桥梁上部结构毕业设计.doc

河南理工大学本科毕业设计 第一章 项目可行性分析焦作惠普桥上部结构毕业设计第一章 项目可行性分析1.1项目简介该工程位于焦作市与郑州市的一条交通要道。随着经济的发展，车辆增加迅速，加之该桥特殊地理位置（市与市之间的主要枢纽），及旧桥设计宽度较窄及年度已久，无法承担起交通重荷，交通堵塞情况日益严重，故需修建此跨线桥梁。1.2建设意义1) 是促进沿线经济、开发旅游的需要。“要致富，先修路。”郑州是河南政治、经济的中心，焦作与郑州毗邻，故通往郑州的道路对焦作经济等的发展有很大的影响。此外，焦作是中国优秀旅游城市，太极拳的故乡。焦作旅游资源丰富而独特：焦作山水深得大自然的造化，南北兼长，雄秀双绝；八百里太行，挟燕赵欢歌，顶三晋风尘，逶迤南下，至此轰然横断，陡起一挂挂险峰绝壁，切下一条条深峡幽谷，托出云台山、青天河、神农山、峰林峡、青龙峡五大峡谷景观。置身其中，犹如步入了一座雄伟神奇的地质宝库，又像走进了一部精彩绝伦的山水宝典，品味不尽的青山绿水，奇山秀水。2) 有利于太极文化的传播，丰富民众的精神生活。焦作陈家沟是陈氏太极拳的发源地，大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网络，有利于太极文化的传播，对于促进文化交流具有重要的作用。太极文化博大精深，源远流长。太极拳是中国的一大精粹，它更与博大精深的中华武术是分不开的，而它又是我中华武术的升华。太极拳讲究行云流水，刚柔相济，中正安舒，不偏不倚。现代生活节奏特别快，很多人身心俱疲，容易烦躁。太极拳于现代属于养生拳，用于调养生息，男女老少皆可以练习，它使人达到一个“和”的状态，是中国文化中的中庸之道的完美体现。59河南理工大学本科毕业设计 第二章 设计资料第二章 设计资料2.1设计资料概述2.1.1桥梁设计依据工程地质勘查报告等。2.1.2采用的标准与规范1)JTG D622004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；2)JTG D602004公路桥涵设计通用规范；3)JTG B012003公路工程技术标准等。2.2桥梁址工程地质条件桥址场地地形相对平坦，地质条件良好。根据钻探结果，可知该地区域地基为成层土及砂层，自上而下各层如下：1) 亚砂土灰褐色，软塑硬塑，湿，表层为耕植土。该层厚度为5.6m。2) 亚粘土灰黑色，软塑硬塑，湿，中间含有粘土夹层。该层厚度2.7m。3) 亚砂土灰红色，饱和，松中密。该层厚度为1.2m。4) 亚粘土褐色，饱和，硬塑，含大量粗砂。该层厚度为3.1m。5) 粗砂土棕黄色，饱和，中密，含粘性土。该层厚度为3.1m。地基评价1) 该区地震基本烈度为度。2) 该区上部土层较软，采用钻孔灌注桩基础基础施工。2.3河流横断面已知桥梁所在河沟横断面处各点高程见表2-1。为与路堤相接，桥面起点标高672.5米，终点桥面标高672.9米，且桥头引道路堤填土高度4米。表2-1 各桩号高程（单位：m）桩号高程桩号高程桩号高程K13+870668.5+180.72641.82400646.01+894667.64+200639.01405.5647.98+920667.01205.72638.21407.53648.34+928.8666.72225636.33431649.72+953.8666.01227634.21433650.88+973.59665.94230.54633.88460653.43+993.37663.21240633.01480656.43K14+000662.89255.36632.21500658.44+002661.21280.36632.88501.5659.11+018.37660.33293632.74504.96660.38+020659.21300632.61530662.21+024657.88320633.71550664.21+028656.24340.5635.44570665.89+031655.33343.67636.01574.5666.33+050653.88347637.82577667.52+070652.01360639.21580668.43+100650.94380641.44592669.88+120648.01394642.01600670.01+140646.84396643.21+160643.01398645.79根据以上数据，可以绘出河床断面图（图2-1），并依此进行分孔（图2-2），桥长710m（从K13+870-K14+580），在K14+120处进行变坡，边坡点左边纵坡为，边坡点右边纵坡为。主桥部分为连续梁，引桥部分为简支梁。跨径35m，设计为预应力简支箱梁板梁。本设计主要对引桥部分进行设计。图2-1 河床断面图（单位：m）图2-2 桥跨分孔（单位：m）河南理工大学本科毕业设计 第三章 桥梁总体设计第三章 桥梁总体设计3.1方案比选桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥和吊桥等。任选两种作比较，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。