桥梁设计毕业设计论文交通大学

1、-PAGE . z摘 要本设计为预应力混凝土连续梁桥的设计，桥式布置为420m、连续空心板梁，梁高90cm，桥面宽度12.5m；双柱式桥墩，桩根底。本设计对该桥的上部构造做了设计与检算。根据线路情况，全桥共设为4跨，有3个桥墩，两个桥台。在上部构造设计中，根据设计要求进展拟定截面尺寸，分别计算构造恒载、活载力，并进展荷载组合，确定出主梁的最不利荷载，进展预应力钢束的估算和布置并考虑各阶段的预应力损失，最后对控制截面进展强度、应力、抗裂性和挠度检算。以上各项检算均满足相关规要求。本次设计所选方案合理，设计方确，设计和检算均采用E*cel列表计算，并利用AutoCAD软件绘制了全桥总体布置图、主梁

2、构造图、预应力筋布置图及桥墩构造图。关键词：预应力；连续梁；空心板；荷载组合AbstractThis paper is the design of the PC continuous beam. which is located at Jiuquan , the420m spans and simplycontinuoushollow slab -beams is laid to the form of the bridge, the height of the beam is 90cm, the width of the pavement is 12.5 m, the pile founda

3、tion. The upper rpart of the bridge are calculated in this design, basing on the condition of the line, there are four spans,three piers and two abutments on the bridge. The dimension of the section is referred to the demand of the design, then the structures dead load, live load and internal force

4、is calculated, at the same time, the load is assembled, so the main girders most disadvantaged load can be decided, considering the each phases PC loosing, the PC Steels are generally calculated and arranged. Lastly, the control sections strengthen, stress, crack resistance, deformation is calculate

5、d. All of the calculation is met the correlated criterion.The reasonable programs and proper methods are selected in this design, the tool E*cel is used to the calculation and design ,and the picture of the whole bridge , the constructional drawing ofmaingrider , the arrangement of PC steels grid an

6、d constructional drawing of pier, the is drew by the software AutoCAD.Keywords: PC；continuous beam；hollow slab；bination of load-. z-. z-. z目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc168487649第一章桥梁方案比选 PAGEREF _Toc168487649 h 1HYPERLINK l _Toc168487650一背景及根本资料 PAGEREF _Toc168487650 h 1HYPERLINK l _Toc168487

7、651二方案比选 PAGEREF _Toc168487651 h 2HYPERLINK l _Toc168487652第二章设计资料 PAGEREF _Toc168487652 h 6HYPERLINK l _Toc168487653一桥梁横向布置 PAGEREF _Toc168487653 h 6HYPERLINK l _Toc168487654二纵横坡 PAGEREF _Toc168487654 h 6HYPERLINK l _Toc168487655三桥下净空 PAGEREF _Toc168487655 h 6HYPERLINK l _Toc168487656四高跨比 PAGEREF _

8、Toc168487656 h 7HYPERLINK l _Toc168487657五桥面铺装 PAGEREF _Toc168487657 h 7HYPERLINK l _Toc168487658六上部构造 PAGEREF _Toc168487658 h 7HYPERLINK l _Toc168487659第三章截面特性计算 PAGEREF _Toc168487659 h 9HYPERLINK l _Toc168487660一截面特性计算 PAGEREF _Toc168487660 h 9HYPERLINK l _Toc168487661二空心板截面的抗扭惯矩 PAGEREF _Toc16848

9、7661 h 10HYPERLINK l _Toc168487662三计算刚度参数 PAGEREF _Toc168487662 h 10HYPERLINK l _Toc168487663第四章作用效应计算 PAGEREF _Toc168487663 h 11HYPERLINK l _Toc168487664一构造自重作用效应计算 PAGEREF _Toc168487664 h 11HYPERLINK l _Toc168487665一构造自重作用荷载集度的计算 PAGEREF _Toc168487665 h 12HYPERLINK l _Toc168487666二力计算 PAGEREF _Toc

10、168487666 h 12HYPERLINK l _Toc168487667二可变作用效应计算 PAGEREF _Toc168487667 h 15HYPERLINK l _Toc168487668一冲击系数计算 PAGEREF _Toc168487668 h 15HYPERLINK l _Toc168487669二横向分布影响线 PAGEREF _Toc168487669 h 16HYPERLINK l _Toc168487670三计算荷载横向分布系数 PAGEREF _Toc168487670 h 19HYPERLINK l _Toc168487671四各截面的汽车荷载效应力计算 PAG

11、EREF _Toc168487671 h 20HYPERLINK l _Toc168487672五温度变化次力计算 PAGEREF _Toc168487672 h 21HYPERLINK l _Toc168487673六根底沉降计算 PAGEREF _Toc168487673 h 22HYPERLINK l _Toc168487674三力组合 PAGEREF _Toc168487674 h 26HYPERLINK l _Toc168487675一按承载能力极限状态设计 PAGEREF _Toc168487675 h 26HYPERLINK l _Toc168487676二 按正常使用极限状态设

