寒溪河大桥工程设计方案

1 寒溪河大桥工程设计方案 第一章 概述 应力混凝土连续梁桥概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本章简介其发展： 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且材料利用率低。 为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下 混凝土产生的拉应力。自预应力结构产生之后，很多钢筋混凝土结构被其替代。 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的。 50 年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100 米，到 80 年代则达到 440 米。在实际工程中，跨径小于 400 米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 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。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年。但是，在桥梁结构中，随着预应力理论的 不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。 连续梁和悬臂梁作比较：在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；但是，在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优于悬臂 2 梁。悬臂施工方法的应用使得连续梁在预应力混凝土结构中飞速发展。 60 年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中，则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案获得较强竞争力，并逐步在 40200米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其优势，成为优胜方案。目前，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。 然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在养护方面都成为一个难题；而 T 型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续 刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。 另外，由于连续梁体系的发展，预应 力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。 预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而还有一些问题有待解决： 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。 2 在适宜的桥址设计修建墩梁固结的连续 刚构体系，尽可能避免采用不 易调换的大吨位支座。 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，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，技术经济指针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，各指标和造价指标与很多因素有关。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。通过连续梁、 T 型刚构、连续 刚构等箱形截面上部结构的比较可见：连续 刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续 刚构也是未来连续体系的发展方向。 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。 本次设计为 (52+88+52)m 预应力混凝土连续梁，桥宽为 2 为两幅，设计时按单幅考虑。梁体采用单箱单室截面，全梁共分 61 个单元。由于多跨连续梁桥 3 的受力特点，支点附近承受较大的负弯矩，跨中承受正弯矩，故采用变高度梁，按一点八次抛物线变化。