桥梁工程专业毕业论文等截面箱式预应力连续梁桥设计

1 多跨连续梁桥设计（多跨连续梁桥设计（L=90L=90 米，米，B=20B=20 米，箱梁）米，箱梁） 摘摘 要要 本设计桥梁为苏州吴中开发区越溪路新建工程中一座跨河桥梁，采 （30+30+30）m 等截面预应力钢筋混凝土连续梁桥设计，桥宽 20m，梁高 2m。桥面设 22m（人行道）+20.5m（护栏）+15m（双向四车道） 。荷载 等级为公路I 级，人群荷载为 3.0。梁断面为单箱双室截面，截 2 kN/ m 面内设 ASTM-920 级的低松弛高强钢绞线，直径为 15.2mm，全桥采用通长 钢绞线 162 根，其中 T1、T2 和 T3 各 3 束，每束 18 根钢绞线；在边跨跨 中下缘添加局部钢绞线 B1、B1 取 6 束，每束 16 根钢绞线；在中支座处上 缘添加局部钢绞线 B2、B2 取 8 束，每束 18 根钢绞线。结构计算分析在平 面力系下进行，并采用桥梁博士软件对计算结果进行验算。 关键词 预应力钢筋混凝土连续梁桥；等截面；单箱双室；设计 2 DesignDesign ofof multi-spanmulti-span continuouscontinuous bridgebridge（L=90mL=90m，B=20mB=20m，Box-typeBox-type bridgebridge） AbstractAbstract The design of the bridge is more Wuzhong Zone New River Road, a crossing bridge engineering, mining (30 +30 +30) m other sections of prestressed concrete continuous beam bridge design, bridge width of 20m, beam of high 2m. Bridge design 2 2m (sidewalk) +2 0.5m (barrier) +15 m (two-way four lanes). Load rating of highway-I level, and the crowd load is 3.0. Beam cross section as a single box double room sectional, sectional features ASTM-920 class high-strength low- relaxation strand, diameter 15.2mm, full-bridge with a long pass strand 162, which T1, T2 and T3 of the 3 beam, Strand of each beam 18; in the side span across the lower edge of the added local strand B1, B1 to take 6 beam, beam 16 of each strand; in the bearing at the upper edge of the added local strand B2, B2 Take 8 beam, each beam 18 strand. Structure calculation and analysis under the plane force system, and using the bridge on the calculation results, Dr. checking software. KeywordsKeywords prestressed concrete continuous beam bridge; such section; single-box double room; Design 3 目目 录录 第 1 章 绪论 .1 第 2 章 桥梁方案比选 .4 2.1 毕业设计任务的内容和要求4 2.2 第一方案：简支箱梁桥5 2.3 第二方案：连续刚构桥5 2.4 第三方案：连续梁桥6 2.5 方案比选7 第 3 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 .8 3.1 尺寸拟定8 3.1.1 截面形式.8 3.1.2 梁高.9 3.1.3 细部尺寸.9 3.2 主梁分段与施工阶段的划分15 3.2.1 分段原则.15 3.2.2 具体分段.15 3.2.3 主梁施工方法及注意事项.15 第 4 章 内力效应计算及荷载组合 16 4.1 恒载内力计算16 4.1.1 一期恒载内力计算.18 4.1.2 二期恒载内力计算.19 4.2 汽车荷载作用效应计算20 4.2.1 冲击系数和折减系数.20 4.2.2 汽车荷载横向分布影响的增大系数计算.22 4.2.3 汽车及人群活载效应计算.24 4.3 温差应力及基础沉降内力计算32 4.4 基础沉降计算35 4.4.1 取左边支座沉降 1cm 计算结构基础沉降内力35 4.4.2 取左中支座沉降 1cm 计算结构基础沉降内力36 4.5 内力组合38 4.5.1 按承载能力极限状态设计.38 4.5.2 按正常使用极限状态设计39 第 5 章 预应力钢束的估算及布置 43 5.1 钢束估算.43 5.1.1 只在截面下缘布置预应力筋44 5.1.2 只在截面上缘布置预应力筋44 5.2 钢束布置45 5.2.1 钢束布置构造要求.45 5.2.2 钢束布置原则.46 5.2.3 主梁净截面及换算截面几何特性48 第 6 章 预应力损失及有效预应力计算 55 6.1 基本理论55 6.2 预应力损失计算55 6.2.1 预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失 1l .55 4 6.2.2 后张法锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 2l 57 6.