桥梁工程计算书-兰州理工大学毕业设计

装订线装订线PAGEPAGE3第一章设计资料1.1设计内容①根据已给地形图等设计资料，选择三至四种以上可行的桥型方案，拟定桥梁结构主要尺寸，根据技术经济比较，推荐最优方案进行桥梁结构设计。③对推荐桥梁方案进行运营阶段的内力计算，并进行内力组合，强度、刚度、稳定性等验算。④选择合理的下部结构形式，拟定构件尺寸，并进行内力计算，内力组合、配筋设计。⑤绘制桥梁总体布置图、上部结构一般构造图、钢筋构造图、桥台一般构造图、桥墩盖梁一般构造图、桥墩盖梁配筋图。⑥编写设计计算书。1.2设计技术标准1、设计桥梁的桥位地型及地质图一份2、设计荷载：公路—I级；3、桥面净空：净－2×0.5+9=10米4、桥面横坡：1.5%5、最大冲刷深度：2.0m6、地质条件：根据断面图确定7、桩基础施工方法：旋转钻成孔8、安全系数：γ0=11.3采用材料：（1）预应力钢筋：Øs15.2钢绞线（2）非预应力钢筋：直径D≥12mm用HRB335,直径D≤12mm用R235；（3）混凝土：主梁混凝土采用C50；铰缝为C30细集料混凝土；桥面铺装采用C40沥青混凝土；栏杆及人行道板为C30混凝土；盖梁、墩柱用C30混凝土；系梁及钻孔灌注桩采用C30混凝土；桥台基础用C30混凝土；桥台台帽用C30混凝土；（4）锚具用OVM锚1.4主要技术规范JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ024-85《公路桥涵地基与基础设计规范》第二章方案比选在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。桥梁结构造型简洁，轻巧，设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。本设计桥梁的形式可以考虑以下形式：连续梁桥、拱桥、斜拉桥三种形式。2.1拟定方案(1)方案一：箱型连续梁桥对于桥孔的分跨主要考虑以下影响因素：桥址地形、水文地质条件、墩台基础支座等构造，力学的要求。本设计采用三跨桥孔布置，边跨长度可取为中跨的0.5—0.8倍。本桥总长215m，本设计跨度组合为：60米+95米+60米为适应连续梁内力变化的需要，连续梁的纵向截面通常做成变截面的形式。梁底立面曲线采取二次抛物线的形式。图2-1箱型连续梁桥型设计连续梁桥可以降低梁高，有利于争取桥下净空,具有较大的刚度和强大的抗扭性能和结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大、造型轻巧、平整、线路流畅、桥下视觉效果好等优点;连续梁在力学性能上由于其结构刚度大，桥面变形小，动力性能好，有利于高速行车。采用分段施工技术，充分发挥了预应力技术的优点，使施工设备机械化和构件生产工厂化，从而提高了施工质量，减低了施工费用。但是基础沉降要求严格,特别是由于脸长较大,梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。（2）方案二：拱桥设计拱桥桥跨结构的主要承重构件是曲线形的拱圈。本例采用中承式拱桥结构，由三个拱圈组成，即：（50+115+50）米，拱桥总长为215米。设计见图2-2。图2-2拱桥设计拱桥取材容易，节省钢材与水泥，构造简单，技术容易掌握，承载能力潜力较大耐久性好，养护费用少。在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。设计的合理拱轴拱桥主要受压力压力，弯矩、剪力均较小，因此拱的跨越能力比梁大的多，且可以充分利用石料、混凝土的抗压性能。但是，拱桥也有以下缺点;一般拱桥结构的上部结构自重较大，且存在水平推力，下部结构的工程量也增加，地质条件与地基要求较高，施工工序较多，建桥时间也较长，施工较困难。（3）方案三：斜拉桥设计本设计采用单塔双孔布置，斜拉桥的受力可以看成用高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，主梁恒载及作用在主梁上的活载通过斜拉索传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样大跨度的斜拉桥的主梁就像一根多点弹性支撑的连续梁一样工作，从而主梁的截面尺寸比同跨径的梁桥截面尺寸小得多，大大减少了主梁的材料用量，结构自重明显减轻，大幅度增加了桥梁的跨越能力。主梁受到斜拉索的支撑作用，特别是密索斜拉桥中主梁的受力以压力为主，弯矩较小，主梁受力已不同于传统的梁桥，主梁高度可以大大减小。设计图见图2-3.图2-3斜拉桥设计斜拉索是斜拉桥的主要组成部分，除必须具有高强度性能外，还必须具备抗疲劳性能、耐久性和良好的抗腐蚀性。因此对于斜拉索的质量要求很高，工程造价相对较高，维修养护也相对困难。大跨度斜拉桥由于密索体系的采用，主梁的刚度越来越小，抗风稳定性越来越突出，往往成为了决定主梁截面尺寸的主要因素。2.2方案比选方案一连续梁桥结构刚度大，属于超静定结构，受力较好，主桥面连续，桥面变形小，无伸缩缝，动力性能好，有利于高速行车，养护也较容易。所需技术先进，所需设备较少，占用施工场地少。而相比方案二拱桥承载潜力大，伸缩缝较多，养护较麻烦。虽有成熟的工艺技术经验，但需要大量的吊装设备，占用场地较大，需用劳动力较多。上部结构自重较大，且存在水平推力，下部结构的工程量也增加，地质条件与地基要求较高，施工工序较多，建桥时间也较长，施工较困难。方案三中的斜拉桥结构新颖，工艺要求极严格，所需设备最少，占用施工场地少，但斜拉索的材料质量要求很高，工程造价相对较高，维修养护也相对困难。在上述三种方案比选中，综合考虑比较三个拟定方案桥型的优缺点，相比之下，箱型连续梁桥抗扭刚度大，在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小。整体受力和动力稳定性能好，适应性强，在直线、曲线等区间段均可采用，外观简洁，造型简洁美观、且施工技术成熟，养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一，而且造价适中。因此本设计推荐采用方案一连续梁桥设计。第三章预应力混凝土连续梁桥总体布置3.1桥型布置本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，桥全长215m。3.2孔径布置本设计采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构。连续梁桥跨径的布置一般采用不等跨的形式。因为如采用等跨布置，则边跨内力将控制全桥设计，而这样是不经济的。一般边跨长度选为中跨跨径的0.5～0.8倍，钢筋混凝土连续梁桥取偏大值使边跨与中跨控制截面内力基本相同，预应力混凝土连续梁桥取偏小值以增加边跨刚度和减小活载弯矩的变化幅度，从而减少预应力筋数量。此外，边跨长度还与施工方法有关，如采用悬臂法施工，边跨长度不宜超过中跨长度的0.65倍为宜。本设计采用悬臂法施工，边跨取为中跨的0.625倍，即为（60米+95米+60米），桥全长215米。3.3桥的立面设计从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。连续梁在恒、活载作用下，支点截面的负弯矩的绝对值往往大于跨中正弯矩，因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。同时，变高度的立面布置可使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。