张家口市城市快速路北环线清水河大桥设计

河北工业大学2011届本科毕业设计说明书毕业设计域浆2孝0散1洁1窗年芦掌0丽6逼尝月陷改0锣5零析日概述1.1设计资料清水河大桥位于张家口市城市快速路北环线上，横跨清水河，是连接东环和西环的重要桥梁之一。设计速度60Km/h，双向六车道，设计荷载为公路I级，设计洪水频率1/300，结构设计基准期100年，抗震烈度7度，设计风速31.1m/s,设计风压0.55KN/m2。本地区气候属暖温与中温之过渡带的东亚半干旱大陆性季风气候，全年长时间受蒙古高气压控制，春季风强，夏季凉爽，雨量集中，秋季短促，冬季漫长少雪。年平均气温7.5℃，1月平均气温-10.5℃，极端最低气温-26℃，7月平均气温23.2℃，极端最高气温40.9℃。年均降水量406毫米，无霜期144天，年均日照2877小时。最大冻土深度1.63m。路线经过区域所处地质构造单元属中朝准地台燕山沉降带冀北断褶束之宣龙复向斜的西段，主要由太古界崇礼群变质岩系组成基底，中元古界以来的地层构成盖层。构造形迹以开阔褶皱及高角度断层为主；新生代则以垂直升降运动为主。张家口盆地就是沿东西向断裂所形成的构造盆地。主要设计指标有：1）设计荷载：公路I级2）桥面宽：0.5米（护栏）+13.25米（车行道）+1米（中央分割带）+13.25米（车行道）+0.5米（护栏）=28.5m3）设计车道：6车道4）设计车速：60km/h5）地震烈度：基本烈度6度，按7度设防6）桥面横坡：双向2%横坡7）桥面纵坡：3.0%以内8）温度：1月平均气温-10.5℃，极端最低气温-26℃，7月平均气温23.2℃，极端最高气温40.9℃。1.2设计过程1）分析桥涵水文，地质资料，气象资料等2）初步确定桥梁方案，进行拟定比对3）确定桥梁最终桥型及横断面4）合理确定桥梁的总体布置，桥梁分孔5）初拟桥梁上下部结构造型及尺寸6）上部结构计算（包括恒载和活载等）7）下部结构计算8）结构设计及配筋计算9）使用阶段和施工阶段的强度刚度验算10）绘制施工图，包括总体布置图，主梁钢筋（普通钢筋和预应力筋）布置图，下部结构一般布置图11）编写设计计算说明书1.3方案比选依据设计资料，桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥和斜拉桥。从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，全桥长192m，设计荷载为公路I级，可以初步的选定以下三种桥型：下承式系杆拱桥图1.1下承式系杆拱桥单位：cm图1.1下承式系杆拱桥单位：cm下承式拱桥的行车道位于拱肋的下部，桥面系（行车道，人行道，栏杆等）用吊杆挂在拱肋下。拱桥的静力特点是，在竖直力作用下，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。如在均布荷载的作用下，简直梁的跨中弯矩为，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。其优点是桥型美观，尤其是在城市中是为数不多的城市建筑的亮点，更继承了中国古老的石拱桥的各项优点。不仅在受力上保持了上承式拱桥的基本力学特性，也可以充分的发挥拱圈混凝土材料的抗压性能，而且构件简洁明快，具有广泛的适用场合。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。在不等跨的多孔连续拱桥中，为了平衡左右桥墩的水平推力，将较大跨径一孔的矢跨比加大，做成下承式拱桥，可以减小大跨的水平推力。而且可以减小路线转弯的障碍。但是它对施工的要求较高，而且需要一支专业的施工队伍，对总体道路的工期有一定的影响。2）斜拉桥斜拉桥是一种桥面体系以主梁受轴向力（密索体系）或受弯（稀索体系）为主，支承体系以拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。斜拉桥的拉索相当于在主梁跨内增加了若干弹性支承，使主梁跨径明显减小，因此大大减小了梁内弯矩，梁体尺寸和重力等，使桥梁的跨越能力显著增大。独塔斜拉桥也具有桥型美观，抗风性能好，虽然跨度会相对较小，不过也具有一定跨越能力，但是由于它是一种高次超静定结构，计算量大，而且施工技术高，难度大，费用高，因此一般不适用于小跨径桥梁。图1.2斜拉桥单位：cm图1.2斜拉桥单位：cm3）预应力混凝土连续梁桥近二十年来，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土梁式桥的主要桥型之一，在40—200米的范围内，与其他的结构体系相比，常成为最佳桥型方案。混凝土连续梁桥在垂直荷载作用下，支座仅产生垂直反力，而无水平推力。连续梁可以做成两跨或是三跨以及多跨一联的。通过计算可知，在恒载的作用下，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，因此相对而言，弯矩分布更加的合理。它的优点是结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构，整体性好，刚度较大，变性较小，动力性能好，主梁变形绕曲线平缓，有利于高速行车。受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。此标段处于北环线快速路上，因此连续梁的有利高速行车更加符合要求，加之其施工难度相对较小，施工技术相对较低。同时，钢筋混凝土连续梁桥不易装配化施工，而花费较高费用现浇却仍然会产生裂缝，仅在城市高架桥，小半径弯桥中有少量使用。而预应力混凝土连续梁桥却应用非常广泛，随着悬臂施工法等技术的发展，预应力的技术优点使设备机械化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。图1.3预应力混凝土连续梁桥单位：cm由上可知.预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力。预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。因此综合考虑选择预应力混凝土连续梁桥。在梁的横截面选择上，桥梁截面形式可考虑箱形梁、空心板、T型梁等梁型。空心板和箱梁的设计方法基本是一样的，均属受弯构件，所不同的是构件的截面高度。受弯构件在设计时，不仅强度要满足要求，其变形（挠度）也有一定的要求，不能超过规范的允许值。受均布荷载受弯构件的跨中最大挠度，与构件跨度的四次方、荷载的大小成正比，而与构件截面高度的三次方、构件截面的宽度成反比。