土木工程（桥梁）专业毕业论文大宁河大桥设计

前 言毕业设计是教学计划中的一个重要环节，是在学院所有规定的基础课、技术基础课和必修的专业课后进行的，是培养学生综合运用所学的基础和专业知识，通过毕业设计，对大学四年所学课程和各方面知识，进行一次全面、综合、系统的训练，也是对以前各教学环节的继续、深化、补充和检验。在毕业设计完成的过程中，不仅是对我们综合、科学、合理地运用所学知识、理论的一种检验，同时还能巩固和加强对专业知识的掌握，在自己头脑中构建系统的专业知识框架和理论体系。借助这种较强实际动手操作的实践，进一步培养我们综合运用所学基础理论、专业知识和基本技能，从而提高分析和解决实际问题的能力。本次毕业设计的题目是大宁河大桥设计。在毕业设计的前期，我温习了结构力学、材料力学、结构设计原理、土力学、基础工程、桥梁工程（上）、桥梁工程（下）和钢桥等专业课，并查阅了公路桥涵设计通用规范、公路桥涵钢结构及木结构设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范、公路工程技术标准和公路桥涵施工技术规范等相关规范，并从学校图书馆借了大量相关书籍，其中包括斜拉桥手册、斜拉桥设计、斜拉桥、连续梁桥、连续刚构等等，与此同时，还参考了大量已成桥的资料，比如芜湖长江、Sunniberg大桥、南京长江第二大桥等。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行桥梁结构的设计，并运用MIDAS/Civil软件建模进行有限元分析，并对大桥的主要受力构件进行了结构的验算。在毕业设计的后期，主要进行大桥的施工组织设计。在这个阶段，另一项重要的工作就是进行文档的整理，包括设计说明书的制作，电子文档的排版整理等。整个毕业设计阶段，遇到了不少的挫折与困难，曾经有过失望，有过痛苦，也有过泪水，但是在指导老师周水兴老师的悉心指导下，在同学们的热情帮助下，我终于圆满的完成了设计任务，在此，我表示由衷的感谢。毕业设计的两个半月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、结构设计计算、文献综述撰写以及外文翻译，使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、发现问题、解决问题的能力。在绘图时，熟练掌握了CAD制图软件，在结构建模计算时，学会了使用MIDAS/Civil。以上所有这些从不同方面表达了毕业设计的目的与要求，这将使我受益终生。在学到这些新知识，复习旧知识的同时，我还深刻的体会到作为一名桥梁设计师的不易，既要有过硬的专业素质，又要有强烈的责任感。设计桥梁并不是一朝一夕的事，这是一个长期而又艰苦的过程，每一个部分的设计都需要我们花大量的心血去完成，既要满足规范的要求，又要满足人们对于审美的需求。所以说桥梁设计是一个具有极强挑战性的工作。这次毕业设计，虽然并没有达到设计院设计的那种水平，但是在这短短的三个月的时间里，认识了设计桥梁的过程，体会了其中的酸甜苦辣，这也是一种别样的收获。通过这次毕业设计，我做到独立自主的完成，并真实的反映自己多年来对所学知识的掌握和应用水平，同时又能培养自己的团队协作精神，以及对工作的严谨态度，为以后步入社会打下坚实的基础，这是我一生宝贵的财富。桥梁结构设计的计算工作量非常大，难度也很大，而且也是自己初次进行这样系统、详尽的桥梁工程综合设计，由于自己水平和经验有限，设计中难免有不妥和疏漏之处，建模计算也难免出现一些错误，在此，我衷心的恳请各位老师给予批评、指正，我会虚心接受所有的意见和建议，并且不断的总结，使自己在今后的学习和工作中日臻完善！目 录摘 要1ABSTRACTII第一章 基本资料11.1 基本资料11.2 设计标准21.3 设计依据2第二章 方案比选32.1初拟方案32.1.1比选方案说明32.2方案比选102.2.1 方案比选表102.2.2 推荐桥型方案11第三章 结构构造133.1桥梁模型的建立133.1.1桥梁要素简述133.1.2技术标准133.1.3材料规格133.1.4 模型中的荷载取值143.1.5 模型单元划分153.1.6 Midas计算模型153.2结构内力计算和荷载组合153.2.1 成桥索力的优化153.2.2 拉索活载应力计算173.2.3成桥内力计算及荷载组合183.3主梁毛截面、净截面、换算截面几何特性193.4预应力钢束面积的估算及钢束的布置203.4.1估筋原则203.4.2预应力钢筋数量估算203.4.3预应力钢筋的布置283.5 钢束预应力损失的计算323.5.1 基本理论323.5.2预应力损失计算32第四章 结构验算414.1截面强度验算414.1.1基本理论414.1.2计算公式414.2抗裂验算444.2.1 公预规要求454.2.2 