寒溪河大桥工程设计方案.doc

寒溪河大桥工程设计方案第一章 概述1.1预应力混凝土连续梁桥概述预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本章简介其发展：由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且材料利用率低。 为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自预应力结构产生之后，很多钢筋混凝土结构被其替代。 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。但是，在桥梁结构中，随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁作比较：在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；但是，在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优于悬臂梁。悬臂施工方法的应用使得连续梁在预应力混凝土结构中飞速发展。60年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中，则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案获得较强竞争力，并逐步在40200米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其优势，成为优胜方案。目前，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。 然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在养护方面都成为一个难题；而T型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。 另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而还有一些问题有待解决：1 发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸。2 在适宜的桥址设计修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能避免采用不 易调换的大吨位支座。3 充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指针也是一个很关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的混凝土、预应力钢筋、普通钢筋用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，各指标和造价指标与很多因素有关。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可见：连续刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未来连续体系的发展方向。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。本次设计为(52+88+52)m预应力混凝土连续梁，桥宽为219.4m，分为两幅，设计时按单幅考虑。梁体采用单箱单室截面，全梁共分61个单元。由于多跨连续梁桥的受力特点，支点附近承受较大的负弯矩，跨中承受正弯矩，故采用变高度梁，按一点八次抛物线变化。这样不仅减轻了梁体自重，还增加了美观效果。由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以采用Midas软件进行。1.2技术标准及设计规范1.2.1技术标准（1）设计桥梁的桥位地型及地质图一份。（2）设计荷载：公路级（3）桥面宽度： 2（净18.420.5）（4）抗震烈度： 8级烈度设防 （5）通航要求：通航净空23518m（6）桥面铺装：8cm水泥混凝土+8cm沥青混凝土（7）气象条件：年平均气温22261.2.2 设计规范（1）JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范（2）JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（3）JTJ 022-85公路砖石及混凝土桥涵设计规范1.3工程地质表1.1 地质地质取样报告ZK1 K117+522标高地质状况0.36变质安山岩20.55中等风化安山岩23.08绿泥石化安山岩ZK2 K117+5260.42变质安山岩5.60中等风化安山岩9.89砂粒沉积ZK3 K117+5310.6变质安山岩9.11中等风化安山岩17.75泥灰质片石绿泥23.59种植土ZK4 K117+5550.5粘土6.5种植土1.4水文条件1.4.1地表水桥址区地表水主要为寒溪河，常年流水，河床较宽，水流不急，流量随季节而变化，枯水季节流量小，水位低；雨季流量大，遇山洪暴发，可起到排水泻洪的作用。