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石板冲桥施工图设计 石板冲桥施工图设计 摘要 石板冲桥的设计遵从技术先进 安全可靠 耐久适用 经济合理的基本原则 将桥 梁设计为 62m 100m 100m 100m 62m 预应力混凝土变截面连续梁桥 主梁为单箱单室 截面 每幅桥面净宽为 0 5m 防撞栏 11m 快车道 0 5 防撞栏 12m 两幅桥 相隔 2m 设计荷载为公路 级 主梁采用 C50 混凝土 桥面铺装采用为 10cm 的沥 青混凝土 钢绞线采用 15 2 抗拉标准强度为 1860MPa 的钢绞线 每束钢束由 17 根钢绞线组成 本方案为 62m 100m 100m 100m 62m 的不等跨变截面箱梁连续梁桥 采用的是单 箱单室截面 跨中高 2 5m 根部高 5m 主梁采用悬臂现浇施工 边跨直线段采用满堂 支架施工 桥梁施工采用悬臂施工方法 采用工程软件 Midas 进行计算分析 考虑了自重 温 度 支座沉降 移动荷载四种荷载 进而考虑承载能力极限有利 不利作用组合和正常 使用状态的短期 长期作用组合 依照规范进行预应力钢筋的估算 并且加入预应力钢 筋荷载 经过调整后使得结构不仅在成桥状态下符合规范要求 而且在各个施工阶段同 样满足 最后进行抗裂 抗压 挠度等验算 通过检验符合规范要求 关键词 变截面连续梁桥 箱型截面 预应力混凝土 内力计算 验算 石板冲桥施工图设计 Design and construction of Shi Ban Chong bridge Abstract The basic principle of Shi ban Chong bridge design with advanced technology reliable safety durability economy reasonable the bridge design of 62m 100m 100m 100m 62m prestressed concrete continuous girder bridge with variable cross section single box girder single room section Each deck is 0 5m in width barrier 11m fast 0 5 barrier 12m two pieces of bridge by 2m Design load for highway Main beam using C50 concrete Bridge deck pavement with asphalt concrete 10cm Steel wire with diameter 15 2 the tensile strength of steel strand standard for 1860MPa each beam of steel beam is composed of 17 strands The program for the 62m 100m 100m 100m 62m unequal span box girder with variable cross section continuous beam bridge using a single box single room section cross in the high 2 5m high 5m root The Girder Cantilever cast in place construction cross border line segments using scaffold construction Cantilever construction method used in bridge construction by using engineering software Midas is analyzed considering the weight temperature settlement of supports moving load four load and then consider the limit of bearing capacity favorable unfavorable combination and normal use of short term long term effect combination state Estimates for prestressed reinforced in accordance with the specification and joined the prestressed load is adjusted so that the structure in the finished bridge state is not only meet the requirements of the specification but also meet in each construction stage Finally crack resistance compression deflection calculation through the test meet the