大跨斜腿刚构计算书.doc

摘要摘要 本设计为燕子峡大桥施工图设计 设计荷载为公路 级 抗震烈度为 度 无 通航要求 结合桥址处地形 地貌 地质 水文等情况 拟定出三个比选方案 分别是预应 力混凝土斜腿刚构桥 预应力混凝土连续梁桥及钢管混凝拱桥 依据安全 适用 经 济 美观的原则确定预应力混凝土斜腿刚构桥为推荐方案 跨径布置为 62m 136m 62m 165m 截面为单箱双室 采用悬臂浇注施工方法 拟定主梁纵 横断面尺寸 采用 MIDAS CIVIL6 71 结构分析程序计算施工阶段和 成桥后的主梁各控制截面的恒载内力 活载内力 温度内力 分别按承载能力极限状 态和正常使用极限状态进行荷载效应组合 估算预应力钢束数量并确定束数 布置钢 束位置 对各控制截面进行强度 应力验算 各项验算均满足 公路钢筋混凝土及预 应力混凝土桥涵设计规范 要求 关键词 预应力混凝土斜腿刚构桥 悬臂浇注施工 作用效应组合 预应力筋的 布置 方案比选 I 目目 录录 一一 概述概述 1 二二 桥型设计方案比选桥型设计方案比选 3 1 设计方案比选概述 3 2 方案论证 4 三三 技术指标及设计资料技术指标及设计资料 9 1 技术指标 9 2 桥位地形 地质等资料 9 3 材料参数 10 四四 结构体系及尺寸拟定结构体系及尺寸拟定 13 1 设计总说明 13 2 桥梁结构体系 13 3 桥梁截面形式 15 4 斜腿底座及桥台方案 17 五五 MIDAS 建模及施工方案建模及施工方案 18 1 模型分析 18 2 施工技术研究 20 六六 结构内力计算结构内力计算 21 1 计算原则 21 2 计算程序简介 21 3 坐标系 21 4 截面特性 21 5 恒载计算 22 6 位移变形与支承反力的研究 23 7 荷载组合及内力计算 25 8 结构恒载内力计算 28 9 结构活载内力计算 31 七七 预应力筋的布置预应力筋的布置 35 II 1 计算原则 35 2 计算原理及方法 35 3 预应力钢束布置原则 35 4 主梁 斜腿的配束 36 八八 结构验算结构验算 42 1 短暂状况应力验算 42 2 持久状况应力验算 44 3 挠度验算 46 九九 手算内容手算内容 48 1 20M分段释放预应力先张法空心板的设计 48 2 偏心桥墩的设计计算 57 十十 总结总结 63 1 总结 63 2 设计体会 63 致谢致谢 65 参考文献参考文献 66 3 一一 概述概述 1 1 课题题目及来源 目的 意义 课题题目及来源 目的 意义 1 课题题目及来源 题目 燕子峡大桥施工图设计 来源 该课题作为多届毕业生的毕业设计题目 是张海龙教授根据以往的 实际工程改设而来的 因而更具实际意义 2 课题目的 毕业设计是本科生的一个重要教学环节 通过毕业设计可以把本科阶段所 学的知识串联起来 加以综合思考 得以应用 从而起到全面训练的目的 3 课题意义 根据设计使用的原始依据及技术标准 技术规范及其它参考资料 拟定尺 寸 进行方案比较 完成选定桥型上下部结构的受力计算及配筋设计 主要材 料数量的计算 绘制工程图 通过这个过程熟悉桥梁设计的过程 特点 掌握 桥梁的基本概念与桥规的基本内容 增强综合运用各种所学知识的的能力 2 2 预计达到的目标 技术指标 完成课题的方案及主要措施 预计达到的目标 技术指标 完成课题的方案及主要措施 1 预计达到的目标 完成尺寸的拟定 模型的建立及工程图纸的绘制 保证结构在施工阶段 及使用阶段能够满足规范要求 2 关键理论和技术 斜腿刚架的计算方法 规范 3 技术指标 1 桥梁跨径 260m 2 桥面净宽 净 15 2 1 0 人行道 3 桥跨跨径 62 136 62m 4 4 桥面横坡 1 5 设计荷载 公路一级 人群荷载 3 5KN m2 6 气温 最高月平均气温 380C 最低月平均气温 50C 7 纵坡 1 桥面中心为变坡点 8 设计水位 175 00 枯水位 139 50 最低岩顶标高 