河七跨一联预应力混凝土连续箱梁桥设计.docx

绪 论预应力混凝土连续梁桥具有受力合理、结构刚度大、行车平顺、抗震性好、经济等优点，因此这类桥梁在我国大中跨径桥梁中应用越来越普遍，而预应力混凝土连续梁桥的施工方法有多种，先简支后连续就是其中之一。先简支后连续的施工方法是指把一联连续梁桥分成几段，每段长约一孔，各段在预制后经移运吊放到墩台顶的临时支座上，在完成湿接缝的各项工序后浇筑湿接缝混凝土，然后张拉负弯矩预应力筋束，拆除临时支座，使连续梁落到永久支座，完成结构由简支到连续的体系转换。这种结构的优点是在体系转换前属简支梁，而简支梁内力在体系转换中原封不动地带入连续梁，体系转换、二期恒载及活载等内力按连续梁计算。随着跨径的增大，自重内力迅速增加，简支梁内力占去了连续梁内力的大部分而显得不合理。一般为先简支后连续法的适用跨径为50m以内。这种结构上下部可以同时施工、进度快。上部结构采用的基本是简支梁的施工方法，得到却是结构更优的连续梁。这种结构比其他装配式连续梁桥湿接缝数量少，不需临时支架，特别适用于软土、深水、高墩等。在我国公路建设中，跨径为2025m的连续梁、梁桥大量采用了这种结构。如上海南汇芦湖港与洋山岛深水港的长达30km的东海大桥，其中179孔60m和157孔70m连续梁就采用了这种桥型。连接浙江嘉兴海盐与宁波慈溪的长达32km的杭州湾大桥，其南岸9km滩涂上183孔单跨50m的连续桥也选用了这种桥型。本论文就具体通过对H河七跨一连连续梁桥的设计、施工及体系转换的计算来进一步验证先简支后连续的施工方法的可行性。第一章 水文计算1.1设计原始资料：1 桥位平面图（地形图）2 桥位地质纵剖面图3 设计流量：Qs=926 m3/s (1%) 设计流速：Vs=3.60 m/s (山前) 冲刷系数：P=1.534河床底坡：6.5 5 粗糙系数：m=386 含沙量：=28 kg/m37 冰冻深度：hd =1.8m8 抗震裂度：7度9 其他：无道航和流冰，该地区汛期最大风速为15m/s，其风压为500Pa，洪水期波浪推进长度约为1200m1.2河段类型判定：1.2.1河段平面图形：1 河段微弯，顺直。2 滩槽不分明。1.2.2断面及地质特征：1 河床宽浅。2 河床多为中等卵砾石砂组成。1.2.3 稳定程度：序号：；分类：稳定综上所述，本河段属于稳定性问题。1.3 设计流量和设计流速的复核根据地质纵剖面图给出的河床桩号，绘制河流横断面图，并计算各水力因素。桩号0+829.830+852.430+863.630+868.030+884.430+912.000+938.36标高73.1872.1871.6070.4071.6071.1071.80桩号0+947.800+970.680+980.600+997.201+027.161+031.56标高71.8872.2072.2872.2072.4873.18由于滩漕不易划分，故河床全部取为河槽。m = 38，Qs = 926 (1%)，Vs = 3.60 m/s (山前)，I = 6.5 =0.0065，Rc = 1.27m，Ac = 257.50 m2，Bc = 201.73 m，Xc = 202.04 m。由谢才公式计算出平均流速：Vc =3.59 m/s总流量：Qc = Ac Vc = 257.50 3.59 = 924 与原始数据相差不超过5%，基本吻合，所以设计流量为Qs = 926 (1%)，设计流速为Vs = 3.60 m/s (山前)1.4 拟定桥长H河属于稳定性河段，利用单宽流量公式确定桥长Lj Qs = 926 Bc = 201.73 m c =202.04 m有谢才公式计算出：平均流速： = = =3.59 总流量：与原始数据相差不超过5%，基本吻合，所以设计流量为（1%）,设计流速 （山前）H河属于稳定性河段，利用单宽流量公式确定桥长系数河槽平均单宽流量 收缩系数 桥孔最小净长：H河属于顺直、微弯河段，则用经验公式计算桥孔最小净长查表得，系数 ，指数桥孔最小净长 综上分析，取最不利因素，H河桥孔最小净长为169.45m。则H河上拟定的桥型方案为（钢筋混凝土箱型截面连续梁标准跨径不宜大于30m）预应力混凝土连续小箱梁桥，采用三柱式桥墩桩的直径上部为1.2m，下部为1.5m，桩的排数为1（查公路工程水文勘测设计规范JTGC30-2002河北交通规划设计院表B:墩形系数与墩宽计算表 编号为9）三柱式轻型桥台，钻孔灌注桩基础。这样建桥后实际桥孔净长为： 故可以采用。1.5桥面最低标高计算1.5.1壅水高度桥下净过水面积校核 桥墩水流侧向压缩数值查公路工程水文勘测设计规范 JTGC30-2002表7.3.1-1：桥墩水流侧向压缩系数值表 ； ；则 ； ； ； 则 ；内插得 时，冲刷系数：设计流量：设计流速：（山前）所需桥下净过水面积计算值根据桥位布置图可知，冲刷前桥下实有毛过水面积为则冲刷前桥下实有净过水面积为 =237.98-81.281.2 =225.69 故桥孔布设方案符合要求，可以采用。