城际铁路预应力混凝土连续箱梁设计m

1、本科毕业设计（论文）GRADUATION DESIGN(THESIS)论文题目： 城际铁路预应力混凝土连续箱梁设计 (48+80+48m) 本科生姓名： xxx 学号： xxx 指导教师姓名： xxx 职称： 教授 申请学位类别： 工学学士 专业： 土木工程(桥梁) 设计(论文)提交日期： xxx.6.15 答辩日期： xxx.6.17 摘 要本次设计为城际铁路预应力混凝土连续箱梁设计，跨径组成为48+80+48m。线路情况为双线，线间距为4.24.6m。主梁截面采用单箱单室直腹板形式，梁底曲线按二次抛物线变化，中支点梁高为6.4m，中跨跨中梁高为3.6m。该桥采用悬臂浇筑施工方法，内力计算借

2、助有限元软件Midas/Civil计算。拟定主梁细部尺寸后，利用Midas/Civil软件，模拟实际施工过程，计算结构自重内力、二期恒载内力、ZC活载内力及支座沉降次内力，并进行内力组合。根据梁体上下缘应力条件估算预应力钢束并进行布置。中支点截面在顶板及腹板内共布置72束，每束均采用12-S15.2钢绞线；中跨跨中截面在底板内布置34束，均采用15-S15.2钢绞线；边跨底板内布置18束，顶板内布置合龙束4束，均采用15-S15.2钢绞线。考虑钢束和混凝土收缩徐变影响，重新模拟施工阶段，进行内力计算及内力组合，以便计入预应力效应和收缩徐变效应。最后，基于新的内力组合，进行正截面与斜截面抗裂性验

3、算、正截面抗弯强度验算、斜截面抗剪强度验算、混凝土正应力与剪应力验算、预应力钢筋应力验算及挠度验算，各项验算结果均符合铁路规范要求。关键词：预应力混凝土；连续箱梁；悬臂浇筑；内力组合；截面验算AbstractThis graduation project requires designing a prestressed concrete continuous box girder with span of 48+80+48m on an inter-city railway line. The line spacing of double-line railway through this b

4、ridge varies from 4.2m to 4.6m. Single-cell box with vertical webs is used as cross section of the girder. The variable-depth girder in a form of quadratic parabola is 6.4m deep at the main piers and 3.6m deep at the mid-span of the central span.This bridge is constructed with a case-in-place cantil

5、ever method and internal forces of the girder are calculated with the finite element software Midas/Civil.After detail dimensions of the girder are given, the actual construction process is simulated with the finite element software Midas/Civil to calculate internal force of weight of the structure,

6、 internal force of second dead load, internal force of live load of inter-city train and secondary internal force of bearing settlement. And combination of internal forces follows. According to stress condition at upper and lower edges of cross section of girder, the number of prestressing tendons i

7、s estimated and prestressing tendons are laid out in the girder. There are 72 prestressing tendons composed of 12-S15.2 steel strand placed in the top and bottom slab at the main piers; there are 34 prestressing tendons composed of 15-S15.2 steel strand placed in the bottom slab at the mid-span of t

8、he central span; and there are 18 prestressing tendons and 4 closure prestressing tendons composed of 15-S15.2 steel strand placed separately in the bottom slab and in the bottom slab at the side span. Considering the influence of prestressing tendons and concrete shrinkage and creep, the actual con

9、struction process is simulated again. Then calculate internal forces of the main girder and finish combination of internal forces in order to add prestressing effect and concrete shrinkage-creep effect. Finally, based on new combination of internal forces, the following checking should be finished,

10、including normal section and oblique section crack resistance checking, normal section flexural strength checking, oblique section shear strength checking, normal stress and shear stress checking of concrete, stress checking of prestressing tendons, and deflection checking. The result shows that eac

11、h checking meets the requirement of the code for the railway bridge design.Key Words: Prestressed concrete, Continuous box girder, Cantilever pouring, Combination of internal forces, The section checking目 录摘 要IAbstractII目 录III引 言11 设计基本资料及设计特点21.1 设计基本资料21.1.1 概述21.1.2 主要技术标准21.1.3 材料规格21.1.4 设计依据21