125 00 路面标高 195 035 3 该桥的具体情况如下所示 该桥的具体情况如下所示 1 桥址特征 桥址处该河河床断面呈 V 字型峡谷断面 地质是粉砂岩 2 桥址水文 桥位跨越燕子峡 桥面距河谷底 70 米 设计水位 175 00 枯水位 139 50 最低岩顶标高 125 00 路面标高 195 035 桥梁设计标高由路线纵坡控 制 水位不控制设计标高 3 气象 桥址区位于亚热带大陆季风性温湿气候地区 具有四季分明 无霜期长 日照充足 水源充足 湿光同季 雨热同季的气候特征 年平均气温 15 最 高月平均气温 38 度 最低月平均气温 5 度 本区雨量充沛 年平均降水量为 1223 8mm 雨水集中在 4 10 月份 实测最大 24 小时降雨量为 344mm 1989 年 8 月 4 航运 该河流属不通航河流 5 地震 地震基本烈度 根据建设部震发办 1992 160 号 查 湖北省地震基本烈度 区划图 路线所处区域地震基本烈度为 度 根据 公路工程抗震设计规范 JTJ004 89 燕子峡大桥按 度设防 5 二二 桥型设计方案比选桥型设计方案比选 1 1 设计方案比选概述设计方案比选概述 为了获得经济 安全 适用及美观的桥梁设计 设计者需要运用丰富的 桥梁理论和实践知识 依据相应的方法与步骤 进行深入细致的分析研究工作 对于一定的建桥条件 尽可能的做出基本满足要求的多种不同的设计方案 只 有通过技术经济等方面的综合比较 才能科学地得出较为完美的优化设计 预应力钢筋混凝土斜腿刚构桥是钢筋混凝土结构的一种结构类型 它具有 钢筋混凝土结构的所有特点 即混凝土集料可以就地取材 因而成本低 耐久 性好 维修费用少 材料可塑性强 可以按照设计意图做成各种形状的结构 可以采用装配式结构 工业化程度高 既提高了工程质量又加快了施工速度 整体性好 结构刚度大 变形小 噪声小等 预应力混凝土斜腿刚构桥的主要 特点是 1 预应力混凝土结构 由于能够充分利用高强度材料 所以构件的截面 小 自重的弯矩占总弯矩的比例大大下降 桥梁的跨越能力得到提高 2 与钢筋混凝土梁桥相比 一般可节省钢材 30 40 跨径越大节省越 多 3 全预应力混凝土梁桥在使用阶段不出现裂缝 即使部分预应力混凝土 梁在常遇荷载下也不出现裂缝 鉴于全截面参加工作 梁的刚度就比通常开裂 的钢筋混凝土梁要大 因此 预应力混凝土梁可以显著减小建筑高度 使大跨 径桥梁做得轻柔美观 由于能消除裂缝 这就扩大了对多种桥型得适应性 并 提高了结构的耐久性 4 预应力技术的采用 不但使钢桥采用的一些施工方法在预应力混凝土 梁桥中得到了新的发展与应用 如悬臂拼装 顶推法和旋转施工法 而且为现 代预制装配式结构提供最有效的接合和拼装手段 可根据需要在结构纵断面和 竖向任意分段 施加预应力 既可集成理想的整体 此外还发展了逐段或逐孔 现浇施工方法 方案比选基本原则 安全 适用 经济 美观 根据自然条件和技术条件 6 因地制宜 设计时应尽量考虑采用新技术 新材料 新工艺 桥梁必须实用 要有足够的承载能力 能保证行车的畅通 舒适和安全 既满足当前的需要 又考虑到未来交通的发展 桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物 而且也 是美化环境的点缀品 所以设计必须精心方案比选 精心设计 精心施工 以 期求得在增加投资不多的条件下 最大程度的取得桥梁美观的效果 2 2 方案论证方案论证 1 初拟方案 序号主桥桥型跨径组合 m 1 斜腿刚架桥 62 136 62m 2 连续梁桥 75 140 75m 3 下承式钢管混凝土拱桥 290 方案一 预应力混凝土斜腿刚架桥 推荐方案 方案一 预应力混凝土斜腿刚架桥 推荐方案 1 立面布置 桥型采用斜腿刚构体系 桥梁跨径为 62 0m 126 0m 62 0m 桥主梁采用单 箱双室截面 斜腿采用双室空心矩形截面 桥面板为两侧各 1 0m 的人行道 包 括 0 