3.1.1桥梁设计原则1) 适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，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、通行等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2) 安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，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一般应占首位。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，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、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，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。3.1.2各种桥梁的特点1) 梁桥梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：a) 混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；b) 结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；c) 结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；d) 结构的整体性好，刚度较大，变性较小；e) 可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；f) 结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；g) 预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；h) 预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。2) 拱桥拱桥的静力特点是，在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载的作用下，简支梁的跨中弯矩为，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。由于所建位置地质情况是软土地基，故不考虑此桥型。3.1.3方案比选本设计是图2-2中最左边的一跨，35米长的简支梁，下面选择适合此简支梁的截面形式，使其既安全适用耐久，又比较经济美观，即性价比较优。3.1.4梁部截面形式比选梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。箱形梁方案：该方案结构抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑混凝土及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下交通影响较其他方案较小。组合箱梁：其结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。但从桥下看,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。但桥面板需现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变形大，存在着后期维修养护工作量大的缺点。槽型梁：其为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。T型梁：其结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状,景观效果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，设计时其帽梁也须设计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。因此，结合工程特点和施工条件及箱型梁抗扭刚度大，横向抗弯刚度大和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。3.1.5所选方案综上所述，选择预应力混凝土简支梁桥。桥梁横截面采用箱形梁，主梁间距3.5米，共用四片箱梁，顶板预制宽度3米，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，湿接头为0.5米。3.2孔跨布置1)标准跨径：35米2)计算跨径：34米3)主梁全长：34.96米（设4厘米的伸缩缝）4)桥面宽度：13.5米3.3主要设计技术参数和标准3.3.1交通参数根据交通调查和客流量计算，的设计交通量与交通组成见表3-1。