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失 4l 60 6.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值 5l 62 6.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 6l .64 6.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力65 第 7 章 强度验算 67 7.1 基本理论67 7.2 计算公式67 第 8 章 抗裂验算 71 8.1 规范要求.71 8.1.1 正截面抗裂验算.71 8.1.2 斜截面抗裂验算.71 8.2 正截面抗裂验算72 8.3 斜截面抗裂验算73 第 9 章 持久状况构件的应力验算 78 9.1 正截面混凝土压应力验算78 9.2 预应力筋拉应力验算79 9.3 混凝土主压应力验算80 第 10 章 挠度验算 .84 10.1 汽车荷载作用下主梁边跨和中跨跨中的最大截面挠度计算84 10.1.2 中跨最大挠度计算86 10.2 温度效应作用下主梁边跨和中跨的最大挠度计算86 10.2.1 边跨最大挠度计算.86 10.2.2 中跨最大挠度计算.86 10.3 消除结构自重后长期挠度验算86 10.3.1 边跨的长期挠度值验算.86 10.3.2 中跨的长期挠度值验算.87 第 11 章 支座尺寸设计 89 11.1 聚四氟乙烯板尺寸89 11.2 氯丁橡胶板尺寸.89 11.3 下支座板尺寸.90 11.4 中间衬板厚度.91 115 中间衬板偏转控制92 11.6 梁底与支座垫石的局部承压验算.92 第 12 章 盖梁的设计与计算 94 12.1 盖梁自重及内力计算.94 12.2 盖梁活载计算94 12.2.1 活载横向分布系数计算.94 12.2.2 活载反力最大值计算.95 12.2.3 梁的支座反力的计算.96 12.3 内力组合96 12.4 双柱反力计算97 12.5 内力计算97 12.6 配筋计算97 5 12.6.1 弯矩作用下正截面配筋计算.97 12.6.2 剪力作用时配筋计算.98 12.7 抗裂验算98 第 13 章 墩柱的设计与计算 .100 13.1 荷载计算100 13.1.1 恒载计算.100 13.1.2 活载计算.100 132 截面配筋计算及应力验算.103 13.2.1 作用于墩柱顶的外力.103 13.2.2 作用于墩柱底外力.103 13.2.3 墩柱的配筋.103 第 14 章 钻孔灌注桩计算 .106 14.1 荷载计算106 14.2 桩长计算107 14.3 桩的内力及位移计算110 14.3.1 基本假定.110 14.3.2 桩的计算宽度.111 14.3.3 桩的变形系数.111 14.3.4 桩顶刚度系数 1 、 2 、 3 、 4 值计算.112 14.3.5 计算承台底面原点 O 处位移 0 a、 0 b、 0 .113 14.3.6 计算作用在每根桩顶上的作用力 i P、 i Q、 i M113 14.3.7 计算最大冲刷线处桩身弯矩 0 M、水平力 0 Q及轴力 0 P.114 14.3.8 桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算.114 14.4 配筋计算及桩身材料截面强度验算114 14.5 桩各截面的横向土抗力115 14.6 桩顶纵向水平位移验算117 14.7 群桩基础承载力验算118 14.8 群桩基础沉降验算119 14.8.1 地基的分层.119 14.8.2 确定 n z121 14.8.3 确定 s .121 结论 123 致 谢 .124 参 考 文 献 .125 附录 A 译文.126 附录 B 外文原文.131 1 第第 1 章章 绪论绪论 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 使得材料利用率低。 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。自从预应力结构产生之后，很多普 通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。 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。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。虽然跨径太大时并不总是用预 应力结构比其它结构好，但是，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梁。虽然连续梁有很多优点，但是刚开 始它并不是预应力结构体系中的佼佼者，因为限于当时施工主要采用满堂 支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于悬臂施工方法的应用，连续 2 梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。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，这就使连续梁方案重新获得了竞争力，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。