65 + 115 +65 m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计毕业设计

(65m+115m+65m)公路预应力混凝土连续刚构梁桥设计毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书班班 级：级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 发题日期：发题日期：20212021 年年 4 4 月月 完成日期：完成日期：20212021 年年 6 6 月月 题题 目：目： 6565 + + 115115 +65+65 m m 公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计1 1、本论文的目的、意义本论文的目的、意义 根据教育部指示，毕业设计是高等工科院校本科培养方案中最后一个重要的教学环节，目的是使学生在学完培养方案所规定的根底课、技术根底课及各类必修课和选修专业课程之后，通过毕业设计这一环节，较为集中和专一地培养学生综合运用所学的根底理论、根本知识和根本技能以及分析和解决实际问题的能力。和以往的理论教学不同，毕业设计要求学生在老师的指导下，独立地、系统地完成一个工程设计，掌握一个工程设计的全过程。在稳固已学课程的根底上，学会考虑问题、分析问题和解决问题，并可以继续学习到一些新的专业知识，有所创新 。2 2、设计原始资料设计原始资料(一) 主要技术指标(1) 孔跨布置：见“分组题目；(2) 公路等级：一级(3) 荷载标准：公路-I 级，人群荷载 kN/m2；(4) 桥面宽度：桥面宽，即：净2车行道+中央分隔带+2人行道与栏杆 ；(5) 桥面纵坡：0% (平坡)；(6) 桥面横坡：1.5%。(7) 桥轴平面线型：直线。(二)材料规格(1) 梁体混凝土：C50 级混凝土；(2) 桥面铺装及栏杆混凝土：C40 级混凝土；(3) 预应力钢筋及锚具：主梁纵向预应力钢筋可选用 7-j15.24、9-j15.24、12-j9-j(1-jmm2)，=1860MPa，=1488MPa；对应锚具分别为 YM15-7、YM15-9、YM15-12 或 YM15-byRyR19；对应波纹管直径分别为(内径)70、80、85、100mm(外径比内径大 7mm)。主梁竖向预应力钢筋采用32 冷拉 IV 级钢筋，=735MPa(冷拉应力)，byR=550MPa；对应锚具为 M343(螺距)；对应孔道直径 43mm，锚垫板边长a = yR140mm，相邻锚板中心距离不小于 15cm。(4) 普通钢筋：受力主钢筋用 II 级钢筋(1228)，=340MPa，=340320MPa；非受力钢byRyR筋用 I 级钢筋(820)，=240MPa，=240MPa。byRyR(三)施工顺序及要点(1) 墩台根底施工：桥台采用明挖根底，桥墩采用钻孔桩根底。(2) 墩身：刚构桥下部结构的主墩墩身采用薄壁空心墩，墩高均为 30m；(3) 主梁横截面：本桥为单箱单室的箱梁截面，梁底下缘及底板上缘均按二次抛物线规律变化，腹板、底板可根据要求变厚；(4) 在支架上施工中间墩顶 0#段；(5) 在满堂支架上施工边跨靠近边支座梁段；(6) 在中间墩顶 0#段上安置悬臂挂篮设施：箱梁双悬臂状态施工采用挂篮悬臂对称浇筑，中跨及边跨合拢段采用吊模浇筑，挂篮自重施工荷载控制在 3700 kN以内，挂篮自重按 1300 kN 计；(7) 从中间墩顶 0#段两侧利用悬臂挂篮设施逐段对称施工主梁；(8) 施工边跨、中跨合拢段主梁；(9) 撤除挂篮设施和边跨支架；(10) 撤除 0段与桥墩的临时固接；(11) 桥面铺装、人行道板及栏杆施工(总的荷载集度可近似取为 32kN/m)；(12)不考虑桥下通航的要求，不考虑其它特种荷载，本设计不包括墩底承台以下局部的设计。3 3、设计任务 (1)桥式方案拟定说明所选择桥式适合的地理、地质环境；主要尺寸如梁高等确定的一般方法：结构受力的合理性和经济性等。(2)结构内力分析结构内力分析根本原理描述；有限元结构分析计算和设计软件的原理及使用，包括结构计算图式确实定、单元划分、施工阶段的划分及其对内力的影响等。(3)预应力钢筋及普通钢筋设计根本设计计算原理描述；相关设计标准应用的具体公式、参数表征方式的使用；构造要求。(4)主要截面检算根本设计计算原理描述；相关设计标准应用的具体公式、参数表征方式的使用。(5)编制设计计算说明书详见附录一。(6)绘制结构主要施工图绘制桥梁结构(主梁)主要构造图(立面、平面、横断面和阶段划分图)，分阶段预应力钢筋布置图(各个施工阶段预应力布置，包括纵向立面、平面和各个横断面布置)，施工程序图等，要求到达 A3 幅面图纸不少于 16 张或 A2 幅面图纸不少于 8 张(相当于 0#图 2 张)。(7)外文资料翻译，要求选择一篇外文专业科技文献外文字符不少于 10000个翻译或用外文写出本人的毕业设计摘要不少于 500 汉字，在辩论时用外语宣读 。(8)毕业设计的说明书不少于 15000 汉字。4 4、设计依据(一)设计标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准(二)设计任务书。5 5、设计要求(1) 根据任务书提出完成毕业设计工作方案。(2) 掌握桥梁设计的根本原理和方法。(3) 熟悉有关设计标准的应用和相关桥梁专业计算软件的使用。(4) 设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰；章节编号清楚，图、表编号说明清楚；文句通顺，字迹工整，图纸美观；装订成册。摘 要设计为总长为 245m 的公路直线预应力混凝土连续刚构桥,跨径组成为65m+115m+65m，截面形式为单箱单室箱型，墩身为双薄壁柔性墩。设计荷载标准为公路 I 级汽车荷载。主梁采用挂篮悬臂对称施工。因时间所限，未涉及下部结构桥墩和根底 、横向预应力及竖向预应力的设计。根据活载位置的不同，连续刚构桥的断面可能出现正弯矩或负弯矩，因而，要按弯矩变化的幅值布置预应力钢筋。连续刚构桥将连续梁与薄壁墩柔性固结而成，既保持了连续梁桥的优点，同时又节省了支座，减少墩与根底的工程量，并改善了结构的水平荷载作用下的受力性能，即各柔性墩按刚度比分配水平力。