兰州交通大学校答辩某黄河公路大桥引桥预应力混凝土连续箱梁设计.pptx

一、设计资料一、设计资料1.设计标准设计标准 （1）设计行车速度：100公里/小时；（2）设计荷载：公路级；（3）桥面的最大纵坡为4.0%，桥面的横坡为2.0%；（4）通航标准为内河IV级航道。2.气候特征气候特征3.降水量降水量4.风的影响风的影响5.自然地理情况自然地理情况 （1）地貌；（2）工程地质；（3）水文地质。二、二、设计基本原则设计基本原则1.1.安全安全方面方面 强度；刚度；稳定性。2 2.适用方面适用方面 桥面宽度；通航；车辆通行；综合利用。3.3.经济方面经济方面 造价；养护费用。4.4.美观方面美观方面5.5.环境保护和环境保护和可持续发展可持续发展三、三、设计方案设计方案（一）设计方案确定（一）设计方案确定 1.横截面的确定横截面的确定箱形截面梁以其优良的力学特性、具有较大的刚度和抗扭性能，结构简单、受力明确、节省材料、架设安装方便、跨越能力较大、桥下视觉效果好等优点，而被广泛地应用于城市桥梁和高等级公路立交桥的上部结构中。箱形截面桥梁的上、下部可平行施工，使工期大大缩短；无需在高空进行构件制作，质量易控制，可在一处成批生产，从而降低成本，可大量节省模板，加快建桥进度。三、设计方案三、设计方案 2.结构体系的确定结构体系的确定 “先简支后连续”桥梁充分发挥了简支桥梁以及连续桥梁的优点，摒弃了他们都有的缺点。最主要的是，这种体系能够有效的减少预应力配筋，而且还能够缩小截面的尺寸，结构形式与简支梁结构一样简单。其次，预制装配的“先简支后连续”梁在受力性能方面也具有很大的优点，受混凝土的收缩徐变和支座不均匀沉降等影响相对较小。三、三、设计方案设计方案（二）总体设计（二）总体设计桥梁分跨是桥梁总体设计的主要项目之一，一座复杂的桥梁，不但要进行不同桥式方案间的比较，而且往往要将同一桥式的几个不同的分跨做为几个不同的方案进行比较，以求得较优的方案。影响桥梁分跨的主要因素：(1)造价；(2)相邻跨度的比值宜在（0.41）之间；(3)桥跨结构高出设计洪水位一定高度；(4)在同一区段内，桥梁的孔径大小以及样式等应该基本一致；(5)尽量避免桥墩出现在河道内。三、设计方案三、设计方案(三三)箱梁截面尺寸的拟定箱梁截面尺寸的拟定1.主梁横截面尺寸 主梁选择由四片小箱梁组合而成的截面形式，桥面宽度为12.5m，两边对称布置，即两片边梁和两片中梁，桥面设置横向为2%的坡度，防护栏的宽度为0.5m，箱梁上部铺装为13cm厚纤维网混凝土。三、设计方案三、设计方案三、设计方案三、设计方案3.箱梁细部尺寸的拟定箱梁细部尺寸的拟定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。支墩处底板还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底板厚度也随梁高变化，墩顶处底板为梁高的1/10-1/12，跨中处底板一般为200-250cm。底板厚最小应有120cm。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。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。三、设计方案三、设计方案（四）材料 1.混凝土混凝土(C50)；2.普通钢筋普通钢筋(I、II级钢筋);3.预应力钢绞线预应力钢绞线(直径15.24mm高强度低松弛钢绞线)；4.预应力锚具及管道预应力锚具及管道(全桥预应力管道均采用金属波纹管)；5.桥面铺装桥面铺装(13cm厚纤维网混凝土)。四、内力计算四、内力计算（一）计算模型（一）计算模型 桥梁结构模型用Midas软件建立，在建模过程中，为了便于后面的计算，选择左支点、选择左支点、1/8L1/8L、1/4L1/4L、1/2L1/2L、3/4L3/4L、7/8L7/8L和右支点处为控制截面和右支点处为控制截面，箱梁的内部有局部地方为了其它要求而设置了变截面形状，但由于其对结构受力影响不大，因此，在建模过程中将这部分简化了。四、内力计算四、内力计算（二）恒载内力计算（二）恒载内力计算本桥使用的是先简支后连续的施工方法，施工主要有以下几个步骤：第一第一阶段阶段，为主梁的预制阶段，再将各跨预制梁安装到位，形成由临时支座支撑的简支体系。第二第二阶段阶段，张拉负弯矩区预应力钢束，完成现浇段的施工。第三第三阶段阶段，完成体系转换，最终形成四跨连续梁的空间结构体系。第四第四阶段阶段，完成桥面铺装和护栏的施工。四、内力计算四、内力计算1.简支阶段主梁恒载内力本设计的桥梁为先简支后连续结构体系，由于主梁初期为简支体系，所以应按照简支结构计算桥梁的内力。四、内力计算四、内力计算简支阶段边梁结构内力图四、内力计算四、内力计算2.