在城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交 通的分道行驶，甚至已建成不少双层桥面形式。 在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，想要在本 世纪末赶超国际先进水平，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 3 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。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。 毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门 基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的 设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实 践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打 下良好的基础。 本次设计为(30+30+30)m 预应力砼连续梁，桥宽为 20m。梁体采用单 箱双室箱型截面。顶板厚度不变，底板、腹板厚度线性变化。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， 所以采用桥梁博士进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。 本次设计的预应力混凝土连续梁采用满堂支架法施工。 本次设计中得到了李新生老师的悉心指导，在此表示衷心的感谢。 由于本人水平有限，且又是第一次从事这方面的设计，难免出现错误， 恳请各位老师批评指正。 4 第第 2 章章 桥梁方案比选桥梁方案比选 2.1 毕业设计任务的内容和要求毕业设计任务的内容和要求 设计条件： 工程地质： 见工程地质勘测报告、工程地质剖面图、河床断面图 气候： 温和湿润，四季分明。 年平均气温 15.7 最热月月平均气温 28.2 最冷月月平均气温 3.1 极端最高气温 38.8 极端最低气温 -9.8 全年平均风速 3.9m/s 30 年一遇最大风速 25.3m/s 抗震要求： 地震设防烈度为 6 度。 设计依据： 公路桥涵设计通用规范 （JTGD60-2004） 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85） 公路砖石及混凝土桥涵设计规范 （JTJ022-85） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTGD62-2004） 公路桥涵施工技术设计规范 （JTJ041-89） 公路基本建设工程概预算编制办法 （2007 年版） 桥梁概况 常水位为 85 黄海高程 1.4m 左右。为苏州吴中开发区越溪路新 建工程中一座跨河桥梁，斜交角 0，桥位中心里程 K0+550.00。跨越河流为宽滩河流，主河槽不明显，河宽 85m。 地质土层为亚粘土、亚砂土。荷载要求：公路I 级。 构造设计 内容包括桥型方案的选择、构造的设计及梁板布置的选择定位、 5 施工图设计和绘制。指导老师将视情况对设计条件进行补充。 结构计算 内容包括结构布置、结构分析与计算、绘制施工图。结构计算 以手算完成主承载结构的设计计算。设计计算必须符合现行规 范并以通用的计算方法进行校验。 施工图预算 内容包括人工、主要材料、机械台班预算单价计算，分项工 程计算及汇总，间接费计算及建安费计算。 2.2 第一方案：简支箱梁桥第一方案：简支箱梁桥 本方案设计为（30+30+30）m 预应力混凝土等截面简支箱梁桥，桥宽 为 20m。主梁采用单箱双室箱型截面。桥墩为实体式桥墩，基础采用钻孔 灌注桩。 简支箱梁桥具有以下特点： （1） 优良的力学特性，结构简单，受力明确。 （2） 具有较大的刚度和强大的抗扭性能。 （3） 架设安装方便，节省材料。 （4） 跨越能力较大，桥下视觉效果好。 图 2-1 方案一立面图 2.3 第二方案：连续刚构桥第二方案：连续刚构桥 本方案为（30+30+30）m的连续刚构桥，跨越能力大，结构受力性 能好，免去了支座，后期维修养护费用少，伸缩缝较少，行车平顺，适 6 用于高桥墩的情况，对桥墩的要求较高。梁墩联结处应力复杂。若地基 发生过大不均匀沉降，连续梁可通过调整墩顶支座的高程来补救，连续 刚构则无法做到。施工技术成熟，无需设支座，避免了连续梁桥施工时 存在的临时固结、体系转换等问题。施工稳固性好。但是在施工难度相 对连续梁桥较大，要求较高。 主桥的布置图如图所示： 图2-2 方案二立面图 2.4 第三方案：连续梁桥第三方案：连续梁桥 本方案设计为（30+30+30）m 预应力混凝土等截面连续梁桥，桥宽为 20m。主梁采用单箱双室箱型截面。主梁采用高强度混凝土以及大吨位预 应力体系来实现主梁的轻型化，采用钻孔灌注桩基础。 图 2-3 方案三立面图 7 2.5 方案比选方案比选 桥型方案比选表 表 2-1 桥型方 案 第一方案：简支箱 梁桥 第二方案：连续刚构 桥 第三方案：连续梁桥 使用性 能 建筑高度较低，易 保养和维护，桥下 视觉效果好。 行车平顺，后期维护 少 行车平顺舒；抗震能力强。 建筑高度较高，易开裂，难 以维护 受力性 能 受力明确受力性能好，梁墩联 结处应力复杂 桥墩参加受弯作用，使主梁 弯矩进一步减小；超静定次 数高，对常年温差、基础变 形、日照温均较敏感；对基 础要求较高。 经济性等截面形式，可大 量节省模板，加快 建桥进度，简易经 济。 