懸臂施工連續(xù)梁橋設計學生畢業(yè)設計

1、石家莊鐵道學院畢業(yè)設計中 文 題 目：懸臂施工連續(xù)梁橋設計英 文 題 目：2007 屆 土木工程分院(系)專 業(yè) 土 木 工 程 學 號 20030620 學生姓名 余 龍 指導教師 王 軍 文 完成日期2007年6月日第一章概述2一設計、受力及構造特點2第二章截面擬定和內(nèi)力計算4第三章預應力筋的設計與布置18第四章截面特性表22第五章預應力損失計算25第六章正截面承載能力計算30第七章斜截面抗剪承載力33一設計、受力及構造特點懸臂施工方法分為懸臂澆筑和懸臂拼裝。懸臂施工具有很大的優(yōu)越性：不需要大量的施工機械和了臨時設備；不影響橋下通航、通車；施工受季節(jié)、河道水位影響小。因此懸臂施工在連續(xù)梁和

2、連續(xù)剛構中得到了廣泛的應用，如虎門大橋輔航道橋（主跨270m連續(xù)剛構）即采用懸臂澆筑法施工。（一） 設計特點預應力混凝土連續(xù)梁橋設計的一般步驟為：參照已有的設計擬定截面結構幾何尺寸和材料類型，模擬實際的施工步驟，計算出恒載及活載內(nèi)力；然后再根據(jù)實際情況確定溫度、沉降等荷載，計算其產(chǎn)生的內(nèi)力，并與恒、活載內(nèi)力進行正常使用與承載能力組合。這是設計過程中的第一次組合，兩種組合的結果分別作為按應力和按承載能力估算鋼束的計算內(nèi)力。估算出個截面的鋼束后，按照一定要求將鋼束布置好，重新模擬施工過程并考慮預應力的作用，計算恒載內(nèi)力。由于鋼束對截面幾何特性的影響，溫度、沉降等內(nèi)力也要重新計算，但其與鋼束估算時計

3、算得到的結果差別非常小。各種荷載作用下內(nèi)力計算出來后，需進行承載能力組合和正常使用組合，以進行截面強度驗算、應力驗算和變形驗算，這是設計過程中的第二次組合。如各項驗算均滿足要求且認為合理，則設計通過。如有些截面的有些驗算通不過，則需調(diào)整鋼束甚至修改截面尺寸后重新計算，直到驗算均通過后為止。如上所述，設計過程一般包括兩次組合。第一次組合是為了估算鋼束。此時鋼束還未確定，也就無法考慮預加力的作用。由于預加力對徐變有很大影響，故估算鋼束時一般也不考慮收縮徐變的影響。況且，此時用的幾何特性都是毛截面幾何特性，所以第一次組合的內(nèi)力不是橋梁的實際受力狀態(tài)，僅供估束參考，根據(jù)估束結果確定鋼束數(shù)量和幾何形狀后

4、，考慮預加力和收縮徐變的影響重新計算的內(nèi)力是當前配束下的受力。如各項驗算均通過，那么可作為最終結果。如個別截面不滿足，但兩次組合結果相差不大，可適當調(diào)整鋼束后重新計算；如兩次組合結果相差較大，則應將第二次組合內(nèi)力作為估束依據(jù)重新估束，再重復進行驗算，直到各項驗算全部通過且兩次組合結果相差不大為止?？傊O計的過程就是一個逐次迭代逼近的過程。預應力混凝土連續(xù)梁采用懸臂施工法需在施工中進行體系轉換，經(jīng)過一系列的施工階段而逐步形成最終的連續(xù)梁體系。在各個施工階段，可能具有不同的靜力體系，其中包括安裝單元、拆除單元、張拉預應力、移動掛藍等工況。（二） 受力特點采用懸臂施工的連續(xù)梁橋，在施工過程中經(jīng)歷T

