桥梁工程毕业设计（论文）-跨径160m上承式钢管混凝土抛物线拱桥设计.doc

全套图纸加153893706第一章 概述1.1钢管混凝土拱桥的概述钢管混凝土拱桥属于钢-混凝土组合结构中的一种钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度，同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。由于在材料和施工方法上的优越性，将这种结构应用于以受力为主的拱桥是十分合力的，在本世纪的30年代，苏联建造了跨越列宁格勒涅瓦河的钢管混凝土拱桥组合体系和位于西伯利亚跨越达140m的桁肋钢管混凝土拱桥。此后，未见有此类桥梁为受力组成部分。同时也作为施工时劲性骨架，设计以前者控制。这类桥梁目前主要有单管和哑铃型肋拱，桁拱以及桁架拱，其含钢率较高，跨径从几十米到200米，另一种是是外包混凝土，钢管外皮不外露，钢管主要作为施工的劲性骨架，先内灌混凝土成钢管混凝土后再挂模板外包混凝土形成断面，钢管材料可以参与建成后的受力，但不是以使用荷载为控制，而是以施工荷载为控制，这类桥梁由板拱，箱拱，工字形肋拱，筋肋拱和刚架拱，除板拱外，其跨越能力较强，一般在百米以上，最大已达420米，由于钢管混凝土主要起施工过程中的劲性骨架作用，且断面配有较多的普通钢筋。这类桥梁习惯上仍称其为钢筋混凝土结构。1.2钢管混凝土拱桥的发展 国内钢管混凝土拱桥在桥梁工程中开始得到研究和应用时在20世纪80年代，自1990年10月在四川省旺苍县首先采用缆索吊装，无支架施工发建成跨度为115米的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，短短10多年间，钢管混凝土拱桥如雨后春笋，在各地破土而出，据不完全统计，从1990年到1994年间，已建成和在建的钢管混凝土拱桥达20多座，到1997年达40多座，到1998年则已达到60多座，到目前已达到120多座，其发展速度之快为中外建桥史所罕见，下列出了5座国内已建成的钢管混凝土拱桥。国内已建成的5座钢管混凝土拱桥桥名所在地跨度（m）拱肋截面建成时间东河大桥四川旺苍县115哑铃型1990汕西大桥广东省南海200四边形1995丫髻沙大桥广州360管式2000万县长江大桥重庆420单管三室1997巫峡长江大桥重庆460桁架式2005 钢管混凝土在国外桥梁工程中的应用已有100多年的历史。早在1879年，英国的severn铁路桥建设中就采用了钢管桥墩，当时在管中灌注混凝土主要用来防止内部锈蚀并承受压力。钢管混凝土应用于拱桥结构始于20世纪30年代末期，前苏联著名桥梁专家perederiy教授用钢管混凝土建造了跨越列宁格勒温瓦河跨度101m的拱桥组合体系，与此同时，1939年，Rosnovskiy教授在西伯利亚也用钢管混凝土建造了一座跨度达140m的铁路拱桥。法国已建的凯泽莱尔桥，主跨为220m的下承式拱桥。日本的松岛桥为126m跨径的上承式拱桥，美国于1999年在芝加哥市修建了一座中承式钢管混凝土拱桥，主跨74m，桥长94m，桥宽2119cm，拱肋采用直径5112cm的钢管，壁厚25mm，拱肋间不设横撑，总的来说，国外修建钢管混凝土拱桥的跨径较小，数量也不多，相关报道较少。 我国目前仍处于交通基础设施建设的高潮，钢管混凝土拱桥的应用仍在不断发展之中，而21世纪的钢管混凝土拱桥将向大跨、宽桥面、造型美观、轻质、灵敏、环保等方面发展。随着社会经济技术的飞速发展，可以预见。21世纪的钢筋混凝土拱桥建设必将取得新的突破，取得更大、更广的发展。第二章 设计要求2.1工程地质概述地形条件为V形山谷地形，跨径为160m桥位所处地貌属于剥蚀性丘陵区，经钻探揭露本桥位地层自上而下分别为第四系坡积层，下石灰统测水组碎屑岩及燕山期花岗岩，其中坡积层为灰黄到褐黄色，稍湿，硬塑状，含10%-15%的碎石，碎石粒径一般为0.5-2.0cm，最大为5cm，具有典型的坡积特征，厚度约为0.5-3.2m，下石灰统碎屑岩主要由粉砂岩为主，岩性变化较大。2.2设计原则1.公路等级：一级2.道路宽度：双向六车道28m+2m人行道3.矢跨比：1/54.拱轴线：抛物线5.拱轴截面：等截面6.