交通工程专业毕业论文预应力混凝土简支t形梁桥上部结构设计

摘要摘 要本设计的步骤为：根据设计任务要求，依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了预应力混凝土简支T形梁、预应力连续箱梁、下承式钢管混凝土系杆拱三个比选桥型。按“安全、适用、经济、美观”的桥梁设计原则，比较三个方案的优缺点。比选后把预应力混凝土简支T形梁作为推荐设计方案，进行了结构细部尺寸拟定、静活载内力计算、配筋设计及控制截面强度、应力验算，活载变形验算等。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。关键词：预应力混凝土、简支梁桥、桥梁博士V3.0、设计计算.Abstract The process of designment：According to the design assignment and the present Highway Bridge Specifications, take the geological and the landform of the bridge site for further analysis, after preliminary selection, three bridge type schemas are presented, they are PC simple supported beam bridge, continuous girder bridge，bearing type steel tube concrete bowstring arch bridge and cable-stayed bridge. Comparing their characters comprehensively, the PC simple supported beam bridge is selected as the main design scheme by the philosophy of bridge design as “Security, Practicability, Economy, Beauty”. Through drawing up of structures dimension, internal force calculation of dead and living load, prestressed steel design, hypo force calculation, assessment of prestressing loss, checking computation of key section intension, stress, living load distortion, the conclusion can be drawn that the design is up to the assignment.Key word: pre-stressed concrete、simple supported beam bridge、Dr. Bridge V3.0、Calculation 目录1 引言12 方案比选22.1 概述22.1.1 设计标准22.1.2 沿线自然地理概况22.1.3 水文资料22.1.4 当地气象情况22.1.5 采用规范22.2 桥型方案32.2.1 构思宗旨32.2.2 比选方案32.2.3 方案点评52.2.4 方案比选结果63 主梁设计73.1 设计概况及构造布置73.1.1设计资料73.1.2 横截面布置83.2 结构单元的划分113.3 梁毛截面几何特性计算123.3.1 截面几何特性123.3.2 检验截面效率指标143.4 主梁内力计算153.4.1 恒载内力计算153.4.2 活载内力计算203.4.3 作用效应组合值的计算303.5 预应力钢束的估算及其布置373.5.1 估算钢束面积373.5.2 钢束布置383.6 钢束预应力损失估算433.7 全桥强度验算：483.7.1 施工验算493.7.2 使用阶段应力验算523.7.3 承载能力极限状态强度验算543.7.4 主梁变形（挠度）验算554 行车道板计算564.1 悬臂板荷载效应计算574.1.1 永久作用574.1.2 可变作用574.1.3 承载能力极限壮态作用基本组合584.2 连续板荷载效应计算594.2.1 永久作用594.2.2 可变作用614.3 截面设计、配筋与承载力验算645 施工要点675.1 桥梁施工中监理工作的主要内容675.2 混凝土浇筑质量监理控制要点675.3 梁体吊装与安装的监理质量监控要点685.4 预应力张拉监理控制要点685.5 桥面铺装的监理要点696 毕业设计总结707 参考文献71致 谢72附录 外文文献翻译73 1 引言交通工程的发展是现代经济与社会发展的必然趋势，尤其是高速公路的发展对促进经济发展与文化交流具有重要意义。