黄河廉庄公路桥初步设计与施工图设计.doc

图书分类号： 密 级： 毕业设计(论文) 废黄河廉庄公路桥初步设计与施工图设计 the abandoned the yellow river lian zhuang road bridge preliminary design and construction drawing design 学生姓名李 x 学院名称土木工程学院 专业名称道路桥梁隧道工程 指导教师孙韬 2014 年5 月16 日 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的 规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐 州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和 借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将 本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘要 本设计是废黄河廉庄公路桥初步设计与施工图设计 ,本着“安全、经济、 美观、实用”的八字原则以及设计要求和地质情况初步拟定了以下几个方案： 1、预应力混凝土连续梁桥 2、拱桥 3、连续刚构桥 。最后从施工等多方面考 虑比较确定最终方案为预应力混凝土连续梁桥 。 连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型，它不但具有可靠的强度，刚度及 抗裂性，而且具有行车舒适平稳，养护工作量小，设计及施工经验成熟的特点。 设计一座桥梁必须从桥跨布设，尺寸拟定，钢束布置以及施工方法等方面综合 考虑，还要充分考虑设计参数和环境影响。 本设计采用主桥 14+32+14m 的预应力混凝土连续箱梁，施工方式是悬臂施 工法。本设计主要阐述了该桥的设计和计算过程，主要运用桥梁博士软件进行 计算。首先进行的是方案比选，对主桥进行总体结构设计，然后对上部结构进 行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，最后进行下部结构的计算 及验算。 关键词关键词： 预应力混凝土；连续梁桥 abstract this design is the waste huang helian zhuang road bridge preliminary design and construction drawing design, in line with “safe, economic, beautiful, practical“ eight principles and design requirements and geology preliminary drawn up the following solutions: 1, prestressed concrete continuous girder bridge, 2,arch bridge 3, continuous rigid frame bridge. from construction aspects of consideration and comparison to determine the final plan for prestressed concrete continuous girder bridge. continuous girder bridge is a bridge which widely used in engineering, it not only have solid strength, stiffness and crack resistance, and are characterized by their smooth driving comfort, maintenance workload is small, the characteristics of the mature design and construction experience. design must be from a bridge across a bridge layout, size, steel beam layout and construction method and so on comprehensive consideration, but also give full consideration to design parameters and environmental impact. this design adopts the main 14 + 32 + 14 m prestressed concrete continuous box girder, the construction way is the cantilever construction method. this design mainly elaborated the bridge design and calculation process, the