参考了大量的工程实例，对结构方面进行了较为详细的分析和研究。横截面采用单箱单室截面，梁高按二次抛物线变化，从支座处最大米到跨中米，顶板厚度为25cm。为了减小施工难度，并结合连续刚构桥的受力特点，底板厚度呈直线线性变化，由支座向跨中减，支座处为m,跨中为m。运用BSAS对结构进行了内力分析,然后对钢筋数量进行估计并配置钢筋，检算主要控制截面的承载能力。绘制结构施工图，包括桥跨布置图、施工程序图等，进行外文翻译，最后编制设计计算说明书及文档整理。【关键词】: 预应力混凝土连续刚构桥；悬臂施工；内力分析；预应力损失；次内力。AbstractDesign is a prestressing concrete continuing steel bridge, with the total length of 245m of the highway，spans are 65m, 115m, and 65m respectively, the form of the section is single-box single-room，and the piers are flexible double think-wall。 The standard of the loads is highway one car loads. The main beam of the bridge is constructed symmetrically by Hanging Basket cantilever。 Because of the time constraint, the design doesnt contain the lower structure (piers and foundations), horizontal prestressing and vertical prestressing. According to the different position of the live loads, the section of this continuing steel bridge may have positive structural forces and negative structural forces，therefore, the arrangement of the prestressing reinforcement should vary in accordance with the change of structural forces. The continuing steel bridge is a combination of continuing beam and double think-wall piers (flexible), and it also changes the structures stress compatibility under the level of loads. Design is made on the basis of lots of real projects case, so it gives a detailed analysis and study of the structure. The cross section is in form of single-box single-room , the height of the beam changes according to the cross-section parabolic ，from the supports the maximal height is to the inter - Main beamheight of , and the thick of the Roof is 22cm. In order to alleviate the difficulties of construction, the thick of the bottom ,combined with the stress feature of continuing steel bridge, changes in linear, reducing from the supports to the inter - Main beam, the thick of the supports is and the inter - Main beam is . Upon the basis of the section design, making an analysis of internal forces of the structure by BSAS， evaluate the amounts of the reinforcement and arrange them accordingly, then check the capability of the main controlling section. Drawingthe structural construction plan, including the arrangement plan of the bridge span, the procedure of construction, etc. then translate them into English ,finally make the design illustration and Microsoft Word.Key words: prestressing concrete continuing steel bridge; cantilever construction; analysis of internal forces; prestressing lose; secondary internal forces 第 1 章 绪 论.11.1 设计特点.11.2 受力特点.21.3 构造特点.21.3.1 零号块 .21.3.2 横隔板 .31.3.3 合拢段 .3第 2 章 桥跨总体布置及结构主要尺寸.42.1 桥跨结构图式及尺寸拟定.42.1.1 设计技术标准： .42.1.2 结构图式 .42.1.3 主要尺寸拟定 .52.2 主梁分段与施工阶段的划分.62.2.1 分段原那么 .62.2.2 具体分段 .62.2.3 施工阶段的划分 .6第 3 章 荷载内力计算.83.1 恒载内力计算.83.1.1 计算方法 .83.1.2 计算结果 .93.2 活载内力计算.173.2.1 横向分布系数的考虑 .183.2.2 活载因子的计算 .183.2.3 设计结果 .18第 4 章 预应力钢束的估算与布置.304.1 预应力筋的估算.30 预应力筋的估算方法 .304.1.2 预应力筋的估算 .344.1.3 预应力钢束的布置 .394.1.4 截面特性计算 .41第 5 章 预应力损失及有效预应力计算.435.1 预应力钢筋与管道之间摩擦损失.435.