毕业设计计算书.pdf

牛鼻子洞桥毕业设计 第 1 页 共 61 页 1 设计说明 1 1 概述 牛鼻子洞大桥位于龙山洗洛至里耶公路 1 2 主要技术标准 1 2 1 设计荷载 公路 级 1 2 2 桥面组成 9m 1 2 3 通航要求 无通航要求 1 3 主要规范 1 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 2 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 3 公路工程技术标准 JTG B01 2003 4 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 5 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 6 城市桥梁设计规范 CJJ11 2011 1 4 桥型方案的比选 结合本项目特点 桥梁设计应充分贯彻 景观协调 降低造价 的理念 桥 型选择应结合本地区的自然条件和地质条件 在保护环境的基础上 开拓创新 牛鼻子洞桥毕业设计 第 2 页 共 61 页 使桥梁与周边环境融合在一起 按照 安全 适用 经济 美观和有利环境 的 原则进行设计 具体为 1 满足城市的防洪要求 2 满足桥梁设计洪水位要求 3 有利于沿江风光带 沿江两岸的开发与建设 4 在技术上可行在经济上合理 参考国内外大跨径桥梁修建的现状及发展趋势 结合本桥具体的方案选择原 则和技术标准 基于对本设计的桥位及设计要求的分析发现 大部分桥型都能 满足要求 可以考虑采用简支梁桥 连续梁桥和悬臂梁桥等 简支梁桥属于静定 结构 是建桥时间中受力和构造最简单的桥型 应用广泛 连续梁桥属于超静定 结构 因在荷载作用下支点截面产生负弯矩 跨越能力大 使用于桥基良好的 场合 悬臂梁桥属于静定结构 跨越能力比简支梁桥大 但逊于连续梁 并且因 行驶状况不良 目前较少采用 所以不在本次设计中考虑悬臂梁 1 4 1 方案比选 以桥梁结构的经济性 适用性 安全性 美观性和施工难易程度为考虑因素 综合考虑各设计方案的优缺点 从两个合理方案中比选一个最优方案 作为此次 的设计方案 最后选择方案一先简支后连续 T 梁作为本次的方案 方案一 30m 30m 30m 简支变连续 T 型梁桥 随着交通运输特别是高等级公路的迅速发展 对行车平顺舒适提出了更高的 要求 超静定结构连续梁桥以其结构刚度大 变形小 伸缩缝少和行车平稳舒适 等突出优点而得到了迅速的发展 连续梁内力的分布较合理 其刚度大 对活载 产生的动力影响较小 混凝土收缩徐变引起的变形也很小 连续梁超载时有可能 发生内力重分布 提高梁部结构的承载力 该方案选用简支 连续施工方法 其具有建桥速度快 工期短 模板支架少 等优点而应用广泛 T 形主梁是使用最普遍的结构形式 其优点是制造简单 整 体性好 接头施工也方便 同时做预应力结构适用跨径为 20m 50m 之间 符 合此设计跨径要求 牛鼻子洞桥毕业设计 第 3 页 共 61 页 图 1 桥梁孔径布置 单位 cm 本桥上部构造为 30m 30m 30m 变截面预应力混凝土连续 T 梁 图 2 主梁横截面图 单位 cm 方案二 30m 30m 30m 三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥 牛鼻子洞桥毕业设计 第 4 页 共 61 页 若连续梁的主梁采用变截面的形式 在恒载和活载的作用下 可以进一步降 低跨中的设计弯矩 从受力上讲 变截面连续梁桥更符合受力要求 高度变化基 本上与内力变化相适应 该方案选用悬臂施工法 悬臂施工简便 结构整体性好 可不断调整位置 施工速度快 上下部结构平行作业 施工过程中存在着体系转换 主梁采用箱形 截面 截面挖空率大 结构自重轻 且抗弯 抗扭刚度较大 图 3 总体布置图 单位 cm 图 4 主梁横截面图 单位 cm 牛鼻子洞桥毕业设计 第 5 页 共 61 页 方案三 40m 50m 矮塔斜拉桥 斜拉桥主要由主梁 索塔 斜拉索三大部分组成 斜拉桥中荷载传递路径为 斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上 将主梁的恒载和车辆荷载至索塔 再通 过索塔传至地基 因而主梁在斜拉索的各点支撑作用下 像多跨弹性支承的连续 梁一样 使弯矩值得以大大降低 这不但可以使主梁尺寸大大地减少 而且由于 结构自重显著减轻 即节省了结构材料 又能大幅度地增大桥梁的跨越能力 图 5 主桥立面布置图 单位 cm 图 6 主梁构造图 单位 cm 牛鼻子洞桥毕业设计 第 6 页 共 61 页 2 设计基本资料 2 1 设计标准 跨径303 m 施工方法为先简支后连续 荷载等级 公路 II 级 桥面净宽 0 5 8 0 5 9m 2 2 设计参数 混凝土 重力密度为 26 0kN m3 弹性模量为MPaEc 4 1045 3 沥青混凝土 重力密度 24 0kN m3 预应力钢筋 弹性模量MPaEp 5 1045 3 松弛率 0 035 松弛系数 0 15 锚具 锚具变形 钢筋回缩按 6mm 一端 计算 金属波纹管摩阻系数 0 25 偏差系数 K 0 0015 支座不均匀沉降 A 1cm 2 3 结构尺寸拟定 2 3 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 15 1 25 标准设 计中高跨比约在 1 18 1 19 当建筑高度不受限制时 增大梁高往往是较经济的 方案 因为增大梁高可以节省预应力钢束的用量 