桥梁工程课程小设计

1.结构总体布置

本部分结构设计所取计算模型为三跨变截面连续箱梁桥，根据设计要求确定桥梁的分孔，主跨长度为80m，取边跨46m，边主跨之比为0.575。设计该桥为三跨的预应力混凝土连续梁桥（46m+80m+460m），桥梁全长为172m。大桥桥面采用双幅分离式桥面，单幅桥面净宽20m（4X3.75行车道+1m左侧路肩+3.0m右侧路肩人行道+2X0.5m防撞护栏），两幅桥面之间的距离为1m，按高速公路设计，行程速度100Km/h。桥墩采用单墩，断面为长方形，长14米，宽3.5米，高25米。

上部结构桥面和下部结构桥墩均采用C50混凝土，预应力钢束采用Strand1860钢材。

桥梁基本数据如下：

桥 梁 类 型 :  三跨预应力箱型连续梁桥(FCM)

桥 梁 长 度 :  L =46 + 80 + 46 = 172 m

桥 梁 宽 度 :  B = 20 m (单向4车道)

斜 交 角 度 :  90˚(正桥)

桥梁正视图

桥梁轴测图

2．箱梁设计

主桥箱梁设计为单箱单室断面，箱梁顶板宽20m，底板宽14m，支点处梁高为h支= (1/15 ~ 1/18)L中= 4.44 ~5.33m，取h支=5.0m，高跨比为1/16，跨中梁高为h中= (1/1.5~1/2.5) h支= 2~ 3.33m，取h中=2.30m，其间梁底下缘按二次抛物线曲线变化。箱梁顶板厚为27.5cm。底板厚根部为54cm，跨中为27cm，其间分段按直线变化，边跨支点处为80cm，腹板厚度为80cm具体尺寸如下图所示： 

箱梁断面图

连续梁由两个托架浇筑的墩顶0号梁段、在两个主墩上按“T构”用挂篮分段对称悬臂浇筑的梁端、吊架上浇筑的跨中合拢梁段及落地支架上浇筑的边跨现浇梁段组成， 0号梁段长2m，两个“T构”的悬臂各分为9段梁段，累计悬臂总长38m。全桥共有一个2m长的主跨跨中合拢梁段和两个2m长的边跨合拢梁段。两个边跨现浇梁段各长4m，梁高相同。主墩墩顶箱梁综合考虑受力和变形情况箱梁内各设柔性横隔板2道，边墩顶各设横隔板一道。为满足施工和管理需要，在每道横隔板出均设置了人洞。同时为保持箱内干燥，在箱梁根部区段底板上设有排水口。 

3．荷载参数

3.1永久荷载

结构重力 

在程序中以自重输入

二期恒载 

W=32.5KN/m

3.2预应力荷载

跨中与边跨钢束()

截面面积 : 

顶板钢束()

截面面积 : 

孔道直径 : 

张拉力 : 施加75%抗拉强度的张力

张拉初期的损失(由程序计算)

摩擦损失 : 

顶板束 :, 

底板束 :, 

锚固端滑移量 : 

混凝土弹性压缩预应力损失 :  损失量, 

预应力长期损失(由程序计算)

应力松弛 

徐变和干缩引起的损失

3．3徐变和干缩

条件

水泥 : 普通水泥

施加持续荷载时混凝土的材龄 :日

混凝土暴露在大气中时的材龄 :日

相对湿度 : 

大气或养生温度 : 

适用标准 : 道桥设计标准 (CEB-FIP)

徐变系数 : 由程序计算

混凝土干缩应变 : 由程序计算

3．4挂篮荷载

假设挂篮自重如下

3.5可变荷载

可变作用主要考虑汽车荷载、温度作用、支座沉降等作用。汽车荷载为高速公路1级，4车道布置，考虑荷载横向分布系数0.67，不考虑人群荷载作用。温度作用考虑四种工况，体系温升20℃，体系温降-20℃。每个支座均考虑支座沉降，其中沉降量均为10mm，取最不利组合。 

3.6使用状态荷载组合 

正常使用极限状态下，标准值组合恒载组合系数1.0，汽车荷载组合系数为0.7。；承载力极限状态下，结构的重要性系数为1.1，恒载组合系数1.2，汽车荷载组合系数为1.4，温度组合系数0.8；标准值组合恒载组合系数1.0，汽车荷载组合系数为1.0。 

