桥梁毕业设计

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二○一○届毕业设

雀鼠谷大桥设计书

学院：马路学院专业：桥梁工程姓名：学号：

计

毕业设计（论文）任务书

一、设计内容（论文阐述的问题）①根据已给设计资料，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，推荐最优方案进行全桥的纵、横、平面布置，并合理拟定上、下部结构的细部尺寸。②根据推荐方案桥型确定桥梁施工方案。③对推荐桥梁方案进行运营及施工阶段的内力计算，上部结构（束）设计；配筋（束）设计，并进行内力组合，强度、刚度、稳定性等验算。④施工方案制定，施工验算。⑤绘制上部结构的方案比选图，总体布置图，一般构造图、钢筋构造图及施工示意图。⑥编写设计计算书。二、设计原始资料（试验、研究方案）1、设计桥梁的桥位地型及地质图一份。2、设计荷载：马路—Ⅰ级3、桥面宽度：：2×（0.5+净—11.5＋0.5）4、抗震烈度：7级烈度设防5．风荷载：500Pa6、通航要求：无7、温度：最高月平均温度405o最低月平均温度0o施工温度22o8．平曲线半径：7000米竖曲线半径：4500米9．纵坡：

我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。近20年来，我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径90m的哈尔滨松花江大桥、跨径120m的湖南常德沅水大桥、主跨125m的宜昌乐天溪桥、跨径154m的云南六库怒江大桥等。下表是我国目前建成的部分主要大跨径预应力混凝土连续梁桥。我国已建成的部分主要大跨径混凝土连续梁桥序号12345678910桥名南京长江二桥北汊桥六库怒江大桥黄浦江奉浦大桥常德阮水大桥东明黄河马路大桥风陵渡黄河大桥沙洋汉江大桥珠江三桥宜城汉江马路大桥松花江大桥主桥跨径（m）90+165*3+9085+154+8585+125*3+8584+120*3+8475+120*7+7587*5+87+114*7+8763+111*6+6380+110+8055+100*4+5559+90*7+59桥址XX云南上海湖南山东XX湖北广东湖北黑龙江虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展，然而与国际先进水平仍存在一定差距。想要赶超国际先进水平，必需要解决好下面几个问题：1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。2.在一切适合的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可俭约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指标也是一个很关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁

的技术经济指标。但是，桥梁的技术经济指标的研究与分析是一项十分繁杂的工作，三材指标和造价指标与好多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指标不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应当包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可以发现：连续刚构体系的技术经济指标较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未来连续体系的发展方向之一。总而言之，一座桥的设计包含大量考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，做出可行的最正确方案。三、本课题研究的内容和方法、手段及预期成果在我国，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。所以在本设计课题中，重点要做以下两方面的内容：1、桥梁方案比选及总体设计。2、结构设计计算和验算。本设计做的是主跨90m边跨60m的三跨变截面连续梁桥，本次设计分析采用桥梁博士软件进行，本次设计预计完成全桥设计相关的计算和验算。按时并保质保量的完成毕业设计，关键是要依照进度和老师的指导开展工作。由于设计经验匮乏，所遇设计过程中必需要保持与老师的联系，经常与老师进行沟通，并积极搜集与专业相关的资料，例如规范、学术论文、设计案例等。做到对设计任务的全面系统把握。1.广泛阅读，积极参照国内外的成功桥梁设计案例，在进行综合分析的基础上，提出当前设计课题的解决方案。2.积极与指导老师沟通，认真听取老师看法。3.对于设计中所需的桥梁计算软件，要勤于动手，做到能够灵活操作。四、任务完成阶段安排即时间安排序号设计（论文）各阶段名称日期（教学周）1开题方案选择及布置92推荐方案确定及总体布置103推荐设计方案设计参数及及计算模型11-124配筋设计及施工方法设计13-145结构验算15-166计算书誊写及设计图纸绘制17五、完成任务所具备的条件要素

1.微型计算机2MICROSOFTOFFICE20233上海同豪桥梁博士软件4桥梁CAD绘图软件（AutoCAD2023），图板，丁字尺等5《马路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2023）6《马路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2023）7《马路工程技术标准》（JTB01-2023）8《马路桥涵设计手册—墩台与基础》9《马路桥涵设计手册—桥梁》（上下册）指导教师看法及建议：指导教师签名：年月日注：1、课题来源分为：国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、试验室建设和自选项目；课题类型分为：工程设计、专题研究、文献综述、综合试验。

