景德镇至鹰潭高速公路D3标段连续刚构桥毕业论文.doc

目 录 1 方案拟定及比选 1 1 1 工程建设背景介绍 1 1 2 工程主要技术标准 1 1 3 设计方案介绍 1 1 3 1 设计方案一 预应力混凝土连续刚构桥 1 1 3 1 设计方案二 独塔斜拉桥 2 1 4 比选结果 2 2 桥梁结构主要尺寸拟定 3 2 1 主跨跨径及截面尺寸的拟定 3 2 1 1 主跨跨径拟定 3 2 1 2 顺桥向梁的尺寸拟定 3 2 1 3 横桥向的尺寸拟定 3 2 2 材料规格 4 3 模型建立 5 3 1 结构单元划分 5 3 1 1 划分原则 5 3 1 2 划分结果 5 3 2 施工过程模拟 5 3 3 毛截面几何特性计算 9 4 全桥内力计算 12 4 1 计算参数 12 4 2 内力计算 12 4 2 1 自重作用下的内力计算 12 4 2 2 二期恒载作用下的内力计算 14 4 2 3 墩台不均匀沉降引起的次内力计算 15 4 2 4 温度对结构的影响 17 4 2 5 混凝土徐变 收缩对结构的影响 21 4 2 6 活载内力计算 23 4 3 作用效应组合 29 4 3 1 作用 29 4 3 2 组合原理及规律 29 4 4 施工阶段分析 33 5 预应力钢束设计及截面特性计算 36 5 1 按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量 36 5 2 预应力筋估算结果 37 5 3 换算截面几何特性值计算 39 6 预应力损失计算 42 6 1 预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的应力损失 1l 42 6 2 锚具变形 预应力筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 2l 44 6 3 混凝土加热养护时 预应力筋和台座之间温差引起的应力损失 3l 45 6 4 混凝土弹性压缩引起的应力损失 4l 45 6 5 由钢筋松弛引起的应力损失的终极值 5l 46 6 6 由混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 6l 47 6 7 有效预应力计算 48 7 截面验算 49 7 1 承载能力极限状态验算 49 7 1 1 使用阶段正截面抗弯验算 49 7 1 2 使用阶段斜截面抗剪验算 55 7 2 正常使用极限状态验算 60 7 2 1 使用阶段正截面压应力验算 60 7 2 2 施工阶段正截面法向应力验算 61 7 2 3 使用阶段正截面抗裂验算 62 7 2 4 使用阶段斜截面抗裂验算 62 7 2 5 变形验算 62 参考文献 64 致谢 65 附表 66 附件 85 开题报告 85 外文文献原文及译文 85 1 方案拟定及比选 1 1 工程建设背景介绍 徐家信江特大桥是江西景德镇至鹰潭高速公路D3标段中一座重要的控制过程 大桥 全长1385米 全桥由主桥 副孔及引桥三部分组成 由北至南桥面纵坡分别为1 696 至 2 207 设计为双幅单向行驶 1 2 工程主要技术标准 道路等级 高速公路 设计菏载 公路 I级 设计车速 100km h 设计车道 每幅单向两车道 桥面宽 横桥向分为左右两幅完全独立且对称的桥 每幅桥面净宽10 75m 1 3 设计方案介绍 1 3 1 设计方案一 预应力混凝土连续刚构桥 预应力混凝土连续刚构桥是连续梁桥与 T 形刚构桥的组合体系 也称墩梁固结的 连续梁桥 大跨径连续刚构桥结构的受力特点主要为 梁体连续 墩 梁 基础三者 固结为一个整体共同受力 在恒载作用下 连续刚构桥与连续梁桥的跨中弯矩和竖向 位移基本一致 其次 由于墩梁固结共同参与工作 连续刚构桥由活载引起的跨中正 弯矩较连续梁要小 因而可以降低跨中区域的梁高 并使恒载内力进一步降低 因此 连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥设计大一些 它常用于大跨 高墩的结构中 桥 墩纵向刚度较小 在竖向荷载作用下 基本上属于一种无推力的结构 1 孔径布置 60 90 90 60m 全长 300m 2 结构构造 设计横断面为双幅单箱单室截面 横截面布置如图2 1和图2 2所示 梁高从根部截面的5 0m变化至跨中截面的2 3m 箱梁顶板宽取11 75m 底板宽6 75m 顶板厚0 30m 腹板厚 0 55m 底板厚度由根部截面的0 52m变化至跨中截面的 0 30m 箱梁悬臂部分长2 5m 箱梁顶板翼缘端部厚度为0 28m 翼缘根部厚度为 0 58m 腹板与顶板相接处做成120cm 40cm承托 腹板与底板相接处则做成 40cm 40cm承托 以利脱模并减弱转角处的应力集中 桥墩采用薄壁双墩结构 桩基 础采用钻孔灌注桩 桥台采用U型桥台 详细布置见附图 3 施工方案 对称悬臂挂篮浇筑法 1 3 1 设计方案二 独塔斜拉桥 斜拉桥的基本受力特点是 受拉的斜索将主梁多点吊起 并将主梁的恒载和车辆 等其它荷载传至塔柱 再通过塔柱基础传至地基 因而主梁在斜拉索的各点支承作用 下 像多跨弹性支承的连续梁一样 使弯矩值得以大大地降低 这不但可以使主梁尺 寸大大地减小 而且由于结构自重显著减轻 既节省了结构材料 又能大幅度地增大 桥梁的跨越能力 此外 斜拉索轴力产生的水平分力对主梁施加了预压力 从而可以 增强主梁的抗裂性能 节约主梁中预应力钢材的用量 