参数计算： 天然状态下桥下平均流速(2)桥下平均流速河床粒径系数考虑冲刷引入的流速折减系数为设计流量桥下净过水面积桥下平均流速壅水系数K故定床壅水系数修正系数壅水系数计算桥前最大壅水高度Z桥前壅水高度取则1.5.2波浪高度计算1参数计算平均水深重力加速度计算浪程水面以上10m处多年所测洪水期间自记2min平均最大风速的平均值水面以上10m处多年所测洪水期间自记10min平均最大风速的平均值；则2波浪高度计算，则取，则计算浪高为1.5.3按设计洪水位通过的要求的桥面最低标高：1.6冲刷计算1.6.1一般冲刷：1. 河床第一层左滩为亚粘土：根据规范C30-2002用粘性土河槽的一般冲刷计算公式： （7.3.2-1）河槽最大水深;河槽的平均水深 液性指数的适用范围0.161.19，侧向压缩系数=0.9456单宽流量集中系数 取1.1建桥以后桥下河槽通过的设计流量，桥下河槽部分桥孔过水净宽 从河床横断面图可知，亚粘土的最大厚度。假设河床全部为该种亚粘土，则得到的一般冲刷深度 故左滩左部分进入第三层，右部分进入第二层2.河床第一层右滩为亚粘土（非粘性土）根据规范C30-2002用64-2 简化式计算 =5.04m根据规范C30-2002用64-1修正式计算 汛期含沙量=28 ，故查规范C30-2002表7.3.1-2E查表：等于0.66=14.91m由,比较取最不利情况从河床横断面图可知，亚沙土的最大厚度。因为,故右滩冲刷进入第二层。3.第三层为亚砂松土（非粘性土）根据规范C30-2002用64-2简化式计算=1.04=5.04m根据规范C30-2002用64-1修正式计算=14.91m由,比较取最不利情况从河床横断面图可知，亚砂松土的最大厚度。因为,故右滩冲刷进入第三层。4. 第三层也为两层土，中间为砾石含土及卵石，最大厚度；两边为砾砂，两边最大厚度河床中间：根据规范C30-2002用64-2简化式计算=5.04m 根据规范C30-2002用641修正式计算 =8.58m由,比较取最不利情况（中间）因为 ，故河床中间冲刷进入第三层，一般冲刷 =8.58m（中间） 河床两边根据规范C30-2002用64-2简化式计算 = =5.04m根据规范C30-2002用64-1修正式计算 =9.16m由,比较取最不利情况 满足条件，故冲刷进入第三层，一般冲刷（两边）所以一般冲刷（两边） （中间） 1.6.2墩台局部冲刷计算： 河床中间：由 得： =2.52m河床边缘： =0.68由 得： =2.57m1.6.3桥下最低冲刷标高： 第二章 H河设计基本资料2.1基本概况桥位：H河大桥位于某一山前区。使用性质属于混合交通桥梁。设计流量：926m/s,设计水位：73.18米。设计荷载：公路I级上部构造：采用725m后张法预应力混凝土小箱梁正交桥。桥面净宽：一幅路宽为12.25米，由23.75(机动车辆)+1.25（左侧硬路肩宽度）+3.50（右侧硬路肩宽度）护栏宽度：内侧为0.75米，外侧为0.5米。桥面铺装：上层为9cm沥青混凝土，下层为10cm厚钢筋混凝土，路面坡度为1.5%（用桥墩高低来调整坡度）桥面排水：不设纵坡，由单向横坡汇集雨水、积水经泻水管排出。支 座：采用梁式橡胶支座。 抗震设施：墩台盖梁上设置锚栓、挡梁及橡胶垫。2.2主要材料（1）、预应力混凝土空心连续梁及铰接缝混凝土均采用C40混凝土，墩顶湿接头混凝土为C40混凝土，升缩缝采用C50混凝土，孔道压浆为40号水泥浆，桥面铺装上层为沥青混凝土，下层为C30防水混凝土。强度等级为C40、C50、C30，主要强度指标见表2.1 强度等级不同的砼得主要强度指标 表2.1强度等级强度设计值（、）（Mpa）强度标准值（、）（Mpa）弹性模量（Mpa）C3013.8、1.3920.1、2.013.00C4018.4、1.6526.8、2.403.25C5022.4、1.8332.4、2.653.45（2）、预应力钢铰线采用高松弛270级15.24(7)钢铰线，质地量必须符合ASTMA416-87a标准。标准强度1860MPa，初始荷载为70%持续1000小时2.5% ，横断面面积140mm。抗拉强度标准值：=1860MPa；抗拉强度设计值：=1260 MPa；弹性模量：=1.95Mpa；相对界限受压区高度：=0.4、=0.2563。（3）、普通钢筋：普通钢筋直径12mm ，采用HRB335和HRB400钢筋，小于12mm采用HRB235钢筋。质量必须符合GB1499-79标准。强度指标见表2.2。 普通钢筋强度指标 表2.2钢筋类别抗拉强度标准值（MPa）抗拉强度设值（MPa）弹性模量（Mpa）相对界限受压区高度、HRB2353352802.1HRB3352352802.00.56HRB4004003302.00.53、0.1985（4）全桥由15块箱梁组成，中梁宽157，边梁宽157，梁高115。此桥为七跨一连（725m）的连续梁桥。