建立四通八达的现代交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济、促进区域经济发展、促进文化交流和巩固国防等方面，都具有非常重要的意义。我国交通行业发展具有明显的区域性，东部地区比较发达，西部相对欠发达。这主要与地域经济发展相关。我国地域幅员辽阔，地形复杂，尤其是西部地区多山区、南方多河流，这就对道路的跨越能力提出了较高的要求。这就直接促进了桥梁的设计、施工等技术的快速发展，提高了桥梁的性能和跨越能力。近年来，桥梁正向着更长、更柔的方向发展，高难度、大跨度、高科技含量的桥梁不断涌现，这是以先进的结构理论创新、成熟的预应力技术、施工技术及机械的发展为基础的，反过来这也促进了桥梁技术的快速发展。这对交通工程的发展具有重要意义。但是，我们应该看到，一般跨度桥梁仍是桥梁建设的主题，其设计与施工技术的成熟加快了交通工程的建设。随着时代的不断发展，普通桥梁的设计与施工加强了成本控制、进度控制、质量控制、环境影响评价等方面的发展，使得桥梁建设更加科学、合理，本桥就是基于基本桥梁理论和施工技术进行设计的。本设计采用简支体系，并应用了预应力技术增大了桥梁跨径，同时运用“桥梁博士”软件进行必要的计算，运用Auto CAD软件进行图形的绘制。本次设计是对整个桥梁设计过程的一次系统的学习和总结。87 2 方案比选2.1 概述唐曹公路是我市重点建设工程，对促进曹妃甸的发展具有重要意义。此工程跨河桥与跨线桥较多，通行压力大，因此对桥梁的通行能力和工程质量提出了较高的要求。本桥为唐曹公路接线工程，路线中心线为直线，横跨一条季节性河流，桥跨长约100米。2.1.1 设计标准设计荷载：公路II级汽车荷载桥面宽度：单幅净宽9m 桥面横坡：2%地震烈度：7度洪水频率：1/1002.1.2 沿线自然地理概况平原地区，沿线为七度震区。2.1.3 水文资料低水位167米，设计水位171米。2.1.4 当地气象情况多年平均气温为18，极端最高气温38，极端最低气温-8。2.1.5 采用规范交通部颁公路工程技术标准（JTG B012003），简称标准交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D602004），简称桥规交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004），简称公预规。2.2 桥型方案2.2.1 构思宗旨1. 符合本地区发展规划，满足交通功能需要及泄洪要求。2. 桥型结构造型简洁、轻巧，能反映新科技成就，体现当地民族风格。3. 设计方案力求结构新颖，尽量采用有特色的新结构，又要保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。2.2.2 比选方案1. 方案一：预应力简支T梁桥(1) 孔径布置。本方案采用等跨布置，标准跨径30m，共三跨，桥梁总跨径86.4m。由于规划中此河流没有通航要求，而且地面线较缓，因此采取等跨布置的方式是可行的，桥面净宽可以满足泄洪要求和流冰要求。结构受力比较简单，不受支座变位、温度应力等影响；构造也较简单，制造、安装方便，因此本方案是一种施工简便、经济合理的一种桥型，在初选方案时具有一定的优势。(2) 中间跨结构构造。主梁间距2.2m，梁高1.8m，共5根主梁，翼缘高0.18m。边梁悬臂长1.1m，中梁预制梁顶宽1.8m，梁与梁接缝高0.18m，梁肋宽0.2m，马蹄高0.2m，马蹄变高及变宽均为0.2m，桥面净宽9m，每隔7.25m设横隔梁一道。(3) 施工方案。桩基及预应力主梁均采取现场预制的方法进行施工，其中主梁为后张法预制，采用自行式吊车架梁的方法吊装；桥面连续。