同时梁高加大一般只是腹板加 高 而混凝土用量增加不多 综合本桥情况 主梁高度采用 2000 牛鼻子洞桥毕业设计 第 7 页 共 61 页 2 3 2 主梁截面细部尺寸 T 梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求 还应考虑能否 满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求 本桥预制 T 梁的翼板厚度取用 160 翼板根部加厚到 500 可以抵抗翼缘根部较大的弯矩 在预应力混凝土梁中 腹板内主拉应力较小 腹板厚度一般由布置预制孔道的构造决定 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 本桥腹板厚度为 500 马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的 设计实践表明 马蹄面积占截面 总面积的 10 20 为合适 根据 公预规 9 4 9 条对钢束净距及预留管道构 造要求 拟定的主梁外形截面尺寸如下图所示 图 2 1 主梁跨中横断面图 单位 mm 边梁 牛鼻子洞桥毕业设计 第 8 页 共 61 页 中梁 图 2 2 T 梁横断面图 单位 mm 如上图所示 本设计主梁采用等高形式 横截面的 T 梁翼板厚度沿跨长不 变 梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力 也为布置锚具的 需要 在距梁端 1400mm 范围内将腹板加到与马蹄同宽 马蹄部分为配合钢筋 束弯起 而从四分点附近 第二道横隔梁处 开始向支点逐渐抬高 在马蹄抬高 的同时 腹板宽度也开始变化 牛鼻子洞桥毕业设计 第 9 页 共 61 页 3 毛截面几何特性计算 毛截面几何特性是结构内力 配束及变形计算的前提 由于梯形分块发是目 前各种桥梁电算软件最常用的方法 即节线法 所以在此采用该发计算截面性 3 1 计算原理 桥梁中的梯形 工字型截面以及箱型截面都可分为许多梯形 设其中任意梯 形如图 2 3 所所示 其上底 下底和高分别为 a b 和 h 他们的几何特性为 图 2 3 梯形截面示意图 面积 hbaA 2 1 3 1 截面形心轴面积 h ba ab yc 3 2 3 2 对形心轴的惯性矩 36 4 223 ba babah Ic 3 3 当 a 0 或 b 0 时 梯形变成了三角形 上述公式仍适用 如图 2 4 所示 的梯形截面计算方法如下 按梯形分块分成 5 个梯形块 共 6 条节线 每条 牛鼻子洞桥毕业设计 第 10 页 共 61 页 图节线距离截面底缘 x 轴的距离为 hi 节线宽度为 bi 第 i 个梯形分块 其 上底宽 a bi 1 下底宽 b bi 高 h hi 1 hi 代入几何特性计算公式可得 形心轴位置 3 2 1 1 1 ii ii ii ci hh bb bb y 3 4 对自身形心轴惯性距 36 4 1 2 1 2 1 3 1 ii iiiiii ci bb bbbbhh I 3 5 对整体截面底缘 x 轴的面积矩 iciixi hyAS 3 6 根据惯性距的移轴原理 梯形分块 Ai 对 x 轴的惯性距为 iicicixi AhyII 2 3 7 将各个 T 形的 Ai Sxi和 Ixi叠加起来 即可得到整个截面的面积 A 对 x 轴的面积矩 Sx和惯性矩 n i xix n i ix IIAAI 11 3 8 整个截面的形心轴至截面底缘 x 轴的距离为 A S y x x 整个截面对形心的惯 性矩为 AyII xxc 2 牛鼻子洞桥毕业设计 第 11 页 共 61 页 3 2 计算结果 中梁跨中 A1 9006 2 cm y I 0 4348 4 m 中梁支点 A2 13485 2 cm y I 0 5421 4 m 边梁跨中 A3 9205 2 cm y I 0 4414 4 m 边梁支点 A4 13690 2 cm y I 0 5511 4 m 截面几何特性计算结果如下表 表表 3 13 1 截面几何特性计算表截面几何特性计算表 截面位置截面面积 A m2 截面惯性矩 I m4 中性轴至梁底距离 m 中梁跨中0 90060 43481 324 支点1 34850 54211 231 边梁跨中0 92050 44141 336 支点1 36900 55111 241 3 3 检验截面效率指标 对于中梁跨中截面 上核心距 324 1 9006 0 4348 0 s yA I Ks0 3646 3 9 下核心距 324 1 29006 0 4348 0 x s yA I K0 7142 3 10 截面效率指标 0 5394 2 7142 0 3646 0 h KsKx 0 5 3 11 对于边梁跨中截面 牛鼻子洞桥毕业设计 第 12 页 共 61 页 上核心距 241 1 9205 0 4414 0 s yA I Ks0 3864 3 12 下核心距 241 1 29205 0 4414 0 x s yA I K0 6318 3 13 截面效率指标 0 5091 2 6318 0 3864 0 h KsKx 0 5 3 14 结果表明以上初拟的跨中截面是合理的 牛鼻子洞桥毕业设计 第 13 页 共 61 页 4 主梁作用效应计算 4 1 永久作用效应计算 4 1 1 结构模型 图 4 1 单跨 T 梁模型 上图为 T 梁的计算模型 该模型划分 94 个梁单元 节点数为 103 个 在本设计中 采用先简支后连续的施工方法 全桥施工过程可分以下 