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株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 摘 要 本设计的桥型为预应力混凝土连续刚构桥 跨径组合为 65m 120m 65m 桥宽 25 5m 双向六车道设计 采用双幅单箱单室截面形式 主梁采用对称悬臂 浇筑法施工 荷载等级为公路 I 级 本设计的主要工作内容如下 1 依据设计任务的要求 根据现行公路桥梁的设计规范 综合考虑桥梁的地 质与地形条件 按照经济 美观 安全 适用的桥梁设计原则 进行了方案比选 确定了结构的构造形式以及细部尺寸 2 使用 MIDAS 软件建立桥梁上部结构的有限元计算模型 得到了各个控 制截面的内力结果 根据内力计算结果估算出桥梁纵向预应力钢筋的数量 并进 行了预应力钢筋钢束的布置 3 对桥梁结构进行了截面的强度验算 截面抗裂性验算 相关应力验算和 结构挠度验算 验算结果表明此次设计满足规范要求 关键词 预应力混凝土连续刚构桥 桥梁工程 悬臂法施工 有限元模型 强 度验算 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 CONSTRUCTION DRAWING DESIGN FOR THE FIFTH SECTION OF THE ZHUZHOU JIANNING BRIDGE ABSTRACT This graduation design this time is primarily about the prestressed concrete continuous rigid frame bridge design The design of the bridge spans 65 m 120 m 65m double width and cross section for the single box room bridge deck width 25 5m according to the double way six lane design Using the symmetrical cantilever pouring construction girders the main design process steps are as follows Firstly according to the requirement of the design task and the basis of the existing highway bridge design specifications comprehensively considering the topographic and geological conditions of the bridge site according to the applicable economic safe beautiful principles of the bridge design through the scheme comparison determining the main girder the main structure and the detail size should meet the requirements of the section size s specifications refer to the relevant existing similar bridge design drawings girdering with the single box single room variable cross section box girder design Secondly using the MIDAS software analysis the internal force of the dead load and live load internal force The load combination results are calculated by the MIDAS software and based the attempt calculating the number of the longitudinal prestressed reinforcement and comparing with the software estimation results Then decorating the prestressed steel beams Finally carry on the checking calculation including the cross section strength calculation the anti crack calculation the deflection and the stress check calculation of the persistent state components Experience shows that the designed calculation method is correct the internal force distribution is reasonable accord to the 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 requirement of design task Key words prestressed concrete