5、型剛構受力狀態(tài)，合龍后形成連續(xù)梁橋，其恒載產(chǎn)生的內(nèi)力由各個施工階段產(chǎn)生的內(nèi)力疊加而成。由于合龍段較短，其產(chǎn)生的內(nèi)力一般較小，故T型剛構受力狀態(tài)為主要部分。對懸臂施工連續(xù)梁橋，合龍后根部負彎矩很大，而中跨跨中恒載彎矩很小。二期恒載加上以后，根部負彎矩增大，中跨跨中承受相對較小的正彎矩。因此截面幾何尺寸擬定以后，應根據(jù)以上彎矩分布特點，增大主梁根部附近斷面的抗彎剛度，提高截面下緣的承壓能力。懸臂施工時，澆筑一節(jié)段梁體，達到一定強度后張拉此段鋼束。梁體自重產(chǎn)生負彎矩，預應力鋼束產(chǎn)生正彎矩，二者結合使得梁體基本處于偏心受壓受力狀態(tài)，其軸向力非常大，抗剪強度一般不成問題，而最小正應力又較大，故主拉應力也

6、易滿足，所以可不設下彎矩索。否則，可微彎縱向束，設置豎向預應力筋。（三） 構造特點1零號塊零號塊是懸臂澆注施工的中心塊體，又是體系轉換的控制塊體。梁體的受力經(jīng)零號塊通過支座向墩身傳遞，零號塊受力非常復雜，且一般作為施工機具和材料堆放的臨時場地，故其頂板、底板、腹板尺寸都取得較大。零號塊以不能處理為一般的桿系，對重要橋梁都要對零號塊進行空間應力分析。從國內(nèi)施工來看，零號塊有時開裂，故其施工工藝及結構構造是很值得研究的問題。2橫隔板懸臂施工的連續(xù)梁多采用箱形截面，抗扭剛度大，故除支點部位零號塊內(nèi)設置橫膈板外。主橋沿縱向一般不設置橫膈板。零號塊內(nèi)橫膈板傳遞荷載較大，通常采用一片實體或兩片剛性橫膈板，

7、中部開設過人洞。在和塊支點處一般將底板和腹板加厚，以起到柔性橫膈板的作用。端橫膈板在構造上需考慮不平衡段底板鋼束彎起錨固的要求，還需設置預留伸縮槽。3合龍段合龍段的施工是橋梁施工的重要環(huán)節(jié)。在合龍段施工過程中，由于溫度變化、混凝土早期收縮、已完成結構的收縮徐變、新澆混凝土的水化熱，以及結構體系變化和施工荷載等因素，對尚未達到強度的合龍段混凝土有直接影響，故必須重視合龍段的構造措施，使合龍段與兩側梁體保持變形協(xié)調(diào)，并在施工過程中能傳遞內(nèi)力。合龍段的長度在滿足施工要求的情況下，應盡量縮短，以便于構造處理，一般取1.53m。合龍段的構造處理有以下幾種：（?。┯脛判凿摴茏鳛楹淆埗蔚念A應力套管；（2）加

8、強配筋；（3）用臨時勁性鋼桿鎖定；（4）壓柱支撐。4臨時固結措施懸臂施工時，為保證結構幾何體系不變，需將墩梁固結，以承受不平衡彎矩。常用的固結方法為：在支座縱向兩側設置兩排臨時混凝土塊作為臨時支座。臨時支座內(nèi)穿預應力鋼束，兩端分別錨固在主墩和主梁橫膈板內(nèi)。鋼束的數(shù)量應由施工中的不平衡彎矩確定。為便于拆除，在臨時支座內(nèi)設有約2cm厚的硫磺砂漿夾層。硫磺砂漿具有抗壓強度高、加熱容易軟化的特點，便于臨時支座的拆除。第二章截面擬定和內(nèi)力計算本設計經(jīng)方案采用三跨一聯(lián)預應力混凝土等截面連續(xù)梁結構，全長156m。上部結構根據(jù)通行2個車道要求，采用單箱雙室箱型梁，箱寬。1主跨徑的擬定根據(jù)設計書要求，主跨徑定為

9、70m，邊跨跨徑為43m，則全聯(lián)跨徑為：43+70+43=156m2主梁尺寸擬定（跨中截面）(1)主梁高度預應力混凝土連續(xù)梁橋的主梁高度與起跨徑之比通常在之間，標準設計中，高跨比約在，當建筑高度不受限制時，增大梁高是比較經(jīng)濟的方案。可以節(jié)省預應力鋼束布置用量，加大深高只是腹板加厚，增大混凝土用量有限。根據(jù)橋下通車線路情況，并且為達到美觀的效果，采用變截面，取支座處梁高為3.8m，跨中梁高2.0m這樣高跨比為3.8/70=1/18.42，2/43=1/21.5。位于之間，符合要求。(2) 細部尺寸在跨中處頂板厚取25cm，底板厚取25cm，腹板厚取40cm；支座處頂板厚取25cm，底板厚取60c