计算454.3持久状况的应力验算474.3.1正截面混凝土压应力验算474.3.2预应力筋拉应力验算484.4短暂状况构件的应力验算494.5挠度验算50第五章 桥面系结构设计525.1主梁桥面单向板的计算525.2 单向板荷载效应计算545.1.1 恒载效应545.1.2活载效应555.1.3 人群荷载产生的内力58第六章 施工组织设计606.1 工程概况介绍606.2 各主结构施工方法的选定606.3 施工组织设计606.4 预应力张拉工艺646.5 伸缩缝、支座及桥面系施工656.6 施工注意事项656.7 施工图见附66总 结67谢 辞69参考文献71附表73管道摩擦产生的预应力损失73锚具变形产生的预应力损失77混凝土弹性压缩引起的应力损失80后张法钢筋松弛引起的预应力损失83后张法由混凝土收缩徐变引起的预应力损失87摘 要本设计根据指导教师给出的设计条件，按照“实用、经济、安全、美观”的设计原则，拟定了预应力混凝土连续梁桥、下承式系杆拱桥和矮塔斜拉桥三种桥型方案，通过技术经济比较，选择矮塔斜拉桥作为推荐方案。结合矮塔斜拉桥的构造特点，进行了详细设计，拟定了施工方案，运用桥梁专业软件MIDAS/Civil建立空间分析模型，开展了施工阶段和使用阶段的内力和变形计算，依据现行设计规范对截面的强度和刚度等进行了验算，均满足规范要求。在此基础上，完成了施工组织设计，给出了相应的施工流程图。关键词：方案比选、矮塔斜拉桥、建模分析、验算、施工组织设计 I ABSTRACTAccording to the design of guiding teacher gives the design conditions, in accordance with the principle of “practical, economic, security, aesthetics”, I have designed three preliminary schemes, which are prestressed concrete continuous girder bridge, Bowstring arch bridge, and Low towers cable-stayed bridge.Through the technical and economic comparison, I choose the low towers cable-stayed bridge as the recommended plan. Combined with the characteristics of construction of the short towers cable-stayed bridge , I have designed the short towers cable-stayed bridge in detail, draw up construction scheme and use the professional software MIDAS/Civil to establish spatial analysis model. Then the professional software carrys out the calculation of internal force and deformation in construction stage and using stage.According to the current design specifications , the cross section of the strength and stiffness satisfy, have been checked, and all of them satisfied the requirements of specifications. On this basis, I make the construction design, draw the construction flow diagram.KEY WORDS: The alternative schemes, Low towers cable-stayed bridge,The modeling analysis,Checking and The construction organization design 第一章 基本资料1.1 基本资料(1) 桥位纵断面表 1桥位资料序号里程桩号地面标高1K2+000.000268.4802+18.60268.4803+39.20259.0804+77.80248.8805+112.80242.6806+147.80244.6807+152.80241.0808+177.80241.0809+207.80245.68010+233.60251.08011+281.60261.08012+284.40266.88013+290.60266.88014+320.60272.88015+350.20282.880图 1地面线(2) 当地建筑材料情况：混凝土、砂石、钢材均可提供。