预应力混凝土T型刚构桥及施工支架设计

摘要预应力混凝土T型刚构桥及施工支架设计 摘要本文的主要内容有：首先根据地质条件及设计要求进行方案比选，确定桥型以及具体尺寸后建立桥博模型，在进行初步模拟施工后再估算预应力筋，经过估束、配束和调束后，进行主梁验算，主梁验算报告通过后，最后进行零号块施工支架设计及验算。（其中也包括桥面板计算及配筋验算、预应力损失计算以及挂篮模拟等内容）本设计手算与机算结合，手算以桥梁相关规范及教材为参考，全面而具体地进行相关内容的计算及验算；机算以Dr.Bridge软件为主，以尽量模拟桥梁实际受力及施工状态为原则，对桥梁进行内力计算及验算。并获得了如下的结论：1 本设计桥型在受力、施工及经济角度，结合地形地质情况，经过比较三种桥型的优劣势，为本设计的最优桥型；2 在承载能力极限状态和正常使用极限状态内力组合中，手算与机算的误差在5%以内，满足相关要求；3 在对主梁的抗裂、应力及挠度变形方面的验算中，本设计均满足相关规范的要求；4 零号块支架设计中对模板、方木、横纵梁、钢管及地基的设计及验算均满足强度、刚度及稳定性的要求。本设计符合相关规范和设计原则，在计算、绘图、查阅文献、使用桥梁规范手册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能有了较大的提高，为毕业后从事桥梁技术工作打造良好的基础。关键词：T型刚构；模拟施工；主梁验算；支架设计IAbstractDesign on Prestressed Concrete “T” Shaped Rigid Frame bridge and Bracket in ConstructionAbstractThe main contents are: First, according to the geological conditions and design requirements for program selection, second, determined to build bridge and concrete model, followed by a preliminary simulation before construction estimate Tendons again after estimate bundle, with bundle after bundle and transfer carried out checking the main beam, main beam by checking the report, the final number is applied to the design and construction of zero block checking. (Including checking Deck and reinforcement, prestressing loss calculation and simulation Cradle content)The design hand count and machine count combined with hand calculations related to bridge specification and reference materials, comprehensive and specifically checking calculations and relevant content; machine operator to Dr.Bridge software mainly to try to simulate the actual stress and bridges construction status is the principle of the bridge internal force calculation and checking. And obtained the following conclusions:1. The design of the bridge-in by force, construction and economic point of view, combined with the topographic and geologic conditions, the best bridge-after comparison of the advantages and disadvantages of three bridge, oriented design;2. In