(整理)桥梁工程毕业设计计算书五跨等截面连续梁桥

1、跨线桥应因地制宜，充分与地形和自然环境相结合。跨线桥的建筑高度选取除保证必要的桥下净空外，还需结合地形以减少桥头接线挖方或填方量，最终再谈到经济实用的目的。如果桥两端地势较低，主要采用梁式桥；略高的则主要采用中承式拱肋桥；更高的则宜采用斜腿刚构、双向坡拱等形式。在桥型的选择时，一方面从“轻型”着手，以减少圬工体积，另一方面结合当地的资源材料条件，以满足就地取材的原则。随着社会和经济的发展，生态环境越来越受到人们的关注与重视，高速公路跨线桥将作为一种点石成金”的效果。高速公路上跨线桥常常是一种标志性建筑物，桥型本身具有的曲线美，能够与周围环境优美结合。茶庵铺互通式立体交叉 K65+687跨线桥，

2、必须遵照“安全、适用、经济、美观”的求。（3）桥面横坡：2.0%；桥址处的地质断面有所起伏，桥台处高，桥跨内低，桥跨内工程地质情况为（从砾岩。JTG D62-2004 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 ；JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范JTJ 022-2004 公路砖石及砼桥涵设计规范 ；经过方案比选，通过对设计方案的评价和比较要全面考虑各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。独塔单索面斜拉桥比较美观，但是预应力混凝土等截面连续梁桥桥梁建筑高度小，工程量小，施工难度小，可以采用多种施工方法

3、，工期较短，易于养护。另外该桥是位于山区的高速公路桥，对于美观要求低。综上，设计最终确定采用 435m 预应力混凝土等截面连续梁桥（图图 ）采用分段支架浇筑的方式，达到设计强度后，张拉预应力钢束并压注水泥浆，待混凝土达到预定强度后拆除支架并卸模板，再完成主梁横向接缝，最后进行护栏及桥面铺装施工。（3） 预埋预应力波纹管，绑扎普通钢筋，浇筑混凝土；（4） 混凝土达到预定强度后开始张拉预应力钢束；（5） 拆除支架并脱模；（6） 二期自重作用加载，完成全桥工程。主梁：采用C50 混凝土，钢筋混凝土容重为26500N/m ，弹性模量取3.4510 Pa；3桥面铺装：厚度为8cm的沥青混凝土面层，箱梁横

4、向两端厚度分别为8cm和 33cm的混凝土桥面板单向横坡，混凝土桥面板钢筋混凝土容重为 265000N/m ；沥青混凝土3防撞护栏：采用 C30 混凝土，容重为 265000N/m ；3 C50 265000N/m 3.4510 Pa。3毛截面的几何特性可以通过 ANSYS 几何特性见表 2-1 和 2-2：表 1 mm24（ ）（ ）表 2 mm24（ ）（ ）全桥五跨共取 32 个单元，33 个结点，所有单元长 4.375m。取 117 节点所对应的截面为控制截面，桥墩简化为活动和固定铰支座。结点 x、y 坐标按各结点对应截面的形心点的位置来确定，结构计算简图，如图 3.1 所示。121q

5、 =35.054126500/140= 6502.54N/m22合计：q =q +q = 87871.09+6502.54=94373.63N/m22112（1）采用电算 Ansys 程序计算。APDL命令流如下：! 4跨连续梁（4*35=140m)内力分析!1.前处理/FILNAME,hong zai nei li,1/TITLE,Wangju Jianli Fengxi/PREP7定义工作文件名!定义工作标题ET,1,BEAM3定义实常数材料属性先按 C50)*DO,I,1,33创建节点TYPE,1 $ MAT,1 $ REAL,1*DO,I,1,32生成单元*ENDDO!2.加载和求解*

6、/SOLUD,9,UYD,33,UY!全桥恒载内力FINISH!3.后处理以单元 I点弯矩为内容，定义单元表以单元 J 以单元 I点剪力为内容，定义单元表以单元 J 点剪力为内容，定义单元表结构剪力分布图PLLS,QI,QJ结构弯矩分布图FINISH（2）结构在恒载作用下结构内力值详见表 3-1 和图 3.2、图 3.3。表 1 ）m*N（0图 ）N（0主梁X坐标（m）图 2r（2 公路 I q 和集中荷载 P q =10.5kN/m，kkkk（3）本设计为两车道，车道折减系数取 1；（4）汽车荷载横向分布影响增大系数取 1.2；（5）纵向折减系数不需考虑；数。因此 m =211.2=2.4。

