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所需要设备较少,占用施工场地少,属于超静定结构,受力较好,使用范围大,竞争力强。预应力箱形截面显著的增大了腹板的间距,减少了腹板的数量,从而减轻了自重,方便施工。
从等、变截面上讲,在外载和自重的作用下,支点截面出现较大的负弯矩,从绝对值来看,支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩。因此,采用变截面能符合梁的内力分布规律。同时,在跨径布置上,为减小边跨跨中正弯矩,宜采用不等跨布置。这样也便于对称施工。
对以上所论述桥型进行列表比较:
表1.1 方案比较表
比较项目 主桥跨桥型 第一方案 预应力混凝土空心板简支梁桥 在垂直荷载作用下,其支座仅产生垂直反力,而无主桥跨 结构特点 水平推力。结构造型灵其跨径较小,且简支梁梁高较大,与城市的景观不协调。 养护维修量 设计技术水平 较小 设计和施工经验丰富,国内先进水平 预制空心板构件,可在现施工技术 场预制,它构造简单、受力明确,施工方便,技术难度较小. 工 期 较短 第二方案 预应力混凝土连续梁桥 在垂直荷载的作用下,其支座仅产生垂直反力,而无水平推力。结构造型灵活,可模型好,可根据使的结构,整体性好,刚度较大,变形较小。受力明确,设计和施工的方法日臻成熟和完善。 较大 经验较丰富,国内先进水平 满堂支架法:结构不发生体系转换,不引起恒载徐变二次矩,预应力钢筋可以一次布置、集中张拉等优点。施工难度一般。 较 长 第三方案 拱桥 等截面悬链线无铰拱,主拱圈为石板拱,拱圈计算时未考虑墩台变形对拱圈受力的影响和单向推力的作用,同时也没有考虑拱上建筑的联合作用。拱上建筑采用拱式腹孔。 较小 施工经验丰富 活,整体性好,刚度较大,用要求浇筑成各种形状就地砌筑,无支架吊装,拱桁架施工。需要大量石材,需用劳动力较多,建桥周期长,养护费用低。 较短 由表1.1中分析,从施工工艺、受力合理性、并与当地环境相协调,满足美观要求,综
合桥梁设计原则,选择第二方案比较好,跨径上满足要求,景观与环境相协调,比第一方案好;从结构的整体性、造型灵活性等方面来说,比第三方案好,所以选择第二方案作为首选。
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1.7 详细设计资料
1.7.1 设计题目
沿湖大道七里山二桥(38+60+38)m预应力混凝土连续箱梁桥
1.7.2 桥梁技术标准
设计荷载:公路-Ⅰ级 桥全宽: 双幅 (2×12.25)m,单箱单室 桥下净空:≥5.0m 设计车速:80km/h 桥梁纵坡:≤5% 地震烈度:6级
1.7.3 设计规范
中华人民共和国交通部部颁标准:
《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)
《公路圬工桥涵设计规范》(JTJ D61-2005) 《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89) 《公路桥涵标准图》
1.7.4 主要材料及要求
1) 混凝土 :预应力混凝土主梁采用C50混凝土,基桩采用C25混凝土,其余构件采用C30混凝土。
2) 钢筋:预应力钢筋:箱梁纵向预应力钢束采用270K级高强度低松弛预应力钢绞线(15.24);普通钢筋采用HRB335级钢筋。
3) 预应力管道: 预应力管道均采用镀锌金属波纹管。
1.7.5 主桥箱梁施工
箱梁均采用悬臂施工法进行施工。即分段施工。
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2 桥跨总体布置及结构尺寸拟定
2.1 尺寸拟定
本设计方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续箱梁结构,全长136m。设计主跨跨径为60m。
2.1.1 桥孔分跨
对于桥孔分跨,往往要受到如下因素的影响:桥址地形、地质与水文条件,通航要求以及墩台、基础及支座构造,力学要求,美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置,一般边跨长度可取为中跨的0.5~0.8倍,这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩,此外,边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系,对于采用现场浇筑的桥梁,边跨长度取为中跨长度的0.8倍是经济合理的。但是若采用悬臂施工法,则不然。本设计跨度,主要根据设计任务书来确定,其跨度组合为:(38+60+38)m。基本符合以上原理要求。
2.1.2 截面形式
一、 立截面
从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析,连续梁的立面应采取变高度布置为宜;在恒、活载作用下,支点截面将出现较大的负弯矩,从绝对值来看,支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩,因此,采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律,另外,变高度梁使梁体外形和谐,节省材料并增大桥下净空。
所以本设计中采用悬臂施工方法,变截面连续箱梁。 二、 横截面 :分离式双箱单室
2.1.3 梁高
根据经验确定,预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15~1/25之间,而跨中梁高与主跨之比一般为1/40~1/50之间。当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案,因为增大梁高只是增加腹板高度,而混凝土用量增加不多,却能显著节省预应力钢束用量。
连续梁在支点和跨中的梁估算值:
变高度(曲线)梁:支点处:H=(
1111~)L,跨中H=(~) 16203050而本设计采用变高度的曲线梁,支点处梁高为3.447米,跨中梁高为1.747米。
2.1.4 细部尺寸
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一、顶板与底板
整体施工的连续梁桥,中承处的负弯矩较大,需要底板适当加厚,以提供必要的受压面积;同时,跨中正弯矩较大,应避免该区段底板过厚而增加恒载弯矩。因此,就有底板厚度按“中薄边厚”设置的一般规律。
由此设计本桥顶板为28cm,底板厚度支点处为40cm,跨中20cm。 二、腹板和其它细部结构
(一)箱梁腹板厚度 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,其设计经验为: (1)腹板内无预应力筋时,采用200mm。
(2)腹板内有预应力筋管道时,采用250~300mm。 (3)腹板内有锚头时,采用250~300mm。
大跨度预应力混凝土箱梁桥,腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽,以承受支点处交大的剪力。本设计支座处腹板厚取60cm.,跨中腹板厚取35cm。 (二)梗腋 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。
本设计中,根据箱室的外形设置了宽1000mm,长300mm的上部梗腋,而下部采用1:1的梗腋。 (三)横隔梁
横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布,同时还可以限制畸变;支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。跨内的横隔梁将随跨径的大小每隔5-10米设置一道。
支点截面及跨中截面示意图如下所示:(单位为cm)
单箱中心线30x30桥中心线
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0x330
图2.1 箱梁支点截面
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图2-2 箱梁跨中截
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