某市阔口大桥(6×30m)预应力T-型简支梁桥设计毕业设计说明书.doc

某市阔口大桥（6×30m）预应力T 型简支梁桥设计

所属系部：
机电系
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路桥技术
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摘 要

预应力混凝土连续梁桥由于其变形小、结构刚度大、伸缩缝少、抗震能力好等优点，在国内外中、大跨度桥梁中得到广泛应用。本设计是武广客运专线一座连续梁桥的初步设计，其跨越京珠高速公路。总体设计中提出了三种桥式方案：三跨连续梁桥、斜拉桥、钢管拱-连续梁组合结构。经过比选后，确定了（50+80+50m）三跨连续箱梁桥式方案，采用悬臂浇注法施工。运用Dr.Bridge 3.0对主梁进行了施工阶段和使用阶段的内力计算，经过调整得出预应力钢绞线的布置形式，最后考虑主要次内力，进行了强度验算和施工及使用阶段的应力检算。下部结构采用空心墩及钻孔灌注桩，以满足桥梁刚度要求及承载力要求。

关键词：初步设计，预应力混凝土连续梁，变截面箱梁，悬臂浇注施工，空心墩，桩基

目 录

摘 要 I
第一章 绪 论 - 5 -
1.1 概述 - 5 -
1.2 设计任务书 - 5 -
1.2.1 设计目的及意义 - 5 -
1.2.2 设计的内容及任务 - 5 -
1.2.3 设计要求或技术指标 - 6 -
1.2.4 主要参考资料 - 7 -
第二章 桥型方案比选 - 8 -
2.1 桥梁设计的基本要求 - 8 -
2.1.2 经济上的要求 - 8 -
2.1.3 结构尺寸和构造上的要求 - 8 -
2.1.4 安全上的要求 - 8 -
2.1.5 施工上的要求 - 8 -
2.1.6 美观上的要求 - 8 -
2.2 预应力混凝土T形简支梁桥方案 - 9 -
2.2.2 横截面布置 - 9 -
2.3 钢筋混凝土变截面连续箱梁桥 - 11 -
2.3.1 孔径布置 - 11 -
2.3.2 主梁构造 - 12 -
2.4 钢管拱—连续梁组合结构方案 - 12 -
2.4.1孔径布置 - 12 -
2.4.2主梁构造 - 13 -
2.5 各桥式方案比较 - 14 -
第三章 上部结构设计 - 15 -
3.1 尺寸拟订 - 15 -
3.1.1 截面尺寸拟订 - 15 -
3.1.2 支点截面尺寸拟定 - 16 -
3.1.3 横隔板设置及尺寸拟定 - 16 -
3.2 材料选择 - 16 -
3.3 施工方法 - 17 -
参考文献 - 54 -

III

第一章 绪 论

1.1 概述
随着社会主义建设向前发展，桥梁建筑出现了突飞猛进的局面。我国桥梁工作者修建了大量的中小跨径的钢筋混凝土桥、预应力混凝土和大跨径的斜拉桥、悬索桥、钢管混凝土桥等等。
在众多的桥式结构当中，预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的桥型之一。随着预应力技术的不断发展和完善，尤其是悬臂、顶推等先进施工方法的出现，更使得预应力混凝土连续梁桥如虎添翼而活跃在整个桥梁工程领域，无论是城市桥梁，公铁路桥，还是跨越江河湖滨的大桥，预应力混凝土连续梁桥都以其独特的魅力，而取代其他桥型成为优胜方案。另外，从国内外已建成的钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥的修建总数来看，预应力混凝土连续梁桥以远远超过半数，充分显示出预应力混凝土连续梁桥的强大生命力。本设计为某市阔口大桥预应力混凝土简支梁桥的初步设计，比选方案还包括斜拉桥和钢管拱—连续梁组合结构桥。

