连续刚构设计计算

目录中文摘要 i英文摘要 ii第1章基本资料 11.1基本资料 11.2设计依据 1第2章方案比选 32.1方案初选 32.1.1方案一：预应力混凝土连续刚构 32.1.2方案二：斜拉桥 42.1.3方案三：预应力六跨标准跨简支梁 52.2推荐方案 6第3章结构计算 83.1设计资料 83.2结构尺寸拟订 93.2.1立面布置 93.2.2上部结构 93.2.3下部结构 103.2.4钢筋信息 103.2.5其他 103.3MIDAS电算 103.3.1桥面系单元划分 113.3.2非桥面系单元划分 113.3.3单元划分图 113.3.4主要施工阶段划分 113.4主梁内力计算及组合 123.4.1内力计算组合图 123.4.2内力计算结果 133.5预应力钢筋估算和配筋 143.5.1主梁控制截面 143.5.2最不利荷载组合 143.6预应力钢束估算 153.6.1估筋原则 153.6.2预应力钢束的估算 153.6.3预应力束布置原则 223.6.4纵向预应力布置 22横向预应力筋布置 24竖向预应力 253.7承载能力极限状态验算 253.7.1截面几何性质计算 253.7.2承载能力极限状态验算 253.8预应力损失计算 273.8.1摩阻损失 273.8.2锚具变形损失 283.8.3分批张拉损失 303.8.4钢筋应力松弛损失 303.8.5混凝土收缩、徐变损失 303.8.6预应力损失组合 313.9全预应力混凝土构件结构验算 323.9.1正截面抗裂性验算 323.9.2持久状况应力验算 333.9.3短暂状况应力验算 35第4章行车道板计算 374.1悬臂板荷载效应计算 374.2单向板荷载效应计算 384.3荷载组合 404.4配筋计算 414.4.1悬臂板的配筋 414.4.2单向板的配筋 41第5章施工组织设计 435.1工程概况介绍 435.1.1工程项目的特征 435.1.2建设地区特征 435.2确定施工方法制订工程施工部署 435.3施工组织设计 445.3.1上部结构施工 445.3.2施工流程图 445.3.3施工要点 465.4施工注意事项 505.4.1O#号块施工注意事项 505.4.2合龙段施工应特别注意以下几条： 505.4.3悬臂浇注混凝土时要注意的问题 505.4.4施工精度及安全 515.4.5预应力张拉工艺 51第6章结束语 53致谢 54参考文献 55摘要本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定,对鸣水湾大桥进行方案比选和设计的。对该桥的设计，本着“安全、经济、美观、实用”的八字原则，本论文提出三种不同的桥型方案进行比较和选择：方案一为：预应力连续刚构粱桥，方案二为混凝土简支梁桥，方案三为斜拉桥。经由以上的八字原则以及设计施工等多方面考虑、比较确定第一种为推荐方案。在设计中，桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在使用工程中恒载以及活载的作用，运用MidasCivil计算出控制界面的最大弯矩，根据最大弯矩进行预应力配筋。进行了梁的配筋计算，估算了钢绞线的各种预应力损失，并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度的计算，对行车道板进行了计算，并进行了配筋。下部结构采用双薄壁墩，基础采用了扩大基础。本设计的图纸采用手工绘图结合计算机辅助设计绘制，计算机编档、排版，打印出图及论文。还有，翻译了一篇英文短文“Researchdevelopmentofdigitalmaintenanceandmanagementsystemforlong-spancable-stayedbridges”。关键词：预应力混凝土，连续刚构，悬臂施工，MidasCivil，AutoCADABSTRACTThisisapartialstructdesignofabridgenamedMingShuiwanbridge,accordingtodesigningassignmentandthestandardofroadandbridge.Forthepurposeofmakethetypeofthebridgecorrespondingwiththeambienceandcostsaving,thispaperprovidesthreedifferenttypesofbridgeforselection:thefirstoneispre-stressedconcretecontinuousrigidframeworkbridge;thesecondoneissimple-supportedbeambridge,thethirdoneiscablestayedbridge.Afterthecomparisonsofeconomy,appearance,characteristicunderthestrengthandeffect,thefirstoneisselected.Inthisdesign,Thecheckingcalculationofstrengthofmaingirderwasprecedednotonlyinprestressedstatementbutalsoinusingstatement,deflection,precamberandtheassessmentofreinforcingsteelbarwerecheckedtoo.Thepierofthebridgewasbasingondiggingpile,andadoptedrubberpotbearing.Accordingtothecharacteristicoftheoverpassbridgeandspotcondition,itadoptedthemethodthatthecantileverjobplacingcombinedwithbracketjobplacing.PartofthedesigndrawingswereprotractedbyAutoCAD,theotherswereprotractedbyhands.ExceptthatthethesiscalledResearchdevelopmentofdigitalmaintenanceandmanagementsystemforlong-spancable-stayedbridgeswastranslatedintoChinese.Keywords:continuouspre-stressedconcrete,continuousrigidframeworkbridge,cantileverconstruction,MidasCivil,AutoCAD前言毕业设计是教学计划中的一个重要环节，是在学院所有规定的基础课、技术基础课和必修的专业课后进行的，是培养学生综合运用所学的基础和专业知识，通过毕业设计，对大学四年所学课程和各方面知识，进行一次全面、综合、系统的训练，也是对以前各教学环节的继续、深化、补充和检验。