continuous rigid frame bridge bridge engineering the Cantilever construction The finite element model Strength calculation 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 目 录 1 设计资料与依据 1 1 1 地质条件 1 1 2 技术标准 1 1 3 主要规范 1 1 4 主要材料及材料性能 2 1 5 计算原则 内容及控制标准 3 1 6 方案比选 3 1 7 设计要点 9 2 模型建立与分析 12 2 1 计算模型 12 2 2 毛截面几何特性计算 13 2 3 荷载工况及荷载组合 14 3 内力计算组合与内力图 16 3 1 荷载分类与介绍 16 3 2 荷载组合作用下内力计算结果 23 4 预应力钢束的估算及布置 30 4 1 预应力钢束面积估算 30 4 2 预应力估算结果 31 4 3 预应力钢束的布置原则 31 4 4 预应力钢束的布置结果 32 4 5 预应力损失及有效预应力计算 33 5 验算结果 39 5 1 持久状况承载能力极限状态验算结果 39 5 1 1 正截面抗弯承载能力验算 39 5 1 2 斜截面抗剪承载能力验算 41 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 5 1 3 支座反力计算 42 5 2 持久状况正常使用极限状态验算结果 42 5 2 1 结构正截面抗裂验算 42 5 2 2 结构斜截面抗裂验算 44 5 3 持久状况构件应力验算结果 46 5 3 1 正截面混凝土法向压应力验算 46 5 3 2 正截面受拉区钢筋拉应力验算 47 5 3 3 斜截面混凝土的主压应力验算 49 5 4 短暂状况构件应力验算结果 50 5 5 变形计算 52 5 5 1 挠度验算结果 53 5 5 2 预拱度设计 53 6 设计图纸的绘制 55 6 1 概述 55 6 2 总体布置图 55 6 3 主梁一般构造图 55 6 4 主梁预应力钢束构造图 55 6 5 下部结构一般构造图及钢筋布置图 56 设计总结 57 参考文献 58 致谢 59 附录 60 附表 1 60 附表 2 63 附表 3 66 附表 4 69 附表 5 72 附表 6 75 附表 7 80 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 附表 8 85 附表 9 88 附表 10 98 附表 11 102 附表 12 105 附件 108 附件 1 开题报告 108 附件 2 外文文献原文及译文 123 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 1 页 共 143 页 1 设计资料与依据 1 1 地质条件 桥位区地质条件由上到下依次为素填土 粘土 粉土 圆砾 微风化泥质粉砂岩 并且无泥石流 滑坡 断层等不良的地质现象 适合桥梁结构的修建 1 2 技术标准 1 公路等级 公路 级 3 设计荷载 汽车 公路 级 人群 2 6KN 3 设计范围 纵向全长 250m 4 桥梁设计基准期 100 年 5 路面结构 10cm厚沥青混凝土路面 6 通航标准 无通航要求 7 桥面纵坡 1 5 8 桥面横坡 1 5 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 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 2 页 共 143 页 1 4 主要材料及材料性能 1 混凝土 桥墩与上部箱梁均采用 C50 混凝土 桥面铺装调平层混凝土采用 C40 混凝土 中央隔离带浇筑采用 C30 混凝土 表表 1 1 混凝土表格混凝土表格 强度等 级 弹性模量 MPa 容重 kN m3 线膨胀系 数 f ck MPa f tk MPa f cd MPa f td MPa C50 34500 25 00 0 000010 32 40 2 65 22 40 1 83 C40 32500 25 00 0 000010 26 80 2 39 18 40 1 71 C30 30000 25 00 0 000010 20 10 2 01 13 80 1 43 2 普通钢筋 普通钢筋应符合 GB1499 1998 与 GB13013 1991 标准规定 其中 当钢筋直径 D 16mm时全部采用 级钢筋 抗拉强度标准值 fsk 335MPa 当钢筋直径 D 16mm时全部采用 级钢筋 抗拉强度标准值 fsk 235MPa 表表 1 2 普通钢筋表格普通钢筋表格 普通钢筋 弹性模量 MPa 容重 kN m3 f sk MPa f sd MPa f sd MPa R235 210000 76 98 235 195 195 HRB335 200000 76 98 335 280 280 HRB400 200000 76 98 400 330 330 KL400 200000 76 98 400 330 330 3 预应力材料 预应力材料采用 HRB335 钢绞线 技术标准须符合 普通碳素结构钢技术条件 GB T700 1988 的相关规定 焊接材料应符合 碳钢焊条 GB T5117 1995 及 低 合金钢焊条 GB T5118 1995 的相关要求 并与所采用的钢材的材质和强度相适应 与母材的强度相等 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 3 页 共 143 页 表格表格 1 