4．计算模型

4.1单元与节点

计算模型中全桥共划分为61节点，58个单元。确定计算模型时主要根据主桥梁段划分情况来确定，每一悬浇段为一个单元。施工阶段分析考虑挂篮移动，混凝土浇注，预应力钢筋张拉以及施工临时荷载的变化等。 0号梁段长2m，两个“T构”的悬臂各分为9段梁段，累计悬臂总长38m。全桥共有一个2m长的主跨跨中合拢梁段和两个2m长的边跨合拢梁段。两个边跨现浇梁段各长4m，梁高相同。

4.2预应力体系 

纵向预应力钢束共设置了顶、底板束和腹板束，采用Strand1860钢材，设计张拉应力1395Mpa.

部分预应力筋如图

顶板横向预应力沿轴线每60cm布置一束，钢束均采用φ15.24-3钢绞线，设计张拉吨位586kN，用扁锚体系锚固，采用两端张拉方式，竖向预应力钢筋采用φ32的精轧螺纹粗钢筋，设计张拉吨位为673kN，采用梁顶一端张拉方式锚固。 

5.施工阶段模拟 

桥箱梁按两个“T”对称悬臂浇筑施工，0号梁段采用搭设托架现场浇筑完成，其余梁段采用挂篮悬臂浇筑，两边跨各4m现浇梁段采用搭设支架现浇，边跨合拢段长为2m，中跨合拢段长为2m。全桥共分为26个施工阶段。

悬臂法(FCM)的施工顺序一般如下：

同时进行

施工下部工程

制作及拼装挂篮

分阶段施工下部工程

架设零号块的临设并设置临时固结措施

在零号块上布置挂篮

拼装模板，布置钢筋和钢材(需五天)

混凝土的浇筑及养护、张拉钢束(需两天)

移动挂篮到下一个桥梁段

施工完第一中间跨，移动挂篮

施工边跨(FSM工法)

施工合龙段(Key Seg.)

布置永久支座，张拉下部钢束

施工桥面

收 尾

具体施工顺序为： 

浇注桥墩

浇注0#块，张拉预应力筋，加挂篮

浇注1#块，张拉预应力筋，移动挂篮

浇注2#块，张拉预应力筋，移动挂篮

挂篮待前一块浇注完毕并张拉预应力筋后，向下块移动。

浇注8#块，张拉预应力筋，移动挂篮

浇注9#块，张拉预应力筋，并在两侧搭建临时支撑浇注边跨现浇段。

边跨合拢，张拉预应力筋，拆除临时支撑。

中跨合拢

张拉全部边跨预应力筋与中跨预应力筋

6.施工阶段分析

施工过程中桥面顶板各点所受最大拉应力如图：

施工过程中桥面顶板各点所受最大压应力如图：

施工过程中桥面底板各点所受最大拉应力如图：

施工过程中桥面底板各点所受最大压应力如图：

施工过程中桥面顶板各点所受最大拉应力为1.8MPa，最大压应力为3.3MPa

施工过程中桥面底板各点所受最大压应力为1.7MPa，最大压应力为9.5Mpa，都满足规范要求。

7．使用阶段分析

使用阶段荷载组合：正常使用极限状态下，标准值组合恒载组合系数1.0，汽车荷载组合系数为0.7。；承载力极限状态下，结构的重要性系数为1.1，恒载组合系数1.2，汽车荷载组合系数为1.4

正常使用状态弯矩包络图 ：

极限状态弯矩包络图 ：

正常使用状态应力图

极限状态应力图

正常使用状态下桥面顶板所受拉应力与压应力如下：

正常使用状态下桥面底板所受拉应力与压应力如下：

极限状态下桥面顶板所受拉应力与压应力如下：

极限状态下桥面底板所受拉应力与压应力如下：

由上述结果可知，正常使用状态下桥面板顶板与底板的拉应力与压应力均在要求范围内。

极限状态下桥面板顶板与底板的拉应力超出3Ma，但考虑到极限状态并不常出现，因此在此可以认为符合要求。

升温20度时桥面最大应力

降温20度时桥面最大应力

沉降对桥面的最大拉应力与最大压应力

挠度要求：

有图可以看出主梁在汽车荷载（不计冲击力）作用下最大位移为8.4m，满足规范要求（L/600=133mm）。