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XXXXXXXX 毕业设计 题 目 湖北省仙桃市淅河大桥设计 院 （系） 建筑工程学院 专业班级 土木工程（普本）2005 级 02 班（路桥） 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师_ _ 职称_ xx XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 湖北省仙桃市淅河大桥设计 院（系） 建筑工程学院 专业班级 土木（普本）052 班（路桥） 学生姓名 指导教师 xx 学生毕业设计原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下 进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她） 人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果 为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育 机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研 究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计作者（签字）： xx XXXXXXXX 本科生毕业设计 中文摘要 I 摘 要 本毕业设计主要是对预应力混凝土连续刚构上部结构进行设计。连续刚构这 种桥型结构刚度好、抗震性能好、墩梁固结有利于悬臂施工，减少了大型支座的 养护维修和更换。在近二十余年来，随着预应力技术的发展和悬臂施工法的应用,连 续刚构桥得到了广泛的应用。 本设计桥梁为跨度（50+70+50）m 的预应力混凝土连续刚构，截面形式为单 箱双室箱型。桥面宽度为 20m，设计荷载标准为公路 I 级汽车荷载。主梁采用挂 篮对称悬臂施工。设计流程如下： 第一步:确定主梁的主要构造和细部尺寸； 第二步:根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主梁进行施工节段的划分； 第三步:在 Auto CAD 中建立计算模型并导入桥梁博士程序中，完成建模过程； 第四步:进行施工阶段内力分析，从而估算出所需纵向预应力筋的数目； 第五步:计算预应力损失及各项次内力，并进行主要截面验算； 最后：绘制工程图及编制说明书。 关键词：预应力混凝土连续刚构桥 悬臂施工 桥梁博士 验算 XXXXXXXX 本科生毕业设计 英文摘要 ABSTRACT The undergraduate design is mainly about the design of superstructure of pre- stressed concrete continuous rigid frame bridge.This type of structure has many advantages, such as excellent stiffness,high capability to withstand earthquake. At the same time, the fixation between the pier and the girder is of benefit to the cantilever construction and prevents change and maintenance of large-size supports. With the development of technology of pre-stressing and application of cantilever construction, continuous rigid frame bridge has got the extensive application in past 20 years. This design is a prestressed concrete continuous rigid frame bridge for highway with the span of 50+70+50m. The cross section is the box section with double cell and the width of the deck is 20m. The designed load standard is: highway-.The main girder is constructed by symmetric cantilever equilibrium. The procedure of the design is listed as follows: Firstly:design the main structural configuration and detail dimensions. Secondly:divide the girder into construction segments according to the raising ability of the basket. Thirdly:the model is established in Auto CAD software and then imported into doctorbridge software. Finish the remaining establishment of the model. Fourthly:According to the internal force of the construction analyzed by the software we can distribute the tendons of the bridge. Fifthly: calculate the loss of pre-stressing and secondary force, and then check the main cross-section Finally, draw the engineering design and establish the design