若采用悬臂法施工，变高度梁又与施工内力状态相吻合。因此，本设计采用边高度梁。截面变化曲线为二次抛物线。3.4桥的横截面设计箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性。本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。(1)梁高墩顶处梁高根据规范一般取1/16～1/20L，取L/17，即5.5m。跨中处梁高根据规范一般取1/30～1/55L，取L/38，即2.5m。(2)顶板与底板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，。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。墩顶处底板还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，底板一般25-100cm（变厚），顶板25-30cm（等厚）。因此,顶板厚度取30cm;支座处底板厚度取60cm；跨中底板厚度取40cm。(3)腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力，大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用300—600mm，甚至可达到1m左右。本设计制作处与跨中截面腹板厚度均取50cm；（3）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。因此本设计中考虑在支座处截面与中跨处截面设置一道横隔梁，而且由于中跨横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。跨中截面及中支点截面示意图如下图3-1所示：（图中单位以厘米计）。图3-1（单位：cm）（4）桥面铺装桥面铺装层采用10cm厚的C40沥青混凝土铺装，防撞栏采用C30混凝土。第四章荷载内力计算4.1全桥结构单元的划分4.1.1分段原则主梁的分段应该考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，单元分的越细计算的内力就越精确，接近真实值，并且兼顾施工中的实施，所以本设计分为70个单元。4.1.2具体分段本桥全长215米，总共分为70个单元，最小的单元长度为1.5米，最长的单元长度为4米，本设计推荐单元划分为：3@4；2；5@4；6@3；8@2；6@3；5@4；1.5；1.5；5@4；6@3；8@2；6@3；5@4；2；3@4。单元划分见图4-1.图4-1单元划分4.2全桥施工节段划分4.2.1桥梁划分施工分段原则1.杆件的转折点和截面的变化点2.施工分界点、边界处及支座处3.需验算或求位移的截面处4.分段应尽量使各段的工程量基本相同，一边与施工节奏流畅，使施工均衡。5.当出现位移不连续的情况时，例如相邻两单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式4.2.2施工分段划分全桥分为70个单元。全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元处使用整体现浇法。施工详细划分见下表4-1。主跨施工分段表表4-1第一阶段0号块18to211；50too53第二阶段1号块17、22；；49、54第三阶段2号块16、23；；48、55第四阶段3号块15、24；；47、56第五阶段4号块14、25；；46、57第六阶段5号块13、26；；45、58第七节段6号块12、27；；44、59第八阶段7号块11、28；；43、60第九阶段8号块10、29；；42、61第十节段9号块9、30；441、62第十一阶段10号块8、31；440、63第十二节段11号块7、32；339、64第十三阶段13号块6、33；338、65第十四节段14号块5、34；337、66第十五节段左（右）满堂堂支架1to4、667to770第十六阶段体系转换阶段段第十七阶段跨中和垄断3to364.3主梁内力计算根据梁跨结构纵断面的布置，并通过对移动荷载作用最不利位置，确定控制截面的内力，然后进行内力组合，画出内力包络图。4.3.1横在内力计算（1）第一期恒载（结构自重）恒载集度（2）第二期恒载二期恒载为桥面铺装层和防撞栏杆的重量，桥面铺装层用10cm厚的C40沥青混凝土铺装，容重取为24K/m，防撞栏杆用C30混凝土，每侧的防撞栏自重作用力取为8.5KN/m。则二期恒载集度为：4.3.2悬臂浇注阶段内力浇筑零号块，拼装挂蓝，悬臂浇注各箱梁梁段并张拉相应顶板纵向预应力束，悬臂浇注结束时全桥的恒载内力见图4-2：图4-2最大悬臂浇注阶段内力图（a）弯矩图（b）剪力图4.3.3边跨合拢阶段内力安装排架并按施工要求进行预压，现浇边跨等高粱段，达到强度要求后，浇注边跨合龙段，张拉边跨底板纵向预应力束。此时全桥恒载内力见图4-3。图4-3边跨合拢段内力累计图（a）弯矩图（b）剪力图4.3.4中跨合拢段内力拼装中跨合龙吊架，焊接合龙段骨架，绑扎合龙段钢筋，浇注中跨合龙段，张拉中跨底板纵向预应力束和剩余次中跨底板纵向预应力束。中跨合龙完成后的全桥恒载内力图见图4-4。图4-4中跨合龙段累计内力图（a）弯矩图（b）剪力图一期恒载作用下个单元的弯矩与剪力值见下表4-2。一期恒载作用下弯矩剪力值表4-2单元弯矩（）剪力(KN)单元弯矩（）剪力(KN)1-0.006729.22836-143911.32160.69926806.5577458.99137-148544.25456.566310457..148221.22738-182588.491245.555410951..719020.55939-248211.602036.558510015..509574.77040-345633.642835.99465776.00710147..4141-475366.213652.0057-1622..2210782..6442-638255.324493.4478-121999.45-108611.9743-782899.415145.7749-260077.21-102166.0244-947488.855820.33610-431311.51-9622..9845-1132778.0336520.77911-582211.99-9049..5946-1339662.2007250.55112-753077.82-8495..5647-1568997.5118012.99613-944633.39-7695..9148-1821990.9998812.33814-1157773.955-6932..5649-20042219366.55615-1393335.655-6202..0750-21978899939.33616-1652555.522-5500..9851-240333410573..8417-1839003.199-4825..8352-2620991-116466.618-2036888.533-4173..2353-2394008-109977.819-2246551.300-3331..4254-2179336-104055.120-2468226.077-2514..9355-1976442-9831..9921-2257111.633-1715..3356-1784885-9278..2922-2058009