相对费用最高，后期 维护费少 采用等截面梁能较好符合梁 的内力分布规律，充分利用 截面，合理配置钢筋，经济 实用 美观性构造简单，线形简 洁美观 构造简单，线形简洁 美观 构造简单，线形简洁美观 施工方 面 桥梁的上、下部可 平行施工，使工期 大大缩短；无需在 高空进行构件制作， 质量以控制，可在 一处成批生产，从 而降低成本。 桥梁的上、下部可平 行施工，使工期大大 缩短；无需在高空进 行构件制作，质量以 控制，可在一处成批 生产，从而降低成本。 由于连续体系梁桥与简支体 系梁桥受力差别很大，故他 们的施工方式大不相同。目 前所用的施工方式大致可分 为逐孔施工法，节段施工法 和顶推施工法。由于在高空 作业，施工危险度高。 适用性适用于对桥下视觉 有要求的工程，适 用于各种地质情况； 用于对工期紧的工 程；对通航无过高 要求的工程。 适用于各种地质情况； 用于对工期紧的工程； 对通航无过高要求的 工程。 对通航无过高要求的工程； 对抗震有要求的工程；对整 体性有要求的工程。 综合经济技术、美观舒适、安全耐久等方面考虑，选择（30+30+30） m 的变等截面连续梁桥为设计方案。 8 第第 3 章章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定桥跨总体布置及结构尺寸拟定 3.1 尺寸拟定尺寸拟定 本设计方案采用三跨一联预应力混凝土等截面连续梁结构，全长 90m。 3.1.1 截面形式截面形式 （1）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，采用变 高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，但此次设计跨径较小且为三 等跨，为方便施工宜采用等截面形式。结合以上的叙述，所以本设计 中采用满堂支架施工方法，等截面的梁。 （2）横截面 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。 当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力 钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的 一种截面。此外，箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和 采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够 有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性； 再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面是 大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。 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。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用 量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对 腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是，由框架分析可知：两者对顶 板厚度的影响显著不同，双室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别减少 70%和 9 50%。由于双室式腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力数值不大，且布束 容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些缺点：施工比较困难， 腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座公路连续箱形梁， 采用的横截面形式为单箱双室。 （3）纵断面 桥面设双向纵坡，坡度为 3%，桥面采用圆曲线 计算竖曲线要素： 21 22 0.030.030.06, R=1000m L=R =0.06R=60m L60 T=30m 22 30 E=0.45 22 1000 ii T m R 为凸形。 取竖曲线半径 曲线长 切线长 外距 3.1.2 梁高梁高 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 1/151/25 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/401/50 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： 等高度梁： H=（）l，常用 H=（）l 15 1 30 1 18 1 20 1 变高度（曲线）梁：支点处：H=（）l，跨中 16 1 20 1 H=（）l 30 1 50 1 变高度（直线）梁：支点处：H=（）l，跨中 16 1 20 1 H=（）l 22 1 28 1 而此设计采用等高度的直线梁，梁高为 2 米。 10 3.1.3 细部尺寸细部尺寸 （1）顶板与底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸 要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应 力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，墩顶处底板为梁高的 1/10-1/12，跨中处底板一般为 200-250。