12、计 PAGEREF _Toc168487676 h 27HYPERLINK l _Toc168487677三力包络图 PAGEREF _Toc168487677 h 30HYPERLINK l _Toc168487678第五章预应力钢筋的估算及布置 PAGEREF _Toc168487678 h 32HYPERLINK l _Toc168487679一钢束桥规估算的原理与方法 PAGEREF _Toc168487679 h 32HYPERLINK l _Toc168487680一按正常使用极限状态正截面抗裂验算估束 PAGEREF _Toc168487680 h 33HYPERLINK l _

13、Toc168487681二按正常使用极限状态截面压应力验算估束 PAGEREF _Toc168487681 h 35HYPERLINK l _Toc168487682三按承载能力极限状态的应力要求计算 PAGEREF _Toc168487682 h 37HYPERLINK l _Toc168487683四估算结果 PAGEREF _Toc168487683 h 39HYPERLINK l _Toc168487684二预应力钢束的布置原则 PAGEREF _Toc168487684 h 39HYPERLINK l _Toc168487685三主梁净、换算截面几何特性计算 PAGEREF _Toc

14、168487685 h 42HYPERLINK l _Toc168487686第六章预应力损失及有效预应力计算 PAGEREF _Toc168487686 h 46HYPERLINK l _Toc168487687一后法由预应力钢束与管道壁间的摩擦损失 PAGEREF _Toc168487687 h 46HYPERLINK l _Toc168487688二锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 PAGEREF _Toc168487688 h 47HYPERLINK l _Toc168487689三混凝土弹性压缩引起的预应力损失 PAGEREF _Toc168487689 h 47HYPER

15、LINK l _Toc168487690四钢筋松驰引起的预应力损失终极值 PAGEREF _Toc168487690 h 48HYPERLINK l _Toc168487691五混凝土收缩、*变引起的预应力损失 PAGEREF _Toc168487691 h 49HYPERLINK l _Toc168487692六永存预应力值汇总 PAGEREF _Toc168487692 h 51HYPERLINK l _Toc168487693第七章主梁的各项验算 PAGEREF _Toc168487693 h 52HYPERLINK l _Toc168487694一承载能力极限状态验算 PAGEREF

16、_Toc168487694 h 52HYPERLINK l _Toc168487695二正常使用极限状态验算 PAGEREF _Toc168487695 h 54HYPERLINK l _Toc168487696三持久状况的应力验算 PAGEREF _Toc168487696 h 58HYPERLINK l _Toc168487697四短暂状况的应力验算 PAGEREF _Toc168487697 h 62HYPERLINK l _Toc168487698第八章挠度验算 PAGEREF _Toc168487698 h 64HYPERLINK l _Toc168487699一恒载效应产生的跨中挠

17、度 PAGEREF _Toc168487699 h 64HYPERLINK l _Toc168487700二 可变荷载产生的跨中挠度 PAGEREF _Toc168487700 h 64HYPERLINK l _Toc168487701三消除构造自重后的长期挠度验算 PAGEREF _Toc168487701 h64HYPERLINK l _Toc168487702结论 PAGEREF _Toc168487702 h 65HYPERLINK l _Toc168487703致 PAGEREF _Toc168487703 h 66HYPERLINK l _Toc168487704参考文献 PAGE

18、REF _Toc168487704 h 67HYPERLINK l _Toc168487705附录一 PAGEREF _Toc168487705 h IHYPERLINK l _Toc168487706英文文献翻译 PAGEREF _Toc168487706 h IHYPERLINK l _Toc168487707英文文献原文 PAGEREF _Toc168487707 h *IHYPERLINK l _Toc168487708附录二计算机绘图 PAGEREF _Toc168487708 h *IV-. z第一章 桥梁方案比选一 背景及根本资料一 背景马营河大桥，位于省市肃州区。它是该地区G3

19、0连霍高速公路的重要组成局部。近年来随着西部大开发经济的建立，为了适应经济迅速开展对交通需求的日益增加，连霍高速东起，西至*霍尔果斯，全长4395千米的建立，加强了东西部经济文化的交流。马营河大桥的建立，本着平安、美观、经济、适用的原则，在下文中对该桥梁的设计提出了几个桥型比选方案。二 主要技术指标(1) 道路等级：公路主干道；(2) 设计行车速度：8 0 km/h；(3) 桥面净宽：净11.5 m(行车道)+20.5m (防撞护栏)；采用混凝土防撞护栏，线荷载为7.5kN/m 。(4) 荷载等级：公路级；根本风压强度：550 Pa；(5) 城市防洪标准：100年一遇； (6) 抗震设防标准：

