橋梁工程畢業(yè)設計初步設計.doc

1.1 主梁尺寸的擬定預應力混凝土連續(xù)梁以受力體系來分，有等截面、變截面連續(xù)梁橋、桁架連續(xù)梁橋，連續(xù)-剛構梁橋及V形墩連續(xù)梁橋等。其中等截面及變截面是目前我國預應力混凝土連續(xù)梁橋采用最多的截面形式。等截面連續(xù)梁一般適應以下情況： 跨徑一般為4060m（國外也有達到80m跨徑者）,構造簡單，施工快捷的連續(xù)梁。 橋的立面布置以等跨徑為宜，也可以不等跨布置，邊跨與中跨之比不應小于0.6，高跨比一般為1/151/25。 適應于支架施工、逐跨架設施工、移動模架施工及頂推施工等。而變截面梁主要適用于大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋，本設計選用變截面預應力混凝土連續(xù)梁。梁底立面曲線可采用圓弧線、二次拋物線及折線等，除外形高度變化外，為滿足梁內(nèi)各截面受力要求，還可將截面的底板、頂板和腹板改變厚度。在本設計中梁底立面曲線選用拋物線形，底板采用變厚度。在孔徑布置方面，邊跨與總跨之比一般為0.50.8，當邊跨與中跨之比小于0.3時，邊孔橋臺支座要做成拉壓式，以承受負反力。其跨徑布置為70m+112m+70m，右邊與兩跨24m的簡支梁相連，邊孔與中孔跨徑之比為0.63。變高度梁的梁高與最大跨徑之比，在跨中截面一般為1/301/50，支點截面可選用1/151/20，在本設計，跨中截面出梁高為3.0m，支座處梁高為6.0m。預應力混凝土連續(xù)梁橋的截面形式很多，一般應根據(jù)橋梁的跨徑、寬度、梁高、支撐形式、總體布置和施工方法等方面綜合確定。合理地選擇主梁的截面形式對減輕橋梁自重、節(jié)約材料、簡化施工和改善截面的受力性能是十分重要的。目前預應力連續(xù)梁橋橫截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面，其中，板式、肋梁式截面構造簡單、施工方便；而箱形截面具有良好的抗彎和抗扭性能，是預應力混凝土連續(xù)梁橋的主要截面形式。本設計選用分離式單箱雙室的箱形截面。一、 梁高 頂板厚 底板厚在連續(xù)梁橋中，箱梁底板厚度隨負彎矩的增大而逐漸加厚至根部，根部底板厚度一般為根部梁高的1/101/12，以符合施工和運營階段的受壓要求，并在破壞階段使中性軸盡量保持在底板以內(nèi)；跨中底板厚度一般為200250，以滿足跨中正負彎矩變化及板內(nèi)配置預應力鋼筋與普通鋼筋的要求。在本設計中支座處的底板厚為60cm，跨中處底板厚為30cm，在支座與跨中間按拋物線形變化，坐標系建在支點梁底，則梁高和梁底曲線形的拋物線方程為：梁高：（cm） 底板厚：（）。在確定箱形截面頂板厚度時一般考慮兩個因素：滿足橋面橫向彎矩的要求；滿足布置縱向預應力鋼筋的要求。在配筋的混凝土橋面板中，頂板的厚度與腹板間距可參考下表：表1-1 腹板和頂板參考尺寸腹板間距（m）3.55.07.0頂板厚度（）180200200250280300 二、 懸臂板長度 腹板厚 箱梁截面頂板兩側挑出的懸臂板（翼板）長度也是調(diào)節(jié)頂板內(nèi)彎矩的重要因素，一般可取懸臂板長度為腹板間距之半。當配置橫向預應力筋時，懸臂板應盡量外伸。本設計中懸臂板長度取為2.0m。箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉應力。在預應力連續(xù)梁橋中，彎束對荷載剪力的抵消使梁內(nèi)剪應力和主拉應力較?。辉谧兏叨冗B續(xù)梁橋中截面高度的變化也可減小主應力值。