设计规范：公路桥涵设计通用规范（JTJ021-04）公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（JTD62-2004）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）第三章 桥型方案比选3.1桥型方案根据工程地质情况和安全、适用、经济、美观的设计原则，初步拟定了三个方案。方案一：采用280m的单塔双跨斜拉桥基本尺寸拟定 主塔结构高60米 主梁由双主肋，桥面板和横隔板组成，主肋标准标准高2.0m宽2.0m等截面，主肋中心距为28m，横隔板纵向标准间距为4m，为双悬臂结构，横隔板预主梁同高，宽0.26m，桥面板厚21cm 塔身纵桥向为变截面，横桥向塔身上下宽均为2m，塔结构高为60m，塔身横向向顶部逐步靠拢，顶部通过三道横梁将两分离的塔连接为整体，塔身下部通过主梁的桥面板、横隔板及墩身承台连接为整体，形式稳定的框架体系。 桥面宽度：32+1(拉索保护) 拉索：梁上的束距为6m，拉索共12对方案二：采用40m+80m+40m预应力连续梁桥基本尺寸拟定：主梁采用大悬臂翼缘板的单箱双室薄壁截面，边跨、中跨之比为0.5:1.，主跨和边跨支点处中心梁高7.5m，跨中处中心梁高3.0m，单个箱体顶板宽18.5m，后0.28.设1.5%的横坡，底板宽10.5m。底板上、下缘顺桥向均为二次抛物线，其顶点设在主桥中跨合拢段边缘处，由0.3m变成0.85m，横桥向底板保持水平，腹板厚0.8-0.4m，翼缘板悬臂长为4.0m，端部厚0.18m，根部厚0.7m。预应力布置：布置纵向预应力和横向预应力，竖向预应力。方案三：跨径160m上承式钢管混凝土抛物线拱桥基本尺寸拟定： 该桥为160m跨钢管混凝土等截面拱，拱圈高度5-7.5m，矢跨比1/5，矢高为32m，拱轴系数m=1.6，主孔拱圈由一根外径为2400mm，内径为2000mm的钢管混凝土组成，拱上立柱采用钢筋混凝土结构组成，行车道板为长5m宽2m的单向板厚为35cm3.2方案确定根据三个比选方案，我们分别从技术、经济、施工这几方面进行比选，选出最优的方案。方案比选方案比较项目斜拉桥预应力连续梁桥上承式钢管混凝土拱桥技术属于超静定结构，受力较好主桥面连续，无伸缩缝行车条件好，但主塔高，对风力影响大，拉索养护更换复杂属于超静定结构，受力好，主桥桥面连续，无伸缩缝行车条件好，养护也容易属于超静定结构，拱的承载能力大，但养护较麻烦，有伸缩缝行车条件较差，养护也很复杂经济工艺要求较严格，主桥上部构造除用挂篮施工外，挂梁需另一套安装设备，主梁的施工费用高，拉索用钢量大，费用高，并且后期拉索养护、更换费用大需要机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料普通，价格低，但是支座相对较多，成桥后的支座维护费用比较多高桥施工难度较大，比较危险，要专门的施工机械与器具，需大型设备，施工过程所需技术支持较多，相对耗资比较多施工高度机械化，施工作业周期进行，需一整套机械动力设备，施工速度快，占用场地少工艺要求较严格，需要的施工设备少，技术先进，占用施工场地少高度机械化，施工需要一整套机械动力设备，施工速度快，占用场地少方案确定:从安全性来讲，三方案均能满足行车安全和通航要求，但是预应力混凝土连续梁桥的施工技术更加成熟，施工安全性能高。从功能上来讲，连续梁桥的行车条件好，更加平顺，且承载能力好，从经济性来讲，连续梁桥使用的设备少，钢材使用量相对较少，拱桥成桥后的维修费用低，从美观性来讲，很明显拱桥和斜拉桥更加美观。 因为桥梁比选的主要标准中安全跟经济放在首要位置，所以尽管斜拉桥更加美观耀眼，但结合地形条件，我们还是选择上承式钢管混凝土拱桥。第四章 结构尺寸拟定3.1 构件尺寸拟定1、 拟定桥梁主要结构参数 主拱圈矢跨比：1/5 立柱间距：10m 横梁间距：5m 纵梁间距：26m 小纵梁间距：2m2、 拟定桥面宽度 道路为双向六车道，则桥面宽度可布置为：33.75m（行车道）4.5m（分隔带）33.75m（行车道）20.5m防护栏2m（人行道）。3、 主拱圈截面的拟定 主拱圈的高度一般为跨径的1/30-1/60,宽度一般有3横向稳定性决定，高宽比控制在0.5-1。 全桥采用单圆钢管混凝土截面，外径为2400mm，内径为1000mm。拱肋截面尺寸如下图。图3-1 拱肋截面图 4、拟定桥面板厚度，桥面板厚度一般为纵梁间距的1/10-1/30，约为20-50cm。本设计中桥面板厚度取35cm。5、 横梁高度和宽度分别取2.1m和1.2m。6、 大纵梁高度取1.5m，宽度取0.3m。 