requirements of the specification Keywords variable cross section continuous beam bridge box girder prestressed concrete internal force calculation calculation 石板冲桥施工图设计 目录 1 工程概况 1 1 1 梁式桥发展概况 1 1 2 桥型结构及计算 1 1 3主要建筑材料 2 1 5桥型立面总体布置图 3 1 6主梁横断面尺寸图 3 1 7结构单元划分及毛截面几何特性计算 5 1 7 1结构单元划分 5 1 7 2毛截面几何特性计算 5 2方案比选 8 2 1 技术标准 8 2 2方案比选 8 3主梁作用效应计算 13 3 1结构自重作用效应计算 13 3 2汽车荷载及人群荷载作用效应计算 16 3 2 1冲击系数 16 3 2 2车道荷载及人群荷载 16 3 2 3横向分布调整系数 16 3 2 4内力计算 17 3 2 5 主梁活载内力计算结果 18 3 3 温度及支座沉降次内力的计算 21 3 3 1 荷载信息 21 3 3 2 温度次内力计算 23 3 4 基础沉降引起的内力计算 29 3 5 作用效应组合 32 3 5 1作用效应组合的原理 32 3 5 2 承载能力极限状态内力组合 33 3 5 3 正常使用极限状态效应组合 39 石板冲桥施工图设计 4预应力钢束的估算及其布置 51 4 1预应力钢束估算的原理与方法 51 4 2 预应力筋的布置原则 51 4 3 预应力筋估算结果 53 4 4 预应力筋的布置结果 62 4 5 主梁换算截面几何特性计算 65 5预应力损失及有效预应力计算 68 5 1 预应力损失计算 68 5 2 预应力损失及有效预应力的计算结果 71 6配束后主梁内力计算及内力组合 73 6 1 预应力效应 73 6 2 收缩徐变效应 73 6 3 内力组合 73 7 按持久状况承载能力极限状态的要求进行验算 88 7 1 正截面抗弯能力验算 88 7 1 1 基本理论 88 7 1 2 计算公式 88 7 1 3 验算结果 89 7 2 斜截面抗剪能力验算 99 8 按持久状况正常使用极限状态的要求进行验算 100 8 1 抗裂验算要求 100 8 2 抗裂验算公式 101 8 2 1 正截面抗裂验算公式 101 8 2 2 斜截面抗裂验算公式 101 8 3 验算结果 102 9 按持久状况和短暂状况极限状态的要求进行验算 117 9 1 持久状况截面应力验算 117 9 1 1 正截面混凝土压应力验算结果 118 9 1 2 受拉区钢筋拉应力验算结果 123 9 1 3 斜截面混凝土主压应力验算结果 123 石板冲桥施工图设计 9 2 短暂状况截面应力验算 127 10 挠度验算 137 10 1 挠度验算要求 137 10 2 挠度验算结果 139 10 2 1 中跨跨中挠度验算 139 10 2 2 边跨最大挠度验算 139 11 设计图绘制 140 11 1 概述 140 11 2 总体布置图 140 11 3 主梁一般构造图 140 11 4 主梁预应力钢束构造图 141 11 5 下部结构一般构造图及钢筋布置图 141 12 总结 142 参考文献 143 致谢 144 附件 1 毕业设计开题报告 附件 2 译文及原文影印件 石板冲桥施工图设计 第 1 页 共 149 页 1 工程概况 1 1 梁式桥发展概况 梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁 主梁可以是实腹梁或者是 桁架梁 空腹梁 实腹梁外形简单 制作 安装 维修都较方便 因此广泛用于中 小跨径桥梁 但实腹梁在材料利用上不够经济 桁架梁中组成桁架的各杆件基本只承受 轴向力 可以较好地利用杆件材料强度 但桁架梁的构造复杂 制造费工 多用于较大 跨径桥梁 桁架梁一般用钢材制作 也可用预应力混凝土或钢筋混凝土制作 但用的较 少 过去也曾用木材制作桁架梁 因耐久性差 现很少使用 实腹梁主要用钢筋混凝土 预应力混凝土制作 也可以用钢材做成钢钣梁或钢箱梁 实腹梁桥的最早形式是用原木 做成的木梁桥和用石材做成的石板桥 由于天然材料本身的尺寸 性能 资源等原因 木桥现在已基本上不采用 石板桥也只用作小跨人行桥 随着交通运输业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 而多伸缩缝的悬臂梁和 T 型刚构桥均难以满足这个要求 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 普通钢筋 混凝土连续梁桥的适用跨径在 15 30 米之间 当跨径进一步增大时 结构自重产生的弯 矩迅速增大 混凝土开裂难以避免 于是预应力混凝土连续梁桥得广泛应用 1 2 桥型结构及计算 大桥上部构造由五跨一联预应力砼箱变截面连续梁组成 桥孔布置为 62m 100m 100m 100m 62m 箱梁在墩支点处的截面高度为 5m 在跨中及端支点处 的高度为 2 5m 本桥上部结构为五跨预应力混凝土连续梁桥 采用分段悬臂浇筑的方 法施工 预应力混凝土连续梁桥采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换 经过一系列 