也就是说，当挠度值固定时，要加大构件的跨度，就必须增加构件的截面高度（增加宽度作用不大）。空心板由于受建筑要求的限制，截面高度不可能太大，所以它的跨度也就受到了限制。箱形梁由于截面高度较大，所以它的跨度也就比空心板大得多。所以空心板主要应用于小跨径桥梁上，而且自重大，截面用料不经济。T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟，跨越能力大，施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状,景观效果差。单箱双室梁截面方案的结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好，施工方便，材料用料经济，因此综合以上比选，综合考虑确定采用两个对称的单箱双室截面，其中截面形式如下：图1.4箱梁截面图单位dm方案比较预应力混凝土连续梁下承式拱桥独塔斜拉桥适用性受力情况比较合理，不易开裂。河床压缩相对较多，汛期泄洪能力相对较差主跨跨越河道，河床压缩较少，汛期泄洪能力较好。主桥桥长较短，单住斜拉桥可满足要求，河床压缩少，汛期泄洪能力较好安全性⒈跨径适中，结构施工方便，工期较短⒉箱梁构件可工厂化预制施工，质量可靠，工期有保证，但需要预制厂与吊装设备。⒊行车平顺舒适桥梁整体性好，悬臂现浇施工难度相对较大。⒈桥型复杂，施工难度大，工期长⒉后期营运养护费用高⒊行车较平顺美观性桥型简洁明快，与环境协调桥型简洁明快，与环境协调桥型美观，气势雄伟，但在山区没有必要工期较短较长较长方案排名最优较好较差2初步设计2.1方案介绍本桥总跨径190米，为40+2*55+40五跨连续箱梁结构，施工方式为满堂支架，其截面尺寸图如下：图2.1横截面尺寸图(dm)2.2设计标准1、设计荷载：公路I级2、桥全宽:0.5米（护栏）+13.25米（车行道）+1米（中央分割带）+13.25米（车行道）+0.5米（护栏）=28.5m3、设计车速：60km/h4、桥梁纵坡：2.0%5、桥梁横坡：双向2%横坡6、地震烈度：基本烈度6度，按7度设防2.3主要材料选择1、混凝土：(1）桥面沥青混凝土铺装：容重23KN/m3(2）连续梁：C50(3）桩基、承台、桥墩、桥台、搭板：C402、钢筋：（1）预应力筋：箱梁纵向预应力束采用φ15.2mm高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度1860MPa，E=1.95×105MPa。（2）辅助钢筋：II级钢筋3桥面板计算和梁的有效宽度计算3.1桥面板的计算桥面板的计算采用标准车加局部荷载，对板进行局部验算和配筋。桥总宽为28.5米，按6个车道设计。其内力的计算在后边的恒载内力计算中有说明。3.2梁有效宽度的计算(1）桥的剪力滞理论箱型梁和T型梁由于剪力滞效应，在梁承受弯矩时，顶底板所受的拉压应力，随着离腹板的距离越远，受力越小，所以不是全梁在受力，如果按照全梁截面进行受力分析，必然导致不安全。目前，桥梁剪力滞计算的方法很多，有有线条法，比拟杆法，差分法等，但目前应用较为方便应用也较广泛的是等效宽度法，规范上给出了计算方法。本设计采用次种方法。宽度法考虑梁剪力滞效应:1)简支梁和连续梁各跨中部梁段，悬臂梁中间跨的中部梁段：Bmi=ρfbi2)简支梁支点，连续梁边支点及中间支点，悬臂梁悬臂段：Bmi=ρsbi(2)桥的剪力滞计算如图所示，将梁根据腹板的数目分成如图6的的各种小梁，分别进行计算。图2.2梁截面分隔（dm）A=9.945m2I=10.7925m4型心轴距上1.104m距下1.596m1）边跨的计算：图2.3考虑剪力滞效应的边跨截面尺寸A=9.8068m2I=10.6315m4型心轴距上1.1127m距下1.5873m根据平行移轴定理移到1.104处换算为I=10.6388m42）中跨的计算：图2.4考虑剪力滞效应的中跨截面尺寸A=9.8m2I=10.6248m4型心轴距上1.113m距下1.587m根据平行移轴定理移到1.104处换算为I=10.6326m44主梁内力计算4.1恒载的内力计算（1）一期恒载即梁的恒载内力计算：梁的恒载集度：=Aγ=9.945×25=248.625kN/m（2）二期恒载桥面铺装和栏杆的内力计算：桥面的恒载集度=0.09×14.25×23+22.5=52.00kN/m（3）恒载集度q=+=248.625+52.00=300.625kN/m图4.1弯矩图图4.2剪力图恒载作用下截面弯矩和剪力大小如下表：表1恒载作用下各截面弯矩与剪力跨数位置距本跨支点的距离(m)弯矩（kN/m）剪力(kN)1000.004310．641/41028075.21304.391/22026087.89-1701.863/430-5961.91-4708.11140-68074.22-7714.36200-68074.228056.961/413.2514290.533923.371/318.3329115.022545.51/227.539818.36-210.232/336.6725260.85-2965.963/441.258509.28-4343.82155-79636.72-8477.41300-79636.728477.411/413.258509.284343.821/318.3325260.852965.961/227.539818.36210.232/336.6729115.02-2545.53/441.2514290.53-3923.37155-68074.22-8056.96400-68074.227714.361/410-5961.914708.111/22026087.891701.863/43028075.2-1304.391400.00-4310．644.2活载的内力计算荷载设计等级是公路I级，（1）冲击系数的计算：应用规范给定的公式进行计算。计算正弯矩和剪力效应时，因1.5Hz≤f1≤14Hz，故μ1=0.1767lnf1-0.0157=0.145因1.5Hz≤f2≤14Hz故μ2=0.1767lnf2-0.0157=0.24注：当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μ1；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用μ2。