（50+70+50）m连续刚构毕业设计计算书_secret.doc
跨度（50+70+50）m连续刚构公路—Ⅰ级桥宽20m（计算书65页CAD图16张）
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跨度（50+70+50）m连续刚构公路—Ⅰ级桥宽20m（计算书65页CAD图16张）,跨度,50,70,连续,公路,级桥宽,20,计算,65,CAD,16
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XXXXXXXX毕业设计毕业设计题 目 湖北省仙桃市淅河大桥设计湖北省仙桃市淅河大桥设计 院 （系） 建筑工程学院 专业班级 土木工程（普本）2005 级 02 班（路桥） 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师_ _ 职称_ xxXXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计湖北省仙桃市淅河大桥设计院（系） 建筑工程学院 专业班级 土木（普本）052 班（路桥） 学生姓名 指导教师 xx学生毕业设计原创性声明学生毕业设计原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计作者（签字）： xxXXXXXXXX 本科生毕业设计 中文摘要I摘 要本毕业设计主要是对预应力混凝土连续刚构上部结构进行设计。连续刚构这种桥型结构刚度好、抗震性能好、墩梁固结有利于悬臂施工，减少了大型支座的养护维修和更换。在近二十余年来，随着预应力技术的发展和悬臂施工法的应用,连续刚构桥得到了广泛的应用。本设计桥梁为跨度（50+70+50）m 的预应力混凝土连续刚构，截面形式为单箱双室箱型。桥面宽度为 20m，设计荷载标准为公路 I 级汽车荷载。主梁采用挂篮对称悬臂施工。设计流程如下：第一步:确定主梁的主要构造和细部尺寸；第二步:根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主梁进行施工节段的划分；第三步:在 Auto CAD 中建立计算模型并导入桥梁博士程序中，完成建模过程；第四步:进行施工阶段内力分析，从而估算出所需纵向预应力筋的数目；第五步:计算预应力损失及各项次内力，并进行主要截面验算；最后：绘制工程图及编制说明书。关键词：预应力混凝土连续刚构桥 悬臂施工 桥梁博士 验算XXXXXXXX 本科生毕业设计 英文摘要ABSTRACTThe undergraduate design is mainly about the design of superstructure of pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge.This type of structure has many advantages, such as excellent stiffness,high capability to withstand earthquake. At the same time, the fixation between the pier and the girder is of benefit to the cantilever construction and prevents change and maintenance of large-size supports. With the development of technology of pre-stressing and application of cantilever construction, continuous rigid frame bridge has got the extensive application in past 20 years.This design is a prestressed concrete continuous rigid frame bridge for highway with the span of 50+70+50m. The cross section is the box section with double cell and the width of the deck is 20m. The designed load standard is: highway-.The main girder is constructed by symmetric cantilever equilibrium. The procedure of the design is listed as follows:Firstly:design the main structural configuration and detail dimensions.Secondly:divide the girder into construction segments according to the raising ability of the basket.Thirdly:the model is established in Auto CAD software and then imported into doctorbridge software. Finish the remaining establishment of the model.Fourthly:According to the internal force of the construction analyzed by the software we can distribute the tendons of the bridge.Fifthly: calculate the loss of pre-stressing and secondary force, and then check the main cross-sectionFinally, draw the engineering design and establish the design manuals.Keywords: pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge；cantilever construction；Doctorbridge；checking computationsXXXXXXXX 本科生毕业设计 目录目 录中文摘要 .I英文摘要 .II1 工程概况 .11.1 设计资料 .11.2 方案比选 .11.3 桥跨结构图式及尺寸拟定 .32 荷载内力计算 .62.1 恒载内力计算 .62.2 活载内力计算 .92.3 温度作用荷载计算 .153 预应力钢束设计 .183.1 估算预应力钢束 .183.2 预应力钢束的布置 .214 预应力损失及有效预应力计算 .244.1 预应力损失的计算 .244.2 有效预应力计算.325 次内力计算 .345.1 徐变次内力 .345.2 收缩次内力 .355.3 预应力次内力 .365.4 支座不均匀沉降次内力 .376 内力组合 .396.1 承载能力极限状态下的效应组合 .396.2 正常使用极限状态下的效应组合 .417 截面验算 .447.1 施工阶段截面应力验算 .447.2 承载能力极限截面强度验算 .467.3 正常使用阶段截面应力验算 .497.3 验算结论 .508 施工组织设计 .518.1 主梁分段与施工阶段的划分 .518.2 主梁施工方法及注意事项 .52总结 .54致 谢 .55XXXXXXXX 本科生毕业设计 目录参考文献 .56附录 .57XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况11 工程概况1.1 设计资料1.1.1 设计技术标准设 计 荷载：公路级，人群荷载 3.5KN/m2；1桥 梁 宽度：全桥宽 20m=2.5m（人行道及栏杆）+15m（净桥宽）2+2.5m（人行道及栏杆） ；设计洪水频率：1/300；3通航标准：通航水位 2.44m，设计通航孔底宽 40m，高 6.5m。41.1.2 材料规格混凝土规格见表 1.1： 1表 1.1 混凝土规格表混凝土标号部位C50主桥箱梁C40主墩墩身、横梁C30支座垫石、承台C25桩基沥青混凝土桥面铺装钢材 21）预应力钢绞线：符合美国 ASTM41698 标准，270K 级高强低松弛钢绞线，标准强度，弹性模量=195000MPa，公称直径 15.24mm，公称面1860byRMPayE积 140。2mm2）普通钢筋：钢筋直径12mm 者为 HRB335 钢筋，直径10mm 者为 R235 钢筋。技术条件必须符合有关规定。3）其他钢材：钢板、检测管及焊条等，均应符合相应国际规定及满足设计、施工需求。1.1.3 设计依据公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)1公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007）2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)31.2 方案比选本次桥梁设计从功能、安全、经济与美观的角度通过对拱桥、连续刚构和斜XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况2拉桥进行对比，从而得出最佳的桥梁设计方案1：1.2.1 从功能方面比较拱桥：行车平顺、通畅、安全，满足通航要求；在城市景点或旅游地区，为配合当地景观而常采用之；连续刚构：梁保持连续，无伸缩缝，行车平顺舒适；桥下净空大，可满足通航要求；斜拉桥：主梁在斜拉索的各点支承作用下，大大增大了其跨越能力，行车性能亦较好，可满足通航要求。1.2.2 从安全方面比较拱桥：对地基基础要求较高，多孔连续拱桥相互影响，对整体结构不利；建筑高度较高时，对拱桥稳定不利；连续刚构：采用墩梁固结，提高了结构的刚性；对常年温差、基础变形和日照温度较敏感；斜拉桥：斜拉桥结构轻巧柔细，在车辆运行、地震和风力作用下，必然会引起桥梁震动，轻则影响行车，行人舒适，重则使桥梁毁坏。1.2.3 从经济方面比较拱桥：有水平推力的拱桥，对地基基础要求较高，修建时需要有较大的墩、台和良好的地基，从而加大了下部结构的工程量，造价较高；连续刚构：无须设支座；设计技术成熟，施工简便，无须大型施工设备和工具，可充分降低施工成本；斜拉桥：属于高次超静定结构，包含着很多设计变量，不仅设计困难，而且施工也较为复杂，并且建成后养护成本高。1.2.4 从美观方面比较拱桥：形式多样，外形美观；连续刚构：采用墩梁固结，使桥看起来更加轻巧、简洁和美观；斜拉桥：外形美观，比例协调，现代感较强。通过以上三种桥型优缺点的对比：连续刚构为本次最佳设计桥型。桥型比选总体布置图见图 1.1、1.2、1.3。XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况3 图 1.1 拱桥桥型总体布置图（比选方案）图 1.2 斜拉桥桥型总体布置图（比选方案）图 1.3 连续刚构桥型总体布置图（推荐方案）1.3 桥跨结构图式及尺寸拟定1.3.1 结构图式截面形式1为了减小上部结构的自重，达到增加跨度、减少下部结构的工程量、增加截XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况4面抗扭刚度的目的，本桥采用单箱双室截面2。从绝对值来看，支座处的负弯距远大于跨中正弯距，为更好的适应结构内力分布规律，上部结构采用变截面箱形梁。