在毕业设计完成的过程中，不仅是对我们综合、科学、合理地运用所学知识、理论的一种检验，同时还能巩固和加强对专业知识的掌握，在自己头脑中构建系统的专业知识框架和理论体系。借助这种较强实际动手操作的实践，进一步培养我们综合运用所学基础理论、专业知识和基本技能，从而提高分析和解决实际问题的能力。最近几年来，预应力混凝土变截面连续钢构，依靠它具有：连续刚构梁多用于大跨径高墩结构桥,具有结构刚度好、行车平顺性好、养护简易、抗震性能好、易于悬臂施工等优点。因此无论是公路或城市桥梁、高架道路，还是跨越宽阔河流的大桥，均被广泛应用。其中箱形截面抗扭刚度大，并具有较T形截面高的截面效率指标，同时它的顶板和底板面积均比较大，能有效的承当正负弯矩，并满足配筋的需要。因此在已建成的大跨度预应力混凝土梁桥中，当跨度超过40米后，其横截面大多为箱形截面。此外，当桥梁承受偏心荷载时，箱形截面梁抗扭刚度大，内力分布比较均匀；在桥梁处于悬臂状态时，具有良好的静力和动力稳定性，对于悬臂施工的大跨度桥梁尤为有利。由于箱形截面整体性能好，因而在限制车道数通过车辆时，可以超载通行。另外单箱截面整体性好，施工方便，材料用量经济，当桥面宽度不大时，以采用单箱截面为好。所以该设计采用分离式的单箱单室截面。随着我国经济发展，材料、机械、设备工业相应发展，我国建桥水平已跃身于世界先进行列。我国幅员辽阔，经济发展水平参差不齐，经济上总体水平不高，公路桥梁发展还是要着眼于量大、面广的一般大、中桥，这类桥梁仍以预应力混凝土结构为主。由于连续梁受力和使用上的特点，在设计大跨径预应力混凝土桥时，优先考虑这种桥形。本文为鸣水湾大桥设计的设计，该桥采用连续刚构体系，全长190m，主梁为变高度预应力箱梁。本书仅对预应力连续刚构主梁的桥面板的计算、内力计算、结构配筋和预应力损失做出详尽的说明，而对此桥方案选择、施工过程和施工组织设计等参考现有资料，已成桥梁只做出了粗略的解释。全文分为方案比选、结构设计、配筋计算、施工组织设计等章节。连续梁是一种超静定体系，设计时考虑的因素很多，计算较复杂，计算量也很大，用手算不仅费时费工，而且可靠性不高，故在该计算过程中内力及影响线采用MIADSCIVIL计算软件计算，预应力估算、钢束预应力损失以及结构验算均采用手算完成，而且所有设计均按照新规范《公路桥涵设计规范》（JTGD60-2004）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）进行设计。在整个设计过程中得到了邹毅松老师等老师的悉心指导和帮助，同时也得到许多同学的热心帮助，在此一并表示由衷的感谢。通过该毕业设计，我希望能做到独立自主的完成，并能真实的反映自己多年来对所学知识的掌握和应用水平，同时又能培养自己的团队协作精神，以及对工作的严谨态度，为以后步入社会打下坚实的基础。由于是初次进行这样系统、详尽的桥梁综工程合设计，加之自身知识水平的局限和尚无经验可谈，在遇到一些实际难题时，总感到茫然和不知所措，设计成果中也难免出现一些错误和不尽如人意的地方。在此，我衷心的恳请各位教师给予批评、指正，我会虚心接受所有的意见和建议。并且不断的总结，使自己在今后的学习和工作中日臻完善！第1章基本资料1.1基本资料1.桥宽：1.5m人行道+14m行车道+1.5人行道2.桥面高程：两岸均为249.15m。3.桥面横坡双向2%4.作用等级：公路I级。5.气候水文地质情况：地面下3至5米为泥土、卵石覆盖层，覆盖层下为砂岩。200.382，常年洪水位：205.610，最高洪水位：213.660。多年平均气温17.9℃，极端最高气温41.7℃，极端最低气温-3.5℃6.地面线：见下表。表1.1地面线编号里程桩号地面高程1K40+595.00239.82+615.00235.803+635.00233.104+655.00227.605+675.00211.706+695.00202.307+715.00200.008735.00200.009755.00201.6010775.00207.9011803.00227.6012823.00236.6013843.00241.4014863.00244.401.2设计依据（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（3）《公路工程抗震设计规范》（JTG/TB02-01-2008）（4）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTGD61-2005）（5）《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTGD63-2005）（6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG61-2005）（7）范立础编著：《预应力混凝土桥梁》，人民交通出版社，1987年（8）范立础主编：《预应力混凝土连续梁桥》，人民交通出版社，1988年8月第1版。 第2章方案比选2.1方案初选初选方案：（六个）A：主桥为三跨连续刚构,跨径组合为50+90+50m。引桥为25+25m。B：主桥为斜拉桥，跨径组合为40+100+40m。引桥为2×35m标准跨简支梁。C：主桥为跨径6×40m的标准跨简支梁。D：主桥70+120+70m的悬索桥。E：跨径组合60+100m的单双索面斜拉桥。