12、.2 设计特点32 主梁细部尺寸拟定42.1 跨度42.2 梁高42.3 截面形式42.4 箱梁细部尺寸42.4.1 顶板厚度42.4.2 底板厚度42.4.3 腹板厚度52.4.4 承托52.5 横隔板63 主梁内力计算及内力组合（一）73.1 结构有限元模型建立73.2 毛截面几何特性计算73.3 恒载内力计算83.3.1 悬臂施工流程图83.3.2 结构自重内力计算83.3.3 二期恒载内力计算93.4 活载内力计算103.4.1 活载动力系数计算103.4.2 活载内力影响线及加载图示113.4.3 活载内力计算153.5 温度次内力计算163.6 支座沉降次内力计算163.7 内力组

13、合（一）174 预应力钢束设计184.1 预应力钢束估算184.1.1 估束方法184.1.2 预应力筋估算194.2 预应力钢束布置214.2.1 预应力钢束的布置原则214.2.2 纵向预应力筋布置214.2.3 横、竖向预应力筋布置234.3 配筋后实际状态下的悬臂施工过程235 预应力损失及有效应力265.1 净、换算截面几何特性265.1.1 计算原理265.1.2 净截面几何特性265.1.3 换算截面几何特性275.2 预应力损失及有效应力285.2.1 钢束与管道壁间摩擦引起的预应力损失285.2.2 锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失285.2.3 混凝土弹性压缩引

14、起的预应力损失295.2.4 预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失295.2.5 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失295.2.6 有效应力306 钢束、混凝土收缩徐变次内力计算及内力组合（二）316.1 钢束次内力计算316.2 混凝土收缩徐变次内力计算326.3 内力组合（二）337 主梁截面验算347.1 抗裂性验算35 正截面抗裂性验算357.1.2 斜截面抗裂性验算387.2 强度验算447.2.1 正截面抗弯强度验算457.2.2 斜截面抗剪强度验算497.3 应力验算537.3.1 混凝土正应力验算537.3.2 混凝土剪应力验算577.3.3 预应力钢筋应力验算577.4 挠度验

15、算59结束语60致 谢62参考文献63引 言随着国内外梁桥的不断发展，预应力混凝土连续梁桥因其能充分发挥材料强度且受力合理，已经在中大跨径梁桥中得到广泛应用。特别是悬臂施工 工艺的问世以来，建设步伐大大加快，跨径由原来的几十米发展到现在的二百多米。另外，箱梁的截面形式能很好的承受列车的偏载作用，且动力性好，噪音小，因此，本次设计的城际铁路主梁形式采用预应力混凝土连续箱梁。本次设计的主要目的包括：(1) 通过设计中所参考的规范条例，能够加深对桥梁设计规范的理解。(2) 经过本次设计，熟练桥梁设计的基本流程。巩固本科期间所学专业知识，锻炼独立分析问题与解决问题的能力。(3) 掌握利用有限元软件Mi

16、das/Civil（以下简称Midas软件）分析结构的方法，能够熟练建立结构模型，并进行结构的分析计算。(4) 培养自己严谨、负责的学习态度，树立脚踏实地，刻苦钻研，积极进取的作风。本次设计的主要意义包括：(1) 将理论知识与工程实践相结合，通过对设计课题认真分析、全面理解、深刻领会以达到学以致用的地步。(2) 学会借助相关软件分析与解决实际问题，对毕业设计过程中出现的问题能够做到触类旁通，举一反三。如今，预应力混凝土连续梁桥的设计已经非常成熟，各院校和设计单位已经做了大量工作，拥有了坚实的理论支撑和实践经验，形成了一个完整而系统的设计流程。另外，Midas软件为各种类型的桥梁提供了建模助手，

17、对于熟练而有经验的设计人员而言，利用建模助手可以快速地建立各种桥跨模型；对于初学者而言，为了加深理解和掌握建模的关键步骤和要点，应该从基础做起，通过建立节点、单元、边界条件、荷载情况及施工阶段形成桥跨模型，进而进行分析计算。本次毕业设计的主要内容包括：主梁细部尺寸拟定，毛截面几何特性计算，恒载、活载及各项次内力计算与内力组合，估算钢束及布置，净截面和换算截面几何特性计算，预应力损失计算及各项验算（抗裂性、强度、应力和挠度）。1 设计基本资料及设计特点1.1 设计基本资料1.1.1 概述本桥处于新建城际铁路广佛环线佛山西站至广州南站段，桥型为三跨预应力混凝土连续箱梁桥，跨径组成为48+80+48