2. 方案二：预应力混凝土连续箱梁桥(1) 孔径布置。25m+40m+25m=90m ，边跨与中跨比例为0.625，符合连续箱梁桥的受力特点。(2) 主跨结构构造。主梁为单箱单室矩形等截面箱梁，整体为分离双箱结构，桥面净宽9m，两侧各布置0.5m防撞栏杆。箱梁顶板厚0.25m，翼缘厚0.20m，腹板厚0.30m，底板厚0.25m，底板与腹板连接处加腋高度为0.3m，坡度为1：3，腹板与底板处加腋高度为0.3m，坡度为1：1，箱梁高2.5m，长10m，两侧悬臂各2m。箱梁在支撑处设置梁内横隔板，并且对横隔板施加横桥向预应力。其他位置在顶板设置横向预应力筋。箱梁底板厚度靠近桥墩部分适当加厚，以便适应此位置箱梁下缘受压的要求。另外，在靠近桥墩处需在箱梁腹板中设置竖向预应力筋，跨中部分可疏些，以保证箱梁具备良好的竖向抗剪能力。本桥由于跨径不大，采用等截面箱梁，以方便施工。(3) 施工方案。本方案采用先简支后连续的施工方法，现场预制箱梁。3. 方案三：下承式预应力钢管混凝土拱桥 (1) 孔径布置。本方案跨径为90m，矢跨比1：5，拱轴线为抛物线。(2) 上部结构布置。拱肋：设两片竖向横肋，两根上下弦钢管（50014mm）连接而成，截面高2.5m，宽1m，整体为哑铃型。横向连系：全桥设5道等间距横向风撑，15m一道，由50010mm钢管组成，横撑的钢管内不填充混凝土。吊杆：全桥拱肋共10对吊杆，中心间距8.0m，每吊杆为顺桥向双吊杆，其中心间距为48cm.纵向水平系杆：每片拱肋各设16根高强低松弛预应力钢绞线束。每根钢束由12根75钢绞线组成。系杆钢束设置在拱肋下防撞护栏外侧，在拱脚处穿过拱肋，锚固于帽梁的外侧。(3) 桥面系。桥面系为悬浮体系，端部简支在桥墩帽梁牛腿上，不与拱肋端横梁固结。横梁为预应力钢-高托座混凝土组合梁。桥面为双向四车道，中间设有中央隔离带。桥面尺寸如下：0.5+0.5+3.752+0.75+2+0.75+3.752+0.5+0.5m。全桥共有横梁10片，横梁均为箱型截面，宽0.98m，横梁有两种规格，拱脚处：横梁两片，梁长28m；其余8片，梁长21.5m。每片横梁内设置两束7-75钢绞线，OVM15-7型锚具。箱梁顶板上设有剪力栓钉，现场浇筑与空心板练成整体。中横梁见在吊杆处设箱型加劲钢纵梁，与其焊接，全桥共有箱型加劲纵梁22片，18片为：长宽高=70161000600mm，壁厚10mm；四片端部为：64123000600mm，壁厚10mm。(4) 施工方案。钢管拱肋吊装采用缆索吊装。2.2.3 方案点评1. 根据设计宗旨，桥型方案应满足受力合理、技术可靠、施工方便的原则，以上三个方案都满足这一要求。2. 从结构形式上看，三个方案可以分为梁式（如方案一、二）和拱式（如方案三）两种类型。但从受力角度看，三个方案有较大差别，方案一为简支梁桥，由于跨中弯矩最大，影响桥梁跨径和通行能力，但是由于预应力技术的成熟，简支T梁的跨径增大，完全可以满足较大跨度的需要；方案二为预应力连续体系，由于梁与梁之间为刚接，使得全桥弯矩分配更为合理，跨中弯矩明显减小，而且箱梁抗扭刚度大，可以有效抵抗横向应变，可以充分发挥箱梁大跨径、稳定的特点；方案三采用了无推力钢管混凝土拱桥，充分发挥了高强混凝土的抗压性能，而且消除了桥台部分的水平推力，采用双吊杆的方法保证了吊杆提供足够的拉力。另外，方案一、二采用了分离并列的方案，将上下行分开，增强了桥梁通行能力，更便于进行交通管理。方案三采用了整体式桥面中间设隔离带的方式，整体刚度大，行车舒适，而且整体美观效果比较好。3. 从材料用量比较，方案一、二差别不大，容易得知，方案三钢材用量明显超过方案一、二，工程造价超过方案一、二。整体来说，方案一应该是最经济的，而且施工方便；方案二总体受力合理，采用先简支后连续的方法，施工方法成熟，工程造价比较经济；方案三施工就复杂些，结构受温变和地基不均匀沉降的影响较大，预应力筋要进行二次张拉，而且采用高性能混凝土，新技术较多。2.2.4 方案比选结果本设计认为选择简支梁桥方案比较好，理由如下：1. 桥位处地势平坦，陆地标高较低，采用梁桥可降低桥头引道工程量，减缓桥头纵坡，有利于行车。2. 拱桥造价比普通钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土简支梁桥的造价高出约20%，本着经济的原则，选择简支梁桥方案是合理的。