引桥为30+40m的标准简支梁。F：跨径组合120m的钢筋混凝土拱桥。引桥为3×30m的标准简支梁。（2）比选方案:（三个）方案比选主要依据技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的原则，同时根据所在公路的作用、性质和将来发展的要求，按照美观和有利于环保的原则设计，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。综上所述，本次设计的三个比选方案如下：方案一：预应力混凝土连续刚构桥孔布置本方案主桥为三跨连续梁桥，全长190m，主跨为90m，两边跨为50m，全桥跨径为50+90+50m。上部结构本方案主梁采用单箱双室变高度箱梁，箱梁顶板宽17.4m，底板宽12.8m。主梁在支座处梁高为5.5m，跨中处为2m。顶板等厚，均为0.3m。悬出部分长度相同均为2.3m。腹板等厚，均为0.5m。底板为不等厚，由跨中向根部处随抛物线变化，逐渐变厚，从0.3m渐增加到0.8m。下部结构本方案下部采用双薄壁墩。横桥向墩宽为12.8m,纵桥向墩宽1m。桥台采用重力式U型桥台，桥台基础采用扩大基础。双薄壁墩采用扩大基础，嵌入砂岩3m。方案大样见下页图2.1。施工方案本桥基础采用明挖扩大基础和钻孔灌注桩施工，墩身采用翻模或滑模施工，箱梁当0号块形成后，采用挂篮悬臂现浇施工，跨中合龙。合龙顺序为先边跨合龙后中跨合龙。（6）综合评价连续刚构投资造价适中；施工技术比较成熟，占用施工场地少，养护容易，施工进度易受环境影响，施工期间抗风能力较强，它具有连续梁的特点，虽然它不设置支座，所以也不用经过体系转换，同时又节约了支座设置和维修、养护及更换费用。图2.1连续箱梁立面图方案二：斜拉桥（1）桥孔布置本方案主桥为斜拉桥，全长240m，主跨为120m，两边跨为55m，全桥跨径为55+120+55m。（2）上部结构本方案主梁采用钢箱梁，箱梁顶板宽9m，底板宽5.4m。主梁在支座处梁高为5.0m，跨中处为1.8m。顶板等厚，均为0.25m。悬出部分长度相同均为1.8m。腹板不等厚，跨中向根部从0.4m变到0.6m。底板为不等厚，由跨中向根部处随抛物线变化，逐渐变厚，从0.25m渐增加到0.6m。（3）下部结构本方案下部结构采用桩柱墩。横桥向墩宽为5.4m,纵桥向墩宽为2m,净间4m。桥台采用重力式U型桥台，桥台基础采用明挖扩大基础。其余墩下基础为直径1m桩基础。（4）施工方案本桥基础采用明挖扩大基础和钻孔灌注桩施工，墩身采用翻模或滑模施工，建成桥塔后，采用吊篮悬臂施工，施工一个节段后，拉索锚固好箱梁，进行下一个节段的施工。斜拉桥造价高；施工技术比较成熟，占用施工场地少，需要更换拉索，后期养护费用高，施工进度易受环境影响，施工期间抗风能力较弱，施工需要大型吊装设备，施工管理费用高，桥面平整，行车舒适，但造价较高，经济性不佳。图2.2斜拉桥立面图方案三：预应力六跨标准跨简支梁（1）桥孔布置本方案主桥为五跨标准跨简支T梁，跨径组合为5×40m。（2）上部结构主桥采用T型梁，梁高2.5m，单个T梁宽1.6m。翼缘边缘高度1.5m，根部高度2.1m。中间悬出部分0.72m，边缘悬出部分11.2m。（3）下部构造本方案下部结构采用单排双矩形实心墩。横桥向墩宽为3.5m,纵桥向墩宽为3.5m。桥台采用重力式U型桥台，桥台基础采用明挖扩大基础。其余墩下基础为直径1.2m桩基础。本桥在两桥台台口处以及梁与梁之间均设有伸缩缝。（4）施工方案桥台采用明挖扩大基础和钻孔灌注桩施工；主梁采用主梁采用预制装配施工方法，从两端桥台同时施工，两个工作面一起工作，这样既方便施工，同时也加快了施工速度。预应力简支T梁受力简单，为静定结构，结构内力不受地基变形影响，对基础要求较低，便于预制、架设，简化施工管理，施工费用低，投资造价相对低廉，采用预应力使梁全截面参加工作，减小了结构恒载，增大抵抗活载的能力。但是线路在竖向会产生折角，且伸缩缝较多，影响行车平顺。图2.3预应力简支梁立面图2.2推荐方案各方案的技术经济比较：表1.3各方案的技术经济比较表方案类别比较项目第一方案第二方案第三方案主桥跨桥型结构连续刚构斜拉桥预应力简支梁（50+90+50）m（40+100+40）m（40x6）m主桥跨梁高2m—5.5m1.8m—5m2.5m主跨结构特点预应力混凝土连续刚构，主梁采用单箱单室变高度箱梁，墩身采用实心墩、钻空灌注桩及重力式U型桥台。主梁为钢箱梁，墩身采用花瓶式桥塔、钻孔灌注桩及重力式U型桥台。预应力简支梁桥,主梁采用T梁截面,,重力式U型桥台养护维修工程量少多较多设计经验水平有较成熟经验，国际先进水平有较成熟经验，国际先进水平有较成熟经验，国际先进水平施工方法和难易程度全桥采用挂篮悬臂浇注施工，不难。全桥采用挂篮悬臂浇注施工，不难。采用工厂预制，现场吊装施工，施工容易。工程数量混凝土（m3）4116.016673.75303.756钢筋（t）1004.931009.3350.8钢绞线（t）204.05436.620工期较长长短经过对以上三个比选方案的技术、经济比较，本打算选用连续钢构，但考虑到结构柔性。我选择第二方案连续梁桥作为设计方案。其优点如下:（1）连续刚构线型流畅，造型简洁美观，行车舒适性较好，养护工程量小。（2）连续刚构受力明确，支点负弯矩对跨中有减载作用，故比其他桥型承载能力大。（3）连续刚构构造简单，桥下净空较大，与地形极为相符，并且与自然和谐统一，整体美观，视觉效果较好。（4）连续刚构满足了这个结构的强度,刚度和稳定性的要求。 （5）近几年建造连续刚构较多，施工技术可靠。第3章结构计算3.1设计资料设计荷载:公路-Ⅰ级,结构重要性系数γ0=1.1。