施工阶段逐渐形成最终的连续梁体系 在各个阶段 可能具有不同的静力体系 其中包 括安装单元 拆除单元 张拉预应力 移动挂篮等工况 因此恒载内力计算时必须精确 石板冲桥施工图设计 第 2 页 共 149 页 模拟各个施工阶段 桥梁恒载内力由各个施工阶段的内力叠加而成 显然对用不同的施 工方法 桥梁恒载内力是有很大区别的 而汽车荷载 人群荷载和温度 墩台沉降等作 用在成桥以后才发生 与施工方法无关 由于悬臂施工涉及很多施工工况 且由于体系 发生转换使预加力和徐变产生的次内力计算变得非常复杂 故设计时必须借助计算机辅 助计算才能完成 本设计中采用迈达斯软件进行设计计算 各阶段根据各自不同结构体系和可能发生的各种荷载 包括施工荷载 自重 预应力 二次力 体系温差 局部温差 活载 地基沉降等计算了结构各部的位移和内力 计算 假定 采用悬臂施工的连续梁桥 在施工过程中经历 T 形刚构受力状态 合拢后形成连 续梁桥 恒载产生的内力由各个施工阶段产生的内力叠加而成 由于合拢段较短 其产 生的内力一般较小 故 T 形刚构受力状态为主要部分 对悬臂施工连续梁桥合拢后墩顶 负弯矩很大 而中跨跨中恒载弯矩很小 二期恒载加上去以后 墩顶负弯矩增大 中跨 跨中承受较小的正弯矩 因而 截面尺寸拟定时 应根据以上弯矩分布特点 增大主梁 墩顶附近的抗弯刚度 1 3主要建筑材料 1 混凝土箱梁采用 C50 混凝土 墩身 承台采用 C30 混凝土 基桩采用采用 C25 混凝土 桥面铺装采用 10cm 厚的沥青混凝土 2 预应力钢材预应力钢筋采用 ASTMA416 97a 标准的低松弛钢绞线 1 7 标准型 抗拉强度标准值f pk 1860 MPa 抗拉强度设计值f pd 1260MPa 公称 直径15 24mm 公称面积 140 2 mm 弹性模量 Ep 1 95 5 10MPa 3 普通钢筋 R235 HRB335 钢筋标准应符合 GB13013 1991和 GB1499 1998 的规定 4 钢材技术标准必须符合 GB700 79 的规定 选用的焊接材料应符合 GB1300 77 或 GB981 76 的要求 并与所采用的钢材材质和强度相适应 5 锚具 采用 OVM 夹片式群锚 并采用与其配套的千斤顶 6 预应力管道 采用预埋波纹管成型 7 支座 采用 GPZ II 系统支座 石板冲桥施工图设计 第 3 页 共 149 页 1 4设计依据 公路工程技术标准 JTG B01 2003 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 其他未尽事项按 公路桥涵施工技术规范 JTG T F50 2011 1 5桥型立面总体布置图 跨径布置 62m 100m 100m 100m 62m 桥型立面布置图见图 1 1 图 1 1桥型立面布置图 单位 cm 1 6主梁横断面尺寸图 主梁截面尺寸 主梁为变截面单箱单室箱梁 支点截面梁高 5m 跨中梁高 2 5m 具体尺寸见下图 石板冲桥施工图设计 第 4 页 共 149 页 支点截面 单位 cm 跨中截面 单位 cm 图 1 2 石板冲桥施工图设计 第 5 页 共 149 页 1 7结构单元划分及毛截面几何特性计算 1 7 1结构单元划分 结构自重效应采用平面杆系有限元程序 迈达斯计算 单元的划分应尽量与箱梁 的阶段划分一致 即每一个施工阶段自然划分为一个单元 全桥一共划分为 128 个单元 129 个截面 0 好块长度为 5m 0 号块到跨中的单元长度划分为 6 3m 6 4m 4 5m 悬臂段共 13 段 合拢段为两个分别 1m 的单元 满堂支架段段元划分为 4m 4m 3m 下图为一半的单元划分 图 1 3 主梁单元划分及悬臂段划分 1 7 2毛截面几何特性计算 毛截面几何特性是计算结构内力 配束及变形计算的前提 本设计采用迈达计算毛 截面几何特性 在经过网格划分后 可得出各截面毛截面几何特性值 由于对称 所以 只需计算 1 64 号单元 其中 1 3 单元是满堂支架段等截面 表表 1 1 截面集合特征值截面集合特征值 单元号抗弯惯性矩截面面积中性轴高截面高度单元重量 16 54976 8271 55412 5682 7 26 54976 8271 55412 5682 7 36 54976 8271 55412 5512 025 石板冲桥施工图设计 第 6 页 共 149 页 46 54976 8271 55412 5170 675 56 54976 8271 55412 5170 675 66 54976 8271 55412 5775 073 76 77456 95211 56062 5234703 849 87 29397 12491 58422 5836724 203 98 15577 35921 62412 6807750 862 109 42497 65811 67962 8147784 151 1111 19438 02491 75012 9859824 396 1213 58778 4631 83483 194871 922 1316 76498 97551 9333 4391689 478 1419 78149 41062 01523 6473723 805 1523 45349 89092 10453 8762761 565 1627 900410 41752 20084 1259802 859 