4 个阶段 第一施工阶段 为主梁预制阶段 待混凝土达到设计强度 90 后张拉正弯 矩区预应力钢束 并压注水泥浆 再将各跨预制主梁安装就位 形成由临时支座 支承的简支梁状态 第二施工阶段 先浇筑两跨之间的连续段接头混凝土 达到设计强度后 张 拉负弯矩预应力钢束并压注水泥浆 第三施工阶段 拆除全部临时支座 主梁支承在永久支座上 完成体系转换 再完成主梁横向接缝浇筑 最终形成五跨连续梁的空间结构 第四施工阶段 进行防撞护栏及桥面铺装施工 在 Midas 软件计算中 将结构的施工划分为 7 个阶段 其施工阶段模拟见表 4 1 牛鼻子洞桥毕业设计 第 14 页 共 61 页 表表 4 14 1 施工阶段的划分施工阶段的划分 步 骤 名 称 结构组边界组荷载组 激活钝化激活钝化激活钝化 梁 1 梁 1 辅助支座接点 1 2L 自重 1 梁 2梁 22R 3L 2 梁 3梁 33R 4 3 湿 1湿接缝 1222L 2R 12 湿 2湿接缝 2333L 3R 23 二期 收缩徐变 自重作用下内力计算结果如下 图 4 2 自重作用下结构弯矩图 kN m 图 4 3 自重作用下结构剪力图 kN 牛鼻子洞桥毕业设计 第 15 页 共 61 页 表表 4 2 自重作用下内力计算结果输出表自重作用下内力计算结果输出表 截面节点号弯矩 kN m 剪力 kN 第一跨左支点10 314 47 第一跨左变化点3792 3 213 25 第一跨 1 481533 79 88 8 第一跨跨中161495 3198 42 第一跨跨 3 424 40 88285 63 第一跨右变化点29 1801 49431 44 第一跨右支点 左 32 2153 65 382 85 第二跨左支点 右 33 1876 38 356 55 第二跨左变化点35 1232 72 288 36 第二跨 1 440 115 53 163 94 第二跨跨中48447 1323 27 4 1 2 二期永久作用 铺装 8cm 混凝土铺装 0 08 25 9 18kN m 10cm 沥青铺装 0 1 23 9 20 7kN m 将桥面铺装均摊给 4 片主梁 则 g 1 18 20 7 4 9 675kN m 防撞栏 4 99kN m 将防撞护栏均摊给 9 片主梁 则 g 2 4 99 0 5 2 495kN m 边梁二期永久作用集度 g 9 675 2 495 12 17N m 二期恒载作用下结构内力计算结果如下 牛鼻子洞桥毕业设计 第 16 页 共 61 页 图 4 4 二期荷载作用下结构弯矩图 图 4 5 二期荷载作用下结构剪力图 4 2 可变作用效用计算 修正偏心压力法 4 2 1 冲击系数和车道折减系数 根据 桥规 4 3 2 条规定 适用于连续梁的结构基频计算公式如下 c c m EI l f 2 1 2 616 13 c c m EI l f 2 2 2 651 23 式中 1 2 基频 Hz 计算连续梁冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应 时 采用 1 计算连续冲击力引起的负弯矩效应时 采用 2 l 计算跨进 m E 混凝土弹性模量 Pa c I 梁跨中截面惯性矩 m4 c m 结构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 c m g G 牛鼻子洞桥毕业设计 第 17 页 共 61 页 G 结构跨中每延米结构重力 N m g 重力加速度 g 9 81m s2 c m f 435 01025 3 3014 32 616 13 10 2 1 c m f 435 0 1025 3 3014 32 616 13 10 2 1 其中 c m G g 27 87 103 9 81 2840 98 Kg m E 3 25 104MPa 3 45 1010Pa 冲击系数 0 1767ln 0 0157 则 1 0 1767ln14 8983 0 0157 0 462 2 0 1767ln25 8783 0 0157 0 559 用于正弯矩和剪力效应 1 1 0 462 1 462 用于负弯矩效应 1 1 0 559 1 559 车道折减系数 根据 通规 表 4 3 1 4 中的规定 两车道的横向折减系数为 1 4 2 2 主梁荷载横向分布系数 连续梁荷载分布的简化实用方法是 按等刚度原则 讲连续梁的某一跨等代 为等跨径等截面的简支梁来计算荷载横向分布系数 所谓等刚度 是指在跨中放 施加一个集中荷载或一个集中扭矩 则连续梁和等代简支梁的跨中挠度或扭转角 彼此相等 本桥的边跨和中跨之比 L1 L2 L3 1 1 1 则可将此桥近似作为三等跨 连续梁来分析 边跨计算跨径取 29 96m 中跨计算跨径取 30m 又因每片 T 梁 仅在支点附近很小的区域内腹板和底板尺寸有所改变 但仍可近似按等截面梁来 考虑 这样到来的误差是很小的 综上所述 此桥可简化为三等跨等截面连续梁 由胡肇滋在 桥跨结构简化分析 荷载横向分布 北京 人民交通出版社 1996 一书中给出的 F Leonhardt 计算结果可知 对等跨等截面连续梁等效简支梁抗弯 惯性矩换算系数为 边跨860 1 432 1 21 而抗扭惯性矩换算系数为 1 2 1 4 2 2 1 跨中的荷载横向分布系数 a 跨中的荷载横向分布系数 本桥桥跨内设 2 道横隔梁 具有可靠的横向联系 且承重结构的长宽比 牛鼻子洞桥毕业设计 第 18 页 共 61 页 33 3 9 98 29l b 2 所以按修正刚性横梁发计算荷载横向分布影响线和横向分布系数 m 计算主梁抗扭惯矩 