这样不仅减轻了梁体自重，还增加了美观效果。 由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以采用 件进行。 术标准 及设计规范 术标准 （ 1）设计桥梁的桥位地型及地质图一份。 （ 2）设计荷载：公路 级 （ 3）桥面宽度： 2（净 2 （ 4）抗震烈度： 8 级烈度设防 （ 5）通航要求：通航净空 235 18m （ 6）桥面铺装： 8泥混凝土 +8青混凝土 （ 7）气象条件：年平均气温 22 26 计规范 （ 1） 60路桥涵设计通用规范 （ 2） 62路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （ 3） 22路砖石及混凝土桥涵设计规范 程地质 表 质 地质取样报告 117+522 标高 地质状况 质安山岩 等风化安山岩 泥石化安山岩 117+526 质安山岩 等风化安山岩 粒沉积 4 117+531 质安山岩 等风化安山岩 灰质片石绿泥 植土 117+555 土 植土 文条件 表水 桥址区地表水主要为寒溪河，常年流水，河床较宽，水流不急，流量随季节而变化，枯水季节流量小，水位低；雨季流量大，遇山洪暴发，可起到排水泻洪的作用。 下水 根据地下水的赋存条件及水理性质，地下水可分为松散岩类孔隙潜水及基岩裂隙水，其特点如下： 松散岩类孔隙潜水，赋水地层为第四纪河床相砂、砾、漂卵石，主要分布于河流两岸及滩地，地下水埋深较浅，主要补给为大气降水及河水下渗。其水质对混凝土无侵蚀性。 基岩裂隙水，桥址区基岩为花岗岩，受构造影响，裂隙较发育，裂隙水。多以泉水形式排出。 据临近工点水质分析报告可知，地表水及地下水对混凝土不具腐蚀性。 震状况 桥位地区地震震动峰值加速度 震设防烈度 8 级。 用材料 混凝土： 凝土 5 混凝土桥面铺装材料： 凝土 预应力钢筋： 绞线 非预应力钢筋：直径 12用级螺纹钢筋，直径 12用级光圆钢筋； 锚具： 或 第二章 方案比选 思宗旨 （ 1）符合发展规 划，满足交通功能需要。 （ 2）桥梁结构造型简洁，轻巧，反映新科技成就，体现人民智慧。 （ 3）设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。 （ 4）与高速公路的等级和周边环境相宜。 （ 5）学习变截面梁桥的设计过程。 选标准 设计从安全性、技术适用性、施工难度、设计施工周期、经济型、实用性和观赏性等几方面对各比选方案进行评比。 计方案 设计方案一： 预应力混凝土变截面连续梁桥 1. 桥跨布置： 全桥为三跨双幅预应力混凝土变截面连续箱梁。里程桩号为 孔布置为 52+88+52 192m，梁底为 抛物线，桥面设双向 横坡。 6 图 2连续梁桥全桥布置图 2. 主梁： 截面形式： 本桥箱梁为单箱双室截面，箱底宽 侧翼缘宽 梁顶面全宽为 截面尺寸：箱梁在各墩支点处的截面高度为 L/在跨中及桥端支点处的高度为 L/40），箱梁顶板厚 30板厚 50中） 70（支点） 板厚 30中） 70点）。 横隔板的设置：上部结构箱梁在各墩支点及桥端支点处设横隔板 5支点处横隔板厚 150隔板与箱梁连接处均设有承托。 墩顶截面 墩顶截面 图 2梁截面形式示意图 3. 基础： 桥墩基础连成整体， 基础 采用摩擦型 钻孔灌注桩群桩， 桥墩为缘端型实体墩 。 4. 施工： 主梁采用悬臂 节段 浇筑施工， 墩的施工采用爬模法， 两端桥台整体现浇 。 设计方案二： 下承式钢管混凝土系杆拱桥 1. 桥跨布置： 主跨布置为 21+150+21 192m 7 主跨 150m 图 2管混凝土系杆拱桥布置图 2. 主拱拱肋： 采用下承式双肋悬链线无铰拱，计算跨度 150m，矢高 25m，矢跨比 1/6。 主跨拱肋的构造在桥面以上为钢管混凝土；其截面形式一般可分为多种：单肋型，双肢哑铃型，四肢格构型以及三角形格构型。主跨拱脚均固结于拱座，并在两边拱座部之间设置钢绞线系杆，通过张拉系杆以平衡主拱拱肋所产生的水 平推力，是拱座系杆自锚式拱桥 。 拱肋之间在桥面上、下分别设置一定数量的风撑连接，成一字型或 K 字型，以增加拱肋的横向刚度。 图 2肋截面形式示意图 3. 吊杆、系杆： 8 吊杆采用镀锌高强低松弛 91 7 钢丝束，670， 冷铸镦头锚。采用 铰线拉索体系，860，系杆外包双层 挤塑护套 。 4. 基础： 采用钻孔灌注 摩擦桩 基础，桩径 5. 施工： 主拱圈为缆索吊装施工， 建成后，在骨架下吊篮现浇主梁，边跨采用支架施工。 设计方案三： 独塔双跨式矮塔斜拉桥 、 图 2塔斜拉桥全桥布置图 1. 桥跨布置： 全桥为双跨单幅等截面连续钢 箱梁。里程桩号为 孔布置为 128+64 192m。主塔高 74m，高跨比 H 主跨比 索布置形式为等距竖琴式，拉索倾角为 27，桥面设双向 横坡，单向 2%的纵坡。 