3 预应力材料表格预应力材料表格 预应力钢绞 线 弹性模 量 MPa 张拉控制应力 MPa 孔道磨阻 系数 孔道偏差系 数 钢绞线松 弛系数 一端锚固回缩 值 m 预应力钢束 1 195000 1395 0 300 0 00660 0 3 0 00600 预应力钢束 2 195000 1395 0 300 0 00660 0 3 0 00600 预应力钢束 3 195000 1395 0 300 0 00660 0 3 0 00600 1 5 计算原则 内容及控制标准 本设计采用 midas Civil 对桥梁整体进行分析计算 并以 公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 与 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 为设计依据 按照全预应力混凝土结构进行相关验算 1 6 方案比选 根据设计的技术标准与地形条件 综合考虑适用性 安全性 施工难易程度及经济 性等因素 得到以下三种合理方案 并从中选出最优方案 方案一 等跨等截面连续梁桥 5 50m 1 构造特点 等截面连续梁桥的布置形式可选用等跨和不等跨两种 等跨布置的跨径大小主要取 决于施工的设备条件和经济条件 等截面连续梁桥的高跨比范围一般是 1 15 1 25 采用 顶推施工方法施工的等截面连续梁桥梁高 H 与顶推跨径l0之比一般介于 1 12 1 17 之间 2 主梁构造 等截面梁桥常采用中等跨径 在 40 60m范围为宜 此种情况下的主梁构造简单 施工快捷 立面布置一般为等跨 常采用逐孔架设施工 移动模架施工 支架施工和顶推法施 工等施工方法 本方案采用 5 50m五跨等截面连续梁桥 符合设计标准 截面形式采用单箱单室 双幅设计 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 4 页 共 143 页 图 1 1 方案一立面布置示意图 图 1 2 方案一截面布置示意图 方案二 变截面预应力连续梁桥 70m 110m 70m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 5 页 共 143 页 1 构造特点 变截面预应力连续梁桥适用于主跨跨径为 70m或超过 70m的情况 如果主梁依然 采用等截面布置形式 在活载和恒载的作用下 主梁支点截面处负弯矩过大 受力不合 理 因此 采用变截面连续梁桥更符合受力要求 对于两跨以上的连续梁桥 其边中跨 径比一般为 0 6 0 8 左右 当使用箱型截面的三跨连续梁桥时 边中跨径之比甚至可以 减少 0 5 0 7 本方案的边中跨比为 0 636 符合构造要求 2 主梁构造 当总体设计中建筑高度没有限制的情况下 连续箱梁的截面形式宜采用变截面 其 底曲线可采用二次抛物线 或者为折线 折线与二次抛物线之间的 1 5 1 8 次的抛物线 变化形式 根据现有桥梁资料分析可知 主梁支点截面的梁高H支约为中间跨跨长 l 的 1 16 1 18 跨中梁高H中与主梁支点截面的梁高H支比值约为 1 1 5 1 2 5 除此之外 在 具体设计中还要考虑荷载等级 边中跨比等因素 大跨径预应力混凝土连续梁桥设计中 还需将底板 顶板和腹板设计成变厚度 图 1 3 方案二立面布置示意图 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 6 页 共 143 页 图 1 4 方案二截面布置示意图 方案三 预应力混凝土连续刚构桥 65m 120m 65m 1 构造特点 连续刚构桥一般采用不等跨的结构布置形式 截面形式常为变截面 这样可以适应 主梁内力的变化 主梁底部线性一般是曲线形 折线形 曲线加折线形等 基本上与变 截面连续梁桥相同 具体选定时应参照主梁内力的分布 根据等载强比原则确定 2 主梁构造 根据国内外已建成的连续刚构桥资料 边主跨径之比一般在 0 5 0 692 之间 大部 分比值介于 0 55 0 58 之间 由于边跨与主跨跨径之比在 0 54 0 56 时 不仅可以使中墩 内恒载偏心弯矩基本消失 而且使边跨合龙段长度减小 因此可以在边跨悬臂端和边墩 之间用导梁支承 代替落地支架施工 提高经济效益 简化施工过程 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 7 页 共 143 页 图 1 5 方案三立面布置示意图 图 1 6 方案三截面布置示意图 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 8 页 共 143 页 4 桥型方案比较 表表 1 4 桥型方案比较桥型方案比较 方案序号 方案一 方案二 方案三 桥型 5 50m五跨等 截面连续梁桥 70m 110m 70m变截 面预应力连续梁桥 65m 120m 65m预应力混 凝土连续刚构桥 设计跨径 250m 250m 250m 荷载标准 公路 I 级 公路 I 级 公路 I 级 适用性 等截面连续梁 桥主要适用于 跨径较小的桥 型 跨径一般介 于 40m 60m之 间 主梁构造简 单 模板型号 少 施工方便 工期相对较短 变截面连续梁主要适 用于跨径为 70m及 70m以上的较大跨径 桥梁 截面高度的变 化随弯矩影响线变化 而变化 即使结构受 力较合理 又减轻了 结构自重 节约建造 成本 主梁的变形挠 曲线平缓 全桥的整 体性较好 有利于高 速行车 常用于大跨径 桥墩较高 的桥梁结构中 适用于 70m以上及更大跨径的桥 梁 上部结构施工与连续 梁桥施工有相同的特点 技术性与经济性较高 主 梁保持连续 行车平缓舒 顺 墩梁固结 