1 孔径布置 140 160m 全长 300m 2 结构构造 设计横断面为双幅单箱单室截面 和方案一的截面相同 1 4 比选结果 斜拉桥结构复杂 施工费用较高 不适合本设计 连续刚构桥 它具有连续梁桥行车平顺 抗震性能好等优点 同时还具有不需设 置大吨位支座 对地基要求低等优点 所以该地段设计一座连续刚构桥更为合理 综上所述 选用方案一更加合理 即预应力混凝土连续刚构桥为推荐方案 2 桥梁结构主要尺寸拟定 2 1 主跨跨径及截面尺寸的拟定 2 1 1 主跨跨径拟定 主跨径定为90m 边跨跨径根据国内外已有经验 为主跨的0 5 0 8倍 采用0 667 倍的中跨径 即60m 则全联跨径为 60 90 90 60 380 m 2 1 2 顺桥向梁的尺寸拟定 1 支点处梁高 根据文献 1 P67表2 16 梁高为1 16 1 20L 取L 16 即5 0m 2 跨中梁高 根据文献 1 P67表2 16 梁高为1 30 1 50L 取L 34 78 即2 3m 3 梁底曲线 根据文献 1 P67表2 16规定 选用二次抛物线 2 1 3 横桥向的尺寸拟定 根据规定车行道每幅两车道 且为高速公路 时速为100km h 选用分离式箱型截 面 由规范 取右侧路肩2 5m 左侧路肩0 75m 中央分隔带宽1 0m 两桥间隔2m 车道宽3 75m 单幅桥面净宽10 75m 设计横断面为双幅单箱单室截面 横截面布置如图2 1所示 梁高从根部截面的 5 0m变化至跨中截面的2 3m 箱梁顶板宽取11 75m 底板宽6 75m 顶板厚0 30m 腹 板厚 0 6m 根部处 0 40m 跨中 底板厚度由根部截面的0 52m变化至跨中截 面的0 30m 箱梁悬臂部分长2 25m 箱梁顶板翼缘端部厚度为0 15m 翼缘根部厚度 为0 58m 腹板与顶板相接处做成120cm 40cm承托 腹板与底板相接处则做成 40cm 40cm承托 以利脱模并减弱转角处的应力集中 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 厚度取为0 7m 为 了满足施工和管理需要在每道横隔板处均设置了过人洞 同时为保持箱内干燥 在箱 梁根部区段底板上设有排水孔 图2 1 横截面布置图 尺寸单位 跨中截面 支点截面 2 2 材料规格 主梁及横隔板 采用 50 号混凝土 容重为 26kN m3 弹性模量取 3 45 104 MPa 桥面铺装 采用防水混凝土 厚度为 10cm 容重为 25kN m3 防撞护栏 采用 20 号混凝土 容重为 25kN m3 桥 墩 采用 50 号混凝土 容重为 26kN m3 弹性模量取 3 45 104MPa 3 模型建立 3 1 结构单元划分 3 1 1 划分原则 根据选用的施工方案 悬臂浇筑 及所用施工机具 挂篮 的承重 支承点位置及支 反力 对上部箱梁进行施工分段 梁段长度规格应尽量减少 以利于挂篮施工 梁段 长度变化处的梁段重量差应尽量减少 以利于施工控制 箱梁分段完成后进行单元划 分编号 3 1 2 划分结果 根据以上原则采用有限元分析软件Midas建模 计算模型中上部结构划分为83个单 元 其中1 4单元 左边跨现浇段 和80 83单元 右边跨现浇段 采用高度为2 3m 的等截面箱梁 6 15单元 19 28单元 31 40单元 44 53单元 56 65单元 69 78单元都是按二次抛物线变化的变截面 16 18单元 左零号块处 41 43单 元 中零号块处 66 68单元 右零号块处 采用高度为5m的等截面箱梁 主梁各 个单元尺寸见表2 1 表表3 13 1 主梁各单元尺寸主梁各单元尺寸 单元长度 m 1243 754 单元号 16 18 41 29 30 43 54 55 66 68 4 5 79 8 0 18 19 44 45 3 4 59 60 6 15 19 28 31 40 44 53 56 65 69 78 下部结为双肢薄壁墩 墩高30m 将其划分为1个单元 两对双肢薄壁墩都用实心矩 形截面 横桥向尺寸为6 75m 顺桥向尺寸为2m 全桥结构离散图如图3 1所示 3 2 施工过程模拟 连续刚构桥由在双肢薄壁墩施工完成后由托架现浇墩顶 0 号梁段 然后由在两个 主墩上用挂篮分段对称悬臂浇筑的梁段 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 墩顶 0 号梁段长 16m 一个 T 的两个悬臂各分为 9 对梁段 一个梁段长度为 4m 累计悬臂总长 36m 全桥共有两个 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 14m 长的边跨满堂支架现浇梁段 采用软件模拟主梁的整个施工过程 充分考虑施工荷载 挂篮 混凝土湿Midas 重 对结构的影响 具体施工过程如下 图3 1 全桥结构离散图 第1阶段 双肢薄壁墩及0号梁段施工 图3 2 第1施工阶段 第2阶段 上悬臂施工挂蓝施工1号块 图3 3 第2施工阶段 第3阶段 挂蓝前移施工2号块 图3 4 第3施工阶段 第4阶段 第10阶段 重复3过程 第11阶段 左 右边跨14m长现浇段施工 拆悬浇挂蓝 换合龙支架 左 右边跨合拢 图3 6 第11施工阶段 第12阶段 加合拢段混凝土湿重 第13阶段 拆悬浇挂蓝 两中跨跨合拢 图3 7 第13施工阶段 第13阶段 拆除合龙支架 作用二期恒载 徐变至3年 图3 9 第13施工阶段 3 3 毛截面几何特性计算 