图3-2 横纵梁布置图7、 小纵梁高度和宽度分别取0.8m和0.2m。8、 吊杆采用OVM系列，需满足承担桥面系和车辆荷载的竖向荷载。图3-3 横断面图 3.2 确定拱轴线方程拱轴线采用抛物线，在均布荷载作用下，拱的合理拱轴线为二次抛物线，则对于恒载分布比较接近均匀的拱桥，可用二次抛物线作为拱轴线，其拱轴线方程为： ；本设计中跨径l=160m，矢高f=2m。则求得其拱轴线方程为：； 第五章 桥面板的内力手算与配筋5.1单向板判断桥面板计算：采用预制桥面板图 5-1桥面板示意图=2.52 所以该桥面板为单向板5.2恒载内力计算图5-2 桥面板恒载组成恒载由桥面板自重和桥面铺装自重组成-1米板宽条上桥面板的恒载重量=0.31125=7.5（KN/m）其中：=25 KN/-1米板宽条上桥面铺装的恒载重量=0.11124=2.4（KN/m）其中：=24 KN/每米板宽的跨中恒载弯矩= g = 9.9=4.95（KN.m）每米板宽的支点剪力=9.9（KN）5.3活载内力计算根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）规范，局部加载选用车辆荷载。规范中表4.3.1-2规定车辆荷载前轮着地长度及宽度为0.2m0.3m，中后轮着地尺寸为0.2m0.6m。车轮荷载在板上的分布作用在桥面上的车轮压力，通过桥面铺装层扩散分布在钢筋混凝土板面上，由于板的计算跨径相对于车轮的分布宽度来说，相差不是很大，故计算时应较精确地将轮压为分布荷载来处理，对于混凝土或沥青面层，荷载可以偏安全地假定呈角扩散。图5-3 车辆荷载在桥面板上的分布因此，桥梁规范中规定，最后作用于钢筋混凝土承重板上的矩形压力面的边长为：沿纵向：=+2H沿横向：=+2H其中：是车轮沿行车方向的着地长度 是车轮的宽度 各级荷载的和值可以从公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中查得。 H-铺装层的厚度则板上荷载压力面的边长为：前轮：=+2H=0.2+20.1=0.4（m）=+2H=0.3+20.1=0.5（m）后轮：=+2H=0.2+20.1=0.4（m）=+2H=0.6+20.1=0.8（m）规范给出了车辆荷载的立面和平面尺寸，纵向而言，前轮和中轮的前轴距离为3.0m。中轮后轴与后轮前轴的距离为7.0m。中轮和后轮的前后轴之间的距离均为1.4m；横向而言，同一辆车两个车轮之间的距离为1.8m。并行车辆两车轮间最近距离为1.3m。（1）荷载位于板的中央地带 对于一个单独车轮荷载【图5-3-2a】=+=+2H+=0.4+2故取=1.33m图5-4 荷载有效分布宽度 单位：m由于1.33m(即主梁抗扭能力较小)跨中弯矩 支点弯矩 式中：-按简支板计算而得的荷载组合内力其中：汽车荷载在1米宽简支板条中所产生的跨中弯矩式中：p-根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）车辆荷载的中轮轴重为120kN，后轮轴重为140kN。取较为不利的后轮轴重进行加载。-板的有效工作宽度-班的计算跨径-冲击系数，对于桥面板通常为1.3=1.3=27.37（kN.m）活载作用下支点剪力的计算其中：矩形部分荷载的合力为：52.632三角形部分荷载的合理为： = =（1.33-0.7）2=29.606第二个车轮在矩形部分荷载的合力为：=52.632各合力作用点对应剪力影响线的从坐标值 =1.3（52.6320.8+29.6060.9475+52.6320.15）=101.468(kN)由 跨中弯矩 支点弯矩 可知：由恒载作用引起的跨中弯矩=+0.74.95=3.465(kN.m) 支点弯矩：=-0.74.95=-3.465(kN.m) 由活载作用引起的跨中弯矩=+0.727.37=19.159(kN.m) 支点弯矩=-0.727.37=-19.159(kN.m) 5.4荷载组合根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）的规定，分别对桥面进行承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计，并进行不同的作用效应组合 （1）承载能力极限状态设计本设计中未考虑偶然作用，因此不进行偶然组合，仅进行基本组合，其中结构重要度系数取1.0，永久作用效应分项系数取1.2，汽车荷载效应分项系数取1.4，则有= =1.23.465+1.419.159 =30.981（kN.m） =1.29.9+1.4101.468 =153.935（kN）(2) 正常使用极限状态设计 在不考虑汽车荷载外的其他可变作用的前提下，作用短期效应组合的组合效应值显然大于作用长期效应组合。