4m 的栏杆 和 15m 的行车道 共 17m 斜腿的倾角为 50o 2 构造特点 斜腿刚构桥的两端具有较长的伸臂长度 通过调整边跨与中跨的跨长比 可以使两端支座成为单向受压铰支座而不致向上起翘 从而改善行车条件 同 时在恒载作用下边跨对主跨的跨中弯矩也能起到卸载作用 有利于将主跨的梁 高减薄 斜腿刚架桥的压力线和拱相似 弯矩比门式刚架小 主梁跨径缩短 支承 反力有所增加 可用较小的主梁跨度来跨越深谷或其他线路 它的造型美观 施工较拱桥简单 为了减少跨中的正弯矩和挠度 并有利于采用悬臂施工 也 可做成两端带斜杆的形式 刚架桥的节点系指斜腿与主梁相连接的部位 称隅节点 该节点须具有强 7 大的刚性 以保证主梁和斜腿的可靠连接 角隅节点和主梁相连接的截面受有 很大的负弯矩 因此节点内缘混凝土会产生很高的压应力 而节点外缘的拉力 则由钢筋承担 压力和拉力形成一对巨大的对角压力对隅节点产生不利的劈裂 作用 3 受力特点 刚架桥在竖向荷载作用下 斜腿除受压外 还承受弯矩 是压弯构件 刚 架桥在竖向荷载作用下 会产生水平推力 由于其大多数是超静定结构 所以 在混凝土收缩 温度变化 墩台的不均匀沉陷和预应力作用下 会产生次应力 在施工过程中 当结构体系发生转换时 徐变也引起附加内力 4 优缺点 外形尺寸小 桥下净空大 桥下视野开阔 混凝土用量少 但钢筋的用量 较大 从桥梁美学方面来说 在视觉上比较美观 适合做风景区的桥型 方案二 预应力混凝土连续梁桥方案二 预应力混凝土连续梁桥 1 孔径布置 图 2 1 本方案为三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构 其孔径布置为 75 140 75 m 全长 290 m 设计主跨为 140 m 连续梁桥有做成三跨一联的 也有做成多跨一联的 但一般不超过六跨 对于桥梁分孔 往往要受以下要求的制约 若采用三跨不等的桥孔布置 一般 边跨长度可取为中跨的 0 5 0 8 倍 这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩 此 方案边跨比为 0 54 此外 边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的 联系 对于采用现场浇筑的桥梁 边跨长度取为中跨长度的 0 8 倍时是较为经 济合理的 但若采用悬臂法施工则不然 本设计的跨度组合 基本符合以上原 理要求 2 上部构造 8 本设计是一座公路连续箱型梁桥 采用的是单箱双室的横截面形式 桥面 全宽则采用整幅 2 1 0 15 0 m 的设计形式 桥面全宽 17 m 对于梁高的设计 本设计采用变高度的直线梁 支点处梁高 5 5 m 跨中梁 高为 2 3 m 箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位 本设计中采 用了双面配筋 且梁底由支点处以抛物线的形式向跨中变化 底板在支点厚 90 cm 在跨中厚 32 cm 顶板在支点厚 40 cm 在跨中厚 28 cm 支点处横隔板厚 250 cm 本设计中箱型梁腹板厚度在支座处为 100 cm 跨中处为 85 cm 在顶板与腹板接头处须设置梗腋 在本设计中根据箱室的外形设置了宽 30 cm 长 90 cm 的上部梗腋 而下部则采用了 1 1 的梗腋 取为 30 30 cm 的尺寸 3 施工方法 本桥采用悬臂浇注施工方法 方案三 下承式钢管混凝土拱桥方案三 下承式钢管混凝土拱桥 1 立面布置 主桥采用钢管混凝土拱桥 跨径为 290m 主拱肋分为两片 每片由四根上 下弦 mm 的钢管和 mm 的腹杆钢管组成四肢桁式断面 900 10 350 10 2 构造特点 钢管混凝土是在薄壁钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料 它一方面 借助内填混凝土增强了钢管壁的稳定性 