由Midas自动生成梁截面特性 表表 3 23 2 毛截面几何特性值毛截面几何特性值 单元位置 面积 2 mIzz 4 m Czp m Czm m 1 7I8 59781 33530 90191 3981 8I8 64981 72940 9171 4164 9I8 80582 91180 96271 4706 10I9 065184 88231 04031 5597 11I9 429287 64111 15151 6818 12I9 897391 18821 29861 8347 13I10 469495 52341 48362 0164 14I11 1456100 64691 70862 2247 15I11 9258106 55861 97532 458 16 19I12 81113 25852 28512 7149 20I11 9258106 55861 97532 458 21I11 1456100 64691 70862 2247 22I10 469495 52341 48362 0164 23I9 897391 18821 29861 8347 24I9 429287 64111 15151 6818 25I9 065184 88231 04031 5597 26I8 80582 91180 96271 4706 27 33I8 64981 72940 9171 4164 34I8 80582 91180 96271 4706 35I9 065184 88231 04031 5597 36I9 429287 64111 15151 6818 37I9 897391 18821 29861 8347 38I10 469495 52341 48362 0164 39I11 1456100 64691 70862 2247 40I11 9258106 55861 97532 458 41 44I12 81113 25852 28512 7149 45I11 9258106 55861 97532 458 46I11 1456100 64691 70862 2247 47I10 469495 52341 48362 0164 48I9 897391 18821 29861 8347 49I9 429287 64111 15151 6818 50I9 065184 88231 04031 5597 51I8 80582 91180 96271 4706 52I8 64981 72940 9171 4164 53 57I8 59781 33530 90191 3981 58I8 64981 72940 9171 4164 59I8 80582 91180 96271 4706 60I9 065184 88231 04031 5597 61I9 429287 64111 15151 6818 62I9 897391 18821 29861 8347 续表续表 3 23 2 单元位置 面积 2 mIzz 4 m Czp m Czm m 63I10 469495 52341 48362 0164 64I11 1456100 64691 70862 2247 65I11 9258106 55861 97532 458 66 69I12 81113 25852 28512 7149 70I11 9258106 55861 97532 458 71I11 1456100 64691 70862 2247 72I10 469495 52341 48362 0164 73I9 897391 18821 29861 8347 74I9 429287 64111 15151 6818 75I9 065184 88231 04031 5597 76I8 80582 91180 96271 4706 77I8 64981 72940 9171 4164 78 83I8 59781 33530 90191 3981 注 上表中 Czp 表示单元截面中和轴到截面上边缘的距离 Czm 表示单元截面中和轴到截面下边 缘的距离 Izz 表示对 Z 轴的抗弯惯 4 全桥内力计算 内力计算分析按施工阶段和成桥使用阶段进行 施工阶段分析模拟施工中每一个 安装过程进行计算分析 即将块件离散成单元杆件从桥墩施工 箱梁悬臂浇筑 全桥合 拢 桥面二期恒载施工 成桥混凝土徐变完成的整个过程 4 1 计算参数 1 主要材料技术指标 主梁采用C50混凝土 抗压强度标准值f ck 32 4MPa 抗拉强度标准值f t k 2 65MPa 抗压强度设计值 22 4MPa 抗拉强度设计值 1 83MPa 线膨胀系 cd f td f 1 0 弹性模量E C 3 45 MPa 容重 26kN s 5 10 4 10 c 3 m 2 施工阶段参数 全桥施工共分14个施工阶段 最后一个阶段计算徐变至3年 二期恒载集度取为 34 68kN m 挂篮重量取50t 作用位置位于距每个梁端2 m处 计算分析模型完全模拟 施工过程中的受力情况 3 可变荷载信息 可变作用主要考虑汽车荷载 温度作用 汽车荷载为公路 I级 2车道布置 不考 虑横向折减 温度作用考虑四种工况 体系温升12 5 体系温降 12 5 日照正温差 日照反温差 体系日照正温差按顶底板温升5 日照反温差值取正温差负值的一半 两者温度均呈非线性变化 4 2 内力计算 4 2 1 自重作用下的内力计算 自重作用下的结构内力见表 4 1 二二 281353 二二 