方案的必选,并且运用桥梁建筑理论和前辈们的实践经验,选出了一个较为合理的方案。在这次设计中最为重要的是王行耐老师关于“MIDAS/Civil”设计程序方面对我们的指导,使我们学会了操作该程序的基本知识,了解到了桥梁设计程序的博大精深，.我们这次涉及主要是利用MIDAS/Civil程序进行箱梁的上部结构计算,通过设计,使我加深了对桥梁设计方面的知识,如:单元的划分,预应力筋的布置等.这次毕业设计,使我对桥梁方面的专业知识有了更多地了解,我要以这次毕业设计为起点,在以后的工作中能更好地将理论与实践相结合,更好的发挥我的专业知识,为国家为社会作出自己应有的贡献。谢辞107 毕业设计（论文）是每位大学生在校园的最后一次学习机会，也是对自己四年来学习的检验。此次我做的是道路设计。虽然我们四年学的道路知识有限，但是三个月的毕业设计让我懂得了许多以前不曾了解的内容。它包括从最初的选线、定线到平曲线设计，从竖曲线的设计到横断面设计，从路基路面到最后的验算等等。每一步设计的过程都是我了解道路的过程，也是我逐渐成长的过程。毕业设计把学习和即将的工作联系在一起，让我提前体会到将来工作的艰辛。现在看来毕业设计不是特别难，难的是做设计时的心态。刚开始做设计的一段时间里，毕竟没有自己熟悉的内容，这花费了我大量的时间和精力去研究。但是即使开始什么也不懂，我觉得只要认真对待毕业设计才能真正地学到知识，三个月的毕业设计才没有白费。在此，要感谢院系领导对我的支持和帮助。在彭霞、王行耐两位老师的指导下，我顺利地完成了毕业设计。特别要感谢彭霞老师对我的指导和帮助，她认真负责的教学态度使我进一步了解桥梁设计，扩大了我的知识面。培养了我具有独立发现问题、提出问题和解决问题的能力，让我养成了脚踏实地、勇于攀登的精神和严谨的学风。最后要感谢同组各位同学给我的帮助。参考文献107 [1]交通部．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004).北京：人民交通出版社.2004．[2]交通部．公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）.北京：人民交通出版社.2004．[3]史佩栋．实用桩基工程手册.沈阳：中国建筑工业出版社.1999[4]范立础主编．桥梁工程.北京：人民交通出版社.2001[5]郑桂兰、彭霞主编．结构设计原理.山东：人民交通出版社.2000[6]凌治平、易经武．基础工程.北京：人民交通出版社.1997[7]汪祖铭，晚崇礼主编．墩台与基础.北京.人民交通出版社.1997[8]徐光辉、胡明义主编．梁桥（上、下册）.北京：人民交通出版社.1996[9]中华人民共和国交通部部标准．公路桥涵施工技术规范.1989[10]中华人民共和国交通部部标准．公路沥青路面设计规范.1997[11]易建国主编．桥梁计算示例集.北京.人民交通出版社.1991[12]徐岳，王亚君．预应力混凝土连续梁桥设计.北京：人民交通出版社.2000．[13]冯大斌，栾贵臣．后张预应力混凝土施工手册.北京：中国建筑工业出版社.1998.[14]姚玲森，李富文．中国土木建筑百科辞典（桥梁工程）.北京：中国建筑工业出版社.1999.[15]HouJianguo．CauseAnalysisandPreventiveMeasuresofVehiclePitchingonHighway-gradeHighwayBridgehead．Shanxitrafficscience&technology．1998,3.[16]FengZhongju,FangYili,GongJiancheng.AnalysisoftheHarmfulEffetofVehicleBridge-headoftheHighwayandItsMechanism．JournalofXi′anHighwayUniversit．1999。107'