10、m，腹板厚取40cm具體尺寸見下圖：支座截面跨中截面一、 本橋主要材料預應力混凝土連續(xù)梁頂板采用號混凝土；底板采用C30混凝土；橋墩采用C30混凝土；預應力鋼筋采用的鋼絞線，；非預應力鋼筋采用級鋼筋，構造鋼筋采用級鋼筋。二、 橋梁設計荷載可變荷載根據(jù)要求采用公路I級，公路I級車道荷載的均布荷載的標準值為，集中荷載標準值按以下規(guī)定選取：橋梁跨徑小于或等于5m時，；橋梁計算跨徑大于或等于50m時，；橋梁計算跨徑在5m至50m之間時，采用直線內(nèi)插求得。車道荷載三、 主梁內(nèi)力計算根據(jù)梁跨結構縱斷面的布置，并通過對移動荷載作用最不利位置，確定控制截面的內(nèi)力，然后進行內(nèi)力組合，畫出內(nèi)力包絡圖。（一）恒載內(nèi)

11、力計算1 第一期恒載（結構自重）利用橋梁計算軟件建模，自重可以自動生成。自重作用下梁產(chǎn)生的內(nèi)力為：將1/4跨截面、跨中截面和支座截面的數(shù)據(jù)列于下表：截面位置剪力 彎矩 端部-1881.6301/4跨截面-732.568474.02邊跨跨中截面966.387431.06支座截面-6931.72-92821.58跨中截面028570.29得到的彎矩圖如下圖所示：-92821.58KN*m28570.29KN*m2 第二期恒載包括結構自重、橋面二期荷載按36.6KN/m計。在二期恒載作用下，梁產(chǎn)生的內(nèi)力為：截面位置剪力 彎矩 端部-380.2201/4跨截面-142.321693.68邊跨跨中截面2

12、05.281394.35支座截面1175.28-16899.60跨中截面0.035517.90二期恒載作用下的彎矩圖： -16899.60KN*m 5517.90KN*m（二）活載內(nèi)力計算活載取公路I級，車輛的橫向分布如下圖所示： Midas根據(jù)影響線加載，將移動荷載加載在最不利的位置，由此得出移動荷載作用下的彎矩包絡圖： -17909.76-2108.22 10158.40 2767.55 10600.69（三）支座位移引起的內(nèi)力計算由于各個支座處的豎向支座反力和地質條件的不同引起支座的不均勻沉降，連續(xù)梁是一種對支座沉降特別敏感的結構，所以由它引起的內(nèi)力是構成內(nèi)力的重要組成部分。其具體計算方

13、法是：三跨連續(xù)梁的四個支點中的每個支點分別下沉，其余的支點不動，所得到的內(nèi)力進行疊加，取最不利的內(nèi)力范圍。支座沉降下，產(chǎn)生的彎矩圖為： -64313.68 64313.68（四）溫度荷載引起的內(nèi)力計算由于受到日照的影響，引起橋梁橋面板上下溫度分布不均，產(chǎn)生溫度梯度而引起內(nèi)力，這是局部溫度荷載。另外，還有隨著氣候的變化，冬天收縮，夏天膨脹的影響，這是整體溫度荷載。整體升溫作用下產(chǎn)生的彎矩圖為： -36整體降溫作用下產(chǎn)生的彎矩圖為： 30局部升溫作用下產(chǎn)生的彎矩圖為： -91局部降溫作用下產(chǎn)生的彎矩圖為： 7476（五）荷載組合及內(nèi)力包絡圖梁體截面分布圖：利用橋梁計算軟件建模，將其平分為54個單元