2主梁： 截面形式： 本桥箱梁截面形式采用整体式箱形截面，箱底宽 30m，梁顶面全宽为 截面特点：整体式箱形截面，一般设置独立的几个箱，最大的特点是具有较大的抗弯和抗扭刚度，两边对称悬臂端设置扁平风嘴，可以较大程度减少风荷 载对桥梁带来的影响，以适应对抗风要求较高的大跨径斜拉桥。而且此种截面采用悬臂施工方法也较为方便，这样较大的减少了施工难度和费用。 9 图 2扁平钢箱梁截面形式图 3索塔： H 型结构混凝土索塔，桥面以 上 塔高 46m，高跨比 H / 上设有 1m 高的塔顶。塔墩固结，塔梁分离，采用半漂浮体系，主梁支座设置于下部的受弯横梁上。索塔采用构造简单的矩形截面，为增加抗风稳定性，将四周做成倒角形式。 拉索采用镀锌高强低松弛 91 7 平行钢丝束，670， 冷铸镦头锚。索面布置形式为竖琴形，索距 6m，倾角 27，此种形式比较美观，受力性能也较好。右边跨设置端锚索，这样可以有效约束塔顶位移。 : 采用圆柱形 钻孔灌注 摩擦桩，单桩直径 3 3 对称布置。 6. 施工： 主梁采用悬臂拼装法，焊接完成后即进行斜拉锁张拉。塔墩采用爬模施工。 案比选 1 从该桥桥址的实际地理位置地形环境，结合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的设计原则综合考虑。从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。 (1) 适用性 桥上应保证车辆安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。 (2)舒适与安 全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，故应控制桥梁的振幅，避免车辆受到过大振动与冲击。整个桥跨结构及各部件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 (3) 经济性 10 设计的经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。 (4)先进性 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，尽量采用先进工艺技术和施工设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。 (5)美观 一座桥梁，尤其是作为一个城市或地区的标志性建筑的大跨径桥梁更应具有优美的外形，同时应与周围的 景致相协调一致。合理优美的结构布局和轮廓是美观的主要因素，而非豪华的装饰。 2 应根据上述原则，对拟定的桥梁比选方案作出综合评估，选出最优的桥梁方案。 以下为各比选方案的性能对比表： 比选方案 比较项目 预应力混凝土连续梁桥 下承式钢管混凝 土系杆拱桥 独塔双跨式矮塔斜拉桥 技术及施工适用性 设计可靠成熟，技术先进、难度不大。施工机械化程度高，方法简便，无需大型设备，但施工线性与合拢技术要求较高。 设计方案先进，但技术难度较大，构造复杂。缆索吊装法，斜拉扣挂悬拼施工工作条件好，节省材料，较传统施工精度高，控制方便。 桥梁跨越能力大，抗风稳定性好，技术先进、无需大型设备，但多次超静定结构决定其计算复杂，施工中高空作业较多，需反复调索，工艺要求严格。 安全性 刚度大，变形小，全桥稳定性好，采用的平衡悬臂施工法较为安全。 承受的水平推力对基础要求较高，由变形引起的次内力对全桥受力非常不利。拱桥施工阶段是全桥刚度最弱的时候，施工时有一定风险。 拉索是柔性体系，在风、雨作用下会产生震动，影响桥上行车和桥本身的安全。长悬臂施工时风险大。 经济性 无需大型机械，混凝土用量和钢用量均较小，养护工程量小，费用最低。 需用 到缆索吊装、扣挂系统，耗费一定量钢材，基础消耗混凝土量较大。 用钢量大，施工、养护工程量大，需用大量精密测量仪器监控索力，造价较高。 11 实用性 行车性能好，三跨过河，桥上视野开阔，桥下净空大，能满足通航要求。 行车性能好，三跨过河，视野受一定限制，桥下净空大，能满足通航。 跨度较大，行车性能好，三跨过河，桥下净空大，自承自锚，同样视野受一定限制。 美观性 结构简洁，比例匀称，高墩细梁，如蜻蜓点水落在河上。但现代感不强，与悬索桥、斜拉桥相比，略逊风骚。 主拱曲线本身孕育着强烈的美感，柔美的拱轴线与直线型的梁柱、杆结合，具有刚柔并济、韵律优美的丰姿。 现代感强，富有力的张紧感，比例协调均匀，可以通过索塔与拉索的布置形式获得满意的造型。 设计、施工周期 设计施工难度低，进度快、周期短，大约 9 个月 设计施工复杂，周期较长，约需 12月。 设计施工较复杂，周期较长，工期大约需要 12 个月。 