根子洲大桥设计

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1、 本科生毕业设计 论 文 学生姓名： 专业班级：道路桥梁工程技术专科 指导教师： 工作单位： 交通学院 设计题目： 根子洲大桥设计 73 目 录 1 绪论 1 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 1 1.2 毕业设计的目的与意义 3 2 基本资料 3 2.1 地形、地质 3 2.2 水文 4 2.3 气象 4 2.4 地质构造及地震 4 2.5 技术标准 5 3 方案比选 5 3.1

2、桥型方案的选择原则 5 3.2 比选方案 5 3.3 推荐方案 8 4 上部结构尺寸拟定及内力计算 8 4.1 桥梁立面布置 8 4.1.1 桥梁总跨径的确定 8 4.1.2 桥梁分孔 8 4.1.3 梁高 9 4.1.4 桥面标高的确定 9 4.2 横截面设计 9 4.2.1 桥面宽度 9 4.2.2 箱形截面细部尺寸 10 4.3 主梁内力计算 12 4.3.1 恒载内力计算 12 4.3.2 活载内力计算 14 4.3.3 内力组合及内力包络图 15 5 预应力钢筋计算及布置 19 5.1 预应力钢筋截面积的估算 19 5.2 预应力钢束布置 25

3、5.2.1 横截面布置 26 5.2.2 立面及平面布置 27 5.2.3 预应力锚具的选择 28 5.3 非预应力钢筋的布置 28 6 桥面板计算 28 6.1 桥面板内力计算 28 6.1.1 单向板的计算 29 6.1.2 悬臂板内力计算 31 6.2 配筋及验算 32 6.2.1 悬臂部分负弯矩配筋计算 32 6.2.2 箱梁顶板正弯矩配筋计算 33 7 主梁截面特性 34 8 预应力损失及有效预应力的计算 38 8.1 预应力损失计算 38 8.1.1 预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失（） 38 8.1.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失

4、（） 39 8.1.3 钢筋与台座间的温差引起的应力损失（） 39 8.1.4 混凝土弹性压缩引起的应力损失（） 39 8.1.5 钢筋松弛引起的应力损失（） 41 8.1.6 混凝土收缩徐变引起的损失（） 42 8.2 有效预应力计算 44 9 截面验算 45 9.1 正截面承载力验算 45 9.1.1 跨中截面承载能力计算 45 9.1.2 支座截面承载能力计算 45 9.2 斜截面承载力计算 46 9.2.1 中间支点处截面 47 9.2.2 梁端支点处截面 48 9.3 应力计算 49 9.3.1 短暂状况的正应力计算 49 9.3.2 持久状况的正应力验

5、算 51 10 桥墩计算 56 10.1 桥墩内力计算 56 10.1.1 永久荷载 56 10.1.2 可变荷载 57 10.2 桥墩配筋计算 59 10.3 桩基础和承台计算 60 11 施工方案设计 67 11.1 确定主要工序的施工方法 67 11.2 主要机具设备及使用的时间 69 11.3 施工进度计划 70 11.4 拟投入的技术工人和辅助作业人员 71 12 结 论 72 致 谢 72 参考文献 73 1 绪论 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简

6、洁美观、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。 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。 为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤

7、。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。但是，在桥梁结构中，随预应力理论的不断成熟和实践的发展，预应力混凝土桥梁结构的运用将越来越广泛。 连续梁和悬臂梁作比较：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

8、，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；但是，在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点，但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者，因为限于当时施工主要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于悬臂施工方法的应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中，则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案重新获得了竞争力，并逐步在40—200米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其优势，成为优

9、胜方案。目前，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。 然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在养护方面都成为一个难题；而T型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续—刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。 另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。在城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交通的分道行驶，甚至已建成不少双层桥面形式。

10、在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，想要在本世纪末赶超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题： （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）在一切适宜的桥址，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，既可节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，技术经济指针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

11、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针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指标和造价指标与很多因素有关，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，而是还应该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，

12、连续—刚构也是未来连续体系的发展方向。 总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。 1.2 毕业设计的目的与意义 毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。 本次设计为(60+3x100+60)m预应力砼连续梁，桥宽为17.6M，设计时考虑单幅的设计。梁体采用单箱单室箱型截面，全梁共分144个单

13、元一般单元长度分为3m、3.5m。除顶板外底板、腹板厚度均采用变厚度。由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间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，且准确性难以保证，所以采用有限元分析软件—midas civil 2006进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。设计过程设计软件及办公软件的频繁使用也锻炼我软件操作的能力。 本设计主要涉及到连续梁的设计计算，这种桥型是目前国内外普遍应用的桥型，其设计和计算的理论和方法比较成熟，这为本次