7、3（7）汽车冲击系数：按通规第 4.3.2 条的条文说明计算。JTJ D6-2004公路桥梁可靠度研究的成果，采用结构的基频来计算桥梁结构的冲击系数。连续梁桥的基频的计算公式为：EImf c12（3-1）EIm2结构的计算跨径；lE结构材料的弹性模量(N/m2；I 结构跨中截面的截面惯性距(m4；cm 结构跨中处的单位长度质量,cc2gg计算连续梁的冲击力引起的正弯矩和剪力效应时，采用f ；计算连续梁的冲击力引12（1）细分节点和单元：为了提高计算精度，必须细分节点和单元，且控制点必须全部要位于细分后的节点上，细分后每米单元个数为 8 个，每个单元长度为 0.125m,节点数共 1121 个。

8、（2）利用网上下载的 APDL 命令流计算各细分节点的影响线数据。（3）从 ANSYS 内导出 117 个控制截面的影响线数据至 Excel。下面是导出剪力影响线的命令流：*cfopen,jianli-ying-xinag-xiang,xls*VWRITE,N_QY(1,I),N_QY(1,I+35),N_QY(1,I+2*35),N_QY(1,I+3*35),N_QY(1,I+4*35),N_QY(1,I+5*35),N_QY(1,I+6*35),N_QY(1,I+7*35),N_QY(1,I+8*35),N_QY(1,I+9*35),N_QY(1,I+10*35),N_QY(1,I+11*

9、35),N_QY(1,I+12*35),N_QY(1,I+13*35),N_QY(1,I+14*35),N_QY(1,I+15*35),N_QY(1,I+16*35)(17F12.8)*cfclos,jianli-ying-xinag-xiang,xls（4）利用Excel内自带的 VBA编程，对1121行，17列影响线数据进行处理。编程的目的是找出每列影响线数据中的最大值和最小值，求出每列影响线数据中正的总面积、负的总面积（这里因为单元分得比较细，仅将相邻节点间影响线面积简化成梯形来Pk相乘，每列影响线数据中正的总面积、负的总面积和均部荷载 qk相乘，最后乘上各系数即为活载内力。经过与 AN

10、SYS 1%约 0.02%，剪力误差约 0.5%0.7%其中活载弯矩计算 VBA程序代码如下：Yi_max = Cells(1, j)Yi_min = Cells(1, j)For i = 1 To 1121If Cells(i, j) Yi_max ThenYi_max = Cells(i, j)End IfIf Cells(i, j) = 0 ThenW_max = W_max + (Cells(i, j) + Cells(i + 1, j) * (Cells(iIf Cells(i, j) = 0 ThenIf Cells(i + 1, j) = 0 ThenCells(i + 7, 2

11、3) = 1 * (1 * Cells(i + 7, 3) + 1.4 * Cells(i + 7, 6) +s=1*(1.2*Cells(i+7,3)+1.4*Cells(i+7,7)+0.8*1.4*Cells(iIf Cells(i + 7, 3) * s = 0 ThenCells(i + 7, 24) = 1 * (1 * Cells(i + 7, 3) + 1.4 * Cells(i + 7, 7) +s =1*(1.2 *Cells(i +7,4) + 1.4 * Cells(i + 7, 0.8* 1.4* Cells(iCells(i + 7, 25) = 1 * (1 *

12、Cells(i + 7, 4) + 1.4 * Cells(i + 7, 8) +s=1*(1.2*Cells(i+7,4)+1.4*Cells(i+7,9)+0.8*1.4*Cells(iIf Cells(i + 7, 4) * s = 0 ThenCells(i + 7, 26) = 1 * (1 * Cells(i + 7, 4) + 1.4 * Cells(i + 7, 9) +Cells(i + 7, 27) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.7 * Cells(i + 7, 6) / 1.307+ 0.8 * Cells(i + 7, 11) + 1 * Cell

13、s(i + 7, 14)Cells(i + 7, 31) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.4 * Cells(i + 7, 6) / 1.307+ 0.8 * Cells(i + 7, 11) + 1 * Cells(i + 7, 14)Cells(i + 7, 28) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.7 * Cells(i + 7, 7) / 1.405Cells(i + 7, 32) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.4 * Cells(i + 7, 7) / 1.405Cells(i + 7, 29) = 1 * Cells(i

14、+ 7, 4) + 0.7 * Cells(i + 7, 8) / 1.307+ 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 16)Cells(i + 7, 33) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.4 * Cells(i + 7, 8) / 1.307+ 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 16)Cells(i + 7, 30) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.7 * Cells(i + 7, 9) / 1.307+ 0.8 * Cells(i + 7, 12) +

15、1 * Cells(i + 7, 17)Cells(i + 7, 34) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.4 * Cells(i + 7, 9) / 1.307+ 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 17)Next i3.6.2 按承载能力极限状态进行内力组合1.0*（1.2*+1.4*+0.8*1.4*+0.5*)节点最小值1234567891011121314151617181920212223242526272829303132331.0*（1.0*+1.4*+0.8*1.4*+0.5*-1072314节点最小值1234

