澜沧江托巴大桥初步设计连续刚构方案毕业论文.doc

摘摘 要要 设计为总长为 188m 的公路直线预应力混凝土连续刚构桥 跨径组成为 50m 88m 50m 截面形式为单箱单室箱型 墩身为双薄壁柔性墩 设计荷载标准为 公路 级汽车荷载 主梁采用挂篮悬臂对称施工 因时间所限 未涉及下部结构 桥墩和基础 横向预应力及竖向预应力的设计 根据活载位置的不同 连续刚构桥的断面可能出现正弯矩或负弯矩 因而 要 按弯矩变化的幅值布置预应力钢筋 连续刚构桥将连续梁与薄壁墩 柔性 固结而 成 既保持了连续梁桥的优点 同时又节省了支座 减少墩与基础的工程量 并改 善了结构的水平荷载作用下的受力性能 即各柔性墩按刚度比分配水平力 参考了大量的工程实例 对结构方面进行了较为详细的分析和研究 横截面采 用单箱单室截面 梁高按二次抛物线变化 从支座处最大 5 5 米到跨中 2 2 米 顶 板厚度保持不变为 25cm 同时地板厚度由 80cm 变至 25cm 运用桥梁博士 3 00 对 结构进行了内力分析 然后对钢筋数量进行估计并配置钢筋 检算主要控制截面的 承载能力 绘制结构施工图 包括桥跨布置图 施工程序图等 进行外文翻译 最 后编制设计计算说明书及文档整理 关键词 预应力混凝土连续刚构桥 悬臂施工 内力分析 截面验算 强度验算 ABSTRACT Design for a total length of 188m highway line prestressed concrete continuous rigid frame bridge span is composed of 50m 88m 50m cross section form of single cell box box the double thin wall pier Design load standard for highway vehicle load grade ii The hanging basket cantilever girder using symmetry construction Due to time constraints not involving the lower structure pier and foundation and the vertical prestressed Transverse Prestress design According to the live load in different position continuous rigid frame bridge section may be just the moment or negative moment therefore according to the bending moment change amplitude layout of prestressed Continuous rigid frame bridge with continuous beam and the thin wall pier flexible consolidated into not only to maintain the continuous beam bridge the advantages but also saves the bearing reduce the pier and foundation engineering quantity and improves the structural load bearing performance namely the flexible pier stiffness ratio distribution of horizontal force at The reference of a large number of engineering practice the structure was analyzed in detail and research Cross section of the single cell box girder section high by two parabola change from the support of maximum5 5 meters to2 2meters across roof thickness remained constant for25cm at the same time the floor thickness from80cm to 25cm Using bridge doctor3 on the structure of the internal forces then the amount of reinforcement were estimated and reinforcement check the main control section s bearing capacity Drawing construction plans including the bridge span layout construction program plans foreign language translation finally design calculation specification and documentation Keywords prestressed concrete continuous rigid frame bridge cantilever construction force