manuals. Keywords: pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge；cantilever construction；Doctorbridge；checking computations XXXXXXXX 本科生毕业设计 目录 目 录 中文摘要 .I 英文摘要 .II 1 工程概况 .1 1.1 设计资料 .1 1.2 方案比选 .1 1.3 桥跨结构图式及尺寸拟定 .3 2 荷载内力计算 .6 2.1 恒载内力计算 .6 2.2 活载内力计算 .9 2.3 温度作用荷载计算 .15 3 预应力钢束设计 .18 3.1 估算预应力钢束 .18 3.2 预应力钢束的布置 .21 4 预应力损失及有效预应力计算 .24 4.1 预应力损失的计算 .24 4.2 有效预应力计算 .32 5 次内力计算 .34 5.1 徐变次内力 .34 5.2 收缩次内力 .35 5.3 预应力次内力 .36 5.4 支座不均匀沉降次内力 .37 6 内力组合 .39 6.1 承载能力极限状态下的效应组合 .39 6.2 正常使用极限状态下的效应组合 .41 7 截面验算 .44 7.1 施工阶段截面应力验算 .44 7.2 承载能力极限截面强度验算 .46 7.3 正常使用阶段截面应力验算 .49 7.3 验算结论 .50 8 施工组织设计 .51 8.1 主梁分段与施工阶段的划分 .51 8.2 主梁施工方法及注意事项 .52 总结 .54 致 谢 .55 XXXXXXXX 本科生毕业设计 目录 参考文献 .56 附录 .57 XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况 1 1 工程概况 1.1 设计资料 1.1.1 设计技术标准 设 计 荷 载：公路级，人群荷载 3.5KN/m2； 1 桥 梁 宽 度：全桥宽 20m=2.5m（人行道及栏杆）+15m（净桥宽） 2 +2.5m（人行道及栏杆） ； 设计洪水频率：1/300； 3 通航标准：通航水位 2.44m，设计通航孔底宽 40m，高 6.5m。 4 1.1.2 材料规格 混凝土规格见表 1.1： 1 表 1.1 混凝土规格表 混凝土标号 部位 C50 主桥箱梁 C40 主墩墩身、横梁 C30 支座垫石、承台 C25 桩基 沥青混凝土 桥面铺装 钢材 2 1）预应力钢绞线：符合美国 ASTM41698 标准，270K 级高强低松弛钢绞线， 标准强度 ，弹性模量 =195000MPa，公称直径 15.24mm，公称面860byRMPayE 积 140 。2m 2）普通钢筋：钢筋直径12mm 者为 HRB335 钢筋，直径10mm 者为 R235 钢 筋。技术条件必须符合有关规定。 3）其他钢材：钢板、检测管及焊条等，均应符合相应国际规定及满足设计、 施工需求。 1.1.3 设计依据 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) 1 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007） 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) 3 1.2 方案比选 本次桥梁设计从功能、安全、经济与美观的角度通过对拱桥、连续刚构和斜 XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况 2 拉桥进行对比，从而得出最佳的桥梁设计方案 1： 1.2.1 从功能方面比较 拱桥：行车平顺、通畅、安全，满足通航要求；在城市景点或旅游地区，为 配合当地景观而常采用之； 连续刚构：梁保持连续，无伸缩缝，行车平顺舒适；桥下净空大，可满足通 航要求； 斜拉桥：主梁在斜拉索的各点支承作用下，大大增大了其跨越能力，行车性 能亦较好，可满足通航要求。 1.2.2 从安全方面比较 拱桥：对地基基础要求较高，多孔连续拱桥相互影响，对整体结构不利；建 筑高度较高时，对拱桥稳定不利； 连续刚构：采用墩梁固结，提高了结构的刚性；对常年温差、基础变形和日 照温度较敏感； 斜拉桥：斜拉桥结构轻巧柔细，在车辆运行、地震和风力作用下，必然会引 起桥梁震动，轻则影响行车，行人舒适，重则使桥梁毁坏。 1.2.3 从经济方面比较 拱桥：有水平推力的拱桥，对地基基础要求较高，修建时需要有较大的墩、 台和良好的地基，从而加大了下部结构的工程量，造价较高； 连续刚构：无须设支座；设计技术成熟，施工简便，无须大型施工设备和工 具，可充分降低施工成本； 斜拉桥：属于高次超静定结构，包含着很多设计变量，不仅设计困难，而且 施工也较为复杂，并且建成后养护成本高。 1.2.4 从美观方面比较 拱桥：形式多样，外形美观； 连续刚构：采用墩梁固结，使桥看起来更加轻巧、简洁和美观； 斜拉桥：外形美观，比例协调，现代感较强。 通过以上三种桥型优缺点的对比：连续刚构为本次最佳设计桥型。桥型比选 总体布置图见图 1.1、1.2、1.3。 XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况 3 图 1.1 拱桥桥型总体布置图（比选方案） 图 1.2 斜拉桥桥型总体布置图（比选方案） 图 1.3 连续刚构桥型总体布置图（推荐方案） 1.3 桥跨结构图式及尺寸拟定 1.3.1 结构图式 截面形式 1 为了减小上部结构的自重，达到增加跨度、减少下部结构的工程量、增加截 XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况 4 面抗扭刚度的目的，本桥采用单箱双室截面 2。从绝对值来看，支座处的负弯距 远大于跨中正弯距，为更好的适应结构内力分布规律，上部结构采用变截面箱形 梁。 刚构墩为双薄壁墩 2，利用此墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷 载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移。 墩顶和边跨梁端设置横隔板，墩顶横隔板处设置过人洞。 立面形式 2 本桥为预应力混凝土连续刚构桥。 本桥跨径组成 50+70+50170m，梁高按二次抛物线变化。 两桥墩取等高，高度为 20m。 