仅选用效应组合进行计算，其中汽车荷载（不计冲击力）的频遇值系数取0.7则有：=+ =3.465+0.7 =13.781（kN.m）=+ =9.9+0.7 =64.537(kN)5.5配筋验算已知桥面板采用C30混凝土，HRB400钢筋，=13.8M，=330 M，=330 M，=0.53按布置一排钢筋估算=30mm有效高度为=h-=300-30=270mm=473.08所以受力钢筋采用间距为120mm，供给的为654根据钢筋混凝土桥梁规范配筋，桥面板需配置双向双层钢筋网分布钢筋：单向板除载受力方向布置受力筋以外，还需要在垂直于受力筋方向布置分布筋，本设计采用间距200mm布置HRB400钢筋。图 5-7 桥面板的钢筋布置图 配筋验算：按实际配筋情况复核截面承承载能力由公式计算混凝土受压区高度为：=15.6mm=0.5270=135mm该截面所承受的弯矩设计值= =13.8100015.6（270-15.6） =54.77（kN.m）由54.7730.981可知截面抗弯能力满足要求斜截面抗弯能力验算斜截面抗弯能力只计入混凝土抗剪承载力=0.874式中：-混凝土的抗剪承载力（kN） -混凝土的强度等级（） b-斜截面受压端面处的截面宽度对矩形截面为梁宽，对T形截面为腹板宽度（mm） -斜截面受压端正截面处纵向受拉钢筋合力点至截面受压边缘的距离（mm）（即不考虑弯起钢筋的影响） P-斜截面内纵向受拉钢筋配筋百分率。P=100p p=/b，当p2.5时，取p=2.5 m-剪跨比，m=/（），当m1.7时，取m=1.7，当m3时，取m=3 =30 b=1m=1000mm =270mm P=100 p P=/b=4.84 P=0.484 m=/ =0.8741000270=174.14kN由=174.14153.935kN可知：斜截面抗剪能力满足要求。第六章 横梁内力计算与配筋6.1确定作用在中横梁上的计算荷载车辆荷载与车道荷载的比较车辆荷载= 对于跨中横隔梁的最不利荷载位置如图所示图 6-1 跨中横梁的受载图示 尺寸单位：m 轴重单位：kN= =（1401+1400.72）=120.4kN车道荷载对于跨中横隔梁的最不利荷载位置如图图 6-1 跨中横梁的受载图示 尺寸单位：m 轴重单位：kN活载按公路-级车道荷载加载时，公路-级车道荷载标准值为=10.5kN/m，集中荷载标准值采用的规定是：桥梁计算跨径等于或大于5m时，=180kN，桥梁计算跨径等于或大于50m时，=360kN，桥梁计算跨径在5-50m时，值采用直线内插求得。该设计计算跨径为160m所以=10.5kN/m =360kN计算剪力效应时上述集中荷载标准值应乘以1.2系数=1.2360=432（kN）=3601+11010.5=412.5（kN）计算剪力时：=4321+11010.5=484.5（kN）比较车辆荷载与车道荷载可知最不利的加载形式为车道荷载，所以以下计算采用车道荷载。6.2 绘制中横梁的内力影响线图6-3 横向分布系数计算图示 尺寸单位：m1号梁横向影响线，求各竖标值=2（）=227.5=+=+=0.257=+=0.229=+=0.2=+=0.171=+=0.143=+=0.114=+=0.086=-=0.057=-=0.029=-=0=-=-0.029=-=-0.057=-=-0.086=-=-0.114（1）绘制弯矩影响线P=1作用在1号梁上时=.6.5d+.5.5d+.4.5d+.3.5d+.2.5d+.1.5d+.0.5d-6.5d =(0.2566.5+0.2295.5+0.24.5+0.1713.5+0.1432.5+0.1141.5+0.0860.5-6.5) 2 =-3.013P=1作用在14号梁上时= .6.5d+ .5.5d+ .4.5d+ .3.5d+ .2.5d+ .1.5d+ .0.5d =-0.1146.5-0.0865.5-0.0574.5-0.0293.5-0+0.0291.5+0.0570.5 =-1.5（1）绘制剪力影响线对于1号主梁处截面的影响线可计算如下： P=1作用在计算截面以右时：= 即= （就是1号梁荷载横向影响线） P=1作用在计算截面以左时：= -1即= -1 由以上各计算数据可绘出影响线和影响线图 6-4 中横梁内力影响线 尺寸单位：m6.3 截面内力计算将求得的计算荷载在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响，其中汽车荷载冲击力系数取为0.3.