20、抗震设防根本烈度为七度，地震动峰值加速度0.15g；(7) 通航标准：不考虑通航要求。三气象、水文和工程地质情况马营河大桥位于省市肃州区。本区属半沙漠干旱性气候，枯燥寒冷，降水奇缺。从东到西海拔1500-1100米，年均温3.99.3，无霜期127158天。夏季干热而较短促，冬季寒冷而较漫长，但春季升温迅速。区地下水是在地层、地貌、地质构造和干旱气候等因素制约下形成的。其分布、埋深与水质水量的变化，在一定的环境条件下表现出明显的规律性：即山区降水和冰雪消融水汇于河谷中，以地下长流方式补给；以河水入渠系、田间后，渗漏补给地下水。区地质构造复杂，地层发育齐全，矿产资源丰富。在地质构造上属缓慢隆升区

21、，地形已趋近准平原化，海拔15002500米。马营河河床主要由卵石，圆砾，砾砂，卵石组成。四 所用材料方案(1) 混凝土:混凝土空心板采用C50混凝土，铰缝采用C40混凝土；桥面铺装采用C30沥青混凝土和C40防水混凝土。(2) 普通钢材: 普通钢筋采用R235 钢筋及HRB335 钢筋,其技术标准必须符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋(GB13013 - 1991) 及钢筋混凝土用热轧带肋钢筋(GB1499 - 1998) 的规定。(3) 预应力钢材:采用1512mm高强低松弛钢绞线,其标准应符合预应力混凝土用钢绞线(GB/ T5224- 1995)的规定,标准强度fpk= 1860MPa。二 方

22、案比选一方案比选主要标准1.平安：平安标准可从行车平安、通航平安、根底地质条件的平安与施工平安等几个方面考虑。行车平安主要通过桥面设施的布置来实现。如根据公路等级和车流具体情况决定是否需设置中央分隔带、分车带或护栏以保证行车平安。通航平安虽然有通航净空保证，但应注意是否有拖船组成的船队通过，另外桥下水流方向是否与桥梁垂直，如遇到这些情况均应适当加大桥梁跨径。根底的平安一方面应该满足规中规定的根底埋深与河流的冲刷深度和冰冻深度的关系，另一方面应检查根底附近是否有裂缝、断层、溶洞等不良地质现象存在，由此检查桥梁分孔是否合理。施工期间构造的平安也是应考虑的重要因素，如果设计要求编制施工组织方案，则要

23、注意洪水和飓风对桥梁施工的不利影响，一般要求在洪水降临之前桥墩的施工面要超出设计洪水位。2.功能：桥梁的功能包括两个方面：一是跨越障碍河流、山谷或线路，二是承受荷载。在比选方案时，应选择传力路线直接、简捷的构造形式，以保证构造受力的合理性。此外，还应考虑非正常运营条件下如地震、风载能保证构造功能的实施。在地震区修建桥梁要考虑抗震性能好的桥型。梁式体系比拱失体系好，无铰拱比有铰拱要好，整体式的比组合式的好，扩大根底比桩根底好，低桩比高桩好等。再从突发的因素破坏桥梁后的修复难易考虑，梁式体系比拱式体系易修复。从该方面考虑，小跨能满足的就不做大跨；能用标准设计或通用设计的就优先考虑。3.经济：经济性

24、主要从造价、工期及养护维修方面考虑。1造价：主要包括材料费、人工费及机具设备费。 材料费的估价因受价格影响比拟大，因暂按材料用量来衡量。用标准设计与通用设计时，可按所附材料查用；考同类体系、同荷载标准、相近跨度的已建桥梁的工程数量；根据参考书中提出的构造尺寸以及经历尺寸，定出总体设计的轮廓尺寸，然后对主要构造的少数控制截面进展粗略的验算。人工费和机具设备费的标准各地有很大差异，可根据概预算定额标准进展估算。2工期：工期与造价有很大的关系，桥梁作为线路的一局部，应该要求做到线路修到那里，桥也通到那里，以保证机具、材料、人员的输送，线路早日交付运营，可以使国民经济早一天受益。影响工期的因素很多，在

25、资金有保障的前提下，主要受根底工程量的大小、构造形式、施工方法等影响。上下部构造类型多的桥梁，要求特种机具设备的或新体系的工期也长，非就地取材的桥型，不仅造价高，而且工期长；采用脚手施工才工期长，而且有水毁的可能，需要慎重考虑。 3养护及维修：桥梁在规定使用期限经常维修费用的多少需要考虑，混泥土桥的养护和维修费用比刚桥要低得多，当遭受军事或自然因素破坏后的修复，梁式桥比拱式桥方便。4.美观：我国根本建立的方针是经济、适用和在可能条件下注意美观，大量的公路桥和铁路桥设计时应遵守这一要求，但在特大桥城市桥以及位于风景区的桥梁，应注意选择美观的桥型方案。此外，施工设备及能力和环保也是必须考虑的两个方