1.3.2 主要尺寸拟定 跨度 1 桥梁跨度应根据水利部门推荐桥位处主桥主跨径的范围，及主河槽布置桥孔 要求，结合桥址处的水文、地质、河道断面、通航要求综合考虑，选出适合于该 桥位的跨径。在孔径布置方面，根据国内外已建成的连续刚构桥和 P663，边跨 跨径与主跨跨径之比为 0.50.8.所以主跨跨径定为 70m，边跨跨径定为主跨跨 径的 0.715 倍，即 50m。 连续刚构全长为 50+70+50=170m。 主梁高度 2 支点截面梁高：根据 P67 表 2-1-63，梁高为 1/161/20L，取 L/18.9，即 3.69m。 跨中截面梁高：根据 P67 表 2-1-63，梁高为 1/301/50L，取 L/44.1 即 1.59m。 梁底曲线：根据 P67 表 2-1-63，选用二次抛物线。 以跨中梁底为原点，曲线方程为： =-0.00233564X2Y 箱梁腹板厚度 3 根据经验公式：腹板总厚度： (m),其中， B 为桥面总宽度t/50 (1+/)BL (m)； L 为主跨跨度(m)。同时应满足构造要求：单个腹板厚度 t00.15m。 本桥既注重上部结构的轻型化，也注重主拉应力的控制，对腹板尺寸的选定 参照国内外一些类似桥梁资料。本桥腹板厚度保持不变，为 100cm；悬臂根部保 持不变，为 60cm；梁肋厚度亦保持不变，为 50cm。 箱梁底板厚度 4 4 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，当采用悬臂施 工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面承受很大的压力。箱形截面的底板应 XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况 5 提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯矩的截面中。顶板 和底板上都应各自发挥承压的作用。 1)箱梁支座处：由于 0 号段底板受力十分复杂，支座处箱梁设置满横隔板， 中间预留过人孔道。 2)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直至墩顶，以适应受压要求。 底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜保持在底板以内有适当的 富余。 本桥选用 50cm。 3)箱梁跨中底板厚度 大跨度连续箱梁因跨中弯矩要求底板内需配置一定数量的钢束和钢筋，此时 跨中底板厚度取为 25cm。 4)其余梁段的底板厚度沿跨径按二次抛物线变化。 箱梁顶板厚度 5 确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求，满 足布置纵向预应力钢束的要求。 箱梁断面顶板厚在全梁范围内取为 25cm。 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 6 2 荷载内力计算 桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精确分析桥梁结构的真实受力，非常困 难，而它最主要的是结构的纵向受力分析，考虑到桥梁的跨宽比一般较大，所以 通常将纵向分析模型近似处理为杆件系统。本设计的内力计算采用的是桥梁博士 3.0。 2.1 恒载内力计算 2.1.1 计算方法 恒载内力计算采用桥梁博士提供的有限元方法计算，由于不同的施工方法所 计算出来的恒载内力会不一样，所以计算时应该严格考虑施工阶段的划分。 计算阶段划分： 1 1） 由中支墩悬臂法施工至最大悬臂； 2） 安装边支座，现浇边跨等高梁段； 3） 边跨合拢，拆除边跨临时支座； 4） 合拢中跨； 5） 拆除吊篮； 6） 桥面铺装； 7） 运营阶段。 混凝土材料特性的取值： 2 箱梁（C50）:混凝土容重： =26kN/m3 ； 桥墩（C40）:混凝土容重： =25kN/m3 。 二期恒载集度： q=75kN/m。 3 计算简图： 4 图 2.1 结构计算简图 2.1.2 计算结果 主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力和二期恒载（如 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 7 桥面铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。由桥梁博士程序分析得出恒载内 力，由于结构对称，恒载内力计算结果只取结构一半代表单元： 表 2.1 恒载内力计算结果 单元号 节点号 轴力（KN） 剪力（KN） 弯矩（KN.m） 1 0 0 0 1 2 0 608 -152 14 0 912 48055 14 15 0 -395 48701 17 0 -638 48468 17 18 0 1155 47569 22 0 -2604 42303 22 23 0 2971 40357 27 0 -4458 29956 27 28 0 4834 26706 32 0 -6356 11047 32 33 0 6740 6463 37 0 -8300 -14585 37 38 0 8695 -20542 42 0 -10291 -47109 42 43 0 10694 -54459 47 0 -12399 -86741 47 48 0 12812 -95560 52 0 -14532 -133850 52 53 0 14964 -144180 55 0 -16204 -175280 55 56 0 16829 -191790 61 0 -20054 -283970 61 62 0 20709 -304330 67 439 17100 -211510 67 68 439 -16465 -194710 70 439 15205 -16313070 单元号 节点号 轴力（KN） 剪力（KN） 弯矩（KN.m） XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 8 71 439 -14590 -148260 75 439 12880 -109910 75 76 439 -12457 -101060 80 439 10807 -68565 80 81 439 -10398 -61154 85 439 8791 -34372 85 86 439 -8392 -28372 90 439 6822 -7125 90 91 439 -6433 -2502 95 439 4836 13271 95 96 439 -4453 16510 100 439 2957 26850 100 101 439 -2586 28790 105 439 1129 33957 105 106 439 -767 34613 108 439 250 35117 108 109 439 9 35176 由桥梁博士绘出一期二期恒载弯矩和剪力包络图： 图 2.2 一期恒载弯矩图 图 2.3 一期恒载剪力图 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 9 图 2.4 二期恒载弯矩图 图 2.5 二期恒载剪力图 2.2 活载内力计算 活载内力计算为基本可变荷载在桥梁使用阶段所产生的结构内力。 2.2.1 横向分布系数的计算 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配，或 者说各主梁如何分担车辆荷载。 横向分布系数的计算 5 1 单箱双室，桥面净宽度 W15.0m，根据表 4.3.1-36，车辆单向行驶， ，桥涵的设计车道数为 4 车道。4.07.5W 用刚性横梁法计算横向影响线竖标值： 1）抗扭修正系数 1.0 2）计算横向影响线竖标值 对于 1 号边梁的横向影响线竖标值可以通过简化公式计算： 单箱双室计算简化为 3 片梁肋：211ian XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 10 13132ian 汽车荷载布置见图 2.6： 图 2.6 汽车荷载布置图 其中： 5.75 2+0+5.75266.13 m 22ia 0.833211in5.703613 -0.1671132ia. 影响线见图 2.7： 图 2.7 影响线图 用刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离 1 号梁轴线的距离 为 x，则： 5.720.8316x 解得：x9.5795m 2.2.2 计算荷载得横向分布系数 根据表 4.3.1-36，本设计的桥面净宽度 W15.0m，车辆单向行驶时在 ，桥涵的设计车道数为 4 车道。14.07.5W 计算荷载得横向分布系数： 一车道加载时： 1 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 11 图 2.8 一车道加载 0.8635121()(0.9417.852)2cqqqm 二车道加载时： 2 图 2.9 二车道加载 1.4573121()(0.9417.8520.671.5)2cqqqm 三车道加载时： 3 图 2.10 三车道加载 121()(0.9417.8520.671.50.426.0)2cqqqm 1.7816 四车道加载时： 4 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 12 图 2.11 四车道加载121()(0.9417.8520.671.50.426.02cqqqm -0.0235）1.8364.3 五车道加载时： 5 图 2.12 五车道加载121()(0.9417.8520.671.50.426.02cqqqm -0.0235-0.1366-0.2931）1.6216.3 2.2.3 计算结果 由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结 构一半代表单元，见表 2.2： 表 2.2 活载内力计算结果 轴力（KN） 剪力（KN） 弯矩（KN.m） 单元号 内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 0 0 0 0 0 0 剪力 0 0 0 -1810 0 01 弯矩 0 0 0 0 0 0 轴力 39 0 0 39 0 39 剪力 -19 0 2120 -1370 1870 -63314 弯矩 -238 0 24100 6680 29100 -7390 轴力（KN） 剪力（KN） 弯矩（KN.m） 单元号 内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 17 轴力 49 0 0 49 0 49 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 13 剪力 -19 0 1810 -1660 1340 -645 弯矩 -300 0 25700 6950 31900 -9420 轴力 61 0 0 61 0 61 剪力 -19 0 1470 -2070 -674 -63322 弯矩 -379 0 26100 6680 33300 -11900 轴力 73 0 0 73 0 73 剪力 -19 0 1210 -2440 185 -63227 弯矩 -450 0 25400 4340 32700 -14200 轴力 84 0 0 84 0 84 剪力 -19 0 984 -2900 -1790 -63232 弯矩 -520 0 24000 880 30100 -16500 轴力 96 0 0 96 0 96 剪力 -19 0 803 -3290 -604 -84537 弯矩 -589 0 22300 -4750 26400 -18900 轴力 107 0 0 107 0 107 剪力 -19 0 658 -3700 -2000 -165042 弯矩 -657 0 20600 -12100 23200 -23400 轴力 119 0 0 119 0 119 剪力 -19 0 546 -4190 -215 -294047 弯矩 -723 0 18900 -20700 20400 -30800 轴力 130 0 0 130 0 130 剪力 -19 0 457 -4610 -1800 -366052 弯矩 -785 0 17500 -31700 18200 -42000 轴力 139 0 0 139 0 139 剪力 -19 0 403 -5000 62 -418055 弯矩 -831 0 16600 -40900 