刚构墩为双薄壁墩2，利用此墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移。墩顶和边跨梁端设置横隔板，墩顶横隔板处设置过人洞。立面形式2本桥为预应力混凝土连续刚构桥。本桥跨径组成 50+70+50170m，梁高按二次抛物线变化。两桥墩取等高，高度为 20m。1.3.2 主要尺寸拟定跨度1桥梁跨度应根据水利部门推荐桥位处主桥主跨径的范围，及主河槽布置桥孔要求，结合桥址处的水文、地质、河道断面、通航要求综合考虑，选出适合于该桥位的跨径。在孔径布置方面，根据国内外已建成的连续刚构桥和 P663，边跨跨径与主跨跨径之比为 0.50.8.所以主跨跨径定为 70m，边跨跨径定为主跨跨径的 0.715 倍，即 50m。连续刚构全长为 50+70+50=170m。主梁高度2支点截面梁高：根据 P67 表 2-1-63，梁高为 1/161/20L，取 L/18.9，即3.69m。跨中截面梁高：根据 P67 表 2-1-63，梁高为 1/301/50L，取 L/44.1 即1.59m。梁底曲线：根据 P67 表 2-1-63，选用二次抛物线。以跨中梁底为原点，曲线方程为：=-0.00233564X2Y箱梁腹板厚度3根据经验公式：腹板总厚度：(m),其中，B为桥面总宽度t/50 (1+ /50)BL(m)；L为主跨跨度(m)。同时应满足构造要求：单个腹板厚度t00.15m。本桥既注重上部结构的轻型化，也注重主拉应力的控制，对腹板尺寸的选定参照国内外一些类似桥梁资料。本桥腹板厚度保持不变，为 100cm；悬臂根部保持不变，为 60cm；梁肋厚度亦保持不变，为 50cm。箱梁底板厚度44箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面承受很大的压力。箱形截面的底板应XXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计 1 工程概况5提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯矩的截面中。顶板和底板上都应各自发挥承压的作用。1)箱梁支座处：由于 0 号段底板受力十分复杂，支座处箱梁设置满横隔板，中间预留过人孔道。2)箱梁根部底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜保持在底板以内有适当的富余。本桥选用 50cm。3)箱梁跨中底板厚度大跨度连续箱梁因跨中弯矩要求底板内需配置一定数量的钢束和钢筋，此时跨中底板厚度取为 25cm。4)其余梁段的底板厚度沿跨径按二次抛物线变化。箱梁顶板厚度5确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求，满足布置纵向预应力钢束的要求。箱梁断面顶板厚在全梁范围内取为 25cm。XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算62 荷载内力计算桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精确分析桥梁结构的真实受力，非常困难，而它最主要的是结构的纵向受力分析，考虑到桥梁的跨宽比一般较大，所以通常将纵向分析模型近似处理为杆件系统。本设计的内力计算采用的是桥梁博士3.0。2.1 恒载内力计算2.1.1 计算方法恒载内力计算采用桥梁博士提供的有限元方法计算，由于不同的施工方法所计算出来的恒载内力会不一样，所以计算时应该严格考虑施工阶段的划分。计算阶段划分：11） 由中支墩悬臂法施工至最大悬臂；2） 安装边支座，现浇边跨等高梁段；3） 边跨合拢，拆除边跨临时支座； 4） 合拢中跨；5） 拆除吊篮；6） 桥面铺装；7） 运营阶段。混凝土材料特性的取值：2箱梁（C50）:混凝土容重：=26kN/m3 ；桥墩（C40）:混凝土容重：=25kN/m3 。二期恒载集度： q=75kN/m。3计算简图：4图 2.1 结构计算简图2.1.2 计算结果主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力和二期恒载（如XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算7桥面铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。由桥梁博士程序分析得出恒载内力，由于结构对称，恒载内力计算结果只取结构一半代表单元：表 2.1 恒载内力计算结果单元号节点号轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）1000120608-1521409124805514150-39548701170-6384846817180115547569220-26044230322230297140357270-44582995627280483426706320-6356110473233067406463370-8300-14585373808695-20542420-10291-471094243010694-54459470-12399-867414748012812-95560520-14532-1338505253014964-144180550-16204-1752805556016829-191790610-20054-2839706162020709-3043306743917100-2115106768439-16465-1947107043915205-16313070单元号节点号轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算871439-14590-1482607543912880-1099107576439-12457-1010608043910807-685658081439-10398-61154854398791-343728586439-8392-28372904396822-71259091439-6433-2502954394836132719596439-445316510100439295726850100101439-258628790105439112933957105106439-7673461310843925035117108109439935176由桥梁博士绘出一期二期恒载弯矩和剪力包络图：图 2.2 一期恒载弯矩图图 2.3 一期恒载剪力图XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算9图 2.4 二期恒载弯矩图图 2.5 二期恒载剪力图2.2 活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载在桥梁使用阶段所产生的结构内力。2.2.1 横向分布系数的计算荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或者说各主梁如何分担车辆荷载。横向分布系数的计算51单箱双室，桥面净宽度 W15.0m，根据表 4.3.1-36，车辆单向行驶，桥涵的设计车道数为 4 车道。14.017.5W用刚性横梁法计算横向影响线竖标值：1）抗扭修正系数1.02）计算横向影响线竖标值对于 1 号边梁的横向影响线竖标值可以通过简化公式计算：单箱双室计算简化为 3 片梁肋：211111iaaanXXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算10131321ia ana汽车荷载布置见图 2.6： 图 2.6 汽车荷载布置图其中：5.752+0+5.75266.13 m22ia 0.833211111iaaan15.75 5.751.0366.13 -0.167131321ia ana15.75 5.751.0366.13影响线见图 2.7：图 2.7 影响线图用刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离 1 号梁轴线的距离为 x，则：5.75 20.8330.167xx 解得：x9.5795m2.2.2 计算荷载得横向分布系数根据表 4.3.1-36，本设计的桥面净宽度 W15.0m，车辆单向行驶时在，桥涵的设计车道数为 4 车道。14.017.5W计算荷载得横向分布系数：一车道加载时：1XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算11图 2.8 一车道加载0.863512111()(0.94170.7852)222cqqqqm二车道加载时：2图 2.9 二车道加载1.457312111()(0.94170.78520.6721 0.5156)222cqqqqm三车道加载时：3图 2.10 三车道加载 12111()(0.94170.78520.6721 0.51560.40260.2460)222cqqqqm1.7816四车道加载时：4XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算12图 2.11 四车道加载12111()(0.94170.78520.6721 0.51560.40260.2460222cqqqqm -0.0235）1.83640.1330五车道加载时：5图 2.12 五车道加载12111()(0.94170.78520.6721 0.51560.40260.2460222cqqqqm -0.0235-0.1366-0.2931）1.62160.13302.2.3 计算结果由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结构一半代表单元，见表 2.2：表 2.2 活载内力计算结果轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）单元号内力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000000剪力000-1810001弯矩000000轴力390039039剪力-1902120-13701870-63314弯矩-238024100668029100-7390轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）单元号内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩17轴力490049049XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算13剪力-1901810-16601340-645弯矩-300025700695031900-9420轴力610061061剪力-1901470-2070-674-63322弯矩-379026100668033300-11900轴力730073073剪力-1901210-2440185-63227弯矩-450025400434032700-14200轴力840084084剪力-190984-2900-1790-63232弯矩-52002400088030100-16500轴力960096096剪力-190803-3290-604-84537弯矩-589022300-475026400-18900轴力107001070107剪力-190658-3700-2000-165042弯矩-657020600-1210023200-23400轴力119001190119剪力-190546-4190-215-