1.4.2地下水根据地下水的赋存条件及水理性质，地下水可分为松散岩类孔隙潜水及基岩裂隙水，其特点如下： 松散岩类孔隙潜水，赋水地层为第四纪河床相砂、砾、漂卵石，主要分布于河流两岸及滩地，地下水埋深较浅，主要补给为大气降水及河水下渗。其水质对混凝土无侵蚀性。基岩裂隙水，桥址区基岩为花岗岩，受构造影响，裂隙较发育，裂隙水。多以泉水形式排出。据临近工点水质分析报告可知，地表水及地下水对混凝土不具腐蚀性。1.5地震状况桥位地区地震震动峰值加速度0.25g，抗震设防烈度8级。1.6使用材料混凝土：C50混凝土混凝土桥面铺装材料：C40混凝土预应力钢筋：j15-1860钢绞线 非预应力钢筋：直径12mm的用级螺纹钢筋，直径12mm 的用级光圆钢筋；锚具：XM锚或OVM锚 第二章 方案比选2.1构思宗旨（1）符合发展规划，满足交通功能需要。（2）桥梁结构造型简洁，轻巧，反映新科技成就，体现人民智慧。（3）设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。（4）与高速公路的等级和周边环境相宜。（5）学习变截面梁桥的设计过程。2.2比选标准设计从安全性、技术适用性、施工难度、设计施工周期、经济型、实用性和观赏性等几方面对各比选方案进行评比。2.3设计方案设计方案一：预应力混凝土变截面连续梁桥1. 桥跨布置：全桥为三跨双幅预应力混凝土变截面连续箱梁。里程桩号为K117+592.5，桥孔布置为52+88+52192m，梁底为1.8次抛物线，桥面设双向1.5的横坡。图2-1 连续梁桥全桥布置图2. 主梁： 截面形式：本桥箱梁为单箱双室截面，箱底宽12.4m，两侧翼缘宽3.0m，箱梁顶面全宽为19.4m。 截面尺寸：箱梁在各墩支点处的截面高度为5.0m（L/17.6），在跨中及桥端支点处的高度为2.5m（L/40），箱梁顶板厚30cm，腹板厚50cm（跨中）70（支点）cm，底板厚30cm（跨中）70cm（支点）。 横隔板的设置：上部结构箱梁在各墩支点及桥端支点处设横隔板.墩支点处设两个厚75cm横隔板，端支点处横隔板厚150cm，横隔板与箱梁连接处均设有承托。墩顶截面 墩顶截面 图2-2 箱梁截面形式示意图 3. 基础：桥墩基础连成整体，基础采用摩擦型钻孔灌注桩群桩，桥墩为缘端型实体墩。4. 施工：主梁采用悬臂节段浇筑施工，墩的施工采用爬模法，两端桥台整体现浇。设计方案二：下承式钢管混凝土系杆拱桥1. 桥跨布置：主跨布置为21+150+21192m 主跨150m图2-3钢管混凝土系杆拱桥布置图2. 主拱拱肋：采用下承式双肋悬链线无铰拱，计算跨度150m，矢高25m，矢跨比1/6。主跨拱肋的构造在桥面以上为钢管混凝土；其截面形式一般可分为多种：单肋型，双肢哑铃型，四肢格构型以及三角形格构型。主跨拱脚均固结于拱座，并在两边拱座部之间设置钢绞线系杆，通过张拉系杆以平衡主拱拱肋所产生的水平推力，是拱座系杆自锚式拱桥。拱肋之间在桥面上、下分别设置一定数量的风撑连接，成一字型或K字型，以增加拱肋的横向刚度。图2-4 拱肋截面形式示意图3. 吊杆、系杆：吊杆采用镀锌高强低松弛917钢丝束，OVM-LZM型冷铸镦头锚。采用OVMXG15-37钢铰线拉索体系，系杆外包双层PE热挤塑护套。4. 基础：采用钻孔灌注摩擦桩基础，桩径1.2m。5. 施工：主拱圈为缆索吊装施工，建成后，在骨架下吊篮现浇主梁，边跨采用支架施工。设计方案三：独塔双跨式矮塔斜拉桥、图2-5矮塔斜拉桥全桥布置图1. 桥跨布置： 全桥为双跨单幅等截面连续钢箱梁。里程桩号为K117+412.5K117+604.5。桥孔布置为128+64192m。主塔高74m，高跨比HL2=0.31，边主跨比L1L2=0.5，拉索布置形式为等距竖琴式，拉索倾角为27，桥面设双向1.5的横坡，单向2%的纵坡。2主梁： 截面形式：本桥箱梁截面形式采用整体式箱形截面，箱底宽30m，两侧翼缘宽4.5m，箱梁顶面全宽为30.3m。 截面特点：整体式箱形截面，一般设置独立的几个箱，最大的特点是具有较大的抗弯和抗扭刚度，两边对称悬臂端设置扁平风嘴，可以较大程度减少风荷载对桥梁带来的影响，以适应对抗风要求较高的大跨径斜拉桥。而且此种截面采用悬臂施工方法也较为方便，这样较大的减少了施工难度和费用。图2-6 扁平钢箱梁截面形式图3索塔：H型结构混凝土索塔，桥面以上塔高46m，高跨比H / l2=0.46，其上设有1m高的塔顶。