表3-1 年平均日交通量表(单位：小客车辆/日)年份(年)年平均日交通量201411254202422718202929430一级公路设计年限达15年，2029年将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量满足为2500055000辆的要求，双向六车道方案是经济合理的。3.3.2公路设计技术标准1) 公路等级：一级公路；2) 设计时速：；3）使用功能：公路双向六车道，分离式；4) 桥梁路面横坡：单向坡2%（直线段）；5)设计荷载：公路-级；6)环境标准：类环境；7)设计安全等级：一级。3.3.3主要材料1) 混凝土：预制箱梁采用C50混凝土；桥面铺装采用12cm沥青混凝土（从上而下分别为10cm沥青混凝土桥面铺装）。2) 预应力钢束：采用高强度低松弛7丝捻制的钢绞线，公称直径为139mm2 ，标准强度为，弹性模量为,1000h后应力松弛率不大于2.5。3) 普通钢筋： HRB335钢筋，。3.4箱形梁构造形式及相关设计参数3.4.1横截面尺寸全幅桥宽13.5米，主梁先预制，再运输、吊装就位，考虑到施工中是调运能力，将每幅桥做成四个单箱单室的小箱梁。其中，预制边、中梁顶板宽3米，底板宽1米，预制主梁间采用0.5米的湿接缝，从而减轻主梁的吊装重量。边、主梁均采用斜腹板，斜度为1:4，以减轻主梁自重。图3-1 预制主梁跨中横断面图及支座横断面图（单位：mm）图3-2 主梁断面构造图（单位：mm）为满足顶板负弯矩、普通钢筋布置及载轮的局部作用，顶板采用等厚度20cm，同时为防止应力集中和便于脱模，腹板和顶板交界处设置17cm8cm的承托。主梁断面构造如图3-2所示。3.4.2箱梁底板厚度和腹板宽度1) 底板厚度跨中正弯矩较大，底板不宜过厚。腹板厚度跨中大部分区域设为25cm，仅在距边支点160cm开始加厚，加厚区段长150cm，且底板逐渐加厚至30cm，这样构造处理同时为锚固底板预应力钢筋提供了空间。底板厚度变化如图3-4所示。图3-3 半纵剖图（单位：mm）2) 腹板厚度支点处剪力较大，兼顾施工方便，腹板厚度仅在支点附近区域加宽，其余均为25cm。仅在距边支点160cm，加厚区段长150cm，且腹板最终加厚至40cm。3) 横隔梁（板）在跨中和两边支点处设横隔板，板高2m，板厚0.5m。4）预应力管道采用金属波纹管成型，波纹管内径为60mm，外径为67mm，管道摩擦系数，管道偏差系数。锚具变形和钢束回缩量为4mm。5) 沥青混凝土重度为23，预应力混凝土结构重度为26 ，混凝土重度为25K，单侧防撞栏杆荷载为 。 河南理工大学本科毕业设计 第四章 主梁作用效应计算第四章 主梁作用效应计算根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求的各主梁控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。4.1永久作用集度4.1.1一期永久作用集度（主梁自重）1) 跨中截面段主梁自重（长度15.4m）：2) 底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长度1.6m） 3) 支点段梁的自重（长度0.48m）：4) 中主梁的横隔梁端横隔梁体积：半跨内横隔梁的重量为：所以，主梁一期永久作用集度为：4.1.2二期永久作用集度1) 顶板中间湿接缝集度：2) 中梁现浇部分横隔梁：3) 桥面铺装层：共18cm厚沥青混凝土铺装，将桥面铺装均分给四片主梁4) 人行道、栏杆、防撞栏：所以，中梁二期永久作用集度为：4.2永久作用效应按图4-1计算，设为计算截面离左侧支座的距离，令图4-1 永久作用效应计算图主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为：，永久作用效应见表4-1：表4-1 永久作用效应作用效应跨中4分点支点0.50.30.0一期弯矩 7328.05496.00.0剪力 0.0431.1862.1二期弯矩 2750.82063.10.0剪力 0.0161.8323.6弯矩 10078.87559.10.0剪力 0.0592.91185.74.3可变作用效应计算4.3.1冲击系数和车道折减系数计算结构的冲击系数与结构的基频有关，故应先计算结构的基频，简支梁的基频可以按下式计算：其中，由于1.5Hz3.329Hz14Hz，故当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。本箱梁按两车道和三车道布载分别进行计算，取最不利情况进行设计。4.3.2横向分布系数计算1) 跨中荷载的横向分布系数各主梁用湿接缝连接，支点、跨中均有横隔梁， （窄桥），且箱梁抗扭刚度大，故采用修正的刚性横梁法。