.200-924.11957-1518002-8479.200-135.11958-1274777-7715..9824-1694996.8666729.22859-1054003-6985..7625-1451667.4997458.99160-854844.6-6284..9126-1231996.2998221.22761-676355.5-5609..9427-1034776.2339020.55962-517811.7-4957..5328-859111.179574.77063-336399.8-4115..8629-704155.8310147..4164-188144.33-3299..4630-569155.8610782..6465-7219..42-2499..9131-419122.23-108611.97661196.554-1708..7832-302255.14-102166.02676453.665-919.77833-217688.58-9622..98687898.770-525.22834-164900.95-9049..59698421.880263.72235-143722.19-8495..56705788.9901052.7724.3.5桥面铺装阶段内力桥面铺装、等桥面系安装完毕大桥建成后的全桥恒载内力图见图4-5。图4-5桥面铺装阶段累计内力图（a）弯矩图图（b）剪力图一期恒载作用用下个单元元的弯矩与与剪力值见见下表4-3一期恒恒载作用下下弯矩剪力力值表4-3单元弯矩（）剪力(KN)单元弯矩（）剪力()10.00-631.0043610315..72022196.117-467.0043710269..5961.533736.335-303.004389695.559225.544620.552-139.004398465.559389.47754816.661-57.044406579.559553.464716.778106.966414037.559717.23373960.995270.94442839.599880.97782549.112434.88843-1989..411003.6659481.300598.73344-5187..411126.22110-2242..53762.50045-8754..411248.66411-4715..90885.21146-126900.41370.9912-7558..271007.88147-169955.41492.99713-107699.641130.22748-216699.41614.99914-143500.011252.55849-249900.41696.11315-182999.381374.77150-284755.41777.11616-226177.751496.77851-321244.41865.5517-257011.671577.99652-359377.4-1828..9618-289499.581659.00453-323611.49-1740..7519-323611.491746.99654-289499.58-1659..70一期恒载载作用下弯弯矩剪力值值表4-3续20-359377.41-1947..5055-257011.67-1578..5521-321244.41-1858..8756-226177.75-1497..4222-284755.41-1777..8757-182999.38-1375..3523-249900.41-1696..7658-143500.01-1253..0924-216699.41-1615..6859-107699.64-1130..6725-169955.41-1493..6760-7558..27-1008..1026-126900.41-1371..4561-4715..90-885.44327-8754..41-1249..0762-2242..53-762.66728-5187..41-1126..5563481.300-598.88529-1989..41-1003..90642549.112-434.99330839.599-881.117653960.995-270.995314037.559-717.337664716.778-106.996326579.559-553.446674816.66157.04338465.559-389.550684620.552139.044349695.559-225.550693736.335303.0443510269..59-61.500702196.117467.0444.3.6支支座位移引引起的内力力计算方法法及结果由于各个支座座处的竖向向支座反力力和地质条条件的不同同引起支座座的不均匀匀沉降，连连续体系是是一种对支支座不均匀匀沉降特别别敏感的结结构，所以以由它引起起的内力是是构成内力力的重要组组成部分。在桥梁设设计中，支支座沉降工工况的选取取是应慎重重考虑的问问题。一般般应综合考考虑桥址处处的地质、水水文等自然然条件，根根据已建桥桥梁的设计计经验来定定。有时需需选取几种种沉降工况况计算，这这样就存在在一个工况况组合的问问题。程序序一般对每每一个截面面挑最不利利的工况内内力值作为为沉降次内内力。由于各个支座座处的竖向向支座反力力和地质条条件的不同同引起支座座的不均匀匀沉降，支支座沉降会会引起桥梁梁产生内力力。假设三三跨连续梁梁桥的左右右两个支点点分别下沉沉5mm，中间两两个支点分分别下沉10mm。最少沉沉降1个支座，最最多沉降4个支座，将将各种支座座沉降情况况所得到的的内力进行行叠加，取取最不利的的内力范围围。利用Midaas软件从而而得出在支支座沉降下下主梁产生生的内力图图如图4-6所示。图4-6支支座沉降作作用下主梁梁产生的内内力图（a）弯矩包络络图（b）剪力包络络图主梁在支座沉沉降作用下下各截面的的弯矩和剪剪力数值见见表4-4。支座沉降作用用下的弯矩矩、剪力值值表4-4单元弯矩（）剪力(KN)单元弯矩（）剪力(KN)10.0080.1136585.32295.032281.41180.1137585.32295.033562.82280.1138585.32295.034844.23380.1139739.41195.025984.94480.11401050.77495.0161266.33580.11411370.33394.9971547.77680.10421750.44494.9781829.11780.09432035.55294.9592110.55880.08442320.66194.92102391.99980.06452605.66994.89112603.00580.04462890.77794.85122814.11180.02473175.88694.80133025.11779.99483460.99494.76143236.22279.96493651.00094.73153447.22879.92503841.00594.69163658.33479.88514031.11195.03173799.00579.86524221.11670.35183939.77579.82534080.44670.10194080.44680.11543939.77570.13204221.11695.03553799.00570.16支座沉降作用用下的弯矩矩、剪力值值表4-4续214031.11194.69563658.33470.19223841.00594.