塔墩固结，塔梁分离，采用半漂浮体系，主梁支座设置于下部的受弯横梁上。索塔采用构造简单的矩形截面，为增加抗风稳定性，将四周做成倒角形式。4.斜拉索：拉索采用镀锌高强低松弛917平行钢丝束，OVM-LZM型冷铸镦头锚。索面布置形式为竖琴形，索距6m，倾角27，此种形式比较美观，受力性能也较好。右边跨设置端锚索，这样可以有效约束塔顶位移。5.群桩基础:采用圆柱形钻孔灌注摩擦桩，单桩直径1.5m，33对称布置。6. 施工：主梁采用悬臂拼装法，焊接完成后即进行斜拉锁张拉。塔墩采用爬模施工。2.4方案比选1 从该桥桥址的实际地理位置地形环境，结合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的设计原则综合考虑。从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。(1) 适用性桥上应保证车辆安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。(2)舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，故应控制桥梁的振幅，避免车辆受到过大振动与冲击。整个桥跨结构及各部件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。(3) 经济性设计的经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。(4)先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，尽量采用先进工艺技术和施工设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。(5)美观一座桥梁，尤其是作为一个城市或地区的标志性建筑的大跨径桥梁更应具有优美的外形，同时应与周围的景致相协调一致。合理优美的结构布局和轮廓是美观的主要因素，而非豪华的装饰。2应根据上述原则，对拟定的桥梁比选方案作出综合评估，选出最优的桥梁方案。以下为各比选方案的性能对比表：比选方案比较项目预应力混凝土连续梁桥下承式钢管混凝土系杆拱桥独塔双跨式矮塔斜拉桥技术及施工适用性设计可靠成熟，技术先进、难度不大。施工机械化程度高，方法简便，无需大型设备，但施工线性与合拢技术要求较高。设计方案先进，但技术难度较大，构造复杂。缆索吊装法，斜拉扣挂悬拼施工工作条件好，节省材料，较传统施工精度高，控制方便。桥梁跨越能力大，抗风稳定性好，技术先进、无需大型设备，但多次超静定结构决定其计算复杂，施工中高空作业较多，需反复调索，工艺要求严格。安全性刚度大，变形小，全桥稳定性好，采用的平衡悬臂施工法较为安全。承受的水平推力对基础要求较高，由变形引起的次内力对全桥受力非常不利。拱桥施工阶段是全桥刚度最弱的时候，施工时有一定风险。拉索是柔性体系，在风、雨作用下会产生震动，影响桥上行车和桥本身的安全。长悬臂施工时风险大。经济性无需大型机械，混凝土用量和钢用量均较小，养护工程量小，费用最低。需用到缆索吊装、扣挂系统，耗费一定量钢材，基础消耗混凝土量较大。用钢量大，施工、养护工程量大，需用大量精密测量仪器监控索力，造价较高。实用性行车性能好，三跨过河，桥上视野开阔，桥下净空大，能满足通航要求。行车性能好，三跨过河，视野受一定限制，桥下净空大，能满足通航。跨度较大，行车性能好，三跨过河，桥下净空大，自承自锚，同样视野受一定限制。美观性结构简洁，比例匀称，高墩细梁，如蜻蜓点水落在河上。但现代感不强，与悬索桥、斜拉桥相比，略逊风骚。主拱曲线本身孕育着强烈的美感，柔美的拱轴线与直线型的梁柱、杆结合，具有刚柔并济、韵律优美的丰姿。现代感强，富有力的张紧感，比例协调均匀，可以通过索塔与拉索的布置形式获得满意的造型。设计、施工周期设计施工难度低，进度快、周期短，大约9个月设计施工复杂，周期较长，约需12-14个月。设计施工较复杂，周期较长，工期大约需要12个月。 2.5方案确定通过对各设计方案在技术及施工适用性，安全性，经济性，实用性，美观性，设计、施工周期等几方面的综合对比分析，结合寒溪河大桥总体布置的需要，连续梁桥方案优势明显，被确定为最终设计方案。第三章 预应力混凝土连续梁桥总体布置桥型布置本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长192m。3.1孔径布置连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式 。以三跨连续梁为例，若为三孔等跨连续梁，其中孔跨中活载正弯矩与活载负弯矩的绝对值之和（即弯矩变化峰值）与同跨简支梁弯矩相同。如果减小边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩都将减小。