不需设大 吨位支座 全桥整体性更 强 更好地满足铁路桥梁 对整体稳定性的要求 后 期养护工作量小 安全性 施工平稳可靠 施工工艺成熟 不需要大型起 重设施 施工质 量有较高的保 证 国内施工经验丰富 施工质量较高 结构 造型灵活 可模型好 当处于恒载状态时 桥梁 两侧梁体结构具有接近平 衡的受力状态 受力机理 得到优化 混凝土构件的 耐久性得到提高 同时避 免了更换橡胶支座的在施 工过程中带来的隐患与麻 烦 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 9 页 共 143 页 续上表 方案序号 方案一 方案二 方案三 施工方法 采顶推法施工 全桥等截面五 跨 桥的两岸有 较好的预制场 地 可以分节段 预制梁身 顶推 法施工较经济 方便 悬臂拼装法施工 桥 两岸可提供良好的预 制场地 使用起吊机 械 对称吊装梁段 用于悬臂拼装的机具 很多 总体施工方便 悬臂浇筑法 由于桥墩较 高 不适合悬臂拼装 故 采用移动式挂篮为主要施 工设备 经济适用 经济性 较经济 较经济 经济 结论 弃用 弃用 选用 5 总结 1 由地面高程和桥面设计高程可知 所设计的桥梁墩高大约介于 25m 41m 之间 属于高墩桥梁 若选择连续梁桥会增大施工难度与工程造价 桥梁的安全性也会有所降 低 因此连续刚构桥比较符合要求 2 连续刚构桥的墩梁固结 不用设置昂贵的大吨位支座 节约经济 同时避免了 连续梁桥在施工过程中墩梁临时固结和体系转换所带来的风险与问题 连续刚构桥在施 工过程中稳固性较好 提高了施工的安全性 降低了边跨梁端大架合龙的难度 根据设计要求与地质条件 预应力混凝土连续刚构桥 65m 120m 65m 为最优方案 1 7 设计要点 1 7 1 整体布置 65m 120m 65m三跨预应力混凝土连续刚构桥 桥梁全长 250m 1m 人行道 3 75m 3 行车道 0 5m 防撞栏 0 5m 防撞栏 3 75m 3 行车 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 10 页 共 143 页 道 1m 人行道 25 5m 1 7 2 上部结构设计 1 结构简介 跨径布置为 65m 120m 65m 单箱单室双幅箱形截面 桥梁纵坡为 1 5 支座梁 高 6 5m 跨中梁高 2 5m 单幅箱梁顶板全宽为 12 75m 厚度 0 3m 设 1 5 的横坡 底板宽度为 7 05m 支点处厚度为 0 8m 跨中厚度为 0 3m 悬臂长 2 85m 横隔板共设 6 道 两主墩支点各两道 厚度取 2 5m 人孔尺寸为 180cm 100cm 左右边跨支点各设 一道 板上留有人孔 尺寸为 80cm 150cm 全桥共分 18 段悬臂浇筑 零号块长 10m 1 5 号梁段长为 2 5m 6 13 号梁段分段 长为 3m 14 18 号梁段长为 3 5m中 边中跨合拢段均为 2m 悬臂梁段采用挂篮悬臂浇 筑 两边跨现浇段采用搭设托架浇筑 浇筑长度各 4m 2 预应力体系 本设计全桥采用全预应力混凝土结构现浇体系 变截面连续梁采用三向 纵向 横 向 竖向预应力 纵向预应力束按张拉的形状与时间不同 可分为前期直束 前期下弯 束与后期束 前期下弯束及前期直束均在桥梁段悬臂浇筑时期张拉 后期束在悬浇段浇 筑完毕以及前期直束与前期下弯束张拉完成以后后 在主桥合龙时期或在成桥后进行张 拉 纵向预应力束均采用 15 2mm 钢绞线 控制应力值为 0 75fpk 1395MPa 张拉控制 力值为 1395kN 配备 YM15 9 型锚具 采用两端张拉 主梁箱梁腹板内部设置竖向预应力精轧螺纹钢筋 规格为 d 32mmJL 精轧螺纹钢筋 抗拉强度标准值为 fpk 785MPa 弹性模量为 ES 2 0 105 MPa 张拉时的控制应力值为 0 9 fpk 706 5MPa 3 附属工程 附属工程大致包括桥面铺装层 泄水管道 两侧栏杆 灯柱等内容 上部结构施工 时要注意考虑设置附属工程预埋件 1 桥面铺装层为 10cm厚的沥青砼 按从上至下依次为 4cm AK 13A 细粒式沥青砼 和 6cm AC 20 中粒式沥青砼 在铺设沥青砼之前应在桥面砼上面喷涂防水剂涂料 2 防撞栏杆为墙式防撞栏 墙式防撞栏采用 C30 砼浇筑 设计时采用分段设置 割 断之间设有胀缝 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 11 页 共 143 页 1 7 3 下部结构设计 主桥桥墩为双支薄壁墩 墩高分别为 36 9m 38 6m 两薄壁墩顺桥向厚均为 2 5m 薄壁墩中心距离为 5 5m 横桥向宽 7 05m 桩基为双排的 4 D220 钻孔灌注桩 共有 8 根 桩基需作超声波检测 所有桩基内部均设置 3 到 4 根外径为 50mm 壁厚为 2 5mm 的钢管 并在桩身断面处均匀布置 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 12 页 共 143 页 2 模型的建立与分析 2 1 计算模型 本桥梁模型采用 midas 建立 图 2 1 计算模型结构离散示意图 1 桥梁上部结构共建立节点 90 个 单元 89 个 其中 21 26 67 69 号单元为 0 号段 59 63 70 74 27 31 16 20 号单元各 2 5m 8 15 32 39 50 57 75 82 号单元各长 3m 3 7 40 44 46 50 83 87 号单元各长 3 5m 2 88 45 号单元为合龙段 各长 2m 1 89 号 单元为两侧现浇段 各 4m 2 施工阶段数量 25 施工阶段步骤如下 表表 2 1 