14、设计提供许多可参考的资料，使得本设计更加合理和接近实际，很好地到达了毕业设计的目的。 由于本人水平有限，且又是第一次从事这方面的设计，难免出现错误，恳请各位老师批评指正。 2 基本资料 2.1 地形、地质 桥位位于某河流中游，流向由南向北偏东，河道巴拉贡岸为台地，属鄂尔多斯隆起北缘，地面层覆盖风积沙。桥位河段河床基本趋于稳定，水流较通畅，河槽较窄且稳定。 根据地质钻探揭示(最大揭露度120米),桥址地层划分如下： 粉细砂层：灰黄色，松散-稍密，湿-饱和，表层为薄层粘性土，局部为砾砂，最大厚度16.5米。 粘土层：灰绿色，可塑-硬塑，湿-饱和，夹亚粘土、亚砂土及砂土层，最大

15、厚度37米。 细砂层：灰黄色，密实，饱和，夹有粘土层及中、粗砾砂，最大厚度30米。 砂砾层：黄褐色，密实，饱和，分选差，含粘土，夹粘土及粉细砂层，最大厚度20米。 细砂层：灰黄色，密实，饱和，夹粘土及砾砂层，厚度30米未揭穿。 2.2 水文 桥址上游43公里处水文站设有水文断面一处，控制集水面积312849平方公里，共有38年实测洪水资料，水文计算结果如下： 三百年一遇设计流量7746m3/s，相应流速2.95m/s，设计水位1053.38m，最大冲深14.40（主河槽），计算最高流冰水位1051.85m，相应流速0.43m/s，调查到桥位处结冰期最高水位1054.40（黄海高程）

16、，相应流速0.68m/s，最高通航水位1052.69m。 桥位段每年12月下旬翌年3月为结冰期，3-4月为流凌期，桥位处调查到流冰最大尺寸为50×14×0.65m，相应流速2.40m/s。 2.3 气象 项目区属温热带内陆性季风气候，四季分明，气候干燥，雨季7-8月，年降雨量144.6m，年蒸发量2380.6mm；平均风速3m/s，最大风速16m/s，主导风向为西北风（WN）；每年11月下旬至翌年3月下旬为冻结期，年平均气温7.6℃。历年最冷月平均气温39.6℃；最大积雪厚度12㎝，最大冻土深度108㎝。 2.4 地质构造及地震 桥址区地形平坦、开阔，海拔1053-1056之间，地下

17、水位较高，埋深约4m左右。桥址位于临河断陷盆地西南边缘地带的磴口-西由嘴断裂上盘，距断裂约3km处，桥址地质构造比较简单，地表均被第四系覆盖，地层进水平，由于地下水位高，场地土质松软，当遭遇中强地震时，表层粉细砂液化为土层。 根据全国地震烈度区划图，该地区基本地震烈度为VII度。 2.5 技术标准 (1)公路等级：一级公路 (2)计算行车速度：80公里/小时 (3)设计荷载：公路I级，人群3.5kN/m2 (4)桥面宽度：双向四车道 (6)地震烈度：按VI度设防。 3 方案比选 3.1 桥型方案的选择原则 1）认真贯彻国家的各项政策、法规，以及国家和部颁标准、规范、

18、规定和办法； 2）使用安全耐久，保养维护方便，行车舒适； 3）技术先进可靠，施工方面、快捷，便于工厂化，标准化施工，确保施工工期； 4）经济上合理适度，上、下部工厂投资适当，节省投资； 5）充分考虑堤防要求，满足江堤防洪和通航的净空要求； 6）尽量减少拆迁、改线的工程量、减低投资。 3.2 比选方案 以桥梁结构的经济性、适用性、安全性、美观性和施工难易程度为考虑因素，综合考虑各设计方案的优缺点，从三个合理方案中比选一个最优方案，作为此次的设计方案。 在方案设计中，本设计提出以下三种方案供比选。 （1）预应力钢筋混凝土连续箱梁桥 预应力砼充分发挥了高强材料的特性，具有可靠强

19、度、刚度以及抗裂性能。结构在车辆运营中噪音小，维修工作量小。其施工方法已达到相当先进的水平，工期短效益明显。伸缩缝少，行车舒适，满足高速行车的要求。再用滑动支座时，连续长度可增大。温度、砼收缩徐变产生的附加内力较小。且全桥有较好的抗震性能。连续梁内力的分布较合理，其刚度搭，对活载产生的动力影响较小。混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的。连续梁超载时有可能发生内力重分布，提高梁部结构的承载力。除动墩外，连续梁的桥墩及基础尺寸都可以做得小些。 在预应力混凝土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。通过以上资料对比，当采用多跨连续梁时，中间部分采用等跨布置