（2）横向分布系数的计算：1）截面特性：截面特性：面积A=9.945，抗弯惯性距I=10.7925，抗扭惯性距J=24.65982）偏心压力法：将梁的整体横截面做如图所示的分割，将梁分成三部分I=3.301m4I=3.89m4偏心压力法：边梁：图4.4边梁横向加载—三车道偏载边梁汽车荷载的横向分布系数=（0.8+0.66+0.56+0.42+0.32+0.17）/2=1.47；全梁汽车荷载的增大系数3）修正偏心压力法：箱型梁的抗扭惯性矩较大，一般采用修正偏心压力法其中为抗弯惯距换算系数，为简支跨中作用单位力时产生的挠度与连续梁跨中作用单位力时的挠度比值，采用结构力学求解器进行计算。边跨Cw=1.35中跨Cw=1.97为抗扭惯距换算系数，取=1为混凝土弹性模量=3.45×MPa，为混凝土剪切模量G=0.4边跨中间跨边跨的计算：图4.5边跨边梁横向加载—三车道偏载边梁汽车荷载横向分布系数中间跨的计算：图4.6中跨边梁横向加载—双车道偏载边梁汽车荷载横向分布系数综上所述，取最大的横向分布系数，即按照边跨计算的横向分布系数：全梁汽车荷载的增大系数：4）偏心压力法和修正偏心压力法的比较：箱型梁桥有较大的抗扭刚度，修正后的横向分布比修正前整体降低很多，根据文献《桥跨结构简化分析荷载横向分布》胡肇兹主编，修正偏心压力法在计算箱梁的横向分布比较精确。在计算连续梁的横向分布方面，各种参考书都给了不同的方法，总体分为：等代简支梁和桥梁跨径进行修正。在考虑到抗扭合连续梁同时修正方面，文献《桥梁计算理论》程翔云编著用薄壁板结构力学解出的公式是比较精确的。故采用偏心压力法计算所得的增大系数,即：全梁汽车荷载的增大系数（3）汽车荷载的内力计算汽车荷载的加载过程事例（用结构力学求解器）：弯矩：边跨1/2处的弯矩影响线：图4.7边跨1/2处的弯矩影响线该处最大影响线指为8.29b、中跨1/2处的弯矩影响线：图4.8中跨1/2处的弯矩影响线该处最大影响线值为9.243综上所述，取跨中处截面的影响线为最不利影响线。c、最大汽车荷载弯矩加载如图图4.9中跨1/2处正弯矩纵向加载中跨1/2处汽车最大正弯矩为5654.4d、最小汽车荷载弯矩加载图示：图4.10中跨1/2处负弯矩纵向加载中跨1/2处汽车最小弯矩为-1336.51剪力：a、剪力影响线图示：图4.11中跨1/2处的剪力影响线根据剪力影响线，最大剪力加载如图所示：图4.12中跨1/2处正剪力纵向加载中间跨1/2处汽车最大正剪力为：314.46kN负剪力加载如图所示：图4.13中跨1/2处负剪力纵向加载中间跨1/2处汽车最小负剪力为：-314.78kN3）单车道正中加载（弯矩+或剪力）各控制界面的内力计算结果如表。表2车道车载截面内力跨数位置距本跨支点的距离(m)弯矩(Kn/m)剪力（kN）正弯矩负弯矩正剪力负剪力1000.000.00115.25-66.861/410-899.742780.5910.25-66.861/220-1799.484511.17-94.75-66.863/430-2699.221991.76-199.75-66.86140-3598.96-1577.7-304.75-66.86200-3598.96-1577.7314.46405.971/413.752020.3-1457.1314.46261.591/318.333452.24-1416.9314.46213.471/227.55654.4-1336.5314.46117.222/336.673674.27-1256.1-213.79-314.783/441.252353.35-1219.9-216.92-314.78155-2932.86-1095.4-406.29-314.78300-2932.86-1095.438.91343.961/413.25-2208.451660.8338.91199.581/318.33-1966.982138.4238.91151.461/227.5-1484.042431.8738.9155.212/336.67-1001.101843.0338.91-41.043/441.25-759.631217.7538.91-89.17155-35.22-1981.5238.91-233.54400-35.22-1981.52215.1327.521/4101584.58-1486.14110.1327.521/2202082.39-990.765.1327.523/4301566.19-495.38-99.8727.521400.000.00-204.8727.524）汽车荷载计入冲击力和增大系数（即三车道偏载）时，或μ1=0.145μ2=0.24表3三车道车载截面内力跨数位置距本跨支点的距离(m)弯矩(Kn/m)剪力（kN）正弯矩负弯矩正剪力负剪力100.0000385.9866-223.9221/410.00-3013.3410085.234.32853-223.9221/220.00-6026.6916362.02-317.33-223.9223/430.00-9040.027224.113-668.987-223.922140.00-12053.3-5722.32-1020.65-223.922200.00-12053.3-5722.321053.1661359.6451/413.756766.237-5284.91053.166876.09761/318.3311561.98-5139.11053.166714.93771/227.5018937.3-4847.491053.166392.58452/336.6712305.59-4555.87-716.009-1054.243/441.257881.664-4424.57-726.492-1054.24155.00-9822.51-3973.02-1360.71-1054.24300.00-9822.51-3973.02130.31451151.9651/413.25-7396.376023.831130.3145668.41841/318.33-6587.667756.05130.3145507.25841/227.50-4970.238820.393130.3145184.90522/336.67-3352.816684.669130.3145-137.4483/441.25-2544.094416.779130.3145-298.641155.00-117.956-7186.97130.3145-782.154400.00-117.956-7186.97720.497392.167921/410.005306.957-5390.23368.839192.167921/220.006974.184-3593.4917.1810292.167923/430.005245.366-1796.75-334.47792.16792140.0000-686.13692.167925其他因素引起的内力计算5.1温度次内力包括：1）年平均温差引起的内力；2）呈线性变化的温度梯度引起的内力。