main use dr bridge software to calculate. first scheme comparison, the overall structure of the main design, and then on the upper structure internal force and reinforcement calculation, for strength, stress and deformation calculation, finally the bottom structure is calculated and checked. keywords: prestressed concrete; continuous girder bridge 目目录录 第一章 方案比选 .1 1.1 工程概况 .1 1.2 自然地理概述 1 1.2.1 地形地貌，水文和气候. 1 1.2.2 地基土构成与特征.1 1.2.3 地下水及水土腐蚀性. .3 1.3 方案初选 .3 1.4 方案比较3 1.4.1 实用性比较 .3 1.4.2 安全性比较 4 1.4.3 经济性比较 4 1.5 方案确定5 第二章 结构设计 .6 2.1 设计资料 .6 2.1.1 方案简述6 2.1.2 设计依据6 2.2 上部构造主梁细部尺寸 .7 2.2.1 主梁尺寸拟定.7 2.2.2 截面特性及单元重量计算成果表8 2.3 荷载内力计算 .8 2.3.1 建模及数据输入8 2.3.2.全桥施工阶段划分.9 2.3.3.施工过程模拟9 2.4 计算结果及数据处理 .10 2.4.1 恒载内力 10 2.4.2 活载内力 11 2.5 荷载组合及其原理 .16 2.5.1 原理 16 2.5.2 内力组合表 .19 第三章 预应力钢束数量的估算及其布置 20 3.1 预应力钢束数量的估算 .20 3.2 预应力钢束布置 .21 3.2.1 跨中截面及锚固端截面的钢束位置 21 3.2.2 钢束计算 23 第四章 预应力损失的计算27 4.1 预应力损失计算 27 4.1.1 摩擦预应力损失.27 1l 4.1.2 锚具变形钢筋回缩引起的预应力损失28 2l 4.1.3 钢筋松弛引起的预应力损失.31 5l 4.1.4 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失32 6l 4.1.5 有效预应力35 第五章 持久状况承载能力极限状态计算36 5.1 承载能力极限状态计算理论 36 5.2 承载能力极限状态计算 .37 5.3 验算最小配筋率（跨中截面）.40 第六章 持久状况正常使用极限状态计算41 6.1 全预应力混凝土构件抗裂验算 41 6.2 全预应力混凝土构件抗裂验算 41 第七章 持久状况构件的应力计算43 7.1 持久状况截面应力验算理论 43 7.2 持久状况截面应力验算 .44 第八章 短暂状况构件的应力计算46 8.1 短暂状况截面应力验算理论 46 8.2 短暂状况截面应力验算 .46 第九章 变形验算49 9.1 由预加力引起的跨中反拱度 49 9.2 正常使用阶段的挠度计算 49 9.3 结构刚度验算 50 9.4 预拱度的设置 50 第十章 桥梁下部结构设计51 1.桥墩 .51 2.桥台.51 3.设计资料.51 4.盖梁、桥墩台尺寸.53 5.桩长及桩筋设计注意事项 53 专题论文 56 总结60 致谢 .61 参考文献 62 前前言言 毕业即将来临，毕业设计是目前教学计划中的一个重要环节，是在完成 学校所有规定的基础课、专业基础课和专业课后进行的，是培养学生综合运 用所学的基础知识和专业知识能力的综合体现。毕业设计主要进行了桥梁的 结构内力计算，预应力筋的配置设计，截面应力、挠度验算以及训练了手工 制图和 cad 制图的基本技能和方法。 本设计所采用的是 预应力钢筋混凝土 连续箱梁桥。主要依据 公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （jtg d622004）简称公预规和公路桥涵设计通用规范 (jtg d602004)简称桥规并借助迈达斯，桥梁博士等软件进行内力计算， 得出各控制截面的内力组合结果，并利用组合结果进行配筋、验算。桥梁施 工方法的设计是根据当地的地形条件，施工设备和能力以及工程的可行性而 进行的。 在老师的悉心指导下，独立地、系统地完成废黄河廉庄公路桥初步工 程设计，从而熟悉了解并且掌握一个工程设计的始末，根据大学四年已学的 基础课程，进一步完善考虑、讨论、分析和解决问题，并可以继续学习到一 些新的专业知识，有所适当的做一点创新，更好更全面的做好这次设计。 通过本次的毕业设计，我对桥梁工程设计的过程及内容有了一个全面系统 的了解。但是在废黄河廉庄公路桥初步设计中也许会有设计不到位的情况，敬 请指导老师和各位同学指正！ 第第一一章章 方方案案比比选选 本章主要根据桥址的地形、地貌、水文地质条件和技术标准的要求，综 合考虑经济与安全、时间与空间环境等方面的因素，初步拟定方案，方案完 成后，进行初步分析，将明显不能满足 “经济、适用、安全、美观 ”等原 则的方案删去，提出几个特色的方案进一步分析比较，比选方案应符合施工 可行，设计受力合理的要求。