analysis cross section calculation strength calculation 目目 录录 前前 言言 1 第一章第一章 总总 论论 2 1 1 设计特点 2 1 2 受力特点 3 1 3 构造特点 3 1 3 1 零号块 3 1 3 2 横隔板 3 1 3 3 合拢段 3 第二章第二章 桥跨总体布置及结构主要尺寸桥跨总体布置及结构主要尺寸 5 2 1 设计资料 5 2 1 1 方案简述 5 2 1 2 设计依据 5 2 2 上部构造主梁细部尺寸 6 2 2 1 主梁尺寸拟定 6 第三章第三章 荷载内力计算荷载内力计算 8 3 1 建模及数据输入 8 3 1 1 单元划分 8 3 1 2 全桥施工阶段的划分 9 3 1 3 施工过程模拟 9 3 2 计算结果及数据处理 10 3 2 1 恒载内力 10 3 2 2 活载内力 10 3 3 荷载组合及其原理 18 3 3 1 原理 18 3 3 2 内力包络图 20 3 3 3 内力组合表 21 第四章第四章 纵向预应力纵向预应力钢钢束估算及布置束估算及布置 22 4 1 纵向预应力钢束估算 22 4 1 1 预应力束估算原理 22 4 1 2 预应力束估算 25 4 2 预应力束布置 31 第五章第五章 次内力计算次内力计算 33 5 1 自重徐变次内力计算 33 5 2 预加力次内力计算 36 5 3 温度次内力 38 5 3 1 温度对连续钢构桥的影响 38 5 3 2 温度次内力的计算 39 第六章第六章 截面截面验验算算 44 6 1 内力组合 44 6 1 1 荷载和荷载效应 44 6 1 2 内力组合 44 6 2 承载力极限状态验算 45 6 2 1 基本理论 45 6 2 2 截面强度验算 50 6 3 正常使用极限状态验算 59 6 3 1 基本理论 59 6 3 2 变形验算与预拱度设置 66 6 4 应力验算 68 6 4 1 持久状况应力验算 68 5 4 2 短暂状况应力验算 施工阶段应力验算 81 6 5 主要工程材料用量 94 6 5 1 混凝土用量 94 6 5 2 钢筋用量 94 6 5 3 锚具用量 95 第七第七章章 总总结结 95 参考参考文文献献 96 致致 谢谢 97 前前 言言 毕业设计是教学计划中的一个重要环节 是在完成学校所有规定的基础课 专业基础课和专业课后进行的 是培养学生综合运用所学的基础知识和专业知 识能力的综合体现 本设计主要进行了桥梁方案的设计与比较 桥梁的结构内 力计算 预应力筋的配置设计 截面应力 挠度验算以及训练了手工制图和 CAD 制图的基本技能和方法 桥梁的结构计算中 首先应用桥梁博士电算程序 进行内力的计算 然后 根据电算结果分析 得出各控制截面的内力组合结果 并利用组合结果进行配筋 验算 桥梁施工方法的设计是根据当地的地形条件 施工设备和能力以及工程的可行性而进行的 和以往的理论教学不同 毕业设计是要学生在老师的指导下 独立地 系统 地完成一个工程设计 以期能掌握一个工程设计的全过程 在巩固已学课程的 基础上 学会考虑问题 分析问题和解决问题 并可以继续学习到一些新的专 业知识 有所创新 作为一名路桥工程方向的本科生应该做好这次设计 通过本次的毕业设计 我对桥梁工程设计的过程及内容有了一个初步的了解 由于知识水平有限 在本次设计中难免会有不少错误和不足 恳请各位老师和 同学批评 指正 第第一一章章 总总 论论 1 1 1 1 设设计计特特点点 预应力混凝土连续刚构桥设计的一般步骤 参照已有的设计拟定结构几何尺寸 和材料类型 模拟实际的施工步骤 计算恒载及活载内力 然后再根据实际情况确 定温度 沉降等荷载 计算其产生的内力 并与恒 活载内力进行正常使用与承载 能力组合 这是设计过程中的第一次组合 桥博完成 两种组合的结果分别作为按 正常使用和按承载能力估算钢束的计算内力 估算出各截面的钢束面积后 按照一 定要求将钢束布置好 重新模拟施工过程并考虑预应力的作用 计算恒载内力 由 于钢束对截面几何特性的影响 温度 沉降等内力也需重新计算 但其与钢束估算 时计算得到的结果差别非常小 各种荷载作用下的内力计算出来后 需进行承载能 力组合和正常使用组合 以进行截面强度验算 应力验算和变形验算 这是设计过 程中的第二次组合 如各项验算均满足要求且认为合理 则设计通过 如有些截面 的有些验算通不过 则需调整钢束甚至修改截面尺寸后重新计算 直到各项验算均 通过为止 如上所述 设计过程一般包括两次组合 第一次组合是为了估算钢束 此时钢 束还未确定 也就无法考虑预加力的作用 由于预加力对徐变有很大影响 故估算 钢束时一般也不考虑收缩徐变的影响 况且 此时用的几何特性都是毛截面几何特 性 所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态 仅供估束参考 根据估束结 果确定钢束数量和几何形状后 考虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力是当 前配束下的受力 如各项验算均通过 那么可作为最终结果 如个别截面不满足 但两次组合结果相差不大 可适当调整钢束后重新计算 如两次组合结果相差很大 则应将第二次组合内力作为估束依据重新估束 再重复进行验算 直到各项验算全 部通过且两次组合结果相差不大为止 总之 设计的过程就是一个逐次迭代逐次逼 近的过程 有经验的设计人员可能一次就能通过 但对我们初次设计 可能需 迭 代 多次 甚至需要修改截面尺寸 预应力混凝土连续刚构桥采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换 