本设计为连续梁，桥纵向只设置了一个纵向约束支座，纵向伸缩变形不产生次内力，因此年平均温差不引起此内力，只计算温度梯度引起的次内力。温度梯度的取值，应根据《通用规范》给定：图5.1温度梯度图桥面铺装为90mm的沥青混凝土，，梁高大于40cm，取A=30cm用全截面等效的箱型截面计算：图5.2截面温度梯度划分A=9.8m2I=10.6248m4型心轴距上1.113m距下1.587m其中，混凝土弹性模量：混凝土和钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土的线膨胀系数：表4温度梯度作用下内力跨数位置距本跨支点的距离(m)弯矩(kN*m)剪力(kN)1000125.761/410-1257.62125.761/220-2515.23125.763/430-3772.85125.76140-5030.46125.76200-5030.46125.761/413.25-4680.87-25.431/318.33-4562.01-25.431/227.5-4331.27-25.432/336.67-4100.54-25.433/441.25-3981.68-25.43155-3632.08-25.43300-3632.08-25.431/413.25-3981.6825.431/318.33-4100.5425.431/227.5-4331.2725.432/336.67-4562.0125.433/441.25-4680.8725.43155-5030.4625.43400-5030.4625.431/410-3772.85-125.761/220-2515.23-125.763/430-1257.62-125.761400-125.765.2支座位移引起的内力计算由于支座处的竖向反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降，连续梁是对支座沉降敏感的结构，所以由它引起的内力是构成内力的重要组成部分。根据本次设计的地质情况，取四跨连续梁的四个支点每个支点分别沉降0.5cm，其余支点不动，所得的内力进行叠加，取最不利的内力范围。采用MIDAS直接得出最不利的支座沉降内力。表5支座位移引起的内力跨数位置距本跨支点的距离(m)MaxMin剪力(kN)弯矩(kN*m)剪力(kN)弯矩(kN*m)10084.270-87.101/41084.27871.04-87.1-842.711/22084.271742.08-87.1-1685.413/43084.272613.13-87.1-2528.1214084.273484.17-87.1-3370.8320084.273484.17-87.1-3370.831/413.25127.251805.64-117.81-1822.081/318.33127.251401.84-117.81-1462.41/227.5127.251065.2-117.81-1211.412/336.67127.251191.67-117.81-1423.533/441.25127.251575.17-117.81-1851.16155127.253108.9-117.81-3514.66300127.253108.9-117.81-3514.661/413.2591.471851.16-127.25-1764.951/318.3391.471423.53-127.25-1170.051/227.591.471211.41-127.25-633.232/336.6791.471462.4-127.25-559.523/441.2591.471822.08-127.25-751.9315591.473484.17-127.25-1922.0540091.473484.17-127.25-1922.051/41087.12613.13-48.05-1393.491/22087.11742.08-48.05-961.033/43087.1871.04-48.05-480.5114087.10-48.0505.3徐变引起的内力静定结构由混凝土的徐变不会产生徐变次内力。对于超静定结构，混凝土徐变受到多余约束的制约，从而引起徐变次内力，徐变次内力的存在使结构的内力重分布，重分布后的内力可按规范方法进行计算。实际上，徐变次内力是由于体系转换（即从静定结构到超静定结构）而产生的，因此在施工时应尽量避免反复的体系转换次数。本设计为满堂支架施工，没有体系转换，故不考虑徐变次内力。6内力组合6.1承载能力极限状态组合1.2恒载+0.5支座位移+1.4汽车荷载+0.8*1.4温度梯度结果如下表：表6承载能力极限状态内力位置距本跨支点的距离(m)MaxMin剪力(kN)弯矩(kN*m)剪力(kN)弯矩(kN*m)005836.39404938.97201/4101736.57228674.621331.47246155.71/220-2363.2521274.22-2276.0350904.673/430-6463.07-22201.1-5883.53-2001.99140-10562.9-101751-9491.03-96315.60011266.02-10175111651.55-96315.61/413.256157.55522936.945850.7544251.4831/318.334504.11147354.953971.68622541.311/227.51197.23570582.21213.515936145.22/336.67-4586.4944118.15-5118.9119204.513/441.25-6254.618131-6772.35-810.888155-12102.8-111321-11732.7-1064430010330.41-11132111701.82-1064431/413.255419.946-3120.256109.66613859.981/318.333766.51417783.534230.6136567.941/227.5459.637737184.77472.439755569.322/336.67-2847.2426504.52-3285.7339546.033/441.25-4500.689910.697-5164.8518368.91155-9460.99-85042-10802.1-97641.70010290.85-850429347.564-97641.71/4106042.862-2115.385631.497-