林坦桥桥梁整体毕业设计（图文并茂143页）

1、青岛理工大学毕业设计目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc389941803 第一章 引言 PAGEREF _Toc389941803 h 1 HYPERLINK l _Toc389941804 1.1工程概况 PAGEREF _Toc389941804 h 1 HYPERLINK l _Toc389941805 1.2工程地质及水文气象资料 PAGEREF _Toc389941805 h 1 HYPERLINK l _Toc389941806 1.2.1、工程地质条件 PAGEREF _Toc389941806 h 1 HYPERLINK l _Toc3899

2、41807 1.2.2、气象条件 PAGEREF _Toc389941807 h 2 HYPERLINK l _Toc389941808 1.3设计依据及主要材料规格 PAGEREF _Toc389941808 h 2 HYPERLINK l _Toc389941809 第二章 方案比选 PAGEREF _Toc389941809 h 3 HYPERLINK l _Toc389941810 2.1 桥型方案设计说明 PAGEREF _Toc389941810 h 3 HYPERLINK l _Toc389941811 2.1.1 设计原则 PAGEREF _Toc389941811 h 3 H

3、YPERLINK l _Toc389941812 2.1.2桥型方案 PAGEREF _Toc389941812 h 4 HYPERLINK l _Toc389941813 2.2方案比选 PAGEREF _Toc389941813 h 4 HYPERLINK l _Toc389941814 第三章 上部结构的设计计算 PAGEREF _Toc389941814 h 5 HYPERLINK l _Toc389941815 3.1 尺寸拟定 PAGEREF _Toc389941815 h 5 HYPERLINK l _Toc389941816 3.3.1桥梁跨度的确定 PAGEREF _Toc3

4、89941816 h 5 HYPERLINK l _Toc389941817 3.3.2主梁高度 PAGEREF _Toc389941817 h 5 HYPERLINK l _Toc389941818 3.3.3箱梁腹板厚度 PAGEREF _Toc389941818 h 6 HYPERLINK l _Toc389941819 3.3.4箱梁底板厚度 PAGEREF _Toc389941819 h 6 HYPERLINK l _Toc389941820 3.3.5箱梁顶板厚度 PAGEREF _Toc389941820 h 6 HYPERLINK l _Toc389941821 3.3.6横隔

5、梁 PAGEREF _Toc389941821 h 6 HYPERLINK l _Toc389941822 3.3.7梗腋尺寸 PAGEREF _Toc389941822 h 7 HYPERLINK l _Toc389941823 3.2结构图示 PAGEREF _Toc389941823 h 7 HYPERLINK l _Toc389941824 3.3主梁内力计算 PAGEREF _Toc389941824 h 8 HYPERLINK l _Toc389941825 3.3.1恒载内力计算 PAGEREF _Toc389941825 h 8 HYPERLINK l _Toc38994182

6、6 3.3.2活载内力计算 PAGEREF _Toc389941826 h 9 HYPERLINK l _Toc389941827 3.3.3主梁结构次内力计算 PAGEREF _Toc389941827 h 10 HYPERLINK l _Toc389941828 3.4主梁内力组合 PAGEREF _Toc389941828 h 11 HYPERLINK l _Toc389941829 3.4.1按承载能力极限状态设计 PAGEREF _Toc389941829 h 12 HYPERLINK l _Toc389941830 3.4.2按正常使用极限状态设计 PAGEREF _Toc3899

7、41830 h 13 HYPERLINK l _Toc389941831 3.5预应力钢束估算及布置 PAGEREF _Toc389941831 h 14 HYPERLINK l _Toc389941832 3.5.1预应力钢束的估算 PAGEREF _Toc389941832 h 14 HYPERLINK l _Toc389941833 3.5.2预应力钢束的布置 PAGEREF _Toc389941833 h 17 HYPERLINK l _Toc389941834 3.6预应力损失计算 PAGEREF _Toc389941834 h 18 HYPERLINK l _Toc38994183

8、5 3.7主梁截面验算 PAGEREF _Toc389941835 h 21 HYPERLINK l _Toc389941836 3.7.1持久状况承载能力极限状态验算 PAGEREF _Toc389941836 h 22 HYPERLINK l _Toc389941837 3.7.2持久状况正常使用极限状态验算 PAGEREF _Toc389941837 h 37 HYPERLINK l _Toc389941838 3.7.5预应力混凝土受弯构件的应力验算 PAGEREF _Toc389941838 h 63 HYPERLINK l _Toc389941839 3.7.4预拱度设计 PAGE

9、REF _Toc389941839 h 92 HYPERLINK l _Toc389941840 3.8行车道板设计与计算 PAGEREF _Toc389941840 h 92 HYPERLINK l _Toc389941841 3.4.1桥面板的分类 PAGEREF _Toc389941841 h 92 HYPERLINK l _Toc389941842 3.4.2桥面板内力的计算 PAGEREF _Toc389941842 h 93 HYPERLINK l _Toc389941843 3.9支座设计 PAGEREF _Toc389941843 h 98 HYPERLINK l _Toc38