20、，边跨跨径约为中跨跨径的0.6～0.8倍。此方案中的边中跨比值为0.611。当边跨采用主跨径的0.5倍或更小时，则在桥台上要设置拉力支座。本桥采用 55+90+55m 的3跨一联的预应力钢筋混凝土变截面箱梁。中间支点梁高 5.0 米，边支座及跨中梁高 2.4 米。 图3.2-1 连续梁桥示意图 （2）梁拱组合桥方案 梁拱组合桥具有以下特点：梁与拱共同受力特性，既可以发挥混凝土拱的优越性，又可避免桥梁墩台承担水平推力，结构外形轻巧，竖向刚度大适用于承受较大竖向荷载桥梁。本方案桥跨拟采用55+90+55（M)梁拱组合桥。 图3.2-2 梁拱组合桥示意图 （3）预应力混凝土简支梁桥方

21、案 梁桥具有以下特点：受力简单，设计计算方便，梁中只有正弯矩；体系温变，收缩徐变，张拉预应力不会在梁中产生附加内力，静定结构，结构内力不受地基变形影响，对地基要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥。本桥采用 8x25预制预应力混凝土箱梁桥，先简支后连续。 图3.2-3 简支梁桥示意图 方案比选 比较 项目 第一方案 第二方案 第三方案 桥型 预应力混凝土连续梁桥 预应力混凝土简支梁桥 梁拱组合体系 主跨结构特点 在垂直荷载作用下，只产生垂直反力而无水平推力；结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。 受力简单，设计计算方便，梁中只有正弯

22、矩；体系温变，收缩徐变，张拉预应力不会在梁中产生附加内力，静定结构，结构内力不受地基变形影响，对地基要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥。 利用梁的受弯和拱的承压特点组成联合结构，预应力混凝土结构中，梁体内可储备巨大的压力来承受拱的水平推力，使这类结构既具有拱的特点，而又非推力结构的特点。 建筑 造型 侧面上看线条明晰，与当地的地形配合，显得美观大方 跨径一般，线条明晰，但比较单调，与景观配合很不协调。 跨径较大，线条非常美，与环境和谐，增加了城市的景观 养护维修费用 小 小 较大 设计 技术 经验较丰富，国内先进水平 经验较丰富，国内先进水平 经验一般，国内一

23、般水平 施工 技术 满堂支架就地浇筑：施工平稳可靠，不需大型起重设备；桥梁整体性好，施工中无体系转换，不产生恒载徐变次内力，施工方便。 选用40m标准跨径后张法简支梁，采用装配式的施工方法，可以节约大量模板支架，缩短施工期限，加快建桥速度；可选用的吊装机具有多种。 转体施工法，可以利用施工现场的地形安排预制构件场地；施工期间不中断通航，不影响桥下交通；施工设备少，装置简单，容易制作掌握；减少高空作业；施工难度较大。 工期 较短 较短 较长 3.3 推荐方案 依据上表，基于经济性、适用性、安全性、美观性和施工难易程度的综合考虑，本次设计我选择方案一为推荐方案。 结论：

24、 综合上述各方案的优缺点的比较，结合设计的实际，本设计采用方案一，即：预应力钢筋混凝土连续箱梁方案. 4 上部结构尺寸拟定及内力计算 该设计经方案比选后采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长200m。根据桥下通航净空要求，主跨径定为90m。 上部结构根据通行双向4个车道要求，双幅桥，采用单箱三室箱型梁，单幅桥桥面宽度12.25m。 4.1 桥梁立面布置 4.1.1 桥梁总跨径的确定 桥梁墩台和桥头路堤压缩河床，使桥下过水断面减少，流速增大，引起河床冲刷和桥位上游壅水，因此桥梁总跨径必须保证桥下有足够的排泄面积，对河床不产生过大冲刷，并注意壅水可能淹没耕地和建筑物

25、等危害。 4.1.2 桥梁分孔 连续梁跨径的布置一般采用不等跨的形式。边跨长度过短，边跨桥台支座处将会产生负反力，支座与桥台必须采用相应抗拔措施或边梁压重来解决；边跨过长，将增大，削弱了边跨刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增大预应力筋数量。故一般边跨长度取中跨的0.5～0.8倍。确定标准跨径组合为55m+90m+55m，边跨长度为中跨0.611倍。 桥梁结构计算图示： 图4.1.2-1 桥梁计算简图 图中计算跨径为55+90+55=200m。 4.1.3 梁高 从预应力混凝土桥梁的受力特点来分析，连续梁的立面宜采用变截面布置。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁

26、高: H=(1/16～1/20)l=(1/16～1/20)×90m=(4.5～5.6)m, 取H=5.0m。 中跨跨中梁高： h=(1/30～1/50)l=(1/30～1/50)×90m=(1.8～3.0)m，取h=2.4m。 为方便计算与施工，边跨跨中梁高采用与中跨相同的值。 4.1.4 桥面标高的确定 根据设计资料，最高通航水位1052.69m，航道净空高度6m ，梁底高程1058.69m，则桥面标高为1063.69 m。 4.2 横截面设计 4.2.1 桥面宽度 根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第3.3.1条公路建筑界限规定：设计时速80km/