the ultimate limit state combination of internal forces and limit state, the hand count and machine count of error of less than 5%, to meet the relevant requirements;3. In the main beam of cracking, stress and deflection of checking aspect, the present are designed to meet the requirements of the relevant specification;4. Zero block bracket design template, square wood, horizontal rails, steel pipes and foundation design and checking are to meet the requirements of strength, stiffness and stability.The design meets the relevant specifications and design principles, in computing, graphics, literature, the use of bridge specification manuals and technical documentation and basic skills such as computer-aided design calculations have been greatly improved, after graduation in technical work to create a good bridge basis.Keyword: “T” Shaped Rigid Frame；Simulation of Construction Process；Primary Beam Checking ；Design on BracketI目录I目录1 绪论11.1 设计指标及地形参数11.2常用桥型简介11.3拟采用材料简介32 方案比选52.1比选原则52.2三种桥型设计52.2.1（60+140+60）预应力混凝土变截面连续梁桥52.2.2（2*30+2*70+2*30）T型钢构变截面梁桥82.2.3（60+140+60）双塔三跨式混凝土斜拉桥102.3三种桥型比选112.3.1受力角度112.3.2经济角度122.3.3施工角度132.4确定最终桥型133 桥梁模型建立及内力计算143.1单元尺寸划分143.1.1单元划分原则14III3.1.2桥梁单元尺寸划分143.2模型建立143.2.1初步施工阶段模拟143.2.2使用阶段的参数计算153.2.3桥博使用阶段模拟173.3内力计算193.3.1单项荷载计算结果193.3.2荷载内力组合193.3.3桥博电算与手算对比204 预应力筋估算274.1手算估束274.1.1估束原理274.1.2按正常使用极限状态估束284.1.3按承载能力极限状态估束344.2桥博估束424.3配束原则424.4钢束布置434.5钢束估束、配束及调束结果对比435 挂篮模拟施工阶段44I5.1 挂篮定义445.2 挂篮移动操作456 预应力损失计算476.1预应力损失种类476.2手算一根预应力的损失476.3统计钢束各种损失517 主梁验算557.1承载能力验算557.2持久状况抗裂验算597.3持久状况应力验算627.4预应力钢筋拉应力验算647.5短暂状况应力验算667.6持久状况主梁变形验算738 桥面板计算788.1概述788.2悬臂板788.3单向连续板818.4 桥面板配筋计算869 零号块支架设计89V9.1设计依据899.2 主要材料特征899.2.1混凝土：899.2.2钢材：899.2.3木材：909.3 零号块荷载集度计算及组合系数取值90 9.3.1梁体荷载集度计算909.3.2 施工荷载取值929.3.3 荷载组合类型及组合系数选取929.3.4 各区域面积荷载组合计算939.4 模板验算94 9.4.2 底板模板验算95 9.4.3 侧模板验算979.5 方木验算1009.5.1底腹板下方木验算1009.5.2 翼板方木验算1019.6 纵梁验算1039.6.1 底板纵梁验算1039.6.2 腹板处纵梁验算105I9.6.3 翼板处纵梁验算1069.7 横梁验算1089.7.1 