26、面。每个比选方案都应初步考虑采用什么施工方法，根据所给的施工设备和现场条件制订施工方案；桥梁设计必须考虑环境保护和可持续开展的要求，包括生态、水、空气、噪声等几个方面全面考虑。二 桥型布置马营河大桥采用420m四跨连续梁。是由以上水文和地质情况下，综合考虑经济、平安、美观决定下部构造采用双柱式桥墩，钻孔灌注桩根底；上部构造在初步设计阶段做了三个比拟方案：方案一：预应力混凝土连续箱形梁桥 本桥采用单箱单室的截面形式及立面图，因为跨度很大对连续梁桥，在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看 ，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的力分布规律。右下为箱

27、梁截面图。预应力混凝土简支转连续箱梁，是目前公路桥梁中经常采用的桥型之一。构造受力合理，整体刚度大，变形小，整体稳定性好、伸缩缝较少，抗震能力强，施工工艺很成熟等。 箱梁采用移动支架法施工，所需设备昂贵，而且箱梁本身施工工序复杂，且费用高。箱形截面除了施工难度增加以外，由于受力 图1.1箱梁截面和构造上的需要，纵、横向的普通钢筋配筋率都不能过低。而且桥墩处箱梁根部建筑 高度较大，超静定构造，对地基要求高等。 方案二：拱桥：拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，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q 的作用下，简支梁的跨中弯矩为ql2/8，全

28、梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的拱轴，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构造，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。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。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。拱桥的优点：1.跨越能力较大；2.能充分做到就地取材，与梁式桥相比可以省大量的钢材和水泥；3.耐久性好，而且养护和维修费用少；

29、4.外形美观；5.构造较简单，尤其是圬工拱桥，技术容易被掌握，有利于广泛采用；缺点：1.自重较大，相应的水平推力也较大，增加的下部构造的工程量，对地基条件的要求较高；2.拱桥一般都采用，支架上施工的方法，修建随着跨径和桥高的增加，支架或其他附属设备的费用大大增加，建桥时间也较长；3.由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的平安需采用较复杂的措施或设置单向推力墩，增加了造价。方案三：420m预应力混凝土连续空心板桥本方案的优点在于构造简单，工艺成熟，多数施工单位都可操作；可以工厂化预制，现场装配，施工简便迅速，便于质量控制和降低本钱；体积小、重量轻、便于吊装；建

30、筑高度小，不受填土高度限制；对地基条件要求不高；遭受破坏后易于修复。预应力构造通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使构造轻型化，因而预应力混凝土构造具有比钢筋混凝土构造大得多的跨越能力。采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短。三 方案比选表1.1方案比选表方案设计方案一设计方案二设计方案三适用性箱形截面抗扭刚度大，可以保证其强度和稳定性，有效的承当正负弯矩，桥梁的构造刚度大，变形小，行车平稳舒适。跨越能力较大，耐久性好，承载能力较强，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

31、，拱的弯矩大大减少。空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短。美观性全桥线条简洁明快，与周围环境协调好，因此，桥型美观。拱桥外形美观。全桥线条简洁，但桥孔跨度多，因此显得有些繁缛会影响桥型美观。施工难易施工工艺成熟，技术可靠但箱梁本身施工工序复杂。施工支架多，施工工序多,不便于机械化施工，且工期较长。构造简单，工艺成熟，可以工厂化预制，现场装配，施工简便迅速，体积小、重量轻、便于吊装。经济性连续梁刚度大，变形小，伸缩缝少，能充分利用高强材料的特性，促使构造轻型化，跨越能力强。拱桥一般都采用，支架上施工的方法，修建随着跨径和桥高的增加，支架或其他附

32、属设备的费用大大增加，但后期养护和维修费用较少。充分利用了材料的特性，且提高了混凝的抗裂性，促使构造轻型化。便于质量控制和降低本钱。四 总结通过比照，从受力合理，平安适用，经济美观的角度综合考虑，方案三：预应力混凝土连续空心板桥为最正确推荐方案。此方案，预应力混凝土连续空心板桥，构造简单，充分利用材料，经济合理；施工方便，周期短；而且桥型线条简洁。 第二章 设计资料一 桥梁横向布置图2.1 横向一般布置单位：cm跨径：标准跨径为20m，计算跨径为19.90m；桥面净宽：净11.5 m(行车道)+20.5m (防撞护栏)。二 纵横坡由公路桥涵设计通用规3.4.1条规定，桥上纵坡不宜大于4%，桥头