考虑横向折减系数横向折减系数表横向布置车道数2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.50弯矩两车道时：=1.0(3.239+4.24+3.670+2.874)=13.937三车道：=0.78（13.937+2.514+1.509）=14.009四车道：=0.67（13.937+2.514+1.509+2.300+1.505）=14.583五车道：=0.6（13.937+2.514+1.509+2.300+1.505+0.930+0.135）=13.698六车道：=0.55（13.937+2.514+1.509+2.300+1.505+0.930+0.135-0.222+0.783）=12.865从以上比较可知当四车道布载时荷载最大。M=（1+）=1.3412.514.583=7820.13（kN.m）剪力Q：两车道时：=1.0(0.743+0.684+0.641+0.581)=2.649三车道：=0.78（2.649+0.540+0.479）=2.861四车道：=0.67（3.668+0.436+0.337）=3.002五车道：=0.6（4.481+0.334+0.2755）=3.054六车道：=0.55（5.09+0.232+0.173）=3.002六车道：=0.52（5.495+0.130+0.071）=2.962从以上比较可知当五车道布载时荷载最大。Q=（1+）=1.3484.53.054=1923.56（kN）恒载内力计算：计算图示如下图：6-5 恒载计算图示 尺寸单位：m=其中：=25kN/所以=1.22.125=63kN/m计算得： M=5197.5 kN/mQ=632-=-819（kN）（向上）内力组合：（1）基本组合（用于承载能力极限状态计算）=1.25197.5+1.47820.13=17185.182（kN.m）=1.2819+1.41923.56=3675.784（kN）(1)短期组合（用于正常使用极限状态计算）=5197.5+0.7=9408.339（kN.m）（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）=5197.5+0.4=7603.694（kN.m）6.4 截面配筋验算预应力数量由预应力弯矩抵消恒载+活载弯矩原则：N=计算其中：=-120=930mm=0.93mN=13997.452（kN）预应力的根数由n=单根预应力的张拉力为：0.55拟采用15.2钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积=139抗拉强度标准值=1860。有效张拉应力为0.55=0.5518602=1023则：单根预应力张拉力：=1023139=142.197（kN）n= =98.437（根）取：100根拟采用15.2预应力钢筋束，OVM15-25型锚具，给出的预应力筋面积=100139=13900。采用金属波纹管成孔，预留管道外径为244mm。图6-6 支点处预应力束布置图 尺寸单位：m截面承载力验算：1.承载能力极限状态计算跨中截面尺寸及配筋情况图 6-7 跨中处预应力束布置图 尺寸单位：m=2100-120=1980mm由的条件，计算混凝土的受压区高度X =793.207mm2500mm将x=793.207mm代入下式，计算截面承载能力为：1200793.207（1980-）=27731.623（kN.m）17185.182 kN.m计算结果表明，跨中截面的抗弯承载力满足要求。2.