材料性能参数（1）混凝土强度等级C50，主要强度指标为：强度标准值=32.4MPa，=2.65MPa强度设计值=22.4MPa,=1.83MPa弹性模量Ep=3.45×104MPa强度等级C40，主要强度指标为：强度标准值=26.8MPa，=2.40MPa强度设计值=18.4MPa,=1.65MPa弹性模量Ep=3.25×104MPa强度等级C30，主要强度指标为：强度标准值=20.1MPa，=1.54MPa强度设计值=13.8MPa,=1.39MPa弹性模量Ep=3.00×104MPa（2）预应力钢筋采用1×7标准型-15.24-1860-II-GB/T5224—1995钢绞线，其强度指标为：抗拉强度标准值=1860MPa抗拉强度设计值=1260MPa弹性模量Ep=1.95×105MPa（3）普通钢筋1)纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为：抗拉强度标准值=400MPa抗拉强度设计值=330MPa弹性模量Es=2.0×105MPa2)箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为：抗拉强度标准值=335MPa抗拉强度设计值=280MPa弹性模量Es=2.0×105MPa3.2结构尺寸拟订在鸣水湾大桥的设计过程中，我参阅了修建好的各连续刚构桥的尺寸拟定，同时，参阅了其他与该桥跨径相当的连续刚构细部尺寸设计。在邹老师的建议指导下，大桥的细部尺寸拟定如下：立面布置本桥边跨50m，中跨90m，边中跨之比为0.55，箱梁底板下缘高沿二次抛物线变化。上部结构本方案主梁采用单箱单室三向预应力变高度箱梁，箱梁顶板宽17.4m，设置双向2%横坡，底板宽12.8m。顶板等厚，均为0.3m。悬出部分长度相同均为2.3m。腹板不等厚，跨中向根部从0.3m变到0.8m。主梁在支座处梁高为5.5m，跨中处为2m。其变化方程为二次抛物线h=(3/422)x2+2,其中：-42≤x≤42（以跨中为原点）。底板为不等厚，由跨中向根部处随抛物线变化，逐渐变厚，从0.25m渐增加到0.6m。变化方程为δ=（0.35/422）x2+0.25，其中：-42≤x≤42（以跨中为原点）。主梁0号块长度为10m，悬臂施工梁段3m，边跨现浇段4m，边、中跨合龙段长度均为2m，箱梁全部采用C50。图3.1根部截面图3.2跨中截面下部结构本方案下部采用双薄壁墩。横桥向墩宽为12.8m,纵桥向墩宽1m。墩高16.75和20.67m。根据给出的地质条件，认为地质条件良好，基础采用扩大基础，采用围堰施工。基础横桥向宽15.8m，纵桥向宽8m。钢筋信息 预应力砼钢材：纵向钢筋采用φ15.24㎜钢绞线,公称抗拉强度为Ry=1860MPa,抗拉控制强度用0.75Ry,Ey=1.95×105MPa顶板横向预应力采用φ15.24㎜钢绞线,Ry=1860MPa,张拉控制强度为0.6Ry,Ey=1.95×105MPa。竖向预应力筋采用精扎螺纹钢筋。所有钢绞线均符合ASTM416-87A的技术标准。其他桥面铺装中心厚度为22cm，靠人行道处8cm,桥面设置2%横坡，桥面铺装时形成横坡，桥面铺装使用C30。3.3MIDAS电算按照第二章的结论，采用预应力混凝土连续刚构为最终方案，据此开始结构计算。结构内力计算采用MIDASCIVIL版本（见图3.3）进行计算图3.3MIDASCIVIL6.7.1界面桥面系单元划分0号块长10m，0号块的两端各超出桥墩根部2.5m。为简化计算，将0号块划分为5个单元，墩根部两边各一个节点，超出根部部分一个节点。其它桥面系单元从墩顶0号块对称向两边沿伸，每隔3m划分一个单元，直到最大悬臂长度44m处，主跨跨中合龙段取2m,划分为两个1m的单元，边跨取2m的现浇合龙段。此外边跨近桥台处有4m长的现浇段，划分为2个单元，每个单元均为2m。非桥面系单元划分非桥面系单元划分时，定义8个挂篮单元。分别取3m长的单元和2m长的单元组合为一个挂蓝。单元划分图图3.4全桥单元划分图主要施工阶段划分为简化计算，共划分19个施工阶段和一个营运阶段。每悬臂段的施工用一个阶段在“阶段挂篮操作”进行，其具体过程可表示为：挂篮拆除→挂篮前移（将挂篮两反力移动）→挂篮安装→浇注梁段（施加梁自重荷载）→转移锚固至于前41个阶段可以简单描述为：基础施工；悬臂施工；边跨合龙；中跨合龙；桥面系施工。具体施工内容请见内附的MIDAS。3.4主梁内力计算及组合现选取正常使用状态组合二弯矩、剪力包络图，极限使用状态组合一弯矩、剪力包络图加以说明。内力计算组合图图3.5极限状态弯矩包络图图3.6正常使用状态弯矩包络图图3.7正常使用状态剪力图图3.8极限状态剪力图内力计算结果现将中跨主要内力控制节点16（根部）、23-24（中跨1/4l处）、29（中跨跨中）内力计算结果列于表3.1施工阶段主梁内力计算结果表和表3.2营运和承载能力主梁内力计算结果表中，如下：表3.1施工阶段主梁内力计算结果阶段节点轴向力()剪力()弯矩()最大悬臂阶段19-1346.4719304.27-391163.5525-2748.5412210.52-196190.7635000中跨合龙阶段19-2256.5418862.81-352962.3225-841.14-11325.49-171817.35350-784.531961.33成桥阶段192681.3518002.51-374565.89251163.7211622.84-176607.9135-33.45302.004673.12表3.2使用阶段和承载极限组合主梁内力计算结果阶段节点最大轴向力()最小轴向力()最大剪力()最小剪力()最大弯矩()最小弯矩()承载能力极限状态组合Ⅰ199.954e-010-2.870e-0091.630e+0041.051e+004-4.82e+005-5.00e+005251.154e-009-2.501e-0097.854e+0034.199e+003-2.18e+005-2.32e+005354.206e-010-2.786e-0091.189e+003-1.223e+0037473.9416-601.9876正常使用极限状态组合Ⅱ191.009e-009-2.669e-0091.217e+0041.067e+004-4.02e+005-4.11e+005251.167e-009-2.346e-0095.565e+0034.463e+003-1.83e+005-1.90e+005354.897e-010-2.614e-0094.744e+002-4.876e+0023751.8159-93.86663.5预应力钢筋估算和配筋根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD060-2004）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD062-2004）的要求，参照《结构设计原理》（人民交通出版社）和《公路桥涵设计手册—梁桥分册》（人民交通出版社）采用手算。