3. 从受力体系来说，本设计中无推力拱桥方案为超静定结构，墩台的不均匀沉降、温变、混凝土收缩等都将产生超静定内力，即附加内力，而温度变化引起的材料伸缩的作用是很可观的。墩台的不均匀沉降和位移使得预应力钢管混凝土拱桥产生过大的二次应力，这对于以后的安全运行是不利的；简支梁桥为静定结构，对地基条件要求低，不产生附加内力，比较安全。综合上述分析，本设计认为工程造价和结构受力是选择方案的决定因素。因此，本设计采用330m的预应力钢筋混凝土简支T梁桥方案。上部构造的构造形式、跨径等被确定后，进行桥梁各部构件的详细计算。上承式简支梁桥设计计算的项目一般有主梁、横隔梁、桥面板和支座等。主梁是主要承重构件，无论从结构安全或材料消耗上来看，它是桥梁的重要部分。桥面板（或称行车道板）直接承受车辆的集中荷载，通常又是主梁的受压翼缘，它的工作状态不但影响到行车质量，而且还涉及主梁的受力。桥面板的裂缝或刚度不足，将对行车路面的维护带来麻烦，横隔梁主要增强桥梁的横向刚性，起分布荷载的作用。在具体进行设计计算时，习惯上常从主梁开始，其次再设计横隔梁、桥面板和支座。在进行工程结构物设计时，通常总是先跟据使用要求，跨径大小、桥面净宽、荷载等级、施工条件等基本资料，运用对结构物的构造知识并参考已有桥梁的设计经验来拟定结构物各构件的截面形式和细部尺寸，估算结构的自重，然后根据作用在结构上的荷载，用熟知的数学、力学方法计算出结构各部分可能产生的最不利内力，在由已求得的内力进行强度、刚度和稳定性的验算，以此来判断原先所拟定的细部尺寸是否符合要求。如果验算结果不能满足要求，或者尺寸选得过大，则需修正原来所拟定的尺寸再进行验算，直至满意为止。3 主梁设计3.1 设计概况及构造布置3.1.1设计资料1. 设计跨径：标准跨径30.00m（墩中心距离），主梁全长29.94m，计算跨径28.66m。2. 荷载：公路II级；人群：3KN/m；每侧栏杆、人行道的重量分别为1.52KN/m和3.6KN/m。3. 桥涵设计洪水频率：1/1004. 桥面净空：净9+21.0m人行道5. 材料及工艺：混凝土：主梁用C50，抗压强度标准值=32.4MPa，抗压强度设计值=22.4MPa；人行道，栏杆及桥面铺装用C30。预应力钢束：采用ASTM A41697a标准的低松弛钢绞线（17标准型），抗拉强度标准值=1860MPa，抗拉强度设计值=1260MPa，公称直径15.24mm，工程面积140mm，弹性模量=； 锚具：夹片式群锚非预应力钢筋：HRB400级钢筋，抗拉强度标准值抗拉强度设计值330MPa。直径d12mm者，一律采用HRB335级钢筋，抗拉强度标准值=335MPa，抗拉强度设计值280MPa。钢筋弹性模量均为Es=2.0105MPa。6. 环境：桥址位于野外一般地区，I类环境条件，年平均相对湿度为75% 。7. 设计依据：交通部颁公路工程技术标准（JTG B012003），简称标准；交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D602004），简称桥规；交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004），简称公预规。8. 施工方法：采用后张法施工，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉；主梁安装就位后现浇40mm宽的湿接缝。最后施工80mm厚的沥青桥面铺装层。3.1.2 横截面布置1主梁间距和主梁片数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可的条件下应适当加宽T梁翼板。但标准设计主要为配合各种桥面宽度，使桥梁标准化而采用统一的主梁间距。主梁间距为2.2m (留2工作缝，T梁上翼沿宽度为180cm)。考虑人行道适当挑出，净9附21 m的桥宽则用五片。2主梁跨中截面主要尺寸拟定（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，本设计取1.80m。（2）主梁截面细部尺寸为了增强主梁间的横向连接刚度，除设置端横隔梁外，还设置3片中横隔梁，间距为47.165m，共5片, 平均厚度0.15m。T型梁翼板厚度为18cm，翼板根部加到30cm以抵抗翼缘根部较大弯矩。