281353 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 1 41944e 004 0 00000e 000 3 95415e 004 6 64094e 004 9 32774e 004 1 20145e 005 1 47013e 005 1 73881e 005 2 00749e 005 2 27617e 005 2 54485e 005 2 81353e 005 PostCS CB 二二 MAX 81 MIN 16 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 11 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 二二 13600 二二 13600 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 z 1 35996e 004 1 11269e 004 8 65428e 003 6 18163e 003 3 70898e 003 1 23633e 003 0 00000e 000 3 70897e 003 6 18162e 003 8 65427e 003 1 11269e 004 1 35996e 004 PostCS CB 二二 MAX 16 MIN 68 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 11 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 表表 4 14 1 自重作用下梁的内力自重作用下梁的内力 单元位置轴力 kN 剪力 z kN 弯矩 y mkN 1I4 66 2717 160 7I 14 222474 92431 81 18I106 9 12192 8 239016 31I121 84490 28 5387 03 43I106 9 12654 3 258399 54I121 97 490 3 5387 6 66I106 911819 58 227010 78I 2 32 2474 932431 83 83I2 741678 988792 32 281353 281353 14194 14194 图 4 1 自重作用下的弯矩图 单位 mkN 13600 13600 图 4 2 自重作用下的剪力图 单位 kN 4 2 2 二期恒载作用下的内力计算 防撞栏杆重 q1 0 25 2 0 6 26 7 8kN m 桥面铺装重 q2 10 75 0 1 25 26 875kN m 合计 q q1 q2 7 8 26 875 34 68 kN m 将桥面系荷载作为二期恒载以均布荷载的形式加在主梁上 结果见表 4 2 表表 4 24 2 二期恒载作用下梁产生的内力二期恒载作用下梁产生的内力 单元位置轴力 kN 剪力 z kN 弯矩 y mkN 1I0 60 6320 00 7I0 10645724 18I 37 82 1523 27295 31I 35 791145858 43I 37 81 1411 22535 54I0 06525895 66I 141515 26881 78I005629 83J06260 二二 27295 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 5 89453e 003 2 87730e 003 0 00000e 000 3 15716e 003 6 17438e 003 9 19161e 003 1 22088e 004 1 52261e 004 1 82433e 004 2 12605e 004 2 42778e 004 2 72950e 004 PostCS ST 二二 MAX 54 MIN 18 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 3 二期恒载作下的弯矩图 单位 mkN 二二 1515 二二 1523 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 z 1 51496e 003 1 23876e 003 9 62557e 002 6 86354e 002 4 10151e 002 0 00000e 000 1 42255e 002 4 18457e 002 6 94660e 002 9 70863e 002 1 24707e 003 1 52327e 003 PostCS ST 二二 MAX 66 MIN 18 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 4 二期恒载作下的剪力图 单位 kN MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 1 10509e 000 0 00000e 000 1 41127e 004 2 11697e 004 2 82266e 004 3 52835e 004 4 23404e 004 4 93973e 004 5 64542e 004 6 35112e 004 7 05681e 004 7 76250e 004 PostCS ST 二二 MAX 1 MIN 85 