第三章 箱梁毛截面几何性质3.1抗弯惯性矩：3.1.1铰的抗弯惯性矩：（见表3.1）铰的抗弯惯性矩 表3.1名称计算式结果铰的面积（）2(221/2+2871/2+489+661/2）(A为全铰面积，但不包括1cm调节缝)926铰的重心对梁顶的距离（）2(221/221/3)+22871/2(2/387+2)+2(4891/2)+2661/2(1/36+89)/A=45402.67/92649.03铰的抗弯惯性矩J()22/36+(49.03-1/32)221/2+287/362871/2(2/3872)49.03 489/12489（49.03892）66/36（1/3689）49.03661/2325769.393.1.2箱梁的抗弯惯性矩：（见表3.2）箱梁的抗弯惯性矩 表3.2名称计算式结果箱梁面积（）15711529243729229267552.841157箱梁的面积对梁顶的静矩S（）15711522292（29104293）（4293372910）292372（2910372）92649.03442131.5865箱梁的重心对梁顶的距离（）42131.58657552.84115758.54箱梁的抗弯惯性矩J()15711512157115（58.541152）（1889）29292（58.543942933）2(1889)29292（3937429358.54）25837125837（58.543722910）22325769.399262（58.5449.03）13356474.223.1.3抗弯惯性矩等效计算：（见表3.3）抗弯惯性矩等效计算 表3.3编号计算式结果（bt）（ht/2t/2）=2（29/2237392）9576.158843b=132.1145291132.115h=115-t/2t/2 h-t/2t/2 =115-t-t t=15.1458362315.146（bt）（ht/2t/2 ）（bt）（ht/2t/2 ）=At=16.7863593216.7861/12（bt）115（115/258.54）（bt）1151/12（bt）（ht/2-t/2）(（ht/2-t/2）/2t)58.54（b-t）（ht/2-t/2）=J t=16.8332970116.833Y=（bt）1151/2（b-t）（h-t/2-t/2）(h-t/2-t/2)/2t)/Ah=99.0339022399.034第四章 跨中荷载横向分布系数计算（方法见公路桥涵设计手册梁桥（上）第二章第三节：装配式连续板桥的设计与计算）4.1小箱梁毛截面几何性质箱梁的抗弯惯性矩：I=13356474.22箱梁的抗扭惯性矩：I=4bh/b（1/t1/t）2h/t=4（132.115）（99.034）/132.115（1/15.1461/16.786）299.034/16.833= 24145003.044.2荷载横向分布系数：4.2.1按“等代简支板法”求跨中横向分布系数：1换算抗弯刚度在单位荷载P=1的作用下，连续板跨中（荷载作用点）挠度为y，而对于等截面简支板，相应的跨中挠度为：y=1/48L/EI,依定义有y=y，即：y=1/48L/EI，故：EI=1/48L/y查表（126）等截面连续梁在P=1作用点的挠度值表得=10.965L/EI故：EI=1/48LE/（10.96510L）=1.8999848E2换算抗扭刚度：对于等截面梁，抗扭刚度则无须换算，则换算扭转惯性矩：J=I=24145003.04则换算抗扭刚度：G=0.400E3求参数=/4EI/GJ（b/L）=/4（1.899984813356474.22）E/(24145003.040.400)E（157/2500）=0.025568990.02564.2.2按“等挠度跨径换算法”求横向分布系数：1.换算跨径 在单位荷载P=1的作用下，连续板跨中（荷载作用点）挠度为=1/48/E查表（126）等截面连续梁在P=1作用点的挠度值表得=10.965L/EI依定义有10.965即=20.18474651m20.185m;2.求参数=/4E/G（b/L）=/4（E13356474.22）/（24145003.040.400E）（157/2018.5）=0.0206436320.0206由此可见，两种算法大致相同，前者偏于安全，故采用=0.02564.2.3求荷载横向分布系数：本桥为高速公路分离式单室双箱连续梁桥，每一幅由8块箱梁铰接而成，其中6块中箱梁宽度为157，2块边箱梁宽度为157。各板间调节缝为7条，宽度为1。利用=0.0256查附表（二）1-附-29得铰接板（梁）桥荷载横向分布系数表，即影响线竖标值（见下表 4.1）。由于箱梁是对称的，所以表中只列1、2、3、4号箱梁的影响线竖标值，而5、6、7、8号箱梁分别等同于4、3、2、1号箱梁。跨中横向分布影响线竖标值 表4.1板号单位荷载作用位置123456781.020.243.198.150.116.092.075.065.0601.030.281.219.154.110.081.061.050.044值.0256.264.210.152.113.086.061.050.0441.0002.020.198.195.164.126.100.082.070.0652.030.219.216.175.124.091.069.056.050值.0256.210.207.170.125.095.075.062.0571.0013.020.150.164.171.148.116.095.082.0753.030.154.175.186.156.113.085.069.061值.0256.152.170.179.152.114.089.075.067.9984020.116.126.148.160.143.116.100.0924030.110.124.156.175.150.113.091.081值.0256.113.125.152.168.147.114.095.0861.0004.2.4计算荷载横向分布系数按桥规规定沿横向确定最不利荷载位置后，计算跨中荷载横向分布系数如下表：二行车队（表4.2）；三行车队（表 4.3）。