底腹板下横梁验算1089.7.2 翼板下横梁验算1109.6 螺旋钢管验算1129.6.1 强度及稳定性验算1129.6.2 钢管连接强度验算1129.6.3 地基承载力验算11310 参考文献11411 结论11512 致谢116附：毕业实习报告VII华东交通大学论文设计1 绪论1.1 设计指标及地形参数（1）设计主要技术指标道路等级：二级公路；设计车速：80km/h；孔跨布置：270m；设计荷载：公路II级汽车荷载，人群3.5KN/；桥面坡度：不设纵坡，车行道设有1.5的双向横坡；桥面横向布置：桥面宽9.0米，参考提供资料；桥面铺装层：80mm混凝土防水层；桥轴平面线型：直线；温度影响：考虑竖向梯度温度效应：正温差T1=140，T2=5.50C；负温差T1=-70，T2=-2.750C，年平均温度变化25；地震设防烈度：7度；施工方法：对称逐段悬臂浇筑，挂蓝自重采用55吨；支座强迫位移：边支座可能下沉2mm；支架设计主要参数：另行提供设计参考材料。1.2常用桥型简介(1) 梁式桥梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构相比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造。对于中、小跨径桥梁，目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁桥的结构简单，施工方便，简支梁对地基承载力的要求也不高。(2) 拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈和拱肋（拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋）。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。同时，根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常采用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土来建造。根据近年的实践，钢筋混凝土拱桥自重较大，跨越能力比不上钢拱桥，但是，因为钢筋混凝土拱桥造价低，养护工作量小，抗风性能好等优点，仍被广泛采用，特别是崇山峻岭的我国西南地区。(3) 刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力，因而其受力状态介于梁桥和拱桥之间，刚架桥跨中的建筑高度可做到很小。但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚结处较易产生裂缝，需在该处多配钢筋。刚架桥一般均需承受正负弯矩的交替作用，横截面宜采用箱形截面，连续刚构桥主梁受力与连续梁相近，横截面形式与尺寸也与连续梁基本相同。(4) 悬索桥悬索桥（也称吊桥）是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚碇结构需做的很大（重力式锚碇），或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇），缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制形成钢缆，以充分发挥其优良的抗拉性能。悬索桥的承载系统包括缆索、塔柱和锚碇三部分，因此结构自重较轻，能够跨越任何其他桥型无法达到的特大跨度，悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。(5) 斜拉桥斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，在通过塔柱基础传至地基，塔柱基本上以受压为主。跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承（吊起）的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件，斜拉桥属于高次超静定结构，主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关，存在着一定最优的索力分布，使主梁在各种受力状态下的弯矩（或应力）最小。未来的桥梁将向更长、更大、更柔方向发展，也将更加注重桥梁美学及环境保护。新中国桥梁建设水平取得了突飞猛进的发展，公路铁路两用桥向着大跨度、重荷载、高时速方向发展。