(3) 地质情况：覆盖层0.3至1.0m不等，部分基岩裸露，为中风化层泥质岩， 容许承载力为1.5Mpa，无其他不良地质现象（断层、滑坡），裂隙不发育，根据地质钻探资料，可以作为持力层。(4) 气候水文情况：根据当地气象部门提供的资料，桥位处常年无水，年平均最高气温为30，年平均最低气温为-2。(5) 通航要求：无通航要求。1.2 设计标准(1) 设计荷载：公路级，人群 。(2) 桥面宽度：0.25m(栏杆)+2m（人行道）+9m（行车道）+2m（人行道）+0.25m（栏杆）。(3) 桥面横坡：人行道（1%）+行车道（2%）。(4) 桥面纵坡：桥面为平坡。(5) 河流及水文情况：常年低水位247.120m，最高洪水位为251.430m.(6) 桥面设计标高：268.480m。1.3 设计依据(1) 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）(2) 公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ 022-85）(3) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）(4) 公路桥涵地基及基础设计规范（JTJ 024-85）(5) 公路桥涵设计手册梁桥（上、下册）(6) 公路桥涵设计手册拱桥（上、下册）(7) 公路桥涵设计手册基本资料(8) 公路桥涵设计手册墩台与基础(9) 桥梁工程（上册）范立础编(10) 桥梁工程（下册）顾安邦编(11) 桥梁施工与组织管理（上、下册）黄绳武编(12) 桥梁工程毕业设计指导书。第二章 方案比选2.1初拟方案本着“安全、实用、经济、美观、有利于环保”的宗旨，从总体布局、环境协调、技术先进性、施工可能性、经济等方面的考虑并根据桥址、地形、地质、水文资料及技术标准要求，拟制出不同材料、不同体系，且各具特色并可能实现的五个方案草图。方案一：640m等截面连续T梁桥。方案二：340+340m等截面连续T梁桥，三跨一联，共两联（结构连续）。方案三：66+116+66m三跨变截面连续箱梁桥。方案四：65+120+65m三跨下承式系杆拱桥。方案五：67+120+67m三跨双塔矮塔斜拉桥。桥址地层从总体布局、环境协调、技术先进性、施工可能、景观要求、技术、经济等方面考虑后，淘汰一下方案：方案一：该桥为等截面连续T梁桥，技术成熟且工期较短，但是在立面上桥墩太多，造型不太美观，同时在技术上稍显简单，伸缩缝设置过多，车辆行驶不平顺，也不利于本人在毕业设计阶段学习更多内容，故淘汰。方案二：该桥为等截面连续T梁桥，三跨一联，先简支后连续，共两联，技术成熟且工期较短，但是在立面上桥墩太多，造型不太美观，同时在技术上稍显简单，不利于本人在毕业设计阶段学习更多内容，故淘汰。2.1.1比选方案说明方案比选主要依据安全、实用、经济、美观的原则，同时考虑要符合桥梁发展规律，体现现代新科技的成就。桥型的选择要求在技术上是可靠的，在施工上是切实可行的。综上所述，本次设计的三个比选方案如下：1. 方案三：预应力混凝土连续箱梁桥(1) 总体布置和结构体系（图 2）方案采用67m+120m+67m三跨变截面连续箱梁桥。图 2三跨变截面连续箱梁桥(2) 上部结构（图 3）方案主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽，底板宽；根部梁高为，跨中梁高为，根部至跨中按次抛物线变化；顶板悬臂端厚度为，悬臂根部的厚度为；同时在顶板设双向的横坡；腹板不等厚，根部到跨中从过渡到；底板不等厚，由根部向跨中处随二次抛物线变化，逐渐变薄，从渐变至；悬臂长度为。图 3三跨变截面连续箱梁桥(3) 下部结构桥墩采用薄壁空心墩，四周薄壁厚，纵桥向宽，横桥向宽，采用扩大基础，净边取；桥台采用重力式U型桥台，扩大基础。（图 4）图 4桥台结构图(4) 受力特点连续梁桥是具有悬臂受力特点的超静定梁式桥，在桥墩处产生的负弯矩对跨中的正弯矩有较大的卸载作用，在顺桥向只设一个固定支座，其余均为滑动支座，对温度、混凝土收缩徐变及地震影响有利。(5) 施工方法对于主梁采用挂篮对称悬臂浇筑法施工；桩基础施工采用钻孔灌注桩基础施工；墩身采用滑模施工；桥台采用明挖扩大基础施工。(6) 综合评价优点：全桥只需在桥台处设置伸缩缝，行车平顺、舒适。采用挂篮对称悬臂施工，施工经验丰富、技术成熟。在顺桥向只设一个固定支座，其余均为滑动支座，对温度、混凝土收缩徐变及地震影响有利。缺点：需要大吨位的支座，费用稍显昂贵在施工中需要在墩顶设临时锚固，待边跨合龙后再撤除临时锚固，施工工序较复杂。2. 方案四：三跨上承式系杆拱桥(1) 总体布置和结构体系（图 5）此方案的桥跨布置下承式无推力简直系杆拱，桥梁全长。