案确定 通过对各设计方案在技术及施工适用性，安全性，经济性，实用性，美观性，设计、施工周期等几方面的综合对比分析，结合寒溪河大桥总体布置的需要， 连续梁桥方案优势明显，被确定为最终设计方案。 第三章 预应力混 凝土连续梁桥总体布置 桥型布置 本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长 192m。 径布置 连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式 。以三跨连续梁为例，若为三孔等跨连续梁，其中孔跨中活载正弯矩与活载负弯矩的绝对值之和（即弯矩变化峰值）与同跨简支梁弯矩相同。如果减小边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩都将减小。一般边跨长度可取为中跨长度的（ 0 5 0 8）倍，这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩 。 12 从结构受力性能分析，等跨连续梁要比不等跨的连续梁差一些。但在某些条件下，特别由于施工工艺 要求，也需要采用等跨布置，例如，当桥梁总长度很大，设计者决定采用顶推或先简支后连续梁施工方法时，则等跨结构受力性能较差所带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿。所以跨湖、过海湾的长桥多采用等跨连续梁的布置。 本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为 52m+88m+52m 的形式。 梁截面形式 （ 1）桥梁立面 从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。连续梁在恒、活载作用下， 支点截面出现的负弯矩绝对值往往大于跨中截面正弯矩的 ，因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。同时，采用悬臂法施工的连续梁，变高度梁又与施工时的内力状况相吻合。另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。所以从已建桥梁统计资料分析，跨径大于 100m 的预应力混凝土连续梁桥有 90%以上是选用变高度梁。 相反，等高度梁在支点截面上梁高固定，故只能通过增加预应力筋的配束来抵抗较大的负弯矩，消耗的材料较多。 综上所述，推荐方案采用的是变截面预应力连续梁桥，其中 箱梁根部梁高 中梁 梁 底 截面 采用一点八 次抛物线形， 其 变化规律与连续梁的弯矩变化 规律基本相近。 （ 2）桥梁横截面 图 3梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间 13 距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要 求以及经济用料等等因素都有关系。 在目前已建成的大跨径预应力混凝土梁桥中，当梁桥的跨径超过 60m 后，箱形截面是最适宜的横截面型式。 箱型截面有如下优点： 属于 闭合薄壁截面 ， 抗扭刚度很大，对于采用悬臂施工的桥梁尤为有利。同时，因其顶板和底板都有较大的面积，所以能有效的抵抗正、负弯矩，并满足配筋要求。箱形截面亦具有良好的动力特性 。 常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。 从对箱形截面的受力状态分析表明，单箱单室截面受力明确，施工方便，节省材料用量。一般常用在桥宽 14m 左右的范围 。 综上所述，根据任务书设计要求 本桥型方案采用横截面为单箱单室的箱型截面，全桥宽 13m，其中行车道为 12m，两侧各设 的防撞护栏， 箱梁顶板设置双向 2%横坡，通过箱梁顶部的 凝土调平层调节 。 跨中顶板厚度取 33顶处取50梁底板上下缘按 抛物线变化，下缘方程为： H=3+上缘方程为： H=(坐标原点取在合拢段顶板中心 )。故跨中处底板厚取为 32顶处厚 85板厚度仅在支点附近一个节段内增厚到 80余梁段统一采用 60 面铺装层 桥面铺装：采用 88均厚度） 桥面横坡：根据规范规定为 取 该坡度由 梁下部结构 全桥基础采用 8 180桥墩采用空心墩，墩外尺寸为 2 750 350台厚度为 350 用材料 （ 1）混凝土 箱梁 、现浇接头和湿接缝等 采用 凝土；墩身、承台、盖梁、耳背墙及 调平层 采用 凝土；防撞护栏采用 凝土； 基桩采用 凝土。 （ 2）钢材 纵、横向预应力钢束 采用中国标准 根钢绞线直径为 股面积为 140准强度 860小破断荷载 拉控制应力为 14 主桥竖向预应力采用 强精扎螺纹粗钢筋，标准强度 85具采用 。 