17000 -52300 轴力 158 0 0 158 0 158 剪力 -19 0 339 -5750 287 -531061 弯矩 -926 0 15400 -66400 15400 -80000 轴力（KN） 剪力（KN） 弯矩（KN.m）单元号 内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最大轴力 67 轴力 4460 -3960 2680 -2650 -2140 2630 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 14 剪力 4410 123 5540 -772 -428 4720 弯矩 -40900 -13000 -50000 16000 25200 -70100 轴力 4460 -3950 2700 -2590 -2010 2520 剪力 4010 123 5150 -785 -271 415070 弯矩 -29600 -11700 -38200 15200 24700 -57800 轴力 4460 -3940 2690 -2480 -1120 2300 剪力 3610 123 4660 -838 1250 348075 弯矩 -16600 -10400 -25000 14400 25800 -44300 轴力 4460 -3930 2650 -1640 -775 2010 剪力 3110 123 4230 -908 -185 289080 弯矩 -6210 -9240 -14800 16300 27200 -34000 轴力 4460 -3920 2570 -1400 -369 715 剪力 2710 123 3800 -1070 -184 204085 弯矩 2750 -8140 -6280 17000 28300 -26200 轴力 4460 -3910 2460 -1160 131 299 剪力 2310 123 3400 -1230 1160 160090 弯矩 10500 -7300 829 17000 29500 -20000 轴力 4460 -3890 2310 -891 701 -250 剪力 1810 123 3010 -1470 -387 116095 弯矩 16700 -6500 6500 17000 30200 -15200 轴力 4460 -3880 2130 -629 1430 -1060 剪力 1410 123 2640 -1700 895 701100 弯矩 21600 -5850 11000 15900 30600 -11900 轴力 4460 -3870 1930 -365 2900 -2310 剪力 913 123 2300 -2010 983 192105 弯矩 25000 -5190 14200 14700 31400 -10400 轴力 4460 -3870 1820 -244 2920 -2320 剪力 714 123 2140 -2150 744 187108 弯矩 26200 -5000 15500 13500 31700 -10100 2.3 温度作用荷载计算 桥梁结构处于自然环境中，受到大气温度作用的影响。温度作用指因温度的 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 15 变化而引起的结构变形和附加力。温度的变化可分为均匀温度变化和梯度温度两 种情况。前者表示结构整体在一年中的温度变化；后者表示结构上不同点或不同 材料之间的温度差异。 2.3.1 梯度温度作用效应 计算原理 1 根据条例 4.3.106相关规定，计算桥梁由于梯度温度引起的效应时不计横向 梯度作用，可采用下图 2.13 竖向梯度温度所示的曲 线，桥面铺装按 100mm 沥青混凝土铺装层计算， 其桥面板表面的最高温度 为 14, 为 5.5 。1T2 对于混凝土结构当大于 400mm 时， A300mm。竖向 日照反温差为正温差乘以-0.5。 日照温差 日照反温差 l =0m, =14 l =0m, = -71T1T l =0.1m, =5.5 l =0.1m, = -2.75 2 2 l =0.2m, =3.7 l =0.2m, = -1.85 3 3 l =0.3m, =1.83 l =0.3m, = -0.924 4 l =0.4m, =0 l =0.4m, = 0 5T5T 计算 图 2.13 竖向梯度温度 2 由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结 构一半代表单元，见表 2.3： 表 2.3 温度梯度作用效应计算结果 温度梯度截面升温 温度梯度截面降温 单元号 轴力(kN) 剪力(kN) 弯距 (kN.m) 轴力(kN) 剪力 (kN) 弯距(kN.m) 14 0 0 0 0 0 0 17 0 204 2450 0 -102 -1220 22 0 204 3060 0 -102 -1530 27 0 204 3840 0 -102 -1920 32 0 204 4550 0 -102 -2280 37 0 204 5270 0 -102 -2640 42 0 204 5980 0 -102 -2990 温度梯度截面升温 温度梯度截面降温 单元号 轴力(kN) 剪力(kN) 弯距(kN.m) 轴力(kN) 剪力(kN) 弯距(kN.m) 47 0 204 6700 0 -102 -3350 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 16 52 0 204 7410 0 -102 -3710 55 0 204 8130 0 -102 -4070 61 0 204 8680 0 -102 -4340 67 0 204 9910 0 -102 -4960 70 312 0 5830 -156 0 -2920 75 312 0 5810 -156 0 -2910 80 312 0 5700 -156 0 -2850 85 312 0 5670 -156 0 -2840 90 312 0 5610 -156 0 -2810 95 312 0 5570 -156 0 -2790 100 312 0 5530 -156 0 -2770 105 312 0 5500 -156 0 -2750 108 312 0 5480 -156 0 -2740 2.3.2 均匀温度作用效应 均匀温度的取值，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月 平均气温）确定；均匀温度变化值，应自结构合拢时的温度算起。