桥面位于直线上，主桥桥面纵坡为；桥面横向以桥轴线为变坡点，设置对称的双向横破；主桥采用主跨为钢管混凝土下承式简直系杆拱，拱轴线为次方抛物线，主拱圈计算跨，计算矢高为，计算矢跨比，见图5，拱肋为哑铃型钢管混凝土，横桥向布置两片，中距为10，拱上设置排吊杆，吊杆间距为。(2) 主拱圈截面（图 6）主拱圈拱肋为哑铃型钢管混凝土，哑铃型拱肋横断面由上、下钢管及腹板组成，断面全高，上、下钢管的外径均为，壁厚，管径与跨径L之比为；拱肋高度与跨径之比为；为了防止钢管壁局部失稳，钢管外径与壁厚之比不应超过）, 为钢材屈服强度。上、下钢板之间用厚度为的钢板与钢管相连，形成双肢腹板，净距为。为保证两主拱圈的横向稳定，两拱肋之间共设置道钢管横撑，每根横撑由根的钢管通过平联和竖联组成，拱肋钢材采用。图 5三跨上承式系杆拱桥 图 6主拱圈截面(3) 桥面系采用整体式钢筋混凝土连续格构板。板厚，纵向与中横梁、端横梁为固结；横向边缘与系杆内侧固结。由于车道板混凝土为后期浇筑，其与横梁、系杆的结合面为施工缝。横梁为以车道板为翼缘板的T形截面。车道板的跨径为，与吊杆间距一致。在横梁之间布置小纵梁，以加强桥面系的纵向刚度。小纵梁高度（含车道板厚度），宽度，小纵梁与车道板同时浇筑，形成整体。桥面板就位以后，再在桥面板上现浇厚混凝土厚沥青混凝土桥面铺装。(4) 吊杆、系杆、横梁吊杆采用冷铸锚式球形支撑成品吊杆。吊杆固定在系杆的底面，张拉端设在拱肋上钢管的顶部。吊杆布置在中横梁的轴线位置，其纵向中距为，在人行道板顶面布置减震器及防水罩；在拱肋下缘布置减震器。系杆为箱型截面。截面高度，宽度，顶、低板及腹板厚度均为。箱内设横隔板，厚度，共计道系杆两端与端横梁及拱肋交汇段（即拱脚节点）为实体，采用钢纤维混凝土。吊杆穿过系杆横隔板锚固与横隔板的下缘。系杆箱梁的内侧与端横梁、中横梁、车道板形成固结连接；系杆外侧为人行道悬臂板，系杆的两端为拱肋的拱座，拱肋钢构件埋入拱座的现浇段混凝土中。在系杆与拱肋在拱脚处得交汇区段，为了克服较大的主拉应力，防止裂缝出现，沿垂直于拱轴线方向布置预应力筋。在两系杆之间布置中横梁，共道。有的中横梁与系杆混凝土同时浇筑，两者之间无施工缝；有的中横梁在系杆完成之后的某一施工阶段浇筑混凝土，与系杆之间设有施工缝。中横梁为实体矩形断面，高度为m，宽度为。其断面上布置预应力钢束。两端张拉，张拉端设在系杆的外侧。系杆与拱肋交汇处布置端横梁。其两端与系杆固结。端横梁为单箱单室断面，高度为，顶、低板及腹板厚度均为，端横梁与系杆混凝土同时浇筑，两者之间为整体，不设施工缝。(5) 下部结构下部结构为桩基础，墩台立柱设置在上部结构理论支承线下。两侧桥台采用重力式U型桥台。(6) 受力特点拱桥主要承受压力，由于系杆的作用，使得无水平推力，进而使得拱圈中的弯矩大大减小；同时对于钢管混凝土拱桥，恒载和活载所产生的内力主要由钢和混凝土组合截面承受。钢管对核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受压，同时核心混凝土增强了钢管壁的稳定性，使核心混凝土处于三向受压状态。(7) 施工方法单片钢结构拱肋沿纵向分为多个吊装节段，在工厂加工制作完成后运至工地，采用天线缆索吊装，在拱架上进行拼装连接。(8) 综合评价优点：下承式钢管混凝土造型独特，线形明晰，与当地地形很协调。结构为外部静定，无推力的结构体系特点克服了地基条件的限制在施工中钢管本身是耐侧压的模板，省去了支模、拆模等工序，也节约了时间。采用钢管混凝土，可大幅节省材料；纵梁和横梁均采用预制安装法施工，节约了施工时间。缺点：无推力结构对系杆要求较高。 施工中需要一套缆索吊装设备，占用施工场地大，费用也稍显昂贵。同时缆索吊装对施工控制要求也比较高。目前对于钢管混凝土拱桥的设计与施工都没有具体的规范指导，以及设计和施工中都存在一定的问题，譬如管内混凝土不密实，钢管焊接的问题，管内混凝土开裂、脱空不易查不易补等3. 方案五：矮塔斜拉桥(1) 总体布置和结构体系(图 7)方案采用双塔三跨竖直双索面矮塔斜拉桥，塔、梁、墩固结。跨中无索区长，边跨无索区长，塔根无索区长。图 7矮塔斜拉桥总体布置(2) 上部结构（图 8）塔高，采用矩形截面，顺桥向宽，横桥向宽。主梁采用变高度单箱室斜腹板箱梁截面，根部梁高，跨中梁高，根部至跨中沿二次抛物线变化。顶板宽，顶板悬臂端厚度为，悬臂根部的厚度为；通过桥面铺装设双向的横坡；腹板顺桥向等厚，中腹板厚，边腹板厚；底板不等厚，由根部向跨中随二次抛物线变化，逐渐变薄，从渐变至；悬臂长度为。(如图 8所示)图 8矮塔斜拉桥上部结构布置拉索采用钢绞线，按扇形布置，共对索，梁上索距，塔上间索，塔上锚固区设索鞍，斜拉索从鞍座连续通过，对称锚固于两侧梁体。(3) 下部结构桥墩采用空心矩形墩，基础用两排钻孔灌注桩，桩径为，桩长为，桩打入岩基中。两侧桥台为重力式U型桥台。