1 绪论1.1 工程背景近年来，随着株洲市经济建设的迅猛发展，城市中心区域交通日益吃紧。

株洲市的交通就成为市民的一块“心病”。

交通负荷过重，制约了城市间区域的联系和城市用地开发。

增加跨江的通道项目，提高道路设施的通行能力，已成为城市建设的当务之急，新建跨江桥梁迫在眉睫。

株洲快速环道某大桥（也称某桥），是该市重点工程，其建成通车，对解决城市中心区域交通拥挤状况作用显著，将为促进株洲和长株潭“金三角”经济发展发挥重要作用。

1.2 预应力混凝土连续梁桥概述预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤，预应力混凝土从设计理论、结构形式、结构跨度到施工方法、施工机械都有了飞跃的发展，我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。

现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。

预应力混凝土连续梁桥以构造受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竟争力的主要桥型之一。

随着预应力技术的发展和不断完善，尤其是悬臂、顶推等先进施工方法的出现，更使预应力混凝土连续梁桥活跃在整个桥梁工程领域，无论是城市桥梁、高架道路、山区高架栈桥，还是跨越江河的大桥，预应力混凝土连续梁桥都以它独特的魅力，而取代其他桥型成为优胜方案。

此外，预应力混凝土连续梁桥具有以下特点：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可根据使用要求浇筑成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围；7）连续梁内力的分布较合理，其刚度大，对活载产生的动力影响较小。

混凝土收缩徐变引起的变形也是较小的。

在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，要赶超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题：1．发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层迭置又使混凝土质量难以提高。

2．在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续—刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。

3．充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。

另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指标也是一个很关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。

目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。

但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。

同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。

总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。

1.3 方案比选简支梁桥适合于中小跨径，尤其是适合于建筑高度受到限制和平原区高速公路上的桥梁，某桥位于株洲市，主桥跨径460m，通航要求三级，所以简支梁不适合，而悬索桥适合于特大跨径桥梁，造价高，460m跨径不适合建悬索桥，所以采用预应力混凝土连续梁桥、钢管混凝土拱桥和斜拉桥三个方案，这三种桥型造型美观，适合城市桥梁建设。

1.3.1 预应力混凝土连续梁桥（1）成桥经验资料连续梁的边主跨的比值在0.6～0.8之间，较其它两种桥式比值要大，支点梁高与跨中梁高比值要小，在2.0左右。

表1-1 国内预应力连续梁成桥资料（2）尺寸拟定在预应力混凝土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。

通过以上资料对比，当主桥采用多跨连续梁时，中间部分采用等跨布置，边跨跨径约为中跨跨径的0.6～0.8倍。

当边跨采用主跨径的0.5倍或更小时，则在桥台上要设置拉力支座。

当跨径超过60m时，易采用变高梁高度梁，主梁高度根据统计资料：变高度梁跨中截面h1=（1/30~1/50）L，变高度支点截面h2= （1/16~1/25）L，h1/h2=2.0~3.0，箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。

底板厚度约为梁高1/10~1/12。

跨中底板内需要配置一定数量的钢索和钢筋，跨中底板厚度一般在25~30cm。

腹板应考虑最小厚度，若腹板内有预应力管道布置时，可采用25~30cm。

腹板在支点处的最大厚度约为30~60cm[7]。

○1上部结构孔径布置：此桥是一座预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为80m+3×100m+80m，边中跨比值为0.8，桥下为三级通航，桥总长460m，如图1.1。

图1.1 孔径布置顺桥尺寸：跨中梁高为3.0m，支点梁高6.8m，梁底按二次抛物线变化。

横桥向的尺寸：截面纵向为变截面，桥面宽18m,采用单箱双室。

顶板厚30cm ,取全桥一致，支点处底板厚60cm，跨中厚为30cm，以方便布置预应力钢筋。

纵向上，梁底按二次抛物线变化，腹板在距支点四分之一跨度处以4m阶段直线变化。

顶部承托采用1：2的比例，高度分别为30cm×60cm；底部采用1：1的比例,高度分别为30cm×30cm。

图1.2 连续梁桥支点处截面 单位：(cm)图1.3 连续梁桥跨中处截面 单位：(cm)○2下部结构桥墩采用柱式墩，柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁中广泛采用的桥墩形式。