T I 三跨常截面连续梁按等刚度原则变换为常截面简支梁 其断面布置不变 每 片梁的抗弯 抗扭刚度在变换前后仍彼此相等 其值按下式计算 IXI 1 1 TTI IXI 1 式中 X1 抗弯惯性矩修正系数 1 I 边跨等刚度常截面简支梁的抗弯惯矩 I 连续梁一片主梁跨中截面抗弯惯矩 1T I 边跨等刚度常截面简支梁的抗扭惯矩 1 X 抗扭惯性矩修正系数 T I 连续梁一片主梁跨中截面抗扭惯 其中抗弯矩在毛截面几何特性计算中给出 现进行抗扭惯性矩计算 T 形 界面可以看成是由若干个实体矩形截面组合成的组合截面 其抗扭惯性距等于被 分割的各个矩截面的抗扭惯性矩之和 即 3 1 ii n i iT tbaI 式中 bi 分块矩形的宽度 ti 分块矩形的高度 5 052 0 t 63 0 1 3 1 a b t b i 当 b t 0 1 时 令 a 3 1 已经足够精确 对于中跨截面如图 4 6 翼缘板的换算平均厚度 cm 5 20 2 2516 t i 对于马蹄的换算平均厚度 cm30 2 4020 t3 牛鼻子洞桥毕业设计 第 19 页 共 61 页 则可以求出 T 梁的抗扭惯性矩 3 1 ii n i iT tbaI 如表 4 3 所示 图 4 6 T I计算图式 尺寸单位 mm 表表 4 34 3 T I的计算表的计算表 根据 X1 1 432 1 X 1 I 0 435m4 IT 0 01204m4 IXI 1 1 0 6229m4 TTI IXI 1 0 01204m4 计算抗扭修正系数 由于本设计主梁间距相等 则 分块名称 i b cm i t cm i i t b i a 10 43m It 翼缘板22020 59 760 33335 74 腹板144207 20 3043 5 马蹄50301 670 2092 8 总和12 04 牛鼻子洞桥毕业设计 第 20 页 共 61 页 i ii i Ti IaE IGl 2 2 12 1 1 其中G 0 4E l 29 98m i Ti I 4 0 01204 0 04816 a1 4 4a2 2 2a3 0 a4 2 2a5 4 4 1 I 0 6229m4 则 带入数据到上式得到 0 7811 按修正的刚性横梁法计算横向影响线的竖标值 n i i i a ea n 1 2 ij 1 式中 n 4 4 1i 2 i a 89 54m2 在边主梁处的 1 号横向分布影响线竖标值为 345 0 54 89 3 3 7811 0 4 1 n 1 2 1 2 2 1 11 n i i a a 155 0 54 89 3 33 3 7811 0 4 1 n 1 1 2 41 14 n i i a aa 绘出横向分布影响线 按最不利布载 并据此求出对应各个荷载的影响线竖标 值 所以 cq m 0 3945 牛鼻子洞桥毕业设计 第 21 页 共 61 页 4 2 2 2 汽车荷载效应内力计算结果 图 4 9 汽车荷载作用下结构最大弯矩图 Mmax 图 4 10 汽车荷载作用下结构最小弯矩图 Mmin 图 4 11 汽车荷载作用下结构最大剪力图 Vmin 图 4 12 汽车荷载作用下结构最大剪力图 Vmax 牛鼻子洞桥毕业设计 第 22 页 共 61 页 表表 4 5 汽车荷载作用下内力计算结果输出表汽车荷载作用下内力计算结果输出表 4 3 温度作用效应计算 根据 通规 4 3 10 条规定 混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的 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 按 通规 4 3 10 条规定 桥面采用 10cm 厚沥青混凝土 温差基数用直 线插入法确定如下 以跨中为例 计算时取成桥后的情况 T1 20 度 T2 6 7 度 使用 midas 软件计算得到各截面的温度次内力见表 4 6 表表 4 6 温度荷载作用下内力计算结果输出表 升温 温度荷载作用下内力计算结果输出表 升温 截面节点号弯矩 kN m 剪力 kN 第一跨左支点10 27 31 第一跨左变化点354 61 27 30 第一跨 1 48191 15 27 31 第一跨跨中16409 60 27 31 截面节点号弯矩 Max kN m 弯矩 Min kN m 剪力 Max kN 剪力 Min kN 第一跨左支点10034 73 375 90 第一跨左变化点3609 65 62 1435 92 337 49 第一跨 1 481666 02 217 599 17 248 75 第一跨跨中162050 96 466 07210 93 130 69 第一跨跨 3 4241114 79 714 64325 76 46 92 第一跨右变化点29348 74 1132 34431 44 13 66 第一跨右支点 左 32307 83 1597 2356 65 410 08 第二跨左支点 右 33295 44 1554 1056 66 406 51 第二跨左变化点35342 25 1284 8057 03 380 92 第二跨 1 4401041 14 878 8879 70 304 68 第二跨跨中481690 22 644 98181 9 182 16 牛鼻子洞桥毕业设计 第 23 页 共 61 页 续表续表 4 74 7 截面节点号弯矩 kN m 剪力 kN 第一跨跨 3 424628 06 27 31 第一跨右变化点29764 59 27 31 第一跨右支点 左 32819 200 01 第二跨左支点 右 33819 200 