33、引道纵坡不宜大于5%；如果桥梁位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不能大于3%。根据此桥所给数据及特征，故设纵坡为2%。为满足横向排水要求横坡取1.5% 。三 桥下净空桥下净空应根据计算水位设计水位计入壅水、浪高等或最高流冰水位加平安高度确定。当河流有形成流冰阻塞的危险或有漂浮物通过时，应按实际调查的数据，在计算水位的根底上，结合当地具体情况酌留一定充裕量，作为确定桥下净空的依据。对于有淤积的河流，桥下净空应适当增加。在不通航或无流放木筏河流上及通航节流的不通航桥孔，桥下净空不应小于表2.1的规定。表2.1 非通航河流桥下最小净空桥梁的部位高出计算水位m高出最高流冰面m梁底洪水期无

34、大漂流物0.500.75洪水期有大漂流物1.50/有泥石流1.00/支承垫石顶面0.250.50拱脚0.250.25此桥横跨马营河，因为无通航的要求，根据规及资料，可设桥下净高为4.5m。四 高跨比根据统计分析，下表列出了常用的等高和变高预应力混凝土连续梁的高跨比经历数据。表2.2 连续梁高跨比铁路桥公路桥变高度连续梁支点梁H11/121/16L(1/161/25)L跨中梁高H2(1/1.51/2.0)L(1/2.01/2.5)L等高度连续梁梁高H(1/161/18)L(1/181/20)L根据上表经历数据，该桥为公路桥，连续空心板梁，空心板一般梁高较小，高跨比一般在1/161/25左右，跨径

35、为20m，所以连续梁梁高取0.90m。五 桥面铺装根据公路桥涵设计通用规( JTG D60-2004 ) 规定：1、高速公路和一级公路上特大桥，大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装；2、桥面铺装应设防水层；3、高速公路、一级公路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于70mm；二级及二级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于50mm。故此桥桥面铺装：为8cm 40号防水混凝土，上铺9cm沥青混凝土。六 上部构造 根据公路桥涵设计通用规( JTG D60-2004 )的修订容规定，空心板桥的顶板和底板厚度均不应小于80mm。空心板的空洞端部应予填封。人行道板的厚度，就地浇筑的混凝土板不

36、应小于80mm；预制混凝土板不应小于60mm。根据桥梁工程上册介绍，装配式预制空心板截面中间挖孔形式很多，挖成单个较宽的空洞，其挖空体积最大，块件质量也最小，但在顶板要布置一定数量的横向受力钢筋；挖成两个正圆孔，当用无缝钢管作芯模时施工方便，但其挖空体积较小；另外一些芯模由两个半圆及两块侧模板组成，对不同厚度的板只要更换两块侧模板就能形成空形，它挖空体积大，适用性也较好。在此例中，由于端跨和中跨的构造一样，所以以中跨尺寸为例。具体尺寸见以下图： 预制板端部 (预制板跨中)图2.1大桥中跨边板单位：cm大桥中跨边板：梁高90cm，顶板厚度12cm，宽度225.5cm；底板厚度：预制板端部为22c

37、m，预制板跨中为11cm，宽度154cm，腹板厚度 817cm；预制板端部中间圆孔洞半径为28cm，预制板跨中中间圆端形孔洞上下半圆半径为28cm，圆端形中间矩形尺寸为5611cm。 预制板端部 (预制板跨中)图2.2大桥中跨中板单位：cm大桥中跨中板：梁高90cm，顶板厚度12cm，宽度149cm；底板厚度：预制板端部为22cm，预制板跨中为11cm，宽度157cm，腹板厚度 817cm；预制板端部中间圆孔洞半径为28cm，预制板跨中中间圆端形孔洞上、下半圆半径为28cm，圆端形中间矩形尺寸为5611cm。第三章 截面特性计算一 截面特性计算由于大局部截面与中跨的截面一样，因而现下只计算大桥

38、中跨的截面特性，而中跨的中板与边板截面不同，因而分别计算。此时计算需要借助AutoCAD中计算截面特性的功能完成，结果如下： 预制板端部 (预制板跨中)图3.1 大桥中跨边板单位：cm预制板端部 (预制板跨中)图3.2 大桥中跨中板单位：cm表3.1 截面几何特性计算结果截面位置截面积Am2截面惯矩Im4中性轴至梁底距离m预制中板跨中0.72960.07450.4456支点0.85280.08030.4138预制边板跨中0.88740.090.5091支点1.01060.09930.4745二 空心板截面的抗扭惯矩根据桥梁工程上册中介绍，在中小跨径的预应力混凝土桥中，采用铰接空心板梁桥的截面形

39、式是比拟普遍的。这种空心板可以当作薄壁矩形闭合截面。本例空心板截面可近似简化成如以下图所示的箱型截面来进展计算 ，因为上下底板厚度分别为11cm和12cm，这里近似认为上下底板厚度均为11cm。如以下图所示：图3.3简化箱型截面则： It=1.37107cm4三 计算刚度参数由前面计算可知，I = cm4，It=1.37107 cm4，单板宽b=158cm，计算跨度=1990cm，则：=0.0198第四章 作用效应计算一 构造自重作用效应计算本桥的施工过程划分为四个阶段，如图4.1所示。第一施工阶段，为主梁预制阶段，待混凝土到达设计强度90%后拉正弯矩区预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制空