294047弯矩-723018900-2070020400-30800轴力130001300130剪力-190457-4610-1800-366052弯矩-785017500-3170018200-42000轴力139001390139剪力-190403-500062-418055弯矩-831016600-4090017000-52300轴力158001580158剪力-190339-5750287-531061弯矩-926015400-6640015400-80000轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）单元号内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最大轴力67轴力4460-39602680-2650-21402630XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算14剪力44101235540-772-4284720弯矩-40900-13000-500001600025200-70100轴力4460-39502700-2590-20102520剪力40101235150-785-271415070弯矩-29600-11700-382001520024700-57800轴力4460-39402690-2480-11202300剪力36101234660-8381250348075弯矩-16600-10400-250001440025800-44300轴力4460-39302650-1640-7752010剪力31101234230-908-185289080弯矩-6210-9240-148001630027200-34000轴力4460-39202570-1400-369715剪力27101233800-1070-184204085弯矩2750-8140-62801700028300-26200轴力4460-39102460-1160131299剪力23101233400-12301160160090弯矩10500-73008291700029500-20000轴力4460-38902310-891701-250剪力18101233010-1470-387116095弯矩16700-650065001700030200-15200轴力4460-38802130-6291430-1060剪力14101232640-1700895701100弯矩21600-5850110001590030600-11900轴力4460-38701930-3652900-2310剪力9131232300-2010983192105弯矩25000-5190142001470031400-10400轴力4460-38701820-2442920-2320剪力7141232140-2150744187108弯矩26200-5000155001350031700-101002.3 温度作用荷载计算桥梁结构处于自然环境中，受到大气温度作用的影响。温度作用指因温度的XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算15变化而引起的结构变形和附加力。温度的变化可分为均匀温度变化和梯度温度两种情况。前者表示结构整体在一年中的温度变化；后者表示结构上不同点或不同材料之间的温度差异。2.3.1 梯度温度作用效应计算原理 1根据条例 4.3.106相关规定，计算桥梁由于梯度温度引起的效应时不计横向梯度作用，可采用下图 2.13 竖向梯度温度所示的曲线，桥面铺装按 100mm 沥青混凝土铺装层计算，其桥面板表面的最高温度为 14, 为 5.5。1T2T对于混凝土结构当大于 400mm 时，A300mm。竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。日照温差 日照反温差 l =0m, =14 l =0m, = -71T1Tl =0.1m, =5.5 l =0.1m, = -2.75 2T2Tl =0.2m, =3.7 l =0.2m, = -1.85 3T3Tl =0.3m, =1.83 l =0.3m, = -0.924T4Tl =0.4m, =0 l =0.4m, = 0 5T5T计算 图 2.13 竖向梯度温度2由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结构一半代表单元，见表 2.3： 表 2.3 温度梯度作用效应计算结果温度梯度截面升温温度梯度截面降温单元号轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)1400000017020424500-102-122022020430600-102-153027020438400-102-192032020445500-102-228037020452700-102-264042020459800-102-2990温度梯度截面升温温度梯度截面降温单元号轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)47020467000-102-3350XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算1652020474100-102-371055020481300-102-407061020486800-102-434067020499100-102-49607031205830-1560-29207531205810-1560-29108031205700-1560-28508531205670-1560-28409031205610-1560-28109531205570-1560-279010031205530-1560-277010531205500-1560-275010831205480-1560-27402.3.2 均匀温度作用效应均匀温度的取值，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定；均匀温度变化值，应自结构合拢时的温度算起。根据条例4.3.107的相关规定湖北地区属于温热地区，最高和最低月平均气温分别为 34和-3，则结构合拢时的温度为 16，结构最大温升 18，最大温降-19。由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结构一半代表单元，见表 2.4：表 2.4 系统温度作用效应计算结果系统升温系统降温单元号轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)100000014010212100-107-128017010215200-107-160022010219000-107-201027010222600-107-239032010226200-107-2760系统升温系统降温单元号轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)37 0 102 2970 0 -107 -3140 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 2 荷载内力计算1742 0 102 3330 0 -107 -3510 47 0 102 3680 0 -107 -3890 52 0 102 4040 0 -107 -4260 55 0 102 4310 0 -107 -4550 61 0 102 4920 0 -107 -5190 67 744 0 -1500 -786 0 1580 70 744 0 -1680 -786 0 1780 75 744 0 -1860 -786 0 1970 80 744 0 -2020 -786 0 2130 85 744 0 -2170 -786 0 2290 90 744 0 -2270 -786 0 2390 95 744 0 -2360 -786 0 2490 100 744 0 -2420 -786 0 2560 105 744 0 -2470 -786 0 2610 108 744 0 -2480 -786 0 2620 XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计183 预应力钢束设计3.1 估算预应力钢束根据 P2314配筋计算要求，预应力梁应满足弹性阶段的应力要求和塑性阶段的强度要求。因此，预应力筋的数量可以从满足这几方面的要求来考虑8：3.1.1 计算原理预应力梁在预加应力和使用荷载作用下的应力状态应满足的条件是： 上缘应力： y 上Mg/W上 y 上+ Mg/W上+ Mp/W上0.5Rba 下缘应力： y下Mg/W下+ Mp/W下y下- Mg/W下0.5Rba一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为方便计算，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件。当预拉区配置受力的非预应力钢筋时，容许截面出现少许拉应力，但在估算钢束数量时，依然假设 RL 等于零。由预应力钢束所产生的截面上缘应力 y 上和截面下缘应力 y 下分以下三种情况讨论：截面上、下缘均布置力筋 N上和 N 下以抵抗正负弯矩，由力筋 N上和 N下在1截面上下缘产生的应力分别为：y 上=+-AN上上上上WeNAN下上下下WeNy 下=-+AN上下上上WeNAN下下下下WeN可得到上缘和下缘预应力筋的数目:n上=Mmax(e下-K下)-Mmin(K上+e下)/(K上+K下)(e上+e下)1/faan下=Mmax(e下+K下)+Mmin(K上-e下)/(K上+K下)(e上+e下)1/faa当截面只在下缘布置预应力筋 N下以抵抗正弯矩时,当由上缘不出现拉应2力控制时:由 N下/A-N下e下/W上=-Mmin/W上得到:n下=Mmin/(e下-K下) faa当由下缘不出现拉应力控制时,由 N下/A+N下e下/W上=-Mmin/W上得到:n下=Mmax/(e下+K上) faa当截面只在上缘不出现拉应力控制时,由 N 上以抵抗负弯矩时分两种情况3考虑:XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计19当由上缘不出现拉应力控制时,由 N上/A+N上e上/W上=-Mmin/W上得到: n上=-Mmin/(e下+K上) faa当由下缘不出现拉应力控制时,由 N上/A-N上e上/W下=Wmax/W下得到:n 上=Mmax/(K上-e上) faa3.1.2 毛截面几何特性截面的毛截面几何特性可直接由桥梁博士软件中查得，见表 3.1：表 3.1 