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失.485.3 弹性压缩损失.525.4 钢筋松驰引起的应力损失.555.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失.565.6 有效预应力值.58第 6 章 次内力计算及内力组合.59 6.1 自重徐变次内力计算.596.2 预加力徐变次内力计算.646.3 温度次内力计算.676.4 墩台支座不均匀沉降次内力计算.716.5 预加力引起的二次力矩计算.73第 7 章 截面验算.767.1 内力组合.767.1.1 荷载和荷载效应 .767.1.2 内力组合 .767.2 承载力极限状态验算.767.2.1 根本理论 .817.2.2 截面验算 .827.3 正常使用极限状态验算.837.3.1 使用阶段应力验算 .907.3.2 变形验算 .918.1 混凝土总用量计算.938.1.1 梁体混凝土C50用量计算 .938.1.2 桥面铺装混凝土用量计算 .948.2 钢绞线及锚具总用量计算.94总结与讨论.96致 谢.97主要参考文献.98附录一.99附录二.116包络图.116附录三 实习报告.119第第 1 1 章章 绪绪 论论毕业设计是高校本科培养方案中最后一个重要的教学环节，目的是使学生在学完培养方案所规定的根底课、技术根底课及各类必修和选修专业课程之后，通过毕业设计这一环节，较为集中和专一地培养学生综合运用所学的根底理论、根本知识和根本技能，分析和解决实际问题的能力。和以往的理论教学不一样，毕业设计是学生在老师的指导下，独立.系统完成一个工程设计，以期能掌握一个工程设计的全过程，在稳固已学课程的根底上，学会考虑问题、分析问题和解决问题，并可以继续学习到一些新的专业知识，有所创新，为将来走向工作岗位打下良好的根底。1.1 设计特点预应力混凝土连续刚构桥设计的一般步骤：参照已有的设计拟定结构几何尺寸和材料类型，模拟实际的施工步骤，计算恒载及活载内力；然后再根据实际情况确定温度、沉降等荷载，计算其产生的内力，并与恒、活载内力进行正常使用与承载能力组合。这是设计过程中的第一次组合(BSAS 完成)，两种组合的结果分别作为按正常使用和按承载能力估算钢束的计算内力。估算出各截面的钢束后，按照一定要求将钢束布置好，重新模拟施工过程并考虑预应力的作用，计算恒载内力。由于钢束对截面几何特性的影响，温度、沉降等内力也需重新计算，但其与钢束估算时计算得到的结果差异非常小。各种荷载作用下的内力计算出来后，需进行承载能力组合和正常使用组合，以进行截面强度验算、应力验算和变形验算，这是设计过程中的第二次组合。如各项验算均满足要求且认为合理，那么设计通过。如有些截面的有些验算通不过，那么需调整钢束甚至修改截面尺寸后重新计算，直到各项验算均通过为止。如上所述，设计过程一般包括两次组合。第一次组合是为了估算钢束。此时钢束还未确定，也就无法考虑预加力的作用。由于预加力对徐变有很大影响，故估算钢束时一般也不考虑收缩徐变的影响。况且，此时用的几何特性都是毛截面几何特性，所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态，仅供估束参考。根据估束结果确定钢束数量和几何形状后，考虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力是当前配束下的受力。如各项验算均通过，那么可作为最终结果。如个别截面不满足，但两次组合结果相差不大，可适当调整钢束后重新计算；如两次组合结果相差很大，那么应将第二次组合内力作为估束依据重新估束，再重复进行验算，直到各项验算全部通过且两次组合结果相差不大为止。总之，设计的过程就是一个逐次迭代逐次逼近的过程。有经验的设计人员可能一次就能通过，但对我们初次设计，可能需“迭代屡次，甚至需要修改截面尺寸。预应力混凝土连续刚构桥采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换，经过一系列的施工阶段而逐步形成最终的连续刚构体系。在各个施工阶段，可能具有不同的静力体系，其中包括安装单元、撤除单元、张拉预应力、移动挂篮等工况。因此计算其恒载内力时必须精确模拟各个施工阶段，反映在结构约束、荷载列向量和总刚矩阵等随施工阶段而发生变化。桥梁的恒载内力由各施工阶段引起的内力迭加而成，显然对不同的施工方法，桥梁的恒载内力是有很大差异的。而活载和温度、沉降等内力在成桥后才发生，作用在最终连续刚构体系上，故与施工方法无关。为了保证施工平安和长期正常使用，进行桥梁设计时必须对每一个受力阶段计算各种荷载作用下的应力和变形，并进行组合。悬臂施工涉及到非常多的施工工况，且由于体系发生转换而使预加力和徐变产生的次内力的计算变得复杂，故设计时一般必须借助电算完成。1.2 受力特点采用悬臂施工的连续刚构桥，在施工过程中经历 T 型刚构受力状态，合拢后形成连续刚构桥，其恒载产生的内力由各施工阶段产生的内力迭加而成。由于合拢段较短，其产生的内力一般较小，故 T 型刚构受力状态为主要局部。对悬臂施工连续刚构桥，合拢后根部负弯矩很大，而中跨跨中恒载弯矩很小。二期恒载加上以后，根部负弯矩增大，中跨跨中承受相对较小的正弯矩。因此，截面几何尺寸拟定时，应根据以上弯矩分布特点，增大主梁根部附近断面的抗弯刚度，提高截面下缘的承压能力。