因此，除上述受力因素外，考慮預應力鋼筋布置及混凝土澆注后的箱梁腹板最小值一般為：腹板內(nèi)無預應力束管道布置時可采用200；腹板內(nèi)有預應力管道布置時可采用250300；腹板內(nèi)有預應力束錨固時采用350。在大跨徑預應力混凝土連續(xù)箱梁中，腹板寬度宜從跨中向支點逐漸加寬，以承受支點處較大剪力，一般采用300800，也有達到1m左右者。本設計中頂板厚度取300，腹板厚度在跨中處各處寬均為400，在支座處兩側寬度為600，中間腹板寬度為400mm。箱梁截面尺寸如下圖所示：圖1-1 連續(xù)梁支點截面尺寸圖（單位：cm）圖1-2 連續(xù)梁跨中截面尺寸圖 （單位：cm）1.2 基本材料的選用一、 鋼筋預應力混凝土橋梁用的鋼材就其使用狀況可分為非預應力鋼材和預應力鋼材兩大類。前者與鋼筋混凝土橋梁的鋼材完全一樣；目前使用的預應力鋼材主要有高強鋼絲、鋼絞線和高強粗鋼筋三大類。按照橋規(guī)第2.2.1條規(guī)定，預應力混凝土構件中的預應力鋼筋宜采用冷拉II級、冷拉III級、冷拉IV級鋼筋、冷拉5號鋼筋、熱處理鋼筋（V級鋼筋）、冷拔低炭鋼絲、碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線。在本設計中，預應力鋼筋均采用1275的低松弛鋼絞線，其標準強度R=1860Mpa，張拉控制應力=0.75=1395Mpa，兩端“雙控”張拉，張拉時混凝土強度要達到80%的設計強度，普通鋼筋采用級鋼筋。二、混凝土混凝土的標號是混凝土強度的主要標志。它決定混凝土的其它物理力學性能。選用合適的混凝土標號除根據(jù)結構構造特征外，還需與鋼材的級別相適應，由于預應力鋼材的強度均較高，所以一般均選用較高標號的混凝土。這不僅會減小結構混凝土的用量、減輕自重，且因高標號混凝土比較密致，徐變較小，也有利于減小應力損失。公路鋼筋混凝土橋涵設計規(guī)范規(guī)定：公路橋梁預應力混凝土構件的混凝土標號不宜低于C30，主要承重構件用碳素鋼絲、鋼絞線的構件不宜低于C40。本設計上部結構采用的混凝土標號為C50，下部結構采用C25。三、錨具預應力結構成敗的關鍵是混凝土內(nèi)部必須具有永久存在的預應力。在先張法構件中主要依靠混凝土與預應力鋼材間的握裹力來產(chǎn)生這種永存預應力。大量的后張法構件在預制時都是通過采用可靠的錨夾具使結構產(chǎn)生預應力。由于受到自身結構和構造特征的限制，預應力混凝土連續(xù)梁橋的絕大多數(shù)是采用后張法施工的。因此，選用一種錨固性能良好、成本低廉、使用簡便且又與預應力混凝土連續(xù)梁橋修建工藝相適應的錨固體系是很重要的。對錨具的基本要求是：錨固可靠，預應力損失小施工方便，成本低廉，機具簡單，且與預應力混凝土連續(xù)梁梁橋施工工藝相適應。本設計選用的錨具為：HVM1512錨具，其錨墊板尺寸為270270160，波紋管的直徑為92。1.3 施工方法的選擇一、施工方法的選定不同的施工方法適應于不同的橋梁形式，不同的施工方法在施工各階段的內(nèi)力也不同，有時結構的控制設汁出現(xiàn)在施工階段。設計與施工時不能也無法截然分開的，結構設計必須考慮施工的方法、施工內(nèi)力與變形，而施工方法的選擇應符合設計的要求。我國建造的預應力混凝土連續(xù)梁橋的施工方法很多，常用的施工方法有：支架就地澆注施工、懸臂施工、逐孔施工和頂推施工等。與變截面連續(xù)梁最匹配的施工方法為懸臂施工法，懸臂施工法是從橋墩開始對稱地、不斷懸出接長的施工方法。懸臂施工通常分為懸臂澆注和懸臂拼裝，懸臂澆筑是在橋墩兩側對稱逐段就地澆筑混凝土，待混凝土達到一定強度后，張拉預應力筋，移動機具，模板繼續(xù)施工。懸臂拼裝法則是將預制節(jié)段快件，從橋墩兩側依次對稱安裝節(jié)段，張拉預應力筋，使得懸臂不斷接長，直至合攏。