a) 计算主梁抗扭惯矩忽略箱梁悬臂抗扭惯矩，各主梁抗扭惯矩相同，计算如下：图4-2 抗扭惯性矩计算简图（单位：mm） b) 计算抗扭修正系数取,，c) 计算横向影响线竖标值1号梁： ， ， ( ：k号主梁的荷载横向影响线在i号梁位处的竖标值)2号梁： d) 计算荷载横向分布系数（已考虑多车道折减）1、4号主梁汽车荷载横向分布系数基本相同，2、3号主梁汽车荷载横向分布系数基本相同，其主要差别是人群荷载的横向分布系数，故此处以3、4梁为例进行横向分布系数的计算。4号梁的横向影响线和最不利布载见图4-3。图4-3 4号梁的横向影响线和最不利布载三车道：双车道：所以，3号梁的横向影响线和最不利布载见图4-4。图4-4 3号梁的横向影响线和最不利布载三车道：双车道： 所以 ,，2) 支点截面的荷载横向分布系数采用杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载。4号梁的横向影响线和最不利布载见图4-5。+图4-5 4号梁的横向影响线和最不利布载，3号梁的横向影响线和最不利布载见图4-6。图4-6 3号梁的横向影响线和最不利布载，各主梁支点和跨中截面荷载横向分布汇总见表4-2。表4-2 荷载横向分布汇总见表荷载位置梁号1234跨中0.670.630.630.67000.310.39支点0.75110.7500014.3.3可变荷载作用效应计算在可变作用效应计算中，对于横向分布系数的取值作如下处理：计算主梁可变作用弯矩时，均采用全跨统一的横向分布系数；计算跨中及四分点可变作用剪力效应时，由于剪力影响线的较大坐标也位于桥跨中部，故也采用横向分布系数亦取；计算支点可变作用剪力效应时，从支点至l/4梁段，横向分布系数从直线过度到，其余梁段取。车道荷载取值：公路级车道荷载标准值和集中荷载标准值为：计算弯矩时:计算剪力时：图4-7 4号梁弯矩汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图图4- 8 4号梁剪力汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图（单位：mm）图4-9 3号梁弯矩汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图图4- 10 3号梁剪力汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图（单位：mm）1) 计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力（S为弯矩或剪力）a) 汽车荷载效应：弯矩：()不计冲击： 计冲击效应：剪力：不计冲击：计冲击效应：b) 人群荷载效应：图4- 11 跨中截面内力影响线及加载图2) 计算四分点处截面的最大弯矩和最大剪力：a) 汽车荷载效应：弯矩：()不计冲击：计冲击效应：剪力：()不计冲击：计冲击效应：b) 人群荷载效应：图4-12 四分点截面内力影响线及加载图支点截面剪力计算：计算支点截面由于车道荷载产生效应时，考虑横向分布系数沿跨长的变化，均布荷载标准值应布满使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处。a) 汽车荷载效应：剪力：不计冲击效应：计冲击效应：b) 人群荷载效应：图4- 13 支点截面内力影响线及加载图4.4主梁作用效应组合根据可能出现的作用效应选择三种最不利的组合：短期效应组合，标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，具体表4-3和表4-4。由表4-3和表4-4知，3号主梁支点剪力最大，4号主梁跨中弯矩最大，但3、4号主梁最大弯矩和最大剪力相差很少，此处可见箱梁对荷载的均匀分布很有利。表4-3 4号主梁作用效应计算表序号荷载类别跨中四分点变化点支点MVMVMVV一期永久作用7328.00.05496.0431.11314.5781.0862.1二期永久作用2750.80.02063.1161.8493.4293.2323.6总永久作用=+10078.80.02411.6592.91807.91074.11185.7可变作用（汽车）2661.9147.32411.6240.0576.8361.1389.2可变作用（汽车）冲击523.929.0474.647.2113.571.176.6可变作用（人群）126.84.795.18.622.719.321.8标准组合=+13264.6176.35297.8880.12498.21506.31651.6短期组合=（+0.7+）12069.0107.84194.8769.42234.41346.21480.0极限组合=（1.2+1.4（+）+1.12）16696.7252.17041.11123.13161.41915.72099.4短期效应组合可变荷载设计值0.7汽车+1.0人（不计冲击）1990.2107.871783.2176.6426.5272.1294.2长期效应组合可变荷载设计值0.4汽车+0.4人（不计冲击）1115.560.871002.799.4239.8152.2164.4表4-4 