（小三号黑体，段前0.5行，段后0.5行，单倍行距）
1.2 设计任务书
1.2.1 设计目的及意义
在本次毕业设计中，学生应综合运用所学过的基础理论知识，深入掌握客运专线预应力混凝土箱形梁桥在桥式方案比选、结构尺寸优化、施工方案选择以及施工图纸的绘制等方面的内容，为学生在毕业后从事桥梁技术工作做好准备。
（4号黑体，段前0.5行，段后0.5行，单倍行距）
1.2.2 设计的内容及任务
1、基本资料：荷载：公路-Ⅰ级；桥宽：净—14.0（行车道）+ 2×1.5米（人行道）；人群荷载3.0kN/m2；双向横坡：1.5%；桥位处地质情况：另见地质资料
2、桥型方案比选：
至少推荐三种以上桥型方案的比较(材料用量，施工方法，经济性，安全性)。
3、拟定推荐方案的结构尺寸。
4、上、下部结构设计计算。
5、强度、刚度、稳定性验算。
6、施工方案介绍。
7、绘制施工图(提交图纸见设计要求)。
8、专业文献翻译，成果汇总，中英文摘要。
9、专题或毕业设计总结（有能力同学选做）。
（小4号黑体，段前0.5行，段后0.5行，单倍行距）
（4号黑体，段前0.5行，段后0.5行，单倍行距）
1.2.3 设计要求或技术指标
1.2.3.1 要求
1、掌握大中桥施工图设计的内容、方法、步骤；
2、学习科研论文的撰写，进行专题研究，了解专业动态；
3、运用计算机进行结构设计计算，配筋计算，施工图的绘制；
4、培养精心设计，认真负责，严谨的工作作风；
5、设计思想正确，计算无误，设计文件工整，语句通顺，表达清楚，图纸整洁，布局合理；
6、正确地运用所学理论知识解决工程实际问题，培养和训练分析问题解决问题的能力。

1.2.3.2 应提交的成果
1、设计计算说明书，说明书的书写遵照毕业设计指导书的要求书写；

（4号黑体，段前0.5行，段后0.5行，单倍行距）
1.2.4 主要参考资料
[1] 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) [M]. 北京：中华人民共和国交通部发布,2004.
[2] 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) [M]. 北京：中华人民共和国交通部发布 ,2004.
[3]《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) [M]. 北京：中华人民共和国交通部发布,2003.
[4]徐岳、王亚君、万振江编著.预应力混凝土连续梁桥设计[M]. 北京：人民交通出版社,2000.
[5] 高东光主编.公路桥涵设计手册－桥位设计[M]. 北京：人民交通出版社,2000.
[6] 姚玲森主编.桥梁工程 [M]. 北京：人民交通出版社,2009.
[7] 江祖明,王崇礼主编.公路桥涵设计手册－墩台与基础[M]. 北京：人民交通出版社,1994.
[8] 叶见曙主编.结构设计原理[M]. 北京：人民交通出版社, 2001.
[9] 公路桥涵设计手册－梁桥（上下册）[M]. 北京：人民交通出版社,1996.
[10] 孙家驷. 公路小桥涵勘测设计[M]. 北京：人民交通出版社，1992.

第二章 桥型方案比选

2.1 桥梁设计的基本要求
2.1.1 使用上的要求
要有足够的承载能力，能保证行车的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又考虑今后的发展；既满足交通运输本身的需要也要考虑到其他方面的要求。
2.1.2 经济上的要求
桥梁设计必须经过技术经济比较，使桥梁在建造时消耗最少量的材料、工具和劳动力，在使用期间养护维修费用最省，并且经久耐用。另一方面，桥梁设计还应满足快速施工的要求，缩短工期不仅能降低施工费用，而且提早通车，在运输上带来很大的经济效益。
2.1.3 结构尺寸和构造上的要求
整个桥梁结构及其各部分构件，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。桥梁结构的强度应使全度构件及其连接构造的材料抗力或承载力具有足够的安全储备。对于刚度要求，应使桥梁在荷载作用下的变形不超过规定的容许值。结构的稳定性要使桥梁结构在各种外力作用下，具有能保持原来的形状和位置的能力。
2.1.4 安全上的要求
桥梁的设计应满足施工和使用阶段的安全要求。
2.1.5 施工上的要求
桥梁结构应便于制造和架设。应尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工进度，保证工程质量和安全。
2.1.6 美观上的要求
在适用、经济和安全的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调，这就是美观的要求。合理的轮廓是美观的主要因素。在城市和游览地区，要注意环保问题，较多地考虑桥梁的建筑艺术。
比选方案的主要标准：桥梁方案比选有四项主要标准：安全，功能，经济与美观，其中以安全与经济为重。过去对桥下结构的功能重视不够，现在航运事业飞速发展，桥下净空往往成为运输瓶颈，比如南京长江大桥，其桥下净空过小，导致高吨位级轮船无法通行，影响长江上游城市的发展。至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。
在对本桥的设计中，选定三种桥式分别是：
1．预应力混凝土 T形简支梁桥；
2．钢筋混凝土变截面连续箱梁桥；
3. 钢管拱—连续梁组合桥
2.2 预应力混凝土T形简支梁桥方案
2.2.1孔径布置
目前，预应力混凝土简支梁的跨径基本上已经达到50-60m，国外则已经超过70m。结合已有工程实例和本设计的相关要求，主桥的孔径划分为6×30m。