经过一系 列的施工阶段而逐步形成最终的连续刚构体系 在各个施工阶段 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 因此计 算其恒载内力时必须精确模拟各个施工阶段 反映在结构约束 荷载列向量和总刚 矩阵等随施工阶段而发生变化 桥梁的恒载内力由各施工阶段引起的内力迭加而成 显然对不同的施工方法 桥梁的恒载内力是有很大差别的 而活载和温度 沉降等 内力在成桥后才发生 作用在最终连续刚构体系上 故与施工方法无关 为了保证 施工安全和长期正常使用 进行桥梁设计时必须对每一个受力阶段计算各种荷载作 用下的应力和变形 并进行组合 悬臂施工涉及到非常多的施工工况 且由于体系 发生转换而使预加力和徐变产生的次内力的计算变得复杂 故设计时一般必须借助 电算完成 1 1 2 2 受受力力特特点点 采用悬臂施工的连续刚构桥 在施工过程中经历 T 型刚构受力状态 合拢后形 成连续刚构桥 其恒载产生的内力由各施工阶段产生的内力迭加而成 由于合拢段 较短 其产生的内力一般较小 故 T 型刚构受力状态为主要部分 对悬臂施工连续 刚构桥 合拢后根部负弯矩很大 而中跨跨中恒载弯矩很小 二期恒载加上以后 根部负弯矩增大 中跨跨中承受相对较小的正弯矩 因此 截面几何尺寸拟定时 应根据以上弯矩分布特点 增大主梁根部附近断面的抗弯刚度 提高截面下缘的承 压能力 悬臂施工时 浇筑一节段梁体 达到一定强度后张拉此段钢束 梁体自重产生 负弯矩 预应力钢束产生正弯矩 二者结合使得梁体基本处于偏心受压受力状态 其轴向力非常大 抗剪强度一般不成问题 而最小正应力又较大 故主拉应力也易 满足 1 1 3 3 构构造造特特点点 1 3 11 3 1 零号块零号块 零号块是悬臂浇筑施工的中心块体 又是体系转换的控制块体 零号块受力非 常复杂 且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地 故其顶板 底板 腹板尺寸 都取得较大 零号块已不能处理为一般的杆系 对重要桥梁都要进行零号块空间应 力分析 从国内施工来看 零号块时有开裂 故其施工工艺及结构构造是很值得研 究的问题 1 3 21 3 2 横隔板横隔板 悬臂施工的连续刚构大多采用箱形截面 抗扭刚度较大 故除零号块内设置横 隔板外 主桥沿纵向一般不设横隔板 零号块内横隔板传递荷载较大 通常采用一 片实体或两片式刚性横隔板 中部开设过人洞 在各跨上需考虑不平衡段底板钢束 弯起锚固的要求 还需设置预留伸缩槽 1 3 31 3 3 合拢段合拢段 合拢段的施工是桥梁施工的重要环节 在合拢段施工过程中 由于温度变化 混凝土早期收缩 已完成结构的收缩徐变 新浇混凝土的水化热 以及结构体系变 化和施工荷载等因素 对尚未达到强度的合拢段混凝土有直接影响 故必须重视合 拢段的构造措施 使合拢段与两侧梁体保持变形协调 并在施工过程中能传递内力 合拢段的长度在满足施工要求的情况下 应尽量缩短 以便于构造处理 一般取 1 5 3m 本设计取 2m 合拢段的构造处理有以下几种 1 用劲性钢管作为合拢段的预应力套管 2 加强配筋 3 用临时劲性钢杆锁定 4 压柱支撑 合拢段施工应注意以下几点 1 合拢段应采用早强 高强 少收缩混凝土 2 合拢段混凝土浇筑时间应选在一 天中温度较低时 并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜 3 加强混凝土的养 护 第第二二章章 桥桥跨跨总总体体布布置置及及结结构构主主要要尺尺寸寸 本章主要介绍本设计的概况 比如设计资料 设计参数等 并依据规范来对 本结构进行尺寸拟定 2 2 1 1 设设计计资资料料 2 2 1 1 1 1 方方案案简简述述 本设计采用主桥 50 88 50 预应力混凝土连续刚构体系 具体尺寸为m 跨中截面梁高 2 2 是主跨径的 1 40 主墩顶梁高 5 5 是跨中截面的mm 2 5 倍 桥墩采用双肢薄壁墩 墩柱横桥向与箱梁底板同宽 7 0m 纵桥向 1 2m 相距 5 8m 净宽 4 6m 桥墩采用钻孔灌注桩 桩径 1 5m 左 右岸桥台采 用埋置式桩台 桩基直径 1 2m 台后设搭板 2 2 1 1 2 2 设设计计依依据据 1 主要技术指标资料 a 跨径 88 此为桥墩中距 m b 桥面净宽 净 8 2 1 75 m c 技术标准 设计荷载为公路 级 环境标准为 I 类环境 设计安全等 级为二级 d 相关参数 按规范同时考虑均匀升降温 不均匀温差 每侧人行栏杆 采用 C30 混凝土 截面长 1 1m 宽 0 25m 桥面铺装采用 10C40 厚防水cm 混凝土 2 材料规格 a 上部结构混凝土 50 号 C50 混凝土强度指标 抗压强度设计值 22 4 cd fMPa 抗压强度标准值 32 4 ck fMPa 抗拉强度设计值 1 83 sd fMPa 抗拉强度标准值 2 65 tk fMPa 弹性模量 3 45 104 c EMPa b 桥面铺装及下部结构混凝土 40 号 C40 混凝土强度指标 抗压强度设计值 18 4 cd fMPa 抗拉强度设计值 1 65 sd fMPa 弹性模量 3 25 104 c EMPa c 预应力钢筋采用 标准强度 为1860的低松弛钢绞线 张拉控MPa15 24 j 制应力取 为 预应力筋的锚固方式为群锚 按后张法施工 强度指标 pk f70 0 为 抗拉强度标准值 1860 pk fMPa 抗拉强度设计值 1260 pd fMPa 弹性模量 1 95 105 c EMPa d 普通钢筋 箍筋及构造钢筋采用钢筋 