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 5 二期恒载作下的轴力图 单位 kN 4 2 3 墩台不均匀沉降引起的次内力计算 支座的均匀沉降不会产生次内力 但是不均匀沉降却会产生对结构不利的次内力 在考虑墩台和支座不均匀沉降时 采用 Midas 软件提供的功能来进行计算 本设 计根据 公路桥涵地基与基础设计规范 第 3 3 3 条规定 相邻墩台沉降差 不包括施 工中的沉降 小于 mm L 为相邻墩台间的最小跨径长度 以 m 计 本设计L0 1 假定边跨支座或中间墩支座下沉 5mm 来考虑这部分的影响 由于墩台的不均匀沉降 产生的梁单元弯矩如表 4 3 表 表 4 34 3 墩台不均匀沉降产生的弯矩 墩台不均匀沉降产生的弯矩 单元位置弯矩 1 mkN 弯矩 2 mkN 1I0 000 00 18I22552595 31I 12 56 43I 132577 00 54I0 0013 66I60 78I00 83I00 注 上表中的弯矩 1 表示桥台下沉时产生的弯矩 弯矩 2 表示桥墩下沉时产生的弯矩 二二 2556 二二 2595 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 2 59451e 003 2 12630e 003 1 65809e 003 1 18989e 003 7 21683e 002 2 53477e 002 0 00000e 000 6 82934e 002 1 15114e 003 1 61935e 003 2 08755e 003 2 55576e 003 PostCS ST 二二二 MAX 18 MIN 41 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 6 边墩台不均匀沉降产生的弯矩图 单位 mkN 二二 2255 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 6 09434e 001 0 00000e 000 3 60067e 002 5 70572e 002 7 81077e 002 9 91582e 002 1 20209e 003 1 41259e 003 1 62310e 003 1 83360e 003 2 04411e 003 2 25461e 003 PostCS ST 二二二二 MAX 88 MIN 16 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 7 桥台不均匀沉降产生的弯图 单位 kN 4 2 4 温度对结构的影响 与其他物体一样 热胀冷缩也是桥梁结构的固有属性之一 桥梁是置于大气环境 的结构 温度毫不例外地对桥梁要产生影响 温度影响包括年温差与局部温差影响 年温差影响指气温随季节发生周期性变化对结构所起的作用 一般假定温度沿结构截 面高度方向均匀变化 对于无水平约束的连续梁桥 年温差只引起结构的均匀伸缩 并不产生温度次内力 局部温差一般指日照温差或混凝土水化热影响 水化热影响较 为复杂 且在施工中可采用温度控制予以调节 因此桥梁温度应力计算一般不包括此 项 日照因辐射强度 桥梁方位 日照时间 地理位置 地形地貌等因素影响 使桥 面与内部因对流和传导方式形成不均匀分布 即产生结构的温度场 显然 温度场的 确定是计算结构温度效应的关键 桥梁设计中通常分温度沿梁高线性变化和非线性变 化两大类 在线性变化情况下 梁式结构将产生挠曲变形 且梁在变形后仍然服从平 截面假定 因此 在静定梁式结构中 线性变化的温度梯度只引起结构的位移而不产 生温度次内力 而在连续梁式结构中 它不但引起结构的位移 且因多余约束的存在 从而产生结构温度次内力 温度应力对预应力混凝土的桥梁的危害在近二十年来越来越受到重视和研究 理 论分析和试验研究均已证明 在大跨预应力混凝土箱型梁桥中 特别是超静定结构体 系 例如连续梁中 温度应力可以达到甚至超过活载应力 已被认为是预应力混凝土 桥梁产生裂缝的主要原因 我国 公路混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范 JTG62 04 附录 B 规定 A 简支梁温差应力 4 1 ccyyt EtA N 4 2 yccyyt eEtAM 0 1 正温差应力 4 3 ccy tt t Ety I M A N 0 0 0 2 反温差应力 4 1 4 2 4 3 内取负值 按 4 3 式计算 y t 式中 截面内的单元面积 y A 单元面积内温差梯度平均值 均以正值代入 y t y A 混凝土线膨胀系数 c 混凝土弹性模量 c E 计算应力点至换算截面重心轴的距离 重心轴以上取正 以下取负 y 单元面积重心至换算截面重心轴的距离 y e y A 换算截面面积和惯性矩 0 I 0 A B 连续梁温差应力尚应计入温度作用次弯矩 此时公式 4 3 右边第二项内弯矩 t M 应改为代之 0 t M 0 ttt MMM 由 公路桥涵设计通用规范 JTG D 60 2004 知江西属于温热地区 温度 作用考虑四种工况 体系温升15 体系温降 15 日照正温差 日照反温差 日照正 温差按顶底板温升5 日照反温差值取正温差负值的一半 两者温度呈非线性变化 采用Midas软件计算结果如下 1 体系升降 温时产生的梁单元内力 表表4 44 4 体系升 降温产生的内力体系升 降温产生的内力 升温降温 