19094.81/2201943.0439475.442023.99723329.143/430-2156.7840236.8-1583.529702.07140-6256.610-519106.2正常使用极限承载能力组合（1）作用短期效应组合恒载+0.7汽车荷载+0.8温度作用+1.0支座沉降表7短期效应组合内力位置距本跨支点的距离(m)MaxMin剪力(kN)弯矩(kN*m)剪力(kN)弯矩(kN*m)004765.70804167.40201/4101513.29825830.811161.15233286.031/220-1739.1221599.1-1845.133843.713/430-4991.52-12695.1-4851.35-6451.43140-8243.94-77051.7-7857.6-79475008979.054-77051.79022.22-794751/413.254767.49217087.844398.4845024.3241/318.333389.62234960.642907.80320405.641/227.5633.892250674.65-73.574931748.692/336.67-3360.2631786-3842.0817367.783/441.25-4745.4612416.27-5219.94375.577155-9323-86309.2-9353.53-88838.2008675.536-86309.29145.631-88838.21/413.254546.8541997.6374704.8077775.6681/318.333168.99418792.593214.13526239.61/227.5413.264234085.59232.757741894.392/336.67-2342.4624580.85-2748.6229585.163/441.25-3720.3310587.05-4239.3312885.65155-7853.92-68697-8711.37-79051.5008330.522-686977671.972-79051.51/4104952.789-2652.194623.97-14146.81/2201700.37930699.711617.7220599.233/430-1552.0331611.9-1388.5425330.87140-4804.440-4394.790（2）作用长期效应组合：恒载+0.4汽车荷载+0.8温度梯度+支座沉降表8长期效应组合内力位置距本跨支点的距离(m)MaxMin剪力(kN)弯矩(kN*m)剪力(kN)弯矩(kN*m)004649.91204234.5801/4101502.99926734.811228.3330260.471/220-1643.9223407.11-1777.9228935.13/430-4790.83-9983.07-4784.17-8618.66140-7937.74-73435.7-7790.42-77758.3008663.104-73435.78614.326-77758.31/413.254451.54215057.974135.6556609.7941/318.333073.67231492.042693.32121947.371/227.5317.942444993.46-191.3533202.942/336.67-3145.4528094.32-3525.8118734.543/441.25-4527.5110051.77-4903.671702.948155-8914.78-83362.5-9037.26-87646.3008636.442-83362.58800.042-87646.31/413.254507.764216.5484504.2815968.5181/318.333129.920768.883061.95723912.791/227.5374.169835576.66177.286139248.272/336.67-2381.5625586.69-2707.3927579.763/441.25-3759.4311350.28-4149.7411560.62155-7893.02-68661.6-8476.73-76895.4008114.373-68661.67644.321-76895.41/4104842.137-4244.284596.319-12529.81/2201695.22428607.461590.06921677.283/430-1451.6930038.29-1416.1825869.89140-4804.450-4394.7807预应力配筋的估算一般预应力混凝土梁钢筋数量估计的方法是：根据构件正截面抗裂性确定预应力钢筋的数量。预应力钢筋数量估算时截面特性可取全截面特性。按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量:全预应力混凝土梁按作用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的要求，由此得到由上式稍作变化，即可得到全预应力混凝土梁满足作用短期效应组合抗裂验算所需的有效预加力，即式中Npe—使用阶段预应力钢筋永存应力的合力；—按作用短期效应组合计算的弯矩值；A—构件混凝土截面面积；W—构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；—预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离.求得Npe的值后，再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）就可以估算出所需的预应力钢筋的总面积ApNpe/(10.2)Ap确定之后，则可按一束预应力钢筋的面积Ap1算出所需的预应力钢筋束数为式中的Ap1为一束预应力钢筋的截面面积。通过计算可知：预应力钢筋通长布置210束，另外在支座处添加300束。8预应力损失及有效应力的计算根据《桥规》（JTGD62-2004）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，应考虑由下列因素引起的预应力损失：预应力钢筋与管道壁之间的摩擦σl4锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩σl2预应力钢筋与台座之间的温差σl3混凝土的弹性压缩σl4预应力钢筋的应力松弛σl5混凝土的收缩和徐变σl6说明：从计算概念上，每根预应力束在每个截面的预应力损失都不一样，但是由于本设计是毕业设计教学环节，时间有限，所以进行一定的简化，假定预应力束在每个截面的损失相等。