10、9941844 3.5.1支座的功能 PAGEREF _Toc389941844 h 98 HYPERLINK l _Toc389941845 3.5.2支座受力特点 PAGEREF _Toc389941845 h 98 HYPERLINK l _Toc389941846 3.5.3支座分类 PAGEREF _Toc389941846 h 98 HYPERLINK l _Toc389941847 3.5.4支座选用 PAGEREF _Toc389941847 h 98 HYPERLINK l _Toc389941848 第四章 下部结构的设计计算 PAGEREF _Toc389941848 h

11、 100 HYPERLINK l _Toc389941849 4.1桥墩设计与计算 PAGEREF _Toc389941849 h 100 HYPERLINK l _Toc389941850 4.1.1桥墩的类型及适用性 PAGEREF _Toc389941850 h 100 HYPERLINK l _Toc389941851 4.1.2桥墩的类型及尺寸的确定 PAGEREF _Toc389941851 h 100 HYPERLINK l _Toc389941852 4.1.3作用在桥墩上的作用 PAGEREF _Toc389941852 h 102 HYPERLINK l _Toc38994

12、1853 4.1.4墩身设计与验算 PAGEREF _Toc389941853 h 102 HYPERLINK l _Toc389941854 4.2桥台的设计与计算 PAGEREF _Toc389941854 h 104 HYPERLINK l _Toc389941855 4.2.1桥台尺寸确定 PAGEREF _Toc389941855 h 104 HYPERLINK l _Toc389941856 4.2.2桥台荷载计算 PAGEREF _Toc389941856 h 105 HYPERLINK l _Toc389941857 4.2.3桥台荷载组合 PAGEREF _Toc389941

13、857 h 108 HYPERLINK l _Toc389941858 4.2.4桥台验算 PAGEREF _Toc389941858 h 109 HYPERLINK l _Toc389941859 4.3桩基础的设计与计算 PAGEREF _Toc389941859 h 111 HYPERLINK l _Toc389941860 4.3.1荷载取值 PAGEREF _Toc389941860 h 111 HYPERLINK l _Toc389941861 4.3.2工程地质情况 PAGEREF _Toc389941861 h 111 HYPERLINK l _Toc389941862 4.3

14、.3.选择桩形、确定桩长和截面尺寸、初选承台尺寸 PAGEREF _Toc389941862 h 111 HYPERLINK l _Toc389941863 4.3.4.桩的平面布置及承载力验算 PAGEREF _Toc389941863 h 111 HYPERLINK l _Toc389941864 4.3.5水平荷载作用下弹性桩的计算 PAGEREF _Toc389941864 h 114 HYPERLINK l _Toc389941865 4.3.6承台的设计与验算 PAGEREF _Toc389941865 h 117 HYPERLINK l _Toc389941866 第五章 施工方

15、案说明 PAGEREF _Toc389941866 h 120 HYPERLINK l _Toc389941867 5.1基础的施工方法和施工工艺 PAGEREF _Toc389941867 h 120 HYPERLINK l _Toc389941868 5.1.1施工准备： PAGEREF _Toc389941868 h 120 HYPERLINK l _Toc389941869 5.1.2.钻孔灌注桩施工： PAGEREF _Toc389941869 h 121 HYPERLINK l _Toc389941870 5.2墩台的施工方法和施工工艺 PAGEREF _Toc389941870

16、h 122 HYPERLINK l _Toc389941871 5.2.1桥墩的施工 PAGEREF _Toc389941871 h 122 HYPERLINK l _Toc389941872 5.2.2注意事项 PAGEREF _Toc389941872 h 122 HYPERLINK l _Toc389941873 5.2.3支座施工 PAGEREF _Toc389941873 h 123 HYPERLINK l _Toc389941874 5.3上部结构的施工方法和施工工艺 PAGEREF _Toc389941874 h 123 HYPERLINK l _Toc389941875 5.3

17、.1边跨主梁满堂支架施工 PAGEREF _Toc389941875 h 123 HYPERLINK l _Toc389941876 5.3.2悬臂浇筑施工 PAGEREF _Toc389941876 h 124 HYPERLINK l _Toc389941877 5.3.3主梁预应力施工 PAGEREF _Toc389941877 h 125 HYPERLINK l _Toc389941878 5.3.4桥面系施工 PAGEREF _Toc389941878 h 126 HYPERLINK l _Toc389941879 结束语 PAGEREF _Toc389941879 h 127 HYP

18、ERLINK l _Toc389941880 外文文献翻译 PAGEREF _Toc389941880 h 128 HYPERLINK l _Toc389941881 主要参考文献资料 PAGEREF _Toc389941881 h 139 HYPERLINK l _Toc389941882 致谢 PAGEREF _Toc389941882 h 140 第一章 引言1.1工程概况林坦桥位于南水北调中线干线一期工程总干渠河北省磁县段内。工程区地处平原区，总干渠河道顺直，断面整齐，两侧大堤平行，设计桥梁与河道正交。1.2工程地质及水文气象资料1.2.1、工程地质条件根据土层的结构、构造、特征及力学