1733 261110 9922 30414 3964847 792 1839 695811 61572 41444 6879896 465 1947 389312 292 53165768 125 2047 389312 292 53165768 125 2147 389312 292 53165896 465 2239 695811 61572 41444 6879847 792 2333 261110 9922 30414 3964802 859 2427 900410 41752 20084 1259761 565 2523 45349 89092 10453 8762723 805 2619 78149 41062 01523 6473689 478 2716 76498 97551 9333 4391871 922 2813 58778 4631 83483 194824 396 2911 19438 02491 75012 9859784 151 309 42497 65811 67962 8147750 862 318 15577 35921 62412 6807724 203 327 29397 12491 58422 5836703 849 石板冲桥施工图设计 第 7 页 共 149 页 336 77456 95211 56062 5234775 073 346 54976 8271 55412 5170 675 356 54976 8271 55412 5170 675 366 54976 8271 55412 5775 073 376 77456 95211 56062 5234703 849 387 29397 12491 58422 5836724 203 398 15577 35921 62412 6807750 862 409 42497 65811 67962 8147784 151 4111 19438 02491 75012 9859824 396 4213 58778 4631 83483 194871 922 4316 76498 97551 9333 4391689 478 4419 78149 41062 01523 6473723 805 4523 45349 89092 10453 8762761 565 4627 900410 41752 20084 1259802 859 4733 261110 9922 30414 3964847 792 4839 695811 61572 41444 6879896 465 4947 389312 292 53165768 125 5047 389312 292 53165768 125 5147 389312 292 53165896 465 5239 695811 61572 41444 6879847 792 5333 261110 9922 30414 3964802 859 5427 900410 41752 20084 1259761 565 5523 45349 89092 10453 8762723 805 5619 78149 41062 01523 6473689 478 5716 76498 97551 9333 4391871 922 5813 58778 4631 83483 194824 396 5911 19438 02491 75012 9859784 151 609 42497 65811 67962 8147750 862 618 15577 35921 62412 6807724 203 石板冲桥施工图设计 第 8 页 共 149 页 627 29397 12491 58422 5836703 849 636 77456 95211 56062 5234775 073 646 54976 8271 55412 5170 675 2方案比选 2 1 技术标准 汽车荷载 公路 I 级 桥跨长 426m 全桥宽 12m 设计行车速度 60km h 桥面设置基本要求 单向 3 车道每幅桥面净宽为 0 5m 防撞栏 11m 快车道 0 5 防撞栏 12m 两幅桥相隔 2m 2 2方案比选 1 方案介绍 方案一62m 100m 100m 100m 62m 变截面预应力混凝土连续梁桥 施工方法 悬臂施工 基础形式 钻孔灌注桩 桥墩 双柱式桥墩 桥台 实体埋置式桥台 上部结构截面类型 单箱单室箱型截面 支点梁高为 5m 跨中梁高 2 5m 桥面为单向三车道 3 3 5m 防撞护栏 0 5m 2 11m 单幅桥宽 12m 石板冲桥施工图设计 第 9 页 共 149 页 图 2 1 立面图 图 2 2 横截面 石板冲桥施工图设计 第 10 页 共 149 页 方案二21 20m 简支梁桥 上部结构采用预应力混凝土空心板 跨径是标准跨径20m 下部结构采用肋板 式台配桩基础 桥墩采用 双柱式桥墩 墩台采用钻孔灌注桩 桥面宽度为12m 两侧 桥台设置SSFB 80伸缩缝 桥墩采用GYZ圆板式橡胶支座 两侧桥台采用GYZ带四氟滑 板的圆板式橡胶支座 护栏 搭板 支座 伸缩缝及桥面排水见 桥梁公用构造 图 2 3 立面图 图 2 4 截面图 石板冲桥施工图设计 第 11 页 共 149 页 方案三 34 96m 3 35m 4 35m 3 35m 34 96m 简直变连续梁桥 