底板厚最小应有 120。箱梁顶板 厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。 本设计中采用双面配筋，且底板尺寸由支点处按线性向跨中变化。取 跨中底板厚 30cm，顶板厚 30cm，支座处底板厚 50cm，顶板 30cm。 （2）腹板和其它细部结构 1. 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： 腹板内无预应力筋时，采用 200mm。 腹板内有预应力筋管道时，采用 250300mm。 腹板内有锚头时，采用 250300mm。 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 支点处较大的剪力，一般采用 300600mm，甚至可达到 1m 左右。 本设计支座处腹板厚取 70cm.，跨中腹板厚取 50cm。 2. 梗腋 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的形式一般为 1：2、1：1、1：3、1：4 等。梗腋的作用是：提高截面的抗扭刚度和抗弯 刚度，减少扭转剪应力和畸变应力。此外，梗腋使力线过渡比较平缓，减 弱了应力的集中程度。 本设计中，根据箱室的外形设置了宽 300mm，长 600mm 的上部梗腋， 而下部采用 300mm300mm 的梗腋。 3. 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 11 变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的 抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中 间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计没有加以考虑，而且 由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。 跨中截面及中支点截面示意图如下所示：（单位为 cm） 12 13 14 15 3.2 主梁分段与施工阶段的划分主梁分段与施工阶段的划分 3.2.1 分段原则分段原则 主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时，分段越细，计算结果的内 力越接近真实值，并且兼顾施工中的实施，所以本设计分为 180 个单元。 3.2.2 具体分段具体分段 本桥全长 90 米，全梁共分 180 个梁段，一般梁段长度分成 0.5m。 3.2.3 主梁施工方法及注意事项主梁施工方法及注意事项 主梁施工方法 ：主梁采用满堂支架法施工，箱梁均采用满堂支架、 泵送现浇砼施工 图 3-4 结构简图 16 第第 4 章章 内力效应计算及荷载组合内力效应计算及荷载组合 4.1 恒载内力计算恒载内力计算 主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两部分。设计内力是强度 验算及配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施 工荷载，如施工机具设备（支架、张拉设备等）、模板、施工人员等引起 的内力，主要供施工阶段验算用。由于对施工方面的知识不熟，本设计中 对该项设计内容作了简化，主要考虑了一般恒载内力、活载内力。主梁恒 载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力Sg1 和二期恒载（如 铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力Sq2。主梁的自重内力计算方法 可分为两类：在施工过程中结构不发生体系转换,如在满堂支架现浇等， 如果主梁为等截面，可按均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算；在施工 过程中有结构体系转换时，应该分阶段计算内力。为方便计算先讲将主梁 分为180 个小段进行内力的分析。每小段的自重如下： 主梁单元自重汇集表 表4-1 各分段编号 单元自重 （kN） 各分段编号 单元自重 （kN） 各分段编号 单元自重 （kN） 122061220121220 221862218122218 321763217123217 421664216124216 521465214125214 621366213126213 721267212127212 821068210128210 920969209129209 1020870208130208 1120671206131206 1220572205132205 1320373203133203 1420274202134202 1520175201135201 1619976199136199 1719877198137198 1819678196138196 1919579195139195 2019480194140194 边跨 21192 中跨 81192 边跨 141192 17 2219182191142191 2318983189143189 2418884188144188 2518685186145186 2618586185146185 2718487184147184 2818288182148182 2918189181149181 3017990179150179 3117991179151179 3218192181152181 3318293182153182 3418494184154184 