截面的毛截面几何特性截面号梁高(m)面积A(m2)惯性矩I0(m4)中轴到梁顶Y上（m）中轴到梁底Y下(m)上翼缘抗弯模量W上(m3)下翼缘抗弯模量W下(m3)11.5911.663.430.670.925.143.7251.5911.663.430.670.925.143.7281.5911.663.430.670.925.143.72151.5911.663.430.670.925.143.72181.5911.663.430.670.925.143.72231.6512.193.970.710.945.584.23281.7512.644.780.770.986.234.87331.9013.186.100.851.057.215.78382.0813.677.850.931.158.416.84432.2914.2910.281.041.259.878.24482.5514.9913.791.181.3711.7110.05532.8415.6418.321.321.5213.8412.08563.1216.3723.571.481.6415.9614.35623.6917.2435.621.751.9420.3918.33683.1816.4624.711.511.6716.4114.76712.8915.7319.151.351.5414.2212.41762.6015.0814.501.201.4012.0810.36812.3414.3710.861.061.2810.218.51862.1213.738.250.951.178.687.05911.9313.246.350.861.077.415.93961.7912.825.120.791.006.495.121011.6812.224.170.720.965.754.36截面号梁高面积惯性矩 中轴到梁顶中轴到梁底 上翼缘抗弯模量 下翼缘抗弯模量XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计20(m)A(m2)I0(m4)Y上（m）Y下(m)W上(m3)W下(m3)1061.6111.703.550.680.945.263.801091.5911.663.430.670.925.143.723.1.3 预应力钢束的估计本设计主梁顶板预应力钢束采用 270K 级高强低松弛钢绞线，顶板预应力钢束均采用 a=22-15.24 钢绞线，每束预应力钢筋面积：Ay =2214010-j6=0.00308 m2；边跨和中跨底板预应力钢束均采用 b=15-15.24 钢绞线，Ay j=1514010-6=0.0021m2；有效预应力y=0.751860=1395MPa;混凝土抗压标准强度为 32.4MPa。根据以上的公式经计算，将计算结果汇总于表中，比较各截面所需的钢束数，结合施工及钢束的布置构造情况，选定该截面所用的钢束数：表 3.2 预应力钢束的估算表截面号荷载组合最大弯矩 Mmax(kNm)荷载组合最小弯矩 Mmin(kNm)钢绞线公称面积fy(m2)有效预应力y(MPa)截面上核心半径k上=W下/A截面下核心半径k下=W上/A上缘估算数目N上下缘估算数目N下1000.00014013950.3190.4410523500110000.00014013950.3190.4417841700196000.00014013950.3190.441131863400230000.00014013950.3190.441202357100155000.00014013950.3470.45818284400034600.00014013950.3850.4932133324200-134000.00014013950.4390.54748382460-353000.00014013950.5010.6156343-24600-723000.00014013950.5760.6901048-55300-1150000.00014013950.6710.7811453-92200-1660000.00014013950.7730.8851756-128000-2170000.00014013950.8760.9752062-208000-3390000.00014013951.0631.1832668-128000-2220000.00014013950.8970.9972071-94100-1740000.00014013950.7890.9041776-58900-1240000.00014013950.6870.80114XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计21截面号荷载组合最大弯矩 Mmax(kNm)荷载组合最小弯矩 Mmin(kNm)钢绞线公称面积fy(m2)有效预应力y(MPa)截面上核心半径k上=W下/A截面下核心半径k下=W上/A上缘估算数目N上下缘估算数目N下81-28300-827000.00014013950.5920.7101186-3500-497000.00014013950.5130.632829116100-235000.00014013950.4480.559569631800-53500.00014013950.3990.5063101014240055300.00014013950.3570.47111310647800107000.00014013950.3250.45011610948200115000.00014013950.3190.441163.2 预应力钢束的布置3.2.1 预应力钢束布置原则当预应力筋要分层布置时，顶板的长束布置在上层，短束布置在下层，1底板长束布置在下层，短束布置在上层。纵向预应力钢束为结构的主要受力钢筋，为了设计和施工的方便，进行2对称布束，锚头布置尽量靠近压应力区。当力筋数量较多时可分层布置，一般来说，先锚固下层力筋，后锚固上3层力筋。钢束在横断面中布置时应尽量均匀布置，避免因局部预应力过于集中而4产生翘曲和畸变。根据施工规范规定，张拉完毕后 14 天内必须压浆，钢束宜张拉一批压浆5一批，待压浆强度达到 90以上时，才可以进行下一批张拉。本桥中采用预埋塑料波纹管，根据第 9.1.1 条7规定,后张法构件预应6力直线形钢筋的最小混凝土保护层厚度不应小于其管道直径的 1/2。根据第9.3.4 条7规定，各主钢筋间横向净距和层与层之间的竖向净距，当钢筋为三层及以下时，不应小于 30mm，并不小于钢筋直径；当钢筋为三层以上时，不应小于40mm，并不小于钢筋直径的 1.25 倍。对于束筋，此处直径采用等代直径。同时，后张法预应力构件的曲线预应力钢筋的曲率半径钢绞线不应小于 4m 。3.2.2 预应力钢束的布置全桥的预应力钢束布置情况见表 3.3：XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计22表 3.3 预应力钢束布置上部钢束下部钢束截面号a=22b=15128521482201522018220234182861433883810443140481605320056230622906823071200761608114086102918696610101413106216109216选取 28、62、109 三个断面，画出钢束布置图，其余不再赘述。XXXXXXXX 本科生毕业设计 3 预应力刚束设计23图 3.1 28 号截面 图 3.2 109 号截面图 3.3 62 号截面XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算244 预应力损失及有效预应力计算根据第 6.2.1 条9规定，在按正常使用极限状态设计时，应计算以下各项预应力损失值：预应力钢筋与管道之间摩擦 11l锚具变形、钢筋回缩及接缝压缩 22l预应力钢筋与台座之间的温差 l33混凝土的弹性压缩 44l预应力筋的应力松弛 55l混凝土的收缩与徐变 66l此外，尚因考虑预应力钢筋与锚圈口之间的摩擦、台座的弹性变形等因素引起的其他预应力损失。由于时间和篇幅的关系，本毕业设计仅对 Z1#钢束进行计算，其他钢束以此为例。Z1#钢束为中跨底板预应力钢束，其损失阶段为中跨合拢阶段(32#施工阶段)、桥面铺装阶段（33#施工阶段）和徐变阶段（34#施工阶段） 。4.1 预应力损失的计算 根据第 5.2.1 条9规定：构件在预加应力时，预应力钢绞线的锚下控制应力符合 k0.75Ryb。即：k=0.751860=1395MPa。预应力损失包括：摩阻损失、锚具变形及钢筋回缩、混凝土的弹性压缩、预应力筋的应力松弛、混凝土的收缩与徐变等 5 项。4.1.1 摩阻损失根据第 6.2.2 条9规定:钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失可按下式计算： (4-1)1 )(1kxconlecon张拉钢筋时锚下的控制应力（=0.75） ；pkf预应力钢筋与管道壁的摩擦系数，对金属波纹管，取 0.15；从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以 rad 计；k管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取 0.0015；x从张拉端至计算截面的管道长度,可近似地取该段管道在构件纵轴上的投影长度（米） 。Z1#钢束阶段摩阻应力损失见表 4.1：XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算25表 4.1 Z1#钢束阶段摩阻应力损失点号32#施工阶段应力损失33#施工阶段应力损失34#施工阶段应力损失合计损失10.00 0.00 0.00 0.00 2-2.36 0.00 0.00 -2.36 3-4.71 0.00 0.00 -4.71 4-33.50 0.00 0.00 -33.50 5-36.60 0.00 0.00 -36.60 6-38.90 0.00 0.00 -38.90 7-64.90 0.00 0.00 -64.90 8-67.20 0.00 0.00 -67.20 9-72.10 0.00 0.00 -72.10 10-77.40 0.00 0.00 -77.40 11-83.00 0.00 0.00 -83.00 12-83.70 0.00 0.00 -83.70 13-84.80 0.00 0.00 -84.80 14-87.20 0.00 0.00 -87.20 15-93.70 0.00 0.00 -93.70 16-99.60 0.00 0.00 -99.60 17-93.70 0.00 0.00 -93.70 18-87.20 0.00 0.00 -87.20 19-84.80 0.00 0.00 -84.80 20-83.70 0.00 0.00 -83.70 21-83.00 0.00 0.00 -83.00 22-77.40 0.00 0.00 -77.40 23-72.10 0.00 0.00 -72.10 24-67.20 0.00 0.00 -67.20 25-64.90 0.00 0.00 -64.90 26-38.90 0.00 0.00 -38.90 27-36.60 0.00 0.00 -36.60 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算2628-33.50 0.00 0.00 -33.50 点号32#施工阶段应力损失33#施工阶段应力损失34#施工阶段应力损失合计损失29-4.71 0.00 0.00 -4.71 30-2.36 0.00 0.00 -2.36 310.00 0.00 0.00 0.00 4.1.2 锚具变形损失由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失，可按下式计算： (4-2)PlEll2l 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值；统一取 6mm.L预应力钢筋的有效长度；EP预应力钢筋的弹性模量。取 1.95105MPa。