上部结构采用 12 35m 预应力混凝土组合箱梁 先简直后连续 0 桥台为桩接 盖梁式桥台 12 桥台为肋板式桥台 桥墩均采用桩柱式桥墩 墩台均为钻孔灌注桩 全桥在 0 12 桥台出设置 80 型伸缩缝 在 4 8 桥墩出设置 160 型伸缩缝 伸缩缝 处设置四氟滑板支座 GYZF4 275 72 mm 其余桥墩设置板式橡胶支座 GYZ 400 88mm 图 2 5 立面图 图 2 6 横截面图 石板冲桥施工图设计 第 12 页 共 149 页 2 比较 连续梁桥特点 均载弯矩最大值比简支梁可减少 50 均载弯矩图面积比简支梁可 减少 2 3 加大连续梁的根部梁高可以减少跨中正弯矩 是连续梁的突出特征 连续梁 支座的不均匀沉降会引起附加应力 故连续梁桥对地基条件要求较高 连续梁桥在一联 中无伸缩缝 行车条件较好 上缘存在负弯矩区 当产生裂缝后易受水侵蚀 钢筋混凝 土梁桥 由于支架下沉和混凝土收缩而出现裂缝的危险性增长 因而使混凝土的浇筑复 杂化 所以跨径大于 35m 40m 时很少采用连续梁 因为桥梁全长有 430m 如果采用小跨径下部结构 包括桥墩和基础 的预算会很 高 而且当连续梁的主跨跨径接近或大于 70m 时 若主梁仍采用等截面布置 在恒载和 活载作用下 主梁支点截面的负弯矩将比跨种截面的正弯矩大得多 从受力上讲就显得 不太合理且不经济 这时 采用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 所以采用方案一 减少的桥墩的数量量 变截面连续梁线条优美 石板冲桥施工图设计 第 13 页 共 149 页 3主梁作用效应计算 3 1结构自重作用效应计算 3 1 1悬臂浇筑施工阶段的模拟 1 节段的安装 在程序中直接输入需要安装的单元号 程序将自动激活该单元 同时激活单元的自重 2 挂篮的模拟 迈达斯中将挂篮作为一个节点荷载加入模型节点上 在施工阶段 对挂篮进行移动 从而将挂篮作用计入结构计算中 其中挂篮安装 挂篮加载 转移锚 固 和挂篮拆除均在挂篮操作中可实现其模拟 3 混凝土湿重的施加 在迈达斯中 浇筑梁段的湿重是在挂篮加载时计入计算的 等到转移锚固时再将其计入主梁单元共同受力 4 在合拢段合拢之前 应按照一下顺序进行施工 上挂蓝 上配重 对称压重 施工合拢段 去压重 最大梁段的重量为 896 465kN 挂蓝重量设计为 450KN 合拢段的梁高为 2 5m 横断面面积为S6 827 2 m 因此合拢段一侧的压重 计算值为合拢段重量的一半即 1m 合龙段的重量 170 675KN 3 1 2内力计算 1 结构重力作用 对于一期恒载集度 由于主梁为变截面 此项可由软件计算而得 其结果见 表 1 1 中的结构单元自重 二期结构自重荷载集度为桥面铺装与护栏自重集度之和 桥面铺装中下层采用 10cm 素混凝土 混凝土容重为 25kN m 上层采用 2cm 石板冲桥施工图设计 第 14 页 共 149 页 沥青混凝土铺装 沥青混凝土重度为 23kN m 且铺装层宽为 11m 防撞护栏横断面面 积为 0 3m 重度为 25kN m 则每延米主梁承担的二期永久作用为 g 11 0 02 23 11 0 1 25 0 3 25 40 06kN m 2 内力计算 本桥采用悬臂浇筑施工 施工过程包含了结构体系转换 所以结构自重内力计算 过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来 然后进行内力叠加 内力计算 结果如下表所示 从表中可以看出 采用悬臂施工的连续梁 其恒载弯矩与采用一次 落架的连续梁桥有很大不同 由于在施工过程中经历了悬臂阶段 造成根部负弯矩远 大于跨中正弯矩 以下只列出结构一半的单元内力计算结果 表表 3 1 结构自重效应阶段内力结构自重效应阶段内力 节点号剪力 KN 弯矩 KN m 节点号剪力 KN 弯矩 KN m 1 2815 41033 1436 022415 98 2 1803 889238 5934 289 626292 35 3 792 3614431 0735 36 736455 52 4 33 7115670 1736216 156365 81 5219 1715577 44371362 52820 05 6472 0515231 83382399 22 4697 09 71618 410534 5393460 13 16408 25 82655 11993 74404552 68 32426 13 93715 99 10741 04415684 68 52894 48 104808 5 27782 54426864 32 77989 64 115940 47 49274 51438100 41 107922 14 127120 06 75393 29449069 32 133692 38 138356 09 106349 424510078 75 162438 16 149324 95 132887 374611132 72 194289 21 1510334 32 162400 864712235 38 229387 79 1611388 23 195019 634813390 99 267889 09 1712490 82 230885 934914639 2 309961 56 1813646 35 270154 9450 