预应力钢筋的计算见配筋计算书。梁段力筋布置采用三向预应力，包括纵向预应力，横向预应力和竖向预应力，主要进行纵向预应力的设计，对于横向预应力和竖向预应力在力筋布置时做简要说明。主梁控制截面表3.3截面几何特性截面节点净截面积A（）惯性矩I（）（）（）（）（）（）（）（）根部1924.7200110.75063.00892.491136.844.45851.48861．79852.8589中跨1/4L处2522.3857.42452.29131.908725.06230．08571.11981.34432.1413中跨跨中3512.927.25710.87151.12858.32716.43070.64450.49770.7215其中：——截面形心距截面上缘的距离；——截面形心距截面下缘的距离；——截面上缘抗弯模量,按下式计算＝I/；——截面下缘抗弯模量，按下式计算＝I/；,——截面上下缘核心矩，按下式计算，,＝/A,/A;——截面上缘预应力钢筋重心距截面形心的距离。最不利荷载组合见表3.4最不利荷载组合表：表3.4最不利荷载组合阶段节点最大轴向力()最小轴向力()最大剪力()最小剪力()最大弯矩()最小弯矩()承载能力极限状态组合Ⅰ199.954e-010-2.870e-0091.630e+0041.051e+004-4.82e+005-5.00e+005251.154e-009-2.501e-0097.854e+0034.199e+003-2.18e+005-2.32e+005354.206e-010-2.786e-0091.189e+003-1.223e+0037473.9416-601.9876正常使用极限状态组合Ⅱ191.009e-009-2.669e-0091.217e+0041.067e+004-4.02e+005-4.11e+005251.167e-009-2.346e-0095.565e+0034.463e+003-1.83e+005-1.90e+005354.897e-010-2.614e-0094.744e+002-4.876e+0023751.8159-93.86663.6预应力钢束估算估筋原则（1）受负弯矩在最大弯矩作用下截面上缘不出现拉应力，截面下缘不至压碎（2）受负弯矩在最小弯矩作用下截面下缘不出现拉应力，截面上缘上至压碎（3）受正弯矩在最大弯矩作用下截面下缘不出现拉应力，截面上缘不至压碎（4）受正弯矩在最小弯矩作用下截面上缘不出现拉应力，截面下缘不至压碎预应力钢束的估算A、根部截面19#①根据正常使用极限状态正截面抗裂要求,确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求,所需的有效预加力为：(3.1)为短期效应弯矩组合设计值,由桥梁博士计算得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有,代入公式得到:采用每根钢绞线面积，抗拉强度标准值=1860,张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制应的20%估算。则：=2\*GB3②根据承载能力极限状态进行计算。当在荷载Mmin作用下：=1\*alphabetica、保证上缘不出现拉应力：(3.2)则有：(3.3)为基本组合弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,，。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有,代入公式得到:则：=2\*alphabeticb、保证下缘不被压碎：(3.4)则有：(3.5)则：当在荷载Mmax作用下：=1\*alphabetica、保证下缘不出现拉应力：(3.6)则有：(3.7)为基本组合弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,，。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有,代入公式得到:则：=2\*alphabeticb、保证上缘不被压碎：(3.8)则有：(3.9)则：③钢绞线根数的选定因为，，，，，暂选定钢绞线根数B、L/4中跨截面23#：①根据正常使用极限状态正截面抗裂要求,确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求,所需的有效预加力为(3.10) 为短期效应弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有代入公式得到:采用每根钢绞线面积，抗拉强度标准值=1860,张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制应力的20%估算。则：=2\*GB3②根据承载能力极限状态进行估束。当在荷载Mmin作用下：=1\*alphabetica、保证上缘不出现拉应力：(3.11)则有：(3.12)为基本组合弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,，。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有,代入公式得到:则：=2\*alphabeticb、保证下缘不被压碎：（3.13）则有：（3.14）则： 当在荷载Mmax作用下：=1\*alphabetica、保证下缘不出现拉应力：(3.15)则有：(3.16)为基本组合弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,，。