单元位置剪力 z kN 弯矩 y mkN 剪力 z kN 弯矩 y mkN 1I 63 25263252 17I 419831614198 3161 28I 40 1190401190 43I 1278069 127 8069 68I 33312719 3331 2719 83I 71 28371283 二二 14259 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 1 42592e 004 1 18250e 004 9 39075e 003 6 95654e 003 4 52233e 003 2 08812e 003 0 00000e 000 2 78030e 003 5 21450e 003 7 64871e 003 1 00829e 004 1 25171e 004 PostCS ST 二二二二 MAX 17 MIN 88 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图4 8 体系升温下的弯矩图 单位 mkN 二二 4198 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 z 3 33108e 003 2 64665e 003 1 96221e 003 1 27777e 003 5 93336e 002 0 00000e 000 7 75538e 002 1 45998e 003 2 14441e 003 2 82885e 003 3 51329e 003 4 19772e 003 PostCS ST 二二二二 MAX 67 MIN 17 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图4 9 体系升温下的剪力图 单位 kN 二二 14259 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 1 25171e 004 1 00829e 004 7 64871e 003 5 21450e 003 2 78030e 003 0 00000e 000 2 08812e 003 4 52233e 003 6 95654e 003 9 39075e 003 1 18250e 004 1 42592e 004 PostCS ST 二二二二 MAX 88 MIN 17 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图4 10 体系降温时的弯矩图 单位 mkN 二二 4198 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 z 4 19772e 003 3 51329e 003 2 82885e 003 2 14441e 003 1 45998e 003 7 75538e 002 0 00000e 000 5 93336e 002 1 27777e 003 1 96221e 003 2 64665e 003 3 33108e 003 PostCS ST 二二二二 MAX 17 MIN 67 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图4 11 体系降温时的剪力图 单位 kN 2 日照升温引起的梁单元内力 表表4 54 5 日照升温产生的内力日照升温产生的内力 单元位置剪力 z kN 弯矩 y mkN 1I 2250 00 17J78014314 00 28I46555 43I96215 68I 60212445 83I2180 二二 12815 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 1 28147e 004 1 15582e 004 1 03017e 004 9 04522e 003 7 78874e 003 6 53226e 003 5 27577e 003 4 01929e 003 2 76281e 003 1 50632e 003 0 00000e 000 1 00664e 003 PostCS ST 二二 MAX 16 MIN 86 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图4 12 日照升温时的弯矩图 单位 mkN 二二 780 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 z 7 79945e 002 6 54273e 002 5 28601e 002 4 02929e 002 2 77257e 002 1 51585e 002 0 00000e 000 9 97592e 001 2 25431e 002 3 51103e 002 4 76775e 002 6 02448e 002 PostCS ST 二二 MAX 17 MIN 67 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图4 13 日照升温时的剪力图 单位 kN 4 2 5 混凝土徐变 收缩对结构的影响 1 混凝土徐变对结构的影响 对于超静定结构 由于冗余力的存在 混凝土徐变受到多余约束的制约 从而引起 徐变次内力 徐变次内力的存在使结构的内力重分布 实际上 