方案比选的标准主要依据安全、适用、经济和 美观，其中以安全和经济为重。最终确定方案以设计出“安全适用、经济 合理、美观环保 ”的桥。 1.11.1 工程概况工程概况 废黄河廉庄公路桥位于徐州市，东西方向横跨废黄河，是废黄河上一座很 重要的交通运输桥梁。 1.21.2 自然地理概述自然地理概述 1.2.11.2.1 地形地貌，水文和气候地形地貌，水文和气候 本地区属于冲积平原地貌单元，地形较平坦，河床顺直，岸坡平缓。徐州市处 在长江流域与黄河流域过渡地带，属于半湿润的暖温带气候区。区内雨量充沛， 6、7月间常有冷暖气团遭遇，产生锋面低压和静止锋，形成阴雨连绵的梅雨期。 全市年降水量由西向东递增，全市多年平均降雨量为832毫米。 1.2.21.2.2 地基土构成与特征地基土构成与特征 勘探深度范围内揭露地层为第四系全新统和上更新统沉积物及基岩。全新 统岩性以粉质粘土为主，上更新统岩性以粘土及中砂为主。根据岩性特征、埋 藏分布条件、物理力学性质指标，将勘探深度内地层划分为 11 个工程地质层。 （1）亚粘土：灰黄色，可塑硬塑，中等中偏高压缩性，表层 0.30.5 米为耕土；该层连续分布于近地表部位，层厚平均在层厚 3.5m10.0m，地基容许承载力=110160kpa，钻孔灌注桩桩周土的极限摩 0 阻力=3540kpa。 i （2）淤泥质亚粘土：灰色，流塑，高孔隙比，中偏高高压缩性，为主要 软土层仅见于 zk2 孔，层厚 3.9 米，间夹粉砂薄层；地基容许承载力 =6080kpa，钻孔灌注桩桩周土的极限摩阻力=1520kpa。 0 i （3）夹砂亚粘土：灰色、灰黄色，软塑为主，中等中偏高压缩性，部分 夹有亚砂土薄层；该层分布不连续，仅见于 zk7、zk8 孔，层厚 8.8m10.2m， 地基容许承载力=100140kpa，钻孔灌注桩桩周土的极限摩阻力 0 =3040kpa。 i （4）粘土：灰黄色，褐黄色，可塑硬塑状态，中等中偏低压缩性，含 铁锰结核，土性较好；该层在桥址区总体分布较连续，层厚 2.8m8.1m；地基 容许承载力地基容许承载力=200260kpa，钻孔灌注桩桩周土的极限摩阻 0 力=5070kpa。 i （5）中粗砂：灰黄色，饱和，中密密实状态，局部混亚粘土；层厚 4.1m7.0m；地基容许承载力=170250kpa，钻孔灌注桩桩周土极限摩阻 0 力=4560kpa。 i （6）含碎石、砾石亚粘土：灰黄色，棕黄色，可塑；碎石成份为石英砂岩； 呈次圆状次棱角状，含量 2040%，部分为含碎石、砾石中粗砂；层厚 2.9m4.0m 。 （7）全风化花岗岩：黄色带粉红的，结构已破坏，矿物蚀变强，岩芯呈长 柱状，手可折断，可捏碎，碎后呈散体砂状；天然状态单轴抗压强度 0.10.4mpa；饱和状态下崩解；地基容许承载力=220350kpa；钻孔灌注 0 桩桩周土的极限摩阻力=5570kpa。 i （8）强风化花岗岩：黄色带粉红的，块状结构；岩芯呈柱状短柱状，岩 芯蚀变较强，锤击声较哑；天然状态单轴抗压强度 1.58.3mpa；饱和状态下 大部分试样崩解，未崩解的饱和单轴抗压强度 4.05.0mpa；地基容许承载力 =4501000kpa；钻孔灌注桩桩周土的极限摩阻力=80120kpa。 0 i （9）弱风化花岗岩：黄色，块状构造；岩芯呈长柱状夹碎块状，偶见陡倾 角裂隙，裂隙面由方解石脉充填，岩石蚀变较强；天然状态下单轴抗压强度 15.032.0 mpa；饱和状态下部分崩解，未崩解的饱和单轴抗压强度 6.018.0mpa；地基容许承载力=18003000kpa；钻孔灌注桩桩周土的极 0 限摩阻力=160200kpa。 i （10）强风化石英砂岩或泥质粉砂岩：此两岩层强度以及水稳性均较差， 局部夹有弱风化石英砂岩段；石英砂岩为灰白色，细粒结构，厚层状构造，岩 芯以碎块状为主，裂隙较发育，裂隙面由泥质充填或铁锰质渲染，锤击易沿裂 隙裂开，质坚硬；地基容许承载力=6001000kpa；钻孔灌注桩周土的极限 0 摩阻力=85120kpa；泥质粉砂岩为灰白色，泥质粉砂岩为灰白色，泥砂质结 i 构，泥钙质胶结，厚层状构造；岩芯呈长柱状，质较软，岩芯可掰断；天然状 态单轴抗压强度 1.92.4mpa；饱和状态下部分崩解；地基容许承载力 =6001000kpa；钻孔灌注桩桩周土的极限摩阻力=75100kpa。 0 i （11）弱风化石英砂岩：灰色，灰白色，细粒砂状结构，厚层状构造，硅 质胶结；岩芯呈柱状夹碎块状，质坚硬硬，锤击声脆，裂隙发育，裂隙面有 铁锰质渲染，局部有泥质充填；天然状态单轴抗压强度 5494mpa；饱和单轴 抗压强度 7483mpa；地基容许承载力=20003000kpa；钻孔灌注桩桩周土 0 的极限摩阻力=180200kpa。 i 各层岩土层的具体分布情况可具体参见本工程地质纵断面图以及工程地质 钻孔综合成果表。 1.2.31.2.3 地下水及水土腐蚀性地下水及水土腐蚀性 场地地下水对混凝土有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋长期浸水具微 腐蚀性，干湿交替有微腐蚀性；表层土对混凝土有微腐蚀性，对钢筋混凝土结 构中钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。 