其强度指标为 335HRB 抗拉强度设计值 330 sd fMPa 弹性模量 2 0 105 c EMPa 3 设计依据 a JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 b JTG D62 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 2 2 2 2 上上部部构构造造主主梁梁细细部部尺尺寸寸 2 2 2 2 1 1 主主梁梁尺尺寸寸拟拟定定 根据已成桥资料及 梁桥 桥梁工程 上册 手册有关连续刚构截面 形式及尺寸的相关内容 拟订主梁尺寸如下 采用单箱单室主梁截面 箱顶宽11 5 底面宽 7 0 mm 变截面梁墩顶处梁高与最大跨径的关系 梁高为1 16 1 20L 取 L 16 即 88 16 5 5 取 5 5 1 hmm 变截面梁跨中处梁高与最大跨径的关系 梁高为1 46 1 85L 取 L 50 即 88 50 2 2 取 2 2 2 hmm 跨中和边跨箱梁截面顶板厚取25 底板厚 25 墩顶处箱梁截面顶cmcm 板厚 25 根部底板厚 80 其根部 跨中及边跨截面如图所示 cmcm 图 2 1 跨中截面 单位 mm 图 2 2 支点截面 单位 mm 图 2 3 边跨截面 单位 mm 第第三三章章 荷荷载载内内力力计计算算 本章节主要介绍在进行尺寸拟定后 把结构通过桥博3 0 来进行模拟与建 模 其中主要包括对结构外形的模拟 确定施工方案 本设计采用悬臂挂篮现 浇法施工 对施工过程的模拟 对使用阶段的模拟 通过这些模拟得出了结构 在未配束之前的内力分析 恒载和活载作用下的内力状况 3 3 1 1 建建模模及及数数据据输输入入 3 3 1 1 1 1 单单元元划划分分 根据现在施工能力及结构要求 全桥共分 120 个单元 具体划分为 全 桥共分 120 个梁段单元 0 号块长度 7m 一般梁段长度分成 0 5m 1m 1 5m 2 5m 边跨 跨中合拢段 2 1 0m 其中 0 号块和边跨等高梁段 单元满堂支架施工 具体划分情况 计算简图 图 3 1 计算简图 图 3 2 全桥立体模型图 3 3 1 1 2 2 全全桥桥施施工工阶阶段段的的划划分分 为了方便全桥的施工 特用程序将划分的梁的单元的截面特性计算出来 具 体结果见下表 表 3 1 控制截面几何信息 节点 面积 A 2 m 抗弯惯矩 Ix m 中轴至梁顶 Yo m 中轴至梁底 Y1 m 9 边跨 1 4L 6 830565 779681 031 33 11 边跨 3 8L 7 277557 475021 171 42 14 边跨 1 2L 8 2865512 27391 481 61 26 墩顶 13 117658 10473 082 42 37 中跨 1 4L 8 7155514 73961 621 68 42 中跨 3 8L 7 033556 511341 091 37 47 中跨 1 2L 6 517554 745830 9351 27 3 3 1 1 3 3 施施工工过过程程模模拟拟 本桥采用悬臂挂篮浇筑法施工法模拟如下 全桥共分 56 个施工阶段 简单来说大致分为以下几个步骤 1 步骤 1 刚构墩墩身施工完毕至墩顶 2 浇筑 0 号梁段 即 22 29 梁段和 64 71 梁段 3 混凝土强度达到 85 后 张拉预应力索 4 在 0 梁段上对称架设挂篮 4 个 每个挂篮按 800KN 考虑 2 步骤 1 对称浇筑 21 38 63 72 梁段 2 混凝土强度达到 85 后 张拉预应力索 3 步骤 1 往两端移动挂篮 2 对称浇筑 22 39 64 73 梁段 3 混凝土强度达到 85 后 张拉预应力索 4 步骤 1 按前步骤依次浇筑 23 6 34 45 63 48 74 87 梁段 2 混凝土强度达到 85 后 张拉预应力索 5 步骤 1 安装边支座 并现浇边跨等高梁段 1 5 88 92 梁段 6 步骤 1 拆除边跨挂篮 安装中跨合拢段吊篮 2 架设中跨合拢段钢支撑 并张拉顶底板临时预应力钢索 3 浇筑合拢段 46 47 梁段 4 混凝土强度达到 85 后 张拉预应力索 7 步骤 1 拆除边跨托架和吊篮 2 拆除中跨吊篮 8 步骤 1 施加桥面二期荷载 全桥范围内加向下均布力每延米 33 2 mkN 2 收缩 徐变 10 年 图 3 3 施工阶段加载图 3 3 2 2 计计算算结结果果及及数数据据处处理理 所有数据输完并检查无误后 进入结构计算模块 输出单元截面内力如下表 所示 3 3 2 2 1 1 恒恒载载内内力力 表 3 2 控制截面施工阶段累计效应内力表 节点 弯矩 M KN M 轴力 N N 剪力 Q N 9 边跨 1 4L 104000551 11 边跨 3 8L 49600 1630 14 边跨 1 2L 138000 3390 26 墩顶 156000 85 93360 37 中跨 1 4L 24000 94 317300 42 中跨 3 8L 1850 94 31460 47 中跨 1 2L 6450 94 318 4 3 3 2 2 2 2 活活载载内内力力 a 冲击系数 冲击系数 值可按下式计算 当 1 5Hz 时 0 05f 当 1 5Hz 14Hz 时 0 1767 0 0157fln f 当 14Hz 时 0 45f 式中 结构基频 Hz f 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸 类型 建筑材料等动力特性内容 它直接 反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系 