悬臂施工时，浇筑一节段梁体，到达一定强度后张拉此段钢束。梁体自重产生负弯矩，预应力钢束产生正弯矩，二者结合使得梁体根本处于偏心受压受力状态，其轴向力非常大，抗剪强度一般不成问题，而最小正应力又较大，故主拉应力也易满足。1.3 构造特点 零号块零号块是悬臂浇筑施工的中心块体，又是体系转换的控制块体。零号块受力非常复杂，且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地，故其顶板、底板、腹板尺寸都取得较大。零号块已不能处理为一般的杆系，对重要桥梁都要进行零号块空间应力分析。从国内施工来看，零号块时有开裂，故其施工工艺及结构构造是很值得研究的问题。 横隔板悬臂施工的连续刚构大多采用箱形截面，抗扭刚度较大，故除零号块内设置横隔板外，主桥沿纵向一般不设横隔板。零号块内横隔板传递荷载较大，通常采用一片实体或两片式刚性横隔板，中部开设过人洞。在各跨上需考虑不平衡段底板钢束弯起锚固的要求，还需设置预留伸缩槽。 合拢段合拢段的施工是桥梁施工的重要环节。在合拢段施工过程中，由于温度变化、混凝土早期收缩、已完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热，以及结构体系变化和施工荷载等因素，对尚未到达强度的合拢段混凝土有直接影响，故必须重视合拢段的构造措施，使合拢段与两侧梁体保持变形协调，并在施工过程中能传递内力。合拢段的长度在满足施工要求的情况下，应尽量缩短，以便于构造处理，一般取1.53m。本设计取 1.5m。合拢段的构造处理有以下几种：(1)用劲性钢管作为合拢段的预应力套管；(2)加强配筋；(3)用临时劲性钢杆锁定；(4)压柱支撑。合拢段施工应注意以下几点：(1)合拢段应采用早强、高强、少收缩混凝土；(2)合拢段混凝土浇筑时间应选在一天中温度较低时，并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜；(3)加强混凝土的养护。第 2 章 桥跨总体布置及结构主要尺寸2.1 桥跨结构图式及尺寸拟定2.1.1 设计技术标准：1、设计荷 载：公路级 2、桥梁宽 度：桥面宽，即：净2车行道+中央分隔带+2人行道与栏杆 ；3、桥面设 1.5的双向横坡。4、拟定参 数：横断面下缘宽度 m，上缘宽度 m，上翼缘外悬臂长为 4m。2.1.2 结构图式1、截面形式为了减小上部结构的自重，到达增加跨度、减少下部结构的工程量、增加截面抗扭刚度的目的，本桥采用单室箱形截面。上部结构采用变截面箱形梁。刚构墩为双薄壁墩，该墩的结构刚度能适应主梁变形，协调主梁与墩之间的变形，即利用此墩的柔度形成摆动式支承体系能适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移。2、立面形式本桥为预应力混凝土连续刚构桥。本桥跨径组 65+115+65245m。 两桥墩高度均为 30m。3、施工方法(1)主桥下部施工下部根底采用钢板桩围堰，搭设水中工作平台，进行钻孔成桩和浇筑承台，墩身采用翻模板分节进行施工。(2)上部箱梁施工悬臂施工方法是从桥墩开始对称地、不断悬臂接长的施工方法，它一般分为悬臂浇筑法和悬臂拼接法。两种方法是大跨径连续刚构桥主要采用的施工方法。本桥选用的施工方法就是悬臂施工方法中的悬臂浇筑法，即挂篮分段浇筑、悬臂对称施工。即从中间墩顶两侧利用悬臂挂篮设施逐段对称施工主梁。 2.1.3 主要尺寸拟定1、跨度桥梁跨度应根据公路等级，功能，通行能力及抗洪防灾要求，再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、环境要求综合考虑，选出适合于该桥位的跨径。桥位选择在河道顺直稳定，河床地质条件良好的河段。本桥跨径组成：65m+115m+65m，边跨与中跨的比值为，桥梁工程全长 245m。2、主梁高度连续刚构桥中支点的高跨比一般为 ，其中大局部为左右。本桥刚构115125120墩顶梁高 m，是主跨径的。119.828主跨中部箱梁的高跨比一般为，并有下降的趋势。本桥跨中截面梁高140155m，是主跨径的。146梁高沿跨径方向按二次抛物线变化，在绘图中近似以直线表示。3、箱梁腹板厚度腹板确定经验公式：腹板总厚度： (m),其中，B 为桥面总宽度(m)；L 为主跨跨度(m)。(1)5050BLt 同时应满足构造要求：单个腹板厚度 t0。根据经验，腹板厚度在中支点和边支座处等高段为 70cm，跨中为 40cm，按阶梯性变化。4、箱梁底板厚度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)箱梁桥墩处底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而从跨中逐渐加厚直至桥墩处，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充裕。本桥桥墩处底板厚度选用 70cm。(2)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 30cm。其余梁段的底板厚度沿跨径按线性变化。5、箱梁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一致取为 25cm。2.2 主梁分段与施工阶段的划分2.2.1 分段原那么根据选用的施工方案(悬臂浇筑)及所用施工机具(挂篮)的承重、支承点位置及支反力，对上部箱梁进行施工分段，梁段长度规格应尽量减少，以利于挂篮施工。梁段长度变化处的梁段重量差应尽量减少，以利于施工控制。即考虑悬臂施工挂篮起吊能力并兼顾计算单元划分进行分段。箱梁分段完成后进行单元划分编号。2.2.2 具体分段本桥全长 245m，全桥共分 98 个梁段单元， 0 号块长度 7m，一般梁段长度分成 4m、5m，跨中合拢段。其中 0 号块和边跨等高梁段单元满堂支架施工。2.2.3 施工阶段的划分 1、步骤：(1) 刚构墩墩身施工完毕至墩顶。 (2) 浇筑 0 号梁段，即 11，0，12 梁段和 32，0，33 梁段。 (3) 混凝土强度到达 85后，张拉预应力索。 (4) 在 0 梁段上对称架设挂篮 4 个，每个挂篮按 1300KN 考虑。 