为了翼板与腹板连接和顺，在截面转角处设置圆角，以减小局部应力和便于脱模。在预应力混凝土梁中腹板处因主拉力很小，腹板厚度一般由布置孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。标准图的T梁腹板厚度均取20cm。腹板高度150cm。在保证抗剪等条件下尽可能减小梁肋（或称腹板）厚度，以期减小构件自重，是目前钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁的发展趋向。因此，为使受拉主筋或预应力筋在梁肋底部较集中地布置，或者为了满足预加应力的受压需要，就形成马蹄形的梁肋底部，但要注意，小于15-16m的腹板厚度对于浇筑混凝土是有困难的。马蹄形的梁肋使模板结构和混凝土的浇筑稍趋复杂。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要来确定，实践表明马蹄面积占截面面积的1020为合适。这里设置马蹄宽度为40cm，高度20cm。马蹄与腹板交接处做成45斜坡的折线钝角，以较小局部应力。这样的配置，马蹄面积占总面积15.75，按上述布置，可绘出预制梁跨中截面，如图3.1.1所示。马蹄从四分点开始向支点逐渐抬高，在距梁端一倍梁高范围内，将腹板加厚到与马蹄同宽。变化点截面（腹板开始加厚区）到支点的距离为370cm，中间还设置一节长为270cm的腹板加厚的过渡段，主梁纵截面如图3.1.3所示。图3.1.1 预制梁跨中截面图（单位：cm）（3）桥面铺装：5 cm厚沥青混凝土（重度为23KN/）、8 cm厚C30混凝土垫层（重度为24KN/）。 图3.1.2 桥横截面图（单位：cm）图3.1.3 主梁纵截面（单位：cm）3.2 结构单元的划分按照杆系程序分析的原理，遵循结构离散化的原则。全桥以下原则在适当位置划分节点：1）杆件的转折点和截面的变化点；2）施工分界点、边界处及支座处；3）需验算或求位移的截面处；4）当出现位移不连续的情况时，例如相邻两单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式。本设计的单元划分，每一个施工阶段自然划分为一个单元。这样便于模拟施工过程，而且这些截面正是需要验算的截面。另外，在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元。这样整个主桥划分成10个单元，截面分别为支点、变化点、L/4点、跨中点，如下图3.2所示： 图3.2 单元划分（单位：cm）3.3 梁毛截面几何特性计算3.3.1 截面几何特性首先，对截面进行划分，如图3.3所示用“桥梁博士”软件对截面几何特性进行计算输出如下：1. 任务类型： 截面几何特征计算（中主梁）截面高度： 1.8 m计算结果：基准材料： 中交新混凝土:C50混凝土基准弹性模量： 3.45e+04 MPa换算面积： 0.876 m*2换算惯矩： 0.301 m*4中性轴高度： 1.26 m沿截面高度方向5点换算静矩(自上而下):主截面：点号 高度(m) 静矩(m*3)1 1.8 0.02 1.35 0.2233 0.9 0.2114 0.45 0.1595 0.0 0.0计算成功完成即Am=0.876，yx1.26m，Im=2. 任务类型： 截面几何特征计算（边主梁）截面高度： 1.8 m计算结果：基准材料： 中交新混凝土:C50混凝土基准弹性模量： 3.45e+04 MPa换算面积： 0.912 m*2换算惯矩： 0.307 m*4中性轴高度： 1.27 m沿截面高度方向5点换算静矩(自上而下):主截面：点号: 高度(m): 静矩(m*3):1 1.8 0.02 1.35 0.2283 0.9 0.2154 0.45 0.1615 0.0 0.0计算成功完成即Am=0.912，yx1.27m，Im=图3.3 截面划分3.3.2 检验截面效率指标以跨中截面为例：上核心矩：下核心矩：截面效率指标：根据设计经验，预应力混凝土T型梁在设计时，检验截面效率指标取0.450.55，且较大者亦较经济。上述计算表明，初拟的主梁跨中截面是合理的。3.4 主梁内力计算公路简支梁桥主梁的内力，由永久作用（如结构恒载、结构附加恒载等）与可变作用（包括汽车荷载、人群荷载等）所产生。