施工阶段划分表施工阶段划分表 施工阶段 施工内容 持续时间 施工阶段 1 浇筑桥墩及桥梁段 0 持续时间 30 天 施工阶段 2 浇筑桥梁段 1 持续时间 9 天 施工阶段 3 浇筑桥梁段 2 持续时间 9 天 施工阶段 4 浇筑桥梁段 3 持续时间 9 天 施工阶段 5 浇筑桥梁段 4 持续时间 9 天 施工阶段 6 浇筑桥梁段 5 持续时间 9 天 施工阶段 7 浇筑桥梁段 6 持续时间 9 天 施工阶段 8 浇筑桥梁段 7 持续时间 9 天 施工阶段 9 浇筑桥梁段 8 持续时间 9 天 施工阶段 10 浇筑桥梁段 9 持续时间 9 天 施工阶段 11 浇筑桥梁段 10 持续时间 9 天 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 13 页 共 143 页 续上表 施工阶段 施工内容 持续时间 施工阶段 12 浇筑桥梁段 11 持续时间 9 天 施工阶段 13 浇筑桥梁段 12 持续时间 9 天 施工阶段 14 浇筑桥梁段 13 持续时间 9 天 施工阶段 15 浇筑桥梁段 14 持续时间 9 天 施工阶段 16 浇筑桥梁段 15 持续时间 9 天 施工阶段 17 浇筑桥梁段 16 持续时间 9 天 施工阶段 18 浇筑桥梁段 17 持续时间 9 天 施工阶段 19 浇筑桥梁段 18 持续时间 9 天 施工阶段 20 支架现浇梁段 持续时间 10 天 施工阶段 21 合龙配重 持续时间 2 天 施工阶段 22 边跨合龙 持续时间 7 天 施工阶段 23 中跨合龙段浇筑 持续时间 7 天 施工阶段 24 中跨合龙段预应力张拉 持续时间 2 天 施工阶段 25 二期恒载及收缩徐变 持续时间 10000 天 2 2 截面几何特性计算 使用 MIDAS 程序计算主梁截面的几何特性 计算相关截面的特征值 如下表所示 表表 2 2 2 2 截面几何特性总表截面几何特性总表 截面位 置 截面面积 m2 形心惯性 矩 m4 形心到 上缘距 离 m 形心到 下缘距 离 m 下核心距 m 上核心距 m 跨中 7 4778 7 2327 1 0079 1 4921 0 648229 0 959642 截面 1 7 5404 7 3765 1 0178 1 4984 0 652872 0 961155 截面 2 7 6558 7 7908 1 0453 1 5195 0 669716 0 973533 截面 3 7 8256 8 5031 1 0906 1 5552 0 698672 0 996309 截面 4 8 0516 9 5589 1 1543 1 6049 0 739738 1 028506 截面 5 8 3353 11 0244 1 2369 1 6681 0 792888 1 069299 截面 6 8 6256 12 6729 1 3232 1 7325 0 848034 1 110353 截面 7 8 9606 14 7573 1 4243 1 8059 0 911961 1 156294 截面 8 9 3412 17 363 1 5406 1 888 0 98451 1 206514 截面 9 9 7684 20 5928 1 6722 1 9785 1 065506 1 260677 截面 10 10 2434 24 5684 1 8196 2 0771 1 154716 1 318126 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 14 页 共 143 页 续上表 截面位 置 截面面积 m2 形心惯性 矩 m4 形心到 上缘距 离 m 形心到 下缘距 离 m 下核心距 m 上核心距 m 截面 11 10 767 29 4331 1 9829 2 1836 1 251896 1 378607 截面 12 11 3404 35 3543 2 1622 2 2978 1 356756 1 441843 截面 13 11 9646 42 5266 2 3577 2 4196 1 46899 1 507558 截面 14 12 5242 49 6204 2 533 2 527 1 567852 1 564138 截面 15 13 1204 57 8868 2 7195 2 6396 1 671454 1 622346 截面 16 13 7538 67 4918 2 9173 2 7576 1 779496 1 682082 截面 17 14 4248 78 6213 3 1261 2 881 1 891852 1 743522 截面 18 15 1342 91 4828 3 3461 3 0097 2 00843 1 806513 支点 15 4288 97 1633 3 4372 3 0628 2 056134 1 832168 2 3 荷载工况 1 自重 自重系数 1 00 2 整体升降温 整体温度升温 20 00 整体温度降温 20 00 3 梁截面温度 表表 2 3 梯度温度降温 单元梯度温度降温 单元 22 序号 宽度 m 到箱梁顶距离 m 温度 1 12 75 0 00 14 00 2 12 75 0 10 5 50 5 12 75 0 40 0 00 表表 2 4 梯度温度升温 单元梯度温度升温 单元 22 序号 宽度 m 到箱梁顶距离 m 温度 1 12 75 0 00 7 00 2 12 75 0 10 2 75 3 12 75 0 40 0 00 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 15 页 共 143 页 4 徐变收缩 收缩龄期为 3 天 构件理论厚度为 1m 