2、步骤：(1) 对称浇筑 10，13，31，34 梁段。 (2) 混凝土强度到达 85后，张拉预应力索。 3、步骤：(1) 往两端移动挂篮。 (2) 对称浇筑 9，14，30，35 梁段。 (3) 混凝土强度到达 85后，张拉预应力索。 4、步骤：(1) 按前步骤依次浇筑 8-2，15-21，29-23，36-42 梁段。(2) 混凝土强度到达 85后，张拉预应力索。5、步骤：(1)安装边支座，并现浇边跨等高梁段 1，43 梁段。6、步骤：(1) 撤除边跨挂篮，安装中跨合拢段吊篮。 (2) 架设中跨合拢段钢支撑，并张拉顶底板临时预应力钢索。 (3) 浇筑合拢段 22 梁段。 (4) 混凝土强度到达 85后，张拉预应力索。7、步骤：(1) 撤除边跨托架和吊篮。 (2) 撤除中跨吊篮。8、步骤：施加桥面二期荷载梁段分段示意图第 3 章 荷载内力计算3.1 恒载内力计算3.1.1 计算方法恒载内力计算采用 BSAS 软件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。1、混凝土及钢筋材料特性的取值混凝土：桥墩及铺装 C40，主梁 C50容重：13；23;弹性模量 C40：Ec3.25104MPa； C50：Ec3.45104MPa；线膨胀系数：1.010-5；混凝土抗压标准强度 C40：fck26.8 MPa； C50：fck32.4 MPa；混凝土抗拉标准强度 C40：ftk2.40 MPa； C50：ftk2.65 MPa； 钢绞线：采用高强度低松弛钢绞线，用 19 的钢丝烧制而成的钢绞线，即S15.24； 单根 S15.24 公称断面面积：A2； 抗拉强度标准值：fpk1860MPa； 弹性模量：Ep1.95105MPa；粗钢筋：采用精扎螺纹钢，直径 25mm； 预应力筋管道：连续刚构梁纵、横向采用金属波纹管成孔，竖向预应力采用铁皮管成孔； 锚具：采用 YM1519 锚具。2、计算阶段划分(1) 由主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，撤除边跨临时支座；(4) 合拢中跨；(5) 撤除吊篮；(6) 桥面铺装；(7) 运营阶段；3、计算简图 图 3.1-1 计算简图4、二期荷载(1) 桥面铺装及横断面主梁顶平坡，铺装层横坡 1.5的双向坡。桥面铺装水泥混凝土，最薄处厚。水泥混凝土铺装层的优点：造价低，耐磨性能好，适合重载交通。(2) 二期恒载计算 即计算按 32kN/m 计。3.1.2 计算结果2、截面特性计算结果表 2.1 毛截面几何特性NO.面积 A惯矩 Ix中轴至梁顶 Yo中轴至梁底 Y1123456789101112131415161718192021222324表 2.2 施工阶段计算结果包括一期恒载和二期恒载单元ELM杆端END弯矩-M轴力-N剪力-Q1i1j2i2j3i3j4i-1494j5i5j6i6j7i7j8i8j9i9j10i10j11i11j12i12j13i13j14i14j15i15j16i16j17i17j18i18j19i19j20i20j21i21j22i22j23i23j24i24j25i25j26i26j27i27j28i28j29i29j30i30j31i31j32i32j33i33j34i34j35i35j36i36j37i37j38i38j39i39j40i40j41i41j42i42j43i43j44i44j45i45j46i46j47i47j48i48j49i49j50i50j51i51j52i52j53i53j54i54j55i55j56i56j57i57j58i58j59i59j60i60j61i61j62i62j63i63j64i64j65i65j66i66j67i67j68i68j69i69j70i70j71I71j72i72j73i73j74i74j75i75j76i76j77i77j78i78j79i79j80i80j81i81j82i82j83i83j84i84j85i85j86i86j87i87j88i88j89i89j90i90j91i91j92i92j93i93j94i94j95i95j96i96j97i97j98i98j图 3.1-2 施工阶段弯矩图3.2 活载内力计算活载内力计算为根本可变荷载在桥梁使用阶段所产生的结构内力。 公路标准活载图式：公路级。3.2.1 横向分布系数的考虑荷载横向分布系数是指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。因为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配系数。本设计偏载系数为 1.0。3.2.2 活载因子的计算 FACTOR=(1+)n 31式中：1+冲击系数； n车道数； 车道折减系数； 偏载系数。根据?公路桥涵设计通用标准?JTJ D602004：公路级：本设计车道为双向 4 车道，单向为 7.5m，汽车的折减系数为 =0.67；本桥计算跨径小于 150m，所以不考虑纵向车道折减。本桥跨度 L 取为 115m，根据规定：，0.055。所以本设计中取 0.055。2420.1767ln0.01570.05523.6510.851623.5 10/2.556337CcCufEIflmEN mmIFACTOR(1+)n(1+0.055) 41.1=3.2.3 设计结果 本设计中采用 BSAS 软件进行该内力计算，现仅将结构的结果列于下表。