27、h，车道宽度3.75m，中央分隔带宽度2.00m，左侧路缘带宽度0.5m，右侧路肩宽度L2,G高速公路上桥梁应在右侧路肩内设右侧路缘带 0.5m，本桥为双向四车道一级公路桥梁，宜采用2.5m的右侧硬路肩，土路肩宽度为0.75m，路基宽度：L=3.75×4+2.0+0.5×2+0.75×2+2.5×2=24.5m，双幅桥间净距取0.5m，因此取桥宽24m，单幅桥桥宽12m。 桥面做成双向纵坡，取坡度为3%，横坡设为2%，横坡采用将行车道板做成倾斜面。防水层设置在铺装层以下，本桥采用铺装改性理清防水卷材，以及浸渍沥青的无纺土工布作为防水层桥面排水系统。桥面纵坡大于2%，而桥长大于50米时，为防止

28、雨水积滞，桥面需设置泄水管，每个十五米设置一个。 4.2.2 箱形截面细部尺寸 箱形截面由顶板、底板、腹板等几部分组成，它的细部尺寸的拟定既要满足箱梁纵、横向的受力要求，又要满足结构构造及施工上的要求。 1．底板厚度 在连续梁桥中，箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度一般为根部梁高的1/10～1/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内，所以墩顶处地板厚度为（1/10～1/12）×500cm=(41.7～50)cm，取45cm；跨中底板厚度一般为25～30㎝，以满足跨中正负弯矩变化及板内配置预应力钢筋和普通钢筋的要求，所以取跨中底

29、板厚度为30㎝。 2． 顶板厚度 确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩要求；满足布置纵横向预应力钢筋的要求。腹板间距为6.5m，取顶板厚度为30㎝。 3．腹板厚度 箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力。在预应力连续桥梁中，弯束对荷载剪力的抵消使得梁内剪应力和主拉应力减小。除此之外，考虑预应力钢筋布置和混凝土浇筑，腹板内有有预应力束锚固时采用35㎝。连续梁支点附近承受剪力较大，腹板宜增高加宽，腹板宽度采用60cm,腹板沿跨径加宽的方式采用斜直线过度型。 4．梗液尺寸 梗液提高了截面抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变剪应力。桥面板支点刚度加大后，可以吸收负弯矩，

30、从而减少桥面板跨中正弯矩。从构造上考虑，利用梗液所提供的空间便于布置纵向预应力筋和横向预应力筋，同时也为减薄顶板和底板厚度提供了构造上的保证。顶板梗液150㎝×50㎝，底板梗液40㎝×40㎝。 5．横隔梁 箱梁横隔梁的主要作用是增加截面横向刚度，限制畸变应力。箱形截面的抗弯和抗扭刚度较大，除了在支点处设置横隔梁以满足支座布置及承受支座反力需要外，可不设置中间横隔梁。本设计下部结构采用无盖梁双柱式桥墩，A、D处端内横隔梁宽160cm，中支承B、C处内横隔梁宽度取300㎝。 主梁一般构造如图4.2.2-1。 图4.2.2-1 主梁一般构造 主梁截面构造如图4.2.2-2--图4

31、.2.2-5。 图4.2.2-2 A-A 截面 图4.2.2-3 B-B 截面 图4.2.2-4 C-C 截面 图4.2.2-5 D-D 截面 A--A 截面面积S1=34.63m2；B--B 截面面积S2=16.61 m2； C--C 截面面积S3=8.91 m2；D--D 截面面积S4=17.73 m2。 4.3 主梁内力计算 4.3.1 恒载内力计算 恒载内力包括一期恒载（箱梁自重）和二期恒载（桥面铺装和栏杆等桥面系）作用下的内力。 利用MIDAS桥梁计算软件建立有限元模型，将全桥等分为200个单元，每个单元1米，共201个节点，计

32、算得到主梁内力图。其中二期恒载集度为桥面铺装集度与栏杆、人行道集度之和，本例桥为一级公路桥不设人行道，即： 1）二期恒载 q=10cm厚沥青混凝土面层集度+8cm厚C50混凝土垫层集度+栏杆 =（0.1×12）×23+（0.08×12）×24+1×2=52.64KN/m 2）自重荷载 自重荷载采用等效荷载进行计算。 q1=34.63x26=900.38KN/m；q2=16.61 x26=431.61KN/m； q3=8.91x26=231.66KN/m；q4=17.73 x26=460.98KN/m。 由MIDAS可得恒载作用下的弯矩图和剪力图如图2-5至图2-8。