16、567891011121314151617181920212223242526272829303132330）N（力0剪主梁X坐标(m)短期组合内力值详见表 3-8 和图 3.17、图 3.18节点最小值123456789101112131415161718192021222324252627282930313233短期作用组合弯矩包络图50000000400000003000000020000000100000000）m*NK（0-10000000-20000000-30000000-40000000图 短期作用组合剪力包络图80000006000000400000020000000）N（0

17、20406080100120140160-2000000-4000000-6000000-8000000主梁X坐标（m）图 （2）长期期组合长期组合内力值详见表 3-9 和图 3.19、图 3.20表 9 节点最小值123432735421 23305807 77226956789101112131415161718192021222324252627282930313233长期作用组合弯矩包络图50000000400000003000000020000000100000000）m*N20000000-30000000-40000000图 长期作用组合剪力包络图80

18、000006000000400000020000000）N（020406080100120140160-2000000-4000000-6000000主梁X坐标（m）图 预应力混凝土梁应进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算，并满足预应力钢筋截面积估计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（全预应力混凝土或 A 类部分预应力混凝土）控制设计。在截面尺寸确定后，结构的抗裂性主要与预应力的大小有关。因此，预应力混凝土梁钢筋数量估算的一般方法是，首A 全截面特性。全预应力混凝土梁按作用（或荷载）短期效应组合进行正截面抗裂性验算，计算所得的正截面混凝土法向拉应力应满足； 0（4

19、-1）（4-2）stpc4-1sp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）短期效应组合抗（4-3）s1e0 . 8 5 pA W)求得 N 的值后，在确定适当的张拉控制应力 并扣除相应的应力损失 （对于配高强钢丝或钢绞线的后张法构件 约为0.2 conAp（4-4）ppeconN使用阶段预应力钢筋永存应力的合力；peMs按作用（或荷载）短期效应组合设计的弯矩值；A构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；Wp预应力钢筋的张拉控制应力；conAp预应力钢筋的总面积。设计采用 15.2 A =139mm ,抗拉强度标准值jf =1860MPa,张拉控制应力取 =0.75f =0.7518

20、60=1395Mpapkpk表 0.83930.66070.79960.7004采用 Excel Excel和表表 Msmax(N*m) Msmin(N*m)1）只在截面下缘布置预应力筋-20742104 -408938692）只在截面上缘布置预应力筋（2计算结果见表 4-3：Mkmax(N*m) Mkmin(N*m)1）只在截面下缘布置预应力筋2）只在截面上缘布置预应力筋（3计算结果见表 4-4：边跨跨中1）只在截面下缘布置预应力1 号墩支点2）只在截面上缘布置预应力筋2 号墩支点综合考虑以上 3 216 根钢绞线。设置为 12 束，每束 18 根，其中 T1T2 各 6 束。采用 OVM1

21、3-17 锚具，90 的金属波纹管成孔。连续梁预应力筋束的配置除满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）构造要求外，还应考虑以下原则：（1）应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，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。当预应力束筋选择过大，每束的预加力不大，造成大跨结构中布束过多，而构造尺寸限制布置不下时，则要求增大截面。反之，在跨径不大的结构中，如选择预加力很大的单根束筋，也可能使结构受力过于集中而不利。（2）预应力束筋的布置要考虑施工的方便，也不能像钢筋混凝

22、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，因为这会引起很大的摩阻损失，降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坏阶段时的

23、需要。对于本设计，各断面的锚固束和通过束确定以后，就应确定各钢束在箱梁中的空间位置和几何特征，这是计算预应力效应和施工放样的依据。钢束布置时，应注意以下几点：（1）应满足构造要求。如孔道中心最小距离，锚孔中心最小距离，最小曲线半径，（2）注意钢束平、竖弯曲线的配合及钢束之间的空间位置。钢束一般应尽量早的平弯，在锚固前竖弯。特别应注意竖弯段上、下层钢束不要冲突，还应满足孔道净距的要求。（3）钢束应尽量靠近腹板布置。这样可使预应力以较短的传力路线分布在全截面上，有利于降低预应力传递过程中局部应力的不利影响；能减小钢束的平弯长度；能减小横向内力；能充分利用梗腋布束，有利于截面的轻型化。（4）尽量以

24、S 型曲线锚固于设计位置，以消除锚固点产生的横向力。（5）钢束的线形种类尽量减少，以便于计算和施工。（6）尽量加大曲线半径，以便于穿束和压浆。（7）分层布束时，应使管道上下对齐，这样有利于混凝土的浇筑和振捣，不可采用梅花形布置。（8力学效应；b.分层布束时应使长束布置在上层，短束布置在下层。首先，因为先锚固短束，后锚固长束，只有这样布置才不会发生干扰；其次，长束通过的梁段多，放在顶层能充分发挥其力学效应；再次，较长束在施工中管道出现质量问题的机率较高，放在顶层处理比较容易些。由以上确定的实际预应力钢束束数，结合本设计所采用的满堂支架施工方法，最终A =A -An(7-1)0knAkS S(7-