同时利用钢管对核心混凝土有套箍作 用 使核心混凝土处于三向受压状态 从而使其具有较高的抗压强度和抗变形 能力 3 受力特点 钢管混凝土是主要的承载结构 它承受桥上的全部荷载 并将其传给墩台 基础 钢管混凝土的内力计算与施工过程有关 受吊装能力的限制 一般将拱 9 肋分数段加工 然后吊装形成钢管拱肋桁架 此时钢管拱肋桁架重力由其自身 承受 应按钢结构计算 以后随着混凝土的凝结和强度的提高 混凝土开始与 钢管一起参加受力 后期拱上建筑 桥面系恒载和活载均由钢管混凝土组合截 面承担 钢管混凝土构件的套箍作用使得钢管混凝土的承压能力比一般钢筋混凝土 提高 154 175 在内力计算时应考虑其影响 4 施工方法 本桥采用的施工方法为缆索吊装施工法 其施工时每个工作步骤的施工内 容如下 架设钢管 灌注钢管内混凝土 安装吊杆 架设横梁 安装桥面板 已有成熟的工艺技术经验 需要大量的吊装设备 占用一定的场地 同时 需要较多的人力 2 方案对比 第一种方案是跨径为 62 136 62m 的斜腿刚架 该桥型造型美观 而 且燕子峡为峡谷地形 地质为粉砂岩 地基较好 很适合于做斜腿刚架桥 该桥型为通航提供了足够的空间 第二种方案是三跨连续梁桥 跨径为75 140 75m 连续梁桥造价一般 施 工也比较简单 其次 桥孔数较少 跨径较大 为通航提供了足够的空间 由于桥墩数目较少 对河流的压缩较小 这样可有效的减少船只及其它漂流 物撞击桥墩的机会 但桥型稍欠新意 且施工工期不能得到保证 第三种方案为下承式钢管混凝土拱桥 是一种既美观又经济的常用桥型 这种桥型在桥型方案的竞争中有一定的优势 下承式钢管混凝土拱桥 能够很 好的与周围环境协调 造型也美观 但施工难度大 造价比较高 10 比较这三种方案 从安全角度来说 第 一 二种方案 由于跨径不大 比较安全 第 三种方案跨径较大 相比于连续梁桥 和斜腿刚架桥 来说其安 全性能差些 从经济角度来说 第 二种方案连续梁桥结构要耗费较多的钢筋混凝土 这样造价就比较高 第 一种方案斜腿刚架 桥经济效果较好 第三种方案钢 管混凝土拱桥混凝土和钢材的用量 都比较大 造价较高 从美观角度来说 桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物 而且也是 美化环境的点缀品 随着经济的快速发展 桥梁工工程的美观要求越来越高 一座外形美观的桥往往会成为地标性建筑 第二方案连续梁桥由于太常见 没有什么新意 第 一 三种方案都是比较新型的桥型 而且造型美观 采用起来能给人耳目一新的感觉 3 推荐方案 经过初步设计拟定最佳方案 1 桥位处于地质条件较好的峡谷 因而采用结构形式为斜腿刚构桥 造型 美观 2 桥梁跨径为 62m 136m 62m 桥主梁采用单箱双室截面 斜腿采用双室 空心矩形板截面 桥面板为两侧各 1 0m 的人行道 包括 0 4m 的护栏 和 15m 的行车道 共 17m 斜腿的倾角为 50o 斜腿上端与主梁固结 斜腿的钢筋伸入 主梁和承台的长度按锚固长度考虑 3 桥主梁采用全预应力混凝土结构形式 采用 50 号混凝土 4 斜腿也为全预应力混凝土结构 采用 40 号混凝土 5 桥面只需在桥的两端各设一道伸缩缝 其余桥面连续 桥面铺装采用 2 10cm 的 C40 防水混凝土基层和 8cm 的沥青混凝土面层 11 三三 技术指标及设计资料技术指标及设计资料 1 1 技术指标技术指标 1 1 技术指标 1 设计荷载 公路 级 人群荷载 3 5kN m2 2 桥面宽度 4 车道 净 15 0m 行车道 2X1 0m 人行道 3 桥跨跨径 62 136 62m 4 桥面横坡 1 纵坡 1 桥面中心为变坡点 5 设计水位 175 00 枯水位 139 50 路面标高 195 035 6 气温 最高月平均气温 380C 最低月平均气温 50C 7 地震烈度 基本烈度 度 按 度设防 8 通航标准 桥位处河道无通航要求 1 2 