14、，每單元的具體尺寸為：，21，3.5，3.5，1。將上述的荷載進行組合，可以有10種情況：1.結構自重+二期荷載+支座沉降2.結構自重+二期荷載+支座沉降+移動荷載3.結構自重+二期荷載+支座沉降+整體升溫荷載+局部升溫荷載4.結構自重+二期荷載+支座沉降+整體升溫荷載+局部降溫荷載5.結構自重+二期荷載+支座沉降+整體降溫荷載+局部升溫荷載6.結構自重+二期荷載+支座沉降+整體降溫荷載+局部降溫荷載7.結構自重+二期荷載+支座沉降+移動荷載+整體升溫荷載+局部升溫荷載8.結構自重+二期荷載+支座沉降+移動荷載+整體升溫荷載+局部降溫荷載9.結構自重+二期荷載+支座沉降+移動荷載+整體降溫荷載

15、+局部升溫荷載10.結構自重+二期荷載+支座沉降+移動荷載+整體降溫荷載+局部降溫荷載Midas將將上述的組合進行包絡，最終求出彎矩包絡圖，根據(jù)包絡圖進行配筋。包絡圖為：17072.3339544.77-19318.43-144831.17第三章預應力筋的設計與布置一鋼束估算（一） 估算方法預應力混凝土截面配筋，是根據(jù)正常使用和承載能力兩種極限狀態(tài)的組合結果，確定截面受力的性質，分為軸拉、軸壓、上緣受拉偏壓、下緣受拉偏壓、上緣受拉偏拉、下緣受拉偏拉、上緣受拉受彎、下緣受拉受彎8種受力類型，分別按照相應的鋼筋估算公式進行計算。估算結果為截面上緣配筋和截面下緣配筋，此為截面最小配筋。需要說明的是，

16、之所以稱為鋼束“估算”，是因為計算中使用的組合結果并不是橋梁的真實受力。確定鋼束需要知道各截面的計算內(nèi)力，而布置好鋼束之前又不可能求得橋梁的真實受力狀態(tài)，故只能稱為“估算”。此時與真實受力狀態(tài)的差異由以下四方面引起：未考慮預加力的作用；未考慮預加力對徐變、收縮的影響；未考慮（鋼束）孔道的影響；各鋼束的預應力損失值只能根據(jù)經(jīng)驗事先擬定。根據(jù)截面的受力情況，其配筋不外乎有三種形式：截面上、下緣均布置力筋以抵抗正、負彎矩；僅在截面下緣布置力筋以抵抗正彎矩或僅在上緣配置力筋以抵抗負彎矩。1 截面上、下緣均布置力筋，最小配筋值為：式中：、分別為上緣的預應力鋼筋重心及下緣預應力鋼筋重心距截面重心的距離；

17、A混凝土截面積，可按毛截面計算； 、截面上下緣的預應力筋的數(shù)目；、分別為上下核心距；每根預應力筋的截面積；預應力鋼筋的永存應力。估算力筋數(shù)量時可取=0.50.6，其中為預應力鋼筋的標準強度。2只在截面下緣布置預應力筋3只在截面上緣布置預應力筋4上、下緣配筋的判別條件：只在下緣配筋的條件： 只在上緣配筋的條件： 根據(jù)包絡圖可知，支座處的彎矩絕對值最大，由此按支座處的彎矩估算預應力筋的面積。在支座處有：估算 取為384根，擬定共32個預埋金屬波紋管管道，則每個管道至少有鋼絞線為12根。布置圖如下：支座處預應力筋布置圖在跨中正彎矩最大，擬定鋼絞線采用，其面積為。估算 取為384根，擬定共32個預埋金

18、屬波紋管管道，則每個管道至少有鋼絞線為12根。布置圖如下：跨中預應力筋布置圖用同樣的方法可以得到126截面的預應力筋布置圖，由于是對稱懸臂施工，故只要列出114截面即可。下面選比較有代表性的2-2，4-4，6-6，8-8，10-10，12-12，14-14截面2-2截面預應力筋布置圖4-4截面預應力筋布置圖6-6截面預應力筋布置圖8-8截面預應力筋布置圖10-10截面預應力筋布置圖12-12截面預應力筋布置圖14-14截面預應力筋布置圖16-16截面預應力筋布置圖代入中得：左邊=11.5*1.23*(1.12+1.08)=28.1右邊=8.1*1.12*0.15 左邊，顯然不能只在下緣配筋代入