(4) 受力特点矮塔斜拉桥是介于连续梁(刚构)桥与斜拉桥之间的一种新型桥梁。因此它的受力特点与这两种桥型既有联系，又有区别。从总体上说，矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，索为辅。(5) 施工方法梁采用前支点挂篮法进行悬臂浇注施工；斜拉索施工采用成品索挂索，用千斤顶直接张拉完成后利用众多的斜向拉索在施工时吊拉主梁，充分发挥斜拉桥的结构优势以减轻施工荷载，桥塔采用滑模施工，基础采用钻孔灌注桩施工，桥台采用明挖扩大基础。(6) 综合评价优点：具有较好的美学景观特征：矮塔斜拉桥主梁高度是连续梁的 左右，具有纤细、柔美的美学效果，克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上、下部结构不协调的弊端。桥塔和斜拉索的设置使其具有斜拉桥宏伟、壮观的感觉。施工简便：矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同，可采用挂篮对称悬浇施工。由于矮塔斜拉桥桥塔较矮，桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。经济性好：通过国内外以建成的矮塔斜拉桥分析，该桥型每延米造价与连续梁桥基本持平，低于一般斜拉桥造价。缺点：塔、梁、墩固结的刚构体系，在温度、混凝土收缩徐变及基础不均匀沉降作用下产生的次内力较大，同时刚构体系也不利于抗震。矮塔斜拉桥相对来说属于新桥型，设计理论还不完善，比如调索理论问题，目前，矮塔斜拉桥的调索理论都是借助斜拉桥，基本都是对斜拉桥调 索理论的直接应用，没有根据其自身特点(如主梁刚度大、相比斜拉桥，主梁除承受活载外，还需承担大部分的恒载)，发展出一套调索理论，可以说还没有属于矮塔斜拉桥自己的调索理论。2.2方案比选2.2.1 方案比选表表 2方案比选表方案工程项目方案三方案四方案五主桥跨桥型结构连续梁67m+120m+67m下承式系杆拱桥主跨120m矮塔斜拉桥67m+120m+67m主跨梁高(主拱圈高)7.0m2.5m3.2m3.5m2.5m主桥跨结构特点高速行车平顺，结构刚度大，变形小，动力性能好主拱以受压为主，充分发挥钢管和混凝土的受力性能，承载能力大兼有连续梁和普通斜拉桥的特点，行车性能好，结构新颖。建筑造型主梁高度较大带来了压迫感，同时桥梁上、下部结构不协调主拱一跨贯穿，简洁、美观，且与地形极为相称结构简明，自重较轻，外形美观，同时又有斜拉桥宏伟、壮观的气势养护维修工作量很少少较多设计经验技术水平经验丰富技术先进国际水平有成桥参考但无针对性规范有少数成桥设计经验不多施工方法和难易程度挂篮平衡悬臂现浇施工简单缆索吊装施工施工简便挂篮平衡悬臂现浇施工简单工期较长短较长工程数量混凝土()114528532.327937.92钢绞线(t)1126.357562415.76钢材(t)1211.05695.51080.352.2.2 推荐桥型方案经过对以上三个比选方案的技术、经济比较，推荐方案五矮塔斜拉桥作为推荐桥型方案。其优点如下：(1) 矮塔斜拉桥相对来说属于新桥型，可看作斜拉桥向以下跨径的发展，或看作梁式桥向斜拉桥变化的过渡桥型。它以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载，在塔上贯通的斜拉索相当于体外预应力，有较大的整体刚度和较小的变形。有望解决连续梁桥和连续刚构桥跨中持续下挠和混凝土开裂的问题。(2) 具有较好的美学景观特征：虽然矮塔斜拉桥在景观上不及中承式拱桥，但其主梁高度是连续梁的左右，相较于连续梁具有纤细、柔美的美学效果，克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上、下部结构不协调的弊端。桥塔和斜拉索的设置使其具有斜拉桥宏伟、壮观的感觉。(3) 矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同，可采用衡悬臂施工，充分利用预应力技术的优点，使施工设备机械化，从而提高施工质量，降低费用。施工中不必进行斜拉索二次索力调整。由于矮塔斜拉桥桥塔较矮，桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。相比钢管混凝土的一整套缆索吊装设备，挂篮施工更为简便。(4) 经济性较好：通过国内外以建成的矮塔斜拉桥分析，该桥型每延米造价与连续梁桥基本持平，低于一般斜拉桥造价。根据毕业设计的安排和本人学习的需要，最终确定的方案为矮塔斜拉桥。第三章 结构计算3.1桥梁模型的建立3.1.1桥梁要素简述(1) 设计桥型：矮塔斜拉桥。(2) 设计范围：至。(3) 桥跨布置：主跨径定为，边跨与主跨的比值为即预应力混凝土矮塔斜拉桥。桥梁全长。图 9矮塔斜拉桥总体布置3.1.2技术标准(1) 设计荷载：公路II级，人群 。