2、此表由学生填写，交指导教师签署看法后方

摘要

在本设计中，根据地形图和任务书要求，依据现行马路桥梁设计规范提出了预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续刚构、下承式拱桥三种桥型方案。依照“实用、经济、安全、美观〞的桥梁设计原则，经过对各种桥型的比选最终选择60m+90m+60m的预应力混凝土连续梁桥为本次的推荐设计桥型。

本设计利用桥梁博士软件进行结构分析，根据桥梁的尺寸拟定建立桥梁基本模型，然后进行内力分析，计算配筋结果，进行施工各阶段分析及截面验算。同时，必需要考虑混凝土收缩、徐变次内力和温度次内力等因素的影响。本设计主要是预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计，设计中主要进行了桥梁总体布置及结构尺寸拟定、桥梁荷载内力计算、桥梁预应力钢束的估算与布置、桥梁预应力损失及应力的验算、次内力的验算、内力组合验算、主梁截面应力验算。

最终，经过分析验算说明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。

关键字：比选方案；连续梁桥；连续刚构；拱桥；结构分析；验算

ABSTRACT

Inthisdesign,accordingtothetopography,andprojectrequirements，accordingtothecurrenthighwaybridgedesignspecificationofprestressedconcretecontinuousgirderbridgeforward,Prestressedconcretecontinuousrigid-framestructure，XiaChengShiarchbridgethreeschemes.Accordingtothe\beautiful,safe,economicandconvenientforconstructionofbridgedesignprinciples,structureafterthebridgeofvariousfinalchoiceof60m+90+60mprestressedconcretecontinuousgirderbridgedesignforthisrecommendation.

Thisdesignusingthedrbridgesoftwareanalysisthestructure，accordingtothesizeofthebridge,thebasicmodelestablishmentbridgeworked，thenforceanalysis，calculationresultsofreinforced，foreachphaseanalysisandconstruction.Atthesametime,mustconsidertheconcreteshrinkage,Creepforcetimesandtemperatureresultanttimesfactors.

Thedesignofprestressedconcretecontinuousgirderbridgeismainlytheupperstructuredesign,inthedesignofthemainbridgelayoutandstructuresize，loadcalculation，bridgeprestressingtendonsestimationandlayout，thelossofprestressandstressofthebridge，theresultantchecked，internalcombinationcalculation，sectionstresscalculationgirder.

Finally,afteranalysisshowsthatthedesigncalculationmethodofcalculatingtheinternalforcedistribution,reasonable,complywiththedesignrequirementsofthetask.

KEYWORDS：Selectionscheme；Continuousgirderbridge；Continuousrigid-framestructure；Archbridge；Structureanalysis；checkingcomputation

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目录

第一章概述11.1预应力混凝土连续梁桥概述11.2技术标准31.3地质条件31.4采用材料4其次章方案比选52.1构思宗旨52.2比选标准52.3设计方案5

2.3.1设计方案一52.3.2设计方案二62.3.3设计方案三62.4方案比选62.5方案确定7第三章预应力混凝土连续梁桥总体布置73.1桥型布置7

3.1.1孔径布置73.1.2桥梁截面形式83.1.3桥梁细部尺寸103.1.4桥面铺装113.1.5桥梁下部结构113.1.6本桥使用材料11

第四章荷载内力计算124.1全桥结构单元的划分12

4.1.1划分单元原则12

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4.1.2桥梁具体单元划分124.2全桥施工节段划分13

4.2.1桥梁划分施工分段原则134.2.2施工分段划分134.3主梁内力计算13

4.3.1恒载内力计算134.3.2悬臂浇筑阶段内力134.3.3边跨合拢阶段内力144.3.4中跨合拢阶段内力164.3.5桥面铺装阶段内力174.3.6支座位移引起的内力计算方法及结果184.4活载内力计算18

4.4.1活载因子的计算194.4.2横向分布系数的考虑204.5荷载组合20第五章预应力钢束的估算与布置215.1钢束估算21

5.1.1按承载能力极限计算时满足正截面强度要求：215.1.2按正常使用极限状态的应力要求计算235.2预应力钢束布置275.3预应力损失28

5.3.1摩阻损失285.3.2.锚具变形损失295.3.3.混凝土的弹性压缩损失295.3.4预应力筋的引力松弛损失305.3.5收缩徐变损失305.4预应力计算31

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5.5施工阶段应力验算33第六章次内力验算386.1徐变次内力的计算386.2预加力引起的二次力矩396.3温度次内力的计算39第七章桥梁内力组合397.1内力组合的原则407.2承载能力极限状态下的效应组合407.3正常使用极限状态下的效应组合43第八章主梁截面验算458.1正截面抗弯承载力验算458.2持久状况正常使用极限状态应力验算47