2.2.2 横截面布置
2.2.2.1主梁梁肋尺寸
主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标ρ很有效，故在许可的条件下应适当加宽T梁翼板。本设计所采用的主梁由7片梁高为200cm、间距为268cm预应力混凝土T形梁组成。
2.2.2.2主梁跨中截面细部尺寸
①主梁高度：主梁的合理高度与梁的间距、活载的大小等有关。预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/11～1/16，本设计取H=2.00 m。
②主梁梁肋细部尺寸：在满足抗剪强度需要的前提下，一般都做的较薄，以减少构件的自重，目前常用的梁肋宽度为15-18cm。但是，从保证梁肋的屈曲稳定条件以及不致使捣固混凝土发生困难方面考虑，梁肋不应小于14cm。 在预应力混凝土梁中腹板处因主拉力很小，腹板厚度一般由布置孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。本桥的T梁腹板厚度取20cm。腹板高度130cm。
③横隔梁尺寸：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)规定，当梁横向刚形连接时，横隔梁间距不应大于10m。故当T梁的跨径稍大时(一般在13m以上)，需在跨径内增设1道横隔梁。对于跨径30米T型简支梁桥设计5片横隔梁，为了增强主梁间的横向连接刚度，除设置端横隔梁外，还设置3片中横隔梁，间距为4×7.375m。
跨中横隔梁的高度应保证具有足够的抗弯刚度，通常做成主梁高度的3/4左右。梁肋下部呈马蹄形加宽时，横隔梁延伸至马蹄的加宽处。本设计取150cm。横隔梁的肋宽通常采用12-16cm，且宜做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模。本桥跨径30m的设计采用横隔梁外端的尺寸为下端14cm，上端15cm；横隔梁与主梁梁肋的连接处的宽度为下端16cm，上端17cm，平均厚度为0.15m。
④主梁翼板尺寸：翼一般装配式主梁翼板的宽度是主梁的间距而定，在实际预制时，翼板的宽度通常应比主梁间距小2cm，以便在安装过程中易于调整T梁的位置和制作上的误差，整个翼板的宽度拟为268cm。为了保证翼板与梁肋连接的整体性，翼板与梁肋衔接处厚度应不小于主梁高度的1/10。本设计取40cm。因为考虑翼板承揽的是全部桥面上的恒载和活载，此时端部一般取不小于10cm。本设计拟定T型梁翼板厚度为12cm，翼板根部加到30cm以抵抗翼缘根部较大弯矩。
⑤马蹄尺寸:马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要来确定，实践表明马蹄面积占截面面积的10％～20％为合适。这里设置马蹄宽度为52cm，高度24cm。马蹄与腹板交接处做成45°斜坡的折线钝角，以较小局部应力。这样的配置，马蹄面积占总面积17.83％，按上述布置，绘出预制梁跨中截面，如图2.1所示。
图2.1 预制梁跨中截面图

图2.2 预制梁支点处截面图
图2.3 支点处、跨中处横截面图
2.3 钢筋混凝土变截面连续箱梁桥
2.3.1 孔径布置
主梁孔径布置为（50m+80m+50m）。详见图2.4。