活载内力计算结果表 3.2 公路级荷载产生的内力计算结果ELEMNT：1NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN Qy3ELEMENT: 1NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 2NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN Qy33ELEMENT: 2NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 3NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN Mz-MIN QyELEMENT: 3NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 4NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 4NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 5NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 5NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 6NODE: I相应 Mz相应 QyMAX Mz137MAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 6NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 7NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 7NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 8NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 8NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 9NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 9NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 10NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 10NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX Qy12MIN MzMIN QyELEMENT: 11NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 11NODE: J相应 Mz相应 QyMAX Mz153MAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 12NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 12NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 13NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN Qy-12ELEMENT: 13NODE: J相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT: 14NODE: I相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN Mz-MIN QyELEMENT: 14NODEI:相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:15NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX Qy36MIN MzMIN QyELEMENT:15NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:16NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:16NODEI相应 Mz相应 QyMAXMIN MzMINELEMENT:17NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX Qy98MIN MzMIN QyELEMENT:17NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:18NODEI相应 Mz相应 QyMAX Mz68MAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:18NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:19NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:19NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:20NODE:I相应 Mz相应MAX MzMAXMIN MzMINELEMENT:20NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN Qy-2076.654ELEMENT:21NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:21NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:22NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:22NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:23NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:23NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX Qy1MIN MzMIN QyELEMENT:24NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:24NODEJ相应 Mz相应 QyMAX Mz1081.369MAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:25NODEI相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN QyELEMENT:25NODEJ相应 Mz相应 QyMAX MzMAX QyMIN MzMIN Qy第 4 章 预应力钢束的估算与布置4.1 预应力筋的估算预应力混凝土截面配筋，是根据前面两种极限状态的组合结果，确定截面受力的性质，分为轴拉、轴压，上缘受拉偏压、下缘受拉偏压、上缘受拉偏拉、下缘受拉偏拉，上缘受拉受弯和下缘受拉受弯 8 种受力类型，分别按照相应的钢筋估算公式进行计算。