1.31.3 方案初选方案初选 根据桥址的地形地貌、水文地质条件、以及桥梁主跨等技术标准的要求， 初拟出不同结构体系的桥型。“安全适用、经济合理 ”为宗旨并结合其它 因素综合考虑，初拟方案。 第一方案 连续刚构桥预应力混凝土连续梁桥 此方案的桥跨布置为 14+32+14, 桥全长 60。 mmmm 第二方案 上承式拱桥 结构形式：主拱圈采用混凝土箱型拱。桥面连续，桥台采用重力式 u 形桥台，采用浆砌片石，既可满足受力要求，又可节大量混凝土和钢筋。 桥型美观度：桥型美观，适于险峻的峡谷地段。 施工方法：分节段吊装施工。优缺点：受力好，节约钢筋用量，跨径大 施工难度较大，上部梁段多，对行车舒适不利。 第三方案 预应力混凝土连续梁桥 此方案的桥跨布置为 14+32+14, 桥全长 60。 mmmm 1 1. .4 4 方方案案比比较较 1 1. .4 4. .1 1 实实用用性性比比较较 废黄河廉庄公路桥初步设计方案进行比较： 1. 预应力混凝土连续梁桥：这种型式的桥梁变形小，伸缩缝少，结构 刚度大，动力性能好，最主要的是主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，另外 行车通畅，平顺，安全，更好的满足交通运输要求，施工工艺简单，符合废 黄河廉庄公路桥设计、施工。 2. 连续刚构桥：这种型式的桥梁行车通畅，平顺，安全，满足交通要 求，而且施工技术比较成熟，容易保证工程质量，并且桥梁下净空值比较大， 能够满足通航性能的要求，但是此处地质条件不好，墩高小，跨径大，温差 大使混凝土收缩产生较大位移，对桥墩不利，不符合废黄河廉庄公路桥设 计、施工。 3.上承式拱桥：拱桥是我国公路上使用很广的一种桥型。拱桥不仅可以 利用钢、钢筋混凝土等材料来修建，抗风性能好，但是拱桥上部结构自重较 大，下部结构工程量大，地质条件要求高，不符合废黄河廉庄公路桥设计、 施工。 1 1. .4 4. .2 2 安安全全性性比比较较 1. 预应力混凝土连续梁桥：这种型式的桥梁技术比较成熟，容易计算， 施工工艺简单，而且桥梁的质量好，整体性能也比较好，刚度大，能够保证 工程本身安全，行车性能也比较良好，满足交通运输安全要求，符合废黄河 廉庄公路桥设计、施工。 2. 连续刚构桥：这种型式的桥梁一般将墩做成薄壁墩，但桥墩的刚度 比较小，很难承受船舶的撞击力，而且基础沉降对结构影响大，不符合废黄 河廉庄公路桥设计、施工。 3.上承式拱桥：在满足桥下净空要求时，上承式拱的曲线底面将增加桥 面高程，当其用于城市立体交叉平原地区时，将增加接线的工程量或桥面纵 坡，既增大造价又对行车不利，不符合废黄河廉庄公路桥设计、施工。 1 1. .4 4. .3 3 经经济济性性比比较较 1. 预应力混凝土连续梁桥：基础施工复杂，需要大型支座和较多预应 力钢筋，但是施工技术简单，成熟，容易掌握，需要的机械少，大大降低了 工程施工成本，价格低廉，桥梁完成后养护费用较少，符合废黄河廉庄公 路桥设计、施工。 2. 连续刚构：不需要支座，施工工艺较简单，符合废黄河廉庄公路桥 设计、施工。 3.上承式拱桥：施工工序较多，建桥时间长，一般情况下未能采用高度 机械化和工业化的建造方法，辅助设备和劳动力用量多，增加了造价，不符 合废黄河 廉庄公路桥设计、施工。 1 1. .5 5 方方案案确确定定 通过以上的方案比选，综合考虑该桥的经济性、技术性、施工可行性及 实用性选择第三方案（连续梁桥方案）为最后的实施方案，其优点如下： 施工工艺：悬臂挂梁施工法，混凝土连续梁桥施工期间抗风能力强，在 施工期间可以不需要附加的抗风措施，降低混凝土长悬臂施工时抗风带来的 风险。 第第二二章章 结结构构设设计计 本章主要介绍桥梁的结构设计。桥梁结构设计包括桥梁上部结构和桥梁 下部结构设计。桥梁上部结构设计的包括：截面尺寸的拟定，内力计算（恒 载内力、活载内力和内力组合），配筋设计，施工阶段和使用阶段的应力验 算，最终承载力极限状态强度验算、刚度验算，预拱度设置等。下部结构设 计的主要内容为桥墩（台）的设计。本章详细介绍了设计资料及上部构造主 梁的细部尺寸。 2 2. .1 1设设计计资资料料 2 2. .1 1. .1 1方方案案简简述述 本设计采用主桥 14+32+14m 的预应力混凝土连续箱梁。具体尺寸为截面 梁高2.2m，为主跨径的 1/15；采用实桥墩，桥墩高度为 8m。 2 2. .1 1. .2 2设设计计依依据据 1.主要技术指标 a.主跨：32m b.桥面净宽：净宽 18m，桥面设计为双向 4车道，为单箱单室。 c.技术标准： 设计荷载为公路 -i 级；环境标准为 i 类环境；设计安全 等级为二级。 d.相关参数：体系均匀升温 25和降温20，同时需考虑不均匀温差； 人行栏杆每侧重量分别为 1.5kn/m，单侧防撞栏为 7.0kn/m，桥面铺装用 8cm 厚防水混凝土 8cm 厚沥青混凝土。 2.材料参数 a.上部结构混凝土采用 c55，c55混凝土强度指标： 抗压强度设计值,24.4 cd fmpa 抗拉强度设计值,1.89 sd fmpa 弹性模量。 4 3.55 10 c empa b.