33、 图4.3.1-1 自重弯矩图 图4.3.1-2 自重剪力图 图4.3.1-3 桥面铺装弯矩图 图4.3.1-4 桥面铺装剪力图 4.3.2 活载内力计算 由MIDAS可得活载作用下的弯矩图和剪力图如图2-9至图2-10 图4.3.2-1 车道荷载弯矩图 图4.3.2-2 车道荷载剪力图 4.3.3 内力组合及内力包络图 1）承载能力极限状态内力组合 按照《桥规》规定进行作用效应组合。公路桥涵结构承载能力极限状态设计时，应采用以下作用效应组合： 基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为： 。

34、 作用基本组合的内力图如图2-11和图2-12 图4.3.3-1 基本组合弯矩图 图4.3.3-2 基本组合剪力图 2）正常使用极限状态内力组合 公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合： （1）作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为： ，。 作用基本组合的内力图如图2-13和图2-14。 图4.3.3-3 作用短期效应弯矩图 图4.3.3-4 作用短期效应剪力图 （2）作用长期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组

35、合，其效应组合表达式为： 作用基本组合的内力图如图2-15和图2-16。 图4.3.3-5 作用长期效应弯矩图 图4.3.3-6 作用长期效应剪力图 5 预应力钢筋计算及布置 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.1.1规定：公路桥涵的持久状况设计应按承载能力极限状态的要求，对构件进行承载能力及稳定计算，必要时尚应进行结构的倾覆和滑移的验算。在进行承载能力极限状态计算时，作用的效应应采用其组合设计值；结构材料性能采用其强度设计值。 该桥所处环境为滨海环境，根据《混规》规定为Ⅱ类环境，普通钢筋及预应力钢筋最小保护层厚度为40㎜。 预

36、应力混凝土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《公路桥规》中对不同受力状态规定的设计要求，预应力钢筋面积就是根据这些限条件进行的。在截面尺寸确定以后，结构抗裂性主要与预应力的大小有关。因此预应力混凝土钢筋数量估算的一般方法是，首先根据结构正截面抗裂性确定预应力钢筋数量，然后再由构件承载能力极限状态要求确定非预应力钢筋数量。 5.1 预应力钢筋截面积的估算 正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下，应符合下列要求： ——在作用短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力 ——扣除全部预应力损失后的预加力

37、在构件抗裂验算边缘产生的混凝土的预压应力 全预应力混凝土梁按作用（活荷载）短期效应组合进行正截面抗裂性验算，计算所得正截面混凝土法向拉应力应满足上式要求，则： 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）短期效应组合抗裂验算所需的有效预加力，即： ——使用阶段预应力钢筋永存应力的合力； ——按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值； A ——构件混凝土全截面面积； W——构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩； ——预应力钢筋合力作用点至截面中心轴的距离。1. 按构件正截面抗裂性要求估算预应力筋数量 支座处主梁截面重心位置图3-1。 图5.1-1 主

38、梁截面重心线 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： 上式稍作变化，即得到全预应力混凝土梁满足作用短期效应组合截面抗裂性验算所需要的有效预加力，即： 其中为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯矩值，由以上弯矩图得。 设预应力钢筋截面重心距截面上缘为，则预应力钢筋作用点至截面重心轴的距离；钢筋估算时，截面性质近似取全截面的性质来计算， ，全截面对抗裂验算边缘的弹性地抗拒为；所以有效预应力合力为 预应力钢筋采用高强低松弛钢绞线，公称直径15.2㎜，公称面积为139，抗拉强度标准值为，预应力筋张拉控制应力为，预应

39、力损失按张拉控制应力20%估算，则可得需要预应力筋的面积为： 钢束拟定采用50束钢绞线，预应力钢筋的截面面积为采用夹片式群锚（主要用于锚固7股5mm的预应力钢绞线）。因为预应力塑料波纹管与传统金属波纹管相比具有以下明显优点： 1）具有良好的耐腐蚀性，提高了多预应力筋的防腐保护； 2）具有良好的物理性能，不导电，密封性好，可防止杂散电流腐蚀，不生锈； 3）荷载作用下不渗透，强度大，刚度大，抗冲击性好，不怕踩压； 4）可减少张拉过程中预应力的摩擦损失。 所以采用塑料波纹管成孔。 跨中截面重心位置如图3-2。 图5.1-2 跨中截面重心 同

40、理可得跨中截面所需预应力钢筋面积： 1x7标准型φs15.2钢绞线截面面积Apl=139mm2。 所需钢绞线数为，采用50束钢绞线，预应力钢筋的截面面积为。 其它截面所需预应力筋数量见下列表格。 其它截面单元弯矩值可由midas 查询功能查得，并可存为excel格式。 表5.1-1 边跨正弯矩配束表 单元号 面积 弯矩值 抗弯惯矩W Npe（KN) 配束数 实际配束数 1 8.91 3622.59 13 1544.696 2 10 2 8.91 10384.94 13 4428.207 4 10