01 第二跨左变化点35819 190 01 第二跨 1 440819 170 01 第二跨跨中48819 130 01 表表 4 7 温度荷载作用下内力计算结果输出表 降温 温度荷载作用下内力计算结果输出表 降温 截面节点号弯矩 kN m 剪力 kN 第一跨左支点1013 65 第一跨左变化点3 27 3113 65 第一跨 1 48 95 5713 65 第一跨跨中16 204 8013 65 第一跨跨 3 424 314 0313 65 第一跨右变化点29 382 2913 65 第一跨右支点 左 32 409 600 第二跨左支点 右 33 409 600 第二跨左变化点35 409 600 第二跨 1 440 409 580 第二跨跨中48 409 560 4 4 支座沉降作用效用计算 在 MIDAS 软件中 假设 4 个固定支座 节点号为 96 98 101 103 均向下沉降 0 01m 其内力计算结果见下表 4 7 牛鼻子洞桥毕业设计 第 24 页 共 61 页 表表 4 8 支座沉降作用下内力计算结果输出表支座沉降作用下内力计算结果输出表 截面节点号弯矩 Max kN m 弯矩 Min kN m 剪力 Max kN 剪力 Min kN 第一跨左支点10024 47 24 47 第一跨左变化点348 95 48 9524 47 24 47 第一跨 1 48171 32 171 3224 47 24 47 第一跨跨中16367 11 367 1124 47 24 47 第一跨跨 3 424562 90 562 9024 47 24 47 第一跨右变化点29685 27 685 2724 47 24 47 第一跨右支点 左 32734 22 734 2248 93 48 93 第二跨左支点 右 33721 99 721 9948 93 48 93 第二跨左变化点35636 36 636 3648 93 48 93 第二跨 1 440403 18 403 1848 93 48 93 第二跨跨中48218 71 218 7148 93 48 93 图 4 13 支座沉降弯矩包络图 单位 kN m 图 4 14 支座沉降剪力包络图 单位 kN 牛鼻子洞桥毕业设计 第 25 页 共 61 页 4 5 荷载组合 为了进行预应力钢筋的计算 在不考虑预加应力引起的结构次内力的前提 下 按 通规 第 4 1 6 条和 4 1 7 条规定 根据可能出现的荷载进行一次内力组 合 4 5 1 承载能力极限状态下的效应组合 公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时 应采用以下两种作用效应组合 基本组合和偶然组合 由于本设计不考虑偶然作用的影响 故只采用基本组合 基本组合是永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合 其效应组合表 达式 2 11 1 00 n j QjkckQQ m i GikGiud SSSS 或 2 1 1 d00 n j QjdcdQ m i Giud SSSS 式中 ud S 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 按 通规 表 1 0 9 规定的结构设计安全等级采 用 对应于设计安全等级一级 二级和三级分别取 1 1 1 0 和 0 9 Gi 第 i 个永久作用效应的分项系数 应按 通规 表 4 1 6 的规定 采用 ikG S idG S 第 i 个永久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 风 荷载外的其他第 j 个可变作用效应的分项系数 取 Qj 1 4 但风 荷载的分项系数取取 Qi 1 1 jdQ S kQ S j 在作用效应组合中除汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心 力 外的其他第 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荷载效应 含汽车冲击力 离心力 外 牛鼻子洞桥毕业设计 第 26 页 共 61 页 的其他可变作用效应的组合系数 当永久作用与汽车荷载和人群 荷载 或其他一种可变作用 组合时 人群荷载 或其他一种可 变作用 的组合系数取 c 0 8 当除汽车荷载效应 含汽车 冲击力 离心力 外尚有两种其他可变作用参与组合时 其组合 系数取 c 0 7 尚有三种可变作用参与组合时 其组合系数 取 c 0 6 尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时 取 c 0 5 根据通 通规 第 4 1 6 条规定 各种作用的分项系数取值如下 结构重要性系数取 1 0 恒载作用分项系数取 1G 1 2 对结构不利 或 1G 1 1 对结构承载能 力有利 基础变位作用效应的分项系数取 2G 0 5 收缩徐变的作用分项系数为 3G 1 0 汽车荷载效应作用的分项系数取 1Q 1 4 温度荷载效应作用的分项系数取 2Q 1 4 人群荷载作用效应的分项系数取 4Q 1 4 其他可变作用的效应组合系数 c 0 7 对结构承载不利时 4 17 04 17 04 10 15 02 1 1 1 321321ud0QQQGGG SSSSSSS 对结构承载有利时 4 17 04 17 04 10 15 00 1 1 1 321321ud0QQQGGG SSSSSSS 4 5 2 正常使用极限状态下的效应组合 