73573447.22870.22233651.00094.76583236.22270.25243460.99494.80593025.11770.27253175.88694.85602814.11170.29262890.77794.89612603.00570.31272605.66994.92622391.99970.33282320.66194.95632110.55870.34292035.55294.97641829.11770.35301750.44494.99651547.77670.35311370.33395.01661266.33570.35321050.77495.0267984.94470.3533739.41195.0368844.23370.3534585.32295.0369562.82270.3535585.32295.0370281.41170.354.4活载内内力计算本设计中车道道荷载为公公路-I级，根据据《公路桥桥涵通用规规范》，公公路-I级车道荷荷载的标准准值为；集集中荷载标标准值按以以下规定选选取：桥梁梁计算跨径径小于5m时，Pk=1800KN，桥梁计计算跨径大大于等于50m时，Pk=3600KN；桥梁计计算跨径在在5~500m之间时Pk采用线形形内插。4.4.1冲冲击系数的的计算桥梁梁结构的基基频反映了了结构的尺尺寸、类型型、建筑材材料等动力力特性内容容，直接反反映了冲击击系数与桥桥梁结构之之间的关系系。不管桥桥梁的建筑筑材料、结结构类型是是否有差别别，也不管管结构尺寸寸与跨径是是否有差别别，只要桥桥梁结构的的基频相同同，在同样样条件的汽汽车荷载下下，就能得得到基本相相同的冲击击系数。桥梁的自振频频率（基频频）宜采用用有限元方方法计算，汽车的冲击系数是汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。冲击作用以车体的振动和桥跨自身的变形和振动。可通过midas计算得出。4.4.2横横向分布系系数的考虑虑荷载横向分布布是指作用用在桥上的的车辆荷载载如何在各各主梁之间间进行分配配，或者说说各主梁如如何分担车车辆荷载。因因为截面采采用单箱单单室时，可可直接按平平面杆系结结构进行活活载内力计计算，无须须计算横向向分布系数数，所以全全桥采用同同一个横向向分配系数数。4.4.3活活载作用下下内力利用有限元软软件计算得得到在活载载作用下的的内力包络图图见4-7。图4-7活载作用用下内力图图（a）弯矩包包络图（b）剪力包包络图主梁各个关键键截面在活活载作用下下产生的弯弯矩和剪力力具体数值值见表4-5。活载作用下的的弯矩、剪剪力值表4-5单元最大值最小值剪力-Z（KKN）弯矩-y（）剪力-Z（KKN）弯矩-y（）1467.5770.00-1514..3102471.6224998.559-1346..92-1736..983483.7229095.228-1188..46-3473..964550.02212307..59-1039..68-5210..945602.32213590..76-969.113-6079..436710.16615534..84-836.008-7816..417821.28816689..03-714.115-9553..398934.51117107..87-603.664-112900.491048.99916847..07-504.448-130277.4活载作用用下的弯矩矩、剪力值值表4-5续101164.22315956..77-416.22-147644.3111250.99714900..87-356.667-160677.1121337.99913527..28-302.444-173699.8131425.33411845..90-253.111-186722.5141513.00910017..71-208.228-201299.2151601.3348300.998-167.558-219933.3161690.3336677.118-130.667-242433.3171749.9945649.992-108-259600.5181809.8885420.002-102.771-278588.9191877.6645429.001-101.775-299488.220199.4225552.339-2050..44-322400.121199.0005218.660-1987..67-290699.222199.9554943.007-1933..15-260788.623201.5004721.991-1878..72-232544.924203.6994961.559-1824..51-206000.225208.1775854.773-1743..05-169488.726214.1996803.773-1661..66-140711.727234.4997803.112-1580..3-119800.328269.0668850.114-1498..92-101788.829307.3229945.330-1417..53-8669..4130349.55511088..21-1336..18-7454..4631412.32212686..03-1227..86-6299..5832482.75514576..46-1120..19-5896..8833560.74416047..68-1013..89-5551..7134645.86617022..62-909.997-5206..5435737.36617482..66-809.661-4861..3636773.13317519..77-773.113-4731..9237809.61117482..66-737.336-4861..3638909.96617022..62-645.885-5206..54391013.88316047..68-560.771-5551..71401120.00514576..46-482.669-5896..88411227.66312686..03-412.225-6299..58421335.88811088..21-349.447-7454..46431417.1189945.330-307.224-8669..41441498.4488850.114-268.998-101788.8451579.7757803.112-234.441-119800.3461660.9996803.773-214.111-140711.7活载作用下的的弯矩、剪剪力值表4-5续471742.2255854.773-208.007-169488.7481823.7734961.559-203.66-206000.2491878.0024721.991-201.442-232544.9501932.3384943.007-199.887-260788.6511994.7765218.660-199.771-290699.252101.3115552.339-1939..41-322400.153101.3885429.001-1870..96-299488.254102.7555420.002-1810..6-278588.955108.0445649.992-1750..59-259600.556130.7336677.118-1691..05-242433.357167.6668300.998-1602..08-219933.358208.37710017..71-1513..7-201299.259