理论厚度为程序自动计算 midas 程序进行自动计算各构件的理论厚度 公式为 h a Ac u 2 1 u L0 a Li 2 2 采用 midas 软件对桥梁结构计算时 相关荷载工况介绍列于下表 2 5 所示 表表 2 5 midas 荷载工况荷载工况明细表明细表 序号 工况名称 描述 1 cSH 收缩二次 CS 2 cD 恒荷载 CS 3 cEL 施工荷载 CS 4 M 2 人群荷载 5 SUM 合计 CS 6 M 1 车道荷载 7 TPG 梯度温度降温 8 cTP 钢束一次 CS 9 cCR 徐变二次 CS 10 cTS 钢束二次 CS 11 T 整体温度降温 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 16 页 共 143 页 3 内力计算组合与内力图 3 1 荷载分类与介绍 1 结构恒载 A 主梁结构自重 按 25kN m3的容重 以计主梁自重的形式计入恒荷载中 在两边墩支承处各设一 道横隔梁 主墩支承处各设两道横隔梁 其重量按节点荷载计算 B 人行道采用 C40 混凝土 计算重度 q1 0 4 1 24 9 6kN m C 防撞栏采用 C40 混凝土 计算重度 q2 0 7 0 5 24 8 4 kN m D 桥面铺装重 q3 0 1 11 25 23 0 08 11 25 24 47 475kN m 合计 q q1 q2 q3 89 475kN m 将桥面恒荷载作为二期恒载以均布荷载的形式加在主梁之上 图 3 1 桥梁恒荷载弯矩图 kN m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 17 页 共 143 页 图 3 2 桥梁恒荷载剪力图 kN 表表 3 1 最后施工阶段自重作用效应节段内力最后施工阶段自重作用效应节段内力 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 1 2938 89 44 43 46 236 38 37218 34 2 1958 43 9839 08 47 1098 28 34886 42 3 1468 26 13265 72 48 1968 02 29525 35 4 607 62 16900 06 49 2850 23 21099 18 5 260 89 17509 81 50 3749 69 9555 18 6 1141 88 15059 1 51 4671 21 5176 59 7 2040 13 9495 32 52 5482 46 20406 9 8 2960 54 748 67 53 6316 89 38108 9 9 3770 78 9347 48 54 7177 79 58358 6 10 4604 22 21911 6 55 8068 51 81242 2 11 5464 14 37019 4 56 8992 5 106856 12 6353 92 54757 1 57 9953 25 135309 13 7277 75221 3 58 10954 34 166718 14 8236 89 98519 5 59 11999 61 201213 15 9237 16 124770 60 12906 74 232418 16 10281 72 154103 61 13849 19 265951 17 11188 24 181002 62 14829 17 301907 18 12130 12 210228 63 15848 94 340384 19 13109 57 241872 64 16912 18 381488 20 14128 84 276036 65 16995 71 398500 21 15191 75 312823 66 12935 8 402751 22 15291 8 328107 67 12776 3 367397 23 13026 73 332494 68 15363 3 346547 24 13186 21 368537 69 15207 327388 25 17087 420076 70 15154 2 312147 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 18 页 共 143 页 2 移动荷载 A 冲击系数计算 根据 公路桥涵通用设计规范 第 4 3 2 条 对于汽车荷载纵向整体冲击系数 可 按下式计算 1 f 2 13 616 2 c c EI lm 3 1 2 f 2 23 651 2 c c EI lm 3 2 式中 1 f 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 f 计 算连续梁冲击力引起的负弯矩效应时 采用 2 f 续上表 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 26 16942 5 398762 71 14096 9 275459 27 16889 5 381779 72 13081 4 241383 28 15831 9 340736 73 12105 4 209816 29 14816 1 302308 74 11166 6 180659 30 13839 8 266390 75 10263 3 153818 31 12900 7 232885 76 9221 98 124546 32 11996 9 201698 77 8224 33 98344 9 33 10955 167214 78 7266 73 75087 7 34 9956 79 135805 79 6345 63 54656 5 