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 牛鼻子洞桥毕业设计 第 27 页 共 61 页 m i n j QjkjGik SSS 11 1sd 式中 sd S 作用短期效应组合设计值 ij 第 j 个可变作用效应的频率值系数 汽车荷载 不计冲击力 I 0 7 人群荷载 I 1 0 风荷载 I 0 75 温度梯度作用 I 0 8 其他作用 I 1 0 j1 jkQ S 第 j 个可变作用效应的频率 值 则作用短期效应组合为 321321 8 00 17 0 QQQGGGsd SSSSSSS 作用长期效应组合 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 m i n j QjkjGik SSS 11 2sd 式中 sd S 作用短期效应组合设计值 ij 第 j 个可变作用效应的频率值系数 汽车荷载 不计冲击力 I 0 4 人群荷载 I 0 4 风荷载 I 0 75 温度梯度作用 I 0 8 其他作用 I 1 0 j1 jkQ S 第 j 个可变作用效应的频率值 则作用短期效应组合为 321321 8 04 04 0 QQQGGGsd SSSSSSS 4 5 3 荷载组合结果 极限组合 1 320 恒荷载 1 320 二期恒载 0 550 支座 1 1 540 车辆 荷载 1 078 人群荷载 1 078 截面温度 1 100 x 徐变二次 1 100 收缩二次 短期组合 1 000 二期恒载 1 000 恒荷载 1 000 支座 1 1 000 徐变二 次 1 000 收缩二次 0 700 车辆荷载 1 000 人群荷载 0 800 截面温度 长期组合 1 000 二期恒载 1 000 恒荷载 1 000 支座 1 1 000 收缩 牛鼻子洞桥毕业设计 第 28 页 共 61 页 二次 1 000 徐变二次 0 400 车辆荷载 0 400 人群荷载 0 800 截面温度 表表 4 9 主梁作用效应组合荷载组合表主梁作用效应组合荷载组合表 截面荷载类别承载能力 极限状态 组合 不 利 承载内力 极限状态 组合 有 利 短期作用 组合 长期作用 组合 第一跨左支 点 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 1383 70 1383 48 684 31 533 25 1089 70 1083 70 584 31 633 25 883 70 883 70 564 31 733 25 879 35 879 35 894 31 563 25 第一跨左变 化点 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 142 67 240 57 317 37 366 30 82 67 222 36 287 37 336 30 142 67 240 57 317 37 366 30 142 67 240 57 317 37 366 30 第一跨 1 4最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 1085 66 743 03 133 03 181 98 985 66 743 03 133 03 181 98 1085 66 743 03 133 03 181 98 1085 66 743 03 133 03 181 98 第一跨跨中最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 870 33 136 11 393 83 344 88 670 33 106 21 363 83 344 88 870 33 136 11 393 83 344 88 870 33 136 11 393 83 344 88 第一跨跨 3 4 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 576 96 1702 76 352 92 303 97 576 96 1702 76 352 92 303 97 576 96 1702 76 352 92 303 97 576 96 1702 76 352 92 303 97 第一跨右变 化点 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 648 57 2019 11 647 44 598 50 648 57 2019 11 647 44 598 50 648 57 2019 11 647 44 598 50 648 57 2019 11 647 44 598 50 牛鼻子洞桥毕业设计 第 29 页 共 61 页 续表续表 4 94 9 截面荷载类别承载能力 极限状态 组合 不 利 承载内力 极限状态 组合 有 利 短期作用 组合 长期作用 组合 第一跨右支 点 左 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 2348 28 3816 72 1030 97 1128 82 2348 28 3816 72 1030 97 1128 82 2348 28 3816 72 1030 97 1128 82 2348 28 3816 72 1030 97 1128 82 第二跨左支 点 右 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 3361 16 4805 