桥面铺装及下部结构混凝土采用c35，c35混凝土强度指标： 抗压强度设计值，16.1 cd fmpa 抗拉强度设计值, 4 3.15 10 c empa 弹性模量。 4 3.15 10 c empa c.预应力钢筋采用 标准强度 为 1860mpa 的低松弛钢绞线 ，张15.24 j 拉控制应力取 为 0.75，预应力筋的锚固方式为群锚，按后张法施工。强 pk f 度指标为： 抗拉强度标准值， 1860 pk fmpa 抗拉强度设计值， 1260 pd fmpa 弹性模量。 5 1.95 10 c empa d.普通钢筋采用 hrb400 钢筋。其强度指标为： 抗拉强度设计值， 330 sd fmpa 弹性模量， 5 2.0 10 c empa 箍筋及构造钢筋采用 hrb335 钢筋，其强度指标为 抗拉强度设计值，280 sd fmpa 弹性模量。 5 2.0 10 c empa 3.设计依据 a.公路桥涵设计通用规范 （jtg d60-2004）。 b.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（jtg d62- 2004）。 2.22.2 上部构造主梁细部尺寸上部构造主梁细部尺寸 2.2.12.2.1 主梁尺寸拟定主梁尺寸拟定 根据已成桥资料及 梁桥、桥梁工程 （上册）手册有关连续箱 梁桥截面形式及尺寸的相关内容，拟定主梁尺寸如下： 桥梁单幅采用单箱单室主梁截面，箱顶宽18m，底面宽 11m。 由于是等截面梁，故梁底采用直线。底板厚为50cm，腹板厚为 60cm，顶板厚为 30cm。设横隔板四道（两个支点各设两道），板厚 40cm，中间留有尺寸为 130cm100cm 的人道。 图 1-2 边跨端部和跨中处截面 单位（cm） 2.2.22.2.2 截面特性及单元重量计算成果表截面特性及单元重量计算成果表 表 1-1 单元数量列表 单元号左梁高左面积左单位重右梁高右面积右单位重单元重 量 12.217.33422.217.3342684 42.217.33422.217.3342684 82.217.33422.217.3342684 162.217.33422.217.3342684 242.217.33422.217.3342684 272.217.33422.217.3342684 302.217.33422.217.3342684 2.32.3 荷载内力计算荷载内力计算 2.3.12.3.1 建模及数据输入建模及数据输入 废黄河廉庄公路桥初步设计采用桥梁博士软件进行内力分析计算。 单元划分单元划分 根据施工情况及构造要求，全桥共分为 30 个单元，31 个截面。具体划分 情况如下： 图 2-1 计算简图 图 2-2 全桥立面模型 图 2-3 控制截面位置图 2.3.2.2.3.2.全桥施工阶段划分全桥施工阶段划分 为了方便全桥施工，现采用桥梁博士软件计算出了全桥上部结构控制 截面的几何特性，具体情况如下： 表 2-1 控制截面几何信息 节点 ec （）mpa ao （） 2 m i（） 4 m y （）m 1（边跨端部） 3.45e+0413.689.671.87 4（边跨 1/2l） 3.45e+0413.689.671.87 8（根部） 3.45e+0413.689.671.87 12(主跨 1/4l) 3.45e+0413.689.671.87 16（主跨 1/2l） 3.45e+0413.689.671.87 2.3.3.2.3.3.施工过程模拟施工过程模拟 废黄河廉庄公路桥采用悬臂施工法，模拟施工如下： 0 号块采用现浇，其余号梁段采用挂篮施工，然后悬臂现浇边跨及中跨， 最后合拢中跨。本次设计为简单起见，全桥共分 3 个施工阶段，第一施工阶段 为梁体施工阶段，第二阶段为桥面铺装阶段，第三阶段为随后的养护及运营阶 段。 横隔板在全桥截面计算中已经计入，故此处不必重复计算， 人行栏杆，11.5/qkn m 防撞栏，27.0/qkn m 桥面铺装层，3(0.08 240.08 23) 1867.68/qkn m 施工阶段每延米重度为。12376.18/qqqkn m 2 2. .4 4 计计算算结结果果及及数数据据处处理理 所有数据输完并检查无误后，进入结构计算模块，输出单元截面内力如 下表所示： 2 2. .4 4. .1 1 恒恒载载内内力力 表 2-2 控制截面结构重力表 节点 m()knm v()kn 10645 4-2290-1410 8-245005470 12-8350-2740 16193000 表 2-3 控制截面第一阶段永久荷载结构内力表 节点 m()knm v()kn 10645 4-2290-1410 8-245005470 1283502740 16193000 恒载内力作用下，结构弯矩图： 图 2-4 结构弯矩图 恒载内力作用下，结构剪力图： 图 2-5 结构剪力图 2 2. .4 4. .2 2 活活载载内内力力 a.冲击系数 冲击系数值可按下式计算：u 当时， 1.5fhz0.05u 当时， 1.514hzfhz0.1767ln0.0157uf 当时， 14fhz0.45u 式中 结构基频（ hz） 。