41、 3 8.91 16536.82 13.3 6966.394 6 10 4 9.01 22276.05 13.6 9328.255 7 10 5 9.11 27631.01 13.9 11503.69 9 10 6 9.21 32596.58 14.2 13494.58 10 10 7 9.31 37167.67 14.5 15302.61 12 20 8 9.41 41339.18 14.8 16929.27 13 20 9 9.51 45106.03 15.2 18309.21 14 20 1

42、0 9.61 48463.16 15.6 19503.75 15 20 11 9.71 51405.51 16 20516.1 15 20 12 9.81 53928.03 16.4 21349.19 16 20 13 9.91 56025.7 16.8 22005.65 16 20 14 10.01 57693.47 17.2 22487.85 17 20 15 10.11 58926.35 17.7 22724.02 17 20 16 10.21 59719.33 18.2 22792.06 17

43、 20 17 10.31 60067.42 18.7 22695.15 17 20 18 10.41 59965.65 19.2 22436.16 17 20 19 10.61 59409.03 19.7 22140.88 16 20 20 10.71 58392.62 20.2 21561.62 16 20 21 10.91 56911.47 20.7 20940.73 16 20 22 11.11 54960.65 21.2 20154.53 15 20 23 11.31 52535.22 21.

44、8 19149.86 14 20 24 11.51 49630.29 22.4 17987.11 13 20 25 11.71 46240.94 23 16666.33 12 20 26 11.91 42362.29 23.6 15187.43 11 20 27 12.11 37989.45 24.2 13550.26 10 10 28 12.31 33117.56 24.8 11754.53 9 10 29 12.51 27741.76 25.5 9776.439 8 10 30 12.71 21

45、857.2 26.2 7649.964 6 10 31 12.91 15459.05 26.9 5374.99 4 10 32 13.11 8542.49 27.7 2944.714 3 10 表5.1-2 边跨负弯矩配束表 单元号 面积 弯矩值 抗弯惯矩W Npe（KN) 配束数 实际配束数 33 13.31 -10527.4 28.5 3599.044 3 10 34 13.51 -18530.3 29.3 6284.751 5 10 35 13.71 -27049.9 30.1

46、 9104.156 7 10 36 13.91 -36091.4 30.9 12057.75 9 10 37 14.11 -45660 31.7 15146.08 11 20 38 14.31 -55760.8 32.5 18369.74 14 20 39 14.51 -66398.9 33.4 21687.79 16 20 40 14.71 -77579.6 34.3 25131.2 19 20 41 14.91 -89308 35.2 28700.66 21 20 42 15.11 -10159

47、0 36.1 32396.96 24 25 43 15.31 -114451 37.2 36100.94 26 30 44 15.51 -127911 38.3 39922.75 29 30 45 15.81 -141972 39.4 44045.77 32 40 46 16.11 -156636 40.5 48316.59 35 40 47 16.41 -171908 41.6 52735.87 38 40 48 16.61 -187860 42.7 57098.05 42 50 49 16.61

48、 -204920 42.7 62283.12 45 50 50 16.61 -223156 42.7 67825.8 49 50 表5.1-3 中跨正弯矩配束表 单元号 面积 弯矩值 抗弯惯矩W Npe（KN) 配束数 实际配束数 51 16.61 -222831 42.7 67727.12 49 50 52 16.61 -203804 42.7 61944.13 45 50 53 16.61 -185765 42.7 56461.44 41 50 54 16.41 -168657 41.6 5

49、1738.82 38 40 55 16.11 -152128 40.5 46925.88 34 40 56 15.81 -136115 39.4 42228.71 31 40 57 15.51 -120616 38.5 37517.37 27 30 58 15.31 -105627 37.6 33085.68 24 30 59 15.11 -91180.3 36.7 28767.81 21 30 60 14.91 -77307.5 35.8 24573.95 18 20 61 14.71 -63929

50、 34.9 20479.19 15 20 62 14.51 -51041.1 34 16482.27 12 20 63 14.31 -38640.2 33.2 12557.56 10 10 64 14.11 -26722.2 32.4 8741.856 7 10 65 13.91 -15282.9 31.6 5033.925 4 10 66 13.71 -4317.95 30.9 1429.427 2 10 表5.1-4 中跨负弯矩配束表 单元号 面积 弯矩值 抗弯惯矩W Npe（KN) 配束数

51、 实际配束数 67 13.51 14270.99 30.2 4748.965 4 10 68 13.31 24619.85 29.5 8237.034 6 10 69 13.11 34566.66 28.8 11629.69 9 10 70 12.91 44113 28.1 14927.67 11 20 71 12.71 53259.15 27.5 18090.11 14 20 72 12.51 62003.13 26.9 21141.72 16 20 73 12.31 70335.43 26.3