一般边跨长度可取为中跨长度的（0508）倍，这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩。从结构受力性能分析，等跨连续梁要比不等跨的连续梁差一些。但在某些条件下，特别由于施工工艺要求，也需要采用等跨布置，例如，当桥梁总长度很大，设计者决定采用顶推或先简支后连续梁施工方法时，则等跨结构受力性能较差所带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿。所以跨湖、过海湾的长桥多采用等跨连续梁的布置。本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为52m+88m+52m的形式。3.2桥梁截面形式（1）桥梁立面从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。连续梁在恒、活载作用下，支点截面出现的负弯矩绝对值往往大于跨中截面正弯矩的，因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。同时，采用悬臂法施工的连续梁，变高度梁又与施工时的内力状况相吻合。另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。所以从已建桥梁统计资料分析，跨径大于100m的预应力混凝土连续梁桥有90%以上是选用变高度梁。相反，等高度梁在支点截面上梁高固定，故只能通过增加预应力筋的配束来抵抗较大的负弯矩，消耗的材料较多。综上所述，推荐方案采用的是变截面预应力连续梁桥，其中箱梁根部梁高5.0m，跨中梁2.4m。梁底截面采用一点八次抛物线形，其变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。（2）桥梁横截面图3-1桥梁横截面图梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。在目前已建成的大跨径预应力混凝土梁桥中，当梁桥的跨径超过60m后，箱形截面是最适宜的横截面型式。箱型截面有如下优点：属于闭合薄壁截面，抗扭刚度很大，对于采用悬臂施工的桥梁尤为有利。同时，因其顶板和底板都有较大的面积，所以能有效的抵抗正、负弯矩，并满足配筋要求。箱形截面亦具有良好的动力特性。常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。从对箱形截面的受力状态分析表明，单箱单室截面受力明确，施工方便，节省材料用量。一般常用在桥宽14m左右的范围。综上所述，根据任务书设计要求本桥型方案采用横截面为单箱单室的箱型截面，全桥宽13m，其中行车道为12m，两侧各设0.5米的防撞护栏，箱梁顶板设置双向2%横坡，通过箱梁顶部的C40混凝土调平层调节。 跨中顶板厚度取33cm，墩顶处取50cm；箱梁底板上下缘按1.8次抛物线变化，下缘方程为：H=3+0.00345566X1.8 ，上缘方程为：H=2.68+0.00304867X1.8 (坐标原点取在合拢段顶板中心)。故跨中处底板厚取为32cm，墩顶处厚85cm；腹板厚度仅在支点附近一个节段内增厚到80cm，其余梁段统一采用60cm。3.3桥面铺装层桥面铺装：采用8cm厚沥青混凝土+8cm（平均厚度）C40混凝土。桥面横坡：根据规范规定为1.5%3.0%,取1.5%,该坡度由C40混凝土调平层厚度控制。3.4桥梁下部结构全桥基础采用8180cm钻孔灌注摩擦桩。桥墩采用空心墩，墩外尺寸为2750350cm，承台厚度为350cm。3.5使用材料（1）混凝土箱梁、现浇接头和湿接缝等采用C50混凝土；墩身、承台、盖梁、耳背墙及调平层采用C40混凝土；防撞护栏采用C30混凝土；基桩采用C25混凝土。（2）钢材纵、横向预应力钢束采用中国标准JTG04-1860高强低松弛钢绞线，单根钢绞线直径为15.2mm，每股面积为140mm2,标准强度fpk=1860MPa,最小破断荷载260.7KN，张拉控制应力为con=0 .75fpk 。主桥竖向预应力采用JL32高强精扎螺纹粗钢筋，标准强度fck=785MPa,锚具采用OVM锚。非预应力带肋钢筋应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB1499-91的规定、光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB1499-91的规定。钢筋直径12mm的用级螺纹钢筋，直径12mm 的用级光圆钢筋。（3）伸缩缝伸缩缝采用HXC-80A定型产品 。（4）桥梁支座使用单向活动和双向活动盆式橡胶支座。（5）其它材料预应力管道采用钢波纹管成形。桥面防水层：三涂FYT-1改进型防水层。