跨中荷载横向分布系数（二行车队=1） 表4.2公路I级取值（0.264+0.210+0.162+0.114）/2=0.3750.375 （0.257+0.201+0.153+0.110）/2=0.361（0.210+0.207+0.176+0.127）/2=0.3600.360 （0.210+0.201+0.171+0.121）/2=0.352（0.155+0.172+0.179+0.147）/2=0.327 0.327（0.126+0.155+0.168+0.142）/2=0.2960.296跨中荷载横向分布系数（三行车队=0.78） 表4.3公路I级取值（0.264+0.210+0.162+0.114+0.093+0.068）0.78/2=0.355（ 0.257+0.201+0.153+0.110+0.088+0.066）0.78/2=0.3410.355（0.210+0.207+0.176+0.127+0.101+0.076）0.78/2=0.350（0.210+0.201+0.171+0.121+0.097+0.074）0.78/2=0.3410.350（0.155+0.172+0.179+0.147+0.115+0.088）0.78/2=0.3340.334（0.113+0.126+0.150+0.168+0.153+0.115）0.78/2=0.3220.322第五章 支点荷载横向分布系数计算当荷载作用在支点上时，横向分布系数的计算方法与支座的形式有关。由于全部采用橡胶支座，其横向分布系数的计算方法与跨中相同。抗弯系数的计算：=b/b;本桥中板宽：b=158；橡胶支座的中距为b=117=157-80/2；故：=（158/117）=1.824。利用=1.824查影响线竖标值，见表5.1。由于箱梁是对称的，故表中只列出1、2、3、4、号箱梁的影响线竖标值，而5、6、7、8号箱梁分别等同于4、3、2、1号箱梁。支点横向影响线竖标值计算表 表5.1板号单位荷载作用位置1234567811.00753248-0010000012.00830199-035006-001000值1.824816208-029005-00100099921.00248504249-00100100022.00199597240-042008-00200值1.824208581242-035007-00200100131.00-001249504249-0010010032.00-035240590241-042008-0020值1.824-029242575242-035007-0020100041.000-001249504249-001001042.00006-042241589241-042008-001值1.824005-035242574242-035007-001999按桥规规定沿横向确定最不利荷载位置后，计算支点荷载横向分布系数，见表5.2。支点荷载横向分布系数计算（两行车队=1） 表5.2公路I级取值（0.814+0.207+0.012+0.382）/2=0.708（0.732+0.170-0.025+0.426）/2=0.6520.708（0.207+0.580+0.301-0.025）/2=0.532（0.260+0.526+0.247-0.030）/2=0.5020.532（0.012+0.301+0.575+0.203）/2=0.5460.546（0.213+0.574+0.301-0.024）/2=0.5320.532第六章 荷载横向分布系数汇总6.1荷载横向分布系数沿跨径的变化，如图6.1所示。6.2梁块的荷载横向分布系数汇总，详见表6.1。梁块荷载横向分布系数汇总表 表6.1荷载横向分布系数区段梁1梁2梁3梁4m跨中0.3750.3600.3340.322m支点0.7080.5320.5460.532第七章 结构重力内力计算7.1每块梁的荷载强度计算：假定桥面各部分重力平均分配给各梁承担，以此计算各梁的荷载强度，虽在全桥中、中跨大于端跨，活载布置在端跨最不利，故以下计算以端跨为例。7.1.1中梁荷载强度计算=20.2+2.5=22.70KN/m（一期恒载集度=20.2KN/m）7.1.2边梁荷载强度计算=22.15+2.5/2=23.40KN/m（一期恒载集度=22.15KN/m）7.1.3桥面铺装荷载强度计算q=7.1.4栏杆荷载强度计算：护栏(单侧）0.35,重力密度取=25KN/,并八块梁平分=KN/m7.1.5每块中梁的荷载强度为：= +=22.70+7.5208+2.1875=32.408KN/m；KN/m7.1.6每块边梁的荷载强度为：=+=23.40+9.5438+2.1875=35.131KN/m；=12.981KN/m因本设计活载为中梁控制设计，故经综合分析恒载亦采用中梁的荷载强度计算结构内力。