8.2.1正截面抗裂验算478.2.2斜截面抗裂验算508.2.3使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算508.2.4预应力钢筋中的拉应力验算518.2.5混凝土的主压应力验算518.3短暂状况预应力混凝土受弯构件应力验算51致谢52

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价指标与好多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应当包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T型刚构、连续—刚构等箱形截面上部结构的比较可见：连续—刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续—刚构也是未来连续体系的发展方向。

总而言之，一座桥的设计包含大量考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最正确方案。

本次设计为(60+90+60)m预应力混凝土连续梁，桥宽为25m，分为两幅，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用单箱单室箱型截面，全梁共分118个单元，单元长度分别有3m、2m、1m。由于多跨连续梁桥的受力特点，支点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度梁，按二次抛物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。

由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且确凿性难以保证，所以采用桥梁博士软件进行，这样不仅提高了效率，而且确凿度也得以提高。

1.2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：马路—Ⅰ级

3、桥面宽度：：2×（0.5+净—11.5＋0.5）4、抗震烈度：7级烈度设防5．风荷载：500Pa6、通航要求：无

7、温度：最高月平均温度405o最低月平均温度0o施工温度22o8．平曲线半径：7000米竖曲线半径：4500米9．纵坡：

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定采用顶推或先简支后连续梁施工方法时，则等跨结构受力性能较差所带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿。所以跨湖、过海湾的长桥多采用等跨连续梁的布置。

本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为60m+90m+60m的形式。3.1.2桥梁截面形式（1）桥梁立面图

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，采用悬臂法施工的连续梁，变高度梁又与施工时的内力状况相吻合。另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。所以从已建桥梁统计资料分析，跨径大于100m的预应力混凝土连续梁桥有90%以上是选用变高度梁。再者在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。

变高度与等高度相比较，等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抗争较大的负弯矩，材料用量多。

综上所述，推荐方案采用的是变截面预应力连续梁桥，其中箱梁根部梁高5.5m，跨中梁高2m。梁截面采用二次抛物线形，二次抛物线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。（2）桥梁横截面

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梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。

在目前已建成的大跨径预应力混凝土梁桥中，当梁桥的跨径继续增大超过60m后，箱形截面是最适合的横截面型式。箱型截面还有如下优点：这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于采用悬臂施工的桥梁尤为有利。同时，因其顶板和底板都有较大的面积，所以能有效的抗争正、负弯矩，并满足配筋要求。箱形截面亦具有良好的动力特性。

常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。从对箱形截面的受力状态分析说明，单箱单室截面受力明确，施工便利，节省材料用量。一般常用在桥宽14m左右的范围。

综上所述，根据任务书设计要求本推荐桥型方案横截面采用的是单箱单室的箱型截面。如上图：顶板厚度取25cm；跨中处底板厚25cm，支点处底板厚为60cm,中间底板板厚成二次抛物线性变化；跨中处腹板厚度采用40cm，支点处腹板采用80cm，中间腹板厚度采用二次抛物线性变化。（3）桥梁的梁高

连续梁在支点和跨中的梁估算值：

根据已建成桥梁的资料分析，梁高可按下表采用：

桥型等高度连续梁支点梁高(m)跨中梁高(m)H=(1/15～1/30)L常用(1/18～1/20)L

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变高度(折线形)连续梁变高度(曲线形)连续梁H=(1/16～1/20)LH=(1/16～1/20)Lh=(1/22～1/28)Lh=(1/30～1/50)L根据以上估算值，本推荐方案取得支点处梁高为5.5m，跨中梁高为2m。3.1.3桥梁细部尺寸（1）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。除承受竖向荷载外，还承受轴向拉、压荷载。竖向荷载是指自重、桥面活载和施工荷载。轴向荷载是指桥跨方向上，恒、活载转换过来的轴向力以及纵向和横向的预应力荷载。因此，顶板、底板除按板的构造要求决定厚度之外，还要按桥跨方向上总弯矩决定其厚度。

箱梁根部底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶，以适应受压要求。底板除须符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜使中和轴保持在底板以内，并有适当的富足。一般约为墩顶梁高的1/10~1/12，或按以下推荐公式选用：墩上底板厚度参数

式中：

—墩上底板厚度参数—墩上梁高;

—箱梁底板混凝土面积。—最大跨径。

—桥面宽度;

箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取15~18cm，当跨度较大，跨中正弯矩较大，需要配置一定数量的钢束或钢筋时，厚度可取20~25cm。

当设有横向预应力筋时，顶板厚度须足够布置预应力筋的套管并留有混凝土的注入间隙。在结构设计时，尽可能用长悬臂或利用横向坡度和弯折预应力筋以调整板中横向弯矩。

本推荐设计方案底板由支点处以二次抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处厚60cm，在跨中厚25cm.顶板厚25cm。（2）腹板