不管桥梁的建筑材料 结构类型是否有差 别 也不管结构尺寸与跨径是否有差别 只要桥梁结构的基频相同 在同样条件的 汽车荷载下 就能得到基本相同的冲击系数 桥梁的自振频率 基频 宜采用有限元方法计算 对于连续梁结构 当无更精 确方法计算时 也可采用下列公式估算 3 1 1 2 13 616 2 c c EI f lm 3 2 2 2 23 651 2 c c EI f lm 3 3 c mG g 式中 结构的计算跨径 lm 结构材料的弹性模量 E 2 N m 结构跨中截面的截面惯矩 c I 4 m 结构跨中处的单位长度质量 当换算为重力计算时 其单位 c m kg m 应为 22 Nsm 结构跨中处延米结构重力 G N m 重力加速度 g 2 9 81 gm s 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时 采用 计算连续梁的 1 f 冲击力引起的负弯矩效应时 采用 2 f 本设计计算跨径取 88m 弹性模量 E 3 45 104MPa 计算得出跨中截面惯矩 4 746 估算得到 G 169kN m 将数据代入上式 c I 4 m 17 227kg m c mG g 81 9 169 0 8632 1 2 13 616 2 c c EI f lm 17227 746 4 1045 3 8814 3 2 616 13 10 2 1 4974 2 2 23 651 2 c c EI f lm 17227 746 4 1045 3 8814 3 2 651 23 10 2 冲击系数都取 0 05 结构的安全等级为二级其重要性系数取1 0 人群荷载标准值 3 5 2 mkN b 根据影响线求得活载内力 a 内力影响线 2 0 2 4 6 8 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 6 00E 01 4 00E 01 2 00E 01 0 00E 00 2 00E 01 4 00E 01 6 00E 01 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 3 边跨 1 4L 截面内力影响线 2 0 2 4 6 8 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 8 00E 01 6 00E 01 4 00E 01 2 00E 01 0 00E 00 2 00E 01 4 00E 01 6 00E 01 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 4 边跨 3 8L 截面内力影响线 4 00E 00 2 00E 00 0 00E 00 2 00E 00 4 00E 00 6 00E 00 8 00E 00 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 1 00E 00 8 00E 01 6 00E 01 4 00E 01 2 00E 01 0 00E 00 2 00E 01 4 00E 01 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 5 边跨 1 2L 截面内力影响线 10 8 6 4 2 0 2 4 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 2 00E 00 1 50E 00 1 00E 00 5 00E 01 0 00E 00 5 00E 01 1 00E 00 1 50E 00 2 00E 00 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 6 支点截面内力影响线 6 00E 00 4 00E 00 2 00E 00 0 00E 00 2 00E 00 4 00E 00 6 00E 00 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 2 00E 01 0 00E 00 2 00E 01 4 00E 01 6 00E 01 8 00E 01 1 00E 00 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 7 中跨 1 4L 截面内力影响线 2 00E 00 0 00E 00 2 00E 00 4 00E 00 6 00E 00 8 00E 00 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 4 00E 01 2 00E 01 0 00E 00 2 00E 01 4 00E 01 6 00E 01 8 00E 01 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 8 中跨 3 8L 截面内力影响线 2 00E 00 0 00E 00 2 00E 00 4 00E 00 6 00E 00 8 00E 00 050100150200 弯矩影响线弯矩影响线 弯矩影响线 4 00E 01 2 00E 01 0 00E 00 2 00E 01 4 00E 01 6 00E 01 8 00E 01 050100150200 剪力影响线剪力影响线 剪力影响线 图 3 9 跨中截面内力影响线 注 弯矩影响线 X 轴为桥长 单位 m Y 轴为截面弯矩值 单位 mkN 剪力影响线 X 