3.6毛截面几何特性表2-1 计算模型截面特征及单元特征信息列表单元号节点号截面抗弯惯距（m4）截面面积(m2)截面高度( m )中性轴高( m )1115.102513.24452.4 1.7882121212.469110.37753.8561.87941717119.1717.329250 2.2239313112.469110.37752.4 1.8794（为使输入表格简洁，在此部分表格只输出控制截面的信息，另外由于该桥左右半跨对称，后面表格只给出半跨，特此声明，以后不再重复。）第四章 荷载内力计算4.1模型简介上部结构采用MIDAS桥梁软件进行成桥和各施工阶段状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、支座强迫位移、温度变化、等作用的计算。横向按框架和简支板考虑固端影响的模式进行计算，按其最不利内力控制截面设计。主桥合扰在夜间温度较低时进行，合扰顺序为先边跨再中跨。下部结构按最不利荷载组合进行设计，支座沉降按1cm考虑。4.2全桥结构单元的划分4.2.1 划分单元原则全桥按平面杆系结构进行分析，考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，按照杆系程序分析原理，遵循结构离散化的原则，在适当位置划分节点：1. 杆件的起点和终点及边界支承处;2. 杆件的转折点和截面的变化点;3. 施工分界线处和预应力锚固点;4. 单元长度过大时，应适当细分;5. 需验算的截面处. 6. 位移不连续，需进行主从约束时。图4-1 结构离散模拟图 图4-2 CAD上部结构离散图 4.2.2桥梁具体单元划分全桥长192米，共分为61个单元，每一个施工阶段自成一个单元，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，这样便于模拟施工过程，而且这些截面正是需要验算的截面。4.3全桥施工节段划分4.3.1桥梁划分施工分段原则有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以及留茬而不影响质量处。 分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅，使施工均衡。 施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。 分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。4.3.2施工分段划分全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元使用整体支架现浇法。1518单元与4447单元为0号块，以后每向外悬出一块即为一个施工阶段，分别为112号块，两端的1，61单元为边跨整体现浇段，单元2、60为边跨合拢节段， 30单元为中跨合拢节段。4.4计算参数1、混凝土（C50级）弹性模量3.45e+04Mpa 容重26.5 KN/m3 线膨胀系数0.00001 泊松比 0.2 fpk=32.4MPa ftk=2.65MPa 2、预应力材料 钢绞线s15.24 标准强度1860Mpa 弹性模量1.95e+05 Mpa 容重78.5 KN/m3 钢绞线公称面积140mm2/根 泊松比 0.3 张拉控制应力1395Mpa 摩阻系数0.3 管道偏差系数0.0015 锚具变形0.006m 3、二期铺装及调平层容重取39 KN/m4.5作用效用计算结果1、自重效应只考虑结构重力以及二期恒载对结构产生的效应。如剪力、弯矩及轴力等，如图所示：4.3自重效应弯矩图（kNm）4.4 自重效应剪力图（kN）4.5自重效应轴力力图（kN）由图可知，在结构重力作用下，跨中最大正弯矩为5317.6kNm，支点最大负弯矩为-482868.4kNm，墩顶处最大剪力值为23700kN。墩底最大轴力为-2528.5kN。2、收缩、徐变效应考虑1500天收缩徐变效应如下图所示：图4.6收缩效应弯矩图（kNm）图4.7收缩效应剪力图（kN）图4.8收缩效应轴力图（kN）图4.9徐变效应弯矩图（kNm）图4.10徐变效应剪力图（kN）图4.11徐变效应轴力图（kN）由图4.64.8可知，在收缩效应作用下，结构最大正弯矩为1035.9kNm，最大负弯矩为-3610.7 kNm，最大剪力为-191.9 kN。最大轴力为24209.3 kN；在徐变效应作用下，结构最大正弯矩为1498.0kNm，最大负弯矩为-232410.3 kNm，最大剪力为-13854.4kN。最大轴力为9134.6 kN。3、 车道荷载效应图4.12车道荷载效应弯矩包络图（kNm）图4.13车道荷载效应剪力包络图（kN）图4.14车道荷载效应轴力包络图（kN）由图4.124.14可知，车道荷载效应在结构上产生的最大正弯矩为9364.2kNm，最大负弯矩为-29919kNm，最大剪力值为1968kN。