1.3拟采用材料简介(1) 桥面铺装层：40#防水混凝土（T构），C30#钢纤维砼（连续梁）；(2) 梁体混凝土材料：50#混凝土，容重26；(3) 预应力钢筋：纵向及横向采用符合ASTMA416-98标准，270级技术标准生产的高强低松弛预应力钢绞线，公称直径，抗拉强度标准值1860Mpa，张拉控制应力，钢绞线公称截面积139，弹性模量MPa；注：每束12股的钢绞线用于主梁腹板及部分顶板纵向束 每束9股的钢绞线用于主梁部分顶板及底板纵向束 每束2股的钢绞线用于主梁顶板横向束（以上为建议采用类型）主梁竖向预应力钢筋采用高强精轧螺纹粗钢筋，抗拉强度标准值为785Mpa，抗拉设计强度为650Mpa。(4) 普通钢筋：上、下部构造各部件的受力钢筋、架立筋及骨架钢筋采用HRB335钢筋(1228)；非受力筋采用R235钢筋(820)。表1-1 钢筋参数表（单位：MPa）钢筋种类抗拉强度标准值抗拉强度设计值抗压强度设计值R235 d=8-20235195195HRB335 d=6-50335280280(5) 墩身及承台：40号混凝土；(6) 桩基础：30号混凝土；(7) 型钢、钢板：用于支座及构件连接；(8) 其他材料：1) 预应力管道：纵向和横向预应力均采用波纹管成孔。竖向预应力采用铁皮管成孔。 2) 锚具（建议）：OVM15-12：用于主梁腹板束、部分顶板束的锚固； OVM15-9：用于主梁部分顶板束、底板束锚固； YGM-25：用于主梁竖向预应力的锚固。以下为锚具参数：表1-2 锚具参数表型号波纹管直径mm锚垫板边长mm锚具之间最小中心距mm锚具中心与构件外缘之间的最小距离mmOVM15-1290270270330200OVM15-9802302302701703) 支座：主桥在8过渡墩上设单向和双向GPZ盆式橡胶支座各一个，支座纵向位移量。（需要考虑支座的选择理由）4) 伸缩缝：采用大变位毛勒式伸缩缝；5) 支架材料：型钢，钢管，贝雷片等。2 方案比选2.1比选原则(1) 桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则；(2) 桥梁设计除了要求满足功能和实用性方面的要求，也要考虑对环境方面的保护，以及可持续发展的要求；(3) 分别从受力、经济、施工角度比较各个方案的优势和劣势；(4) 对于桥梁的耐久性应要满足裂缝和挠度方面相关规定的要求。2.2三种桥型设计2.2.1（60+140+60）预应力混凝土变截面连续梁桥(1) 立面布置参考已建成桥梁的资料分析，变截面连续梁桥在支点截面梁高的规定：H=（1/16-1/20）L，在跨中截面梁高h=（1/30-1/50）L。故支点截面梁高H=140/18=7.78m，取H=7.8m;跨中截面梁高h=140/45=3.1m，取h=3.0m。由于二次抛物线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本接近，所以变高度截面梁的高度变化规律拟采用二次抛物线。根据以上的尺寸拟定，绘制方案一的立面布置图如图一所示：图1-1 方案一立面布置图（单位：cm）（1） 断面构造本方案拟采用单箱单室形式，箱型截面由顶面、底板、腹板等几部分组成，它的细部尺寸的拟定既要满足箱梁纵、横向的要求，又要满足结构构造及施工上的要求。1）底板厚度设置对于跨中底板厚度，由于在悬臂端负弯矩较小，因此此处底板厚度主要由构造确定，对T构悬臂端箱梁底板厚度一般为160180mm;连续梁跨中区段，截面主要承受的是正弯矩，对预应力混凝土连续梁，底板中需配一定数量的预应力束与普通辅助钢筋，底板厚度一般在200250mm。在桥墩顶位置处，负弯矩逐渐增大，其底板高度要随之增加，以满足其不断增大的压应力。除此之外，在极限破坏状态下，还要尽量使中性轴处于底板处。根据上述原因，故确定底板厚度约为梁高的1/20-1/10,所以取顶处底板高度为780cm/12=65cm，悬臂端和跨中位置底板厚度都设为250mm。2）腹板厚度设置腹板的厚度主要要考虑预应力筋的配置和施工过程中浇筑混凝土的要求，所以按照施工经验，腹板厚度一般有如下要求：对于腹板内无预应力束筋管道布置时至少为200mm；对于腹板内有预应力束筋管道布置时至少为300mm；对于腹板内有预应力锚固头时为380mm；此外，当高度大于2.4m时，以上尺寸应适当予以增加，以减少混凝土浇筑难度。根据以上关于腹板厚度的规定以及本桥梁高，将桥墩顶位置腹板厚度设为600mm，跨中位置腹板厚度设为400mm。3）顶板厚度设置箱型截面的顶板厚度主要与桥面板的受力和预应力筋的配置有关，对于普通钢筋混凝土桥面板，其顶板厚度可参考表2-1。 