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有,代入公式得到:则：=2\*alphabeticb、保证上缘不被压碎：(3.17)则有：(3.18)则：③钢绞线根数的选定因为，，，，，暂选定钢绞线根数C、跨中截面29#：①根据正常使用极限状态正截面抗裂要求,确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求,所需的有效预加力为(3.19) 为短期效应弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁博士输出的数据:,。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有代入公式得到:采用每根钢绞线面积，抗拉强度标准值=1860,张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制应力的20%估算。则：=2\*GB3②根据承载能力极限状态进行估束。当在荷载Mmax作用下：=1\*alphabetica、保证下缘不出现拉应力：(3.20)则有：(3.21)为基本组合弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁由桥梁博士输出的数据:,。。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有代入公式得到:则：=2\*alphabeticb、保证上缘不被压碎：(3.22)则有：(3.23)则：当在荷载Mmin作用下：=1\*alphabetica、保证上缘不出现拉应力：(3.24)则有：(3.25)为基本组合弯矩组合设计值,由表查得:,估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。由桥梁由桥梁博士输出的数据:,。。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离,假设,则有代入公式得到:则：=2\*alphabeticb、保证下缘不被压碎：(3.26)则有：(3.27)则：③钢绞线根数的选定因为，，，，，暂选定钢绞线根数预应力束布置原则（1）纵向预应力钢束为结构的主要受力钢筋，为设计和施工方便，进行了对称布束，锚头布置尽量靠近压应力区，且预应力钢筋的布置，其重心线不得超出束界范围。（2）钢束在横断面中布置时直束靠近顶板布置，弯束位于或靠近腹板，便于下弯锚固；预应力钢筋弯起的角度应与所承受的剪力变化规律相配合。（3）本桥采用预埋金属波纹管，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第条规定，其水平净距不应小于4cm，且不宜小于管道直径的0.6倍，管道之构件顶面或侧面边缘的净距不应小于3.5cm；至构件底面的净距不小于5cm；管道的内径比预应力筋的外径至少大于1cm；后张预应力构件的曲线预应力钢筋的曲率半径钢绞线不应小于6m。纵向预应力布置（1）根部19#截面528根钢绞线共分为24束，每束38根。构造要求：预留孔道间净距80mm，梁底净距50mm，梁侧净距35mm。预应力钢束布置如图，图中布置均满足上述要求。 图3.9根部截面配筋（2）跨中25#截面48根钢绞线共分为4束，每束12根。构造要求：预留孔道间净距80mm，梁底净距50mm，梁侧净距35mm。预应力钢束布置如图，图中布置均满足上述要求。图3.10跨中截面配筋（3）中跨1/4处35#截面480根钢绞线共分为20束，每束24根。构造要求：预留孔道间净距60mm，梁底净距50mm，梁侧净距35mm。预应力钢束布置如图，图中布置均满足上述要求。图3.111/4截面配筋纵向预应力总体布置如图：图3.12边跨钢筋布置立面图图3.13顶板预应力布置平面图、图3.14底板预应力平面图锚具选择下述型号：表3.5选用锚具类型型号预应力筋根数波纹管直径（mm）张拉千斤顶OVM15-2424120YCW650AOVM15-2424120YCW650AOVM15-121290YCW250B横向预应力筋布置顶板横向预应力束采用Φ15.2钢绞线,采用交错单端张拉方式,每三根钢绞线成一束,采用扁锚体系,相应的预应力锚具张拉端和锚固段分别为MB15-3和MH15-3设计,沿纵桥向50cm间距布置。0号块横隔板，两边跨端横隔板下缘横向预应力筋采用Φ32精扎螺纹钢筋，采用交错单端张拉方式，相应锚具参照YGM-32设计。竖向预应力在全桥箱梁腹板上沿纵桥向50cm布置竖向预应力钢筋，规格为Φ32精扎螺纹钢筋，采用梁顶一端张拉方式，相应锚具参照YGM-32设计。3.7承载能力极限状态验算截面几何性质计算后张法预应力混凝土梁，在张拉钢束时管道尚未压浆，预加力引起的应力按构件混凝土毛截面计算；在使用阶段，预留管道已压浆，认为钢束与混凝土结合良好，故按换算截面计算。控制截面的毛截面几何特性计算均由桥梁博士输出，如下表:表3.6毛截面几何性质计算截面A（m2)ys（cm）yx（m）ey（m）I（m4)Ws（m3）Wx（m3）Wy（m3）根部净截面24.723.00892.49112.8589110.750636.831244.458538.7389截面换算截面26.382.74322.74322．3212187.765354.321250.321254.3532L/4净截面22.382.29131.90872.141357.424525.06230.083726.8176截面换算截面34.512.01231.76321.873276.352130.21332.123234.2531跨中净截面12.920.87151.12850.72157.25178.32176.430710.0509截面换算截面13.850.96431.02130.52148.43259．12316.732115.3263承载能力极限状态验算1.主跨跨中截面29#正截面承载能力计算：据预应力筋的布置算得：钢束重心到受拉边的距离，，将箱形截面换算为T形截面，腹板厚：，有效宽度，上翼缘板厚。由判断该截面为一类T形截面。按宽度为的矩形截面计算其承载力。由得混凝土受压区高度为：将代入下式计算截面承载能力：计算结果表明：跨中截面29#的抗弯承载能力满足要求。2.