主梁各截面的最大内力，是考虑了车道荷载对计算主梁的最不利荷载位置，并通过各主梁间的内力横向分配而求得。3.4.1 恒载内力计算全桥分为三个施工阶段，第一阶段为主梁自重（包括湿接缝和横隔板）；第二阶段为桥面铺装、人行道、栏杆；第三阶段为混凝土收缩、徐变的阶段（04规范中的控制思想是结构在寿命期限内的应力指标，而不是仅仅几年内的指标）。1. 第一阶段计算结果如下（以3号梁为例，即正中主梁）：内横隔梁体积（如图 3.4.2）：= 0.19698 m3端横隔梁体积（如图 3.4.3）：=0.19908 m3内横隔梁自重：250.196982=9.85KN端横隔梁自重：250.199082=9.95KN对于横隔梁的自重，可以集中力的形式模拟，在第一阶段施加于相应的单元的具体位置，如图3.4.1所示。主梁的结构自重可由“桥梁博士”软件求得，结果输出如表3.4.1所示 第一施工阶段内力值 表3.4.1第1施工阶段结构效应阶段永久载结果单元号 节点号轴力剪力弯矩1 10.00E+001.60E-10-8.11E-121 20.00E+001.84E+01-5.90E+002 2-4.40E-123.38E+02-5.90E+002 3-4.40E-12-3.09E+023.17E+023 3-4.12E-123.09E+023.17E+023 4-4.12E-12-2.41E+021.06E+034 4-3.87E-122.41E+021.06E+034 5-3.87E-12-1.58E+021.74E+035 5-3.70E-121.58E+021.74E+035 6-3.70E-12-4.98E+002.32E+036 6-3.75E-12-4.98E+002.32E+036 7-3.75E-121.58E+021.74E+037 7-3.75E-12-1.58E+021.74E+037 8-3.75E-122.41E+021.06E+038 8-4.03E-12-2.41E+021.06E+038 9-4.03E-123.09E+023.17E+029 9-1.82E-12-3.09E+023.17E+029 10-1.82E-123.38E+02-5.90E+0010 10-1.82E-121.84E+01-5.90E+0010 11-1.82E-12-1.49E-112.10E-11图3.4.1 第一施工阶段结构工作图 图3.4.2 中横隔梁图图3.4.3 端横隔梁图图3.4.4 边横隔梁图2. 第二施工阶段计算结果如下图3.4.5（以3号梁为例）：包括栏杆、人行道、桥面铺装层的重力栏杆：1.52KN/m人行道：3.71KN/m桥面铺装层：1号梁：1.904KN/m2号梁：4.782KN/m3号梁：6.034 KN/m图3.4.5 第二施工阶段结构工作图第二施工阶段内力值 表3.4.2第2施工阶段结构效应阶段永久载结果单元号 节点号轴力剪力弯矩1 10.00E+001.95E-11-2.86E-131 20.00E+003.87E+00-1.24E+002 2-1.18E-128.66E+01-1.24E+002 3-1.18E-12-8.05E+018.23E+013 3-1.03E-128.05E+018.23E+013 4-1.03E-12-6.42E+012.78E+024 4-1.02E-126.42E+012.78E+024 5-1.02E-12-4.33E+014.64E+025 5-9.52E-134.33E+014.64E+025 6-9.52E-138.42E-136.19E+026 6-9.81E-13-5.22E-136.19E+026 7-9.81E-134.33E+014.64E+027 7-9.38E-13-4.33E+014.64E+027 8-9.38E-136.42E+012.78E+028 8-7.56E-13-6.42E+012.78E+028 9-7.56E-138.05E+018.23E+019 9-4.55E-13-8.05E+018.23E+019 10-4.55E-138.66E+01-1.24E+0010 10-4.55E-133.87E+00-1.24E+0010 11-4.55E-131.95E-113.35E-12各施工阶段内力图输出如下图3.4.6所示：3.4.6 施工阶段内力图3.4.2 活载内力计算1. 