表2-1 顶板参考尺寸 腹板间距（m）3.55.07.0顶板厚度（mm）180200280结合本桥情况，参考意见桥梁设计，设置顶板厚度为250mm。4）梗腋（承托）设置一般箱梁上梗腋多采用1:3的形式，而且腋的竖向高度不小于顶板厚度。对于顶板与腹板之间的梗腋常采用1：1或2：1的形式，使便于混凝土浇筑。故根据顶板厚度200mm，设置腹板与顶板间的梗腋为8025cm，与底板间的梗腋为6025cm。综上所述，得出墩顶截面与跨中截面形式如图所示：图1-2 墩顶处截面（单位：cm）图1-3 跨中处截面（单位：cm）2.2.2（2*30+2*70+2*30）T型钢构变截面梁桥（1）立面布置1）简支梁桥部分当跨径超过20m时一般采用预应力混凝土梁。我国后张法装配式预应力混凝土简支梁桥跨径为30m时，其梁高一般为1.65m1.75m，故本设计将简支梁桥部分梁高设为1.70m。2）T型刚构部分T型刚构的支点、跨中梁高与跨径的关系为：L2.0m故取墩顶截面梁高为70/14=5m。跨中界面梁高设为2.4m。T型刚构梁桥沿桥纵向的变化曲线采用抛物线形式。综上，方案二的立面布置如图所示：图1-4 方案二立面布置（2）断面构造简支梁桥与T型钢构桥采用单箱单室箱型截面，本方案拟采用单箱单室形式，箱型截面由顶面、底板、腹板等几部分组成，它的细部尺寸的拟定既要满足箱梁纵、横向的要求，又要满足结构构造及施工上的要求。1）底板厚度设置对于跨中底板厚度，由于在悬臂端负弯矩较小，因此此处底板厚度主要由构造确定，对T构悬臂端箱梁底板厚度一般为160180mm;连续梁跨中区段，截面主要承受的是正弯矩，对预应力混凝土连续梁，底板中需配一定数量的预应力束与普通辅助钢筋，底板厚度一般在200250mm。由上所述，故确定底板厚度约为梁高的1/20-1/10,所以取顶处底板厚度为120mm，悬臂端和跨中位置底板厚度都设为600mm。2）腹板厚度设置腹板的厚度主要要考虑预应力筋的配置和施工过程中浇筑混凝土的要求，所以按照施工经验，腹板厚度一般有如下要求：对于腹板内无预应力束筋管道布置时至少为200mm；对于腹板内有预应力束筋管道布置时至少为300mm；对于腹板内有预应力锚固头时为380mm。此外，当高度大于2.4m时，以上尺寸应适当予以增加，以减少混凝土浇筑难度。大跨度预应力混凝土箱梁中，由跨中到支点剪力逐步增加，故腹板厚度也是变化的，本设计采用由支点腹板厚度为100cm向跨中过渡到40cm布置。3）顶板厚度设置箱型截面的顶板厚度主要与桥面板的受力和预应力筋的配置有关，对于普通钢筋混凝土桥面板，其顶板厚度可参考表2-1，结合本桥情况，与方案一连续梁桥截面相同，参考意见桥梁设计，设置顶板厚度为200mm。在墩顶中由于剪力较大，故在墩顶处的顶板厚度设为500mm。悬臂长度一般为25m，国内已建成的桥梁的箱型截面的悬臂长度多在2m以下，故取悬臂长度为2m。翼缘板根部厚度与悬臂长度有关，一般为0.20.6m,故取根部厚度为0.5m。4）梗腋（承托）设置一般箱梁上梗腋多采用1:3的形式，而且腋的竖向高度不小于顶板厚度。对于顶板与腹板之间的梗腋常采用1：1或2：1的形式，使便于混凝土浇筑。故由顶板厚度200mm，设置腹板与顶板间的梗腋为10030cm的形式，与底板间的梗腋为8030cm的形式。综上所述，得出墩顶截面与跨中截面形式如图所示：图1-5 方案二墩顶截面（单位：cm）图1-6 方案二跨中截面（单位：cm）2.2.3（60+140+60）双塔三跨式混凝土斜拉桥（1）立面布置 1）主桥的斜拉索设置为密索体系，桥墩设置为纵向A型墩，结构体系为三跨连续的漂浮体系；1） 对于三跨式斜拉桥，一般的边跨比比例在0.40.5之间，故边跨的跨径设置为60m；2） 两个索塔在一个平面内采用相同的拉索布置，都为11对拉索形成的扇形布置；3） 索塔与桥墩形成一个整体式的门式构造，设有三根横系梁，塔顶到桥墩的坡度为11：1；4） 根据密索布置的斜拉桥，其梁高与主跨跨径的比值一般在1/1001/150之间，我国斜拉桥所采用的高跨比也发展到了1/216，故设主梁梁高为1.75m，为中跨的1/80。5） 索塔支点与主梁用竖向拉索相连，形成漂浮体系，除此之外其余各处采用盆式橡胶支座。综上所述，可得出方案三的立面布置如图所示：图1-7 方案三立面布置（2） 断面构造主梁横截面为带斜腹板的分离式箱梁，两箱之间用桥面及横隔板联系。这种截面形式的最大优点是采用悬臂施工较为方便。方案三的截面构造具体尺寸如图所示：图1-8 方案三横断面图（单位：cm）2.3三种桥型比选2.3.1受力角度（1）方案一：（60+140+60）m连续梁桥连续梁桥在结构受力方面的优点是：结构刚度大，主梁变性挠度曲线平缓，有利于行车的舒适与安全。