18、m，采用后张法悬臂浇筑施工。1.1.2 主要技术标准本设计的主要技术标准包括：(1) 设计时速：200km/h。(2) 设计活载：ZC活载。(3) 线路情况：双线，线间距4.24.6m，直线及R=1000m的缓和曲线。(4) 轨道形式：有砟轨道，采用60kg/m钢轨。(5) 设计使用年限：100年。(6) 地震烈度：级，动峰值加速度，场地特征周期。1.1.3 材料规格本设计采用的材料规格列于表1.1。表1.1 材料规格表材料类别相关参数及说明混凝土强度等级：C55，容重取，轴心抗拉、压极限强度：、，弹性模量：。预应力钢绞线S15.2钢绞线，抗拉强度标准值：，抗拉、压计算强度：、，弹性模量：。普

19、通箍筋采用HRB335，抗拉计算强度：。预应力管道采用预埋圆形塑料波纹管成型，管道内径：。锚具采用夹片式锚具，型号有OVM15-12和OVM15-15。其他方面挡碴墙、竖墙、人行道栏杆、电缆槽及接触网支柱等参照相关规定。1.1.4 设计依据铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）高速铁路设计规范（试行）（TB10621-2009）1.2 设计特点本桥采用悬臂浇筑方法施工，由于施工过程中存在体系转换，预应力效应和混凝土收缩徐变效应的计算非常复杂，因而借助Midas软件进行分析计算。本次设计时的基本步骤如下：首

20、先，根据以往设计实践经验进行截面尺寸拟定，利用Midas软件创建结构组、边界组及荷载组，模拟实际施工过程，计算结构自重内力、二期恒载内力、活载内力及支座沉降次内力，并进行内力的第一次组合；根据组合结果进行估算钢束，布置钢束，然后考虑预加力和混凝土收缩徐变的影响，重新模拟施工阶段，进行内力的第二次组合。由第二次内力组合结果进行主梁的各项验算（抗裂性、强度、应力和挠度）。若各项验算均通过，则完成设计；否则需要调整钢束数量、布置形状甚至修改截面尺寸，以确保各项验算均满足铁路规范要求。受力方面，该桥施工过程从前到后经历了T型刚构、单悬臂梁到连续梁，成桥后在恒载和活载共同作用下，中支点处负弯矩较大，中跨

21、跨中处正弯矩相对较小。因此拟定截面尺寸时要考虑主梁的受力特点。其他方面，墩梁临时固结措施常采用预应力钢绞线或预应力粗钢筋，为方便体系转换，墩梁临时支承处常采用硫磺水泥砂浆块或砂筒，当采用高温熔化硫磺水泥砂浆块时，应该在支承块之间设置一些必要的隔热措施，以免对支座造成破坏。合龙段施工时应该设置临时锁定措施，通常采用的是劲性型钢骨架。2 主梁细部尺寸拟定2.1 跨度对于3跨连续梁桥，一般为0.50.8。预应力混凝土连续梁取偏小值较合理，本桥主跨采用80m，边跨取。因此，跨径组成为48+80+48m。2.2 梁高本桥梁底曲线形式采用二次抛物线，以适应主梁的内力分布规律。实践经验表明，变截面连续梁支点

22、梁高，跨中梁高。本桥取，。以左边跨为例，将梁底距端支点13m位置处设为坐标原点，x轴以水平指向中支点方向为正，轴以竖直向下为正，则梁底曲线方程可表示为。梁底形状变化曲线左半桥跨结构关于中支点对称，全桥梁底形状变化关于中跨跨中对称。2.3 截面形式本桥设计为双线城际铁路桥，由于箱型截面抗扭刚度大，整体性好，设计时采用单箱单室直腹板箱型截面，受力明确，施工方便。考虑到桥面线路情况、挡碴墙及接触网支柱等要求，取桥面宽度为11.7m，箱梁外悬臂长度为2.65m，底板宽度为6.4m。2.4 箱梁细部尺寸2.4.1 顶板厚度顶板厚度由顶板受力及构造要求等因素确定，受力方面主要满足桥面板横向弯矩的要求；构造