最大轴力为2363.4kN。4、 人群荷载效应图4.15人群效应弯矩包络图（kNm）图4.16人群效应剪力包络图图4.17人群效应轴力包络图（kN）由图4.154.17可知，人群荷载效应在结构产生的最大正弯矩为490.4kNm，最大负弯矩为-2265.1kNm，最大剪力值为131.7kN，最大轴力为-177.4 kN。5、 整体升、降温效应图4.18升温效应弯矩包络图（kNm）图4.19升温效应剪力包络图（kN）图4.20升温效应轴力包络图（kN）图4.21降温效应弯矩包络图（kNm）图4.22降温效应剪力包络图（kN）图4.23降温效应轴力包络图（kN）由图4.184.23可知，整体升温效应在结构产生的最大正弯矩为147706.2kNm，最大负弯矩为-32128.5kNm，最大剪力值为-8982.5kN，最大轴力为-209092kN；整体降温效应在结构产生的最大正弯矩为8032.1kNm，最大负弯矩为-39674.4m，最大剪力值为2245.6kN，最大轴力为52273.0kN。6、温度梯度效应图4.24温梯度效应剪力图（kN）图4.25温梯度效应剪力图（kN）图4.26温梯度效应轴力图（kN）由图4.244.26可知，正温梯度效应在结构产生的最大正弯矩为106725.6kNm，最大负弯矩为-9311.7kNm，最大剪力值为-1750.6kN，最大轴力为-4104.4 kN7、 支座沉降效应图4.27支座沉降效应弯矩图（kNm）图4.28支座沉降效应剪力图（kN）图4.29支座沉降效应轴力图（kN）由图4.274.29可知，正温梯度效应在结构产生的最大正弯矩为324.7kNm，最大负弯矩为324.4kNm，最大剪力值为405596.1kN，最大轴力为-2909.8kN；4.6荷载组合根据我国现行公路，桥涵设计规范，对全桥形成和营运各阶段的内力和应力进行荷载组合，取其中最为不利者。1、正常使用极限状态的内力组合考虑两种组合：组合I 作用短期效应组合: 组合II 作用长期效应组合: 2、承载能力极限状态的内力组合考虑一种组合 组合 基本组合: 或 主要荷载组合根据结构各部分对强度、刚度、稳定性的验算需要,设计中考虑的主要荷载组合见表2-1。组合种类荷载组合内容组合1自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移组合2自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移+系统升温+人群荷载组合3自重+二期荷载+汽车荷载+支座位移+系统降温+人群荷载表2-1 荷载组合表5.1 荷载组合表荷载组合类型说明1承载能力1.2恒荷载 +1.0徐变 + 1.0收缩+1.4活载+0.98人群+0.98升温+0.98温度梯度2承载能力1.2恒荷载 +1.0徐变 + 1.0收缩+1.4活载+0.98人群+0.98降温+0.98温度梯度3承载能力1.0恒荷载 + 1.0徐变 + 1.0收缩+1.4活载+0.98人群+0.98升温+0.98温度梯度4承载能力1.0恒荷载 + 1.0徐变 + 1.0收缩+1.4活载+0.98人群+0.98降温+0.98温度梯度5使用性能1.0恒荷载 + 1.0钢束一次+1.0徐变 + 1.0收缩+0.667活载+0.7人群+1.0升温+0.8温度梯度6使用性能1.0恒荷载 + 1.0钢束一次+1.0徐变 + 1.0收缩+0.667活载+0.7人群+1.0降温+0.8温度梯度7使用性能1.0恒荷载 + 1.0钢束一次+1.0徐变 + 1.0收缩+0.381活载+0.4人群+1.0升温+0.8温度梯度8使用性能1.0恒荷载 + 1.0钢束一次+1.0徐变 + 1.0收缩+0.381活载+0.4人群+1.0降温+0.8温度梯度9弹性阶段1.0恒荷载 + 1.0钢束一次+1.0徐变 + 1.0收缩+1.0活载+1.0升温+1.0温度梯度10弹性阶段1.0恒荷载 + 1.0钢束一次+1.0徐变 + 1.0收缩+1.0活载+1.0降温+1.0温度梯度11包络承载能力包络12包络使用性能包络13包络弹性阶段包络第五章 预应力损失的估算根据桥规（JTG D62-2004）第6.2.1条规定，预应力混凝土构件在正常使用极限状态计算中，由于施工中预应力索的张拉采用后张法，应考虑由下列因素引起的预应力损失：预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 l4锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 l2预应力钢筋与台座之间的温差 l3混凝土的弹性压缩 l4预应力钢筋的应力松弛 l5混凝土的收缩和徐变 l65.1摩阻损失摩阻损失指的是预应力筋与管道间的摩察损失s1,由规定，按以下公式计算： con张拉钢筋时锚下的控制应力（=0.75）,预应力钢筋与管道壁的摩擦系数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0.0015x从张拉端至计算截面的管道长度,以米计。