图2.4 钢筋混凝土变截面连续箱梁桥孔径布置图（单位：cm）
2.3.2 主梁构造

图2.5 主梁支点、跨中半横截面（单位：cm）
2.4 钢管拱—连续梁组合结构方案
2.4.1孔径布置
组合结构有自己明显的特点，建筑高度比较低，而且因为中跨钢管混凝土拱的作用，中跨可以做的相对较大，自然就可以跨越更大的距离。该桥的孔径布置为（44+92+44）m，边、中跨的比值为0.48，比普通预应力混凝土连续梁桥要小许多。这也正是该结构的优势所在。跨度92m，设计失高15.3m，矢跨比为1/6。中支点处梁高4.5m，跨中及边支点梁高2.2m，都比普通预应力混凝土连续梁桥要小。
平面布置详见图2.6。

图2.6 平面布置图(单位mm)
2.4.2主梁构造
主梁采用单箱双室变高度箱形截面，跨中及边支座处梁高2.2m，中支点处梁高4.5m，梁高按二次抛物线变化，箱梁顶板宽16.4m，底板宽10.6m，顶板厚度35cm，腹板厚度40～90cm，底板厚度40～90cm，中支点局部加厚至1.3m。
中支点及跨中截面见图2.7。

图2.7 主梁半支点半跨中横截面(单位cm)
2.5 各桥式方案比较
表2-4 方案比选
方案类别
比较项目
第一方案
第二方案
第三方案
预应力混凝土T形简支
梁桥
钢筋混凝土变截面连续箱梁桥
钢管拱—连续梁组合桥
孔跨式样
6×30m
50+80+50
44+92+44
主桥总长
180m
180m
180m
桥跨主要承重构件的主要尺寸
T形主梁高2.0m,宽268cm，梁肋在支点处宽52cm，在跨中处宽20cm。
中支点梁高5.6m，
边支点及跨中梁高
3.0 m，顶板宽17m。
梁高3.5m，顶板宽17m，底板宽11m，顶板厚度45cm。
主桥施工
方法
联合架桥机架梁法
挂篮悬臂平衡浇注法
桥塔施工法
造价
最低
较高
最高
美观性
一般
较好
最好
工艺要求
预制安装，工艺要求
最低
悬臂浇注，工艺要求
很高
技术含量高，标准要求严，施工难度大，要求最高
施工工期
最短
较长
最长
结构特点
受力明确、构造简单，施工方便，建筑高度较小，结构内力不受地基变形、温度改变影响。受拉区混凝土材料作用不大，反而增大结构自重。
外部超静定。结构变形、基础不均匀沉降将引起结构附加内力，因此，对基础要求较高，徐变影响较大。
高次内部超静定结构，对设计、施工要求很高。体系复杂，构件类型多。

三材指标
（全桥）
C40混凝土1580m3，C20混凝土3040m3，预应力钢筋68t，普通钢筋706t。
C50混凝土2820m3，C30混凝土3580m3，预应力钢筋115t，普通钢筋641t。
C50混凝土2380m3，C30混凝土2840m3，预应力钢筋72t，普通钢筋571t，钢索用量120t。

综合以上比较，考虑了经济、使用功能、美观的各方面因素后，本设计决定采用第一方案，即主桥长180m，跨径6×30m的预应力混凝土T形简支梁桥。

第三章 上部结构设计

3.1 尺寸拟订
3.1.1 截面尺寸拟订
主梁高度：预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/11～1/16，本设计取H=2.00 m。
主梁梁肋腹板尺寸: T梁腹板厚度取20cm。腹板高度130cm。
主梁翼板尺寸:翼一般装配式主梁翼板的宽度是主梁的间距而定，在实际预制时，翼板的宽度通常应比主梁间距小2cm，以便在安装过程中易于调整T梁的位置和制作上的误差，整个翼板的宽度拟为268cm。为了保证翼板与梁肋连接的整体性，翼板与梁肋衔接处厚度应不小于主梁高度的1/10。本设计取40cm。因为考虑翼板承揽的是全部桥面上的恒载和活载，此时端部一般取不小于10cm。本设计拟定T型梁翼板厚度为12cm，翼板根部加到30cm以抵抗翼缘根部较大弯矩。
马蹄尺寸:马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要来确定，实践表明马蹄面积占截面面积的10％～20％为合适。这里设置马蹄宽度为52cm，高度24cm。马蹄与腹板交接处做成45°斜坡的折线钝角，以较小局部应力。这样的配置，马蹄面积占总面积17.83％，按上述布置，可绘出预制梁跨中截面，如图2.1所示。