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腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，由于弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设得太大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为：（1）腹板内无预应力筋时，采用200mm。

（2）腹板内有预应力筋管道时，采用250—300mm。（3）腹板内有锚头时，采用250—300mm。

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，以承受支点处较大的剪力，一般采用300—600mm，甚至可达到1m左右。腹板厚度也可按以下推荐公式选定。墩上腹板厚度参数式中：

—墩上腹板厚度；—墩上腹板厚度总和。—箱梁跨中梁高。

跨中腹板厚度参数式中：

—箱梁跨中腹板厚度—箱梁跨中腹板厚度总和。—箱梁跨中梁高。

本推荐设计方案支座处腹板厚取80cm.，跨中腹板厚取40cm。中间腹板厚度采用二次抛物线性变化。3.1.4桥面铺装

桥面铺装：根据《桥梁工程》（上）选用8cm厚的防水混凝土作为铺装层，上加2cm厚的沥青混凝土磨耗层，共计10cm厚。

桥面横坡：根据规范规定为1.5%～3.0%,取2.0%,该坡度由箱梁顶板坡度控制。3.1.5桥梁下部结构

全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为缘端型实体墩。3.1.6本桥使用材料（1）使用混凝土

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箱梁采用50号混凝土，墩身采用40号混凝土，承台、盖梁、耳背墙、防撞护栏、采用30号混凝土。（2）使用钢材

纵、横向预应力采用ASTMA416-92-270级钢绞线，标准强度为1860Mpa，直径为15.24mm，面积139mm2,弹性模量为1.9×105Mpa，采用OVM锚具。

带肋钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-91的规定、光圆钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB1499-91的规定。非预应力钢筋：直径≥12mm的用Ⅱ级螺纹钢筋，直径

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4.2全桥施工节段划分

4.2.1桥梁划分施工分段原则

①有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以及留茬而不影响质量处。

②分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅，使施工均衡。③施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。

④分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。4.2.2施工分段划分

全桥分段为118个单元。119个节点。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表达浇法。

单元30~39与单元80~89为0号块，接着三个1m的单元为一个施工节段，接着每2个2m的单元为一个施工节段共划分6个，接着每一个3m的单元划分为一个施工节段共划分4个，两端1-8号单元与111-118号单元采用整表达浇，9号10号单元、109号110号位边跨合拢节段，59号60号单元为中跨合拢节段。

4.3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恒载内力计算

（1）第一期恒载（结构自重）

恒载集度

G1?(A1?80?A2?10?A3?10)??

（2）其次期恒载

包括结构自重、桥面二期荷载4.3.2悬臂浇筑阶段内力

浇筑11号梁单元，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，悬臂浇注终止时全桥的恒载内力：

最大悬臂阶段累计内力表单元号11弯矩(KN.m)-3.25E+03阶段累计效应剪力(kN)2.39E+03轴力(KN)4.94E+03

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3435575861628485107108-1.49E+05-1.39E+058421.60E+03-3.85E+03-1.31E+03-1.31E+05-1.39E+052.72E+032.43E+031.05E+049.13E+031.54E+03-3182.39E+032.47E+03-7.82E+03-9.13E+031.71E+03-2441.29E+051.29E+051.19E+045.65E+034.94E+031.08E+041.29E+051.29E+051.19E+045.65E+03最大悬臂浇筑阶段内力图

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：

边跨合龙阶段累计内力表

单元号弯矩(KN.m)阶段累计效应剪力(kN)轴力(KN)

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12910111234355758616284851071081091101171181.98E+042.19E+04-1.18E+03-1.54E+04-1.99E+04-2.46E+04-1.01E+05-1.01E+051.83E+031.59E+03-3.84E+03-1.31E+03-1.03E+05-1.01E+05-2.03E+04-1.50E+04-1.67E+04-9.04E+031.82E+041.97E+04-108-3.47E+03-4.32E+03-2.02E+031.21E+03879138-1.18E+03871-3142.38E+032.46E+032.50E+031.19E+039601.58E+031.46E+032.30E+033.78E+033083.34E+044.05E+047.54E+046.82E+047.40E+047.11E+041.29E+051.29E+051.18E+045.63E+034.92E+031.08E+041.29E+051.29E+057.15E+047.50E+046.92E+047.68E+044.08E+043.35E+04边跨合龙阶段累计内力图