19、性质分为5层，工程区地处平原区，地面高程88.9888.36m，渠底高程79.708m。现将场地各土层特征显示如下：（1）地质结构地层总体上部Q12泥砾厚3.14.5m、，下部N1粘土厚4.97.9m、粉沙厚14.8m、卵石2.32.6m 、粘土岩10.218.5m。为泥砾、粘沙、基岩多层结构。（2）岩体物理力学性质根据室内试验和原位测试成果，地基土岩体物理力学指标及承载力值，见下表。地层岩性及时代含水量w(%)天然重度(kN/m3)压缩模量Es(MPa)变形模量E0(MPa)压缩系数a1-2(MPa-1)内聚力c(kPa)摩擦角()容许承载力0(kPa)极限摩阻力（i）（kPa）泥砾Q12Q

20、eq o(sup 5( 1),sdo 2( 2)QQeq o(sup 5( 2),sdo 2( 3)25.020.026.0350100粘土N127.119.68.50.2325.015.026060粉砂N119.319.76.40.332.025.010035卵石N120.022080粘土岩N121.320.214.20.130.016.036090表1.1岩体物理力学性质工程地质评价 总干渠渠底以下粘土N1粘土厚5.65m，中等偏高压缩性，承载力偏低；下伏粘土岩N1压缩变形小具承载力较高，是桩基础理想的持力层。建议公路桥桥墩采用桩基础，桩尖置于粘土岩N1中。公路桥桥台建议采用桩基础，以粘土

21、岩做为持力层。N1饱和砂土层不发生液化。基坑挖深浅，边坡稳定性好。（4）水文地质条件勘探期间在钻探深度内（约40m）触及地下水，根据1985年国家高程基准处于水位处在75.20m。（5）不良地质现象及地质灾害桥址范围内未发现不良地质作用，经初判，地表下20.0m深度范围内不存在液化现象。（6）场地土地震效应桥址处抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度值为0.10g。1.2.2、气象条件场区地处中纬度欧亚大陆东岸，位于我国东部沿海，属于温带湿润半干旱大陆性季风气候。年平均气温由北向南逐渐升高，冀北高原年平均气温低于4，以御道口最低，为-0.3；中南部地区年平均气温上升至12以上，以峰峰为最高，达

22、14。南北年平均气温相差甚为悬殊。年平均降水量为350-770毫米。年降水量时空分布极不均匀，总的趋势是东南部多于西北部。风力资源丰富，冀北高原及渤海海岸年平均风速4-5米/秒，为风速最大区域；其它地区年平均风速2-4米/秒；季节风力分布以春季最大，冬季次之，秋季最小 。1.3设计依据及主要材料规格1、设计依据（1）设计荷载：公路级；（2）设计坡度：行车道双向横坡1.5%，纵坡0.3%，人行道横坡2%；（3）桥梁宽度：1.5m（人行道）+16m（双向四车道）+1.5m（人行道）；（4）桥梁跨径：桥梁全长170m，具体孔跨布置依据方案评比，自行拟定；（5）主梁截面：根据所给的条件，结合规范并考虑

23、经济性，确定主梁截面形式与尺寸；（6）桥面铺装：上层4cm厚的沥青混凝土，下层8cm厚的C50防水混凝土；（7）河道情况：在枯水季和雨季河道水深在1.03m范围变化，梁底高程保证在雨季时与水面距离大于2m。2、主要材料规格（1）混凝土：预应力混凝土梁采用C50，墩柱、台帽、系梁、承台及灌注桩采用C30。（2）钢绞线：预应力钢绞线采用直径j15.20（75.0）高强低松弛预应力钢绞线，标准强度fpk=1860Mpa，Ep=1.95105Mpa。（3）普通钢筋：主筋采用HRB335（相当于原来的级），其它采用R235（Q235）（相当于原来的级）钢筋；（4）锚具及成孔管道：锚具采用OVM或HVM及

24、其配套的支承垫板，管道采用金属波纹管或者高密度塑料管成孔。（5）支座：板式橡胶支座或者盆式橡胶支座，具体尺寸规格通过计算确定；（6）其他要求：为防止桥头跳车，桥台后需设3m长搭板。第二章 方案比选2.1 桥型方案设计说明2.1.1 设计原则 根据桥址的地形、地貌、水文地质条件和技术标准的要求，综合考虑经济与安全、时间与空间环境等方面的因素，初拟方案。初拟方案完成后，通过初步分析，将其中明显竞争性不大的体系删去，提出2-3个具有特色的体系作进一步分析评比，这2-3个比选方案应力求受力合理，施工可行。比选标准主要依据安全、适用、经济和美观，其中以安全和经济为重。（1）使用上的要求桥上的行车道和人行