f 桥梁结构的基频反映结构的建筑材料、尺寸、类型等动力特性内容，直 接反映冲击系数与桥梁结构间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否 有差别，结构尺寸与跨径是否有差别，在桥梁结构的基频相同，同样条件的 汽车荷载下，就可以得到基本相同的冲击系数。 桥梁的自振频率宜采用有限元方法计算，对于连续梁结构，没有更精确 方法计算时，可采用下列公式估算： （2-1） 1 2 13.616 2 c c ei f lm （2-2） 2 2 23.651 2 c c ei f lm （2-3） / c mg g 式中 结构的计算跨径（） ； l m 结构材料的弹性模量（） ；e 2 /n m 结构跨中截面的截面惯矩（） ； c i 4 m 结构跨中处的单位长度质量（） ，当换算为重力计 c m/kg m 算时，其单位应为（） ； 22 /nsm 结构跨中处延米结构重力（） ；g/n m 重力加速度，。g 2 9.81(/)gm s 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩、剪力效应时，采用；冲击力引 1 f 起的负弯矩效应时，采用。 2 f 废黄河廉庄公路桥初步设计计算跨径取 32m，弹性模量， 4 3.55 10empa 计算得出跨中截面惯性矩，截面面积，将数据代入 4 9.67 c im 2 13.68am 上式： 35 13.68 25 103.42 10/gn m 342000 /34862/ 9.81 c mg gkg m 10 1 22 13.61613.6163.55 109.67 6.644 22 3.14 3234862 c c ei f lm 10 2 22 23.65123.6513.55 109.67 11.54 22 3.14 3234862 c c ei f lm 由于,所以冲击系数按公式计算，则 2 1.514hzfhz0.1767ln0.0157uf 1 0.1767ln0.01570.1767ln6.6440.01570.3uf 2 0.1767ln0.01570.1767ln11.540.01570.4uf 结构的安全等级为二级其重要性系数取1.0；人群荷载标准值 3.5 2 /kn m 图 2-6 边跨端部截面内力影响线 图 2-7 边跨 1/2l 截面内力影响线 图 2-8 根部截面内力影响线 图 2-9 主跨 l/4 截面内力影响线 图 2-10 跨中截面内力影响线 b.汽车活载作用下结构内力表 表 2-4 控制截面汽车结构内力表 max m 节点 v()kn m()knm 100 4-1531090 8-18.5133 1224.51260 16-1592010 表 2-5 控制截面汽车结构内力表 min m 节点 v()kn m()knm 100 4-131709 8361-1600 1218.5-254 1612.8-146 表 2-6 控制截面汽车结构内力表 max q 节点 v()kn m()knm 13960 4193992 8459-806 12340955 162021620 表 2-7 控制截面汽车结构内力表 min q 节点 v()kn m()knm 1-1310 4-217563 8-18.5133 12-79.81060 16-2051640 c.人群活载作用下结构内力表 表 2-8 控制截面人群结构内力表 max m 节点 v()kn m()knm 100 42.69114 8-1.8415.2 1239.5158 16-0.525327 表 2-9 控制截面人群结构内力表 min m 节点 v()kn m()knm 100 4-24.7-148 885.8-389 121.84-28.9 160-28.4 表 2-10 控制截面人群结构内力表 max q 节点 v()kn m()knm 134.20 410.766.1 885.8-389 1247.169.7 1619.8149 表 2-11 控制截面人群结构内力表 min q 节点 v()kn m()knm 1-24.70 4-32.5-100 8-1.8415.2 12-5.2359.8 16-20.1149 2 2. .5 5 荷荷载载组组合合及及其其原原理理 2 2. .5 5. .1 1 原原理理 根据公路桥涵设计通用规范 （jtgd602004）规定有以下两种组 合： a.承载能力极限状态的效应组合 根据“桥规”采用以下两种作用效应组合： a)基本组合：永久作用与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达 式： （2- m i n j qjkqjckqqgikgiud ssss 12 110 4） 或 （2- m i n j qjdcdqgidud ssss 12 10 5） 式中 sud承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值； 结构重要性系数 0 第 i 个永久作用效应的分项系数； gi 第 i 个永久作用效应的标准值和设计值； gidgik ss、 1q 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数； 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设 dqkq ss 11、 计值； 在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力） 、 qj 风荷载外的其他第 j 个可变作用效应的分项系数； 在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心 qjdqjk ss、 力） 、风荷载外的其他第 j 个可变作用效应的标准值和设计值； 在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力） c 外的其他可变作用效应的组合系数。 