图2.1 预制梁跨中截面图
3.1.2 支点截面尺寸拟定

图2.2 预制梁支点处截面图
3.1.3 横隔板设置及尺寸拟定
横隔梁尺寸：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)规定，当梁横向刚形连接时，横隔梁间距不应大于10m。故当T梁的跨径稍大时(一般在13m以上)，需在跨径内增设1道横隔梁。对于跨径30米T型简支梁桥设计13片横隔梁，其中7片端横隔梁，为了增强主梁间的横向连接刚度，除设置端横隔梁外，还设置6片中横隔梁。
跨中横隔梁的高度应保证具有足够的抗弯刚度，通常做成主梁高度的3/4左右。梁肋下部呈马蹄形加宽时，横隔梁延伸至马蹄的加宽处。本设计取150cm。横隔梁的肋宽通常采用12-16cm，且宜做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模。本桥跨径30m的设计采用横隔梁外端的尺寸为下端14cm，上端15cm；横隔梁与主梁梁肋的连接处的宽度为下端16cm，上端17cm，平均厚度为0.15m。
3.2 材料选择
混凝土：主梁用40号，人行道，栏杆及桥面铺装用20号。
预应力钢束采用符合冶金部YB255-64标准的φs5mm碳素钢丝，每束由24丝组成。
普通钢筋直径大于和等于12mm的用16Mn钢或其它Ⅱ级热轧螺纹钢筋；直径小于12mm的均由Ⅰ级热轧光钢筋。
钢板和角钢：制作锚头下支承垫板、支座垫板等均用普通A3碳素钢，主梁间的联接用16Mn低合金结构钢钢板。
按后张法工艺制作主梁，采用45号优质碳素钢结构钢的锥形锚具和直径50mm抽拨橡胶管。
3.3 施工方法
根据桥址处的地质地形特点和施工条件，6孔30m预应力混凝土T形简支梁段在施工现场预制拼装，采用后张法制梁。
本设计宜采用联合架桥机架梁法，架梁操作工序如下：
1）在桥头拼装钢导梁，铺设钢轨，并用绞车纵向拖拉导梁就位；
2）拼装蝴蝶架和门式吊机，用蝴蝶架将两个门式吊机移运至架梁孔的桥墩(台)上；
3）由平车轨道运送预制梁至架梁孔位，将导梁两侧可以安装的预制梁用两个门式吊机起吊、横移并落梁就位。
4）将导梁所占位置的预制梁临时安放在已架设的梁上；
5）用绞车纵向拖拉导梁至下一孔后，将临时安放的梁架设完毕；
6）在已架设的梁上铺接钢轨后，用蝴蝶架顺次将两个门式吊车托起并运至前一孔的桥墩上。
如此反复，直至将各孔梁全部架设好为止。

参考文献

[[1] 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) [M]. 北京：中华人民共和国交通部发布,2004.
[2] 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) [M]. 北京：中华人民共和国交通部发布 ,2004.
[3]《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) [M]. 北京：中华人民共和国交通部发布,2003.
[4]徐岳、王亚君、万振江编著.预应力混凝土连续梁桥设计[M]. 北京：人民交通出版社,2000.
[5] 高东光主编.公路桥涵设计手册－桥位设计[M]. 北京：人民交通出版社,2000.
[6] 姚玲森主编.桥梁工程 [M]. 北京：人民交通出版社,2009.
[7] 江祖明,王崇礼主编.公路桥涵设计手册－墩台与基础[M]. 北京：人民交通出版社,1994.
[8] 叶见曙主编.结构设计原理[M]. 北京：人民交通出版社, 2001.
[9] 公路桥涵设计手册－梁桥（上下册）[M]. 北京：人民交通出版社,1996.
[10] 孙家驷. 公路小桥涵勘测设计[M]. 北京：人民交通出版社，1992.