3号主梁作用效应计算表序号荷载类别跨中四分点变化点支点MVMVMVV一期永久作用7328.00.05496.0431.11314.5781.0862.1二期永久作用2750.80.02063.1161.8493.4293.2323.6总永久作用=+10078.80.02411.6592.91807.91074.11185.7可变作用（汽车）2540.9142.72302.0230.1568.6352.1398.9可变作用（汽车）冲击500.128.1453.045.3113.570.278.5可变作用（人群）100.82.575.66.222.77.98.4标准组合=+13119.8170.85166.6868.22498.21500.41663.2短期组合=（+0.7+）11958.3102.34098.6760.12234.41344.61473.4极限组合=（1.2+1.4（+）+1.12）16464.9241.86835.61103.93161.41918.82100.7短期效应组合可变荷载设计值0.7汽车+1.0人（不计冲击）1879.5102.31687.0167.2426.486256269.2287.1长期效应组合可变荷载设计值0.4汽车+0.4人（不计冲击）1056.758.1951.094.5239.807371150.3162.9河南理工大学本科毕业设计 第五章 预应力钢束估算与布置第五章 预应力钢束估算及布置5.1预应力钢筋数量估算按构件正截面抗裂行要求估算预应力钢筋数量。对于全预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂要求，可得跨中截面所需的有效预应力为：式中，为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯矩值，本设计中， 。设预应力钢筋截面中心距截面下缘为，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离为。钢筋估算时，截面性质近似取全截面的性质进行计算，即，全截面对抗裂边缘的弹性抵抗距为，所以有效预应力合力为：。预应力钢筋的张拉控制应力为，预应力损失按张拉控制应力的20%计算，则。采用10束8As15.2钢绞线，钢束总面积为，采用内径60mm的金属波纹管。5.2预应力钢筋布置5.2.1跨中截面及锚固段截面的钢束位置1)对于跨中截面，在保证布置预留管道要求的前提下，应尽可能加大钢束群重心的偏心距。本设计预应力孔道采用内径60mm的金属波纹管，管道至梁底和梁侧净距不应小于30mm及管道直径的一半。另外直线管道的净距不应小于40mm,且不宜小于管道直径的0.6倍，在竖直方向两管道可重叠，跨中截面及端部截面构造如下图，N1，N2，N3，N4号钢筋均需进行平弯和竖弯，N5只进行平弯。求得跨中截面钢束群重心至梁底距离为。图5-1 钢束布置图（单位：cm）2)所有钢束都锚固在梁端截面。对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：一是预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心，使截面均匀受压；二是考虑锚头布置的可能性，以满足张拉操作方便的要求。按照上述锚头布置的均匀、分散原则，锚固端截面所布置的钢束见图5-1所示。求得跨中截面钢束群重心至梁底距离为。下面对钢束群重心位置进行复核：上核心距为：，下核心距为：，,说明钢束群重心处于截面的核心范围内。5.2.2钢束弯起角度及线形的确定确定钢束起弯角时，既要照顾到由其弯起产生足够的竖向剪力，又要考虑到其引起的摩擦预应力损失不宜过大。本设计预应力钢筋在跨中分四排，锚固在底板上的两根（N5）不弯起，其余8根弯起角度均为8。为简化计算和施工，所有钢束布置的线性均为直线加圆弧。5.2.3钢束计算1）计算钢束起弯点至跨中的位置。锚固点至支座中心线的水平距离为：，钢筋计算图示和锚固段尺寸图见图5-2。图5-2 钢筋计算图示和锚固段尺寸钢束起弯点至跨中的距离列于表5-1内。表5-1 钢束弯起点至跨中距离计算表(单位:mm)钢束号弯起高弯起角N44202100292.3127.72079.613125.51826.713408.7N37302400334.0396.02376.640689.25662.89216.5N210402700375.8664.22673.768252.99499.05024.3N113503000417.5932.52970.895816.613335.1832.1上表各参数计算如下：为靠近锚固端直线段长度，根据需要确定，为钢束锚固点至钢束起弯点的竖直距离，根据各量的几何关系，可分别计算如下：, ,式中：-钢束弯起角度（）； -计算跨径（cm）； -锚固点至支座中心线的水平距离（cm）。2)控制截面的钢束重心位置计算各钢束重心位置计算：当计算截面在曲线段时，计算公式为：,当计算截面在锚固点的直线段时，计算公式为：式中：-钢束在计算截面处钢束中心位置至梁底的距离； -钢束起弯前到梁底的距离； -钢束起弯半径； -圆弧段起弯点到计算点圆弧长度对应的圆心角；计算钢束群重心到梁底的距离见表5-2。