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4.3.4中跨合拢阶段内力

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：

中跨合拢阶段累计内力表

单元号12343559608485117118弯矩(KN.m)1.98E+042.24E+04-9.41E+04-1.18E+05-2.22E+04-2.19E+04-9.49E+04-1.18E+051.92E+042.01E+04阶段累计效应剪力(kN)423-2.94E+03-2.34E+042.41E+04809132-2.27E+042.47E+043.24E+03-220轴力(KN)3.33E+044.04E+041.29E+051.29E+057.52E+047.51E+041.29E+051.29E+054.07E+043.34E+04

中跨合拢阶段累计内力图

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4.3.5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：

桥面铺装阶段累计内力表

单元号12343559608485117118弯矩(KN.m)1.97E+042.32E+04-1.38E+05-1.64E+05-1.32E+04-1.29E+04-1.38E+05-1.64E+052.08E+042.09E+04阶段累计效应剪力(kN)1.29E+03-2.12E+03-2.57E+042.65E+04861132-2.51E+042.71E+042.48E+03-1.03E+03轴力(KN)3.32E+044.03E+041.29E+051.29E+057.49E+047.48E+041.29E+051.29E+054.06E+043.33E+04

桥面铺装阶段累计内力图共65页第17页

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4.3.6支座位移引起的内力计算方法及结果

由于各个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降，连续体系是一种对支座不均匀沉降特别敏感的结构，所以由它引起的内力是构成内力的重要组成部分.

按矩阵位移法求解支座沉降次内力。在桥梁设计中，支座沉降工况的选取是应慎重考虑的问题。一般应综合考虑桥址处的地质、水文等状况，根据已建桥梁的设计经验来定。有时需选取几种沉降工况计算，这样就存在一个工况组合的问题。程序一般对每一个截面挑最不利的工况内力值作为沉降次内力。

具体计算方法是：三跨连续梁的四个支点中的每个支点分别下沉1cm其余的支点不动，所得到的内力进行叠加，取最不利的内力范围。

4.4活载内力计算

（1）影响线的计算

将单位荷载P=1作用在各桥面的节点上，求得结构的变形及内力，可得位移影响线和内力影响线。（2）人群、履带车、挂车加载

人群加载只需求出影响的正、负区段面积；履带车离散为若干集中力；

挂车按集中荷载加载。（3）汽车加载

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挂车、履带车全桥只考虑一辆。汽车荷载是由主车和重车组成的车队，车距又受到约束，求其最大、最小效应是个较繁杂的问题。这种状况下，车辆数和车距都是未知参数，随具体影响线而变化，问题归结为求具有多个变量的函数在约束条件下的极值。此问题的解决借助于计算机程序完成。4.4.1活载因子的计算

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、结构类型是否有区别，也不管结构尺寸与跨径是否有区别，只要桥梁结构的基频一致，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本一致的冲击系数。

桥梁的自振频率（基频）宜采用有限元方法计算，对于连续梁结构，当无更确切方法计算时，也可采用以下公式估算：

f1?EIc13.616

2?l2mcf2?EIc23.651mc?G/g22?lmc式中l—结构的计算跨径（m）；E—结构材料的弹性模量（N/m2）；Ic—结构跨中截面的截面惯矩（m4）；

mc—结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计算时，其单位应为（Ns2/m2）；

G—结构跨中处延米结构重力（N/m）；g—重力加速度，g?9.81(m/s2)。

计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用f1；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用f2

μ值可按下式计算：

当f＜1.5Hz时，μ=0.05

当1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0.1767lnf-0.0157当f＞14Hz时，μ=0.45

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式中f——结构基频（Hz）。求得：正弯矩效应：?1?0.3157负弯矩效应：?2?0.413

FACTOR=(1+μ)nηξ式中1+μ—冲击系数；

n—车道数；η—车道折减系数；ξ—偏载系数。

4.4.2横向分布系数的考虑

荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分派，或者说各主梁如何分担车辆荷载。由于截面采用单箱单室时，可直接按平面杆系结构进行活载内力计算，无须计算横向分布系数，所以全桥采用同一个横向分派系数。

4.5荷载组合

（1）正常使用极限状态的内力组合：考虑三种组合：

组合Ⅰ：基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种组合。

组合Ⅱ：基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种，与其他可变荷载的一种或几种组合。

组合Ⅲ：平板挂车或履带车与结构重力，预应力，土的重力及土侧压力中的一种或几种相组合。

（2）承载能力极限状态的内力组合：

当结构重力产生的效应与汽车（或挂车或履带车）荷载产生的效应同号时：

1.2SG+1.4S`Q11.2SG+1.1S``Q1

1.1SG+1.3S`Q1+1.3SQ2

另外再按规定相应的提高。

当结构重力产生的效应与汽车（或挂车或履带车）荷载产生的效应异号时：

0.9SG+1.4S`Q10.9SG+1.1S``Q1

0.8SG+1.3S`Q1+1.3SQ2

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第五章预应力钢束的估算与布置

5.1钢束估算

根据《预规》（JTGD62-2023）规定，预应力梁应满足弹性阶段（即使用阶段）的应力要求和塑性阶段（即承载能力极限状态）的正截面强度要求。5.1.1按承载能力极限计算时满足正截面强度要求：