轴为桥长 单位 m Y 轴为截面剪力值 单位 kN b 汽车活载作用下结构内力表 表 3 3 控制截面汽车结构内力表 max M 节点MQ 96130 256 116330 434 14506012 3 261260 398 373350 28 7 425710 103 476770 352 表 3 4 控制截面汽车结构内力表 min M 节点MQ 91370 115 11 1900 115 14 2700 114 26 15200 1850 37 4980630 42 88088 3 47 47633 6 表 3 5 控制截面汽车结构内力表 max Q 节点MQ 95380475 115330340 144240192 26 62801670 37 229996 42402712 475190478 表 3 6 控制截面汽车结构内力表 min Q 节点MQ 93890 427 113890 568 142550 762 26 12100 252 373110 124 424840 290 475260 492 表 3 7 控制截面汽车结构内力表 max N 节点MQ 900 1100 1400 2611500 2350 37 3410736 42369528 476120 317 表 3 8 控制截面汽车结构内力表 min N 节点MQ 900 1100 1400 26 62901630 37 115033 5 42 78933 8 47 447 33 5 c 人群活载作用下结构内力表 表 3 9 控制截面人群结构内力表 max M 节点MQ 9162044 2 111710 16 9 141270 108 2633046 1 37788 44 42155016 5 472050 2 18 表 3 10 控制截面人群结构内力表 min M 节点MQ 9 557 44 2 11 800 44 1 14 1140 44 1 26 7340 460 37 2010229 42 32043 4 47 2212 9 表 3 11 控制截面人群结构内力表 max Q 节点MQ 9108083 5 1198454 5 1467126 2 26 2010544 37 1840300 42323180 47897107 表 3 12 控制截面人群结构内力表 min Q 节点MQ 9 37 9 82 5 11 94 2 115 14 576 178 26 5000 958 37615 26 5 42904 59 4 47929 109 表 3 13 控制截面人群结构内力表 max N 节点MQ 900 1100 1400 265010929 37 923270 421490117 472050 515 表 3 14 控制截面人群结构内力表 min N 节点MQ 900 1100 1400 26 2000516 37 3012 83 42 2683 47 2212 84 注 弯矩单位为 剪力单位为 mkN kN 3 3 3 3 荷荷载载组组合合及及其其原原理理 3 3 3 3 1 1 原原理理 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG 2004 第 4 1 6 条和第 4 1 7 条 有以下两种组合 a 承载能力极限状态的效应组合 根据 桥规 应采用以下两种作用效应组合 a 基本组合 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 应组合表达式为 3 4 m i n j QjkQjckQQGikGiud SSSS 12 110 或 3 5 m i n j QjdcdQGidud SSSS 12 10 式中 Sud 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 0 第 i 个永久作用效应的分项系数 Gi 第 i 个永久作用效应的标准值和设计值 GidGik SS 1Q 汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 的分项系数 汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 的标准值和设计值 dQkQ SS 11 在作用效应组合中除汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 Qj 风荷载外的其他第 j 个可变作用效应的分项系数 在作用效应组合中除汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 QjdQjk SS 风荷载外的其他第 j 个可变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 外的 c 其他可变作用效应的组合系数 根据以上条文本设计采用以下三种组合 组合 1 2 1 0 恒 1 4 汽 组合 1 2 1 0 恒 1 4 汽 0 8 1 4 人群 组合 1 2 1 0 恒 1 4 汽 0 8 1 4 人群 温升或温降 b 偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应 一种偶然 作用标准值效应相结合 偶然作用的效应分项系数取1 0 与偶然作用同时出 现的可变作用 可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值 地震作用标准 值及其表达式按现行 公路工程抗震设计规范 规定采用 b 