非预应力 带肋钢筋应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 规定、光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋 规定。 钢筋直径 12螺纹钢筋，直径 12用级光圆钢筋。 （ 3）伸缩缝 伸缩缝采用 型产品 。 （ 4）桥梁支座 使用单向活动和双向活动盆式橡胶支座。 （ 5） 其它材料 预应力管道采用钢波纹管成形。 桥面防水层：三涂 截面几何特性 表 2算模型截面特征及单元特征信息列表 单元号 节点号 截面抗弯惯距 （ m4） 截面面积 (m2) 截面高度 ( m ) 中性轴高 ( m ) 1 1 2 12 7 17 0 1 31 为使输入表格简洁，在此部分表格只输出控制截面的信息，另外由于该桥左右半跨对称，后面表格只给出半跨，特此声明，以后不再重复。） 第四章 荷载内力计算 型简介 上部结构采用 梁软件进行成桥和各施工阶段状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、支座强迫位移、温度变化、等作用的计算。横向按框架和 简支板考虑固端影响的模式进行计算，按其最不利内力控制截面设计。主桥合扰在夜间温度较低时进行，合扰顺序为先边跨再中跨。下部结构按最不利荷载组合进行设计， 15 支座沉降按 1 桥结构单元的划分 分单元原则 全桥按平面杆系结构进行分析， 考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素 ， 按照杆系程序分析原理，遵循结构离散化的原则，在适当位置划分节点： 1. 杆 件的起点和终点及边界支承处 ; 2. 杆件的转折点和截面的变化点 ; 3. 施工分界线处 和预应力锚固点 ; 4. 单元长度过大时，应适当 细分 ; 5. 需验算的截面处 . 6. 位移不连续，需进行主从约束时。 151413121110987654321 31302928272625242322212019181716 47464544434241403938373635343332 626160595857565554535251504948图 4构离散模拟图 16 图 4梁具体单元划分 17 全桥长 192 米，共分为 61 个单元， 每一个施工阶段自成一个单元，另外，在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元，这样便于模拟施工过程，而且这些截面正是需要验算的截面。 桥施工节段划分 梁划分施工分段原则 有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以及 留茬而不影响质量处。 分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅，使施工均衡。 施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。 分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。 工分段划分 全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元使用整体支架现浇法。 1518 单元与 4447 单元为 0 号块，以后每向外悬出一块即为一个施工阶段，分别为 1 12 号块，两端的 1， 61 单元为边跨整体现浇段，单元 2、 60 为边 跨合拢节段， 30 单元为中跨合拢节段。 算参数 1、混凝土（ ） 弹性模量 4 容重 N/m3 线膨胀系数 泊松比 0.2 2、预应力材料 钢绞线 标准强度 1860 弹性模量 5 容重 N/m3 钢绞线公称面积 140 泊松比 张拉控制应力 1395 摩阻系数 管道偏差系数 锚具变形 3、二期铺装及调平层容重 取 39 KN/m 用效用计算结果 1、 自重效应 18 只考虑结构重力以及二期恒载对结构产生的效应。