根据条例 4.3.107的相关规定湖北地区属于温热地区，最高和最低月平均气温分别为 34 和-3，则结构合拢时的温度为 16，结构最大温升 18，最大温降-19。 由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结 构一半代表单元，见表 2.4： 表 2.4 系统温度作用效应计算结果 系统升温 系统降温 单元号 轴力(kN) 剪力(kN) 弯距(kN.m) 轴力(kN) 剪力(kN) 弯距(kN.m) 1 0 0 0 0 0 0 14 0 102 1210 0 -107 -1280 17 0 102 1520 0 -107 -1600 22 0 102 1900 0 -107 -2010 27 0 102 2260 0 -107 -2390 32 0 102 2620 0 -107 -2760 系统升温 系统降温 单元号 轴力(kN) 剪力 (kN) 弯距 (kN.m) 轴力(kN) 剪力(kN) 弯距(kN.m) XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算 17 37 0 102 2970 0 -107 -3140 42 0 102 3330 0 -107 -3510 47 0 102 3680 0 -107 -3890 52 0 102 4040 0 -107 -4260 55 0 102 4310 0 -107 -4550 61 0 102 4920 0 -107 -5190 67 744 0 -1500 -786 0 1580 70 744 0 -1680 -786 0 1780 75 744 0 -1860 -786 0 1970 80 744 0 -2020 -786 0 2130 85 744 0 -2170 -786 0 2290 90 744 0 -2270 -786 0 2390 95 744 0 -2360 -786 0 2490 100 744 0 -2420 -786 0 2560 105 744 0 -2470 -786 0 2610 108 744 0 -2480 -786 0 2620 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 18 3 预应力钢束设计 3.1 估算预应力钢束 根据 P2314配筋计算要求，预应力梁应满足弹性阶段的应力要求和塑性阶段 的强度要求。因此，预应力筋的数量可以从满足这几方面的要求来考虑 8： 3.1.1 计算原理 预应力梁在预加应力和使用荷载作用下的应力状态应满足的条件是： 上缘应力： y 上 M g/W 上 y 上 + Mg/W 上 + Mp/W 上 0.5R ba 下缘应力： y 下 M g/W 下 + Mp/W 下 y 下 - Mg/W 下 0.5R ba 一般情况下，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，为方便计算，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件。当预拉 区配置受力的非预应力钢筋时，容许截面出现少许拉应力，但在估算钢束数量时， 依然假设 RL 等于零。由预应力钢束所产生的截面上缘应力 y 上和截面下缘应 力 y 下分以下三种情况讨论： 截面上、下缘均布置力筋 N 上 和 N 下 以抵抗正负弯矩，由力筋 N 上 和 N 下 在 1 截面上下缘产生的应力分别为： y 上 = + + -A N上 上 上上We下 上 下下 e y 下 = - + + 上 下 上上 下 下 下下 可得到上缘和下缘预应力筋的数目: n 上 =Mmax(e 下 -K 下 )-Mmin(K 上 +e 下) /(K 上 +K 下 )(e 上 +e 下 )1/fa a n 下 =Mmax(e 下 +K 下 )+Mmin(K 上 -e 下 )/(K 上 +K 下 )(e 上 +e 下 )1/fa a 当截面只在下缘布置预应力筋 N 下 以抵抗正弯矩时,当由上缘不出现拉应 2 力控制时:由 N 下 /A-N 下 e 下 /W 上 =-Mmin/W 上 得到:n 下 =Mmin/(e 下 -K 下 ) fa a 当由下缘不出现拉应力控制时,由 N 下 /A+N 下 e 下 /W 上 =-Mmin/W 上 得到:n 下 =Mmax/(e 下 +K 上 ) fa a 当截面只在上缘不出现拉应力控制时,由 N 上以抵抗负弯矩时分两种情况 3 考虑: XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 19 当由上缘不出现拉应力控制时,由 N 上 /A+N 上 e 上 /W 上 =-Mmin/W 上 得到: n 上 =-Mmin/(e 下 +K 上 ) fa a 当由下缘不出现拉应力控制时,由 N 上 /A-N 上 e 上 /W 下 =Wmax/W 下 得到:n 上=M max/(K 上 -e 上 ) fa a 3.1.2 毛截面几何特性 截面的毛截面几何特性可直接由桥梁博士软件中查得，见表 3.1： 表 3.1 截面的毛截面几何特性 截面号 梁高 (m) 面积 A(m2) 惯性矩 I0(m4) 中轴到梁顶 Y 上 （m） 中轴到梁底 Y 下 (m) 上翼缘抗弯模量 W 上 (m3) 下翼缘抗弯模量 W 下 (m3) 1 1.59 11.66 3.43 0.67 0.92 5.14 3.72 5 1.59 11.66 3.43 0.67 0.92 5.14 3.72 8 1.59 11.66 3.43 0.67 0.92 5.14 3.72 15 1.59 11.66 3.43 0.67 0.92 5.14 3.72 18 1.59 11.66 3.43 0.67 0.92 5.14 3.72 23 1.65 12.19 3.97 0.71 0.94 5.58 4.23 28 1.75 12.64 4.78 0.77 0.98 6.23 4.87 33 1.90 13.18 6.10 0.85 1.05 7.21 