Z1#钢束阶段锚具变形应力损失见表 4.2：表 4.2 Z1#钢束阶段锚具变形应力损失点号32#施工阶段应力损失 33#施工阶段应力损失 34#施工阶段应力损失 合计损失1-255.00 0.000.00-255.00 2-251.00 0.000.00-251.00 3-246.00 0.000.00-246.00 4-188.00 0.000.00-188.00 5-182.00 0.000.00-182.00 6-178.00 0.000.00-178.00 7-125.00 0.000.00-125.00 8-121.00 0.000.00-121.00 9-111.00 0.000.00-111.00 10-101.00 0.000.00-101.00 11-89.30 0.000.00-89.30 12-87.80 0.000.00-87.80 13-85.60 0.000.00-85.60 14-80.80 0.000.00-80.80 15-67.90 0.000.00-67.90 16-56.00 0.000.00-56.00 17-67.90 0.000.00-67.90 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算2718-80.80 0.000.00-80.80 点号32#施工阶段应力损失 33#施工阶段应力损失 34#施工阶段应力损失 合计损失19-85.60 0.000.00-85.60 20-87.80 0.000.00-87.80 21-89.30 0.000.00-89.30 22-101.00 0.000.00-101.00 23-111.00 0.000.00-111.00 24-121.00 0.000.00-121.00 25-125.00 0.000.00-125.00 26-178.00 0.000.00-178.00 27-182.00 0.000.00-182.00 28-188.00 0.000.00-188.00 29-246.00 0.000.00-246.00 30-251.00 0.000.00-251.00 31-255.00 0.000.00-255.00 4.1.3 混凝土的弹性压缩后张预应力砼构件的预应力钢筋采用分批张拉时，先张拉的钢筋由于张拉后批钢筋所产生的砼弹性压缩引起的应力损失，可按下式计算： (4-3)pcEPl4在先张拉钢筋重心处，由后张拉各批钢筋而产生的混凝土法向应pc力； 预应力钢筋与混凝土弹性模量比。EP若逐一计算的值则甚为繁琐，可采用下列近似计算公式：pc (4-4)PCEPlNN214N计算截面的分批张拉的钢束批数.钢束重心处混凝土法向应力： (4-5) nnnnnpnPPCyIMyIeNAN1式中 M1为自重弯矩。注意此时计算 Np时应考虑摩阻损失、锚具变形及钢筋回缩的影响。预1l2l应力损失产生时，预应力孔道还没压浆，截面特性取静截面特性（即扣除孔道部他的影响） 。Z1#钢束阶段混凝土的弹性压缩应力损失见表 4.3：XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算28表 4.3 Z1#钢束阶段混凝土的弹性压缩应力损失点号32#施工阶段应力损失33#施工阶段应力损失34#施工阶段应力损失合计损失1-13.502.070.00-11.432-18.603.040.00-15.563-20.204.010.00-16.194-21.505.010.00-16.495-22.405.720.00-16.686-23.106.470.00-16.637-23.607.030.00-16.578-30.107.720.00-22.389-32.208.220.00-23.9810-32.508.500.00-24.0011-32.708.780.00-23.9212-32.808.980.00-23.8213-32.709.150.00-23.5514-32.709.310.00-23.3915-32.809.380.00-23.4216-32.909.480.00-23.4217-32.809.380.00-23.4218-32.709.310.00-23.3919-32.709.150.00-23.5520-32.808.970.00-23.8321-32.708.780.00-23.9222-32.508.500.00-24.0023-32.208.220.00-23.9824-30.107.720.00-22.3825-23.607.030.00-16.5726-23.106.470.00-16.6327-22.405.720.00-16.6828-21.505.010.00-16.49XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算2929-20.204.010.00-16.19点号32#施工阶段应力损失33#施工阶段应力损失34#施工阶段应力损失合计损失30-18.603.040.00-15.5631-13.502.070.00-11.434.1.4 钢束松弛损失根据第 6.2.6 条7的规定，可按下列公式计算。对于预应力钢丝、钢绞线，本设计中采用以下公式：=（MPa） （4-6）5lpepkpef)26. 052. 0(式中：张拉系数，一次张拉时，=1.0；超张拉时，=0.9；钢筋松弛系数，I 级松弛（普通松弛） ，=1.0；II 级松弛（低松弛） ，=0.3；传力锚固时的钢筋应力，对后张法构件 =-；对先pepecon1l2l4l张法构件，=-。pecon2lZ1#钢束阶段松弛应力损失表 4.4：表 4.4 Z1#钢束阶段松弛应力损失点号32#施工阶段应力损失 33#施工阶段应力损失 34#施工阶段应力损失合计损失1-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 2-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 3-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 4-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 5-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 6-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 7-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 8-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 9-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 10-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 11-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 12-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 13-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 14-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算3015-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 点号32#施工阶段应力损失 33#施工阶段应力损失 34#施工阶段应力损失合计损失16-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 17-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 18-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 19-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 20-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 21-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 22-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 23-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 24-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 25-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 26-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 27-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 28-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 29-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 30-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 31-23.40 -2.29 -9.18 -34.87 4.1.5 收缩徐变损失由混凝土收缩和徐变引起的预应力钢筋应力损失6l （4-pspcEPcsplttttEt151),),( 9 . 0)(006（7） （4-pspcEPcsplttttEt006151),),( 9 . 0)(（8） （4-AAAspAAAsp9） （4-221ieps22 ,1ieps10）XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算31式中：、构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由混凝土收)(6tl)(6tl缩、徐变引起的预应力损失；、构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由预习应力产生的混凝pcpc土法向应力； 截面回转半径，后张法采用净截面特性iAIi/2、构件受拉区、受压区纵向普通钢筋截面重心至构件截面重心的距2 pse2pse离；预应力钢筋传力锚固龄期为，计算考虑的龄期为 t 时的混凝土收),(0ttcs0t缩、徐变，其终极值可按表 6.2.77取用；加载龄期为，计算考虑的龄期为 t 时的徐变系数，可按表),0tt（0t6.2.77取用.Z1#钢束阶段收缩徐变损失见表 4.5：表 4.5 