如剪力、弯矩及轴 力 等，如图 所示： 重效应弯矩图 （ kNm） 重效应剪力图（ 重效应轴力力图（ 由图可知，在结构重力作用下，跨中最大正弯矩为 m，支点最大负弯矩为 m，墩顶处最大剪力值为 23700底最大轴力为 2、 收缩、徐变效应 考虑 1500 天收缩徐变效应如下图所示： 19 图 缩效应弯矩图（ kNm） 图 缩效应剪力图（ 图 缩效应轴力图（ 20 图 变效应弯矩图（ kNm） 图 变效应剪力图（ 图 变效应轴力图（ 由图 知，在收缩效应作用下，结构最大正弯矩为 m，最大负弯矩为 kNm，最大剪力为 大轴力为 24209.3 徐变效应作用下，结构最大正弯矩为 m，最大负弯矩为 kNm，大轴力为 9134.6 3、 车道荷载 效应 21 图 道荷载 效应弯矩包络图（ kNm） 图 道荷载 效应剪力包络图（ 图 道荷载 效应轴力包络图（ 由图 知， 车道荷载 m，最大负弯矩为 m，最大剪力值为 1968大轴力为 4、 人群荷载效应 22 图 群效应弯矩包络图（ kNm） 图 群效应剪力包络图 图 群效应轴力包络图（ 由图 知，人群荷载效应在结构产生的最大正弯矩为 m，最大负弯矩为 m，最大剪力值为 大轴力为 5、 整体升 、 降温效应 23 图 温效应弯矩包络图（ kNm） 图 温效应剪力包络图（ 图 温效应轴力包络图（ 24 图 温效应弯矩包络图（ kNm） 图 温效应剪力包络图（ 图 温效应轴力包络图（ 由图 知，整体升温效应在结构产生的最大正弯矩为 m，最大负弯矩为 m，最大剪力值为 大轴力为 体降温效应在结构产生的最大正弯矩为 m，最大负弯矩为 m ，最大剪力值为 大轴力为 6、 温度梯度效应 25 图 梯度效应剪 力图（ 图 梯度效应剪力图（ 图 梯度效应轴力图（ 由图 知，正温梯度效应在结构产生的最大正弯矩为 m，最大负弯矩为 m，最大剪力值为 大轴力为 、 支座沉降效应 26 图 座沉降 效应弯矩图（ kNm） 图 座沉降 效应剪力图（ 图 座沉降 效应轴力图（ 由图 知，正温梯度效应在结构产生的最大正弯矩为 m， 最大负弯矩为 m，最大剪力值为 大轴力为 载组合 根据我国现行公路，桥涵设计规范，对全桥形成和营运各阶段的内力和应力进行荷载组合，取其中最为不利者。 27 1、正常使用极限状态的内力组合考虑两种组合 ： 组合 I 作用短期效应组合 : 111d G i k j Q j S组合 作用长期效应组合 : 211d G i k j Q j S2、承载能力极限状态的内力组合考虑一种组合 组合 基本组 合 : 0 0 1 112()d G i G i k Q Q k c Q j Q j S S 或 0 0 112()d G i d Q d c Q j S S 主要荷载组合 根据结构各部分对强度、刚度、稳定性的验算需要 ,设计中考虑的主要荷载组合见表2 表 2载组合 表 载组合表 荷载 组合 类型 说明 1 承载能力 荷载 +变 + 缩 +载 +群 +温 + 度 梯度 2 承载能力 荷载 +变 + 缩 +载 +群 +温 + 度 梯度 3 承载能力 荷载 + 变 + 缩 +载 +群 +温 + 度 梯度 4 承载能力 荷载 + 变 + 缩 +载 +群 +温 + 度 梯度 5 使用性能 荷载 + 束一次 +变 + 缩 +载 +群 +温 + 梯度 6 使用性能 荷载 + 束一次 +变 + 缩 +载 +群 +温 + 梯度 7 使用性能 荷载 + 束一次 +变 + 缩 +载 +群 +温 + 梯度 8 使用性能 荷载 + 束一次 +变 + 缩 +载 +群 +温 + 梯度 9 弹性阶段 荷载 + 束一次 +变 + 缩 +载 +温 + 度 梯度 10 弹性阶段 荷载 + 束一次 +变 + 缩 +载 +温 + 度 梯度 11 包络 承载能力包络 12 包络 使用性能包络 13 包络 弹性阶段包络 第五章 预应力损失的估算 组合种类 荷载组合内容 组合 1 自重 +二期荷载 +汽车荷载 +支座位移 组合 2 自重 +二期荷载 +汽车荷载 +支座位移 +系统升温 +人群荷载 组合 3 自重 +二期荷载 +汽车荷载 +支座位移 +系统降温 +人群荷载 28 根据桥规（ 62 规定，预应力混凝土构件在正常使用极限状态计算中，由于施工中预应力索的张拉采用后张法，应考虑由下列因 素引起的预应力损失： 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 具变形、钢筋回缩和接缝压缩 应力钢筋与台座之间的温差 凝土的弹性压缩 应力钢筋的应力松弛 凝土的收缩和徐变 阻损失 摩阻损失指的是预应力筋与管道间的摩 察损失 规定，按以下公式计算： 1 )(1 e 张拉钢筋时锚下的控制应力（ =, 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数 从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以 ， k 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取 x 从张拉端至计算截面的管道长度 ,以米计。 系数 k 及的值 管道类型 K 橡胶管抽芯成型的管道 皮套管 属波纹管 具变形损失 锚具变形，钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩损失 计算接缝压缩引起的应力损失时，认为接缝在第一批钢束锚固后既完成全部变形量，以后锚固得各批钢束对该接缝不再产生压缩。