40、心板梁安装就位，形成由临时支座支撑的简支梁状态。第二施工阶段，先浇筑两跨之间的连续段接头混凝土，到达设计强度后，拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆。第三施工阶段，撤除全部临时支座，主梁支撑在永久支座上，完成体系转换，在完成主梁横向接缝，最终形成四跨连续梁。第四施工阶段，进展防护栏及桥面铺装施工。图4.1 施工阶段示意图由施工过程可知，构造自重作用效应是分阶段形成的，主要包括：空心板一期构造自重作用荷载集度g1，成桥后一期构造自重作用荷载集度增量g1；二期构造自重作用荷载集度g2。针对本例横断面的具体构造特点，将空间桥垮构造简化为平面构造进展计算。在本例中预应力混凝土重力密度=26kN/m3，沥青

41、混凝土构造重度为23 kN/m3，混凝土重度为25 kN/m3。C50混凝土的材料特性为：fck =32.4MPa，fcd=22.4MPa，ftk=2.65MPa，ftd=1.83MPa。一 构造自重作用荷载集度的计算1 一期构造自重作用荷载集度g1预制边梁：g1=kN/m预制中梁：g1=kN/m2 铰缝自重计算一期构造自重g1此即为成桥后一起构造自重作用荷载集度增量g1。预制边梁：g1=kN/m预制中梁：g1=kN/m3 桥面系自重二期构造自重g2由于是高速公路，所以没有人行道及栏杆，只有防撞护栏，本设计采用混凝土防撞护栏，按照单侧7.5kN/m线荷载计算。桥面铺装上层为9cm厚C30沥青混

42、凝土，下层为8cm厚C40防水混凝土，则全桥宽铺装层每延长米重力为：0.0923+0.082511.5= 46.805 kN/m上述自重效应是在各空心板形成整体后再加至桥上的，由于桥梁横向弯曲变形，隔板分配到的自重效应是不一样的，为了计算方便，近似按各板平均分配桥面铺装重量来考虑，则每块空心板分配到的每延长米桥面系重力为：g2=7.52+46.805/7=8.829 kN/m二 力计算构造体系为简支梁构造，计算跨径为19.90m，构造自重作用力计算图式见图4.2。本桥为先简支后连续的连续梁桥，施工过程中包含体系转换，所以构造自重力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段力计算出来，然后进展力叠加

43、。施工第一阶段，构造体系为简支梁构造，记自重荷载为g1 。施工第二阶段，由于两跨接头长度较短，混凝土重量较小，产生力较小，且对跨中弯矩有卸载作用，故忽略不计其产生的影响。施工第三阶段，构造由简支转为连续体系，因两临时支座间距较小，忽略撤除临时支座产生的影响，所以其自重荷载只记铰缝重力，即g1。施工第四阶段，连续梁阶段，自重作用荷载为成桥二期自重作用荷载，即g2。1 施工第一阶段构造自重效应力由于篇幅问题，以下仅以边梁为例进展计算，其余不做重复，如无特殊说明，均为边梁计算。预制边梁构造自重效应力计算如图4.2所示。此时构造为简支体系，计算跨径L=19.90m ,q= g1=23.07kN/m，设

44、*为计算截面距支座的距离，并令a=*/L ，则主梁弯矩和剪力计算公式分别为：M*=qL*-q*2/2，Q*=qL/2-q*。图4.2 结果自重作用力计算图自重力效应计算如下表：表4.1 第一施工阶段自重作用效应力位置剪力kN弯矩kNm位置剪力kN弯矩kNm左边跨左端部223.7790左中跨左端部223.7790左边跨1/4处111.890813.996左中跨1/4处111.890813.996左边跨1/2处01085.328左中跨1/2处01085.328左边跨3/4处-111.890813.996左中跨3/4处-111.890813.996左边跨右端部-223.7790左中跨右端部-223.

45、77902 第三施工阶段自重作用效应力构造体系已转换为连续梁，此时自重作用效应力按连续梁进展计算。此时成桥后一期构造自重力作用荷载集度为g1。在此列出边跨各控制截面的剪力和弯矩影响线。边跨支点截面剪力影响线：边跨1/4截面剪力和弯矩影响线：边跨1/2截面剪力和弯矩影响线：边跨3/4截面剪力和弯矩影响线：图4.3边跨各控制截面的剪力和弯矩影响线运用桥梁博士进展计算，由对称性，取构造的一半计算弯矩和剪力。具体计算结果见下表。表4.2第三施工阶段自重作用效应阶段力位置剪力kN弯矩kNm位置剪力kN弯矩kNm左边跨左端部7.530左中跨左端部10.30-41.10左边跨1/4处2.7425.70左中跨