5.78 38 2.08 13.67 7.85 0.93 1.15 8.41 6.84 43 2.29 14.29 10.28 1.04 1.25 9.87 8.24 48 2.55 14.99 13.79 1.18 1.37 11.71 10.05 53 2.84 15.64 18.32 1.32 1.52 13.84 12.08 56 3.12 16.37 23.57 1.48 1.64 15.96 14.35 62 3.69 17.24 35.62 1.75 1.94 20.39 18.33 68 3.18 16.46 24.71 1.51 1.67 16.41 14.76 71 2.89 15.73 19.15 1.35 1.54 14.22 12.41 76 2.60 15.08 14.50 1.20 1.40 12.08 10.36 81 2.34 14.37 10.86 1.06 1.28 10.21 8.51 86 2.12 13.73 8.25 0.95 1.17 8.68 7.05 91 1.93 13.24 6.35 0.86 1.07 7.41 5.93 96 1.79 12.82 5.12 0.79 1.00 6.49 5.12 101 1.68 12.22 4.17 0.72 0.96 5.75 4.36 截面号 梁高 面积 惯性矩 中轴到梁顶 中轴到梁底 上翼缘抗弯模量 下翼缘抗弯模量 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 20 (m) A(m2) I0(m4) Y 上 （m） Y 下 (m) W 上 (m3) W 下 (m3) 106 1.61 11.70 3.55 0.68 0.94 5.26 3.80 109 1.59 11.66 3.43 0.67 0.92 5.14 3.72 3.1.3 预应力钢束的估计 本设计主梁顶板预应力钢束采用 270K 级高强低松弛钢绞线，顶板预应力钢 束均采用 a=22- 15.24 钢绞线，每束预应力钢筋面积： Ay =2214010-j 6=0.00308 m2；边跨和中跨底板预应力钢束均采用 b=15- 15.24 钢绞线， Ay j =1514010-6=0.0021m2；有效预应力 y=0.751860=1395MPa;混凝土抗压标 准强度为 32.4MPa。 根据以上的公式经计算，将计算结果汇总于表中，比较各截面所需的钢束数， 结合施工及钢束的布置构造情况，选定该截面所用的钢束数： 表 3.2 预应力钢束的估算表 截 面 号 荷载组合最 大弯矩 Mmax (kNm) 荷载组合最小 弯矩 Mmin (kNm) 钢绞线公称 面积 fy(m2) 有效预应 力 y(MPa) 截面上核 心半径 k 上 =W 下 /A 截面下核 心半径 k 下 =W 上 /A 上缘估 算数目 N 上 下缘估 算数目 N 下 1 0 0 0.000140 1395 0.319 0.441 0 5 23500 11000 0.000140 1395 0.319 0.441 7 8 41700 19600 0.000140 1395 0.319 0.441 13 1 8 63400 23000 0.000140 1395 0.319 0.441 20 2 3 57100 15500 0.000140 1395 0.347 0.458 18 2 8 44000 3460 0.000140 1395 0.385 0.493 2 13 3 3 24200 -13400 0.000140 1395 0.439 0.547 4 8 3 8 2460 -35300 0.000140 1395 0.501 0.615 6 3 4 3 -24600 -72300 0.000140 1395 0.576 0.690 10 4 8 -55300 -115000 0.000140 1395 0.671 0.781 14 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 21 5 3 -92200 -166000 0.000140 1395 0.773 0.885 17 5 6 -128000 -217000 0.000140 1395 0.876 0.975 20 6 2 -208000 -339000 0.000140 1395 1.063 1.183 26 6 8 -128000 -222000 0.000140 1395 0.897 0.997 20 7 1 -94100 -174000 0.000140 1395 0.789 0.904 17 7 6 -58900 -124000 0.000140 1395 0.687 0.801 14 截 面 号 荷载组合最 大弯矩 Mmax (kNm) 荷载组合最小 弯矩 Mmin (kNm) 钢绞线公称 面积 fy(m2) 有效预应 力 y(MPa) 截面上核 心半径 k 上 =W 下 /A 截面下核 心半径 k 下 =W 上 /A 上缘估 算数目 N 上 下缘估 算数目 N 下 8 1 -28300 -82700 0.000140 1395 0.592 0.710 11 8 6 -3500 -49700 0.000140 1395 0.513 0.632 8 2 9 1 16100 -23500 0.000140 1395 0.448 0.559 5 6 9 6 31800 -5350 0.000140 1395 0.399 0.506 3 10 1 01 42400 5530 0.000140 1395 0.357 0.471 1 13 1 06 47800 10700 0.000140 1395 0.325 0.450 1 16 1 09 48200 11500 0.000140 1395 0.319 0.441 16 3.2 预应力钢束的布置 3.2.1 预应力钢束布置原则 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 22 当预应力筋要分层布置时，顶板的长束布置在上层，短束布置在下层，底 1 板长束布置在下层，短束布置在上层。 纵向预应力钢束为结构的主要受力钢筋，为了设计和施工的方便，进行 2 对称布束，锚头布置尽量靠近压应力区。 当力筋数量较多时可分层布置，一般来说，先锚固下层力筋，后锚固上 3 层力筋。 