25、道宽度应保证车辆和行人的安全畅通，并应适当考虑将来交通量增长的需要。桥型，跨度大小和桥下净空应满足泄洪，安全通航或通车等求。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维修。（2）经济上的要求桥梁设计应体现经济上的合理性。在设计中必须进行详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料等的消耗为最少。应注意的是，要全面而精确地计及所有的经济因素往往是比较困难的，在技术经济比较中，尚应充分考虑桥梁在试用期间的运营条件以及养护和维修等放方面问题。桥梁设计应根据因地制宜，就地取材，方便施工的原则，合理选用适当的桥型。此外，能满足尽快施工要求以达到缩短工期的桥梁设计，不仅能降低造价，而且提早通车在运输上将带来很

26、大的经济效益。（3）结构尺寸和构造上的要求整个桥梁结构及其各部分构件，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。桥梁结构的强度应使全部构件及其连接构造的材料抗力或承载能力具有足够的安全储备。对于刚度的要求，应使桥梁在荷载等作用下的变形不超过规定的容许值，过度的变形会使结构的连接松弛，而且挠度过大会导致高速行车困难，引起桥梁剧烈震动，使人体感觉不舒适，严重者会危及桥梁的结构的安全。结构的稳定性，是要使桥梁结构在各种外力作用下，具有能保持原来形状和位置的能力。（4）施工上的要求桥梁结构应便于制造和架设。应尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工进度，保证工程质量

27、和施工安全。以此来达到缩短工期和经济的目的。另外还应根据施工单位的施工水平来选择合适的施工方法。（5）美观上的要求一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。城市桥梁和游览地区的桥梁，可较多的考虑建筑艺术上的要求。桥梁的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。此外，优秀的，结构上极既有特色且又美观的桥型方案，应使结构的造型与力学行为相协调。如果结构在外形上标新立异，虽有特色。与众不同，但其力学行为甚不合理的桥型方案，往往会显著提高经济造价和增加施工难度，严重者甚至会影响到结构的耐久性和运行安全。2.1.2桥型方案根据所给资料可初步拟定三个

28、桥型方案，分别是独塔双跨斜拉桥（70m+100m）、预应力混凝土连续梁桥(50m+70m+50m)、预应力混凝土连续刚构桥（45m+80m+45m）。2.2方案比选（1）实用性比较斜拉桥：跨越能力大大，行车性能好，不用作大量基础工程，由于拉锁多点竖向支撑作用，梁高小，便于采用悬臂施工，不影响通航，梁可以预制，可加快施工速度。预应力混凝土连续梁桥：伸缩缝少，结构刚度大，变性小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车平顺，通畅，安全，可满足交通运输要求，且施工简单，但工期长。预应力混凝土连续刚构桥：行车平顺，通畅，安全，可满足交通运输要求，施工技术成熟，易保证工程质量，桥下净空大，可满足

29、通航要求。（2）安全性比较斜拉桥：拉索是柔性体系，风力作用下会震动，会影响桥上行车何桥本身安全，横向刚度小，变性大。 预应力混凝土连续梁桥：技术成熟，计算简单，施工方法简单，质量好，整体性好，刚度大，可保证工程本身安全，同时行车性能良好，可保证司机正常行车，满足交通运输安全要求。 预应力混凝土连续刚构桥：如果将桥墩做成双肢薄壁式墩，抗震性能好，又能减小因温度变化、基础变位等引起的附加内力，受力性能较佳。（3）经济性比较斜拉桥：需大量拉索钢丝，预应力束，主塔构造复杂，高空作业多，成桥后养护费用高，基础施工复杂，还需减震装置。预应力混凝土连续梁桥：施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无需

30、大型设备，可充分降低施工成本，所用材料普通，价格低，成桥后养护费用少，需要大型支座，需较多预应力钢筋，基础施工复杂。连续刚构：无须支座，节省大型支座费用，其他于连续梁基本相同。（4）外观比较斜拉桥：现代感强，可通过索塔与拉索布置形式获得满意造型，塔较高，使桥向纵向和横向延伸，比例协调，均匀。预应力混凝土连续梁桥：形势简单，造型单一。预应力混凝土连续刚构：墩梁固结作用可降低梁高，使梁看来更纤巧，主梁做成变截面形式，造型美观。结论：经综合比较，选取预应力混凝土连续刚构作为设计桥型。第三章 上部结构的设计计算3.1 尺寸拟定 3.3.1桥梁跨度的确定桥梁跨度应根据公路等级，功能，通行能力及抗洪防灾等

31、要求，再根据相关部门的地质和地形资料、环境要求等综合考虑，选出适合于该桥位的跨径。连续刚构桥的边跨与中跨纸币一般为0.5-0.7，大部分壁纸为0.54-0.58，比变截面连续梁桥的比值范围0.6-0.8要小。由于墩梁固结，边跨的长短对中跨恒载弯矩调整的影响很小，而较小的边、主跨径布置，不仅可以使中墩内基本没有恒载偏心弯矩，而且可以在悬臂端用导梁支承于边墩上，进行边跨合龙，从而取消落地支架，施工也十分方便。本桥跨径组成：，边跨与中跨的比值为，桥梁全长。3.3.2主梁高度该主梁采用变截面的单箱双室截面。早期设计的连续刚构桥，主梁根部的高度多为(为中跨跨径)。近年来连续刚构桥出现了一些病害，主要是箱