23、方面主要考虑纵、横向预应力束的布置情况。对于铁路桥，桥面宽度和箱梁腹板间距变化量很小，一般顶板厚度取值范围为3035cm，设计中倾向于取较厚的顶板以保证抗裂要求。本桥除从距边支点1m到4m范围内顶板厚度由80cm线性变化至35cm，以满足顶板内钢束下弯至梁端锚固要求外，其余顶板厚度统一取为35cm。2.4.2 底板厚度悬臂施工3跨预应力箱梁时，负弯矩向中支点附近逐渐增大，底板厚度也应随之增大，以满足负弯矩区段底板承压要求。一般而言，底板厚度在跨中最小，中支点处最大。其中中支点处底板厚度取，跨中底板厚度主要考虑预应力钢筋和普通钢筋的布置情况，依据配筋要求一般取2030cm或（取箱梁腹板内侧净距）

24、。此外，悬臂施工箱梁时，应考虑底板厚度受挂篮底模梁后吊点的影响。尺寸拟定时注意到铁路桥梁底板厚度取值较经验值偏大，因此，本桥中支点处取100cm，跨中处取40cm。在边支点附近，由于底板内的一些钢束上弯至梁端锚固，所以，从距边支点1m到4m范围内，取底板厚度由80cm线性变化至40cm。全桥沿纵向底板上缘曲线变化情况与梁底线形相似，取坐标轴与梁底曲线方程一致，则底板上缘曲线方程可表示为：。2.4.3 腹板厚度腹板厚度的确定受多种因素的影响：腹板所受剪力，混凝土浇筑质量与预应力筋的锚固要求及局部应力分散要求等。就构造要求而言，当腹板内有预应力筋时，腹板厚度可取2530cm；当预应力筋锚固在腹板上

25、时，腹板厚度可取3540cm。本桥为大跨度铁路桥，从跨中到支点，腹板厚度采用分段线性变厚形式。变化规律如图2.1。图2.1 腹板厚度沿桥跨变化图示（对称结构取1/2桥跨考虑）2.4.4 承托一般而言，箱梁顶板与腹板相交处的承托高宽比可取为1:21:4；底板与腹板相交处的承托高宽比可取为1:11:2。本桥顶板处承托高宽比采用30cm90cm；底板处承托高宽比采用30cm60cm。根据以上箱梁细部尺寸拟定情况，画出主梁关键截面剖面图如图2.2。图2.2 1/2中支点和1/2中跨跨中截面剖面图（单位：cm）根据以上主梁细部尺寸拟定情况，列出主梁各特征截面（截面变化处及悬臂浇筑各节段相接处）主要尺寸如

26、表2.1。表2.1 各特征截面主要尺寸表（单位：cm）截面距边支点距离顶板厚腹板厚底板厚梁高截面距边支点距离顶板厚腹板厚底板厚梁高1100808080.0360.016480035100100.0640.02400354840.0360.017500035100100.0640.03700354840.0360.01854003510086.3576.24900354840.0360.01956503510078.7540.651300354840.0360.02059003510071.7508.161700354840.9364.12161503510065.5478.9721003548

27、43.5376.5226450357058.9448.082450357047.3394.0236800357052.4417.992800357052.4417.9247150357047.3394.0103150357058.9448.0257500354843.5376.51134503510065.5478.9267900354840.9364.11237003510071.7508.1278300354840.0360.01339503510078.7540.6288700354840.0360.01442003510086.3576.2298800354840.0360.01546

28、0035100100.0640.02.5 横隔板设置横隔梁的主要作用是增加箱梁的横向刚度，限制箱梁的畸变。本桥主跨较大，除在各支点位置上设置横隔板外，主跨跨中也设置一道横隔板。全桥共设置5道横隔板，其中边支点处板厚取145cm，中支点处板厚300cm，主跨跨中处板厚60cm，横隔板中部均开设过人洞。3 主梁内力计算及内力组合（一）3.1 结构有限元模型建立借助Midas软件，根据悬臂浇筑施工时节段的划分情况，将主梁划分为58个单元，共59个节点，其中变截面部分梁底曲线采用以直代曲，建模时不考虑横隔板与纵横坡，全桥模型如下图3.1。图3.1 桥跨模型图示3.2 毛截面几何特性计算在建立主梁模型时