13 758 36 856 22 3361 16 3765 13 567 36 856 22 3361 16 4805 13 758 36 756 22 3361 16 4805 13 758 36 856 22 第二跨左变 化点 最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 803 23 2075 95 345 14 442 97 803 23 2075 95 345 14 442 97 803 23 2075 95 345 14 442 97 803 23 2075 95 345 14 442 97 第二跨 1 4最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 780 58 1586 93 218 03 315 89 780 58 1586 93 218 03 315 89 780 58 1586 93 218 03 315 89 780 58 1586 93 218 03 315 89 第二跨跨中最大弯矩 KN m 最小弯矩 KN m 最大剪力 KN 最小剪力 KN 550 08 987 50 311 36 213 50 550 08 987 50 311 36 213 50 550 08 987 50 311 36 213 50 550 08 987 50 311 36 213 50 牛鼻子洞桥毕业设计 第 30 页 共 61 页 5 预应力钢束的估算及布置 5 1 计算原理 本桥采用后张法预应力混凝土箱梁构造形式 设计时应满足不同设计状况下 规范规定的控制条件要求 例如承载力 抗裂性 裂缝宽度 变形及应力等要求 在这控制条件中 最重要的是满足结构在正常使用极限状态下的使用性能要求和 保证结构在达到承载能力极限状态时具有一定的安全储备 因此 预应力混凝土 桥梁设计时 一般情况下 首先根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性或裂 缝宽度限值确定预应力钢筋的数量 在由构件的承载能力极限状态要求确定普通 钢筋的数量 本桥以全预应力混凝土构件设计 按构件正截面抗裂性要求估算预 应力钢筋数量 根据各截面正截面抗裂性要求 确定预应力钢筋数量 5 2 预应力钢束的估算结果 预应力钢筋采用标准 GB T5224 2003 S 15 24 的钢绞线 1 7 标准型 抗 拉强度标准值 pk f 1860 MPa 抗拉强度设计值 dp f 1260 MPa 公称直径 15 24mm 公称面积 140mm2 弹性模量 p E 1 95 105 MPa 锚下张拉控制应 力Mpafpk139575 0 con 锚具采用 OVM 夹片式群锚 预应力钢筋估算结 果见附录 A 5 3 预应力钢束的布置 连续梁预应力筋束的配置除满足 公预规 构造及受力要求外 还应考虑 以下原则 1 应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式 对不同跨径的梁桥结构 要选用预加力大小恰当的预应力束筋 以达到合理的布置型式 避免造成因预 牛鼻子洞桥毕业设计 第 31 页 共 61 页 应力束筋与锚具型式选择不当 而使结构构造尺寸加大 当预应力束筋选择过大 每束的预加力不大 造成大跨结构中布束过多 而构造尺寸限制布置不下时 则 要求增大截面 反之 在跨径不大的结构中 如选择预加力很大的单根束筋 也 可能使结构受力过于集中而不利 2 预应力束筋的布置要考虑施工的方便 也不能像钢筋混凝土结构中任意 切断钢筋那样去切断预应力束筋 而导致在结构中布置过多的锚具 由于每根 束筋都是一巨大的集中力 这样锚下应力区受力较复杂 因而必须在构造上加以 保证 为此常导致结构构造复杂 而使施工不便 3 预应力束筋的布置 既要符合结构受力的要求 又要注意在超静定结构 体系中避免引起过大的结构次内力 4 预应力束筋配置 应考虑材料经济指标的先进性 这往往与桥梁体系 构造尺寸 施工方法的选择都有密切关系 5 预应力束筋应避免使用多次反向曲率的连续束 因为这会引起很大的摩 阻损失 降低预应力束筋的效益 6 预应力束筋的布置 不但要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要 而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要 本设计为简支转连续梁桥 主梁在简支状态下主要承受自重产生的正弯矩和 预应力作用 因此正弯矩束布置时应满足简支状态下的受力要求 其次截面上缘 负弯矩的钢束不仅用来承担二期恒载 活载负弯矩及结构次内力 同时又是结构 体系转换的有效手段 因此在负弯矩束布置时应注意这一点 钢束布置详见预应 力钢束布置图 5 4 预应力钢束损失计算 设计所需的预应力值 应是扣除相应阶段的应力损失后 筋束中实际存在 的预应力 即有效预应力 pe 值 如筋束张拉时的初始应力 一般称为张拉控 制应力 为 con 相应的预应力损失值为 1 则有效预应力的表达式为 1pe con 公预规 规定 预应力混凝土构件在正常使用极限状态计算中 后张拉法 牛鼻子洞桥毕业设计 第 32 页 共 61 页 应考虑下列因素引起的预应力损失值 预应力钢束与管道壁之间的摩擦 1I 锚具变形 钢筋回缩和接缝压缩 2I 混凝土的弹性压缩 4I 预应力筋束的应力松弛 5I 混凝土的收缩和徐变 6I 表表 5 1 预应力钢筋损失表预应力钢筋损失表 单元 位置 应力 考虑瞬时损 失 A kN 2 m 弹性变形损 