35 8998 56 107343 80 5457 55 36945 1 36 8076 8 81709 7 81 4599 08 21857 7 37 7188 02 58799 7 82 3766 85 9309 28 38 6328 81 38517 1 83 2957 63 775 23 39 5495 82 20776 6 84 2038 1 9512 26 40 4685 76 5503 85 1140 46 15069 57 41 3765 3 9284 16 86 259 84 17515 9 42 2866 71 20887 66 87 608 52 16902 86 43 1985 12 29376 37 88 1469 18 13265 39 44 1115 76 34801 99 89 1959 41 9836 8 45 254 52 37199 53 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 19 页 共 143 页 l 计算跨径 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 G 主梁跨中处每延米结构重力 N m g 重力加速度 g 9 81m s 其中 当 f 1 5Hz时 0 05 当 1 5Hz f 14Hz时 0 1767ln f 0 0157 当 f 14Hz时 0 45 根据规范 经过计算可得结构基频 f 1 54Hz 冲击系数 0 061 B 人群荷载 按照 公路桥涵通用设计规范 第 4 3 5 条 人群荷载标准值应符合 下列规定 当桥梁的计算跨径小于或等于 50m时 人群荷载的标准值为3 0kN m2 当 桥梁的计算跨径等于或大于 150m时 人群荷载的标准值为2 5kN m2 当桥梁的计算跨 径在 50m 150m之间时 可根据线性内插法得到人群荷载的标准值 对跨径不等的连续 结构 以最大的计算跨径为标准 经过计算 本设计的人群荷载 q 2 6 kN m 图 3 3 车道荷载弯矩包络图 kN m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 20 页 共 143 页 图 3 4 车道荷载剪力包络图 kN 图 3 5 人群荷载弯矩包络图 kN m 图 3 6 人群荷载剪力包络图 kN 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 21 页 共 143 页 3 温度荷载 对于连续刚构桥 整体升温温差和整体降温温差会使整个结构热胀冷缩 使全桥主 梁产生不均匀的竖向位移 由于本设计桥梁建设地点在湖南省株洲市 查阅相关气象资料 可知该地区 月最高平均气温 35 月最低平均气温 5 预计合龙温度 15 整体升温 月最高平均气温 预计和龙温度 整体降温 月最低平均气温 预计和龙温度 经计算取体系升温 20 体系降温 20 温度荷载内力图如下 图 3 7 整体温度升温弯矩图 kN m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 22 页 共 143 页 图 3 8 整体温度升温剪力图 kN 图 3 9 整体温度降温弯矩图 kN m 图 3 10 整体温度降温剪力图 kN 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 23 页 共 143 页 3 2 荷载组合作用下内力计算结果 承载能力极限状态设计体现桥梁结构使用的安全性 正常使用极限状态设计体现了 适用性与耐久性 只有每项设计都符合两类状态设计的相关规范要求 才能使桥梁达到 其全部的预定功能与要求 因此本设计分别对该两种荷载组合下的内力进行计算与分析 1 承载能力极限状态组合 公路桥梁结构按照承载能力极限状态设计时 应选用两种作用效应组合 基本组合 和偶然组合 本设计忽略偶然作用的影响 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的组合 其效应组合表达式为 3 3 式中 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 根据 桥规 11 表 1 0 9 规定 根据本设计的安全等级为 一级 取值为 1 1 第 i个永久作用效应的分项系数 第 i个永久作用效应的标准值 车辆荷载效应 含汽车冲击力 的分项系数 车辆荷载效应 含汽车冲击力 的标准值 车辆荷载冲击力的标准值为车辆 荷载标准值乘以冲击系数 取 0 1 温度作用效应分项系数 温度作用效应的标准值 在作用效应组合中除去车辆荷载效应 含汽车冲击力 外的其他可变作用效 应的组合系数 采用 midas 软件对结构进行分析 生成的承载能力极限状态作用效应组合表达式 如下 0011 12 mn udGiGikQQ kcQjQjk ij SSSS ud S Gi Gik S 1Q 1Q k S Qj Qjk S c 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 24 页 共 143 页 表表 3 3 2 2 基本组合基本组合 组合名称 组合内容 CLCB13 基本组合 0 5SM 1 1 2 cD 1 2 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 1 4M 0 98MCRL 0 98T 1 0 98TPG 1 CLCB14 基本组合 0 5SM 1 1 2 cD 1 2 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 