14767 56 346709 79 1914895 11 312995 1351 14616 55 309941 12 20 14832 85 350383 1252 13403 267844 12 21 14681 71 313451 2253 12246 82 229318 29 22 13468 17 271158 3554 11143 63 194195 18 23 12312 01 232436 6555 10089 18 162319 6 24 11208 83 197117 6756 9079 32 133549 3 25 10154 4 165046 2257 8110 25 107754 53 石板冲桥施工图设计 第 15 页 共 149 页 26 9144 55 136080 0458 6873 86 77789 32 27 8175 5 110089 459 5693 76 52661 45 28 6939 12 79863 0460 4561 42 32160 4 29 5759 03 54474 0161 3468 62 16109 82 30 4626 69 33711 7962 2407 54 4365 95 31 3533 9 17400 0563 1370 733183 89 32 2472 83 5395 0264 224 326766 45 图 3 1 结构自重剪力图 单位 kN 图 3 2 结构自重弯矩图 单位 kN m 石板冲桥施工图设计 第 16 页 共 149 页 3 2汽车荷载及人群荷载作用效应计算 3 2 1冲击系数 汽车冲击系数按规范要求计算 其中边跨跨中截面 面积 A 6 827m 截面惯性矩IC 6 5497 4 m 单元长度质量 c m A c q 6 827 25 3 10 9 81 17 398 3 10 kg m 冲击系数 140 0157 1 5 fln 0 1767Hzf 所以 1 0 1441 2 0 2416 所以冲击系数取 0 2416 3 2 2车道荷载及人群荷载 本设计荷载等级为公路 I 级 由于桥梁特征计算跨径为 80m 所以 k q 10 5kN m k p 360kN 3 2 3横向分布调整系数 对于整体式箱梁 其汽车横向分布调整系数就是其所承受的汽车总列数 4 Hz m EI l f c c 47 2 2 616 13 2 1 Hz m EI l f c c 29 4 2 651 23 2 1 石板冲桥施工图设计 第 17 页 共 149 页 考虑纵横向折减 偏载后的修正值 对于本设计一个跨度为 100 米的桥面 3 车道 的整体箱梁验算时 其横向分布系数应为 3 0 78 三车道的横向折减系数 1 15 偏载系数 1 大跨径的纵向折减系数 2 691 汽车的横向分布系数已经 包含了汽车车道数的影响 由于本桥无人群荷载 所以没有人群荷载横向分布系 数 3 2 4内力计算 主梁汽车荷载效应和人群荷载效应的横向分布调整系数确定之后 将汽车 荷载效应和人群荷载效应分别乘以相应的横向分布调整系数后 在主梁内力影响 线上最不利布载 可分别求得主梁最大汽车荷载效应和人群荷载效应 对于汽 车荷载 将集中荷载直接布置在内力影响线数值最大的位置 均布荷载布置在 所有正的或负的影响线面积内 其计算公式为 1 ikqkq ypmqmS 式中 S 截面的弯矩或剪力 汽车荷载的冲击系数 汽车恒载横向折减系数 mq 汽车 人群荷载横向分布系数 k q 汽车车道荷载中 每延米均布荷载标准值 k p 车道荷载中的集中荷载标准值 i y 沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值 石板冲桥施工图设计 第 18 页 共 149 页 3 2 5 主梁活载内力计算结果 由 MIDAS CIVIL 软件计算所得公路 级汽车荷载作用下 各个节点的位移和截 面的内力值 由于结构对称 现只列出 1 64 号单元的内力值 如表 3 2 所示以及主梁 内力图和内力包络图 如图 3 3 图 3 4 所示 表 3 2 汽车荷载效应内力 弯矩单位 kN m 剪力单位 kN 单元号最大弯矩最小弯矩最大剪力最小剪力 176 4 185 54452 16 1272 5 272 6 176 32455 19 1144 19 368 81 167 1464 23 1022 53 465 96 160 19474 92 935 98 565 01 157 88492 34 908 07 662 52 151 82511 79 880 63 759 18 143 72601 95 763 28 859 59 144 71685 03 667 62 959 61 144 03770 17 580 22 1061 52 143 99856 86 500 96 1164 62 146 65944 77 429 53 1268 81 151 791033 7 365 49 1373 44 157 81123 63 308 3 1478 09 165 051191 7 269 56 1583 36 173 681260 34 234 13 1689 14 183 431329 59 201 77 1794 92 193 871399 49 176 79 18100 4 205 031470 08 