一期恒载内力 成成桥后箱型一期结构自桥后箱型一期结构自重作用增量：预制梁计入每重作用增量：预制梁计入每片梁间现浇桥面板及横向连片梁间现浇桥面板及横向连接湿接缝混凝土后的自重作接湿接缝混凝土后的自重作用即为成桥后箱型梁一期结用即为成桥后箱型梁一期结构自重作用构自重作用增量增量。四、内力计算四、内力计算3.二期恒载内力计算二期恒载内力计算 二期结构自重作用：桥面铺装采用二期结构自重作用：桥面铺装采用13cm13cm厚纤维网混凝土铺装，且铺装成宽厚纤维网混凝土铺装，且铺装成宽11.5m11.5m，纤，纤维网混凝土重度为维网混凝土重度为26kN/m3,26kN/m3,桥面横坡已通过桥面横坡已通过主梁和盖梁调整成主梁和盖梁调整成2%2%，因桥横向由，因桥横向由4 4片梁组成，片梁组成，则每片梁承担的全部二期永久作用的则每片梁承担的全部二期永久作用的1/41/4。四、内力计算四、内力计算恒载内力计算结果四、内力计算四、内力计算(三三)活载内力计算活载内力计算 1.1.冲击系数冲击系数 2.2.车道折减系数车道折减系数 3.3.纵向折减系数纵向折减系数四、内力计算四、内力计算活载内力计算结果活载内力计算结果四、内力计算四、内力计算(四四)次内力计算次内力计算1.温度温度引起的次引起的次内力内力 桥梁桥梁结构基本上都是结构基本上都是在室外，所以他的结构受在室外，所以他的结构受力会受到温度的影响。包力会受到温度的影响。包括局部温差影响和年温差括局部温差影响和年温差影响。计算桥梁结构由于影响。计算桥梁结构由于梯度温度所产生的效应时，梯度温度所产生的效应时，可采用竖向形式的温度可采用竖向形式的温度曲曲线。线。四、内力计算四、内力计算梯度温度引起的结构内力计算结果四、内力计算四、内力计算2.支座沉降引起的次内力 由于地基的原因，由于地基的原因，当支座下降时会引起桥梁当支座下降时会引起桥梁的内力变化，本设计考虑的内力变化，本设计考虑基础沉降的方法为每个支基础沉降的方法为每个支座各沉降座各沉降 2cm2cm。四、内力计算四、内力计算支座沉降引起的次内力计算结果四、内力计算四、内力计算（五）内力组合（五）内力组合 荷载是桥梁结构设计中最基本的技术条件之一。为使设计的结构能够符合适用、安全和经济的设计要求，必须要制定符合客观事实所需要的荷载的形式、标准值的大小及其在不同时间和不同的条件下的所有可能组合的方式。四、内力计算四、内力计算短期效应组合作用下的结构内力短期效应组合作用下的结构内力四、内力计算四、内力计算长期效应组合作用下的结构内力四、内力计算四、内力计算基本效应组合作用下的结构内力五、配筋设计五、配筋设计（一）（一）预应力预应力混凝土梁的配筋设计的主要内容包混凝土梁的配筋设计的主要内容包括括：1根据主要控制截面（跨中截面）的设计内力值和使用要求，估算预应力钢筋和普通钢筋的数量，并进行横断面布置；2综合考虑全梁的内力（弯矩和剪力）变化规律，合理的布置预应力筋，认真进行纵断面设计；3注意满足有关构造要求，精心处理构造细节。五、配筋设计五、配筋设计五、配筋计算五、配筋计算（三）预应力损失及有效预应力计算（三）预应力损失及有效预应力计算 在预应力混凝土桥梁结构的设计计算中，应该从承受外部荷载的情况下，进而确定预加应力的大小，但是由于材料性能、自然环境条件和施工因素等多方面条件的影响预应力钢筋中的预拉应力将会逐渐的衰减，这其中减少的应力就称为预应力损失。在设计中，我们所需要的预应力值的大小，是扣除所有阶段产生的预应力损失后，在预应力钢束中仍然存在的预应力值。五、配筋计算五、配筋计算 规范规范规定，预应力混凝土构件在正常使规定，预应力混凝土构件在正常使用极限状态计算中，后张法应考虑下列因素用极限状态计算中，后张法应考虑下列因素引起的预应力损失值引起的预应力损失值:（1）预应力筋束与管道壁之间的摩擦；（2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩；（3）混凝土的弹性压缩；（4）预应力束筋的应力松弛；（5）混凝土的收缩和徐变。六、截面验算六、截面验算 预应力混凝土受弯构件截面强度的验算内容总共包含两大类，即正截面强度验算和斜截面强度验算。预应力混凝土受弯构件在破坏阶段，其预应力已经完全耗尽了，则构件整体就会转变为普通钢筋混凝土构件。预应力混凝土结构验算原则基本上与普通钢筋混凝土受弯构件保持一致。在适筋梁被破坏的情况下处在受拉区的混凝土将会开裂并且退出工作，在破坏的时候预应力钢筋和非预应力钢筋分别将会达到各自所对应的抗拉设计强度，非预应力钢筋达到其抗压设计强度，这就是与普通钢筋混凝土构件的仅有的区别。六、截面验算六、截面验算截面验算的主要内容：截面验算的主要内容：1.1.正截面抗弯承载能力计算；正截面抗弯承载能力计算；2.2.斜斜截面抗剪承载能力计算；截面抗剪承载能力计算；3.3.截面抗裂性截面抗裂性验算；验算；4.4.主梁变形主梁变形计算；计算；5.5.截面应力截面应力验算。验算。谢谢大家！