根部截面16#正截面承载能力计算：据预应力筋的布置，算得：，,将箱形截面换算为T形截面：，，。由判断该截面为二类T形截面。由得：将代入下式计算截面承载能力：计算结果表明：根部截面16#的抗弯承载能力满足要求。3.主跨L/4截面23#正截面承载能力计算：据预应力筋的布置，算得：，将箱形截面换算为T形截面：，，。由判断该截面为一类T形截面。按宽度为的矩形截面计算其承载力。由得混凝土受压区高度为：将代入下式计算截面承载能力：计算结果表明：跨中截面23#的抗弯承载能力满足要求。3.8预应力损失计算摩阻损失(3.28)式中:张拉控制应力,MPa、k分别为摩擦系数与管道局部偏差对摩擦的影响系数，采用预埋金属波纹管，由《规范》附表查得：，。各摩阻损失的计算见下表：表3.8根部截面16-16#预应力损失束号竖弯夹角平弯夹角角度x(m)σconσl1（总）K12000.349100.10421395145.554K22000.343100.10431395145.554K31940.322160.10211395141.383K41980.341160.10211395141.383K518120.311220.10941395152.614K61880.351220.10931395153.621T115110.232280.10181395142.079T215150.212340.10991395153.304T315210.232400.11791395164.430T41550.252460.12581395175.455T513120.217520.12601395175.793T613180.257580717T713140.227640543T813120.257700272T912140.209760764T1011130.192820231T1111120.191820222T1210110.174880.16111395224.673T1310140.175880.16101395224.673平均178.172表3.9中跨L/4截面23-23#截面预应力损失束号竖弯夹角平弯夹角角度x(m)1-exp(-uo+kx)σconσl1T215150.212340.10991395153.304T315210.232400.11791395164.430T41550.252460.12581395175.455T513120.217520.12601395175.793T613180.257580717T713140.22764054T813120.257700272T912140.209760764T1011130.192820231T1111120.191820222T1210110.174880.16111395224.673T1310140.175880.16101395224.673平均196.923表3.10主跨跨中29-29#截面预应力损失束号竖弯夹角平弯夹角角度x(m)1-exp(-uo+kx)σconσl1B1370.05280.0248139534.556B2540.087140.0419139558.454均值46.505故：16#MPa,23#MPa,29#MPa锚具变形损失反摩擦影响长度；(3.29)(3.30)式中：——张拉端锚下控制张拉应力；——锚具变形值，取6mm；——扣除沿管道摩擦损失后锚固端预压应力；——张拉端到锚固端之间的距离。当时，离张拉端x处由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引的考虑反摩擦后的预拉力损失为(3.31)(3.32)当时，表示该截面不受反摩擦的影响。锚具变形损失的计算表3.11根部截面16-16#预应力损失束号σl1(MPa)l(mm)△σd(MPa)△l(mm)lf(mm)σl2(MPa)K1145.554100000.124963060.636139.88K2145.554100000.124963060.636139.88K3141.383160000.078363865．550K4141.383160000.078363865.550K5152.614220000.056464554.6330K6153.621220000.056464554.6330T1142.079280000.044765116.6020T2153.304340000.036565661.6950T3164.430400000.030766173．390T4175.455460000.026566644.6180T5175.793520000.023467071.0680T6186.717580000.020867500．0000T7197.543640000.018767909．9210T8208.272700000.016968320.50380T9213.764760000.015568688.1540T10219.231820000.014369045.340T11219.222820000.014269077．1340T12224.673880000.013269414.6890T13224.673880000.013269419.6890均值14.73表3.12中跨L/4截面23-23#截面预应力损失束号σl1(MPa)x(mm)l(mm)△σd(MPa)△l(mm)lf(mm)σl2(MPa)T2153.3043000340.03765623.311162.645T3164.4306000400.03166143.4478.894T4175.4559000460.02766582.8060T5175.79312000520.02367132.290T6186.71715000580.02167464.20T7197.5418000640.01967847.2250T8208.27221000700.01768295.9950T9213.76424000760.01568831.7610T10219.23127000820.01369486.8330T11219.22227000820.01369486.8330T12224.67330000880.011610313.270T13224.67330000880