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蛮峪大桥－预应力混凝土变截面连续梁桥设计姓名：XX专业：道路桥梁与渡河工程指导教师：XX答辩日期：2012.6一概述本次毕业设计的内容为伊川至卢氏公路段蛮峪大桥施工图设计。该桥位于公路伊川至卢氏段AK0+0.000～AK0+272.23段。桥梁跨越河流，桥址自然地形为平原型，地势平坦开阔，水网不发达。在选择桥型的时候要求本桥既能跨越河流，外形上也要与环境相协调，达到外形美观，行车舒适的要求，因此我选择了三种不同的桥型做了三个方案。方案一为预应力混凝土变截面连续梁桥，方案二预应力混凝土简支梁桥，方案三斜拉桥。方案一：预应力混凝土连续箱梁桥预应力混凝土连续箱梁是常用的一种桥梁结构形式，属于超静定体系。其在恒载、活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使其内力状态比较均匀合理。此外该桥型还具有结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车等等优点，成为大跨度桥梁的首先方案之一。全桥的孔跨布置为：50+80+80+50m。全桥为四跨一联连续梁桥。二方案设计及比选上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，C50混凝土。桥面采用2%的双向横坡。箱型梁的单箱双室，顶板厚度40cm不变，底板厚度从跨中的35cm渐变到支点处的50cm。腹板采用直腹板，腹板的厚度为35cm，到支点处的时候渐变到50cm。翼缘宽度为3.00m，翼缘厚度从20cm渐变到70cm。箱梁在主跨跨中的梁高为2.5m，支点处梁高为5.0m，中间预留2m的合拢段，边跨设9m长的满堂支架段，并与悬臂端之间预留2m的合拢段。主跨桥墩均采用空心门型桥墩，基础采用群桩基础。主跨中A1、A2、A3三个空心门型墩采用墩身为3.0×9.0m的实体截面，中间挖空一个3.0×3.0×6.5m的长方体和一个半径为1.5m，长3.0m的半柱体，形成空心门型墩，承台高2.5m，为6.0×10.0m的矩形承台，每个承台布2×3根φ1.5m的桩基础。桥台采用U型台配合桩基础。方案二：预应力混凝土简支T梁桥预应力混凝土简支T梁桥的外表朴实却适应性强、施工方便、技术成熟、投资少、效益高。因此简支T梁桥在国内外的应用非常广泛。简支T梁桥的跨越能力一般不是很大，当钢筋混凝土T形简支梁桥跨径超过20m时，不但钢材耗量大，而且混凝土开裂现象也比较严重，从而影响结构的耐久性。因此，当跨径大于20m时，一般采用预应力混凝土T梁。目前，公路上预应力混凝土简支梁跨径最大可达到50m。本桥的孔跨布置为30.0+5×40.0+30.0m，桥梁全长272.23m。上部结构采用预应力混凝土预制T梁，先简支后桥面连续，C50混凝土，每孔设置6片梁。预制T梁，梁高2.3m，除中间两片中梁的梁间距为2.4m外，其余梁间距均为2.3m。桥面采用10cm厚沥青混凝土桥面铺装和10cm厚C50防水混凝土现浇层，2％的双向横坡。下部结构采用柱式墩配合钻孔灌注桩。柱式墩采用1排柱，共3根，柱高7.5m每根柱之间设置高1.6m，宽1.4m的上、下横梁系，并设置1.6m厚的承台；基础采用1排桩，共3根，桩径2.0m，桩长为12.5m。桥台采用肋板台和桩基础。方案三：斜拉桥斜拉桥是一种结构新颖、外形美观的桥型，由于其优越的跨越性能、独特的外观、便捷的施工方法和合适的经济技术指标，是广大大跨桥梁的首选桥型。本桥选用预应力混凝土独塔斜拉桥。。本桥的孔跨布置为145.0+115.0m，桥梁全长272.23m。本方案主桥采用独塔双索面斜拉桥，桥宽14.0m。主桥跨径布置为145+115=260m，施工完成后为全漂浮体系。为锚索需要，桥面加宽至17.0m,每侧锚索区宽1.5m。主梁采用预应力混凝土结构，C55混凝土，轻型肋板主梁，主梁顶面全宽17.0m，梁高2.0m；主梁顶板厚0.32m，设双向2%横坡。横梁为预应力混凝土结构，标准间距8m，靠塔两个节段6m，边上实体节段5m。塔柱的形式是“H”型，属于平面索塔。下横梁以上塔高62.10m，塔顶高程为167.717m。