根据以上条文本设计采用以下三种组合： 组合 1.2（1.0）恒+1.4汽 组合 1.2（1.0）恒+1.4汽+0.8 1.4人群 组合 1.2（1.0）恒+1.4汽+0.8 1.4（人群+温升或温降） b)偶然组合：永久作用标准值、可变作用某种代表值、一种偶然作用标 准值效应相结合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现 的可变作用，根据观测资料和工程经验取适当的代表值。地震作用标准值及 其表达式按 公路工程抗震设计规范 （jtgd602004）规定采用。 b.正常使用极限状态的效应组合 根据“桥规”不同的设计要求，采用以下两种效应组合： a)作用短期效应组合：永久作用标准值与可变作用频遇值效应相组合， 其效应组合表达式： （2- qjk n j j m ii giksd sss 1 1 6） 式中 ssd作用短期效应组合设计值； 第 j 个可变作用效应的频遇值系数； j1 sqjk第 j 个可变作用效应的频遇值。 j1 b)作用长期效应组合：永久作用标准值与可变作用准永久值效应相组合， 其效应组合表达式： （2- qjk n j j m ii gikld sss 1 2 7） 式中 sld作用长期效应组合设计值； 第 j 个可变作用效应的准永久值系数； j2 sqjk第 j 个可变作用效应的准永久值。 j2 表 2-12 极限状态内力组合值 节点内力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩 剪力 1370434645774 1 弯矩 0000 剪力 -1130-2030-1620-1900 4 弯矩 -8232070-638-3900 剪力 7300544054407170 8 弯矩 -3090024300-24300-32100 剪力 3810262033602760 12 弯矩 11409900120007960 剪力 305-309-22317.9 16 弯矩 21700256002630019100 表 2-13 正常使用状态内力组合值 节点内力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩 剪力 817583645645 1 弯矩 0000 剪力 -1330-1510-1470-1470 4 弯矩 -1860-2100-1810-2630 剪力 5690546054605650 8 弯矩 -25000-24400-24400-25300 剪力 2890270027602740 12 弯矩 8760879089108230 剪力 88.6-90-63.95.1 16 弯矩 20000200002020019200 2 2. .5 5. .2 2 内内力力组组合合表表 表 2-14 内力组合表 极限组合标准组合 节点内力 最大最小最大最小 剪力 1370434817583 1 弯矩 0000 剪力 444-258101-102 2 弯矩 1610220863482 剪力 -345-1130-614-799 3 弯矩 1270-960260-385 剪力 -1130-2030-1330-1510 4 弯矩 2070-3900-1810-2630 剪力 -1900-2930-2030-2210 5 弯矩 -4220-8490-5330-6240 剪力 -2660-3830-2740-2920 6 弯矩 -9440-14700-10300-12200 剪力 -3400-4730-3440-3630 7 弯矩 -16200-22600-16700-17600 剪力 7300544056905460 8 弯矩 -24300-32100-24400-25300 剪力 6250476049904780 9 弯矩 -13800-18700-14100-14700 剪力 5560405042904090 10 弯矩 -4520-7280-5100-5600 剪力 4690353035903400 11 弯矩 3930171025702050 12 剪力 3810262028902700 弯矩 12000114089108230 剪力 2930189021902050 13 弯矩 18200128001380013000 剪力 2060116014901310 14 弯矩 22700163001740016500 剪力 1180428789610 15 弯矩 25400183002020019200 剪力 305-30988.6-63.9 16 弯矩 26300191002020019200 注：弯矩单位为,剪力单位为。