失 B kN 2 m 徐变 收缩损失 kN 2 m 松弛损失 kN 2 m 应力 考虑所有 损失 应力 考虑瞬时 损失 1I1087973 0621124 8329 16976 7767 29310 37770 9585 1J1108782 1681268 7264 17979 9011 33805 75710 9544 2I1108782 1681268 7282 17979 981 33805 75710 9544 2J1129280 8691437 3913 18908 9957 38378 48380 9505 3I1129280 8691448 0839 19388 6708 38378 48380 9501 3J1149473 7941992 0078 22877 9539 43023 12770 9444 4I1149473 7942032 7525 24116 6683 43023 12770 9434 4J1169365 5022870 8239 28929 0458 47734 46620 9369 5I1169365 5022937 4176 30567 3159 47734 46620 9356 5J1188960 4874233 3004 37313 4275 52507 4780 928 6I1188960 4874299 8719 38450 3799 52507 4780 9271 6J1208263 1794917 1881 40579 0302 57337 33680 923 7I1208263 1794917 1942 40579 1639 57337 33680 923 7J1227277 9325627 4353 42937 4032 62219 40160 9189 8I1227277 9325627 4419 42937 5369 62219 40160 9189 8J1236964 0186294 7367 45232 5495 64753 72720 9162 9I1236964 0186294 7393 45232 5982 64753 72720 9162 9J1217292 2066579 0705 46835 9112 59640 17640 9179 牛鼻子洞桥毕业设计 第 33 页 共 61 页 续表续表 5 15 1 单元 位置 应力 考虑瞬时损 失 A kN 2 m 弹性变形损 失 B kN 2 m 徐变 收缩损失 kN 2 m 松弛损失 kN 2 m 应力 考虑所有 损失 应力 考虑瞬时 损失 10I1217292 2066579 0789 46836 0582 59640 17640 9179 10J1199126 6216922 2679 48698 7843 55035 3760 9193 11I1199126 6216922 2769 48698 9313 55035 3760 9193 11J1181232 1277296 1305 50771 8023 50609 33830 9204 12I1181232 1277296 1402 50771 9493 50609 33830 9203 12J1163604 6657701 6304 53074 3671 46356 13290 9212 13I1163604 6657701 6409 53074 5141 46356 13290 9212 13J1146240 2628140 701 55625 577 42270 01990 9217 14I1146240 2628140 7124 55625 7241 42270 01990 9217 14J1129134 9878616 2039 58444 1572 38345 43510 9219 15I1129134 9878616 2161 58444 3043 38345 43510 9219 15J1112284 9749131 8833 61548 3948 34576 98920 9218 16I1112284 9749131 8952 61548 5289 34576 98920 9218 16J1118575 02610372 51 66411 5827 35972 40950 9177 6I1188960 4874299 8719 38450 3799 52507 4780 9271 6J1208263 1794917 1881 40579 0302 57337 33680 923 7I1208263 1794917 1942 40579 1639 57337 33680 923 7J1227277 9325627 4353 42937 4032 62219 40160 9189 8I1227277 9325627 4419 42937 5369 62219 40160 9189 8J1236964 0186294 7367 45232 5495 64753 72720 9162 9I1236964 0186294 7393 45232 5982 64753 72720 9162 9J1217292 2066579 0705 46835 9112 59640 17640 9179 10I1217292 2066579 0789 46836 0582 59640 17640 9179 10J1199126 6216922 2679 48698 7843 55035 3760 9193 11I1199126 6216922 2769 48698 9313 55035 376