19、中得：左邊=10.4*1.12*（1.23+1.04）=26.44右邊=11.5*1.23*0.15左邊。故要在截面上下緣都布置預應力筋取為384根，擬定共32個預埋金屬波紋管管道，則每個管道至少有鋼絞線為12根。取為384根，擬定共32個預埋金屬波紋管管道，則每個管道至少有鋼絞線為12根。代入中得，10.1*0.706（0.446+0.6）=7.515.95*0.446*0.1。故在上、下緣配筋。取432根，擬定共24個預埋金屬波紋管管道，則每個管道至少有鋼絞線為18根。根據(jù)包絡圖可知，支座處的彎矩絕對值最大，由此按支座處的彎矩估算預應力筋的面積，通長配置。根據(jù)輕軌規(guī)范規(guī)定，頂面保護層厚度取

20、，則估算 預應力筋面積估算公式為： 其中：彎矩設計值； 預應力筋的抗拉強度設計值：預應力鋼筋重心到受壓合力的距離，近似取用 則 擬定鋼絞線采用，其面積為 則總共所需鋼絞線： 取為288根，擬定共24個預埋金屬波紋管管道，則每個管道至少有鋼絞線為12根。 由公式 可知：截面抗彎承載力按下式驗算： 經(jīng)檢驗： 滿足要求根據(jù)規(guī)范取預埋金屬波紋管直徑為，管間的間距為 第四章截面特性表第五章預應力損失計算一預應力筋與孔道壁之間摩擦引起的應力損失；式中由于摩擦引起的應力損失（）；鋼筋（錨下）控制應力（）；從張拉端至計算截面的長度上，鋼筋彎起角之和（）；從張拉端至計算截面的管道長度（）；鋼筋與管道壁之間的摩擦

21、系數(shù)，按表采用；考慮每米管道對其設計位置的偏差系數(shù)，按表采用。由規(guī)范表可知，管道類型為金屬波紋管時，取，取。取值為跨中截面到張拉端的距離，=。計算過程：其中二錨具變形、預應力筋回縮和分塊拼裝構件接縫壓密引起的應力損失；式中由于錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失（）；預應力鋼筋的有效長度（）；錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值（）。采用夾片式JM12錨具，則根據(jù)規(guī)范表可知，4，接縫壓縮值1。計算過程：三混凝土加熱養(yǎng)護時，預應力筋和臺座之間溫差引起的應力損失；此工程采用后張法，所以預應力筋和臺座之間溫差引起的應力損失不予考慮。四混凝土彈性壓縮引起的應力損失；在后張法結構中，由于一般預應力筋的數(shù)

22、量較多，限于張拉設備等條件的限制，一般都采用分批張拉、錨固預應力筋。在這種情況下，已張拉完畢、錨固的預應力筋，將會在后續(xù)分批張拉預應力筋時發(fā)生彈性壓縮變形，從而產(chǎn)生應力損失。式中由于混凝土的彈性壓縮引起的應力損失（）；在先行張拉的預應力鋼筋重心處，由于后來張拉一根鋼筋而產(chǎn)生的混凝土正應力；對于連續(xù)梁可取若干有代表性截面上應力的平均值（）；在所計算的鋼筋張拉后再張拉的鋼筋根數(shù)。經(jīng)推導可得公式其他形式為：表示預應力筋張拉的總批數(shù)；在代表截面（如l/4截面）的全部預應力鋼筋形心處混凝土的預壓應力（預應力筋的預拉應力扣除和后算得）。所有預應力筋預加應力（扣除相應階段的應力損失和后）的內(nèi)力；預應力筋預加

23、應力的合力至混凝土凈截面形心軸的距離；、混凝土的凈截面面積和截面慣性矩。計算過程：根據(jù)截面特性列表可知：則取，則五.預應力筋松弛引起的應力損失；對預應力鋼筋，僅在傳力錨固時鋼筋應力的情況下，才考慮由于鋼筋松弛引起的應力損失，其終極值：式中由于鋼筋松弛引起的應力損失（）；傳力錨固時預應力鋼筋的應力，按規(guī)范第條的規(guī)定計算（）；松弛系數(shù)，對鋼絞線，級松弛時，按采用，級松弛時，按采用。計算過程：取0.08則六混凝土收縮和徐變引起的應力損失。由于混凝土收縮、徐變引起的應力損失終極值按下列公式計算：式中由收縮、徐變引起的應力損失終極值（），傳力錨固時，在計算截面上預應力鋼筋重心處，由于預加力(扣除相應階段