可按下式计算： 2l 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值；统一取 6L 预应力钢筋的有效长度； 预应力钢筋的弹性 模量。取 195 凝土的弹性压缩损失 29 后张法构件采用分批张拉时，先张拉是钢束由于张拉后批钢束所产生的混凝土弹性压缩引起的应力损失，可按下式计算： 4 在先张拉钢筋重心处，由后张拉各批钢筋而产生的混凝土法向应力； 预应力钢筋与混凝土弹性模量比。 若逐 一计算 值则甚为繁琐，可采用下列近似计算公式 N 2 14 N 计算截面的分批张拉的钢束批数 . 钢束重心处混凝土法向应力： 式中 自重弯矩。 注意此时计算 应考虑摩阻损失1l、锚具变形及钢筋回缩2l的影响。预 应力损失产生时，预应力孔道还没压浆，截面特性取静截面特性（即扣除孔道部他的影响）。 对悬臂拼装结构，作如下近似假设，可使先张拉钢束重心处由后张拉各批钢束产生的混凝土法向应力计算简化： （ 1）每悬臂拼装一段，相应张拉一批力筋；假设每批张拉预应力都相同，且都作用在全部预应力重心处； （ 2）在同一计算截面上，每一悬拼梁段自重所产生的自重弯矩都假设相等。 应力筋的引力松弛损失 预应力筋的引力松弛损失指的是由钢绞线组成的预应力钢束，在采用 超张拉方法施工中，由钢绞线松弛引起的损失终极值。此项应力损失可根据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 62 2004 表 的规定，按下列公式计算。 对于钢丝、钢绞线，本设计中采用： 5l= ) （ 式中： 张拉系数，一次张拉时， =张拉时， = 钢筋松弛系数， I 级松弛（普通松弛）， =松弛 （低松弛）， = 30 传力锚固时的钢筋应 力，对后张法构件 1l4l； 对先张法构件，2l。 缩徐变损失 由混凝土收缩和徐变引起的预应力钢筋应力损失6l，这种损失可由以下公 式计算： 151 ),),( 006 （ （ 006 151 ),),( （ （ （ 221 22, 1 （ 式中： )(6 )(6 构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失； 构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由预习应力产生的混凝土法向应力； i 截面回转半径， 2 ，后张法采用净截面特性 2 2 构件受拉区、受压区纵向普通钢筋截面重心至构件截面重心的距离； ),( 0 预应力钢筋传力锚固龄期为 0t ，计算考虑的龄期为 t 时的混凝土收缩、徐变，其终极值可按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 622004 中表 用； ), 0 加载龄期为 0t ，计算考虑的龄期为 t 时 的徐变系数，可按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 62 2004 中表 用 . 应力计算 1 2 4 5 6()p e c o n l l l l l （使用阶段扣除全部损失的有效预应力值） )(4211 （张拉锚固阶段的有效预应力） 预应力计算结果 31 单元号 节点号 弯矩 (剪力 (轴力 (1 1 4 3 4 2 2 4 3 4 3 3 4 3 4 4 4 4 3 4 15 15 4 3 4 16 16 4 3 4 17 17 4 3 4 18 18 4 3 4 19 19 3 3 4 31 31 4 4 5 32 32 5 4 5 33 33 5 4 5 34 34 5 4 5 35 35 5 4 5 36 36 5 4 5 37 37 5 4 5 38 38 5 4 5 55 55 3 4 56 56 3 201 4 57 57 3 4 58 58 3 4 59 59 3 796 4 60 60 3 118 4 61 61 3 3 4 应力损 失图样： 32 第六章 主梁截面验算 根据 60 2004S第 、 62 2004S第 ，公路桥涵应根据不同种类的作用 (或荷载 )及其对桥涵 的影响、桥涵所处的环境条件，考虑持久状况、短暂状况和偶然状况三种设计状况，并对其进行相应的极限状态设计。这三种设计状况的结构体系、结构所处的环境条件、经历时间长短都是不同的，所以设计时采用的计算模式、作用、材料性能的取值及结构可靠度水平也是有差异的。 久状况验算 持久状况指桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况，要接受结构 33 是否完成其预定功能的考验。持久状况