253.20011845..90-1425..84-186722.560302.53313527..28-1338..39-173699.861356.75514900..87-1251..28-160677.162416.29915956..77-1164..49-147644.363504.57716847..07-1049..18-130277.464603.72217107..87-934.662-112900.465714.19916689..03-821.332-9553..3966836.09915534..84-710.117-7816..4167969.13313590..76-602.332-6079..43681039.66812307..59-550.002-5210..94691188.4469095.228-483.772-3473..96701346.9924998.559-471.662-1736..984.4.4温温度内力计计算桥梁设计中通通常温度分分沿梁高线线性变化和和非线性变变化，在线线性温差变变化情况下下，梁式结结构将产生生挠曲变形形，且梁再再变形后仍仍然服从平平截面假定定，在连续续梁结构中中，它不但但引起结构构的位移，且且由于多余余约束的影影响，从而而产生结构构温度次内内力。在成桥阶阶段，考虑虑桥梁在温温度荷载作作用下产生生的内力。本设计中考虑虑顶板与底底板温度梯梯度为时的的温度内力力，利用Midaas计算得到到的结构个个单元内力力图如图4-8图4-8温度应力力作用下内内力图（a）弯矩图图（b）剪力图图4.5荷载组组合4.5.1正正常使用极极限状态的的内力组合合按正常使用极极限状态设设计时，应应根据不同同的设计要要求，采用用以下两种种效应组合合（1）作用短短期效应组组合永久作作用标准值值与可变作作用频遇值值效应相组组合，其效效应表达式式为：式中—作作用短期效效应组合设设计值；—第个可变变作用效应应的频率值值系数，汽汽车荷载（不不计冲击力力）=0..7，人群荷荷载=1..0，风荷载载=0.775，温度梯梯度作用==0.8，其他作作用=1..0；—第个可变作作用效应的的频率值。（2）作用长长期效应组组合永久作用标准准值效应与与可变作用用准永久值值效应相组组合，其效效应组合表表达式为：：正常使用极限限状态下的的内力包络络图如图4-9。图4-9正常使用用状态下内内力包络图图（a）轴力包络络图（b）剪力包络络图（c）弯矩包络络图正常使用极限限状态下主主梁单元内内力见下表表4-6：正常使用极限限状态下内内力组合表4-6单元最大值（Maax）最小值（Miin）轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN··m）轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN··m）10-2395..600-3852..97020-1439..912800..120-2788..387765.22730-478.88321186..980-1729..7411718..5540518.36625172..240-677.55511859..82501029.77325520..050-154.00210500..966-3.592054.66222941..83-7.63887.6774924.2237-22.5773083.66916022..15-34.6771923.996-4467..368-57.8114122.4444777.331-78.2112960.992-176933.99-110.4475178.669-108077.2-139.7724006.998-34807710-176.7736260.665-307833.8-214.4445070.999-558922.511-243.1147093.441-487022.9-288.6665885.665-743844.512-322.2217948.557-691988.1-376.1166718.999-952400.813-414.8888829.662-923377.2-477.9947574.774-118533614-522.1139740595.0038456.661-144455815-644.99810683..36-1464005-728.4499368.229-1732771正常使用极限限状态下内内力组合表4-6续16-771.99811664..07-1773777-865.4410314..34-205066917-873.88612339..1-1995661-975.33210964..78-227988518-983.11913032..84-2225115-1093..811622..14-252322419013801..23-2466551012345..52-2781331200-125844.1-27208870-140844.1-305444921-1002..9-118500.2-2475667-1116..8-133077.9-278599322-891.006-111755.5-2243884-995.663-125977.5-253233223-787.559-105199.9-2025006-883.223-119066.7-229322424-680.337-9883..28-1816223-766.002-112355.4-206833125-552.884-8958..59-1523001-626.559-102599.4-175677126-441.448-8068..97-1256770-504.224-9319..54-147755427-344.884-7202..54-1016224-397.885-8412..4-122988028-262-6355..85-800711.5-306.333-7534..5-100922429-192.226-5532..52-609255.2-228.66-6682..41-81502230-129.775-4729..02-441111.4-157.77-5852..84-646400.231-71.322-3681..54-252144.1-90.411-4775-460388.232-30.677-2654..18-100944.3-41.733-3722..8-319100.233-6.34-1638..61859.533-9.94-2688..36-217077.1340-626.7737647.5580-1663..95-153388.9350387.27710277..480-644.004-127855.5360768.49910190..650-262.335-128100.83701150.1199518.2270118.888-135444.838-4.452170.0084863.779-81132.887-181222.739-24.9113194.332-3948..82-35.7552144.663-265155.440-61.3884228.44-169277.2-79.9993159.991-387433.141-115.0075280.005-340711.6-142.1184186.88-548955.742-182.0036357.336-549933.5-217.4455233.779-755222.343-249.0017186.449-733255.7-292.1146036.