而懸臂澆注按施工受力圖式又分為掛藍懸臂施工和桁式吊懸臂施工之分。掛藍懸臂施工是在橋墩的兩側對稱逐段澆注混凝土、張拉預應力鋼筋、移動掛藍、立模綁扎鋼筋等循環(huán)連續(xù)施工，直至和攏形成連續(xù)梁橋，該方法是國內(nèi)外大跨徑連續(xù)梁橋的主要施工方法之一。本設計選擇掛藍懸臂施工。梁體每24米分為一個節(jié)段，以掛籃為施工機具，從橋墩開始對稱伸臂逐段現(xiàn)場澆筑混凝土。掛籃通常由承重梁、懸吊模板、錨固裝置、行車系統(tǒng)和工作平臺幾部分組成。承重梁是掛籃的主要受力構件，可以采用鋼板梁、工型鋼、萬能桿件組拼的桁架或斜拉體系等，它承受施工設各和新澆節(jié)段混凝土的重量并有支座和錨固裝置將荷載傳遞到己施工完成的粱身上，當后支座的錨固能力不夠，并考慮行走的穩(wěn)定，常采用在尾端壓重的措施。本橋采用桁架式掛籃。二、施工流程 在施工中，架設模板，安裝鋼筋、澆筑混凝土和張拉等全部工作均在掛籃平臺上進行。當該節(jié)段的全部施工完成后，由行走系統(tǒng)將掛籃向前移動，動力采用絞車牽引。掛籃的主要功能是：支撐梁段模板，調(diào)整正確位置，調(diào)運材料、機具，澆筑混凝土和在桂籃上張拉預應力筋。在施工橋墩頂部的0號塊一同澆筑，支撐這部分施工重量采用三角托架，由于橋墩比較高，可在墩中設置預埋件支撐或懸吊式施工托架。懸臂澆筑施工的鋼筋加工，混凝土拌制和運輸問題都需要周密計劃，盡量縮短運輸路線，方便施工。本橋采用的路線是將預制加工場沒置在橋頭，當懸臂施工為合攏而路線不通時，可通過簡易支架或吊裝設備進行水平運輸。合攏段的施工是懸臂施工的關鍵。在合攏段的施工過程中，由于晝夜溫度變化、新澆筑混凝土的早期收縮、己完成結構-混凝土的收縮、徐變、新澆筑混凝土的水化熱影響、結構體系的變化以及施工荷載等因素對尚未達勁強度的合攏段混凝-土的質(zhì)量有直接影響。對于大跨度和多跨一聯(lián)的連續(xù)梁橋，合攏段的長度在滿足施工要求的前提下，應盡量縮短，這樣在構造處理上比較方便，一般取24m，本橋采用3m、3.5m、4m幾種不同長度節(jié)段。另外，為了保證結構按沒計要求合攏，避免在合攏過程中的不利因素，增強合攏段的剛度，采用加強普通鋼筋的配置，或配有一定數(shù)量的勁性型鋼，目的是在合攏段混凝土施工過程中可傳遞內(nèi)力，并保持合攏段兩側梁體的連續(xù)性。本橋第一施工段的施工周期為28天，其余均采用7天。加快施工進程的主要關鍵在于混凝土早期強度的快速增長，減少混凝土的養(yǎng)生時間，這是現(xiàn)場澆筑施工中存在的共同性問題。其施工程序為：第一步：首先從中跨的A、B墩同時開始進行懸臂施工。第二步：兩岸邊跨同時合攏，A、B墩處的臨時固結釋放，形成單懸臂梁。第三步：AB跨中段進行合攏，形成三跨連續(xù)梁。掛藍懸臂施工的流程圖如下：圖3-3 懸臂施工法的流程圖三、注意事項掛藍懸澆過程中難免要出現(xiàn)不平衡彎矩，為此，需采用必要的措施來承受這些不平衡彎矩。目前常用的措施有： 加臨時錨固，采用預應力雙排錨桿將墩、梁臨時固結。通常錨桿的下端預埋在墩內(nèi)，錨桿從混凝土中穿過并錨在梁頂。錨桿的數(shù)量由施工彎矩計算而定。為便于拆除，在臨時支座間設置20厚的硫磺沙漿夾層，并在臨時支承附近布設千斤頂，以便于施工中的微調(diào)。這種方法構造簡單，制作、拆卸方便。 在墩旁設置臨時支架，采取上一種措施后，如果橋墩太高、懸臂太長，不足以承受不平衡彎矩時，可在墩單側或兩側設置支架和臨時固結共同承受施工彎矩，當臨時支承可能出現(xiàn)拉應力時，應設置抗拉設施。需要指出的是，隨懸臂施工進程，如遇單孔合攏并張拉錨固預應力筋后，應立即拆除上述臨時措施。采用掛藍懸臂澆注施工不需大量