24、的應力損失)和梁自重產(chǎn)生的混凝土正應力；對連續(xù)梁可取若干有代表性截面的平均值（）；混凝土徐變系數(shù)的終極值；混凝土收縮應變的終極值；梁的配筋率換算系數(shù)；非預應力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量之比；、預應力鋼筋及非預應力鋼筋的截面面積（）；梁截面面積，對后張法構件，可近似按凈截面計算（）；預應力鋼筋及非預應力鋼筋重心至梁截面重心軸的距離（）；截面回旋半徑()；截面慣性矩，對于后張法構件，可近似按按凈截面計算（）；其中，、值可按表采用。取，取。根據(jù)截面特性列表可知：計算過程：取支座和跨中處分析，求根據(jù)公式：在支座處：在跨中處：由上可知，在預應力損失后所剩余的有效預應力為：第六章正截面承載能力計算由平衡

25、條件可寫出如下方程：沿縱向力的方向平衡條件：對受拉區(qū)鋼筋（預應力筋和非預應力筋）合力作用點力矩平衡條件：式中混凝土彎曲抗壓強度設計值；預應力筋抗拉強度設計值；非預應力筋的抗拉強度設計值；非預應力筋的抗壓強度設計值；受壓預應力筋的計算應力；、分別為受拉區(qū)預應力筋和非預應力筋截面面積；、分別為受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋截面面積：受壓區(qū)混凝土截面面積；受壓區(qū)混凝土截面對受拉區(qū)鋼筋合力作用點的凈矩；、分別為受壓區(qū)預應力筋合力作用點和非預應力筋合力作用點至截面受壓邊緣的距離；、受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋合力作用點至截面受壓邊緣和受拉邊緣的距離，；、分別為受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋合力點至截面受拉邊緣和受

26、壓邊緣距離；截面彎矩承載能力；截面彎矩設計值。其中假設受壓高度,即在翼板內(nèi)，則：受壓區(qū)預應力筋的應力：式中受壓區(qū)預應力鋼筋與混凝土彈性模量之比；預應力筋抗壓強度設計值，按規(guī)范表取值；合力處由預應力所產(chǎn)生的混凝土應力；受壓區(qū)預應力筋在荷載作用前已存在有效預應力。1取截面4節(jié)點處，此時根據(jù)規(guī)范表，鋼筋強度取值為：代入公式：得則檢驗：2取跨中處7節(jié)點處此時代入公式得：得則檢算：3取支座處13節(jié)點檢算此時代入公式得：得：因此，則檢算：第七章斜截面抗剪承載力斜截面抗剪承載力計算公式為：式中：斜截面剪力設計值；斜截面抗剪承載能力；斜截面上混凝土和箍筋提供的抗剪承載力；、構件的寬度和有效高度；箍筋抗拉強度設

27、計值；配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；箍筋間距；斜截面上彎起鋼筋提供的抗剪承載力。因沒有非預應力彎起鋼筋，則、分別為與檢算的斜截面相交的非預應力彎起鋼筋和預應力彎起鋼筋的全部截面面積；、分別為彎起的非預應力筋和預應力筋的切線傾角。計算過程：a 支座處：取已知：則b截面處：取已知：則b 跨中處：取已知：則經(jīng)上述檢算可知，斜截面抗剪承載內(nèi)力滿足要求。第八章 截面正應力計算預應力混凝土構件在各個受力階段均有不同得受力特點，從施加預應力起，其截面內(nèi)的鋼筋和混凝土就處于高應力狀態(tài)，經(jīng)受著考驗。為了保證構件在各工作階段工作的安全可靠，除按承載能力極限狀態(tài)進行強度檢算外，還必須對其在施工和使用階段的應力狀態(tài)進行驗算，并予以控制。1 預加預應力階段混凝土截面正應力計算本階段構