172 99 1940 93 57 41545 13 171 24 20102 84 230 43329 52 1750 19 21173 23 401 65329 13 1693 72 石板冲桥施工图设计 第 19 页 共 149 页 22164 9 381 74330 4 1631 08 23156 38 362 32332 61 1568 58 24148 31 344 04335 82 1506 21 25140 87 327 29340 07 1443 94 26133 9 311 65345 45 1381 74 27126 78 295 69352 04 1319 65 28118 9 278 27362 83 1236 91 29112 01 263 24394 97 1154 36 30106 18 250 77440 15 1072 12 31101 14 240 2490 6 990 47 3296 84 231 4546 36 909 79 3393 58 225 13607 3 830 62 3491 42 221 64681 62 744 17 3591 25 221 6698 89 725 43 3692 54 224 29716 42 706 89 3795 57 229 83798 19 626 23 3899 28 237 21874 25 558 83 39103 99 246 98952 85 496 40109 47 258 621033 43 438 03 41115 81 272 331115 56 385 04 42123 32 288 861198 95 336 98 43131 05 305 931283 44 293 68 44137 82 321 061347 43 264 17 45145 03 337 281411 94 237 08 46152 79 354 811476 97 215 08 47161 12 373 731542 53 210 82 48169 84 393 621608 62 207 87 49102 09 229 621679 33 206 69 50102 84 230 43302 04 1763 37 石板冲桥施工图设计 第 20 页 共 149 页 图 3 3 汽车最大最小弯矩图 单位 kN m 51173 23 401 65301 78 1704 49 52164 9 381 74303 34 1639 26 53156 38 362 32306 03 1574 49 54148 31 344 04309 92 1510 17 55140 87 327 29315 04 1446 27 56133 9 311 65321 47 1382 78 57126 78 295 69331 03 1319 75 58118 9 278 27370 83 1236 3 59112 01 263 24415 18 1153 68 60106 18 250 77464 32 1072 04 61101 14 240 2518 34 991 63 6296 84 231 4577 23 912 81 6393 58 225 13640 79 836 09 6491 42 221 64717 4 753 石板冲桥施工图设计 第 21 页 共 149 页 图 3 4 汽车最大最小剪力图 单位 kN 3 3 温度及支座沉降次内力的计算 3 3 1 荷载信息 1 温度作用分为均匀温度作用和梯度温度作用 均匀温度作用是指长年气温变化 导致桥梁沿纵向均匀的移动 当结构的位移受到约束时就会引起温度次内力 计算桥梁 结构因均匀温度作用引起外加变形或约束变形时 应从结构受到约束时的结构温度作为 起点 计算结构最高和最低有效温度的温度效应 梯度温度作用是在太阳辐射的作用下 结构沿梁高度方向形成非线性的温度梯度 导致结构产生温度次内力 温度应力可按一般结构力学或有限元方法进行计算 计算时一般采用以下假定 1沿桥长的温度分布是均匀的 2混凝土是弹性均质材料 3梁变形服从平截面假定 4竖向温度应力和横向温度应力可分别计算 最后叠加 用矩阵位移法求解温度效应时 温度变化引起的结点荷载向量 e F为 0 0 0 0 i c i i j c j j N EAy Q M EI F N EAy Q EIM 石板冲桥施工图设计 第 22 页 共 149 页 式中 c y 形心纵坐标 0 y 0 处方程 cc ht y b y yy dyy 0 A 变形曲率 c ht y b y yy dy I 按矩阵位移法可求得温度次内力及次应力 温度自应力为平衡应力 根据变形协调原理 可由下式求得 0 s yEt yy 由上分析可见 程序计算的关键在于计算式 由于桥梁截面宽度 b y一般不能写成连续 函数 而温度场 t y一般也不是连续形式 可用分段折线来近似 t y 这样可使用类似 于节线法的方法来描叙截面的温度场 1 n ici i t i b iyyy I 0 11 nn icicici ii t i b iyyyyt i b iyyy AI 本设计中计算结构均匀温度效应时 升温温差为 12 7 降温温差为 13 1 由于连续 梁桥结构不会约束桥梁纵向均匀位移 所以结构在均匀温度作用下不会产生内力 考虑 桥面板由于日照温差产生的梯度温度效应 梯度温度根据 