表5-2 各计算截面钢束位置及钢束群重心计算表（单位：mm）截面钢束号（弧度）四分点N5未弯起0120120332N4未弯起0120120N3未弯起0230230N23475.70.05340429N17667.90.08450757支点钢束号（弧度）N519490120120935N419150.14120496N318560.14230924N217970.143401352N117380.144501781变化点N53490120120755N43150.14120271N32560.14230699N21970.143401127N11380.144501556注：支点和变化点截面处，各钢束均处于直线弯曲段。钢束布置见图5-3。图5-3 钢束布置纵断面图（单位：mm）3)钢束长度计算:一根钢书的长度为曲线长度、直线长度、与两工作段长度（270cm）之和，其中钢束曲线长度可按圆弧半径及弯起角度计算，通过每根钢束长度计算，就可以得到一片主梁和一孔桥所需钢束总长度，用于备料和施工计算结果见表5-3。表5-3 钢束长度计算表(单位：mm)钢束号半径R弯起角（弧度）曲线长度直线长度L1钢束预留长度钢束长度N5+00347000 140036100 N4131260.143665 268174200 140036083 N3406890.1411363 184334800 140035996 N2682530.1419060 100485400 140035908 N1958170.1426757 16646000 140035821 河南理工大学本科毕业设计 第六章 计算主梁截面几何特性第六章 计算主梁截面几何特性本箱梁采用后张法施工，内径60mm的钢波纹管成孔，当混凝土达到设计强度时进行张拉，张拉顺序和钢束号相同，年平均相对湿度为80。计算过程分三个阶段。阶段一为预制构件阶段，施工荷载为预制梁（包括横隔梁）的自重，受力构件按预制梁的净截面计算，该截面应扣除预应力管道的影响，箱梁翼板宽度为3m。阶段二为现浇混凝土形成整体阶段，但不考虑现浇混凝土的承受荷载能力，施工荷载除阶段一荷载之外，还应包括现浇混凝土板的自重，湿接缝还没参与主梁受力，所以，受力构件按预制梁灌浆后的换算截面计算，该截面应考虑预应力钢筋的影响，箱梁翼板宽度为3m。阶段三为成桥阶段，荷载除了阶段一、二的荷载之外，还包括二期永久作用和活载，受力构件按成梁后的换算截面计算，该截面应考虑预应力钢筋的影响，箱梁翼板有效宽度为3.5m。这里截面几何性质计算借助了CAD，通过创建面域，使用massprop命令，计算各控制截面不同阶段的截面几何性质，并汇总，见表6-1。表6-1 各控制截面不同阶段的截面几何性质汇总表受力阶段计算截面 1跨中182833376712339817.85E+111.02E+096.36E+088.00E+084分点182833376912318997.89E+111.03E+096.41E+088.77E+08变化点182833377912214668.05E+111.03E+096.59E+081.73E+09支点213024383711632288.97E+111.07E+097.72E+083.94E+092跨中205225987411268749.80E+111.12E+098.70E+081.12E+094分点205225986711338019.52E+111.10E+098.40E+081.19E+09变化点205225982911714169.10E+111.10E+097.77E+082.19E+09支点234983485511452109.85E+111.15E+098.60E+084.69E+093跨中215177983811629101.04E+121.24E+098.93E+081.14E+094分点215177983111698371.02E+121.23E+098.72E+081.22E+09变化点215177979512054509.61E+111.21E+097.98E+082.14E+09支点244935482511752401.04E+121.26E+098.86E+084.34E+09备注：7.85E+11表示。河南理工大学本科毕业设计 第七章 预应力损失计算第七章 预应力损失计算7.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失按公预规规定，计算公式为： 式中： -张拉钢束时锚下的控制应力；根据公预规规定，对于钢绞线取张拉控制应力为：-钢束与管道壁的摩擦系数，对于预埋波纹管取0.20；-从张拉端到计算截面曲线管道部分切线的夹角（rad）；-管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015；-从张拉端到计算截面的管道长度，可近似取其在纵轴上的投影长度，当四分点为计算截面时，苦中截面各钢束摩擦预应力损失见表7-1。