(2) 桥面宽度： (栏杆)+（人行道）+（行车道）+（人行道）+（栏杆）=。(3) 桥面横坡：人行道（）+行车道（）。(4) 桥面纵坡：桥面为平坡。(5) 河流及水文情况：常年低水位，最高洪水位为.(6) 桥面设计标高：。 (7) 结构重要系数：。3.1.3材料规格(1) 混凝土： 主梁采用混凝土，主要计算参数为： 强度标准值，；强度设计值，；弹性模量；容重 。塔、墩采用C40混凝土。主要计算参数为：强度标准值，；强度设计值，；弹性模量；容重。(2) 斜拉锁： 斜拉锁采用钢绞线，主要计算参数为：抗拉强度标志值；抗拉强度设计值；弹性模量；容重。(3) 普通钢筋： 、钢筋标准应符合GB 13013-1991和GB 1499-1998 的规定。凡钢筋直径小于等于者，均采用 热轧带肋钢；凡钢筋直径小于者，采用钢，钢板应符合GB 700-88规定的钢板。(4) 锚具： 预应力锚具采用国际后张法预应力混凝土协会FIP标准的类锚 具，其锚具效果系数大于95%。(5) 预应力管道：采用预埋圆形和扁形塑料波纹管成型。(6) 桥面铺装： 沥青混凝土和混凝土；沥青混凝土容重，混凝土容重为。3.1.4 模型中的荷载取值(1) 自重：按3.1.3材料规格中所列容重取值；(2) 二期恒载：通过计算取。(3) 汽车荷载：公路-级，按双向两车道加载，。(4) 人群荷载：由公路桥涵设计通用规范,(5) 整体升降温：取合龙温度为，按1.1 基本资料取最高气温，最 低气温。3.1.5 模型单元划分考虑悬臂施工、斜拉桥和预应力张拉的需要，取号块长，划分为个单元从墩顶号块对称向两边延伸，分别取长的单元个，长的单元个，直到最大悬臂长度处，跨中合龙段取，划分为两个的单元，边跨取现浇合龙段。此外边跨近桥台处有长的现浇段，划分为个单元，每个单元均为。主梁共计个单元。每根斜拉锁为一个单元，全桥拱根斜拉锁。桥面离塔上最下面一根索，分为个单元；然后以每根拉索通过点为节点划分单元，共个单元，每个单元高，塔顶余下，单独设为一个单元。由于本桥型为塔梁固结、塔墩分离体系，桥墩不必进行建模。另外塔与梁固结段长，划分为一个单元。以左边跨端部截面桥面为原点，向右轴正向，沿主梁开始编号，全桥单元划分见图 10图 10模型单元划分图3.1.6 Midas计算模型采用大型有限元软件进行全桥建模。全桥共个单元，其中主梁用梁单元模拟，共计个梁单元；斜拉索采用桁架单元模拟，共根。采用空间单主梁模型。其中拉索与主梁、塔柱采用弹性连接中的刚性刚接相连。图 11计算模型图3.2结构内力计算和荷载组合3.2.1 成桥索力的优化对于大跨度桥梁，恒载内力占总内力的比值相当大，因此斜拉索的初拉力的计算以恒载为主。对于本桥，只计算恒载作用下，即自重与二期荷载作用下，斜拉索的初拉力。利用中的未知荷载系数功能，在自重与二期恒载作用下，求解出满足主梁所有节点竖向位移不超过的约束条件下，单位初拉力的荷载系数，此系数即为每根斜拉索在一次成桥状态下的初拉力，将此初张力作用下斜拉索的索力与自重、二期荷载作用下的索力进行叠加，即得到成桥状态下满足主梁所有节点竖向位移不超过的约束条件下的最优索力，计算步骤见12。步骤1 建立斜拉桥模型步骤2 生成主梁恒载和拉索的单位荷载条件步骤3 输入恒载及单位荷载步骤4 将恒载和单位初拉力荷载进行荷载组合步骤5 使用未知荷载系数功能计算未知荷载系数步骤6 查看分析结果并输出成桥索力图 12 计算斜拉索成桥索力流程图按上述步骤，在3.1中已建立全桥计算模型，然后输入自重、二期恒载，考虑到全桥沿桥轴线对称，共计14对索，由此定义14个单位初拉力荷载。之后将恒载和14个单位初拉力荷载进行荷载组合，使用未知荷载系数功能，取14个单位初拉力的荷载系数为未知荷载系数，输入主梁每个节点的不超过5cm的竖向位移约束，指定目标函数类型为平方(即最小二乘法则)。由此计算出未知荷载系数如表 3拉索未知荷载系数所示。表 3拉索未知荷载系数拉索编号未知荷载系数拉索编号未知荷载系数C11282.834C83871.188C21097.240C93678.943C3927.816C103327.567C4777.717C112876.479C5640.641C122366.416C6535.728C131838.185C7432.820C141313.349在中，根据表 3拉索未知荷载系数所列的未知荷载系数建立新的自重、二期恒载和初拉力的荷载组合，查看此荷载组合下的拉索内力，即得成桥状态下的最优索力，如表 4所示。表 4矮塔斜拉桥成桥索力拉索编号成桥索力(kN)拉索编号成桥索力(kN)C11826.829C83576.282C21697.409C93388.620C31585.012C103042.798C41492.333C112598.750C51413.504C122096.563C61369.194C131574.613C71331.634C141048.9363.2.2 拉索活载应力计算本桥的恒载和活载的计算主要利用软件完成。