1 4M 0 98MCRL 0 98T 1 0 98TPG 2 CLCB15 基本组合 0 5SM 1 1 2 cD 1 2 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 1 4M 0 98MCRL 0 98T 2 0 98TPG 1 CLCB16 基本组合 0 5SM 1 1 2 cD 1 2 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 1 4M 0 98MCRL 0 98T 2 0 98TPG 2 在承载能力极限状态各个组合中 组合 CLCB16 组合值最大 以此组合进行相关计算 承载能力极限状态下内力计算结果见附表 1 图 3 11 承载能力极限状态弯矩包络图 组合 CLCB16 kN m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 25 页 共 143 页 图 3 12 承载能力极限状态剪力包络图 组合 CLCB16 kN 2 正常使用极限状态短期效应组合 永久作用的标准值效应与可变作用的频遇值效应组合 其效应组合表达式为 3 4 式中 作用短期效应组合设计值 第 j 个可变作用效应频遇值系数 车辆荷载 不计冲击力 为 0 7 温 度梯度作用为 0 8 第 j 个可变作用效应频遇值 本设计中作用短期效应组合的表达式为 3 5 采用 midas 软件对结构进行分析 生成的正常使用极限状态短期作用效应组合表 达式如下 1 11 mn sdGikjQjk ij SSS sd S j jQjk S 1212 0 70 8 sdG kG kQ kQ k SSSSS 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 26 页 共 143 页 表表 3 3 短期效应组合短期效应组合 组合类型 组合内容 CLCB45 短期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 7 1 mu M 1 0MCRL 1 0T 1 0 8TPG 1 CLCB46 短期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 7 1 mu M 1 0MCRL 1 0T 1 0 8TPG 2 CLCB47 短期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 7 1 mu M 1 0MCRL 1 0T 2 0 8TPG 1 CLCB48 短期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 7 1 mu M 1 0MCRL 1 0T 2 0 8TPG 2 在正常使用极限状态短期效应各个组合中 组合 CLCB47 组合值最大 以此组合 进行相关计算 正常使用极限状态短期效应组合内力计算结果见附表 2 图 3 13 短期效应组合弯矩包络图 组合 CLCB47 kN m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 27 页 共 143 页 图 3 14 短期效应组合剪力包络图 组合 CLCB47 kN 3 正常使用极限状态长期效应组合 永久作用的标准值效应与可变作用的准永久值效应组合 其效应组合表达式为 3 6 式中 作用长期效应组合的设计值 第 j 个可变作用效应准永久值系数 车辆荷载 不计冲击力 为 0 4 温度 梯度作用为 0 8 第 j 个可变作用效应准永久值 本设计中作用长期效应组合的表达式为 3 7 采用 midas 软件对结构进行分析 生成的正常使用极限状态长期作用效应组合表 达式如下 2 11 mn ldGikjQjk ij SSS ld S 2 j 2 jQjk S 1212 0 40 8 ldG kG kQ kQ k SSSSS 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 28 页 共 143 页 表表 3 4 长期效应组合长期效应组合 组合类型 组合内容 cLCB56 长期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 4 1 mu M 0 4MCRL 1 0T 1 0 8TPG 1 cLCB57 长期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 4 1 mu M 0 4MCRL 1 0T 1 0 8TPG 2 cLCB58 长期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 4 1 mu M 0 4MCRL 1 0T 2 0 8TPG 1 cLCB59 长期组合 1 0SM 1 1 0 cD 1 0 cTP 1 0 cTS 1 0 cCR 1 0 cSH 0 4 1 mu M 0 4MCRL 1 0T 2 0 8TPG 2 在正常使用极限状态长期效应各个组合中 组合 CLCB58 组合值最大 以此组合 进行相关计算 正常使用极限状态长期效应组合内力计算结果见附表 3 图 3 15 长期效应组合弯矩包络图 组合 CLCB58 kN m 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 29 页 共 143 页 图 3 16 长期效应组合剪力包络图 组合 CLCB58 kN 株洲建宁大桥第 5 联施工图设计 第 30 页 共 143