8.1预应力损失的计算预应力损失包括：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项。8.1.1摩阻损失预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失可按下式计算：σcon——张拉钢筋时锚下的控制应力（=0.75）,μ——预应力钢筋与管道壁的摩擦系数，对金属波纹管，取0.2θ——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。表8.1系数k及μ的值管道类型Kμ橡胶管抽芯成型的管道0.00150.55铁皮套管0.00300.35金属波纹管0.0020～0.00300.20～0.268.1.2锚具变形损失由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失，可按下式计算：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。8.1.3混凝土的弹性压缩后张预应力砼构件的预应力钢筋采用分批张拉时，先张拉的钢筋由于张拉后批钢筋所产生的砼弹性压缩引起的应力损失，可按下式计算——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力；——预应力钢筋与混凝土弹性模量比。若逐一计算的值则甚为繁琐，可采用下列近似计算公式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：式中M1为自重弯矩。注意此时计算Np时应考虑摩阻损失、锚具变形及钢筋回缩的影响。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）。8.1.4钢束松弛损失钢束松弛（徐变）引起的应力损失（）此项应力损失可根据〈〈公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2004表6.2.6条的规定，按下列公式计算。对于钢丝、钢绞线，本设计中采用=ψ·ξ（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；——传力锚固时的钢筋应力，对后张法构件=；对先张法构件，=-。8.1.5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式中：、——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；、——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；——截面回转半径，，后张法采用净截面特性、——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；——预应力钢筋传力锚固龄期为，计算考虑的龄期为t时的混凝土收缩、徐变，其终极值可按〈〈公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2004中表6.2.7取用；——加载龄期为，计算考虑的龄期为t时的徐变系数，可按〈公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2004中表6.2.7取用.8.2有效预应力的计算预应力损失的最后结果应列表给出各个截面的各项预应力损失、张拉锚固阶段和使用阶段的有效预应力以及使用阶段扣除全部损失的有效预应力值。（使用阶段扣除全部损失的有效预应力值）（张拉锚固阶段的有效预应力）9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个阶段的验算。验算中用到的计算内力值为第七章内力组合值。本章后续内容为：先进行破坏阶段（即承载能力极限状态下）的截面强度验算，再进行正常使用极限状态下的截面应力验算。根据《预规》JTGD62-2004对于全预应力梁在使用荷载作用下，只要截面不出现拉应力就不必进行抗裂性验算。9.1正截面抗弯承载力和斜截面抗剪验算在承载能力极限状态下，预应力混凝土梁沿着正截面和斜截面都有可能破坏.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也不考虑普通钢筋的影响，所以有：1当符合下列条件时（9.1-1）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：（9.1-2）混凝土受压区高度应按下式计算：（9.1-3）截面受压区高度应符合下列要求：（9.1-4）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（9.1-5）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（9.1-6）2当不符合公式（8.1-1）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：（9.1-7）此时，受压区高度应按下列公式计算，应应符合（8-4）、（8-5）、（8-6）的要求。（9.1-8）式中—桥梁结构的重要性系数，按《预规》JTGD62-2004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《预规》JTGD62-2004表3.1.4采用；—纵向预应力钢筋的抗拉强度设计值，按《预规》JTGD62-2004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；—T形或I形截面受压翼缘的有效宽度，按《预规》JTGD62-2004第4.2.2的规定采用。