52、24079.2 18 20 74 12.11 78255.44 25.7 26902.25 20 20 75 11.91 85767.61 25.1 29612.29 22 30 76 11.71 92876.39 24.5 32210.78 24 30 77 11.51 99586.26 24 34610.15 25 30 78 11.31 105901.7 23.5 36884.95 27 30 79 11.11 111827.3 23.1 38932.64 29 30 80 10.91 1173

53、67.4 22.6 40954.92 30 30 81 10.71 122526.6 22.1 42856.94 31 40 82 10.61 127309.6 21.6 44899.36 33 40 83 10.51 131720.8 21.1 46851.21 34 40 84 10.41 135764.8 20.6 48712.95 36 40 85 10.31 139446.2 20.2 50334.8 37 40 86 10.21 142769.6 19.8 51852.41 38 40 8

54、7 10.11 145739.7 19.4 53266.29 39 40 88 10.01 148361 19.1 54406.91 40 40 89 9.91 150638.3 18.7 55607.92 41 50 90 9.81 152576.1 18.3 56706.53 41 50 91 9.71 154179.3 18 57514.65 42 50 92 9.61 155452.3 17.8 58017.56 42 50 93 9.51 156400.1 17.6 58400.06 43

55、 50 94 9.41 157027.3 17.4 58663.8 43 50 95 9.31 157338.6 17.2 58810.36 43 50 5.2 预应力钢束布置 预应力钢筋布置应遵守以下原则： 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是结构构造尺寸加大。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

56、结构受力过于集中而不利。 2）预应力束筋的布置要求考虑施工的方便，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筋，而导致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一个巨大的集中力，这样锚下应力区受力比较复杂，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）预应力束筋的布置，应考虑材料经济指标的先进性，这样往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切的关系。 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擦力损失，降低预应的效益。 6）

57、预应力束筋的布置，不但要考虑结构在使用阶段大弹性受力状态的需要，而且也要考虑到结构破坏时的需要。 5.2.1 横截面布置 横截面布置满堂支架施工的预应力混凝土连续梁桥，绝大多数预应力钢束的穿束、张拉锚固等均在箱梁内作业。因此控制截面布置钢束时，应尽量靠近腹板采用分散布置分散锚固顶、底板束，钢束水平间距稍大一些，且不设平弯，一边布设齿板，方便施工。布置边中孔正弯矩肋束时，将钢束置于梁肋截面中心线，且将来竖弯锚固于梁顶。 分析梁端1号单元的预应力钢筋配置，=3622.59KN·m，=69500，由得： 由得： 所以预应力钢筋重心至梁顶板距离为208.4mm。考虑保护层厚度和预应力

58、束数量，实际取300mm。 对于边跨最大正弯矩截面，17号单元=60067.42KN·m, =69500 , 考虑保护层厚度和预应力束数量，实际取1000mm。 5.2.2 立面及平面布置 1）预应力筋弯起角度 从减小曲线预应力筋预拉时摩阻应力损失出发，弯起角度不宜大于20°，一般在梁端锚固时都不会达到此值，而对于弯出梁顶锚固的钢筋，则往往超过20°，常在20°～25°之间。 2） 预应力钢筋弯起的曲线形状 预应力钢筋弯起的曲线可采用圆弧线、抛物线或悬链线三种形式。公路桥梁中多采用圆弧线。《公路桥规》规定，后张法预应力构件的曲线形预应力钢筋，其曲率半径应符合：钢丝束、钢绞线束

59、的钢线直径d≤5mm时，不宜小于4m。预应力钢筋弯起的曲线形状如图3-3。 图5.2.2 预应力筋弯起形状（单位 ㎝） 3）后张法预应力钢筋布置的具体要求 对于后张法构件，预应力筋预留孔道之间的水平净距，应保证混凝土中最大集料在浇筑混凝土时能够顺利通过，同时也要保证预留孔道间不至串孔和锚具布置的要求。直线管道之间的水平净距不应小于40mm，且不易小于管道直径的0.6倍，对于预埋的金属或塑料波纹管在竖直方向可将两管道叠置。波纹管至构件顶面或侧面的净距不小于35mm；至底面边缘的净距不小于50mm。该工程波纹管水平净距取50mm，竖直净距为40mm，至顶面和底面边缘净距均为50mm

60、，至侧面的净距为70mm。 预留孔道的内径比预应力钢绞线束外径及需要穿过孔道的连接器外径大10～15mm，该桥例实际取孔道直径为80mm。 5.2.3 预应力锚具的选择 在设计、选择和使用预应力里锚具时，应满足以下几项要求： (1)根据设计取用的预应力筋种类、预压力的大小及布束的需要选择预应力锚具； (2)锚具应具有足够的强度和刚度，安全可靠； (3)构造简单，加工制作方便； (4)施工方便、节省材料、价格低廉。 采用夹片式JM12锚具，根据规范取预埋金属波纹管直径为80mm。管间的距离为80mm。 5.3 非预应力钢筋的布置 全预应力混凝土桥，预应力筋即能满足截面拉应力小