按桥规规定，冲击系数=0.0832. 计算主梁的荷载横向分布系数(1) 跨中的荷载横向分布系数mc如前所述，该设计采用5片横隔梁，3片内横隔梁，具有可靠的横向联结，且承重结构的长宽比为：所以可按修正刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc 计算抗扭修正系数此设计主梁间距相同，并将主梁近似看成等截面，由桥梁工程式2540得： 根据桥梁工程中规定，混凝土的剪切模量G可取等于0.425E，代入计算公式求得：0.9676用“桥梁博士”软件计算跨中横向分布系数结果如下：计算方法： 刚性横梁法主梁间距： 4*2.2 m主梁抗弯惯矩：5*0.295 m*4抗扭修正系数：Beta = 0.967600桥面描述：人行道分隔带车行道中央分隔带车行道分隔带人行道1.000 0.000 4.5000.000 0.000 4.500 0.000 1.000左车道数 = 1, 右车道数 = 1, 不计车道折减汽车等级：公路II级人群集度： 3.0KPa影响线数值如下表所示： 坐标X1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁0100002.2010004.4001006.6000108.800001横向分布系数计算结果：梁号汽车挂车人群满人特载10.6730.3880.6312.658020.5360.2940.4142.22030.40.20.3942.2040.5360.2940.4142.213050.6710.3880.632.650计算成功完成(2) 支点的荷载横向分布系数m。用“桥梁博士”软件计算支点横向分布系数结果如下：计算方法： 杠杆法结构描述：主梁间距： 4*2.2 m桥面描述：人行道分隔带车行道中央分隔带车行道分隔带人行道1.000 0.000 4.5000.000 0.000 4.500 0.000 1.000左车道数 = 1, 右车道数 = 1, 不计车道折减汽车等级：公路II级人群集度： 3.0 KPa影响线数值如下表所示：坐标X1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁0100002.2010004.4001006.6000108.800001横向分布系数计算结果：梁号汽车挂车人群满人特载10.4090.1911.2572.474020.7960.59102.2030.7960.59102.2040.6870.59102.2050.4080.191.2542.4620计算成功完成3. 计算活载内力求得活载的横向分布系数后，就可以具体确定作用在一根主梁上的荷载数值，这样就不难用一般工程力学方法来计算活载内力。活荷载可借助于”桥梁博士”中的“使用阶段”进行模拟计算，在“活荷载输入”对话框中，输入汽车荷载、挂车荷载、人行荷载、人行道宽度、横向分布调整系数以及冲击系数等，最后对汽车、挂车、人群荷载最大内力值进行输出。另外，由于跨中横向分布系数与支点处有所不同，对于无中间横隔梁或仅有一根中横隔梁的情况，跨中部分采用不变的mc，从离支点L/4处起至支点的区段内呈直线过渡。在实际应用中，当求简支梁跨中最大弯矩时，鉴于横向分布系数沿跨内部分变化不大，为了简化起见，通常均按不变化的mc来计算。下面以3号梁为例，进行结果的输出，活荷载的输入如下图3.4.7所示，具体数据输出结果如下表3.4.2所示3.4.7 活荷载输入 活载内力值 表3.4.2汽车MaxM结果:单元号 节点号剪力弯矩1 10.00E+000.00E+001 20.00E+000.00E+002 20.00E+000.00E+002 3-1.87E+021.66E+023 35.03E+011.66E+023 4-1.60E+025.50E+024 41.60E+025.50E+024 5-1.29E+029.15E+025 51.29E+029.15E+025 6-6.67E+011.22E+036 66.67E+011.22E+036 7-4.48E+009.24E+027 74.49E+009.24E+027 82.66E+015.50E+028 8-2.66E+015.51E+028 91.85E+021.65E+029 