Z1#钢束阶段收缩徐变损失点号32#施工阶段应力损失33#施工阶段应力损失34#施工阶段应力损失合计损失1-4.63-0.39-37.70-42.722-6.38-0.47-40.80-47.653-6.84-0.34-40.40-47.584-7.17-0.21-39.50-46.885-7.34-0.09-38.70-46.136-7.530.03-37.90-45.407-7.410.08-37.40-44.738-9.45-0.02-42.30-51.779-10.200.04-43.30-53.4610-10.300.10-43.10-53.3011-10.200.17-42.80-52.8312-10.000.19-42.60-52.4213-10.100.21-44.10-53.9914-12.600.21-48.90-61.2915-12.600.25-48.70-61.0516-12.600.24-48.80-61.1617-12.600.24-48.80-61.16XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算3218-12.600.21-49.00-61.3919-10.100.21-44.20-54.1020-10.100.18-42.80-52.7221-10.300.16-43.00-53.1422-10.300.09-43.30-53.5123-10.200.03-43.60-53.77点号32#施工阶段应力损失33#施工阶段应力损失34#施工阶段应力损失合计损失24-9.52-0.03-42.60-52.1525-7.470.06-37.70-45.1126-7.600.01-38.20-45.7927-7.41-0.11-39.00-46.5228-7.24-0.22-39.80-47.2629-6.91-0.36-40.70-47.9730-6.44-0.48-41.00-47.9231-4.67-0.40-37.90-42.974.2 有效预应力计算将以上计算的各截面各项预应力损失值汇下表中，于是各阶段预应力筋中的有效预应力可确定如下： 使用阶段扣除全部损失的有效预应力:1 （4-11）)(654211lllllcony张拉锚固阶段的有效预应力:2 （4-12）)(4212lllcony使用阶段，扣除混凝土收缩和徐变外的应力损失后的有效预应力(计算混3凝土预压应力时用): （4-13）)(54213llllconyZ1#钢束预应力损失及有效预应力计算汇总见表 4.6：表 4.6 Z1#钢束预应力损失及有效预应力（单位：MPa）预应力损失有效预应力点号l1l2l4l5l6y1y2y310.00 -255.00 -11.43 -34.87 -42.72 1093.70 1128.57 1093.70 2-2.36 -251.00 -15.56 -34.87 -47.65 1091.21 1126.08 1091.21 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算333-4.71 -246.00 -16.19 -34.87 -47.58 1093.23 1128.10 1093.23 4-33.50 -188.00 -16.49 -34.87 -46.88 1122.14 1157.01 1122.14 5-36.60 -182.00 -16.68 -34.87 -46.13 1124.85 1159.72 1124.85 6-38.90 -178.00 -16.63 -34.87 -45.40 1126.60 1161.47 1126.60 7-64.90 -125.00 -16.57 -34.87 -44.73 1153.66 1188.53 1153.66 8-67.20 -121.00 -22.38 -34.87 -51.77 1149.55 1184.42 1149.55 预应力损失有效预应力点号l1l2l4l5l6y1y2y39-72.10 -111.00-23.98 -34.87 -53.46 1153.05 1187.92 1153.05 10-77.40 -101.00 -24.00 -34.87 -53.30 1157.73 1192.60 1157.73 11-83.00 -89.30 -23.92 -34.87 -52.83 1163.91 1198.78 1163.91 12-83.70 -87.80 -23.82 -34.87 -52.42 1164.81 1199.68 1164.81 13-84.80 -85.60 -23.55 -34.87 -53.99 1166.18 1201.05 1166.18 14-87.20 -80.80 -23.39 -34.87 -61.29 1168.74 1203.61 1168.74 15-93.70 -67.90 -23.42 -34.87 -61.05 1175.11 1209.98 1175.11 16-99.60 -56.00 -23.42 -34.87 -61.16 1181.11 1215.98 1181.11 17-93.70 -67.90 -23.42 -34.87 -61.16 1175.11 1209.98 1175.11 18-87.20 -80.80 -23.39 -34.87 -61.39 1168.74 1203.61 1168.74 19-84.80 -85.60 -23.55 -34.87 -54.10 1166.18 1201.05 1166.18 20-83.70 -87.80 -23.83 -34.87 -52.72 1164.80 1199.67 1164.80 21-83.00 -89.30 -23.92 -34.87 -53.14 1163.91 1198.78 1163.91 22-77.40 -101.00 -24.00 -34.87 -53.51 1157.73 1192.60 1157.73 23-72.10 -111.00 -23.98 -34.87 -53.77 1153.05 1187.92 1153.05 24-67.20 -121.00 -22.38 -34.87 -52.15 1149.55 1184.42 1149.55 25-64.90 -125.00 -16.57 -34.87 -45.11 1153.66 1188.53 1153.66 26-38.90 -178.00 -16.63 -34.87 -45.79 1126.60 1161.47 1126.60 27-36.60 -182.00 -16.68 -34.87 -46.52 1124.85 1159.72 1124.85 28-33.50 -188.00 -16.49 -34.87 -47.26 1122.14 1157.01 1122.14 29-4.71 -246.00 -16.19 -34.87 -47.97 1093.23 1128.10 1093.23 30-2.36 -251.00 -15.56 -34.87 -47.92 1091.21 1126.08 1091.21 310.00 -255.00 -11.43 -34.87 -42.97 1093.70 1128.57 1093.70 XXXXXXXXX 本科生毕业设计 4 预应力损失及有效预应力计算34XXXXXXXX 本科生毕业设计 5 次内力计算355 次内力计算次内力是指超静定结构在各种内外因素影响下，结构因受到强迫的挠曲变形或轴向伸缩变形，在结构多余约束处产生多余的约束力，从而引起结构的附加内力。这一部分内力也成为结构的二次内力。引起结构次内力的因素通常可分为内因和外因，前者包括混凝土的收缩和徐变；后者则包括温度变化，预加力和墩台基础沉降。5.1 徐变次内力对于超静定结构，由于冗力的存在，混凝土徐变受到多余约束的制约，从而引起徐变次内力，徐变次内力的存在使结构的内力重分布。从实际情况而言，徐变次内力是由于体系转换（即从静定结构到超静定结构）而产生的。由于徐变理论的复杂性和计算方法不完善，一般利用电算来完成计算，本设计由桥梁博士分析，计算结果只取结构一半代表单元，见表 5.1：表 5.1 徐变次内力截面号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）1000150182271801827923018340280184023301846338018524430185854801864753018708560187606278-1411306878-1410107178-149517678-148858178-14819XXXXXXXX 本科生毕业设计 5 次内力计算36截面号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）8678-147569178-146959678-1463810178-1458210678-1452710978-145065.2 收缩次内力混凝土的收缩会引起一定的次内力。在连续刚构桥中，由于墩梁固接，所以会产生收缩次内力，混凝土收缩影响可作为温度的额外降低来考虑。利用桥梁博士分析，计算结果只取结构一半代表单元，见表 5.2：表 5.2 收缩次内力截面号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）100.000150-72.80-943180-72.80-1160230-72.80-1420280-72.80-1670330-72.80-1930380-72.80-2180430-72.80-2430480-72.80-2690530-72.80-2940560-72.80-316062-495-0.1870968-495-0.1891671-495-0.18104076-495-0.18114081-495-0.18124086-495-0.181330XXXXXXXX 本科生毕业设计 5 次内力计算37截面号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）91-495-0.18141096-495-0.181460101-495-0.181500106-495-0.181530109-495-0.1815305.3 预应力次内力静定结构中预应力不会产生次内力，超静定结构中由于多余约束的存在，引起了附加的次内力，预应力次内力产生的弯距叫做二次力矩。利用桥梁博士分析，计算结果只取结构一半代表单元，见表 5.3：表 5.3 预应力次内力节点号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）100015-2550-67160018-2880-114153023-3040-108128028-2620-7777133-2430-11023038-2240-147-54943-1970-82-134048-2200-144-160053-2420-113-222056-3040-214-296062-2690-81-371068-2580-75-315071-2230-59-232076-1800-44-169081-1950-16-137086-187024-51891-2020-125796-21302548XXXXXXXX 本科生毕业设计 5 次内力计算38节点号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）101-2180118949106-2190-291360109-2290-3914105.4 支座不均匀沉降次内力支座沉降部分瞬时发生，部分长期发展。支座沉降使结构发生体系转换，又引起徐变次内力，而混凝土徐变起到了减轻支座沉降影响的作用。本设计假定其无水平位移和转角，在边跨支座处竖向向下位移为 0.005m，在主跨支座处的竖向向下位移为 0.005m，利用桥梁博士分析，计算结果只取结构一半代表单元，见表5.4：表 5.4 支座不均匀沉降次内力单元号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）1000140-36-428170-36-535220-36-672270-36-797320-36-922370-36-1050420-36-1170470-36-1300520-36-1420550-36-1520610-36-173067-5121-76870-5121-69475-5121-60380-5121-52085-5121-43990-5121-36095-5121-282XXXXXXXX 本科生毕业设计 5 次内力计算39单元号轴力（KN）剪力（KN）弯距（KN.m）100-5121-205105-5121-130108-5121-94XXXXXXXX 本科生毕业设计 6 内力组合406 内力组合公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。