预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度。截面的安全性是通过截面抗弯安全系数来保证的。（1）对于仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁，所需预应力筋数量按下式计算，如下图：

Ndh0fcdx?N?0，

N?fcdbx?nApfpd

?M?MP，MP?fcdbx(h0?x/2)

解上两式得：

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受压区高度x?h0?h02?预应力筋数n?2MPfcdbMP

Apfpd(h0?x/2)?2Mp?h?h2?0?0fcdb?????fb或n?cdAPfpd式中MP—截面上组合力矩。

fcd—混凝土抗压设计强度；

fpd—预应力筋抗拉设计强度；Ap—单根预应力筋束截面积；b—截面宽度

（2）若截面承受双向弯矩时，需配双筋的，可据截面上正、负弯矩按上述方法分别计算上、下缘所需预应力筋数量。这忽略实际上存在的双筋影响时（受拉区和受压区都有预应力筋）会使计算结果偏大，作为力筋数量的估算是允许的。

下表为计算得各单元配筋面积

承载能力极限状态单元截面配筋面积:单位m**2

单元号1215163233343536375758左上缘000.001730.0040.04770.04950.05260.05580.05260.049400左下缘00.003250.02020.01720000000.03090.0346右上缘000.0040.00640.04950.05260.05580.05260.04940.047900右下缘0.003250.006340.01720.01380000000.03460.0363

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59606162818283848586878811711800000.04640.04790.04940.05260.05580.05260.04950.0477000.03630.03640.03620.0347000000000.006340.0032500000.04790.04940.05260.05580.05260.04950.04770.0459000.03640.03620.03470.031000000000.0032505.1.2按正常使用极限状态的应力要求计算规范（JTJD62-2023）规定，截面上的预压应力应大于荷载引起的拉应力，预压应力与荷载引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力（为0.5fck），或为在任意阶段，全截面承压，截面上不出现拉应力，同时截面上最大压应力小于允许压应力。

写成计算式为：对于截面上缘?p上??p上?对于截面下缘?p下??p下?Mmin?0（1）W上Mmax?0.5fck（2）W上Mmax?0（3）W下Mmin?0.5fck（4）W下其中，?p—由预应力产生的应力，W—截面抗弯模量，fck—混凝土轴心抗压标准强度。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。

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一般状况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为简便计，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件(求得预应力筋束数的最小值)。

公式（1）变为?p上??公式（3）变为?p下?Mmin（5）W上Mmax（6）W下由预应力钢束产生的截面上缘应力?p上和截面下缘应力?p下分为三种状况探讨：

a.截面上下缘均配有力筋Np上和Np下以抗争正负弯矩，由力筋Np上和Np下在截面上下缘产生的压应力分别为：

Np上A?Np上e上W上?Np下A?Np下e下W上??p上（7）

Np上A?Np上e上W下?Np下A?Np下e下W下??p下（8）

将式（5）、（6）分别代入式（7）、（8），解联立方程后得到

Np上?Np下?Mmaz(e下?K下)?Mmin(K上?e下)（9）

(K上?K下)(e上?e下)Mmaz(e下?K下)?Mmin(K上?e上)（10）

(K上?K下)(e上?e下)令Np上?n上Ap?peNp下?n下Ap?pe代入式（9）、（10）中得到

n上?Mmax(e下?K下)?Mmin(K上?e下)1（11）?(K上?K下)(e上?e下)Ap?peMmax(K下?e上)?Mmin(K上?e上)1（12）n下??(K上?K下)(e上?e下)Ap?pe式中Ap—每束预应力筋的面积；

?pe—预应力筋的永存应力(可取0.5~0.75fpd估算)；

e—预应力力筋重心离开截面重心的距离；K—截面的核心距；

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A—混凝土截面面积，取有效截面计算。

K下?WW上K上?下AAb.当截面只在下缘布置力筋Np下以抗争正弯矩时当由上缘不出现拉应力控制时：n下?当由下缘不出现拉应力控制时：n下?Mmin1（13）?e下?K下Ap?peMmax1（14）?e下?K上Ap?pec.当截面中只在上缘布置力筋N上以抗争负弯矩时：当由上缘不出现拉应力控制时n上??当由下缘不出现拉应力控制时n上??Mmin1（15）?e上?K下Ap?peMmax1（16）??e上?K下Ap?pe当按上缘和下缘的压应力的限制条件计算时(求得预应力筋束数的最大值)。可由前面的式推导得：