对于箱形截面，在汽车荷载中考虑了的荷载增大系数。考虑汽车、人群和升温(降温)的活载标准值组合。得出每根拉索的最大应力和最小应力，如表 5所示。表 5拉索活载应力拉索编号(Mpa)(Mpa)应力幅(Mpa)拉索编号(Mpa)(Mpa)应力幅(Mpa)C115.540-1.78517.325C834.840-4.05138.891C217.400-0.86118.261C937.460-3.62941.089C321.030-0.44121.471C1039.540-3.23242.772C424.430-0.25824.688C1140.990-2.83443.824C527.390-0.15727.547C1241.730-2.41944.149C629.800-0.07629.876C1341.660-1.97143.631C731.530-0.01731.547C1440.520-1.46141.981由表 5可知，在活载作用下，斜拉索的应力幅值最大为，小于，为常规斜拉桥的，按文献1，本设计属于典型的矮塔斜拉桥，因此本设计的主梁按连续梁桥(连续刚构桥)进行配筋设计。3.2.3成桥内力计算及荷载组合为了进行预应力钢束的计算，在不考虑预加力引起的结构次内力及混凝土收缩徐变次内力的前提下，按公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)第条和第条的规定，在中根据可能出现的荷载进行内力组合，选取支点截面、边跨弯矩最大截面、主跨截面和跨中截面进行荷载内力组合，并用上述包络所得各截面的内力组合值进行配筋计算见表6。表 6荷载内力组合荷载类型荷载组合基本组合短期组合长期组合标准组合截面12最大弯矩(kN.m）50532.0048247.4042086.8053304.60最小弯矩（kN.m）-10144.9015309.6026137.7013435.50最大剪力（kN）4635.802220.401750.202618.50最小剪力（kN）885.70-147.50-54.70-232.40最大轴力（kN）-33896.50-32163.70-32309.10-32049.50最小轴力（kN）-39767.30-36252.60-35612.80-36683.70截面19最大弯矩(kN.m）-121193.30-62772.30-63802.80-61944.30最小弯矩（kN.m）-267998.70-175661.50-162252.10-185901.50最大剪力（kN）16357.2011671.8010949.5012264.70最小剪力（kN）-18428.70-13071.40-12254.20-13730.20最大轴力（kN）-34482.70-32306.30-32384.00-32244.10最小轴力（kN）-41886.50-37937.90-37282.80-38444.00截面27最大弯矩(kN.m）19473.404536.60-434.008703.80最小弯矩（kN.m）-21104.70-18945.60-15978.50-21266.70最大剪力（kN）-2851.50-1536.50-1652.10-1436.20最小剪力（kN）-7639.60-4758.00-4206.20-5214.30最大轴力（kN）-22442.80-21291.90-21343.60-21251.00最小轴力（kN）-28944.00-26601.50-26204.00-26848.90截面34最大弯矩(kN.m）103585.1057171.0047674.5064819.80最小弯矩（kN.m）58257.2032110.6034011.0030664.30最大剪力（kN）1388.10706.70389.20972.90最小剪力（kN）-1388.10-706.70-389.20-972.90最大轴力（kN）0.000.000.000.00最小轴力（kN）0.000.000.000.00注：12号截面为边跨弯矩最大截面，19号截面为支点截面。27号截面为主跨截面，34号截面为主跨跨中截面。3.3主梁毛截面、净截面、换算截面几何特性主梁截面几何特性和内力计算的结构，边跨弯矩最大截面在号节点处，支点截面在结点和号节点处，中跨截面在号结点处,中跨跨中截面在号结点处，利用中变截面组可直接得到各控制截面的几何特性，各截面毛截面、净截面、换算截几何特性见表 7、表 8、表 9。