887-939022.544-328.5588037.884-939900.4-380.0086859.554-114844345-421.6698914.884-1170662-482.2277705.441-138411846-528.9959820.995-1426225-599.7728570.889-164700947-651.22310759..6-1707775-733.4469459.339-194144548-777.44111735..32-2016116-870.55210383..76-226822449-878.77212406..8-2235111-980.55511020..5-250322950-988.11613096..83-2464001-1099..111675..33-275244951013861..57-2705996012398..59-3016222520-134388-29612290-149344.6-3294991正常使用用极限状态态下内力组组合表4-6续53-1074..4-127000.9-2698992-1188..2-141511.4-301377154-958.338-120266.2-2449554-1062..6-134377.5-274766355-850.665-113688.5-2211999-945.995-127433.3-249622256-737.559-107188.5-1982113-823.552-120688.8-225900557-603.002-9772..56-1660339-677.991-110888.2-192900558-484.991-8860..14-1365330-549.556-101444.1-162899059-382.117-7977..63-1095667-437.336-9232..94-135766660-293.778-7121..33-852255.9-340.221-8351..28-111266961-218.771-6287..55-635288.7-257.006-7495..6-892100.362-150.333-5472..69-444077.5-180.008-6662..61-695166.263-85.522-4408..35-228288.1-106.112-5580..28-468277.864-38.911-3361..94-5640..79-51.033-4523..61-28112265-9-2324..777206.883-13.011-3484..56-132822.7660-1288..3715729..30-2455..33-2288..3670-246.66819910..30-1430..434891.221680276.86620363..890-919.0067051.4466901329.00417981..41078.148512.9987002387.66811197..3301039.2216162.4494.5.2承承载能力极极限状态的的内力组合合（1）基本组组合基本组合是永永久作用的的设计值效效应与可变变作用设计计值效应相相组合，其其效应组合合表达式为为：或式中—承承载能力极极限状态下下作用基本本组合的效效应组合设设计值；—结构重要要性系数，按按《通规》JTGD60--20044表1.0..9规定的的结构设计计安全等级级采用，对对应于设计计安全等级级一级、二二级和三级级分别取1.1、1.0和0.9；—第个永久久作用效应应的分项系系数，应按按《通规》JTGD60--20044表4.1..6的规定定采用；、—第个永久久作用效应应的标准值值和设计值值；—汽车荷载载效应（含含汽车冲击击力、离心心力）的分分项系数，取取=1.4。当某个个可变作用用在效应组组合中其值值超过汽车车荷载效应应时，则该该作用取代代汽车荷载载，其分项项系数应采采用汽车荷荷载的分项项系数；对对专为承受受某作用而而设置的结结构或装置置，设计时时该作用的的分项系数数取与汽车车荷载同值值；计算人人行道板和和人行道栏栏杆的局部部荷载，其其分项系数数也与汽车车荷载取同同值；、—汽车荷载载效应（含含汽车冲击击力、离心心力）的标标准值和设设计值；—在作用效效应组合中中除汽车荷荷载效应（含含汽车冲击击力、离心心力）、风风荷载外的的其他第个个可变作用用效应的分分项系数，取取=1.4，但风荷荷载的分项项系数取==1.1；、—在作用效效应组合中中除汽车荷荷载效应（含含汽车冲击击力、离心心力）外的的其他第个个可变作用用效应的标标准值和设设计值；—在作用效效应组合中中除汽车荷荷载效应（含含汽车冲击击力、离心心力）外的的其他可变变作用效应应的组合系系数，当永永久作用与与汽车荷载载和人群荷荷载（或其其他一种可可变作用）组组合时，人人群荷载（或或其他一种种可变作用用）的组合合系数取==0.800；当除汽汽车荷载效效应（含汽汽车冲击力力、离心力力）外尚有有两种其他他可变作用用参与组合合时，其组组合系数取取=0.770；尚有三三种可变作作用参与组组合时，其其组合系数数取=0..60；尚有四四种及多于于四种的可可变作用参参与组合时时，取=00.50。、（2）偶然组组合永永久作用标标准值效应应与可变作作用某中代代表值效应应，一种偶偶然作用的效应分分项系数取取1.0；与偶然然作用同时时出现的可可变作用，可可根据观测测资料和工工程经验取取适当的代代表值。承载内力极限限状态下结结构的内力力图见图4—10。图4--10承载能力力极限状态态下内力（a）轴力包络络图（b）剪力包络络图（c）主梁弯矩矩包络图承载能力极限限状态下主主梁单元内内力见下表表4-7：承载能力极限限状态下内内力组合表表表4-7单元最大值（Maax）最小值（Miin）轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN··m）轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN··m）10-2036..3800-5508..91020-1077..7118266..30-4130..966426.11530-107.77730695..550-2765..529040.3340964.41137312..250-1439..997842.446承载能力极限限状态下内内力组合表表表4-7续501609.44438453..030-864.7725814.0036-1.52290436432..62-10.688274.555-1101..827-17.2554205.55528728..52-46.8771400.225-118322.58-50.2555519.99917323..08-103.9912518.225-283288.29-101.5516856.1171547.335-183.6653637.003-499555.510-167.3368223.666-190822.2-279.7794765.778-763499.911-233.6619275.002-377755.6-375.0045624.009-993588.912-312.88110353..42-592788.1-487.0016497.22-125200513-405.88811463..09-836500.2-616.9917389.113-153977814-513.77512608..25-1107552-766.0028303.888-185999515-637.44113