?Mmax(e下?K上)?Mmin(K下?e下)?(W上?W下)e下fn上??cd（17）

(K上?K下)(e上?e下)Ap?pen下?Mmin(K下?e上)?Mmax(K上?e下)?(W上?W下)e上f?cd（18）

(K上?K下)(e上?e下)Ap?pe'有时需调整束数，当截面承受负弯矩时，假使截面下部多配n下根束，则上部束'也要相应增配n上根，才能使上缘不出现拉应力，同理，当截面承受正弯矩时，假使''截面上部多配n上根束，则下部束也要相应增配n下根。其关系为：

'当承受Mmin时，n上?e下?K下'n下

k下?e上e上?K上'n

k上?e下上'当承受Mmax时，n下?下表为计算得各单元配筋面积

正常使用极限状态单元截面配筋面积:单位m**2

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单元号12341516171831323334353637385758596061628182838485868788左上缘0.00010.00010.00010.00010.00280.00540.00810.01090.05140.05360.05570.05910.06250.0590.05560.05380.00010.00010.00010.00010.00010.00010.05190.05380.05560.0590.06250.05910.05570.0536左下缘0.00010.00350.00670.00980.02110.01830.01510.01180.00010.00010.00010.00010.00010.00010.00010.00010.0320.03560.03730.03740.03720.03570.00010.00010.00010.00010.00010.00010.00010.0001右上缘0.00010.00010.00010.00010.00540.00810.01090.01390.05360.05570.05910.06250.0590.05560.05380.05190.00010.00010.00010.00010.00010.00010.05380.05560.0590.06250.05910.05570.05360.0514右下缘0.00350.00670.00980.01260.01830.01510.01180.00840.00010.00010.00010.00010.00010.00010.00010.00010.03560.03730.03740.03720.03570.0320.00010.00010.00010.00010.00010.00010.00010.0001

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1151161171180.00010.00010.00010.00010.01260.00980.00670.00350.00010.00010.00010.00010.00980.00670.00350.00015.2预应力钢束布置连续梁预应力钢束的配置不仅要满足《桥规》(TB10002.3—99)构造要求，还应考虑以下原则：

1、应选择适当的预应力束的型式与锚具型式，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，以达到合理的布置型式。

2、应力束的布置要考虑施工的便利，也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束，而导致在结构中布置过多的锚具。

3、预应力束的布置，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、预应力束的布置，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、预应力束应避免合用屡屡反向曲率的连续束，由于这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束的效益。

6、预应力束的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性力状态的需要，而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。

7、纵向预应力索为结构主要受力钢筋,为了设计和施工便利,进行对称布束,锚头尽量靠近压应力区.

8、应留有一定数量的备用管道，一般占总数的1%。

9、钢束在横断面中布置时直束靠近顶板位置,直接锚固在齿板上,弯束布置在腹板上,便于下弯锚固.

常用锚具尺寸

波纹管锚具型号锚垫板寸mm180200径外/内mmOVM15-5OVM15-762/5577/70螺旋筋圈径mm17024046圈数型号Ycw100Ycw150置间距mm200230

千斤顶锚具最小布共65页第27页

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OVM15-9VM15-12OVM15-19OVM15-27YM15-5YM15-7YM15-9YM15-12YM15-15YM15-17YM15-19YM15-2423027032037016519021525029030030032087/8097/90107/100127/12067/6077/7087/8092/85102/95107/100107/100117/110270330400470170190210250320340350400678855666777Ycw250Ycw250Ycw400Ycw650YDC1500YDC1500YDC2000YDC2500YDC3200YDC4200YDC4200YDC5200260290420490210230270320370400420460本推荐桥型钢筋布置图

5.3预应力损失

根据《桥规》（JTGD62-2023）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，由于施工中预应力索的张拉采用后张法，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σ锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩σ预应力钢筋与台座之间的温差σ混凝土的弹性压缩σ预应力钢筋的应力松弛σ

l4l2l3l4l5

混凝土的收缩和徐变σl6

预应力损失包括：摩阻损失、锚具变形及钢筋回缩、混凝土的弹性压缩、预应力筋的应力松弛、混凝土的收缩与徐变等。5.3.1摩阻损失

摩阻损失指的是预应力筋与管道间的摩察损失δs1,由规定，按以下公式计算：

?l1??con[1?e?(???kx)]