29、，参照实际施工情况对节点进行了划分，因而，选择控制截面时，控制截面位置与节点位置并不完全是一一对应的，这里，选取控制截面位置附近的节点代替控制截面进行分析计算。为了方便预应力钢束的估束计算，需计算出控制截面的毛截面几何特性，由于结构对称，因此只需计算一半结构。利用Midas软件中的截面特性计算器功能，将各控制截面毛截面几何特性的计算结果列于表3.1。表3.1 毛截面几何特性计算结果控制截面选取节点梁高(m)面积(m2)形心惯距(m4)形心到下缘距离(m)下核心距(m)上核心距(m)边支点13.6001/4边跨63.6001/2边跨93.9403/4边跨135.081中支点176.4001/8中

30、跨215.0811/4中跨244.179续表 3.1控制截面选取节点梁高(m)面积(m2)形心惯距(m4)形心到下缘距离(m)下核心距(m)上核心距(m)3/8中跨273.6411/2中跨303.6003.3 恒载内力计算3.3.1 悬臂施工流程图结构恒载内力的计算与施工方法紧密相关，不同的施工方法其成桥后的恒载内力有明显差别。根据该桥的施工过程，画出悬臂施工流程图如图3.2。边跨现浇段与10#块施工边跨合拢中跨合拢解除墩梁临时固结并拆除满堂支架悬浇至9#块搭设满堂支架墩梁临时固结0#块施工挂篮安装及预压挂篮前移立模、钢筋绑扎、预应力管道安装混凝土浇筑预应力束张拉、压浆、锚固循环施工下一悬浇段

31、图3.2 该桥悬臂施工流程图3.3.2 结构自重内力计算利用Midas软件，按照图3.2的施工步骤建立施工阶段，最后形成桥跨模型。设计时取混凝土容重为26.5kNm，而Midas软件中C55混凝土容重为25kNm，因此在施加结构自重恒载时将自重系数设为1.06。计算得结构自重作用下各控制截面内力如表3.2，弯矩和剪力图（Midas软件中剪力的正方向与材料力学中剪力的正方向的定义相反，但不影响分析结果。）如图3.3和图3.4。表3.2 结构自重作用下各控制截面内力值控制截面弯矩(kNm)剪力(kN)控制截面弯矩(kNm)剪力(kN)边支点0.00-2291.84中支点（右）-232025.41-

32、14033.361/4边跨4394.071326.281/8中跨-108327.79-8638.821/2边跨-27678.494329.921/4中跨-46261.06-5336.283/4边跨-107484.808709.863/8中跨-5292.24-2253.78中支点（左）-232025.4114109.991/2中跨 4836.01 0.00图3.3 结构自重作用下的弯矩图(kNm)图3.4 结构自重作用下的剪力图(kN)3.3.3 二期恒载内力计算根据线路情况，二期恒载集度取q=145kNm，二期恒载作用下各控制截面内力计算结果如表3.3，对应弯矩和剪力图如图3.5和图3.6。表

33、3.3 二期恒载作用下各控制截面内力值控制截面弯矩(kNm)剪力(kN)控制截面弯矩(kNm)剪力(kN)边支点0.00-1675.37中支点（右）-86622.03-5800.001/4边跨9527.37209.621/8中跨-31594.53-4194.811/2边跨-2471.451875.471/4中跨377.97-2897.443/4边跨-37263.653678.403/8中跨23505.47-1304.97中支点（左）-86622.035284.631/2中跨29377.970.00图3.5 二期恒载作用下的弯矩图(kNm)图3.6 二期恒载作用下的剪力图(kN)3.4 活载内力

34、计算列车竖向活载计算采用ZC活载，ZC活载大小取0.6UIC（UIC是指国际铁路联盟所推荐的列车基本活载），ZC标准活载如图3.7。图3.7 ZC标准活载图示3.4.1 活载动力系数计算依据高速铁路设计规范（试行）（TB10621-2009）规定，进行活载动力系数的计算，计算时采用式(3.1)。(3.1)式中：L0.5列车加载长度（m），当L0.53.61时按3.61m计；简支梁时取梁的跨度；n跨连续梁时取平均跨度乘以相应系数：当n=2、3、4时，系数相应取1.20、1.30、1.40；当n5时，系数取1.50，当L小于最大跨度时取最大跨度。式(3.1)中，当计算(1+)1.0时，取1+=1.