46、1/4处5.47-1.71左边跨1/2处-2.0527.40左中跨1/2处0.6813.70左边跨3/4处-6.845.13左中跨3/4处-4.115.13左边跨右端部-11.60-41.10左中跨右端部-8.90-27.403 第四施工阶段自重作用效应力第四施工阶段构造体系与第三阶段一样，作用为二期自重作用荷载，其求解方法和第三施工阶段类似。此阶段自重作用荷载为g2=8.829 kN/m。具体结果见下表。表4.3第四施工阶段自重作用效应阶段力位置剪力kN弯矩kNm位置剪力kN弯矩kNm左边跨左端部69.400左中跨左端部94.50-378.00左边跨1/4处25.20237.00左中跨1/4

47、处50.50-15.80左边跨1/2处-18.90252.00左中跨1/2处6.31126.00左边跨3/4处-63.1047.30左中跨3/4处-37.8047.30左边跨右端部-107.00-378.00左中跨右端部-82.00-252.004 构造自重作用效应总力上述3个阶段力均为阶段总力，每个施工阶段的累计力需要力叠加得到，具体叠加结果见下表。 表4.4第四施工阶段自重作用效应阶段力位 置施工第一阶段施工第二阶段施工第四阶段自重力叠加剪 力kN弯 矩 kNm剪 力 kN弯 矩 kNm剪 力kN弯 矩(kNm)剪 力kN弯 矩 kNm左边跨左端部223.77907.530069.4000

48、300.7090左边跨1/4处111.890813.9962.74025.70025.200237.000139.8301076.696左边跨1/2处01085.328-2.05027.400-18.900252.000-20.9501364.728左边跨3/4处-111.890813.996-6.8405.130-63.10047.300-181.830866.426左边跨右端部-223.7790-11.600-41.100-107.000-378.000-342.379-419.1左中跨左端部223.779010.300-41.10094.500-378.000328.579-419.1左

49、中跨1/4处111.890813.9965.470-1.71050.500-15.800167.860796.486左中跨1/2处01085.3280.68013.7006.310126.0006.9941225.028左中跨3/4处-111.890813.996-4.1105.130-37.80047.300-153.800866.426左中跨右端部-223.7790-8.900-27.400-82.000-252.000-314.679-279.40二 可变作用效应计算一 冲击系数计算根据公路桥涵设计通用规JTG D60-2004中4.3.2的规定，适用于连续梁的构造基频计算公式如下：4.

50、1 4.2式中： f构造基频 (Hz)；l计算跨径(m)，l=20m；E混凝土弹性模量(MPa)，C50混凝土弹性模量为E=3.451010 N/m2；Ic梁跨中截面抗弯惯性矩(m4)；mc构造跨中处的单位长度质量(kg/m)，当换算为重力计算时，其单位应为Ns2/m2，mc=G/g；G构造跨中处的延米构造重力N/m；g重力加速度，g=9.81m/s2。其中取中梁截面特性 ：Ic =0.0745 m4，mc= G/g=0.806226103)/9.81=2136.72kg/m 对于本设计：mckg/m，冲击系数适用于则： 用于正弯矩效应和剪力效应：用于负弯矩效应：二 横向分布影响线在求得刚度参

51、数后，即可依板块个数及所计算板号按值，根据桥梁设计手册梁桥-上册中附表2中可查得各板轴线处的影响线坐标。由于=0.0198，则可依表查得17号板在车道荷载作用下的和在横向分布影响线值。具体结果如表4.5所示：由表4.5数据画出各板的横向分布影响线，并按最不利位置布载，进而求的各板横向分布系数。表4.5各板横向分布系数板号123456710.0100.2030.1790.1520.1320.1190.1100.1050.0200.2480.2040.1560.1230.1010.0870.0810.01980.2470.2030.1560.1230.1000.0860.08020.0100.17

52、90.1760.1590.1380.1240.1140.1100.0200.2040.2000.1710.1300.0990.0800.0710.01980.2030.2000.1700.1300.0980.0790.07030.0100.1520.1590.1620.1500.1340.1240.1190.0200.1560.1710.1780.1570.1270.1100.1010.01980.1550.1700.1770.1570.1270.1100.10040.0100.1320.1380.1500.1580.1500.1380.1320.0200.1230.1340.1570.171

53、0.1570.1340.1230.01980.1230.1340.1570.1710.1570.1340.1231、2、3、4号板的荷载横向分布影响线如以下图所示：图4.4 1、2、3、4号板的荷载横向分布影响线三 计算荷载横向分布系数按照桥规规定横向确定最不利荷载位置后，就可计算跨中荷载横向分布系数如下，计算公式为：三车道：=4.3；两车道：=4.4表4.6各板横向分布系数板号1号板2号板3号板4号板三车道两车道三车道两车道三车道两车道三车道两车道荷载横向分布系数0.2540.2540.2070.2070.1470.1470.1210.1440.2120.2120.2010.2010.168