徐变次内力是由于体系转换 即从静定结构到超静定结构 而产生的 因此在施工时应尽量避免反复的体系转换次数 由于徐变理论的复杂性 徐变次内力 计算方法并不完善 规范采用基于老化理论的计算式 由 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 的公式 Mgt M1g M2g M1g 1 e 4 4 00 t 式中 Mgt 在先期结构上由结构重力产生的弯矩 经过重分配后在后期结构中的 弯矩 至 t 时 M1g 在先期结构上的结构重力 按先期结构体系计算的弯矩 M2g 在先期结构上的结构重力 按后期结构体系计算的弯矩 t 0 从先期结构加载龄期 0至后期结构计算所考虑时间 t 时的徐变系数 可按本规范附录 F 计算 0 从先期结构加载龄期 0至 时转换为后期结构的徐变系数 恒载徐变次内力为 M次 M2g M1g 1 e 4 5 00 t 根据本规范附录 F 徐变系数 t 0 的计算公式如下 t t0 0 c t t0 4 6 c t t0 0 3 4 7 t t0 t1 H t t0 t1 H 150 1 1 2 18 250 4 8 RH RH0 h h0 式中 t0 加载时的混凝土龄期 d t 计算考虑时刻的混凝土龄期 d t t0 加载龄期为 t0 计算考虑龄期为 t 时的混凝土徐变系数 0 名义徐变系数 c 加载后徐变随时间发展的系数 t 所要求的徐变系数的混凝土龄期和混凝土加载龄期 2 混凝土收缩对结构的影响 同样 对于超静定结构 混凝土的收缩对结构会产生次内力 混凝土收缩应变也 是随时间变化的 它的增长速度受空气温度及湿度等条件的影响 具体计算方法可根 据 桥规 JTG D62 2004 附录 F 中的 F 1 条计算 根据 桥规 JTG D62 2004 附录F 中的第F 1 F 2条规定 Midas软件计算参 数设定如下 水泥种类系数 Bsc 5 5代表普通硅酸盐水泥 28天龄期混凝土立方体抗压强度标准值 即标号强度 50000 2 mKN 长期荷载作用时混凝土的材龄 5天 0 t 混凝土与大气接触时的材龄 3天 s t 相对湿度 RH 70 构件理论厚度 h 2A u 程序计算 徐变系数 程序计算 混凝土收缩变形率 程序计算 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 7 85376e 003 6 42581e 003 4 99785e 003 3 56989e 003 2 14194e 003 7 13978e 002 0 00000e 000 2 14194e 003 3 56989e 003 4 99785e 003 6 42581e 003 7 85376e 003 STAGE 二二 CS 二二二二 二二 MAX 88 MIN 87 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 14 混凝土收缩影响下的结构弯矩图 单位 mkN 二二 4367 二二 4338 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 3 56972e 003 2 84823e 003 2 12674e 003 1 40525e 003 6 83766e 002 0 00000e 000 7 59212e 002 1 48070e 003 2 20219e 003 2 92368e 003 3 64517e 003 4 36666e 003 STAGE 二二 CS 二二二二 二二 MAX 67 MIN 67 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 15 混凝土徐变影响下的结构弯矩图 单位 mkN 4 2 6 活载内力计算 活载内力计算本设计主要考虑汽车荷载在桥梁使用阶段所产生的内力计算 很显 然 不管采用何种施工方法 这时结构已成为最终体系 连续刚构桥 因此力学计 算图式已十分明确 当采用 T 形或箱形截面且肋数较多时 应根据结构空间受力特点 进行活载内力计算 当采用单箱单室截面时 可直接按平面杆系结构进行活载内力分 析 在本设计中采用的是单箱单室截面 故只需按平面杆系结构计算 连续刚构桥为超静定结构 活载内力计算以影响线为基础 先计算绘制影响线 然后进行影响线加载 如进行手工计算 一般将车辆荷载的最大轮载质量置于影响线 的最大竖向坐标处即可求的最大活载内力 直接在影响线上加载时 4 9 1 ikki yPqmS 汽 式中 汽车荷载下主梁最大活载内力 汽 S 汽车冲击系数 公路桥涵设计通用规范 JTG60 2004 规定冲 击系数的计算采用以结构基频为指标的方法 当时 Hzf5 1 0 05 当时 0 1767lnf 0 0157 当 HzfHz145 1 时 0 45 对于连续梁结构当计算冲击力引起的负弯Hzf14 矩效应时基频可以按 进行估算 经计算 3 675f c c m EI l 2 2 616 13 f 最终计算得 0 2143Hz 汽车荷载横向折减系数 根据规范取为 1 i m 荷载横向分布系数 对于箱梁可以不考虑此项 汽车车道荷载中 每延米均布荷载标准值 公路 I 级 取 k q 10 5KN m k q 弯矩 剪力影响线面积 车道荷载中的集中荷载标准值 根据规范 计算跨径大于或等于 k P 50m 时 取 360KN i y 主梁内力影响线坐标 根据以上原理 