动力性能好，且对于简支梁桥和悬臂梁桥来说，连续梁桥对于跨中弯矩有更好的卸载作用。（2）方案二：(270)m T型刚构桥T型钢构是一种墩梁固结的，具有悬臂受力特点的梁式桥，T型刚构桥只承受负弯矩，在墩梁固结处会吸引较大的内力，因此此处在均布荷载的作用下，支点截面处负弯矩较大，跨中正弯矩较小。预应力混凝土T型刚构桥的受力特点是长悬臂体系，全跨以承受负弯矩为主，预应力筋主要布置在桥的底面。(3) 方案三：60+140+60）双塔三跨式混凝土斜拉桥当结构形式采用塔、墩固结，塔、梁分离的漂浮体系时，其主梁内力较均匀，主梁在塔墩连接处无负弯矩峰值。塔柱主要以承压为主，跨度较大的主梁就像多点弹性支承的连续梁，多点式的将主梁弯矩峰值卸载到较小值，从而降低主梁高度，减小主梁自重。由于同时受到斜拉索的拉索的水平分力作用，主梁的主要受力状态为偏心受压状态。2.3.2经济角度(1) 方案一：（60+140+60）m连续梁桥连续梁桥刚度大，变形小，所以后期维护成本比较小。而且能较充分地利用高强材料，使结构自重降低，轻型化，降低成本。但是，由于连续梁桥为超静定结构，故当遇到不良地基时，其地基施工成本会升高。(2) 方案二：（270）m T型刚构桥T型刚构桥虽然桥墩粗大，浇筑混凝土较多，但在大跨度桥梁中，省去了连续梁桥中的造价昂贵的大型支座和后期更换支座的困难，且T型刚构桥总的材料的用量和施工费用会较连续梁桥经济。(3) 方案三：（60+140+60）m双塔三跨式混凝土斜拉桥斜拉桥的拉索后期更换成本较高，后期更换的施工难度也较大，所以导致后期维护成本大。其次其总体施工难度较大，使得其造价在三个方案中最大。2.3.3施工角度(1) 方案一：（60+140+60）m连续梁桥连续梁桥是超静定结构，所以其地基要求相对于静定结构来说，要求更高，施工难度和复杂度也较大。其次主梁施工时采用平衡悬臂现浇，支座处采用临时锚固，成桥后在撤去临时锚固，所以需要体系转换。(2) 方案二：（270）m T型刚构桥T型刚构桥的主梁施工也是采用平衡悬臂现浇施工，但与悬臂梁桥不同的是，其与节段悬臂施工方法相协调，在成桥前与成桥后的受力体系变化不大，所以不需体系转化，这对桥梁的施工有很大的益处。(3) 方案三：（60+140+60）m双塔三跨式混凝土斜拉桥斜拉桥索塔采用万能杆件拼装的脚手架逐段现浇施工，在中孔和边孔采用悬臂现浇施工方法。2.4确定最终桥型将以上方案比选列表所示：表2-2 方案比选表方案方案一方案二方案三受力角度结构刚度大，变形小，卸载效应好全桥主要承受负弯矩，墩梁固结处内力较大塔柱主要受压，主梁在斜拉索的作用下弯矩大大减小，自重降低，主要受偏心受压作用经济角度对支座后期维护成本高不需后期更换支座和拉索更换，后期维护成本相对较小施工后期更换和维修拉索成本较大施工角度临时固结，需体系转换，采用平衡悬臂现浇主梁采用平衡悬臂施工，不需体系转换索塔采用万能杆件拼装的脚手架逐段现浇施工美观角度全桥线条明快，桥型美观简单美观造型美观，有较高的观赏性故由方案比选表所示，通过各角度的分析比较，在受力、施工、经济和美观角度加以权衡，最后选定方案二为最终桥型。3 桥梁模型建立及内力计算3.1单元尺寸划分3.1.1单元划分原则（1） 主梁截面有较大变化的地方需要单独设置节点；（2） 变截面连续梁可以每隔一段距离取一个单元；（3） 墩顶位置及梁端细部构造复杂的地方，应多划分单元，模拟其真实受力情况；（4） 对于墩梁连接处，梁与桥墩要共节点，以模拟其固结的情况；（5） 在合理模拟结构、保证计算精度。3.1.2桥梁单元尺寸划分主梁共有52个单元，其中边跨现浇段为：1-6号单元（左侧）、46-52号（右侧），7与45为边跨合拢段，22-31号单元为零号块。53-57号单元为桥墩单元。3.2模型建立3.2.1初步施工阶段模拟（1） 简介拟采用的施工方案拟采用的施工方案为：桥墩施工为逐段现浇，主梁施工为平衡悬臂现浇至最大悬臂段，边跨部分采用满堂支架现浇，边跨合拢段为吊篮施工。（2） 施工阶段划分1) 零号块施工：零号块施工为满堂支架现浇，施工单元为22-31号单元；2) 平衡悬臂现浇:采用平衡悬臂现浇施工将主梁施工至最大悬臂端；3) 边跨施工：边跨施工采用满堂支架现浇；4) 边跨合拢：边跨施工完成后，与最大悬臂端用吊篮施工的方法合拢，主梁施工完成。