32、梁腹板产生斜裂缝和跨中挠度过大，箱梁根部高度有增大的趋势，大约在之间。本桥刚构墩顶梁高5.0m，是主跨径的。主梁跨中高度大约在之间。但从构造和方便施工考虑，跨中梁高一般不宜小于2m。这里，跨中梁高取2.5m。3.3.3箱梁腹板厚度腹板确定经验公式：腹板总厚度： (m),其中，B为桥面总宽度(m)；L为主跨跨度(m)。同时应满足构造要求：单个腹板厚度0.15m。根据经验，中腹板厚度在取为50cm，边腹板厚度取为60cm。3.3.4箱梁底板厚度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，当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面承受很大的压力。箱形截面的底板应提供足够大的承压面积

33、，发挥良好的受力作用。在发生变号弯矩的截面中，顶板和底板上都应各自发挥承压的作用。箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而从跨中逐渐加厚直至桥墩处，以适应受压要求。底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜保持在底板以内有适当的富余，梁底根部最大底板厚度约为墩顶梁高的1/101/12，本桥桥墩处底板厚度选用55cm。大跨度连续箱梁因跨中弯矩要求底板内需配置一定数量的钢束和钢筋，跨中截面的底板厚度多为20cm30 cm。因桥面宽度较大，这里跨中底板厚度取为35cm。3.3.5箱梁顶板厚度根据箱梁的宽度和是否布置横向预应力筋,顶板跨中厚度在2535cm之间变化。这里顶板厚度取30cm。箱梁两侧的悬臂

34、板，其端部厚度一般为1520cm。因这里的悬臂较长（5m）,所以其厚度取为30cm。墩顶和跨中处的顶板厚度相同。3.3.6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。本设计没有考虑横隔梁，如需考虑，可以将端横隔梁等效为集中荷载进行计算。 3.3.7梗腋尺寸梗腋提高了截面抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变剪应力。桥面板支点刚度加大后，可以吸收负弯矩，从而减少桥面板跨中正弯矩。从构造上考虑，利用梗腋所提供

35、的空间便于布置纵向预应力筋和横向预应力筋，同时也为减薄顶板和底板厚度提供了构造上的保证。3.2结构图示本部分结构设计所取的计算模型为三跨变截面预应力混凝土连续刚构，总体跨径布置为45m+80m+45m，桥梁总长170m。图3.1 连续刚构桥计算模型图大桥桥面全宽23m，采用单箱双室截面（详细尺寸见图3.2、3.3）。按公路 = 1 * ROMAN I级标准设计，设计车速80km/h。根据桥通规的要求，桥面布置如下：右路肩（2.5m）+中间带（3m）+左路肩（2.5m）+四车道（43.75m）。图3.2跨中横断面图3.3墩顶横断面该连续刚构桥采用双肢薄壁柔性桥墩，矩形截面，其良好的柔度能够适应连

36、续刚构桥由混凝土收缩徐变、温度变化等引起的位移和受力要求，且施工方便，抗撞击能力强。根据所给资料，这里桥墩高度取20m。双肢薄壁墩的中距与主跨的比值一般为1/251/20，这里去中距为4m。横桥向墩身宽度一般取为箱梁的底板宽度即13m。立柱厚度约为()，这里取为1m。3.3主梁内力计算3.3.1恒载内力计算恒载内力包括一期恒载（主梁自重）和二期恒载（桥面铺装等）作用下的内力。由Midas计算可得到主梁在一期恒载作用下的弯矩图（图3.4）和二期恒载作用下的弯矩图（图3.5）。图3.4 一期恒载作用下主梁的弯矩图图3.5 二期恒载作用下主梁的弯矩图3.3.2活载内力计算（1）汽车恒载 汽车荷载采用

37、公路I级。桥梁结构的整体计算采用车道恒载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道恒载的作用不得叠加。桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。冲击系数值可按下式计算：当时， 当时， 当时， 式中 结构基频（）。本设计活载冲击系数由有限元软件Midas通过结构频率自动计算得到。在Midas中车辆荷载加载方式用车道单元法，即考虑偏心扭矩影响后，将汽车

38、荷载加载在参考单元线上。计算得汽车荷载作用下的弯矩包络图如下（图3.6）图3.6汽车荷载作用下主梁的弯矩包络图（2）人群恒载当桥梁的计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为；当计算跨径等于或大于150m时，人群荷载标准值为；当计算跨径为时，人群荷载标准值可由线性内插求得。对于跨径不等的连续结构，以最大跨径为准。这里人群荷载取为。计算得人群荷载作用下的弯矩包络图如下（图3.7）。图3.7人群荷载作用下主梁的弯矩包络图3.3.3主梁结构次内力计算（1）温度变化引起的次内力温度作用一般包括两种形式：均匀温度作用和梯度温度作用。这里温度荷载的取值：均匀温升按34C、温降按-3C考虑；温度梯度按公路