9-1.85E+021.65E+029 100.00E+000.00E+0010 100.00E+000.00E+0010 110.00E+000.00E+00汽车MaxQ结果单元号 节点号剪力弯矩1 10.00E+000.00E+001 20.00E+000.00E+002 21.91E+02-8.60E-012 3-1.82E+021.61E+023 31.82E+021.61E+023 4-1.59E+025.22E+024 41.59E+025.22E+024 5-1.32E+028.29E+025 51.32E+028.29E+025 6-7.94E+019.89E+026 67.94E+019.89E+026 7-3.55E+016.52E+027 73.55E+016.52E+027 8-1.75E+013.68E+028 81.75E+013.68E+028 9-4.55E+001.05E+029 94.55E+001.05E+029 10-3.03E+000.00E+0010 101.37E+02-4.33E+0010 11-1.28E+020.00E+00人群MaxM结果单元号 节点号剪力弯矩1 10.00E+000.00E+001 20.00E+000.00E+002 20.00E+000.00E+002 3-1.61E+011.63E+013 31.55E+011.63E+013 4-1.25E+015.45E+014 41.25E+015.45E+014 5-8.37E+009.10E+015 58.37E+009.10E+015 6-9.44E-021.21E+026 69.47E-021.21E+026 78.18E+009.10E+017 7-8.18E+009.10E+017 81.23E+015.45E+018 8-1.23E+015.45E+018 91.59E+011.63E+019 9-1.59E+011.63E+019 100.00E+000.00E+0010 100.00E+000.00E+0010 110.00E+000.00E+00人群MaxQ结果单元号 节点号剪力弯矩1 10.00E+000.00E+001 20.00E+000.00E+002 21.67E+01-2.42E-012 3-1.55E+011.55E+013 31.55E+011.55E+013 4-1.26E+014.73E+014 41.26E+014.73E+014 5-9.32E+006.81E+015 59.31E+006.81E+015 6-4.10E+006.06E+016 64.09E+006.06E+016 7-1.01E+002.27E+017 71.01E+002.27E+017 8-2.77E-017.02E+008 82.76E-017.01E+008 9-2.80E-025.62E-019 92.80E-025.61E-019 10-8.45E-030.00E+0010 107.38E-01-2.42E-0110 11-5.62E-040.00E+00如果沿梁轴的各个截面处，将所采用控制设计的计算内力值按适当的比例尺绘成纵坐标，其中右半跨的弯矩值（Mmax）对称于左半跨，右半跨的剪力值（Qmin）反对称于左半跨（Qmax），连接这些坐标点而绘制成的曲线，就称为内力包络图，用“桥梁博士”软件输出如下图3.4.8所示：图3.4.8 内力包络图3.4.3 作用效应组合值的计算为了按各种极限状态来设计钢筋混凝土及预应力混凝土梁，就需要确定主梁沿桥跨方向各个截面的的计算内力，就是将各类荷载引起的最不利内力分别乘以相应的荷载安全系数后，按规定的荷载组合而得到的内力值。1. 承载能力极限状态组合组合I：基本组合；按桥规JTG D60-2004第4.1.6条规定；按此组合验算结构的承载能力极限状态的强度；组合II：不用组合III：不用组合IV：撞击组合组合V：不用组合VI：地震组合分别选取节点号2、4、5、6截面，即支点、变化点、L/4点、跨中点截面进行内力组合值的输出，内力组合图如图3.4.9 。承载能力极限状态组合I输出结果如下：单元号 =1右节点号 = 2内力性质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0.00E+00