估算结果为截面上缘配筋和截面下缘配筋，此为截面最小配筋，设计者可根据经验适当放宽。需要说明的是，之所以称为钢束“估算，是因为计算中使用的组合结果并不是桥梁的真实受力。确定钢束需要知道各截面的计算内力，而布置好钢束前又不可能求得桥梁的真实受力状态，故只能称为“估算。此时与真实受力状态的差异由以下四方面引起：未考虑预加力的作用；未考虑预加力对徐变、收缩的影响；未考虑钢束孔道的影响；各钢束的预应力损失值只能根据经验事先拟定 预应力筋的估算方法根据标准规定，预应力混凝土连续梁应满足使用和承载能力极限状态下的正截面强度要求。因此，预应力筋的数量可从这两方面综合考虑。 按承载能力极限计算按承载能力极限计算 预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力到达混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋到达抗拉设计强度。截面的平安性是通过截面抗弯平安系数来保证的。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：图 4-1 承载力极限状态计算图， 4-1 0NyyayRnAbxRN ， 4-2PMM)2/(0 xhbxRMaPh0 xNyRae上Ny下下Ny上上e下Y上Y下MminMmax+-Ny下下Ny上上Mmax合合成成+-Mmin合合成成 解上两式得：受压区高度 4-3bRMhhxaP2200预应力筋数 ， 4-)2/(0 xhRAMnyyP4a 或 4-bRMhhRAbRnacyya22004b式中： MP截面上组合力矩考虑混凝土平安系数1.25 时， 。cMMcPRa混凝土抗压设计强度；Ry预应力筋抗拉设计强度；Ay单根预应力筋束截面积； b截面宽度。假设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。 按正常使用状态计算按正常使用状态计算拉应力满足要求估算下限；压应力满足要求估算上限。图 4-2 正常使用状态计算图标准规定，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 ，或为在任意阶段，全截面承baR50.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 4-50min上上WMy 4-6bayRWM5 . 0max上上对于截面下缘 4-70max下下WMy 4-8bayRWM5 . 0min下下其中，由预应力产生的应力，W截面抗弯模量，混凝土轴心抗压标ybaR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4-5变为 4-9上上WMymin公式4-7变为 4-下下WMymax10 由预应力钢束产生的截面上缘应力和截面下缘应力分为三种情况讨论：上y下ya、截面上下缘均配有力筋 Ny 上和 Ny 下以抵抗正负弯矩，由力筋 Ny 上和 Ny 下在截面上下缘产生的压应力分别为： 4-11上上下下下上上上上yyyyyWeNANWeNAN 4-12下下下下下下上上上yyyyyWeNANWeNAN将式4-9 、 4-10分别代入式4-11(4-12)，解联立方程后得到 4-13)()()(min下上下上下上下下上eeKKeKMKeMNmazy 4-14)()()(minmax下上下上上上上下下eeKKeKMeKMNy令 yyyRAnN上上yyyRAnN下下代入式4-13 4-14中得到 4-15yyRAeeKKeKMKeMn1)()()(minmax下上下上下上下下上 4-16yyRAeeKKeKMeKMn1)()()(minmax下上下上上上上下下式中，Ay每束预应力筋的面积； Ry预应力筋的永存应力(可取 0估算)；byRe预应力力筋重心离开截面重心的距离；K截面的核心距；A混凝土截面面积； AWK上下AWK下上b、当截面只在下缘布置力筋 Ny 下以抵抗正弯矩时 当由上缘不出现拉应力控制时： 4-yyRAKeMn1min下下下17 当由下缘不出现拉应力控制时： 4-yyRAKeMn1max上下下18c、当截面中只在上缘布置力筋 Ny 上 以抵抗负弯矩时： 当由上缘不出现拉应力控制时 4-yyRAKeMn1min下上上19 当由下缘不出现拉应力控制时 4-yyRAeKMn1max下上上20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(4-6)和式4-8推导得： 4-yyaRAReeKKeWWeKMKeMn)()()()(minmax下上下上下下上下下上下上21 4-yyaRAReeKKeWWeKMeKMn)()()()(maxmin下上下上上下上下上上下下22有时需调整束数，当截面承受负弯矩时，如果截面下部多配根束，那么上部下n束也要相应增配根，才能使上缘不出现拉应力，同理，当截面承受正弯矩时，如上n果截面上部多配根束，那么下部束也要相应增配根。其关系为：上n下n当承受时， 4-23minM下上下下下上nekKen当承受时， 4-24maxM上下上上上下nekKen对于连续梁体系，或但凡预应力混凝土超静定结构，在初步计算预应力筋数量时，必须计及各项次内力的影响。然而，一些次内力项的计算恰与预应力筋的数量和布置有关。因此，在初步计算预应力时，只能以预估值来考虑，本设计用提高15的 BSAS 输出弯矩值来进行设计，此项估算是非常粗略的。 