这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好，本设计基础采用桩基础。

（3）施工方案连续梁最成熟的施工方法是挂蓝悬臂浇注的施工方法，为保证施工过程中结构的稳定可靠，采用0号块梁段与桥墩临时固结。

第一步：首先从中间三个墩临时固结开始对称悬臂施工。

第二步：两边跨合拢，释放墩临时固结措施，形成单悬臂梁。

第三步：合拢中跨。

1.3.2 斜拉桥近年来，随着结构分析的进步、高强材料的施工方法以及防腐技术的发展极大地促进了大跨斜拉桥的发展，此外由于高强钢材、正交异性板、焊接技术的发展及结构分析的进步，斜拉桥体系更是得到了广泛的应用。

斜拉桥具有以下特点：1）鉴于主梁增加了中间的斜索支承，弯矩显著减小，与其他体系的大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省；2）借斜索的预压力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得经济效果，并且能将主梁做成等截面，便于制造和安装；3）斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力，借以提高梁的抗裂性能，并充分发挥了高强材料的特性；4）结构轻巧，适用性强。

利用梁、索、塔三者的组合变化成不同体系，可适用不同的地形和地质条件；5）便于悬臂法施工和架设，施工安全可靠。

它的缺点是：斜拉桥是高次超静定的组合体系，与其他体系梁桥相比较，包含有较多的设计变量，全桥总的技术经济合理性，不宜简单的由结构体积小，重量轻等概念准确表示出来，是选桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。

索力调整是斜拉桥主梁受力均匀，以达到经济安全的重要措施。

（1）斜拉桥经验数据表1-2 国内斜拉桥成桥资料表（2）尺寸拟订斜拉桥主梁通常为等高度梁。

现代斜拉桥都为密索体系，主梁高度越来越小，在选择梁高时，要考虑以下因素：索间距、主梁承受的压力、横梁跨度、索与梁的锚固要求等。

主梁为弹性支承多跨连续梁，梁内弯矩决定于弹性支承位移、索间距及梁的刚度，梁的刚度越大，弯矩越大。

主梁承受的拉索水平分压力与桥的跨度有关，一般靠墩塔处压力最大，必要时局部加大截面。

密索体系有以下优点：有利于降低梁高；便于悬臂法施工、索力小，使锚固构造简单，且便于换索。

混凝土主梁索间距取为6~10m, 多数取8m。

拉索布置为扇形，为此要拟订拉索锚于塔上的间距。

根据主梁的受力要求或为了减小索面积，拉索的竖直分力越大越好，因此应尽量减小拉索在上的间距，一般取为1.6~2.2m，它决定于拉索锚头布置及张拉空间的要求。

○1上部结构桥孔径布置：主跨为单塔对称双跨，可以节省一个塔和基础，缩短斜拉索总长，可取的较好的经济效益。

跨度为230m＋230m。

顺桥向尺寸：梁高为3m，为等高粱。

横桥向尺寸：截面纵向为等截面，桥面宽18m，采用单箱三室截面形式。

本桥为塔梁固结体系。

图1.4 斜拉桥横截面图○2下部结构桥墩为柱式墩，基础采用桩基础。

（3）施工方案本桥施工采用悬臂拼装法。

1.3.3 钢管混凝土拱桥随着钢管混凝土拱桥的应用推广，我国对钢管混凝土拱桥的研究已取得了相当的成果，钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，桥型美观，它属于刚—混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和抗变形性能，此外，钢管混凝土拱桥还有以下几方面优点：1）由于钢管混凝土承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可使主拱圈截面及宽度相对的减小；2）钢管本身相当与混凝土的外摸板，它具有强度高，重量轻，易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合龙，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。

钢管混凝土拱桥的缺点是：钢管和混凝土之间受力不明确，且存在钢管和混凝土之间的脱空现象[8]。

（1）钢管混凝土拱桥经验数据表2-2-3 钢管混凝土拱桥成桥资料表（2）尺寸拟订○1上部结构桥孔径布置：主桥全长460m，80m+300m+80m三跨连续自锚式钢管混凝土拱桥。

顺桥向尺寸：钢横梁长22m，梁高2m。

桥面板由预制∏形钢筋混凝土桥面板和现浇桥面铺装层构成，预制板全高36cm预制板纵向接缝60cm。

横向接缝宽50cm。

横桥向尺寸：桥面宽18m，横向接缝宽50cm。

拱圈布置：采用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比1/5，拱轴系数m=2采用四管式拱肋截面，其中外侧、内侧钢管为ф750ⅹ18mm，钢管间的横向平联板总厚600mm，钢管中心距离横向2.4m，纵向4.5m，横撑采用“K”字型。