利用有限元软件求出影响线 然后将移动荷载作用在最大Midas 处 由此来计算出汽车荷载在最不利位置而产生的梁体的内力 各典型截面的影响线 如下 二二 3 489 二二 3 489 图 4 16 1 号单元 J 端截面弯矩影响线 单位 mkN 二二 6 604 二二 6 604 图 4 17 边跨 1 2 截面弯矩影响线 单位 mkN 二二 14 489 二二 14 460 二二 14 489 图 4 18 1 号墩顶截面弯矩影响线 单位 mkN 二二 7 565 二二 7 565 图 4 19 中跨跨中截面弯矩影响线 单位 mkN 图 4 20 中墩墩顶截面弯矩影响线 单位 mkN 该桥单幅设计为两车道 按每个车道宽 3 1m 宽进行两种极端情况下的组合进行 计算 第一种情况是将车道进行正载布载 见图 4 22 第二种情况是将车道进行偏载 布载 见图 4 23 汽车荷载按照正载布置和偏载布置组合取最不利情况进行计算 计 算结果见表 4 9 图 4 21 正载布置 图 4 22 偏载布置 二二 27645 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 y 1 00673e 004 6 63893e 003 3 21057e 003 0 00000e 000 3 64616e 003 7 07453e 003 1 05029e 004 1 39313e 004 1 73596e 004 2 07880e 004 2 42164e 004 2 76447e 004 PostCS MVall 二二 MAX 78 MIN 43 二二 二二二二二二 二二 kN m 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 21 汽车荷载作用下的弯矩包络图 单位 mkN 二二 4070 二二 4045 二二 4028 MIDAS Civil POST PROCESSOR BEAM DIAGRAM 二二 z 4 07047e 003 3 33422e 003 2 59796e 003 1 86170e 003 1 12545e 003 3 89190e 002 0 00000e 000 1 08332e 003 1 81958e 003 2 55584e 003 3 29209e 003 4 02835e 003 PostCS MVall 二二 MAX 17 MIN 42 二二 二二二二二二 二二 kN 二二 05 03 2009 二二 二二 X 0 000 Y 1 000 Z 0 000 图 4 22 汽车荷载作用下的剪力包络图 单位 kN 表表4 64 6 汽车荷载作用下的弯矩 剪力值汽车荷载作用下的弯矩 剪力值 剪力 kN弯矩 mkN 截面 MaxMinMaxMin 1 I 20 36 1256 66 00 8 I 785 22 344 158825 73 450 22 17 I 4007 45 3836 87637 6 23053 3 30 I 593 95 593 369128 62 261 09 42 I 3981 97 4028 35686 92 25315 1 55 I 590 58 622 459340 15 466 77 67 I 2733 89 2976 74661 57 23208 8 76 I 276 14 909 128290 47 1330 24 83 I 1085 37 139 363984 07 190 03 4 3 作用效应组合 4 3 1 作用 作用的种类 形式和大小与桥梁结构的安全及建设费用密切相关 我国现行公路桥 梁设计规范将作用分为永久作用 可变作用和偶然作用 对于预应力混凝土连续刚构 桥的上部结构设计 各类作用又有各自的具体内容 永久作用是指在结构使用期内 其值随时间变化 或其变化与平均值相比可忽略 不计的作用 具体包括结构重力 预加应力 土的重力 土侧压力 混凝土收缩及徐 变作用 水的浮力和基础变位作用七种 可变作用是指在结构使用期间 其量值随时间变化 或其变化值与平均值相比不 可忽略的作用 这些作用包括有汽车荷载的冲击力 离心力 制动力及其引起的土侧 压力 人群荷载 风荷载 流水压力 冰压力 温度作用和支座摩阻力十一种 偶然作用是指在结构使用期内不一定出现 一旦出现 其值很大 且持续时间很 短的荷载 具体可包括地震作用 船舶或漂流物的撞击作用 汽车撞击作用 4 3 2 组合原理及规律 公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计 该设计体系 规定了桥涵结构的两种极限状态 承载能力极限状态和正常使用极限状态 承载能力 极限状态设计体现着重体现桥涵结构的安全性 正常使用极限状态设计则体现实用性 和耐久性 对于这两种极限状态 应按相应的作用效应组合规律进行组合 1 只有在 结构上可能同时出现的作用 才进行其效应组合 当结构或结构构件需做不同受力方 向的验算时 则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合 2 当可变作用的出现对 结构或结构构件产生有利影响时 该作用不应参与组合 3 施工阶段作用效应的组合 应按计算需要及结构所处条件而定 结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时 荷载加以考虑 4 多个偶然作用不同时参与组