使用阶段正截面抗弯验算跨数位置距本跨支点的距离(m)rMuMn(kN-m)(kN-m)100038752.5251/41024171.67591501.5641/22017718.23591523.4213/43010351.04639369.925140-75640.777182799.966200-75640.777182799.9661/413.7539125.60363365.4131/227.569815.18892466.3253/441.2518590.70952644.025155-123041.23208662.824300-123041.23208662.8241/413.2521540.65352644.0251/227.570660.51392466.3253/441.255247.92160608.485155-75890.957182799.966400-75890.957182799.9661/4109411.55836246.6071/22057270.80883096.3723/43024222.28187583.252140024767.34使用阶段斜截面抗剪验算跨数位置距本跨支点的距离(m)rVdVn(kN)(kN)100-4066.13413401.931/410-762.82312808.221/2203620.58512787.763/4308609.72213357.0314016730.8724060.38200-11434.3824060.381/413.75-3058.6411722.511/227.51958.60910905.73/441.258303.96210666.6515519639.11424527.76300-13873.5424527.761/413.25-4174.83510666.651/227.5671.74210905.73/441.256890.65611235.7815516846.9224060.38400-11313.8424060.381/410-4660.64912901.051/220-831.56113435.583/4303497.24614038.541404075.66613045.989.2持久状况正常使用极限状态应力验算预应力混凝土连续梁在各个受力阶段均有其不同受力特点。从一开始施加预应力，其预应力钢筋和混凝土就开始处于高应力下。为保证构件在各个阶段的安全，除了要进行强度验算外，还必须对其施工和使用阶段的应力情况分别进行验算。9.2.1正截面抗裂验算1)正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求：1、全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下预制构件（9.2.1-1）分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件（9.2.1-2）2、A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下（9.2.1-3）但在荷载长期效应组合下（9.2.1-4）式中—在作用（或荷载）短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，按公式（9.2.2-1）计算；—在荷载长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，按公式（9.2.2-2）计算；—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预压力，按《预规》JTGD62-2004第6.1.5条规定计算；—由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力，按《预规》JTGD62-2004第6.3.3条规定计算；—混凝土的抗拉强度标准值，按《预规》JTGD62-2004表3.1.3采用。受弯构件由作用（或荷载）产生的截面抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，应按下列公式计算：（9.2.1-9）（9.2.1-10）式中—按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值；—按荷载长期效应组合计算的弯矩值，在组合的活荷载弯矩中，仅考虑汽车、人群等直接作用于构件的荷载产生的弯矩值。使用阶段正截面抗裂验算跨数位置距本跨支点的距离(m)正截面应力最大值（MPa）正截面拉应力允许值（MPa）边跨002.80500.258.751.55100.517.51.10600.7526.251.45101351.0550中跨000.22800.2512.50.34600.525-1.55100.7537.50.2930150-1.1610边跨00-2.19200.258.750.53500.517.5-1.48700.7526.25-0.08301351.2540边跨000.34500.258.751.500.517.51.62800.7526.251.43301351.6709.2.2斜截面抗裂验算斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算，并应符合下列要求：全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下预制构件（9.2.2-1）现场浇筑（包括预制拼装）构件（9.2.2-2）式中—由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力，按（8.2.2-3）计算；—混凝土的抗拉强度标准值，按《预规》JTGD62-2004表3.1.3采用。预应力混凝土受弯构件由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力和主压应力，应按下列公式计算；（9.2.2-3）（9.2.2-4）（9.2.2-5）（9.2.2-6）（9.2.2-7）（9.2.2-8）式中—在计算主应力点，由预加力和作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩产生的混凝土法向应力；—由竖向预应力钢筋的预加力产生的混凝土竖向压应力；—在计算主应力点，由预应力弯起钢筋的预加力和按作用（或荷载）短期效应组合计算的剪力产生的混凝土剪应力；当计算截面作用有扭矩时，尚应计入由扭矩引起的剪应力；对后张预应力混凝土超静定结构，在计算剪应力时，尚宜考虑预加力引起的次剪力；—在计算主应力点，由扣除全部预应力损失后的纵向预加力产生的混凝土法向预压应力；--是由预加力在后张法预应力混凝土连续梁等超静定结构中产生的次弯矩；epn—净截面重心至计算纤维处的距离；—换算截面重心轴至计算主应力点的距离；—在同一截面上竖向预应力钢筋的肢数；ypn、ypn’—受拉区、受压区预应力钢筋合力点至净截面重心轴的距离；--纵向预应力钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力、—竖向预应力钢筋、纵向预应力弯起钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力；AP、AP’—受拉区、受压区预应力钢筋的截面面积；—单肢竖向预应力钢筋的截面面积；—竖向预应力钢筋的间距；—计算主应力点处构件腹板的宽度；—计算截面上同一弯起平面内预应力弯起钢筋的截面面积；、—计算主应力点以上（或以下）部分换算截面面积对换算截面重心轴、净截面面积对净截面重心轴的面积矩；—计算截面上预应力弯起钢筋的切线与构件纵轴线的夹角。