斜截面抗剪承载力计算选取支点处进行斜截面抗剪承载力复核，预应力筋不弯起，箍筋采用HRB335钢筋，直径为8mm，双肢箍，间距=200mm;距支点相当于一倍梁高范围内，箍筋间距=100mm首先，进行截面抗剪强度上下限复核：0.50.51其中：为预应力提高系数取1.250.5=0.511.251.6512001980 =2450.25（kN）0.51=0.5112001980 =7663.843(kN)因为：2450.253275.591=7663.843所以计算结果表明：截面尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋斜截面抗剪承载力按下式计算：因为预应力筋不弯起，所以=0为混凝土和箍筋共同的抗剪承载力=0.45式中：-异号弯矩影响系数，对简支梁，=1.0-预应力提高系数，取=1.25-受压翼缘影响系数，取=1.1-截面宽度为1200mm-斜截面纵向受拉钢筋配筋百分率P=100，=（）/，当p2.5时，取p=2.5P=100（）=100=0.487-箍筋配筋率，=0.00084将以上数据代入上式：=1.01.251.10.4512002380 =3363.122(kN)=3275.591=3363.122kN所以说明截面抗剪承载力是足够的。2.正常使用极限状态计算（1）全预应力混凝土构件抗裂性验算正截面抗剪性验算正截面抗剪性验算以跨中截面受拉边的正应力控制，在荷载短期效应组合作用下满足：-0.850为在荷载短期荷载组合作用截面受拉边的应力：=y其中：=7603.694kN.m y=1.05 =9.261 =0.9261=1.05=8.621为截面下边缘的有效预应力：=+其中：=102313900=14219.7（kN） A=1.22.1=2.52（） =0.93 =（）/1000 =6.320+14.280 =20.6-0.85=8.621-0.8520.6=-8.8890所以计算结果表明：正截面抗剪性满足要求（2）变形计算使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期影响系数，对C40混凝土=1.60，刚度=0.95=0.95=0.953.250.9261=2.859（N. ） 荷载短期效应组合作用下的挠度值，按等效均布荷载作用情况计算：=式中：=9408.339kN.m=9408.339N.mm =26mm =23.173mm自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算：=5197.5kN.m=5197.5 N.mm=12.801mm消除自重产生的拱度，并考虑拱度长期影响系数后，使用阶段挠度值为：=（-）=1.60（23.173-12.801） =16.595mm/600=26000/600=43.333mm所以计算结果表明：使用阶段的挠度值满足规范要求预加力引起的反拱计算及预拱度的设置预加力引起的反拱近似地按等截面梁计算，截面刚度按跨中截面净截面确定，即取=0.95=0.953.250.926=2.859N. 反拱长期增长系数采用=2.0预加力引起的跨中挠度为：=-式中：-所求变形点作用竖向单位力p=1引起的弯矩图 -预加力引起的弯矩图对于等截面梁可不必进行上式的积分计算，其变形值由图乘法确定，在预加力作用下跨中截面的反拱可按下式计算。=-其中：为跨中截面作用单位力p=1时，所产生的图在半跨范围内的面积：=为半跨范围内图重心（距支点处）所对应的预加力引起的弯矩图的纵坐标：=为有效预加力：=14219.7kN为距支点处的预应力束偏心距： =0.93=14219.70.93=13224.321（kN .m）由预加力产生的跨中反拱为：=2.0=78.17（mm）将预加力引起的反拱与按荷载短期效应影响产生的长期挠度值相比较可知：=78.17mm=1.623.173=37.0768（mm）由于预加力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度，所以可不设预拱度第七章 小纵梁内力计算与配筋7.1 恒载内力计算小纵梁恒载由自重和其两侧行车道板的重量组成，计算出每延米恒载，先按简支梁计算，再由连续梁内力为负弯矩2/3,正弯矩1/3计算内力。每延米小纵梁的自重：=0.20.825=4(kN/m)两侧行车道板对小纵梁的恒载：图7-1 桥面板布置图 单位：m=0.35225=17.5（kN/m）小纵梁恒载：g=+=4+17.5=21.5（kN/m）恒载内力计算图 7-2 恒载内力计算图示 尺寸单位：m跨中弯矩：=21.5=67.1875（kN.m）支点剪力：=21.55=53.75（kN） 变为连续梁后：负弯矩：=-=-67.185=-44.792（kN.m）正弯矩：=67.185=22.396（kN .m）7.2 活载横向分布系数计算按照刚性横梁法计算两横梁之间的跨中的分布系数按照杠杆法计算在横梁支点处的分布系数图 7-3 1号纵梁内力影响线 尺寸单位：m由于边梁受力最大，所以计算1号梁的内力，其他梁按1号梁配筋。