35、0。对于本桥n=3，L=(80+482)1.3/3=76.27m80m，所以取L=80m，代入式(3.1)得1+=0.981.0，因此，取动力系数1+=1.0。3.4.2 活载内力影响线及加载图示 限于篇幅，这里仅以1/4边跨、中支点和1/2中跨截面为例进行说明。作出各自的弯矩与剪力影响线图及活载内力最大和最小时的加载图示，如图3.83.28。进行影响线加载时，以下仅表示ZC活载的单线加载形式，实际状态下双线加载的活载内力值为单线加载的两倍。(1) 弯矩影响线及加载图示 1/4边跨截面图3.8 1/4边跨截面弯矩影响线（单位：m）图3.9 1/4边跨截面弯矩最大时的活载加载图示图3.10 1/

36、4边跨截面弯矩最小时的活载加载图示 中支点截面图3.11 中支点截面弯矩影响线（单位：m）图3.12 中支点截面弯矩最大时的活载加载图示图3.13 中支点截面弯矩最小时的活载加载图示 1/2中跨截面图3.14 1/2中跨截面弯矩影响线（单位：m）图3.15 1/2中跨截面弯矩最大时的活载加载图示图3.16 1/2中跨截面弯矩最小时的活载加载图示(2) 剪力影响线及加载形式 1/4边跨截面图3.17 1/4边跨截面剪力影响线图3.18 1/4边跨截面剪力最大时的活载加载图示图3.19 1/4边跨截面剪力最小时的活载加载图示 中支点（左）截面图3.20 中支点（左）截面剪力影响线图3.21 中支点

37、（左）截面剪力最大时的活载加载图示图3.22 中支点（左）截面剪力最小时的活载加载图示 中支点（右）截面图3.23 中支点（右）截面剪力影响线图3.24 中支点（右）截面剪力最大时的活载加载图示图3.25 中支点（右）截面剪力最小时的活载加载图示 1/2中跨截面图3.26 1/2中跨截面剪力影响线图3.27 1/2中跨截面剪力最大时的活载加载图示图3.28 1/2中跨截面剪力最小时的活载加载图示3.4.3 活载内力计算根据以上活载按影响线加载的结果，可得活载作用下各控制截面内力如表3.4，弯矩与剪力的最大和最小图如图3.29和图3.30。表3.4 活载作用下各控制截面内力值控制截面弯矩(kNm

38、)剪力(kN)边支点0.000.001150.04-2751.071/4边跨24106.99-14950.521437.36-1495.831/2边跨28298.31-28175.982163.31-763.613/4边跨16063.70-42688.143198.47-308.54中支点8583.92-70872.734291.34（左）-178.83（左）342.04（右）-4777.06（右）1/8中跨9528.81-31097.58387.65-3694.151/4中跨16154.92-14265.64562.99-2887.723/8中跨29078.65-9860.92945.25-

39、2007.471/2中跨33379.29-9351.401409.18-1409.18图3.29 活载作用下弯矩最大和最小图(kNm)图3.30 活载作用下弯矩最大和最小图(kN)3.5 温度次内力计算对于整体升温与降温问题，等截面连续梁只引起轴向伸缩变形，不影响结构内力，变截面连续梁由于梁高的变化引起的次内力值与总内力值相比很小，可以忽略不计，因此本桥设计时将其不参与荷载组合。对于温度梯度问题，依据铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）（以下简称铁预规）附录B混凝土箱梁温差应力计算，有砟轨道仅考虑沿梁宽方向的温差荷载，而该荷载将引起梁体横向扭转，设计时不

40、分析梁体的横向作用，因此不考虑温差荷载。3.6 支座沉降次内力计算对于超静定结构，支座沉降会引起次内力，设计时应考虑并参与荷载组合。本桥取支座沉降值。支座沉降下各控制截面内力如表3.5，弯矩与剪力的最大和最小图如图3.31和图3.32。表3.5 支座沉降作用下各控制截面次内力值控制截面弯矩(kNm)剪力(kN)边支点0.000.00208.38-208.381/4边跨2708.95-2708.95208.38-208.381/2边跨5105.32-5105.32208.20-208.203/4边跨7710.08-7710.08207.75-207.75中支点10002.27-10002.272

41、08.38（左）-208.38（左）250.06（右）-250.06（右）1/8中跨7251.64-7251.64249.45-249.451/4中跨5001.13-5001.13249.84-249.843/8中跨2711.83-2711.83250.05-250.051/2中跨2329.21-2329.21250.06-250.06图3.31 支座沉降作用下弯矩最大和最小图(kNm)图3.32 支座沉降作用下剪力最大和最小图(kN)3.7 内力组合（一）由于设计时没有考虑温度作用，因此内力组合仅有主力组合（结构自重+二期恒载+活载+支座沉降），主力组合下各控制截面内力如表3.6，弯矩和剪力