塔柱横桥向宽3.50m，顺桥向宽6.00m，为减小迎风阻力，采用多棱形空心截面。下横梁以下塔高14.30m，塔柱横桥向宽3.5~5.5m，顺桥向宽6.0~8.0m。。斜拉索采用扇形布置，斜拉索索距除0号索与1号索间距为14.0m外，其余斜拉索间距与横梁间距对应为8和5m。塔墩基础由15根φ2.0m的钻孔灌注桩组成群桩基础，其护筒直径2.3m，桩基均为嵌岩桩，群桩按3排5列的矩形布排，桩的间距为4m。承台后4m，为12×20m的矩形。本方案提出的三个方案均满足桥梁功能以及现行技术标准及相关规范要求。但三个方案在施工难易程度、技术难度、景观效果方面有较大差异。具体比较见下表：综合比较，推荐方案一（预应力混凝土变截面连续梁桥）作为设计方案。方案一方案二方案三方案描述连续梁桥简支梁桥斜拉桥施工难度大简单较大技术难度复杂简单复杂景观效果佳良最佳后期维护维护费用较少维护费用较少斜拉索需要养护三结构静力计算（一）概述本桥使用Midas/Civil(V7.9)建立了空间杆系有限元模型进行计算分析。计算荷载：恒载、活载、整体升温、整体降温、预应力混凝土收缩、徐变等。计算内容：内力计算、强度计算、变形验算。有限元模型实体主梁采用梁单元。主梁通过调整偏心来调整截面位置，主梁偏心设置在中-上偏心。本桥在施工过程中采用墩梁临时刚接，成桥后解除约束。有限元模型分96个节点、82个单元。本桥采用挂篮悬臂浇注施工。按照施工过程分为14个施工阶段。。预应力连续梁桥的施工阶段内力和应力是重要的计算内容，施工阶段线形和应力的控制的对桥梁运营状况影响较大，为此应进行精确分析。本桥预应力混凝土构件设计为A类构件，在作用（荷载）短期效应组合下混凝土正截面拉应力≤0.7×ftk；在荷载长期效应组合下混凝土正截面不出现拉应力。有限元模型边界处理示意图（二）计算结果（1）施工阶段挠度计算结果(竖向位移)施工阶段结构最大竖向位移发生在第13施工阶段（成桥换体系），如下图所示。为8.3cm。该值与主跨的比为：8.3/8000＝1/964。满足规范要求的1/600。以上竖向位移结果为不考虑预拱度情况下结果。为了确保桥梁的通车条件，可以设定预拱度来消除。(2)应力计算结果由计算结果可知，施工阶段主梁的最大拉应力始终为0Mpa0.70ftk=0.70×2.65=1.855Mpa。满足规范要求。施工阶段主梁的最大压应力也在这个阶段，主梁下缘。其值为21.5Mpa0.70fck=0.70×32.4=22.68Mpa,满足规范要求。（2）使用阶段计算结果1）荷载组合按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中规定的正常使用极限状态作用采用短期效应组合和长期作用效应组合两种效应结果。作用短期效应组合：1.0×自重+1.0×预应力+1.0×人群荷载+0.7×汽车荷载+0.8×温度梯度+1.0×系统升温作用长期效应组合：1.0×自重+1.0×预应力+1.0×人群荷载+0.4×汽车荷载+0.8×温度梯度+1.0×系统升温汽车荷载采用新规范规定的公路一级。温度荷载：体系升温+35℃，体系降温-10℃。使用阶段长期效应组合下结构z方向位移等值线图使用阶段短期效应组合下结构z方向位移等值线图2)位移计算结果综上所述，结构竖向位移向下最大值发生在短期效应组合，位移值为8.4cm。该值与其计算跨经的比值为8.4/8000＝1/952。满足规范要求的1/600。结构竖向位移向上最大值发生在短期效应组合，位移值为0.5cm，与其计算跨经的比值为0.5/8000＝1/16000。满足规范要求的1/600。以上竖向位移结果为不考虑预拱度情况下的结果。为了确保桥梁的通车条件，可以设定预拱度来消除。3）应力计算结果主梁应力计算结果b.主粱和桥塔应力计算结果使用阶段短期效应组合下结构应力等值线图使用阶段长期效应组合下结构应力等值线图使用阶段主梁短期效应组合中最大压应力在主梁上缘，其值为21.7Mpa，小于0.7×32.4=22.68Mpa。满足要求。未出现拉应力。使用阶段主梁长期效应组合中最大压应力也在主梁上缘，其值为18.3Mpa，小于0.7×32.4=22.68Mpa。满足要求。也未出现拉应力。（3）总结静力分析包括施工全过程分析和成桥阶段活载分析，结果表明各施工阶段结构内力分布正常，主梁应力均满足设计要求。谢谢！