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σ

con——张拉钢筋时锚下的控制应力（=0.75

fpk）,

μ——预应力钢筋与管道壁的摩擦系数

θ——从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以rad计，k——管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015x——从张拉端至计算截面的管道长度,以米计。

系数k及μ的值

管道类型橡胶管抽芯成型的管道铁皮套管金属波纹管5.3.2.锚具变形损失锚具变形，钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩损失δs2，在计算接缝压缩引起的应力损失时，认为接缝在第一批钢束锚固后既完成全部变形量，以后锚固得各批钢束对该接缝不再产生压缩。可按下式计算：

K0.00150.00300.0020～0.0030μ0.550.350.20～0.26?l2???lElP

?l——锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值；统一取6mm.L——预应力钢筋的有效长度；

EP——预应力钢筋的弹性模量。取195GPa。

5.3.3.混凝土的弹性压缩损失

后张法构件采用分批张拉时，先张拉是钢束由于张拉后批钢束所产生的混凝土弹性压缩引起的应力损失，可按下式计算：

?l4??EP???pc

???力；

pc——在先张拉钢筋重心处，由后张拉各批钢筋而产生的混凝土法向应

?EP——预应力钢筋与混凝土弹性模量比。

若逐一计算???pc的值则甚为繁琐，可采用以下近似计算公式

?l4??EP?N?1?PC2N

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毕业设计报告

N——计算截面的分批张拉的钢束批数.钢束重心处混凝土法向应力：?PC式中M1为自重弯矩。

注意此时计算Np时应考虑摩阻损失?l1、锚具变形及钢筋回缩?l2的影响。预应力损失产生时，预应力孔道还没压浆，截面特性取静截面特性（即扣除孔道部他的影响）。

对悬臂拼装结构，作如下近似假设，可使先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）每悬臂拼装一段，相应张拉一批力筋；假设每批张拉预应力都一致，且都作用在全部预应力重心处；

（2）在同一计算截面上，每一悬拼梁段自重所产生的自重弯矩都假设相等。5.3.4预应力筋的引力松弛损失

预应力筋的引力松弛损失指的是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。此项应力损失可根据〈〈马路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2023表6.2.6条的规定，按以下公式计算。

对于钢丝、钢绞线，本设计中采用：

?NPNpen?M1???A?Iyn???Iyn

nn?n??l5=ψ·ξ(0.52?pefpk?0.26)?pe（MPa）

式中：ψ——张拉系数，一次张拉时，ψ=1.0；超张拉时，ψ=0.9；ξ——钢筋松弛系数，I级松弛（普通松弛），ξ=1.0；II级松弛（低松弛），ξ=0.3；

?pe——传力锚固时的钢筋应力，对后张法构件?pe=?con-?l1-?l2-?l4；

对先张法构件，?pe=?con-?l2。5.3.5收缩徐变损失

由混凝土收缩和徐变引起的预应力钢筋应力损失?l6，这种损失可由以下公式计

算：

?l6(t)?0.9[Ep?cs(t,t0)??EP?pc?（t,t0)]1?15??ps（5.1.5-1）

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?'l6(t)???0.9[Ep?cs(t,t0)??EP?'pc?（t,t0)]1?15?'?'ps'（5.1.5-2）

Ap?AsAA'p?A's??（5.1.5-3）

A,2e'ps??1?e2psi2??1?i2（5.1.5-4）

式中：?l6(t)、?'l6(t)——构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失；

?pc、?'pc——构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由预习应力产生的混凝土法

向应力；

i——截面回转半径，i2?I/A，后张法采用净截面特性

2、e2e'psps——构件受拉区、受压区纵向普通钢筋截面重心至构件截面重心的距离；

?cs(t,t0)——预应力钢筋传力锚固龄期为t0，计算考虑的龄期为t时的混凝土收缩、

徐变，其终极值可按〈〈马路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2023中表6.2.7取用；

?（t,t0)——加载龄期为t0，计算考虑的龄期为t时的徐变系数，可按〈马路钢筋混

凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2023中表6.2.7取用.

5.4预应力计算

?pe??con?(?l1??l2??l4??l?5?l)（使用阶段扣除全部损失的有效预应力值）6?1??con?(?l1??l2??l4)（张拉锚固阶段的有效预应力）

预应力计算结果

单元号123415节点号123415弯矩(KN.m)1.85E+042.20E+042.00E+041.97E+041.05E+04剪力(kN)1.58E+03-1.64E+03-2.06E+03-3.92E+03-1.85E+03轴力(KN)3.11E+043.77E+043.81E+044.55E+047.20E+04