39、桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第4.3.10条的规定取值。计算得主梁在均匀温度升温作用下的弯矩图（图3.8）和梯度温度升温作用下的弯矩图（图3.9）如下所示：图3.8均匀温度升温作用主梁弯矩图图3.9梯度温度升温作用主梁弯矩图（2）支座沉降引起的次内力这里只考虑边墩0.01m基础不均匀沉降。计算得主梁弯矩包络图如下图3.10支座沉降作用下主梁弯矩包络图3.4主梁内力组合为了进行预应力钢束的计算，在不考虑预加力引起的结构次内力及混凝土收缩徐变次内力的前提下，按桥规通规第4.1.6条和第4.1.7条规定，根据可能出现的荷载进行第一次内力组合。3.4.1按承载能力极限状态设计基本组合。

40、永久作用的设计值效应和可变作用设计值效应相结合，其效应组合表达式为： （3-1）式中承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值结构的重要性系数，按通规表1.0.9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0、09；第i个永久作用效应的分项系数，当永久作用效应对结构承载力不利时取，对结构的承载能力有利时，其分项系数取，其他永久作用效应分享系数见通规；第i个永久作用的标准值；汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取；汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值；作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应

41、的分项系数，取，但风荷载的分项系数取；在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值；在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，取值见通规第4.1.6条。根据通规第4.1.6条规定，各种作用的分项系数取值如下结构重要性系数；恒载作用效应的分项系数取（对结构承载力不利），或（对结构承载力有利）；基础变位作用效应的分项系数；汽车荷载效应的分项系数取；温度作用效应的分项系数取；人群荷载作用效应分项系数和其他可变作用组合的组合系数均取；则承载能力极限状态组合为： 对结构承载不利时 （3-2） 对结构承载有利时 （3-

42、3）3.4.2按正常使用极限状态设计（1）作用短期效应组合永久作用标准值效应与可变荷载作用频遇值效应相组合，其效应表达式为： （3-4）式中 短期作用组合设计值； 第j个可变作用效应的频遇值系数。汽车荷载（不计冲击力）；人群荷载；风荷载；温度梯度作用；其他作用; 第j个可变作用效应的频遇值； 其他符合意义同前。（2）作用长期效应组合永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为： （3-5）式中 短期作用组合设计值；第j个可变作用效应的准永久值系数。汽车荷载（不计冲击力）；人群荷载；风荷载；温度梯度作用；其他作用;第j个可变作用效应的准永久值；其他符合意义同前。根据通规第4

43、.1.7条规定，各种作用的分项系数取值如下：汽车荷载（不计冲击力）效应的准永久值系数取；温度作用效应的准永久值系数取；则长期作用效应组合为： （3-6）组合结果由Midas根据所定义的荷载工况自动生成。3.5预应力钢束估算及布置预应力混凝土梁应进行承载能力状态计算和正常使用极限状态计算，并满足公预规中对不同受力状态下规定的设计要求（如承载力、应力、抗裂性和变形等），预应力钢筋截面积估算就是根据这些限值条件进行的。预应力混凝土梁一般以抗裂性（取按预应力混凝土或A类部分预应力混凝土）控制设计。在截面尺寸确定以后，结构的抗裂性主要与与预加力的大小有关。因此，预应力混凝土梁钢筋估算的一般方法是，首先根

44、据结构正截面抗裂性确定预应力钢筋的数量，然后再由构件承载能力极限状态要求确定非预应力钢筋数量。预应力钢筋数量估算时截面特性可取全截面特性。3.5.1预应力钢束的估算正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下，应符合下列要求： （3-7）在作用短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土的预压应力全预应力混凝土梁按作用（活荷载）短期效应组合进行正截面抗裂性验算，计算所得正截面混凝土法向拉应力应满足上式要求，则： (3-8)上式稍作变化，即可得到全预应力混凝土梁满足作用（或荷载）短

45、期效应组合抗裂验算所需的有效预加力，即： (3-9)使用阶段预应力钢筋永存应力的合力；按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值；A 构件混凝土全截面面积；W构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；预应力钢筋合力作用点至截面中心轴的距离。预应力钢筋估算结果如下表所示(表3.1)单元位置顶/底Ay (m2)单元位置顶/底Ay (m2)1I1底024I24底01I1顶024I24顶0.08012I2底0.011825I25底02I2顶025I25顶0.10013I3底0.02226I26底03I3顶026I26顶0.10744I4底0.030627I27底04I4顶027I27顶0.10385I5底0.