793..16-1403118-935.669245.44-221722716-765.5515023..41-1724880-1109..010218..51-261277117-868.00915869..2-1954118-1248..210885..58-289822618-977.33616737..65-2185440-1398..111546..82-320199619017700..42-2426770012270..91-3524443200-124377.9-26801150-181499.6-386622521-991.667-117044.2-2437440-1435..1-171800.5-352455722-880.339-110288.8-2207559-1281..6-162955.3-320199323-777.448-103722.1-1990444-1139..1-154333.7-289777324-670.997-9733..91-1779884-989.889-145955.6-261155125-544.221-8805..93-1480008-812.335-133755.6-221511226-433.558-7911..9-1206880-656.112-121988.9-186233027-337.33-7030..58-959022.1-519.884-110611.5-155199228-254.66-6158..54-735811.4-402.119-9959..22-127588929-185.117-5307..15-536322-301.886-8887..88-103322130-123.441-4472..69-359800.1-209.77-7843..59-823022.131-66.066-3379..17-159111-121.773-6485..18-592122.932-27.033-2300..17595.111-57.255-5157..95-419433.733-4.94-1227..412627..83-14.088-3852..85-294199340-153.1120130..830-2561..2-214966.1350927.99923098..10-1277..1-181511.13601367.55923038..480-829.331-180766.13701847.55122338..880-421.885-190066.738-2.833131.55917347..05-11.399659.244-246333.439-20.68844237819.447-48.9881733.444-348377.940-55.2445727.664-6237..81-107.3362805.994-496444.4承载能力极限限状态下内内力组合表表表4-7续41-107.6617054.117-247688.5-188.443884.449-691955.242-173.9998411.889-468622.1-285.6614977.552-945666.143-240.5599455.664-660322.5-381.7745811.556-117299644-319.99810526..04-875000.3-494.5536662.229-143277545-413.00711627..21-1113339-625.1187533.551-172599046-520.00512763..29-1376336-774.9938413.887-205333947-641.6613938..44-1664882-945.0039306.881-242333248-767.11815158..19-1979777-1118..710234..46-283688349-867.99615996..56-2200448-1258..010872..79-313444550-976.88316857..21-2427776-1408..011528..76-345000751017812..27-2667770012252..14-3784111520-133633.7-29205570-190688.3-413711953-1068..7-126266.6-2659110-1511..9-180877.5-37863344-952.889-119500.9-2409779-1353..5-171944.5-345488455-845.223-112899.2-2170555-1206..1-163255.5-314211156-731.663-106222.7-1933117-1051..1-154800.4-284755357-596.224-9649..61-1599552-866.776-142500.3-243855458-477.447-8707..34-1291884-703.997-130644.3-206766859-374.33-7791..95-1008880-561.339-119188.2-173399660-285.669-6899..48-753055.9-437.771-108077.7-143266861-210.668-6025..93-526011.3-331.559-9728..61-116066762-142.994-5167..41-327055.9-233.001-8676..94-917033.663-79.2-4038..33-104733.5-138.004-7308..96-635022.964-34.422-2919..226904.998-66.877-5972..21-400699.365-7.24-1801..0319445..45-17.255-4657..37-212999.5660-675.22428304..180-3355..6-8314..35670464.02232130..910-2061..02204.2886801039.22931893..290-1415..993034.116902313.99427082..910-292.9935834.7737003679.33816459..980677.0224823.337第五章预应应力钢束的的估算与布布置5.1钢束估估算预应力混凝土土的截面配配筋，是根根据正常使使用极限状状态和承载载能力极限限状态这两两种极限状状态的组合合结果，确确定截面的的受力性质质，分为轴轴拉、轴压压、上缘受受拉偏压、下下缘受拉偏偏压、上缘缘受拉偏拉拉、下缘受受拉偏拉、上上缘受拉偏偏弯和下缘缘受拉偏弯弯8种受力劣性，分别别按照相应应的钢筋估估算公式进进行计算。估估算结果是是截面上缘缘和下缘均均配筋，此此为截面的的最小配筋筋，设计时时可以放宽宽。5.1.1按按承载能力力极限计算算时满足正正截面强度度要求：预应力梁到达达受弯极限限状态时,受压区混混凝土应力力达到混凝凝土抗压设设计强度,受拉区钢钢筋达到抗抗拉没计强强度,检算截面面的安全性性时通过计计算截面抗抗弯安全系系数未保证证。在初步步估算预应应力筋数量量时,箱形截面面当其中性性轴位于受受压翼缘内内可按矩形形截面计算算,但是当忽忽略实际上上存在的双双筋影响时时(受拉区、受受压区都有有预应力筋筋)计算结果果偏大,作为力筋筋数量的估估算是允许许的。h0xNdfcd对于仅承受一一个方向的的弯矩的单单筋截面梁梁，所需预预应力筋h0xNdfcd图5-1梁梁截面受力力图，，解上两式得：：受压区高度预应力筋数或式中——截面上组组合力矩。