根据第4.1.1 条6规定：将作用分为永久作用、可变作用和偶然作用。永久作用是指在结构使用期内，其值随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用，具体包括一、二期恒载、预加力、混凝土徐变收缩影响力及墩台沉降影响力等。可变作用是指在结构使用期内，其值随时间变化，或其变化与平均值相比不可忽略的作用，按其对桥梁结构的影响程度，又分为基本可变作用和其他可变作用。基本可变作用包括汽车、人群、汽车冲击力及离心力等；其他可变作用包括风力、汽车制动力、温度影响力及支座摩阻力等。偶然作用是指在结构使用期内不一定出现，其值很大，且持续时间很短的作用，具体可包括地震力作用和船只或漂流物的撞击力。6.1 承载能力极限状态下的效应组合根据第 4.1.6 条6规定：公路桥涵按承载能力极限状态设计时，应该采用以下两种作用效应组合：6.1.1 基本组合永久作用的设计值效应与可变作用设计值作用的效应相组合，其效应组合表达式为： （6-)(21100QjkQjnjcQikQGikGimiudSSSS1） 或者 （6-)(2100QjdnjcQldGidmiudSSSS2）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；0结构重要性系数；Gi第 i 个永久作用效应的分项系数；SGik, SGid第 i 个永久作用效应的标准值和设计值；XXXXXXXX 本科生毕业设计 6 内力组合41Ql汽车荷载效应的分项系数，这里取 1.4；SGlk SGld汽车荷载效应的设计值和标准值；Qj在作用效应组合中除汽车活载、风荷载的其他第 j 个可变荷载分项系数；取 1.4，风荷载分项系数取 1.1； SGjk, SGjd在作用效应组合中除汽车活载、风荷载的其他第 j 个可变作用效应的标准值和设计值；c在作用效应组合中除汽车活载的其他可变作用效应的组合系数，当永久荷载、汽车荷载和人群效应组合时，人群荷载的组合系数取c=0.8，当除汽车荷载外尚有其他两种可变作用参与组合时c=0.70，尚有其他三种可变作用参与组合时c=0.60，尚有其他四种可变作用参与组合时c=0.50。6.1.2 偶然组合永久作用标准值与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用分项系数取 1.0。与偶然作用同时出现的作用可根据有关工程规范确定。表 6.1 承载能力极限状态效应组合截面号最大弯矩（KN.m）最小弯矩（KN.m）1001513500-196001818500-176002318400-202002813700-29500332190-4350038-14300-6360043-36100-9100048-63300-12700053-96100-17300056-128000-21900062-198000-32700068-135000-23000071-101000-18100076-63300-13400081-32600-9270086-7830-59700XXXXXXXX 本科生毕业设计 6 内力组合429111800-336009626200-14300截面号最大弯矩（KN.m）最小弯矩（KN.m）10136700-3190106421002160109425002970根据表 6.1 画出承载能力极限状态下弯矩包络图：见图:6.1图 6.1 承载能力极限状态弯矩效应组合(取半结构)6.2 正常使用极限状态下的效应组合根据第 4.1.7 条 6规定：公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：6.2.1 作用短期效应组合永久作用标准值效应与可变作用频率值效应相组合，其效应组合表达式为： （6-111mnsdGikjQjkijSSS3）式中：作用短期效应组合设计值；sdS第个可变作用效应的频率值系数，汽车荷载（不计冲击力）1jj=0.7，1人群荷载=1.0，风荷载=0.75，温度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；1111XXXXXXXX 本科生毕业设计 6 内力组合43第个可变作用效应的频率值。1jQjkSj6.2.2 作用长期效应组合永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为： （6-211mnldGikjQjkijSSS4）式中：作用长期效应组合设计值；ldS第个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）2 jj=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2222=1.0；2第个可变作用效应的准永久值。2 jQjkSj此外，对于正常使用极限状态还应考虑作用标准效应组合，现将正常使用极限状态下控制截面的效应组合值列于表 6.2 中：表 6.2 正常使用极限状态效应组合组合一（短期）（KN.m）组合一（标准）（KN.m）组合二（长期）（KN.m）节点号最大弯矩最小弯矩最大弯矩最小弯矩最大弯矩最小弯矩10 0 0 0 0 0 1515800 -8120 20300 -9310 10100 -7060 1818300 -8690 23100 -10200 12200 -7360 2320400 -8960 25200 -10800 14400 -7320 2821400 -10200 26100 -12400 15800 -8310 3321000 -12700 25400 -15100 16300 -10400 3824800 -11100 28900 -14000 21000 -8530 4324900 -14200 28700 -17500 22000 -10700 489910 -33300 13200 -37600 7740 -28400 53238 -49200 3120 -55000 -1180 -42000 56-8120 -64000 -5530 -71400 -9010 -54500 62-49000 -115000 -45400 -126000 -52700 -96700 68-14900 -66500 -11700 -74600 -18200 -54300 XXXXXXXX 本科生毕业设计 6 内力组合44-4900020800-115000-9500-140000-120000-100000-80000-60000-40000-2000002000040000-4540025400-126000-11100-140000-120000-100000-80000-60000-40000-200000200004000071-7530 -53100 -4360 -59800 -10800 -43200 764380 -36400 7810 -41800 804 -29000 8119000 -18500 22800 -22700 15000 -13100 8618300 -17300 22300 -20700 14000 -13300 9121000 -12900 25200 -15700 16500 -10000 9622200 -10300 26500 -12600 17400 -8380 10121900 -9130 26400 -11000 17100 -7830 10620300 -10400 24800 -12100 15200 -9340 10920800 -9500 25400 -11100 15700 -8540 根据表 6.2 分别画出正常使用极限状态下不同状态的弯矩包络图：图 6.2 正常使用极限状态短期效应弯矩包络图(取半结构)（单位：KN.m）图 6.3 正常使用极限状态标准效应弯矩包络图(取半结构) （单位：KN.m）-5270015700-96700-8540-120000-100000-80000-60000-40000-2000002000040000XXXXXXXX 本科生毕业设计 6 内力组合45图 6.4 正常使用极限状态长期效应弯矩包络图(取半结构) （单位：KN.m）XXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算467 截面验算预应力混凝土梁从预加力开始到承载破坏，需经受预加应力、使用荷载作用、裂缝出现和破坏等四个受力阶段，为保证主梁受力可靠并予以控制，应对控制截面进行各个阶段的验算。验算中用到的计算内力值为第六章内力组合值。本章计算内容为：先进行施工阶段应力截面强度验算，再进行承载能力极限状态下的截面强度验算，最后进行正常使用极限状态下的截面应力验算。由于受篇幅和时间的关系，本章只针对墩顶截面（62#截面）进行验算，其他截面以此为例。7.1 施工阶段截面应力验算进行施工阶段正截面法向应力验算时，由预加力和荷载产生的法向应力可分别按照第6.1.5条7和第7.1.3条7进行计算。此时，预应力钢筋应扣除相应阶段的预应力损失，荷载采用施工荷载，截面性质按第6.1.4条7的规定采用。根据第7.2.87规定预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：压应力1 （7-70. 0cktccf1）其中在计算抗压容许应力时取用的施工阶段混凝土的抗压强度标准值按fck=0.8fck计。对于C50混凝土25.92MPa.拉应力21）当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.2的纵向钢筋；70. 0tktctf2）当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.4的纵向钢筋15. 1tktctf 3）当时，预拉区应配置的纵向钢筋配筋率按以上两者15. 170. 0tktcttkff直线内插取用。拉应力不应超过1.15。tcttkf程序针对计算结果验算截面的压应力和拉应力是否满足规范第7.2.8条的规定。详细结果见下表7.1、7.2。