42、包络图如图3.33和图3.34。表3.6 主力组合下各控制截面的内力控制截面弯矩(kNm)剪力(kN)边支点0.000.00-2608.80-6926.671/4边跨40737.37-3738.033181.64-168.301/2边跨3253.69-63431.258576.895233.583/4边跨-120974.67-195146.6715794.4811871.98中支点-300061.25-399522.4323894.34（左）19007.41（左）-19241.27（右）-24860.48（右）1/8中跨-123141.87-178271.55-12196.53-16777.2

43、31/4中跨-24727.04-65149.87-7420.89-11371.273/8中跨50003.725640.49-2363.45-5816.281/2中跨69922.4822533.371659.23-1659.23图3.33 主力组合下弯矩包络图(kNm)图3.34 主力组合下剪力包络图(kN)4 预应力钢束设计4.1 预应力钢束估算4.1.1 估束方法在预加力和运营荷载的共同作用下，全预应力混凝土梁应满足的应力条件：截面上、下缘均不产生拉应力，同时上、下缘混凝土均不被压碎。按照梁体布置钢束的一般形式考虑，即截面重心轴上下侧均布置钢束，应力情况（以压为正、以拉为负）如图4.1。图4

44、.1 截面重心轴上下侧均布置钢束的应力图截面上缘 ：(4.1)(4.2)截面下缘 ：(4.3)(4.4)截面所承受的最大与最小弯矩（与）按实际符号代入计算。令，其中，代表预应力钢筋的永存预应力。将和代入上式(4.1)(4.4)中，可得截面重心轴上下侧所需的钢束数量和的范围。截面重心轴上侧所需钢束数量：(4.5)(4.6)截面重心轴下侧所需钢束数量：(4.7)(4.8)4.1.2 预应力筋估算(1) 预应力筋的有效预应力依据铁预规规定，预加应力过程中，预应力钢绞线的锚下控制应力不能超过，本桥钢绞线的锚下控制应力取。根据以往估束经验，近似取预应力损失值为，得。(2) 钢束材料特性值的选择主梁所用纵

45、筋统一采用S15.2高强度低松弛钢绞线，其中每根S15.2钢绞线面积为140mm2。顶板和腹板钢束均采用12-S15.2钢绞线，每束面积；顶板合拢束和底板钢束采用15-S15.2钢绞线，每束面积。(3) 预应力钢束估算以1/4边跨、中支点和1/2中跨截面为例进行计算， 1/4边跨截面由表3.1知：， ，。，取，。将数据代入式(4.5)和式(4.6)中得：代入式(4.7)和式(4.8)中得：因此，；。初步拟定：截面重心轴上侧取8束，全部布置在顶板内；截面重心轴下侧取18束，全部布置在底板内。 中支点截面由表3.1知：，。，取，。将以上数据代入式(4.5)和式(4.6)中得：；代入式(4.7)和式

46、(4.8)中得：。初步拟定：截面重心轴上侧钢束取72束，其中顶板布置44束，腹板布置28束；截面重心轴下侧不布置钢束。 1/2中跨截面由表3.1知：，。，取，。将以上数据代入式(4.5)和式(4.6)中得：；代入式(4.7)和式(4.8)中得：。本桥初步拟定：截面重心轴下侧钢束取34束，全部布置在底板内；截面重心轴上侧不布置钢束；表4.1 各控制截面配束情况表控制截面所需配束实际配束截面重心轴上侧截面重心轴下侧最少最多最少最多顶板束腹板束底板束1/4边跨3.5462.697.9838.5280181/2边跨16.0680.053.0640.3716616续表 4.1控制截面所需配束实际配束截面

47、重心轴上侧截面重心轴下侧最少最多最少最多顶板束腹板束底板束3/4边跨31.76125.19-10.3257.0832168中支点48.57158.95-22.5067.44442801/8中跨28.25126.64-11.3959.7932681/4中跨12.4175.96-0.8556.34208203/8中跨1.6061.299.3740.6782321/2中跨-1.5856.6112.7842.670034边跨合龙束与底板束一端锚固于边支点截面处，且该截面弯矩为零，布置钢束时边支点截面仅需满足钢束锚固要求，不需进行钢束的估算。将其他控制截面估算结果与实际配束情况列于上表4.1。4.2 预