预应力筋的估算本设计采用 19-j15.24 钢绞线，每束预应力钢筋面积：Ay=19140266 m21860=1488 MPa；混凝土的设计强度为 32.4MPa。采用电子表格计算，根据以上公式经计算，分别为截面上、下缘最大最小配筋束数。将计算结果汇总于表 4-1 中，比拟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 4.1 各截面的最大弯矩和最小弯矩值单元截面 最大弯矩最小弯矩最大 M 绝对值最小 M 绝对值1i0000j2i j492.8983i j4i j5i j6i j7i j8i j9i j10i j11i j12i j13i j14i j15i j-17586816i-175868 j17i j18i j19i j20i j21i j22i j23i j24i j25i j26i j27i j28i j29i j30i j31i j32i j33i j34i j35i j36i j37i j-14843438i-148434 j39i j40i j41i j42i j43i j44i j45i j46i j47i j48i j49i j50i2 j表 4.2 各截面所需要的钢筋数：1in 下n 上26i046*19j6*190*19j046*192i6*192*1927i046*19j6*192*19j046*193i6*192*1928i046*19j6*192*19j042*194i6*192*1929i042*19j6*192*19j040*195i6*194*1930i040*19j6*194*19j038*196i6*194*1931i038*19j6*194*19j034*197i6*196*1932i034*19j06*19j032*198i06*1933i032*19j06*19j030*199i08*1934i030*19j08*19j028*1910i010*1935i028*19j010*19j026*1911i012*1936i026*19j012*19j024*1912i014*1937i024*19j014*19j020*1913i016*1938i020*19j016*19j018*1914i018*1939i018*19j018*19j016*1915i020*1940i016*19j020*19j014*1916i024*1941i014*19j024*19j012*1917i026*1942i012*19j026*19j010*1918i028*1943i010*19j028*19j010*1919i030*1944i038*19j030*19j038*1920i032*1945i010*19j032*19j08*1921i034*1946i08*19j034*19j08*1922i040*1947i08*19j040*19j6*198*1923i042*1948i6*198*19j042*19j6*198*1924i046*1949i6*198*19j046*19j6*196*1925i046*1950i6*196*19j046*19j6*196*194.1.3 预应力钢束的布置预应力对构件有压力、弯矩、剪力等作用，在其作用下，构件发生变形。对超静定结构，这些变形在支承处要受到约束，从而引起附加反力，由附加反力引起的弯矩叫二次弯矩次内矩 。在预应力连续梁中，在不改变预应力筋两端支承处的位置和各支承间的根本形状的条件下，改变它在各中间支承处的偏心距；那么，并不会影响其压力线的位置，这就是预应力钢筋的线性变换原理。根据这一原理，当压力线的位置与力筋重心重合时，这样布置的钢筋称为吻合索；此时二次弯矩没有了，但预应力对结构产生的内力影响仍旧可按等代荷载求得。从这一理论出发，预应力钢束的布置应尽量与吻合索相近。同时，结合其它施工、受力、经济等因素，可以得出预应力混凝土桥梁结构的配束原那么如下：1应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式,对不同跨径的桥梁结构,要选用预加力大小恰当的预应力束筋,以到达合理的布置型式。防止造成因预应力束筋与锚具型式选择不当，而使结构构造尺寸加大。2预应力束筋的布置要考虑施工的方便，也不能如钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋，而导致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，这样锚下应力区受力较复杂，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防止引起过大的结构次内力。4预应力束筋配置，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预应力束筋应防止使用屡次反向曲率的连续束，因为这会引起很大摩阻损失，减低预应力束筋的效益。6预应力束筋的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要，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，底板长束布置在下层，短束布置在上层。8预应力筋布置不要太靠近翼缘两侧，在同一截面上锚固要适当分散。9在设置孔道时需要预留一定的备用孔道，以便在必要时补充。10当力筋数量较多时可分层布置，一般来说，先锚固下层力筋，后锚固上层力筋。11钢束在横断面中布置时直束靠近顶板位置，弯束位于或靠近腹板，便于下弯锚固。12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，进行对称布束，锚头布置尽量靠近压应力区。13本桥中采用预埋金属波纹管，根据?公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准?以下简称?预规?规定,后张法构件预应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。?预规?9.3.4 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