表7.1 62#截面在最大悬臂状态下荷载组合I应力验算结果点号应力最大压应力最大拉应力最大剪应力最小剪应力最大主压应力最大主拉应力法向正应力2.462.462.462.462.462.46竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.01（3.69剪应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0XXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算47主压应力2.462.462.462.462.462.46应力最大压应力最大拉应力最大剪应力最小剪应力最大主压应力最大主拉应力主拉应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.0）点号是否满足是是是是是是法向正应力4.334.334.334.334.334.33竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力2.142.142.142.142.142.14主压应力5.215.215.215.215.215.21主拉应力-0.876-0.876-0.876-0.876-0.876-0.876容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.02（2.77）是否满足是是是是是是法向正应力6.216.216.216.216.216.21竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力2.232.232.232.232.232.23主压应力6.936.936.936.936.936.93主拉应力-0.72-0.72-0.72-0.72-0.72-0.72容许值22.722.722.722.722.722.73（1.85）是否满足是是是是是是法向正应力8.088.088.088.088.088.08竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力2.092.092.092.092.092.09主压应力8.598.598.598.598.598.59主拉应力-0.507-0.507-0.507-0.507-0.507-0.507容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.04（0.922）是否满足是是是是是是法向正应力9.959.959.959.959.959.95竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0主压应力9.959.959.959.959.959.95主拉应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.05（0）是否满足是是是是是是表 7.2 62#截面在中跨合拢阶段荷载组合 I 应力验算结果点号应力最大压应力最大拉应力最大剪应力最小剪应力最大主压应力最大主拉应力法向正应力4.774.774.774.774.774.771竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0XXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算48剪应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0应力最大压应力最大拉应力最大剪应力最小剪应力最大主压应力最大主拉应力主压应力4.774.774.774.774.774.77主拉应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.0（3.69）点号是否满足是是是是是是法向正应力5.615.615.615.615.615.61竖向正应力0.00.00.00.00.00.0剪应力2.032.032.032.032.032.03主压应力6.276.276.276.276.276.27主拉应力-6.655-6.655-6.655-6.655-6.655-6.655容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.02（2.77）是否满足是是是是是是法向正应力6.466.466.466.466.466.46竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力2.122.122.122.122.122.12主压应力7.097.097.097.097.097.09主拉应力-0.633-0.633-0.633-0.633-0.633-0.633容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.03（1.85）是否满足是是是是是是法向正应力7.317.317.317.317.317.31竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力1.981.981.981.981.981.98主压应力7.817.817.817.817.817.81主拉应力-0.502-0.502-0.502-0.502-0.502-0.502容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.04（0.922）是否满足是是是是是是法向正应力8.158.158.158.158.158.15竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0主压应力8.158.158.158.158.158.15主拉应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0容许值22.7-3.05O.0O.0O.0O.05（0）是否满足是是是是是是7.2 承载能力极限截面强度验算在承载能力极限状态下，预应力混凝土梁沿着面和斜截面都有可能破坏，本设计只验算正截面的强度，斜截面强度忽略不计。XXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算49翼缘位于受压区的 T 形截面或 I 形截面受弯构件，箱形截面受弯构件的正截面承载能力可参照 T 形截面计算，由于本设计未考虑普通钢筋，故其正截面抗弯承载能力按下列规定进行计算时也不考虑普通钢筋的影响，所以有：当符合下列条件时：1 （7-pdpcdfffAf b h2）应以宽度为的矩形截面按下面公式计算正截面抗弯承载力：fb （7-00()2dcdxMf bx h3）混凝土受压区高度应按下式计算：x （7-pdpcdffAf b x4）截面受压区高度应符合下列要求： （7-0bxh5）当受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受压即（）为正时0pdpf （7-2xa6）当受压区仅配纵向普通钢筋或配普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受拉即（）为负时0pdpf （7-2sxa7）当不符合公式（7-2）的条件时，计算中应考虑截面腹板受压的作用，其2正截面抗弯承载力应按下列规定计算： （7-000()()()22fdcdffhxMfbx hbb hh8）式中：桥梁结构的重要性系数，按第 5.1.57条的规定采用，本设计为二级，0取XXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算50=1.0；0 弯矩组合设计值；dM 混凝土轴心抗压强度设计值，按表 3.1.47采用；cdf 纵向预应力钢筋的抗拉强度设计值，按表 3.2.3-27采用；pdf受拉区纵向预应力钢筋的截面面积；pA 矩形截面宽度或 T 形截面腹板宽度，本设计应为箱形截面腹板总宽度；b 截面有效高度，此处为截面全高；0h0hhah 、受拉区、受压区普通钢筋和预应力钢筋的合力点至受拉区边缘、受aa压区边缘的距离； 受压区普通钢筋合力点至受压区边缘的距离；sa T 形或 I 形截面受压翼缘厚度；fh T 形或 I 形截面受压翼缘的有效宽度，按第 4.2.2 条7的规定采用。fb表 7.3 62#截面在承载能力极限状态下验算结果组合类型内力最大轴力最小轴力最大弯矩最小弯矩Nj150219-16798Qj11300136001100017500Mj-204000-245000-189000-310000受力性质上拉受弯上拉受弯上拉受弯上拉受弯R-362000-362000-3680001是否满足是是是是I开裂弯矩 Mcr-340000-340000-340000-340000NjO.0O.0O.0O.0QjO.0O.0O.0O.0MjO.0O.0O.0O.0受力性质下拉受弯下拉受弯下拉受弯下拉受弯R15800158001580015800是否满足是是是是开裂弯矩 Mcr47300473004730047300NjO.0O.0O.0O.0QjO.0O.0O.0O.0MjO.0O.0O.0O.0受力性质下拉受弯下拉受弯下拉受弯下拉受弯R15800158001580015800是否满足是是是是开裂弯矩 Mcr47300473004730047300Nj130-2910-193-2590Qj11300114001090012900XXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算51Mj-204000-208000-186000-241000受力性质上拉受弯上拉受弯上拉受弯上拉受弯R-362000-362000-362000-362000是否满足是是是是开裂弯矩 Mcr-340000-340000-340000-340000NjO.0O.0O.0O.0QjO.0O.0O.0O.0MjO.0O.0O.0O.0受力性质下拉受弯下拉受弯下拉受弯下拉受弯R15800158001580015800是否满足是是是是开裂弯矩 Mcr47300473004730047300组合类型内力最大轴力最小轴力最大弯矩最小弯矩Nj-31-31-31-31Qj11300113001130011300Mj-203000-203000-203000-203000受力性质上拉受弯上拉受弯上拉受弯上拉受弯R-362000-362000-362000-362000是否满足是是是是开裂弯矩 Mcr-340000-340000-340000-3400007.3 正常使用阶段截面应力验算预应力混凝土连续梁在各个受力阶段均有其不同受力特点。从一开始施加预应力，其预应力钢筋和混凝土就开始处于高应力下。为保证构件在各个阶段的安全，除了要进行强度验算外，还必须对其使用阶段的应力情况分别进行验算。 正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求：全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下1 预制构件 （7-0.850stpc9） 分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件 （7-0.800stpc10）A 类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下2 （7-0.7stpctkf11） 但在荷载长期效应组合下 （7-0ltpcXXXXXXXX 本科生毕业设计 7 截面验算5212）表 7.4 62#截面在正常使用阶段下验算结果点号应力最大压应力最大拉应力最大剪应力最小剪应力最大主压应力最大主拉应力法向正应力3.121.893.073.073.121.85竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0主压应力3.121.893.073.073.121.85主拉应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0容许值16.2O.0O.0O.019.4-1.331（3.69）是否满足是是是是是是法向正应力4.854.214.314.844.74.3竖向正应力O.0O.0O.0O.0O.0O.0剪应力2.572.842.882.572.782.88主压应力5.965.645.755.955.995.75主拉应力-1.11-1.43-1.44-1.11-1.29-1.44容许值1.62O.0O.0O.019.4-1.332（2.77）是否满足是是是是是是
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