54、0.1680.1310.1680.1720.1720.1840.1840.1760.1760.1480.1680.1290.1290.1390.1390.1630.1630.1700.1440.108-0.109-0.138-0.160-0.088-0.083-0.113-0.139-0.3760.3840.3600.3660.3530.3270.3390.312综上计算可知：三车道和两车道布载时，均为1号板的横向分布系数为最不利，汽车荷载的横向分布系数是，三车道为：=0.376，两车道为=0.384，在设计常偏平安地取这些最大值来计算力。支点处荷载横向分布系数计算：图4.5 支点处荷载横向分

55、布系数及最不利布载1号板横向分布系数：=1.335+0.185/2=0.76四 各截面的汽车荷载效应力计算主梁活载横向分布系数确定之后，将活载乘以相应横向分布系数后，在主梁力影响线上最不利布载，可求得主梁最大活在力，计算公式为： 4.3式中：主梁最大活载力弯矩或剪力。汽车荷载冲击系数，本设计。车道折减系数，本设计。荷载横向分布系数，本设计汽车的横向分布系数在主梁各跨取一样值，=0.384，支点处=0.76主梁的车道荷载集中力和均布荷载。主梁力影响线的竖标值。车道荷载选取计算图式见以下图。其中，图4.6车道荷载计算图式根据通规第4.3.1规定，公路级车道荷载的均布荷载标准值为:，集中荷载Pk当5

56、m50m时，标准值插为：当计算剪力效应时，集中力本设计利用桥梁博士进展汽车荷载力计算，汽车荷载力具体结果见表4.7，因全桥对称，所以只列出半桥两跨主要截面。表4.7汽车荷载效应力截面kNmkNm(KN)(KN)左边跨左端部00283.48-23.48左边跨1/4处441.60-52.6192.16-39.94左边跨1/2处529.92-108.2949.92-82.94左边跨3/4处309.12-162.4319.58-122.11左边跨右端部113.24-727.326.40-311.6左中跨左端部113.24-727.32308.5632.00左中跨1/4处298.37-200.83112

57、.90-30.57左中跨1/2处453.12-135.1769.12-70.66左中跨3/4处306.05162.4332.45-113.28左中跨右端部204.44614.0843.85-304.00五 温度变化次力计算根据公路桥涵设计通用规4.3.10条规定，混凝土上部构造和带混凝土桥面板的钢构造的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。以下计算以正温差为例，如需反温差的值以正温差的计算值乘以-0.5即可。根据公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规JTG D62-2004规定，混凝土由于日照引起桥面与其它局部温度差，从而产生力，在缺乏实测资料时，可假定温差+5C(桥面板上升5C)，并在桥面板均匀分布

58、。本设计由设计任务书规定，假定温差为+20C，温度力计算见力组合结果。根据公路桥涵设计通用规JTG D60-2004计算桥梁构造由于温度梯度引起的效应时，可采用如图示的竖向温度梯度曲线，其桥面的最高温度T1见图4.7。图4.7竖向温度梯度尺寸单位：mm对混凝土构造，当梁高H小于400mm时，图中A=H-100mm；梁高H等于或大于400mm时，A=300mm。对带混凝土桥面板的钢构造，A=300mm，图中t为混凝土桥面板的厚度， ，。温差应力按公预规附录B计算： 4.4 4.5 式中：截面的单元面积；单元面积温差梯度平均值，均以正值带入；混凝土线性膨胀系数，取0.00001；混凝土弹性模量，取

59、3.45104Mpa；单位面积重心到重心轴的距离。温度次力具体各截面弯矩和剪力值见下表4.8，温度次力全桥对称，故只列出半桥。表4.8温度变化次力截面升温降温剪力 (kN)弯矩 (kNm)剪力 (kN)弯矩(kNm)左边跨左端部33.300-16.650左边跨1/4处33.30166.00-16.65-83.00左边跨1/2处33.30333.00-16.65-166.50左边跨3/4处33.30499.00-16.65-249.50左边跨右端部33.30665.00-16.65-332.50左中跨左端部-11.10665.005.55-332.50左中跨1/4处-11.10610.005.5

60、5-305.00左中跨1/2处-11.10554.005.55-277.00左中跨3/4处-11.10499.005.55-249.50左中跨右端部-11.10444.005.55-222.00六 根底沉降计算连续梁桥为超静定构造，当根底发生不均匀沉降时，会对构造力产生影响，这种由于根底沉降所引起的构造力统称为根底位移的次力。对于混凝土构造，这一根底不均匀沉降引起的次力，还会由于混凝土*变的作用，而导致构造变形的不断增加和构造力重分配。由于混凝土*变所引起的构造力称为*变次力。根底位移和*变共同作用下混凝土超静定构造的次力是上述两种次力的综合反响，它与作用时间有关，与根底位移和*变作用的先后次