61、于零的要求，梁内上下顶板以及梁肋内仍然需要按构造要求配置普通钢筋以及箍筋。本桥顶底板采用双向布置非预应力钢筋，采用@200的HRB335级钢筋。梁内所用箍筋均使用R235级钢筋，梁肋内为@150进行布置。 6 桥面板计算 6.1 桥面板内力计算 肋板之间的桥面板实质上是一个支承在一系列弹性支承上的多跨连续板，在构造上，板与梁肋是整体连接在一起的，因此各根主梁的不均匀弹性下沉和梁肋本身的抗扭刚度必然会影响到桥面板的内力，所以桥面板的实际受力情况是十分复杂的。通常我们采用简便的近似方法进行计算。采用简便的近似方法进行计算，即把腹板之间的部分看作多跨连续单向板来计算，把悬挑翼缘看作悬臂板来

62、计算。 桥面铺装为10cm厚沥青砼+防水层+8cm厚C50砼，恒载及其内力计算如下(取宽的板带作为分析对象)： 6.1.1 单向板的计算 1)恒载内力 每米板宽的跨中恒载弯矩计算式： 式中： l=530+60=590cm 桥面铺装层: 顶板自重： 合计：g=+=12.02 每延米板条上恒载内力计算： 单向板跨中弯矩： 支座恒载剪力： 2)活载内力 汽车荷载后轮的着地长度=0.2m，宽度为=0.6m， 平行于板的跨径方向荷载分布宽度 垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度 所以 取 跨中车辆荷载弯

63、矩 图6.1.1 单向板计算图示 3)组合跨中和支点弯矩 由基本组合： = 支点弯矩： 跨中弯矩： 6.1.2 悬臂板内力计算 本桥处于高速公路上，不设人行道，悬臂长度为2.75米。悬臂板不等厚，为简化计算取平均厚度进行计算。 平行于板的跨径方向的荷载分布宽度：b=+h=0.6+2×0.18=0.96m; 垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度： a=(+2h)+2c=(+2h)+2=0.2+0.18+2×2.75=5.88m

64、 1)横载内力 每延米板条上恒载计算g： 桥面铺装层: 翼缘板自重： 计算简图如下： 图6.1.2 悬臂板计算图示 每延米板条上恒载内力为： 2)活载内力计算 悬臂板根部活载弯矩为： 当长悬臂板c的值大于2.5m时，悬臂根部负弯矩为按上式计算的弯矩值的1.15--1.30倍。在此偏安全的取为1.30倍。即： 3)荷载组合 有基本组合得到： =-（1.2×60.39＋1.4×43.84）=-133.84KN·m 6.2 配筋及验算 6.2.1 悬臂部分负弯矩配筋计算 由6.

65、1节计算比较得，箱梁腹板处顶板配筋有弯矩-133.84KN·m确定，顶板下部配筋有弯矩=93.94KN·m确定。 普通钢筋采用HRB335，抗拉强度标准值（d=6～50，d为公称直径，单位mm），抗拉强度设计值，弹性模量。 按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》表5.2.1，当钢筋选用HRB400时，相对界限受压区高度（混凝土等级在C50及以下时）。 C50混凝土强度设计值，，梁的有效高度为： 求截面受压区高度x和受拉钢筋面积： 取得 取结构的安全等级为一级，则 为等效矩形应力图与混凝土轴心抗压强度设计值之比，当混凝土强度不超过C50时，取为1.0。

66、 取钢筋，按一排布置。 6.2.2 箱梁顶板正弯矩配筋计算 由6.1节计算比较得，顶板下部配筋有弯矩=93.94 KN·m确定。 符合要求。 ，选用 ，则，满足要求。 由以上计算和分析可知，箱梁顶板配置横向非预应力筋完全能满足设计要求。由于箱梁底板受集中荷载作用处（支座处）有腹板和横隔梁的支撑，其它部分不受集中荷载的作用，所以，底板按照构造配筋。 7 主梁截面特性 依据《桥规》（JTG D62—2004）中第6.1.4条规定，采用换算截面计算，取 。 依据JTG D62—2004中表3.1.5 ，C50弹性模量Ec取 ； 依据JTG D62—2004中表3.2.4取 换算截面面积计算公式为： 净截面面积计算公式为： 后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性应根据不同受力阶段分别计算。本示例中的箱形梁从施工到运营经历了如下两个阶段。 （1）主梁现浇并张拉预应力钢筋 主梁混凝土达到设计强度90%后，进行预应力的张拉，此时管道尚未灌浆，所以其截面特性为计入非预应力钢筋影响的