钢束在横断面中布置时应尽量均匀布置，避免因局部预应力过于集中而 4 产生翘曲和畸变。 根据施工规范规定，张拉完毕后 14 天内必须压浆，钢束宜张拉一批压浆 5 一批，待压浆强度达到 90以上时，才可以进行下一批张拉。 本桥中采用预埋塑料波纹管，根据第 9.1.1 条7规定,后张法构件预应 6 力直线形钢筋的最小混凝土保护层厚度不应小于其管道直径的 1/2。根据第 9.3.4 条 7规定，各主钢筋间横向净距和层与层之间的竖向净距，当钢筋为三层 及以下时，不应小于 30mm，并不小于钢筋直径；当钢筋为三层以上时，不应小于 40mm，并不小于钢筋直径的 1.25 倍。对于束筋，此处直径采用等代直径。同时， 后张法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 4m 。 3.2.2 预应力钢束的布置 全桥的预应力钢束布置情况见表 3.3： 表 3.3 预应力钢束布置 上部钢束 下部钢束 截面号 a=22 b=15 1 2 8 5 2 14 8 2 20 15 2 20 18 2 20 23 4 18 28 6 14 33 8 8 38 10 4 43 14 0 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 23 48 16 0 53 20 0 56 23 0 62 29 0 68 23 0 71 20 0 76 16 0 81 14 0 86 10 2 91 8 6 96 6 10 101 4 13 106 2 16 109 2 16 选取 28、62、109 三个断面，画出钢束布置图，其余不再赘述。 图 3.1 28 号截面 图 3.2 109 号截面 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计 24 图 3.3 62 号截面 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算 25 4 预应力损失及有效预应力计算 根据第 6.2.1 条 9规定，在按正常使用极限状态设计时，应计算以下各项预 应力损失值： 预应力钢筋与管道之间摩擦 1 1l 锚具变形、钢筋回缩及接缝压缩 2 2 预应力钢筋与台座之间的温差 l3 3 混凝土的弹性压缩 4 4l 预应力筋的应力松弛 5 5 混凝土的收缩与徐变 6 6l 此外，尚因考虑预应力钢筋与锚圈口之间的摩擦、台座的弹性变形等因素引 起的其他预应力损失。 由于时间和篇幅的关系，本毕业设计仅对 Z1#钢束进行计算，其他钢束以此 为例。Z1#钢束为中跨底板预应力钢束，其损失阶段为中跨合拢阶段(32#施工阶 段)、桥面铺装阶段（33#施工阶段）和徐变阶段（34#施工阶段） 。 4.1 预应力损失的计算 根据第 5.2.1 条 9规定：构件在预加应力时，预应力钢绞线的锚下控制应力 符合 k0.75R yb。 即： k=0.751860=1395MPa。 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。 4.1.1 摩阻损失 根据第 6.2.2 条 9规定:钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失可按下式计算： (4-1)1)(1kxconle con张拉钢筋时锚下的控制应力（=0.75 ） ；pkf 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数，对金属波纹管，取 0.15； 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 0.0015； x从张拉端至计算截面的管道长度,可近似地取该段管道在构件纵轴上的投 影长度（米） 。 Z1#钢束阶段摩阻应力损失见表 4.1： XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算 26 表 4.1 Z1#钢束阶段摩阻应力损失 点号 32#施工阶段应力损失 33#施工阶段应力损失 34#施工阶段应力损失 合计损失 1 0.00 0.00 0.00 0.00 2 -2.36 0.00 0.00 -2.36 3 -4.71 0.00 0.00 -4.71 4 -33.50 0.00 0.00 -33.50 5 -36.60 0.00 0.00 -36.60 6 -38.90 0.00 0.00 -38.90 7 -64.90 0.00 0.00 -64.90 8 -67.20 0.00 0.00 -67.20 9 -72.10 0.00 0.00 -72.10 10 -77.40 0.00 0.00 -77.40 11 -83.00 0.00 0.00 -83.00 12 -83.70 0.00 0.00 -83.70 13 -84.80 0.00 0.00 -84.80 14 -87.20 0.00 0.00 -87.20 15 -93.70 0.00 0.00 -93.70 16 -99.60 0.00 0.00 -99.60 17 -93.70 0.00 0.00 -93.70 18 -87.20 0.00 0.00 -87.20 19 -84.80 0.00 0.00 -84.80 20 -83.70 0.00 0.00 -83.70 21 -83.00 0.00 0.00 -83.00 22 -77.40 0.00 0.00 -77.40 23 -72.10 0.00 0.00 -72.10 24 -67.20 0.00 0.00 -67.20 25 -64.90 0.00 0.00 -64.90 26 -38.90 0.00 0.00 -38.90 27 -36.60 0.00 0.00 -36.60 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算 27 28 -33.50 0.00 0.00 -33.50 点号 32#施工阶段应力损失 33#施工阶段应力损失 34#施工阶段应力损失 合计损失 29 -4.71 0.00 0.00 -4.71 30 -2.36 0.00 0.00
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