48、应力钢束布置4.2.1 预应力钢束的布置原则钢束布置时除满足铁预规中的相关构造要求外，尚需重视以下原则：(1) 选择合适的钢束材料及对应的锚具型式。(2) 钢束在布置时不能随意切断，以避免使用过多锚具，造成锚下受力复杂，且不利于施工。(3) 超静定结构中，钢束布置应尽量避免使结构产生过大的次内力。(4) 钢束的布置应考虑材料经济指标的先进性。(5) 为避免过大的摩阻损失降低力筋的预应力效果，钢束的布置形状应避免出现多次反向曲率。(6) 钢束的布置，既要考虑主梁在使用阶段的弹性受力状态的需要，又要考虑到破坏阶段时的需要。4.2.2 纵向预应力筋布置悬臂施工过程中，为承受结构自重和施工临时荷载，需

49、在中支点截面上部布置必要的悬臂束。在成桥后为了抵抗跨中列车活载及次内力产生的正弯矩，需在支架现浇段与中跨合拢段附近下部布置必要的连续束。纵向预应力筋的布置情况可描述为：(1) 中支点处主梁截面顶板内共布置44束，编号为T1T11；腹板内共布置28束，编号为F1F14。顶板和底板内钢束均采用12-S15.2钢绞线，分别在相应悬臂施工节段上对称锚固。(2) 中跨跨中处主梁截面底板内共布置34束，编号为B1B9，均采用15-S15.2钢绞线，分别对称锚固在箱内锯齿形锚固块上；顶板内设置2束中跨合龙临时钢束，编号为T12，采用15-S15.2钢绞线，在中跨合拢后拆除。(3) 边跨处主梁截面顶板内布置了

50、4束编号为T13的边跨合龙束，均采用15-S15.2钢绞线；底板内共布置18束，编号为B10B16，均采用15-S15.2钢绞线，底板束一端由底板上弯在梁端锚固，一端在箱内锚固。图4.2 半中支点截面布筋图（单位：cm）图4.3 半中跨跨中和半1/4边跨截面布筋图（单位：cm）中支点与中跨跨中及1/4边跨处截面布筋情况如上图4.2和图4.3，其他截面布筋情况见设计图纸（图号GYW-2）。4.2.3 横、竖向预应力筋布置在箱梁顶板和外悬臂板内布置一定数量的横向预应力钢束主要是考虑到腹板间距较大或外悬臂较长的情况，本次设计中不考虑横向预应力钢束的作用。考虑到本桥主梁内纵向预应力钢束弯起较多，能有效

51、地给截面提供预剪应力，因此设计时不考虑竖向预应力钢束的作用。4.3 配筋后实际状态下的悬臂施工过程(1) 第一施工阶段，在2号与3号主墩上设临时固结措施，现浇零号块并张拉锚固钢束T1、F1和F2，如图4.4。图4.4 第一施工阶段示意图(2) 第二施工阶段，在零号块上安装挂篮，在挂篮上悬臂浇筑1、1号块，张拉锚固钢束T2、F3和F4，如图4.5。图4.5 第二施工阶段示意图(3) 第三施工阶段，分别以2、3号墩为对称线同时移动挂篮至下一节段，在挂篮上悬臂浇筑2、2号块，张拉锚固钢束T3、F5和F6，如图4.6。图4.6 第三施工阶段示意图(4) 第四施工阶段，悬臂浇筑3、3号块，张拉锚固钢束T4、F7和F8，如图4.7。图4.7 第四施工阶段示意图(5) 第五施工阶段，悬臂浇筑4、4号块，张拉锚固钢束T5、F9，如图4.8。图4.8 第五施工阶段示意图(6) 第六施工阶段，悬臂浇筑5、5号块，张拉锚固钢束T6、F10，如图4.9。图4.9 第六施工阶段示意图(7) 第七施工阶段，悬臂浇筑6、6号块，张拉锚固钢束T7、F11，如图4.10。图4.10 第七施工阶段示意图(8) 第八施工阶段，悬臂浇筑7、7号块，张拉锚固钢束T8、F12，如图4.11。图4.11 第八施工阶段示意图(9)