（3） 桥博模拟施工阶段1）零号块施工：图3-1 零号块施工2） 平衡悬臂现浇：图3-2 施工至最大悬臂端3） 边跨施工:图3-3 边跨施工4） 边跨合拢：图3-4 边跨合拢3.2.2使用阶段的参数计算(1) 汽车冲击系数根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 第4.3.2条的规定，冲击系数可按下式计算：当f 1.5Hz时，=0.05当1.5Hz f 14Hz时，=0.1767Lnf 0.0157当 f 14Hz时，=0.45又根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 条文说明，第4.3.2条的规定，结构基频f采用下式估算： （3-1） （3-2）梁体混凝土材料：C50混凝土，将跨中截面在CAD中查询其截面性质后，可得到：代入（3-1）式和（3-2）式得到： （2） 横向分布调整系数（3） 二期恒载二期恒载包括：桥面铺装，防撞栏1） 桥面铺装：2）防撞栏 (4) 温度效应根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 第4.3.10条的规定，年平均升降温为25，正温差为，；负温差为，。3.2.3桥博使用阶段模拟桥博模拟施工阶段受到的荷载主要有活荷载与静荷载：活荷载包括：汽车荷载与人群荷载；静荷载包括：收缩徐变作用、升降温作用和梯度温度作用。下面就以上各项作用予以说明:1) 活荷载 图3-5 活荷载描述本桥设计荷载为公路级荷载，人群集度为3.5，横向分布调整系数为2.30，汽车冲击系数，当连续梁桥计入负效应时。2) 静荷载梯度温度图3-6 梯度温度效应根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) 第4.3.10条的规定，年平均升降温为25，正温差为，；负温差为，。其他静荷载图3-7 其他静荷3.3内力计算3.3.1单项荷载计算结果3.3.2荷载内力组合（1） 承载能力极限状态图3-8 承载能力极限状态基本组合弯矩包络图（单位：）（2） 正常使用极限状态图3-9 正常使用极限状态长期组合弯矩包络图（单位：）图3-10 正常使用极限状态短期组合弯矩包络图（单位：）3.3.3桥博电算与手算对比（1） 选取三个界面内力组合计算由桥梁博士输出使用阶段内力，选取三个截面，分别选取三个截面，分别为最大负弯矩处，最大正弯矩处及正负弯矩都可能存在处，根据结构弯矩包络图可知，上述三个截面分别对应桥梁模型中的节点9、节点12、节点27，则考虑各截面的最大应力和最小应力得到三个截面的三个状态（承载能力状况基本组合、正常使用长期组合、正常使用短期组合）下的截面弯矩应力。使用阶段极限状况下的内力组合如表所示： 表3-1 使用阶段极限状况下的内力组合（单位：） 内力组合节点号最大弯矩最小弯矩承载能力状态基本组合96.36E+04-1.27E+3123.66E+4-2.79E+427-1.85E+5-4.43E+5正常使用极限状态长期组合95.09E+4-9.6E+2122.85E+4-2.33E+427-1.88E+5-3.56E+5正常使用极限状态短期组合95.39E+4-1.02E+3123.09E+4-2.33E+427-1.87E+5-3.66E+5（2）各点单项内力列表说明根据公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) 规定，公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。本设计中只考虑永久作用中的结构重力、混凝土收缩及徐变作用，可变作用中的汽车荷载，人群荷载和温度作用。由桥博输出使用阶段信息，使用荷载效应输出结果如表所示： 表3-2 使用阶段使用荷载效应（单位：） 荷载效应分项系数节点号弯矩结构重力1.2（对结构不利）1.0（对机构有利）91.62E+412-8.91E+327-2.97E+5收缩1.093.38E+5122.32E+327-1.21E+4徐变1.091.03E+4121.73E+4273.22E+4汽车Mmax1.499.19E+4127.46E+427444汽车Mmin1.49-19712027362人群Mmax1.4936212279270.487人群Mmin1.49-0.20612027-1.58E+3升温1.49-1.52E+412-1.04E+4275.4E+4 降温1.491.52E+4121.04E+427-5.4E+4（3）按三种组合计算A. 