系数k及的值管道类型K橡胶管抽芯成型的管道0.00150.55铁皮套管0.00300.35金属波纹管0.00200.00300.200.265.2.锚具变形损失锚具变形，钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩损失s2，在计算接缝压缩引起的应力损失时，认为接缝在第一批钢束锚固后既完成全部变形量，以后锚固得各批钢束对该接缝不再产生压缩。可按下式计算： Dl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195GPa。5.3 混凝土的弹性压缩损失 后张法构件采用分批张拉时，先张拉是钢束由于张拉后批钢束所产生的混凝土弹性压缩引起的应力损失，可按下式计算： 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力；预应力钢筋与混凝土弹性模量比。若逐一计算的值则甚为繁琐，可采用下列近似计算公式 N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： 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）。对悬臂拼装结构，作如下近似假设，可使先张拉钢束重心处由后张拉各批钢束产生的混凝土法向应力计算简化：（1）每悬臂拼装一段，相应张拉一批力筋；假设每批张拉预应力都相同，且都作用在全部预应力重心处；（2）在同一计算截面上，每一悬拼梁段自重所产生的自重弯矩都假设相等。5.4预应力筋的引力松弛损失预应力筋的引力松弛损失指的是由钢绞线组成的预应力钢束，在采用超张拉方法施工中，由钢绞线松弛引起的损失终极值。此项应力损失可根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 表6.2.6 条的规定，按下列公式计算。对于钢丝、钢绞线，本设计中采用：=（MPa） 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 =-；对先张法构件，=-。5.5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，这种损失可由以下公式计算： （5.1.5-1） （5.1.5-2） （5.1.5-3） （5.1.5-4）式中：、构件受拉、受压全部纵向钢筋截面重心处由混凝土收缩、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土法向应力； 截面回转半径，后张法采用净截面特性、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时的混凝土收缩、徐变，其终极值可按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 中表6.2.7取用；加载龄期为，计算考虑的龄期为t时的徐变系数，可按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 中表6.2.7取用.5.6预应力计算 （使用阶段扣除全部损失的有效预应力值） （张拉锚固阶段的有效预应力）预应力计算结果单元号节点号弯矩(KN.m)剪力(kN)轴力(KN)111.85E+041.58E+033.11E+04222.20E+04-1.64E+033.77E+04332.00E+04-2.06E+033.81E+04441.97E+04-3.92E+034.55E+0415151.05E+04-1.85E+037.20E+0416161.21E+04-3.61E+037.18E+0417171.30E+04-4.33E+037.61E+0418181.07E+04-5.15E+037.56E+0419199.97E+03-5.91E+038.00E+043131-9.16E+04-2.12E+041.24E+053232-1.03E+05-2.28E+041.25E+053333-1.16E+05-2.42E+041.26E+053434-1.38E+05-2.56E+041.27E+053535-1.63E+052.65E+041.27E+053636-1.39E+052.52E+041.27E+053737-1.17E+052.37E+041.26E+053838-1.08E+052.23E+041.25E+0555551.42E+03-1977.44E+0456561.06E+032017.40E+0457572.83E+03-8067.87E+045858-1.25E+0319.47.26E+045959-1.40E+037966.75E+046060-1.19E+031186.75E+046161-4.76E+031.75E+037.18E+04B1和T12预应力损失图样： 第六章 主梁截面验算根据JTG D602004S第1.0.8条、JTG D622004S第1.0.6条，公路桥涵应根据不同种类的作用(或荷载)及其对桥涵的影响、桥涵所处的环境条件，考虑持久状况、短暂状况和偶然状况三种设计状况，并对其进行相应的极限状态设计。