表 7各控制截面毛截面几何特性截面节点毛截面面积(m2)惯性矩(m4)(m)(m3)(m3)(m)(m)12号1212.6416.341.4211.4711.340.890.9019号1915.8329.091.9215.1418.421.160.9527号2712.4415.301.3811.0810.820.870.8934号3410.7410.501.129.357.630.710.87表 8各控制截面净截面几何特性截面号节点净截面面积(m2)惯性矩(m4)(m)(m)(m)12号截面1212.6015.971.4111.451.1319号截面1915.7928.541.931.561.3427号截面2712.1914.471.341.431.0934号截面3410.8110.261.091.400.97表 9各控制截面换算截面几何特性截面号节点换算截面面积(m2)惯性矩(m4)(m)(m)12号截面1212.9716.33 1.42 1.44 19号截面1916.19 30.14 1.88 1.61 27号截面2712.6817.46 1.37 1.39 34号截面3410.9710.84 1.14 1.35 其中：截面形心距截面上缘的距离；截面形心距截面下缘的距离；截面上缘抗弯模量，按下式计算；截面下缘抗弯模量，按下式计算；，截面上下缘核心矩，按下式计算，。3.4预应力钢束面积的估算及钢束的布置3.4.1估筋原则1) 受负弯矩在最大弯矩作用下截面上缘不出现拉应力，截面下缘不至压碎。2) 受负弯矩在最小弯矩作用下截面下缘不出现拉应力，截面上缘不至压碎。3) 受正弯矩在最大弯矩作用下截面下缘不出现拉应力，截面上缘不至压碎。4) 受正弯矩在最小弯矩作用下截面上缘不出现拉应力，截面下缘不至压碎。3.4.2预应力钢筋数量估算1) 19号截面预应力钢束估算(1) 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)第条，预应力混凝土受弯构件应对正截面的混凝土拉应力进行验算，以满足正截面抗裂要求。对于现浇的纵向分块构件应满足式。式中：在作用短期效应组合下构件的抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，式中不含正负号；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预压应力。在估算预应力束时，截面特性粗略地按毛截面特性计算。于是上式可按截面上下缘的抗裂要求写成：当截面承受最大弯矩时当截面承受最小弯矩时式中：、作用短期效应组合下的最大弯矩和最小弯矩，按代数值比大小并带入正负号进行计算；、截面形心轴上侧下侧配置的预应力束的永存预力；、截面形心轴上侧和下侧配置的预应力束与形心轴之间的距离，即预应力束的上下偏心距；、截面上缘和下缘的抗弯模量， ，、及的见表 7。、截面的上、下核心距；，。对于号截面，可只在截面上缘配筋，由表 7，引入截面上、下核心距、。则式和式可写成：同时令式中：、截面上下缘预应力筋根数；单根预应力筋的面积；预应力张拉控制应力，可按公预规(JTG D63-2004)第6.1.3条选用；有效预应力比例系数，可按预应力筋布置情况取0.60.8，当预应力束较长且平直是取偏大值，当预应力束较短或弯折较多时取偏小值。则将式带入式和式，可求解出预应力筋根数的估算公式为：由表 6有：，。取预应力钢筋重心距上缘距离，则。同时，采用钢绞线，单根面积，抗拉强度标准值，张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制应力的20%估算，即取。按式，又，代入数值可得：(2) 按正常使用极限状态的正截面压应力要求估算根据公预规(JTG D62-2004) 第条使用阶段预应力混凝土受弯构件的压应力应符合下面规定：式中： 由作用标准值产生的混凝土受压缘的法向压应力；由预应力产生的混凝土法向拉应力；混凝土轴心抗压强度标准值，C50混凝土取；按作用标准值组合计算的弯矩值；受弯侧的抗弯模量。估算预应力筋时，可粗略地选用毛截面特性计算应力。与抗裂要求估算类似，可写成以下两个不等式：此时，由式和式（1.11）可以改写成： 只在截面下缘布置预应力钢筋时，则将式带入式（1.12）和式（1.13）分别求解得预应力筋根数估算：对于19号截面，可只在截面上缘布置预应力筋，由表 7、表 8引入截面上、下核心距、以及、可知：；。根据表6可求得、，、。取预应力钢筋重心距上缘距离为，则。同时，采用钢绞线，单根面积，抗拉强度标准值，张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制应力的20%估算，即取。按式（1.14），又，代入数值可得：综上可知19号截面只在上缘布置预应力钢筋，钢筋布置数量范围为：暂选定钢绞线根数根，拟采用YM15-12锚具，每束根，共束，波纹管外径为。2) 34号截面预应力钢束估算(1) 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算对于34号截面，可只在截面下缘布置预应力筋，由表6引入截面上、下核心距、。则式（3.2）