承载能力极限状态基本组合根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)规定，基本组合为永久作用的设计值与可变作用设计值效应相结合，其效应组合表达式为： （3-3）各分项系数取值如表3-2所示，根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)规定，单孔跨径70m属于大桥，由1.0.9规定，大桥的结构重要性系数，由此计算各节点在最大应力与最小应力效应下的内力组合： 最大弯矩1）节点9桥博计算结果与手算误差为：2）节点12桥博计算结果与手算误差为：3）节点27桥博计算结果与手算误差为： 最小弯矩1）节点9桥博计算结果与手算误差为：2）节点12桥博计算结果与手算误差为：3）节点27桥博计算结果与手算误差为：B.根据公路桥涵通用规范（JTG D60-2004）规定，作用长期相应组合为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相结合，其效应表达式为：j个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）=0.4，人群荷载=0.4，风荷载=0.75，温度梯度作用=0.8，其他作用为1.0 。由此计算各节点在作用长期组合下的最大应力与最小应力下的作用组合： 最大弯矩1）节点9桥博计算结果与手算误差为：2）节点12桥博计算结果与手算误差为：3）节点27桥博计算结果与手算误差为： 最小弯矩1）节点9桥博计算结果与手算误差为：2）节点12桥博计算结果与手算误差为：3）节点27桥博计算结果与手算误差为：C.作用短期组合由此计算各节点在作用短期组合下的最大应力与最小应力下的作用组合： 最大弯矩1）节点9桥博计算结果与手算误差为：2）节点12桥博计算结果与手算误差为：3）节点27桥博计算结果与手算误差为： 最小弯矩1）节点9桥博计算结果与手算误差为：2）节点12桥博计算结果与手算误差为：3）节点27桥博计算结果与手算误差为：（4）计算结果对比将以上结果编辑成表，对比其总体结果表3-3 内力组合验算结果组合类型节点号手算结果（）电算结果()误差(%)结果分析承载能力极限状态组合最大弯矩963520.16636000.13合格1236450.82366000.4合格27-190769.12-1850003.1合格最小弯矩9-1255.2-12701.2合格12-26715.6-279004.2合格27-4635684430004.6合格作用长期效应组合最大弯矩950764.8509000.3合格1228149.6285001.2合格27-184841.911880001.7合格最小弯矩9-944.39601.6合格12-23254233000.2合格27-3568123560000.2合格作用短期效应组合最大弯矩953739539000.3合格1230855309000.15合格27-184708.711870001.2合格最小弯矩9-1005.6210201.4合格12-23254233000.2合格27-3664603660000.1合格3） 计算结果分析由表3-1所示，手算结果与桥博输出结果之间的误差没有超过5%，故验算合格。4 预应力筋估算4.1手算估束根据桥规（JTG 023-85）规定，预应力混凝土梁应满足正常使用状态下的应力要求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确定。4.1.1估束原理预应力混凝土梁在预应力和使用荷载下的应力状态下的应力状态应满足的基本条件是：截面的上、下缘均不出现拉应力，且上、下缘的混凝土在压应力的存在情况下均不被压碎。1、 截面上、下缘均布置预应力筋时由预应力筋及在截面的上、下缘产生的应力分别为： （4-1）（4-2）式中： 、由预应力在截面上、下缘所产生的应力 、分别为截面上、下缘的抗弯模量由 (4-3)(4-4)得到：(4-5)(4-6)式中： 、分别为上、下缘预应力筋重心距截面重心的距离 、分别为截面的上、下核心距 每束预应力筋的截面预应力筋的永存应力4.1.2按正常使用极限状态估束（1） 选定计算截面由承载能力极限状态荷载组合结构包络图可以选定截面进行预应力筋的配置，对于某一确定截面，可根据该截面的Mmax和Mmin进行截面配束计算。对于本设计，由弯矩包络图，可选择9号截面、12号截面、27号截面进行验算（2） 截面特性通过CAD将9号截面、12号截面、27号截面形成面域后，导出其截面特性后汇总如表4-1所示表4-1 截面特性表截面质心位置（m）惯性矩（）面积（）截面高度（m）XY90-0.9144.376.002.283120-1.1026.636.472.660270-2.50549.8616.645.000 (3)计算参数各参数值得取值见表4-2所示表4-2