这三种设计状况的结构体系、结构所处的环境条件、经历时间长短都是不同的，所以设计时采用的计算模式、作用、材料性能的取值及结构可靠度水平也是有差异的。6.1 持久状况验算持久状况指桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况，要接受结构是否完成其预定功能的考验。持久状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。6.1.1. 承载能力极限状态持久状况承载能力极限状态包括对抗弯、抗压、抗拉、抗剪、抗扭等的强度及受压构件的稳定进行计算；当有必要时还应对结构的倾覆和滑移进行验算。这是结构设计的最主要的部分。在进行持久状况承载能力极限状态计算时，作用(或荷载)效应(其中汽车荷载应计入冲击系数)应采用其组合设计值；结构材料性能采用其强度设计值。根据JTG D602004S第1.0.9条以及JTG D622004S第5.1.2条，按持久状况承载能力极限状态设计时，公路桥涵结构的设计安全等级应根据结构破坏可能产生的后果的严重程度划分为三个设计等级，以体现不同情况的桥涵的可靠度差异。在计算上，不同安全等级是用结构重要性系数来表示。根据JTG D622004S第5.1.5条，承载能力计算采用下列表达式：。结构等级取二级=1。6.1.1.1. 正截面抗弯验算对应JTG D622004S第5.2.25.2.5条，计算过程中对上部结构各截面均进行了验算，这里仅对一些关键截面提供验算结果，以供说明。作用的效应采用其组合设计值，结构材料性能采用其强度设计值。表6.1 正截面抗弯验算 （kNm）单元位置最大/最小类型验算8第一跨跨中最大-19011.0413201921.1324OK8最小-117659.0085201921.1324OK161#墩左支点最大-254920.4625932927.5011OK16最小-509204.9058932927.5011OK171#墩右支点最大-255568.7075934235.6285OK17最小-509983.9458934235.6285OK31第二跨跨中最大195965.4073277361.5819OK31最小103841.2421277361.5819OK452#墩左支点最大-254753.8614932927.5011OK45最小-509027.0307932927.5011OK462#墩右支点最大-255398.2722934235.6285OK46最小-509801.4499934235.6285OK55第三跨跨中最大-36804.7847235023.7234OK55最小-135670.8852235023.7234OK表6.2 注：表示结构重要性系数最大弯矩组合，表示结构的抗弯强度。表6.3 验算结果表明，在设计荷载最不利组合下，结构各截面的持久状况抗弯承载能力满足设计要求。6.1.1.2. 斜截面抗剪验算对应JTG D622004S第5.2.65.2.11条。在剪力和弯矩共同作用的区段，有可能发生沿构件斜截面的破坏，故对桥梁结构还必须进行斜截面强度计算。根据JTG D622004S第5.5.3条之规定，首先对设计截面的尺寸进行验算，以判断截面尺寸是否合理。关于“抗剪上限值”的公式5.5.3其作用是防止出现斜压破坏，计算中如不能满足该公式的要求，就应该加大梁的截面尺寸或提高混凝土的强度等级。对上部结构所有截面进行了抗剪性的计算，下面给出几个控制截面情况以供说明。表6.4 斜截面抗剪验算 （kN）单元位置最大/最小类型验算8第一跨边支点最大-7321.112258.5OK8最小-14429.413852.7OK161#墩左支点最大30884.431224.1NG16最小25241.831224.1OK171#墩右支点最大-39206.330713.4OK17最小-26047.931244.2OK312#墩左支点最大30924.931224.7OK31最小26183.131224.7OK452#墩右支点最大-37997.630713.4NG45最小-25211.531243.7OK46第三跨边支点最大14460.323853OK46最小7444.512258.