3518595185155185 3618696186156186 3718897188157188 3818998189158189 3919199191159191 40192100192160192 41194101194161194 42195102195162195 43196103196163196 44198104198164198 45199105199165199 46201106201166201 47202107202167202 48203108203168203 49205109205169205 50206110206170206 51208111208171208 52209112209172209 53210113210173210 54212114212174212 55213115213175213 56214116214176214 57216117216177216 58217118217178217 59218119218179218 60220120220180220 18 4.1.1 一期恒载内力计算一期恒载内力计算 本桥是采用现浇一次成桥的，施工时结构为二次超静定结构体系，采 用力法求解时选取的基本体系如图所示： 原结构 基本结构 图 1 M 图 2 M 图 p M 图 4-1 力法计算 示意图 根据力法方程： 1111221 2112222 0 0 P P XX XX 由图乘法可求得各项系数和自由项： 11 12 3 22 1 399.53/ 112122 23233 111 236 1211211 38238212 P qkN m l ll EIEI l l EIEI ql lqllql EIEI 由对称性知： 1122122112 , PP 解得： 2 1 12 1112 12 10 35957.7 P ql XX XXkNm 19 将数据与桥梁博士计算结果相比，相差不大，检算满足要求。 桥梁博士输出弯矩图剪力图如下： 图 4-2 一期恒载弯矩图（kNm） 图 4-3 一期恒载剪力图（kN） 4.1.2 二期恒载内力计算二期恒载内力计算 二期自重作用集度为桥面铺装集度、防撞护栏与人行道板的集度之和。 桥面铺装： 10cm 沥青混泥土铺装 A=0.115=1.5 2 m 单侧防撞护栏： A=0.3278 2 m 人行道板： 根据通规4.3.5，人行道板按标准值 4.0的均布荷载计算。 2 /kN m 二期自重作用集度： 2 1.5 250.3278 2 254 2.5 273.9/qkN m 20 仍采用力法求解，计算公式同一期自重作用效应计算，得 12 6650XXkNm 将数据与桥梁博士计算结果相比，相差不大，检算满足要求。 桥梁博士输出弯矩图剪力图如下： 图 4-4 二期恒载弯矩图（kNm） 图 4-5 二期恒载剪力图（kN） 自重作用效应汇总表 表 4-2 类型一期自重荷载二期自重荷载 截面弯矩（kNm）剪力（kN）弯矩（kNm）剪力（kN） 边座支点 046160882 边跨 1/4 2222717774364328 边跨跨中 24521-11464918-226 边跨 3/4 3898-40681142-781 左中支点（左） -34366-6907-6792-1335 左中支点（右） -343665762-67921108 中跨 1/4 -41202923-556554 中跨跨中 7338015220 注：以上为左边 1/2 桥的截面内力，右半桥与之对应。 21 4.2 汽车荷载作用效应计算汽车荷载作用效应计算 4.2.1 冲击系数和折减系数冲击系数和折减系数 (1) 汽车冲击系数计算 结构基频： 1 2 2 2 13.616 2 23.651 2 c c c c EI f lm EI f lm 式中：、基频，Hz，计算连续梁冲击力引起的正弯矩效应和剪力 1 f 2 f 时采用；计算连续梁冲击力引起的负弯矩效应时，采 1 f 用； 2 f 计算跨径，m；l E混凝土弹性模量，Pa； 梁跨中截面惯性矩， c I 4 m 结构跨中处的单位长度质量，kg/m，当换算为重力计 c m 算时，其单位应为（） ，=G/g； 22 /Nsm c m G结构跨中处每米结构重力，N/m； g重力加速度，g=9.81m/。 2 s 对于此次设计： 7 1 2 7 2 2 13.6163.45 107.969 6.619 2 3.14 3013.74 26/9.81 23.6513.45 107.969 11.497 2 3.14 3013.74 26/9.81 f f 冲击系数（适用于 1.5Hz 165 kN 取 T=242.8kN 三车道： T=（10.559.6+280）0.130.78=212.0kN 165 kN 取 T=212.0kN 两车道： T=(10.556.9+280)0.12=175.517.15，故应考虑偏心距增大系数 。 21 2 0 00 1400 1 1 h l he , 0 1 0 0.118 0.22.70.22.70.38 e hr rs ，取 1.0 0 2 14 1.150.011.150.011.071.0 1.8 l h =1.242 。 0 0 1.242 118146.6eemm 根据公预规 5.3.9 规定: 计算偏心受压柱的公式： 22 0sdcdd frCfArN 23 00sdscdd frrDfBreN 109 e =r 0 cd cd cd cd fCAf DfBf 设 g =0.88，代入上式可得 r CA DB e 442 . 1 5 . 11 269 . 1 5 . 11 0 假定 =0.93，查公预规附表 c.0.2 得： A=2.5065,B=0.4433,C=2.4432,D=0.8055, e =0.189 m 于初始偏心距比较接近 0 4432 . 