正常使用极限状态的效应组合 根据 桥规 应根据不同的设计要求 采用以下两种效应组合 a 作用短期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合 其效应组合表达式为 3 6 Qjk n j j m ii Giksd SSS 1 1 式中 Ssd 作用短期效应组合设计值 第 j 个可变作用效应的频遇值系数 j1 SQjk 第 j 个可变作用效应的频遇值 j1 b 作用长期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组 合 其效应组合表达式为 3 7 Qjk n j j m ii Gikld SSS 1 2 式中 Sld 作用长期效应组合设计值 第 j 个可变作用效应的准永久值系数 j2 SQjk 第 j 个可变作用效应的准永久值 j2 3 3 3 3 2 2 内内力力包包络络图图 a 承载能力极限状态下内力包络图 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 50000 020406080100 承载能力极限状态组合承载能力极限状态组合 弯矩包络图弯矩包络图 节点号节点号 弯矩值 弯矩值 kN mkN m 最大弯矩 最小弯矩 图 3 10 承载能力极限状态下结构弯矩包络图 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 50000 020406080100 承载能力极限状态组合承载能力极限状态组合 剪力包络图剪力包络图 节点号节点号 剪力值 剪力值 KNKN 最大剪力 最小剪力 图 3 11 承载能力极限状态下结构剪力包络图 b 正常使用极限状态下内力包络图 200000 150000 100000 50000 0 50000 020406080100 正常使用极限状态组合正常使用极限状态组合 弯矩包络图弯矩包络图 节点号节点号 弯矩值 弯矩值 KN MKN M 最大弯矩 最小弯矩 图 3 12 正常使用极限状态下结构弯矩包络图 200000 150000 100000 50000 0 50000 020406080100 正常使用极限状态组合正常使用极限状态组合 剪力包络图剪力包络图 节点号节点号 剪力值 剪力值 KNKN 最大剪力 最小剪力 图 3 13 正常使用极限状态下结构剪力包络图 3 3 3 3 3 3 内内力力组组合合表表 表 2 15 内力组合表 承载能力极限状态正常使用极限状态 节 点 号 max M min M max Q min Q max M min M max Q min Q 928600 1480655 148017700812038 5 870 1124600 653 653 3020148001810 1110 2020 145780 24500 2660 5480 1900 18200 2940 3570 26170000 2200001050 10900 142000 168000 1020 6820 37 19500 5160070804370 25000 3830049604310 4220900 64530109401200044218501280 4728100 827578 230169005560253 293 注 弯矩单位为 剪力单位为 mkN kN 第四章第四章 纵向预应力钢束估算及布置纵向预应力钢束估算及布置 通过上章节所讲述的内力分析过程 我们对本结构有了更深层的了解 知道了 哪些地方受荷载效应的影响最不利于结构的正常工作 为了更优化结构运营 这一 章将具体地对预应力的估算与布置进行讲解分析 4 4 1 1 纵纵向向预预应应力力钢钢束束估估算算 4 4 1 1 1 1 预预应应力力束束估估算算原原理理 根据 桥梁设计规范 预应力混凝土连续梁应满足使用荷载下应力要求和 承载能力极限状态下的正截面强度的要求 因此预应力钢筋的数量可以从这两 个方面综合确定 a 按正常使用极限状态的应力要求 预应力混凝土梁在预加应力和使用荷载作用下的应力状态应满足的条件是 截面上 下缘均不产生拉应力 且上 下缘的混凝土均不被压碎 上缘应力 4 1 0 min s ys W M 4 2 0 max x yx W M 4 3 max w s ys W M 4 4 min w x yx W M 式中 由预加力在截面上缘和下缘所产生的应力 yxys 分别为截面上 下缘的抗弯模量 可按毛截面考虑 xs WW 荷载最不利组合时的计算截面内力 当为正弯矩时取正值 当 minmax M M 为负弯矩时取负值 混凝土弯压应力限值 w 一般情况下 由于梁截面较高 受压区面积较大 上 下缘的压应力不是控 制因素 为简便计 可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限值条件 在 公 路桥规 中 当预拉区配置受力的非预应力钢筋时 容许截面出现少许拉应力 但在估算数量时 依然假设等于零 t R 根据截面受力情况 其配筋由三种形式 截面上 下缘均布置力筋以抵抗正 负弯矩 仅在截面下缘布置力筋以抵抗正弯矩或仅在上缘布置力筋以抵抗负弯 矩 下面就分这三种情况讨论 a 截面上下缘均配置有力筋和以抵抗截面正负弯矩 由力筋和 s N x N s N 在截面上下缘产生的应力分别是 x N 4 ys s xxx s sss W eN A N W eN A N 5 4 yx x xxx x sss W eN A N W eN A N 6 将式 8 11 分别代入 12 13 解联立方程式后得到 4 minmax