46、037728I28底05I5顶028I28顶0.0946I6底0.043229I29底06I6顶029I29顶0.08547I7底0.047230I30底07I7顶030I30顶0.07638I8底0.049531I31底08I8顶031I31顶0.06679I9底0.049832I32底09I9顶032I32顶0.056910I10底0.048333I33底010I10顶033I33顶0.047611I11底0.045134I34底011I11顶034I34顶0.038112I12底0.040835I35底0.001912I12顶035I35顶0.028313I13底0.036936I36底

47、0.01213I13顶0.004136I36顶0.018514I14底0.028537I37底0.022414I14顶0.009937I37顶0.010115I15底0.022838I38底0.032515I15顶0.016538I38顶0.003416I16底0.017139I39底0.042516I16顶0.02439I39顶017I17底0.011240I40底0.051317I17顶0.031940I40顶018I18底0.005241I41底0.058718I18顶0.040141I41顶019I19底042I42底0.064519I19顶0.048142I42顶020I20底043

48、I43底0.068620I20顶0.055943I43顶021I21底044I44底0.071421I21顶0.063444I44顶022I22底045I45底0.072822I22顶0.072445I45顶023I23底023I23顶0.0807表3.1预应力钢束初步估算因为对称所以只给出45个单元预应力钢束面积估算的结果。3.5.2预应力钢束的布置预应力对构件有压力、弯矩、剪力等作用，在其作用下，构件发生变形。对超静定结构，这些变形在支承处要受到约束，从而引起附加反力，由附加反力引起的弯矩叫二次弯矩（次内矩）。在预应力连续梁中，在不改变预应力筋两端支承处的位置和各支承间的基本形状的条件下，

49、改变它在各中间支承处的偏心距；那么，并不会影响其压力线的位置，这就是预应力钢筋的线性变换原理。根据这一原理，当压力线的位置与力筋重心重合时，这样布置的钢筋称为吻合索；此时二次弯矩没有了，但预应力对结构产生的内力影响仍旧可按等代荷载求得。从这一理论出发，预应力钢束的布置应尽量与吻合索相近。同时，结合其它施工、受力、经济等因素，可以得出预应力混凝土桥梁结构的配束原则如下：（1）应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式,对不同跨径的桥梁结构,要选用预加力大小恰当的预应力束筋,以达到合理的布置型式。避免造成因预应力束筋与锚具型式选择不当，而使结构构造尺寸加大。（2）预应力束筋的布置要考虑施工的方便，也不

50、能如钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋，而导致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，这样锚下应力区受力较复杂，因而必须在构造上加以保证，为此常导致结构构造复杂，而使施工不便。（3）预应力束筋的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。（4）预应力束筋配置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与桥梁体系，构造尺寸，施工方法的选择都有密切关系。（5）预应力束筋应避免使用多次反向曲率的连续束，因为这会引起很大摩阻损失，减低预应力束筋的效益。（6）预应力束筋的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要，而且也要考虑到结构在破

51、坏阶段时的需要。（7）当预应力筋要分层布置时，顶板的长束布置在上层，短束布置在下层，底板长束布置在下层，短束布置在上层。（8）预应力筋布置不要太靠近翼缘两侧，在同一截面上锚固要适当分散。（9）在设置孔道时需要预留一定的备用孔道，以便在必要时补充。（10）当力筋数量较多时可分层布置，一般来说，先锚固下层力筋，后锚固上层力筋。（11）钢束在横断面中布置时直束靠近顶板位置，弯束位于或靠近腹板，便于下弯锚固。（12）纵向预应力钢束为结构的主要受力钢筋，为了设计和施工的方便，进行对称布束，锚头布置尽量靠近压应力区。（13）预应力钢筋弯起角度：从减小预应力钢筋预拉时摩阻应力损失出发，弯起角度不宜大于20，

52、一般在两端锚固时都不会达到此值，而对于弯出梁顶锚固的钢筋，则往往超出20，常在2030之间。弯起角较大的预应力钢筋，应注意采取减小摩擦系数值的措施，以减小由此而引起的摩擦应力损失。实际钢筋布置见施工图。3.6预应力损失计算根据公预规（JTG D62-2004）第6.2.1条规定，预应力混凝土构件在正常使用极限状态计算中，由于施工中预应力束的张拉采用后张法，应考虑由以下因素引起的预应力损失：预应力钢筋与管道壁之间的摩擦引起的损失；锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的损失；混凝土的弹性压缩引起的损失；预应力钢筋的应力松弛引起的损失；混凝土的收缩和徐变引起的损失；（1）预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的

53、预应力损失预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失，可按下式计算： (3-10)式中： （2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失锚具变形、钢筋回缩和拼装构件的接缝损失，在计算接缝压缩引起的预应力损失时，认为接缝的第一批钢束锚固后即完成全部变形量，以后锚固的各批钢束对该接缝不再产生压缩。可按下式计算： (3-11) 式中（3）混凝土弹性压缩引起的损失在后张法结构中，由于一般预应力筋的数量较多，限于张拉设备等条件的限制，一般都采用分批张拉、锚固预应力筋。在这种情况下，已张拉完毕、锚固的预应力筋，将会在后续分批张拉预应力筋时发生弹性压缩变形，从而产生应力损失。 (3-12)式中： 由于混凝土的