25、2)0kAn0S 孔道面积对底边的静矩；k(7-3)(7-4)snxn净截面惯性矩的计算根据平行移轴公式，方法如下：2nnI净截面对毛截面形心轴的惯性矩，I =I -I I 为毛截面对其形心轴的惯性矩；n000nI 为孔道对毛截面形心轴的惯性矩；k0a2净截面形心轴到毛截面形心轴的距离的平方。换算面积：EA A A(7-5)s0nEsc式中 A 换算截面面积；0csss0 x0s(7-6)cA0nS 预应力筋面积对底边的静矩。s(7-7)(7-8)s0 x0换算截面惯性矩的计算利用平行移轴公式：I I A a0nns0a 净截面形心轴与换算截面形心轴的间距；n0I 预应力钢筋换算面积对换算截面

26、形心轴的惯性矩，利用平行移轴公式计算。s表 6.394356.35626.35626.35626.35626.35626.35626.43256.43256.43256.35626.35626.35623.242923.242923.242923.264643.297586.35626.35626.43256.43256.43256.35626.35626.35626.35626.35626.43256.43256.43256.35626.35626.35626.35626.35626.35626.39435表 12345678910111213141516171819202122232425

27、26272829303132335.2截面正应力验算预应力混凝土构件在各个受力阶段均有不同得受力特点，从施加预应力起，其截面内的钢筋和混凝土就处于高应力状态，经受着考验。为了保证构件在各工作阶段工作的安全可靠，除按承载能力极限状态进行强度检算外，还必须对其在施工和使用阶段的应力状态进行验算，并予以控制。=pppnAWpcnnN 后张法构件预应力筋的有效预加力（扣除相应阶段的预应pN )(A A cos )A )I、IplppplAppA 弯起预应力筋的截面面积；pb、pA分别为构件净截面面积、惯性矩和截面模量。nn表 上缘最大 上缘最小 下缘最大 下缘最小 最大主 最大主值值值是是是是是是是是

28、是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是11是是是是是是是是是值是是是是是是是5.49-3.05是是是6.94-3.05是5.4922.7是6.9422.7是是是是191725335.3 持久状况下正常使用极限状态抗裂验算0.85 0为在荷载短期效应组合作用下，截面受拉边的应力：MMWWn0MM,M ,M 汽车荷载和人群荷载的弯矩标准值；Q1KQ2KIW 构件净截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩；W nynnnI0y000,n0NAypppnIpcnnnN A )Appp(cycy22(cycy22cp10n0n00M0p vp vp vcI0预加力和使用荷载在计算的主应力点产生的混凝土c

29、xcy 竖向预应力筋的有效预应力；pv 单肢竖向预应力筋的截面面积；pvb 计算主应力处构件截面的宽度；s 竖向预应力筋的间距；pvy 计算纤维处至换算截面重心轴的距离（m 04表 上缘最小拉应力 下缘最小拉应力 下缘最小拉应力节点号表 上缘最小拉应力 下缘最小拉应力 最大主拉应力节点号表 应力上缘最大压 最 下缘最大压应力值容许值是否满足要求应力值容许值6是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求是应力值

30、容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求是应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值是否满足要求应力值容许值6是否满足要求应力值容许值是否满足要求5.4 承载能力极限状态基本组合正截面强度验算沿纵向力的方向平衡条

31、件： X 0f A f A f A f A A、 、 、pypsyscmcsysppM M f S f A (h a ) A (h a )、 、 、ucm c,pssys0spp0pf 预应力筋抗拉强度设计值；pyf 非预应力筋的抗拉强度设计值；syf 非预应力筋的抗压强度设计值；、ppsA 、 A 分别为受压区预应力筋和非预应力筋截面面积：、psA 受压区混凝土截面面积；cS 受压区混凝土截面对受拉区钢筋合力作用点的净c,psa 、a 分别为受压区预应力筋合力作用点和非预应力筋合力作用点至截面受、psh0，；0、h 、a 分别为受压区预应力筋和非预应力筋合力点至截面受拉边缘和受压边缘距离h ha；M 截面弯矩承载能力；u。M其中 假设受压高度xh ,即x在翼板内，则：、f、cfS b x(h x )、2f0受压区预应力筋A 的应力、pp、ppyppcpef 预应力筋抗压强度设计值，按规范表3.2.3 取值；py、A 合力处由预应力所产生的混凝土应力；、p、受压区预应力筋在荷载作用前已存在有效预应力。pe5.4.2 计算结果表 12表1 JTJ 001-03，公路工程技术标准S北京：人民交通出版社，20032 JTGD62-2004S 20043 JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规