.011610313.270均值14.295表3.13主跨跨中29-29#截面预应力损失束号σl1(MPa)l(mm)△σd(MPa)△l(mm)lf(mm)σl2(MPa)B134.55660000.22762270.2830B258.454110000.12263096.7990均值0故：16#MPa，23#MPa，29#MPa分批张拉损失按简化公式进行计算：(3.33)式中：在计算截面先张拉的钢筋重心处，由后张拉的各批钢筋产生的混凝土法向应力；(3.34)(3.35)预应力钢筋与混凝土弹性模量比，表3.14预应力分批张拉损失的计算项目mNp=σcon-σl1-σl2净截面Ic净截面面积ANp(kN)epσpcσl4根部381202.098110.750624.7229.7152.8595.94354.314中跨L/4241183.78257.424522.3826.4932.14134.32127.321主跨跨中41348.4957.251712.9217.4220.72152.14245.326故：16#MPa，23#MPa，29#MPa钢筋应力松弛损失(3.36)式中：——超张拉系数,取0.9。——钢筋松弛系数，取0.3。——传力锚固时的钢筋应力，。表3.15钢筋应力松弛损失的计算项目σpe张拉系数ψ松弛系数ζfpkσl5根部1147.7840.90.3186018.868中跨L/41156.4610.90.3186019.768主跨跨中1303.4690.90.3186036.746混凝土收缩、徐变损失(3.37)(3.38)(3.39)式中：构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处，由预加力（扣除相应阶段的应力损失）和结构自重产生的混凝土法向应力。预应力筋传力锚固龄期为,计算龄期为t时的混凝土收缩应变。加载龄期为，计算龄期为t时的混凝土徐变系数。为构件受拉区全部纵向钢筋配筋率。设混凝土达到设计强度为90%的龄期为t0,,对于二期恒载的加载龄期t’0=90d.桥梁所处环境的年平均相对湿度为70%，各截面的理论厚度，为与大气接触的周边长度。据厚度h查表得：16#，23#，29#截面的，。表3.16混凝土收缩、徐变损失截面弹模比值aEP净截面An（m2)ρeps（m)ξcs（tu,20）Ф（tu,20）Ф（tu,90）根部5.8224.720.07092.320.2321.2131.192中跨L/45.8222.380.02811.370.2141.3311.235主跨跨中5.8212.920.07411.130.2511.3231.257表3.17混凝土收缩、徐变损失截面理论厚度回转半径ρpsInσpcσl6MG1MG2WnpWop根部550.03.2581.53634.74822.5330.1201600003730014.32121.563中跨L/4440.01.0652.0137.5968.5830.41237300-83006.5327.532主跨跨中200.00.3454.6852.80127.7840.082690226002.4633.415预应力损失组合上述各项预应力损失组合情况列与下表：表3.18预应力损失组合截面预加应力阶段σlⅠ使用阶段σlⅡ钢束有效预应力σl1σl2σl4σlⅠσl5σl6σlⅡ预应力阶段σl使用阶段σⅡ根部178.17214.7354.314247.21618.8680.12019.7631147.7841128.061中跨L/4196.92314.29527.321238.53919.7680.41258.4231156.4611098.038主跨跨中46.505045.32691.83136.7460.08229.8781303.4691273.5913.9全预应力混凝土构件结构验算正截面抗裂性验算各计算截面的正截面抗裂验算在荷载短期效应组合下应满足：(3.40)为在荷载短期效应组合作用下，构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力：(3.41)为扣除全部预应力损失后预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力：(3.42)(1)对于根部控制截面16号截面：为在荷载作用短期效应组合作用下，截面受拉边的法向拉应力：为截面上边缘的有效预压应力：因为 所以根部控制截面16号截面抗裂性满足要求。(2)对于中跨L/4处的23号截面：为在荷载作用短期效应组合作用下，截面受拉边的法向拉应力：为截面上边缘的有效预压应力：因为所以中跨L/4处的23号截面抗裂性满足要求。(3)对于中跨跨中29号截面：为在荷载作用短期效应组合作用下，截面受拉边的法向拉应力：为截面下边缘的有效预压应力：因为所以中跨跨中29号截面抗裂性满足要求。持久状况应力验算按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，尚应计算其使用阶段正截面混凝土的法向应力、受拉钢筋的拉应力及斜截面的主压应力。计算时作用取其标准值，不计分项系数，汽车荷载应考虑冲击系数。1.混凝土法向正应力验算按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第规定：未开裂混凝土的最大压应力应满足：(3.43)(3.44)——按作用（或荷载）标准值组合计算的弯矩值。——构件换算截面重心轴至受压区或受拉区纤维处的距离。，(3.45)(3.46)a.根部截面16#：由作用标准值和预应力在构件上缘混凝土压应力为：由作用标准值和预应力在构件下缘混凝土压应力为：b．中跨1/4截面23#：由作用标准值和预应力在构件上缘混凝土压应力为：由作用标准值和预应力在构件下缘混凝土压应力为：c．跨中截面29#：由作用标准值和预应力在构件上缘混凝土压应力为：由作用标准值和预应力在构件下缘混凝土压应力为：2.预应力钢筋拉应力验算按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第规定：对钢绞线和钢丝未开裂构件，即(3.47)——全预应力混凝土和A类预应力混凝土受弯构件，