—混凝土抗压压设计强度度；—预应力筋抗抗拉设计强强度；—单根预应力力筋束截面面积；b—截面宽宽度（2）若截截面承受双双向弯矩时时，需配双双筋的，可可据截面上上正、负弯弯矩按上述述方法分别别计算上、下下缘所需预预应力筋数数量。这忽忽略实际上上存在的双双筋影响时时（受拉区区和受压区区都有预应应力筋）会会使计算结结果偏大，作作为力筋数数量的估算算是允许的的。预应力钢筋为为单束19根Фs15.2，单束抗抗拉强度设设计值为12600MPa，混凝土土抗压强度度设计值为为22.44MPa，混凝土土保护层厚厚度取10cm，主梁内内力值从Midaas中提取，见见表4-6。下表5-1为利用excl计算得到到的各单元元的配筋情情况。承载能力状态态单元配筋筋数表表5-1单元上缘配筋下缘配筋单元上缘配筋下缘配筋10.0000.000362.3933.0420.0002.405372.5172.94730.0004.064383.2762.28340.0004.954394.6061.01250.0005.108406.3720.00060.1444.836418.4340.00071.5393.7504210.73660.00083.5832.1664312.48990.00096.0160.1814414.20220.000108.5810.0004515.83220.0001110.48770.0004617.35770.0001212.31660.0004718.82330.0001314.02990.0004820.21550.000承载能力状态态单元配筋筋数表表5-1续1415.62880.0004921.07770.0001517.13000.0005021.88990.0001618.52660.0005122.65550.0001719.39880.0005224.90770.0001820.22770.0005322.66990.0001921.01550.0005421.92110.0002023.17660.0005521.13220.0002121.01660.0005620.29660.0002220.22770.0005719.24110.0002319.39550.0005817.48660.0002418.51770.0005915.91110.0002517.11220.0006014.20110.0002615.64990.0006112.35110.0002714.14660.0006210.39440.0002812.56330.000637.7120.0002910.92660.000645.1090.860309.280.000652.7882.528317.1720.000661.0933.743325.3550.074670.0004.257333.8741.637680.0004.225342.8522.653690.0003.580352.4033.048700.0002.1665.1.2按按正常使用用极限状态态的应力要要求计算规范（JTJJD622-20004）规定，截截面上的预预压应力应应大于荷载载引起的拉拉应力，预预压应力与与荷载引起起的压应力力之和应小小于混凝土土的允许压压应力（为为），或为为在任意阶阶段，全截截面承压，截截面上不出出现拉应力力，同时截截面上最大大压应力小小于允许压压应力。配置主梁纵向向预应力筋筋的目的是是使预应力力混凝土梁梁在钢筋预预应力和使使用荷载共共同作用下下截面上、下下缘均不产产生拉应力力，同时应应保证截面面上、下缘缘的混凝土土均不被压压碎。设计计时，一般般以前一条条件作为依依据来确定定截面最少少的预应力力筋的数目目，后一条条件常用来来确定截面面最大的预预应力筋数数目，实际际设计中很很少考虑。当采用单侧配配筋时，在在截面一侧侧配置的预预应力筋在在该截面上上会产生与与原弯矩方方向相反的的弯矩以平平衡原弯矩矩，减小原原弯矩在该该侧产生的的拉应力，同同时还会产产生一个轴轴向压应力力也能平衡衡一部分原原弯矩产生生的拉应力力。在采用用拉应力控控制时，一一侧预应力力筋产生的的弯矩在截截面上产生生的压应力力和预应力力筋产生的的轴力与原原弯矩在该该侧产生的的拉应力平平衡，该侧侧的应力为为零，另一一侧受到压压应力。如如果继续增增加预应力力筋的数目目，在截面面上会产生生与原弯矩矩方向相反反的弯矩在在另一侧产产生拉应力力，若以使使另一侧的的应力为零零为依据来来配置预应应力筋，则则所配置的的预应力筋筋的数目显显然偏多了了。所以在在实际进行行配筋估算算时，预应应力筋的数数目采用上上缘配筋时时上缘不产产生拉应力力，下缘配配筋时下缘缘不产生拉拉应力来确确定。采用以上方法法所得的配配筋结果为为截面最小小配筋，可可以根据经经验适当的的放宽。具体估算公式式的推导过过程如下：：对于截面上缘缘：（1）（2）对于截面下缘缘：（3）（4）其中，—由预预应力产生生的应力，W—截面抗弯弯模量，—混凝土轴轴心抗压标标准强度。Mmax、Mmin项的符号当为正弯矩时取正值，当为负弯矩时取负值，且按代数值取大小。一般情况下，由由于梁截面面较高，受受压区面积积较大，上上缘和下缘缘的压应力力不是控制制因素，为为简便计，可可只考虑上上缘和下缘缘的拉应力力的这个限限制条件(求得预应应力筋束数数的最小值值)。公式（1）变变为：（5）公式（3）变变为：（6）由预应力钢束束产生的截截面上缘应应力和截面面下缘应力力分为三种种情况讨论论：截面上下缘均均配有力筋筋Np上和Np下以抵抗正正负弯矩，由由力筋Np上和Np在截面上上下缘产生生的压应力力分别为：：（7）（8）将式（5）、（6）分别代入入式（7）、（8），解联立立方程后得得到（9）（10）令代入式（9）、（10）中得到：：（11）（12）式中AAp—每束预应应力筋的面面积；—预应力筋的的永存应力力(可取0.5~~0.755估算)；e—预应力力力筋重心离离开截面重重心的距离离；K—截面的核核心距；A—混凝土截截面面积，取取有效截面面计算。当截面只在下下缘布置力力筋Np下以抵抗正正弯矩时当由上缘不出出现拉应力力控制时：：（13）当由下缘不出出现拉应力力控制时：：（14）当截面中只在在上缘布置置力筋N上以抵抗负负弯矩时：：当由上缘不出出现拉应力力控制时：：（15）当由下缘不出出现拉应力力控制时：：（16）当按上缘和下下缘的压应应力的限制制条件计算算时(求得预应应力筋束数数的最大值值)。可由前前面的式推推导得：（17）（18）有时需调整束束数，当截截面承受负负弯矩时，如如果截面下下部多配根根束，则上上部束也要要相应增配配根，才能能使上缘不不出现拉应应力，同理理，当截面面承受正弯弯矩时，如如果截面上上部多配根根束，则下下部束也要要相应增配配根。其关关系为：当承受时，当承受时，下表5-2为为计算得各各单元配筋筋面积。正常使用用状态单元元配筋数表5-2单元下缘配筋上缘配筋单元下缘配筋上缘配筋10.0000.000362.1362.86622.6830.000371.9953.03034.4410.000381.0204.05445.2770.000390.0005.85155.3500.000400.0008.21464.8090.000410.00010.927773.3160.986420.00013.849980.9533.751430.00016.039990.0006.928440.00018.1633100.00010.2499450.00020.1822110.00012.7066460.00022.0788120.00015.0633470.00023.8866130