由于本设计未考虑竖向预应力的影响，所以=0。使用阶段斜截面抗裂验算跨数位置距本跨支点的距离(m)主拉应力最大值（MPa）主拉应力允许值（MPa）边跨006.10919.440.258.757.6619.440.517.57.27119.440.7526.256.2319.441356.33419.44中跨006.33419.440.2512.56.05519.440.5256.69919.440.7537.55.08219.441505.11119.44边跨006.70619.440.258.756.04619.440.517.56.119.440.7526.256.119.441356.39419.44边跨006.23719.440.258.757.04819.440.517.56.12219.440.7526.256.10919.441357.6619.449.3短暂状况预应力混凝土受弯构件应力验算预应力混凝土受弯构件按短暂状况计算时，由预加力和荷载产生的法向应力按（8.2.2-7）、（8.2.3-2）公式进行计算。此时，预应力钢筋应扣除相应阶段的预应力损失，荷载采用施工荷载，截面性质采用净截面见表8-1。在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：1压应力（9.3-1）2拉应力1）当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.2％的纵向钢筋；2）当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.4％的纵向钢筋；3）当时，预拉区应配置的纵向钢筋配筋率按以上两者直线内差取用。式中、——按短暂状况计算时截面预压区、预拉区边缘混凝土的压应力、拉应力；、——与制作、运输、安装各施工阶段混凝土立方体抗压强度相应的抗压强度、抗拉强度标准值。使用阶段正截面压应力验算跨数位置距本跨支点的距离(m)最大压应力值(MPa)压应力允许值(MPa)边跨006.10916.20.258.757.6616.20.517.57.27116.20.7526.256.2316.21356.33416.2中跨006.33416.20.2512.56.05516.20.5256.69916.20.7537.54.8116.21509.49316.2边跨009.49316.20.258.755.11116.20.517.56.70616.20.7526.256.04616.21356.116.2边跨006.116.20.258.756.39416.20.517.56.23716.20.7526.257.04816.21356.12216.2使用阶段斜截面主压应力验算跨数位置距本跨支点的距离(m)主压应力最大值(MPa)主压应力允许值(MPa)边跨006.10919.440.258.757.6619.440.517.57.27119.440.7526.256.2319.441356.33419.44中跨006.33419.440.2512.56.05519.440.5256.69919.440.7537.54.8119.441509.49319.44边跨009.49319.440.258.755.11119.440.517.56.70619.440.7526.256.04619.441356.119.44边跨006.119.440.258.756.39419.440.517.56.23719.440.7526.257.04819.441356.12219.449.4预应力钢筋中的拉应力验算(9.4.3-1)（9.4.3-2）式中——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；——受拉区预应力钢筋扣除全部预应力损失后的有效应力；——混凝土法向拉应力，按（9.4.3-2）计算；——预应力钢筋应力。受拉区钢筋的拉应力验算验算Sig_DLSig_LLSig_ADLSig_ALL(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)通长OK1189.1231191.50513951209支座1OK1189.721193.68613951209支座2OK1190.0131198.90713951209支座3OK1185.7491194.79213951209表中Sig_DL 施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋的有效应力；Sig_LL扣除全部预应力损失并考虑使用阶段作用标准值引起的钢束应力变化后的预应力钢筋的拉应力；Sig_ADL施工阶段预应力钢筋张拉控制应力允许值；Sig_ALL使用阶段预应力钢筋拉应力允许值。10挠度的计算与验算预拱度的设计10.1挠度计算除对结构进行应力验算外，还须对结构的变形验算，根据〈〈公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉〉JTGD62—2004的第6.5.2条相关规定：钢筋混凝土桥梁，以汽车荷载（不计冲击力）计算上部构造最大竖向挠度，不应超过下面的值： 梁式桥主梁跨中 此处L为计算跨径，采用平板挂车或覆板带车荷载验算时，上述允许挠度可增加20%,即（1+20％）＝。荷载在一个桥跨范围内移动产生的正负不同的挠度时，计算挠度应为其正负挠度的最大绝对值之和。 由软件计算结果，可查得： 在公路I级汽车活载作用下：边跨跨中最大正挠度为0.002451,最大负挠度为-0.005155；中跨跨中最大正挠度为0.003156,最大负挠度为-0.007766。按规定，<<预规>>第6.5.3条当采用C40～C80混凝土时，=1.45～1.35，中间强度等级可按直线内插取用为挠度长期增长系数所以，C50混凝土长期增长系数取1.42,a)边跨跨中截面最大变形乘以混凝土长期增长系数为：1.42=1.42×（0.002451+0.005155）