2 442 . 1 5065 . 2 5 . 11 8055 . 0 269 . 1 4433 . 0 5 . 11 则 A=(11.52.5065+2.44320.0045280) 2 rsd cd frCf 2 700700=15632559N=15632.56kN N=10330kN 0 B=(0.356611.5+0.66920.00450.88280)sd cd fgrDfr 33 3 700 =1661117773Nmm=1661.12kNmM =1031.9kNm 0 桥墩承载力满足规范要求 箍筋按构造配筋，采用直径 8mm 的一级钢筋,间距为 200mm。 110 第第 14 章章 钻孔灌注桩计算钻孔灌注桩计算 综合考虑本设计的地质条件、施工能力及经济等因素，最后采用钻孔 灌注桩。由于荷载较大，单排桩难以满足要求，故采用群桩基础。混凝土 采用 C20，纵向钢筋采用 HRB335，箍筋采用 R235。 根据所提供的地质资料，经分析采用摩擦桩。 14.1 荷载计算荷载计算 由前面的计算知： N=10330.35kN M=1031.9kNm Q=121.4kN 桩基础采用高桩承台，拟采用桩径 d=1.2m 的摩擦桩，根据承台 底面上的竖向荷载和单桩容许承载力进行估算。拟采用 6 根灌注桩。 111 图 14-1 桩基础布置图 灌注桩每延米自重: 2 1.2(25 10)16.96 4 qkN m 作用于桩顶的外力： N=（25825+10330.35）/6=2055kN H=60.7kN M=1031.9kNm 14.2 桩长计算桩长计算 根据地质情况，可按摩擦桩计算： rpi n i ika qAlquR 1 2 1 3 2200 hkfmq ar 其中: 单桩轴向受压承载力容许值(kN)； a R u桩的周长(m)； 承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度(m)； i l 112 n土的层数； 与 对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值(kPa)； ik q i l 桩端处土的承载力容许值(kPa)； r q 桩端处土的承载力基本容许值(kPa)； 0a f h桩端的埋置深度(m)； 允许承载力随深度的修正系数； 2 k 桩端以上各土层的加权平均重度； 2 修正系数； 清底系数； 0 m 3.1415 1.23.77udm 22 2 3.1415 1.2 1.13 44 p d Am 地基土容许承载力及桩基参数表 表 14-1 桩周土极限摩 i值 （kPa）层号及土层名称 容许承载力 0（kPa） 钻孔桩沉桩 沉桩处的 极限承载力 R（kPa） 亚粘土901620 淤泥质质亚粘土701216 粘土2006060 亚粘土1404550 亚粘土1203035 1亚砂土1303540 2亚砂土夹粉砂1604550 亚粘土1303842 113 亚粘土22058653000 亚粘土17050 1亚粘土14044 2亚粘土13040 1亚粘土16048 2亚粘土15045 1.4( -3.65 -23.25 -18.75 -13.65 -6.55 -4.55 -3.05 -0.75( 图 14-2 土层示意图 根据地质资料得： 3 111 16,20.2 1010.2/,0.5 k qKPaKN m lm 3 222 12,19.4 109.4/,0.5 k qKPaKN m lm 3 333 60, 18.6 108.6/,1.3 k qKPaKN m lm 3 444 45, 18.6 108.6/,0.6 k qKPaKN m lm 3 555 30, 19 109/,0.9 k qKPaKN m lm 3 616161 35, 19 109/,2 k qKPaKN m lm 3 626262 45, 18.8 108.8/,7.1 k qKPaKN m lm 114 3 777 38, 20 1010/,5.1 k qKPaKN m lm 3 888 58, 19.3 109.3/,4.5 k qKPaKN m lm 3 999 50, 19.2 109.2/,2.4 k qKPaKN m lm 3 101101101 44, 19 109/,2 k qKPaKN m lm 3 102102102 40, 19.4 109.4/,10.6 k qKPaKN m lm 假设桩的入土深度，则，则桩端以上土层加权2030mhm16.725 l d 重度为： 1 12 212223 34 45 561 6162 627 78 89 9101 101102 (26.9) 10.2 0.5 9.4 0.5 8.6 1.3 8.6 0.69 0.99 2 8.8 7.1 10 5.1 9.3 4.5 9.2 2.49 29.4 (26.9) 5.21 9.4 llllllllllllh h h h h 根据公路桥涵地基与基础设计规范查表 5.3.3-2 得，查表85 . 0 5.3.3-3 得，查表 3.3.4 得，85 . 0 0 m 12 0,2.5kk 根据钻孔灌注桩的容许承载力计算公式： 1 1 2 n aik ipr i Ruq lA q 00223 3 ra qmfkh 可以得到： 128.52413.59 a Rh 桩顶轴向荷载： =2055+16.963.7+0.516.96=8.48+2117.75PNNuhh 令得 h=21.1m au RN 取桩长为 22m 115 14.3 桩的内力及位移计算桩的内力及位移计算 14.3.1 基本假定基本假定 （1）将土看做为弹性变形介质，其地基系数在地面处为零，并随深度成 正比例增长； （2）基础与土之间的粘着力和摩阻力均不予考