mkn kn 第第三三章章 预预应应力力钢钢束束数数量量的的估估算算及及其其布布置置 3 3. .1 1 预预应应力力钢钢束束数数量量的的估估算算 废黄河廉庄公路桥初步设计采用后张法施工工艺，满足不同设计下规范 规定的控制要求，承载力、变形及应力等要求，配筋设计满足结构在正常使 用极限状态下的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。 （1）正常使用极限状态的应力要求估算钢束数：废黄河廉庄公路桥初步设 计按全预应力混凝土构件设计，正常使用极限状态组合计算时截面不允许出 现拉应力。钢束数的估算公式n n= )(1pspkp k ekfac m 式中：mk 使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值，按 主梁作用 应组合表取用； c1 与荷载有关的经验系数，对于公路 i 级，c1 取用 0.51； 一束 15 j 15.24 钢绞线截面积，一根钢绞线的截面积是 p a 1.4cm2，故 ap =21cm2 。 截面上核心距； s k = s k )( s yha i 预应力钢束重心对大毛截面重心轴的偏心距， p e ，可预先假定，为梁高， h=220cm； pspp ayhaye p ah 截面形心到上缘的距离 s y 抗弯惯性矩 i 废黄河廉庄公路桥初步设计采用的预应力钢绞线，标准强度为 mpa，弹性模量 ep=mpa。1860 pk f 5 1095 . 1 =129951.232（knm）=129951.232（nm） k m 3 10 =94.71cm s k )( s yha i )19.131330(105500 1986585476 假设=20cm，则 p a =330-131.19-20=178.81（cm） pspp ayhaye 钢束数 n 可求得: n=7.92 )(1pspkp k ekfac m )7881 . 1 9471 . 0 (1018601021565 . 0 10232.129951 6 3 4 （2）承载能力极限状态估算钢束数，极限状态的应力计算图式，受压区混 凝土达到极限强度，应力图式为矩形，这时预应力钢束也达到设计强度 cd f ，钢束数的估算公式 : pd fn pdp d faah m n 式中 md 承载能力极限状态的跨中最大弯矩，按 主梁作用 应组合表取用； 经验系数，一般采用 0.75-0.77，本设计取用 0.76； fpd 预应力钢绞线的设计强度， 为 1260mpa 。 则： =7.25 pdp d faah m n 64 3 101260104 . 12 . 276 . 0 1032100 根据上述两种极限状态所估算的钢束数量暂取n=8. 3 3. .2 2 预预应应力力钢钢束束布布置置 3 3. .2 2. .1 1 跨跨中中截截面面及及锚锚固固端端截截面面的的钢钢束束位位置置 1）在对跨中截面进行钢束布置时，应保证预留管道的要求，并使钢束的重 心偏心距尽量大。本设计采用内径90mm，外径 100mm 的预埋金属波纹管， 管道至梁底和梁侧净距不应小于30mm 及管道半径的一半，另外直线管道的 净距不应小于 40mm，且不宜小于管道直径的 0.6 倍，在竖直方向两管道可 重叠，跨中截面的细部构造如下图所示，则钢束群重心至梁底距离为: cmap27 2 15 5 . 19 5 . 19 图 3-1 跨中横截面图 cmap193 2 15 5 . 2005 .200 图 3-2 支座横截面图 2）方便于操作，将所有钢束都 锚固在梁端截面。对于锚固端截面，预应力钢束合力重心尽量靠近截面形心使 截面均匀受压，且要考虑锚具布置的可能性，满足张拉操作方便。布置锚具遵 循均匀、分散的原则，锚具端截面布置的钢束如图所示，钢束群重心至梁底距 离： )(90 4 1501107030 cmap 图 3-3 端部横截面图 对钢束群重心位置进行复核，首先计算锚固端截面的几何特性。 =1.013m s y =h-=1.187m x y s y 故计算得上核心距： =69.8（cm） x s ay i k 68.13*013. 1 673. 9 下核心距： =59.60（cm） s x ay i k 68.13187 . 1 673 . 9 0.591m = =1.885m xx ky p a sx ky 钢束群重心处于截面的核心范围内。 3 3. .2 2. .2 2 钢钢束束起起弯弯角角度度和和线线形形的的确确定定 ：钢束起弯角度既要考虑预应力钢束弯 起产生足够的预剪力，又要考虑所引起的摩擦预应力损失不宜过大。预应力 钢筋在跨中分为两排，弯起角度最下排靠近梁中部的四根钢束为，其 5 . 1 余四根为 7.5 ，简化计算和施工，所有钢束布置的线形均为直线加圆弧 3-4 钢束计算图示 3 3. .2 2. .3 3 钢钢束束计计算算 1）计算钢束起弯点至跨中的距离：锚固点至支座中心的水平距离 xi a =10（cm） 1x a =（31.72-70 tan7.5