其中：=2（） =227.5=+=+=0.257=-=-=-0.114由以上数据可画出1号梁的内力影响线求1号边梁的荷载横向分布系数（汽车荷载）和（人群荷载）（1）求按照车辆横向排列的规定在桥的横截面上布置最不利的车辆位置，计算纵梁的最大影响量，边轮离路缘石距离不小于0.5米图 7-4 1号纵梁最不利布载 尺寸单位：m考虑横向折减：六车道：=0.5（0.264+0.238+0.220+0.194+0.175+0.150+0.131+0.106+0.087+0.061）0.55 =0.46365 =0.464五车道：=0.5（0.264+0.238+0.220+0.194+0.175+0.150+0.131+0.106+0.087+0.061）0.60 =0.488四车道：=0.5（0.264+0.238+0.220+0.194+0.175+0.150+0.131+0.106）0.67 =0.495三车道：=0.5（0.264+0.238+0.220+0.194+0.175+0.150）0.78 =0.484两车道：=0.5（0.264+0.238+0.220+0.194）1.0 =0.458从以上数据可以看出1号梁汽车荷载横向分布系数取=0.495人群荷载分布系数：=0.278支点处的荷载横向分布系数（杠杆原理法）图7-5 1号梁杠杆法计算图示 尺寸单位：m1号梁：=0.5(1.25+0.35)=0.8 =1.757.3 活载内力计算根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004），规范中表4.3.1-2规定公路-级车道荷载的均布荷载标准值=10.5kN/m，集中荷载标准值，计算弯矩时为180kN，计算剪力时为1801.2=216kN计算可变作用效应：在可变作用效应计算中，本设计对于荷载横向分布系数沿桥跨变化取值时作如下考虑：支点处取，跨中处取，从距支点1/4跨径处向直线过渡。（1）计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力=（1+）()=式中：1+=1+0.3=1.3人群荷载：=13.0=3kN/m图 7-6 跨中截面内力计算图示 尺寸单位：m汽车荷载：=（1+）() =1.30.49510.5(1.255)+1801.25=165.902(kN.m)=（1+）() =1.30.49510.5（2.50.5）+0.5216=73.721（kN）人群荷载：= =0.2783（1.255） =2.606（kN.m）= =0.2783（2.50.5） =0.521（kN）支点截面最大剪力：图 7-7 支点截面内力计算图示 尺寸单位：m=21610.8+10.5（15）0.495+10.5（0.8-0.495）5（+） =187.629（kN）=3（15）0.278+3（1.75-0.278）5（+） =4.165（kN）7.4 荷载组合 按公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004），规范中4.1.6-4.1.8条规定，对可能同时出现的作用效应选择了三种最不利效应组合：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。1号梁的内力组合表序号荷载类别跨中截面支点截面M（kN.m）Q(kN)Q(kN)(1)总荷载67.188053.75(2)人群荷载2.6060.5214.615(3)汽车荷载（考虑冲击）165.90273.721187.629(3)汽车荷载（未考虑冲击）127.61756.708144.33（4）短期组合=（1）+0.7(3)+(2)159.12640.217159.396（5）标准组合=(1)+(3)+(2)235.69674.242245.994（6）基本组合=1.2（1）+1.4(3)+0.8(2)315.807103.793332.765以上为按简支梁计算的内力连续梁内力为负弯矩2/3,正弯矩1/3。