公桥规 2 第 4 3 10 条规定 温度基数 T1 为 14 T2 为 5 5 竖向日照反温差为正温差乘以 0 5 梁高均大于 400mm 则 A 值取 300mm 如下图所示 按照以上规定由 MIDAS CIVIL 软件可算出不 均匀温度引起的内力 T T1 1 T T2 2 t 100A 上部结构高度H 只用于钢梁 图 3 5 非线性温度示意图 2 根据 公路桥涵地基与基础设计规范 3 规定 石板冲桥施工图设计 第 23 页 共 149 页 1墩台均匀总沉降 cm 值 不包括施工中的沉降 为 2 0L 2相邻墩台均匀总沉降 cm 值 不包括施工中的沉降 为 1 0L 其中 L 为相邻墩台间最小跨径长度 以 m 计 跨径小于 25m 时仍以 25m 计算 该设计相邻墩台间最小跨径长度为 64m 所以根据规范计算所得 每个墩台所允许 的沉降值为 4cm 由于连续梁桥若地基发生过大的不均匀沉降 可以通过调整墩顶支座 的高程 抵消下沉来补救 所以通过 MIDAS CIVIL 软件模拟三跨连续梁桥四个支点中 的每个支点分别下沉 2cm 其余的支点不动 所得到的内力进行叠加 取最不利的内力 包络图 3 3 2 温度次内力计算 利用 MIDAS CIVIL 软件模拟主梁在梯度正温差和梯度反温差作用的工况 可得到 成桥状态下各个节点的位移和截面的内力值 如表 3 3 3 4 所示以及主梁内力图和位移 图 如图 3 3 图 3 8 所示 表表 3 3 梯度梯度升升温差引起的主梁内力温差引起的主梁内力 单元剪力弯矩单元剪力弯矩 1 186 106507517 22 2 186 1744 396607517 22 3 186 11488 786707517 22 4 186 12047 076807517 22 5 186 12233 176907517 22 6 186 12419 277007517 22 7 186 093256 717107517 22 8 186 084001 17207517 22 9 186 064745 497307517 22 10 186 045489 887407517 22 11 186 016234 277507517 22 12 185 976978 667607517 22 13 185 937723 057707517 22 石板冲桥施工图设计 第 24 页 共 149 页 14 185 98281 347807517 22 15 185 858839 637907517 22 16 185 819397 9280 40 217517 22 17 185 769956 2281 40 127617 74 18 185 7110514 5182 40 147738 37 19 186 111072 883 40 157858 99 2040 2111538 0584 40 167979 62 2140 1211437 5385 40 168100 24 2240 1411316 986 40 178220 87 2340 1511196 2887 40 188341 49 2440 1611075 6588 40 198502 32 2540 1610955 0389 40 28663 16 2640 1710834 490 40 28823 99 2740 1810713 7891 40 28984 82 2840 1910552 9492 40 219145 66 2940 210392 1193 40 219306 49 3040 210231 2894 40 219487 43 3140 210070 4595 40 219527 63 3240 219909 6196 40 219567 84 3340 219748 7897 40 219748 78 3440 219567 8498 40 29909 61 3540 219527 6399 40 210070 45 3640 219487 43100 40 210231 28 3740 219306 49101 40 1910392 11 3840 29145 66102 40 1810552 94 3940 28984 82103 40 1710713 78 4040 28823 99104 40 1610834 4 4140 198663 16105 40 1610955 03 4240 188502 32106 40 1511075 65 石板冲桥施工图设计 第 25 页 共 149 页 4340 178341 49107 40 1411196 28 4440 168220 87108 40 1211316 9 4540 168100 24109 40 2111437 53 4640 157979 62110186 111538 05 4740 147858 99111185 7111072 8 4840 127738 37112185 7610514 51 4940 217617 74113185 819956 22 5007517 22114185 859397 92 5107517 22115185 98839 63 5207517 22116185 938281 34 5307517 22117185 977723 05 5407517 22118186 0169