7.2绘制连续箱梁影响线。 根据桥梁工程中由于连续梁超过5跨时其内力情况与5跨的相差不大，故本桥采用5跨、连续布载，经综合分析将每跨10等分后，4截面弯矩影响线竖标值最大（见表7.1）4截面剪力影响线竖标值表（7.2），10截面反力、剪力竖标值最大（见表7.3 表7.4），弯矩竖标值（见表7.2），布载、见后附图。4截面弯矩影响线竖标值 表7.1竖标值单位力作用点0123456789101112表值049499415072040159811898174912170-155-25425012350248503767551000399529725204251227554250-3875-6350竖标值单位力作用点13141516171819202122232425表值-305-315-295-250-191123570426982868025-7625-7875-7375-6250-4775-3075-1425010501725205021502000竖标值单位力作用点26272829303132333435363738表值695334160-11-18-22-23-22-18-14-925172513258504000-275-450-550-575-550-450-350-225竖标值单位力作用点394041424344454647484950表值-40367776542025-10007515017517517515012510050010截面弯矩影响线竖标计算表 表7.2竖标值单位力作用点0123456789101112表值0-265-514-732-900-1005-1029-957-772-4580-387-634250-6625-12850-18300-22500-25125-25725-23925-19300-114500-965-15850竖标值单位力作用点13141516171819202122232425表值-761-788-736-625-475-308-143010417020421119725-19025-19700-18400-1562511875-7700-3575026004250510052754925竖标值单位力作用点26272829303132333435363738表值16812883380-28-46-55-57-54-46-35-232542003200207509500-700-1150-1375-1425-1350-1150-875-575竖标值单位力作用点394041424344454647484950表值-110814171818161395025-2750200350425450450400325225125010截面剪力影响线竖标值表 表7.3竖标值单位力作用点0123456789101112表值03366529271142127413051213978581192268289竖标值单位力作用点13141516171819202122232425表值723360994983764264616197230-519-85-102-1056-987竖标值单位力作用点26272829303132333435363738表值-818-633413-1920140230281287269230176115竖标值单位力作用点394041424344454647484950表值540-41-69-85-92-90-80-65-36-24010截面反力影响线竖标值表 表7.4竖标值单位力作用点012345678910111223表值01601316646496042727983349262975010039196138923竖标值单位力作用点13141516171819202122232425表值7994688756644389312119278660-623-1020-1224-1267-1184竖标值单位力作用点26272829303132333435363738表值-986-761-496-2300168276336344323276211138竖标值单位力作用点394041424344454647484950表值650-49-83-102-110-108-96-78-45-2904截面剪力影响线竖标值表 表7.5竖标值单位力作用点0123456789101112表值0-1265-2515-3733-490039952973204312285430-388-635竖标值单位力作用点13141516171819202122232425表值-763-788-738-625-478-308-1430105173205215200竖标值单位力作用点26272829303132333435363738表值173132.585400-28-45-55-58-55-45-3522.5竖标值单位力作用点39404142434445