表7-1 跨中截面摩擦应力损失计算钢束编号（）弧度N500017.1380.02570.0254139535.4N480.140.02817.1970.02580.0523139572.96N380.140.02817.2560.02590.0524139573.08N280.140.02817.3150.02600.0525139573.20N180.140.02817.3490.02600.0525139573.26平均值65.58同理，可算出其他控制截面的值。各截面摩擦预应力损失的平均值计算结果，列于表7-2。表7-2 各控制截面平均值截面跨中L/4变化点支点 平均值65.5841.453.870.537.2由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失按公预规规定，对曲线预应力筋，在计算锚具变形，钢束回缩引起死亡预应力损失时，应考虑锚固后反向摩擦的影响。根据公预规规定， 计算公式为：反向摩擦影响长度：式中：-锚具变形、钢束回缩，根据公预规规定，对于夹片锚顶压张拉时=4m；-单位长度由管道摩擦引起的预应力损失，按下列公式计算：式中：-张拉端锚下控制应力，为1302Mpa;-预应力筋扣除沿途摩擦损失后锚固端应力，即跨中截面扣除的钢筋应 力；-张拉端至锚固端距离，这里的锚固端为跨中截面。张拉端锚下预应力损失：；在反摩擦影响长度内，距张拉端处的锚具变形、钢筋回缩损失： 在反摩擦影响长度内，锚具变形、钢筋回缩损失：=0各束钢束预应力钢筋的反摩阻影响长度见表7-3。表7-3 跨中截面反摩阻影响长度计算表钢束编号 N5139535.40 1359.60 171380.00206619431 N4139572.96 1322.04 171970.00424313559 N3139573.08 1321.92 172560.00423513571 N2139573.20 1321.80 173150.00422713583 N1139573.26 1321.74 173490.00422313591 各控制截面的计算列于表7-4。表7-4 各控制截面平均值截面跨中L/4变化点支点 平均值027.658.363.77.3 预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失混凝土弹性压缩引起的应力损失()取按应力计算需要控制的截面进行计算。对应简支梁可取L/4进行计算，并一次结果作为全梁各截面预应力钢筋应力损失的平均值。也可以用下列公式计算： 式中：-张拉批数， -预应力钢筋弹模与混凝土弹模的比值，此处 -全部预应力钢筋的合力在其作用点（全部预应力钢筋重心点）处所产生 的混凝土正应力， ，截面特性按表6-1第一阶段取用；其中， 所以，7.4钢筋松弛引起的预应力损失对于采用超张拉工艺的低松弛钢绞线，由钢筋松弛引起的预应力损失为： 式中：-张拉系数，采用超张拉，取； -钢筋松弛系数，对低松弛钢筋，； -传力锚固时的钢筋应力，这里采用L/4截面的应 力作为全梁的平均值计算，故有。所以，7.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失按下式计算：式中：-加载龄期为时混凝土收缩应变终极值和徐变系数终极值； -加载龄期，即达到设计强度为90%的龄期，近似按标准养护条件，则有： ，则可得；对于二期恒载 的加载龄期，假定 ；-配筋率，；-钢束锚固时相应的净截面面积；-钢束群重心至截面净轴的距离；-截面回转半径，为 。徐变系数终极值和收缩应变终极值的计算如下：考虑混凝土收缩、徐变大部分在成桥之前完成，A，u均采用预制梁的数据。对于混凝土毛截面，四分点和跨中截面上述数据完全相同。构件理论厚度的计算公式为： 。式中，-主梁混凝土截面面积，； -与大气接触的截面周边长度，。由于混凝土收缩、徐变在相对湿度为80%条件下完成，故=1.749，混凝土收缩应变终值。跨中截面： = =6.27MpaL/4截面： = =9.25Mpa所以，；，。现将各截面钢束预应力损失平均值及有效预应力汇总于表7-5。7.6钢束预应力损失汇总表7-5 各截面钢束预应力损失平均值及有效预应力汇总表位置预加应力阶段（Mpa）使用阶段（Mpa）钢束有效预应力（Mpa）预加力阶段使用阶段跨中截面65.58023.1488.7236.6797.95134.621306.281172.66L/4截面41.4527.5623.1492.1536.6797.95134.621302.851168.23变化点截面3.8758.3123.1485.3236.6797.95134.621309.681175.06支点截面0.5363.7023.1487.3736.6797.95134.621307.631173.01河南理工大学本科毕业设计 第八章 承载力、应力、挠度、抗裂性验算第八章 承载力、应力、挠度、抗裂性验算8.1持久状况承载能力极限状态验算8.1.1跨中正截面承载力验算跨中截面尺寸如下，预应力钢筋截面到底边的距离为，则 ，上翼缘平均厚度取。a) 箱梁翼缘有效工作宽度计算：箱形截面梁在腹板两侧上、下翼缘的有效宽度计算如下：对于简支梁各跨中部梁段：式中：-腹板两侧上、下各翼缘的有效宽度；-腹板两侧上、下各翼缘的实际宽度；-有关简支梁各跨中部梁段翼缘有效宽度的计算系数；对本简支梁其理论跨径，则：则，根据，有；则，根据，有