xsxs xsxx s eekk ekMkeM N 7 4 minmax xsxs sssx x eekk ekMekM N 8 式中 分别是上缘的预应力力筋重心和下缘的预应力力筋重心离开截面重 xs ee 心的距离 分别是截面的上核心矩和下核心矩 xs kk 混凝土截面积 可取毛截面计算 A 令 4 aass fnN 9 4 aaxx fnN 10 代入式 14 15 中得到 4 aaxsxs xsxx s feekk ekMkeM n 1 minmax 11 4 aaxsxs sssx x feekk ekMekM n 1 minmax 12 式中 上缘和下缘预应力筋的数目 xs nn 每束预应力筋的面积 a f 预应力筋的永存应力 a b 当截面只在下缘布置力筋以抵抗正弯矩时 x N 当上缘不出现拉应力控制时 由得到 ss xxx W M W eN A N min 4 xx x ke M N min 13 4 aaxx x fke M n 1 min 14 当下缘不出现拉应力控制时 由得到 xx xxx W M W eN A N max 4 xs x ek M N max 15 4 aaxs x fek M n 1 max 16 c 当截面中只在上缘布置力筋以抵抗负弯矩时 s N 当由上缘不出现拉应力控制时 由得到 ss sss W M W eN A N min 4 xs s ke M N min 17 4 aaxs s fke M n 1 min 18 当由下缘不出现拉应力控制时 由得到 xx sss W M W eN A N max 4 ss s ek M N max 19 4 aass s fek M n 1 max 20 b 按承载能力极限状态的强度要求 预应力梁到达受弯的极限状态时 受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强 度 受拉区钢筋达到抗拉设计强度 截面安全性时通过计算截面抗弯安全系数 来保证的 在初步估算预应力力筋数量时 T 型或箱形截面 当中性轴位于受 压翼缘内可按矩形截面计算 但是当忽略实际上存在的双筋影响时 受拉区 受压区均有预应力筋 会使计算结果偏大 作为力筋数量的估算是允许的 按 破坏阶段估算预应力筋的基本公式是 4 0XbxRN ay 21 4 0M 2 0 x hbxRMM apc 22 由 29 式解得 bR M hhx a c 2 2 00 4 23 将 30 式代入 28 式 整理后得 2 2 00 bR M hhbRN a c ay 或 4 ya a c ay Rf bR M hhbRn 2 2 00 24 式中 预应力筋数目 y n 混凝土抗压设计强度 a R 预应力筋抗拉设计强度 y R 混凝土安全系数 通常取1 25 c 截面有效高度 0 h 若截面承受双向弯矩时 可视为单筋截面 分别计算上 下缘所需得力筋数 量 T 型或箱形截面 当中性轴位于腹板内 则应考虑截面腹板部分受压混凝土 得工作 相应计算方法与公式可以参照 公路桥规 4 4 1 1 2 2 预预应应力力束束估估算算 我们要求桥梁在正常运营使用阶段满足要求 故按正常使用极限状态的应力 要求进行预应力的配筋计算 拟采用每束 12 根的 钢绞线 单根钢绞线的公称截面面积24 15 j 一束的面积则为 抗拉强标准值为 1860MPa 张拉控制 2 139mmApl 2 1668mm 应力取 预应力损失按张拉控制预应力的MPafpk con 1302186070 0 70 0 20 估算 使用桥博的估算结构配筋面积功能列出下表 表 4 1 对称取半结构 单位 2 m 使用阶段结构配筋汇总 单元号极限状态左截面上缘左截面下缘右截面上缘右截面下缘 承载能力极限状态001 95E 040 1 正常使用极限状态 1 00E 041 00E 042 00E 040 承载能力极限状态 1 95E 04004 08E 03 2 正常使用极限状态 2 00E 041 00E 0404 08E 03 承载能力极限状态04 08E 0306 68E 03 3 正常使用极限状态03 70E 0306 68E 03 承载能力极限状态06 68E 0307 77E 03 4 正常使用极限状态05 90E 0307 77E 03 承载能力极限状态07 77E 0308 73E 03 5 正常使用极限状态06 90E 0308 73E 03 承载能力极限状态08 73E 0309 82E 03 6 正常使用极限状态07 70E 0309 82E 03 承载能力极限状态09 82E 0301 08E 02 7 正常使用极限状态08 60E 0301 08E 02 8承载能力极限状态01 08E 0201 09E 02 正常使用极限状态09 40E 0301 09E 02 承载能力极限状态01 09E 0201 00E 02 9 正常使用极限状态09 30E 0301 00E 02 承载能力极限状态01 00E 022 11E 048 49E 03 10 正常使用极限状态08 50E 034 00E 048 49E 03 承载能力极限状态 2 11E 048 49E 032 00E 036 36E 03 11 正常使用极限状态 4 00E 047 00E 032 40E 036 36E 03 承载能力极限状态 2 00E 036 36E 034 41E 034 15E 03 12 正常使用极限状态 2 40E 035 20E 034 80E 034 15E 03 承载能力极限状态 4 41E 034 15E 037 05E 031 67E 03 13