54、弹性压缩引起的应力损失（）；在计算截面先张拉的预应力钢筋重心处，由后张拉各批钢筋而产生的混凝土法向应力；预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。经推导可按简化公式进行计算，即： (3-13)式中：表示预应力筋张拉的总批数；预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；全部预应力钢筋的合力NP在其作用点（全部预应力钢筋重心点）处所产生的混凝土正应力；钢束重心处混凝土法向应力，式中为自重弯矩。其中：所有预应力筋预加应力（扣除相应阶段的应力损失和后）的内力；预应力筋预加应力的合力至混凝土净截面形心轴的距离；、混凝土的净截面面积和截面惯性矩。注意此时计算时应考虑摩阻损失、锚具变形和钢筋回缩的影响。预应力

55、损失产生时，预应力孔道还没压浆，截面特性取净截面特性（即扣除孔道的影响）。对于悬臂浇筑结构，作如下近似假设，可先使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）每悬臂浇筑一段，相应张拉一批力筋；假设每批张拉与预应力都相同，且都作用在全部预应力重心处；2）在同一计算截面上，每一悬臂梁段自重所产生的自重弯矩都假设相等。（4）预应力筋的应力松弛损失预应力筋的应力松弛损失是指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。可按下式计算： (3-14)式中（5）由混凝土收缩、徐变引起的损失混凝土收缩徐变终极值引起的受拉区预应力钢筋损失计算式为： (3-1

56、5)式中i- -截面回转半径, 后张法构件为净截面惯性矩; 对于每一根钢束在各个施工阶段的预应力损失以及最终的有效预应力结果可以再、在Midas程序中查看。3.7主梁截面验算预应力混凝土梁从预加力开始到承载破坏，需经受预加应力、使用荷载作用、裂缝出现和破坏等四个受力阶段，为保证主梁受力可靠并予以控制，应对控制截面进行各阶段的验算。3.7.1持久状况承载能力极限状态验算预应力混凝土受弯构件持久状况承载能力极限状态计算包括正截面承载能力计算和斜截面承载力计算,作用效应采用标准组合。（1）正截面抗弯承载力验算翼缘位于受压区的T形截面或I形截面受弯构件，箱形截面受弯构件的正截面承载能力可参照T形截面计

57、算，由于本设计未考虑普通钢筋，故其正截面抗弯承载能力按下列规定进行计算时不需考虑普通钢筋的影响，所以有：1）当符合下列条件时 （3.17）应以宽度为的矩形截面按下面公式计算正截面抗弯承载力： （3.18）混凝土受压区高度应按下式计算： （3.19）截面受压区高度应符合下列要求： （3.20）当受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受压即（）为正时 （3.21）当受压区仅配纵向普通钢筋或配普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受拉即（）为负时 （3.22）2）当不符合公式（3.6.1-1）的条件时，计算中应考虑截面腹板受压的作用，其正截面抗弯承载力应按下列规定计算： （3.23）此时，受压

58、区高度应按下列公式计算，应符合（3.20）、（3.21）、（3.22）的要求。 （3.24）式中 桥梁结构的重要性系数，按预规JTG D62-2004第5.1.5条的规定采用，本设计为二级，取=1.0；弯矩组合设计值；混凝土轴心抗压强度设计值，按公预规表3.1.4采用；纵向预应力钢筋的抗拉强度设计值，按公预规表3.2.3-2采用；受拉区纵向预应力钢筋的截面面积；矩形截面宽度或T形截面腹板宽度，本设计应为箱形截面腹板总宽度；截面有效高度，此处为截面全高； 、受拉区、受压区普通钢筋和预应力钢筋的合力点至受拉区边缘、受压区边缘的距离；受压区普通钢筋合力点至受压区边缘的距离；T形或I形截面受压翼缘厚度

59、；T形或I形截面受压翼缘的有效宽度，按公预规第4.1.2的规定采用。Midas主梁正截面抗弯验算结果如下表所示：表3.2正截面抗弯承载能力验算详细计算表格单元位置最大/最小组合 名称类型验算rMuMn1I最大cLCB1FX-MINOK0.0043353.091I最小cLCB17FX-MAXOK0.0043353.091J最大cLCB9FX-MAXOK13932.6570268.551J最小cLCB28FX-MINOK2003.6570268.552I最大cLCB9MY-MAXOK13932.6584501.022I最小cLCB28MY-MINOK2003.6584501.022J最大cLCB9

60、MY-MAXOK24585.7792435.642J最小cLCB28MY-MINOK1873.8492435.643I最大cLCB9MY-MAXOK24585.77102977.973I最小cLCB28MY-MINOK1873.84102977.973J最大cLCB9MY-MAXOK31970.42108485.723J最小cLCB28MY-MINOK-389.42167561.564I最大cLCB9MY-MAXOK31970.4285489.284I最小cLCB28MY-MINOK-389.42169349.444J最大cLCB9MY-MAXOK36105.0393246.934J最小cLC