7.5 荷载组合采用标准组合荷载进行配筋验算跨中正弯矩：=235.696=78.565（kN.m）支点负弯矩：=235.696=-157.131（kN.m）拟采用C30混凝土，HRB400钢筋，=13.8，=330，=13.8，=0.53假设=70mm，=40mm则=800-70=730mm首先，求=0.53730=386.9mm的截面所能承受的最大弯矩组合设计值判断截面的配筋类型。=b（-） =13.8200386.9（730-） =572.952（N.mm） =572.952 kN.m=78.565 kN.m故可采用单筋截面从充分利用混凝土的抗压强度出发，取=0.53730=386.9mm将其代入公式：= =1064.67采用16（外径18.4）供给的面积=1206，布置成双排。所需截面最小宽度=230+230+318.4=175.2mm200mm=30+18.4+30/2=63.4mm=800-63.4=736.6mm按实际配筋情况复核截面承载能力此时，应由下式计算混凝土受压区高度为：=144.196mm=0.53736.6=390.398（mm）该截面所能承受的弯矩设计值由下式求得: =b（-） =13.8144.196200(736.6-) =264.459(N.mm) =264.459kN.m =78.565 kN.m计算结果表明：截面承载力式足够的在支点负弯矩处采用和该截面一样的配筋：=264.459kN.m157.131 kN.m所以在支点负弯矩处截面承载力也是足够的斜截面抗剪承载力计算箍筋采用HRB335钢筋，直径为8mm双肢箍，间距=200mm距支点相当于一倍梁高范围内，箍筋间距=100mm。支点截面抗剪承载力计算：其中：=245.99kN 为混凝土和箍筋共同的抗剪承载力=0.45式中：-异号弯矩影响系数，对简支梁，=1.0-预应力提高系数，取=1.1-受压翼缘影响系数，取=1.1-截面宽度为b=200mm-斜截面纵向受拉钢筋配筋百分率，因受拉钢筋不弯矩所以p=0-箍筋配筋率，=0.00503将以上数据代入上式：=1.01.01.10.45200736.6=307.794(kN)=245.994=307.794kN所以说明截面抗剪承载力满足要求正常使用极限状态裂缝验算:正常使用极限状态裂缝宽度计算，采用荷载短期效应组合，并考虑荷载长期效应的影响。荷载短期效应组合：（kN.m）荷载长期效应组合： =67.188+0.4（127.617+2.606）=119.227（kN.m）跨中截面裂缝宽度按公式计算：其中：=1 =1+0.5 =1+0.5=1.375 =1 =205.894（） 0.02 =2将以上数据代入公式得：=11.3751（） =0.00126（mm）计算裂缝宽度小于允许值0.2mm，满足规范要求。跨中截面挠度计算：荷载短期效应作用下的跨中截面挠度按下式进行计算其中：=159.126 kN.m=159.126N.mm=5m=5mm -为全截面抗弯刚度，=0.95 =8.5 =8.5 =0.95=0.953.258.5 =2.624N. 荷载短期效应组合作用下的挠度值，按等效均布荷载作用情况计算式中： =159.126 kN.m=159.126 N.mm =5m=5mm=1.579mm自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算=0.667mm消除自重产生的挠度，并考虑挠度长期影响系数后，使用阶段挠度值为：1.60（1.579-0.667）=1.4592mm=8.333mm计算结果表明，使用阶段的挠度值满足规范要求第八章 立柱截面估算8.1计算活载支撑反力图 8-1 立柱支承反力计算图示 尺寸单位：m=(2401+ 11010.5) 8=2340（KN）8.2计算恒载反力 桥面自上而下依次为4cm橡胶沥青混凝土+10cmC50混凝土沥青混凝土面层：=0.042821=23.52（KN/m）C50混凝土：=0.12823=64.4（KN/m）沥青混凝土面层引起的支座反力：=11023.52=117.6 （KN）C50混凝土引起的支座反力：=11064.4=322（KN）桥面板自重：=100.352825=1225（KN）纵梁自重：=（100.20.82512+100.31.5252）=352.5（KN）横梁自重：=1.22.13026=982.8（KN）则：=+=117.6+322+1225+3