设计采用的规范 标准 1 公路工程技术标准 JTG B01 2003 人民交通出版社 2 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 人民交通出版社 3 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61 2005 人民交通出版社 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 人民 交通出版社 5 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 人民交通出版社 6 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 人民交通出版社 2 2 桥位地形 地质等资料桥位地形 地质等资料 2 1 桥位地形及地质条件 地质剖面图如下所示 12 图 1 2 1 该峡谷跨径大约 260m 左右 锥坡坡度不大 该峡谷的低水位标高是 139 50m 桥面标高是 195 035m 桥梁所处的地质环境均为粉砂岩 故由此可 见 该峡谷地质构造简单 地质条件很好 3 3 材料参数材料参数 3 1 普通钢材 普通钢筋采用 R235 和 HRB335 钢筋 钢筋应符合 钢筋混凝土用热轧光圆 钢筋 GB 13013 1991 和 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 GB 1499 1998 的 规定 凡需焊接的钢筋均应满足可焊性的要求 3 2 预应力钢筋 其特性值分顶板束及底板束两种 均采用内部 后张 每根预应力刚束由 19 根直径为 15 24mm 的刚铰线组成 其面积为 0 00266m2 导管的直径为 0 1m 钢筋松弛系数采用 JTG04 规范 数值为 0 3 采用超张拉 预应力钢筋 抗拉强度标准值 fpk 1860MPa 顶板束预应力钢筋与管道壁的摩擦系数为 0 2 底板为 0 3 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数为 0 0066 m 锚具变形 钢筋 回缩和接缝压缩值在开始和结束点皆为 0 006m 所有预应力均采用有粘结的方 式 3 3 钢板 应符合 碳素结构钢 GB 700 1988 规定的 Q235B 钢板 13 3 4 混凝土 C50 混凝土 用于主梁 C40 混凝土 用于防水混凝土基层 桥台 斜腿及斜腿底座 C30 混凝土 用于防撞护栏 桥面铺装采用 2 10cm 的 c40 防水混凝土基层和 8cm 的沥青混凝土面层 c40 防水混凝土基层中心厚 10 cm 以 1 的坡度向两侧减薄 以形成桥面横坡 3 5 材料容重 钢筋混凝土 26kN m3 沥青混凝土 23kN m3 铺装层混凝 土 26kN m3 以上各种材料特性参数值参见 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 规范 JTG D62 2004 所需参数如下 14 3 6 锚具 GVM15 3 GVM15 4 和 GVM15 5 3 7 计算方法 极限状态法 15 四四 结构体系及尺寸拟定结构体系及尺寸拟定 1 1 设计总说明设计总说明 1 1 桥位处于地质条件较好的峡谷 其桥台可直接立于岩石上 因而采用 结构形式为斜腿刚构桥 1 2 桥主梁采用全预应力混凝土结构形式 采用 50 号混凝土 1 3 斜腿也为全预应力混凝土结构 采用 40 号混凝土 1 4 桥面铺装采用 2 10cm 的 c40 防水混凝土基层和 8cm 的沥青混凝土面 层 c40 防水混凝土基层中心厚 10 cm 以 1 的坡度向两侧减薄 以形成桥面 横坡 梁桥环境温差按升温 23 度和降温 20 度考虑 并以此数据在两桥台背墙 处设置无缝式伸缩缝 2 2 桥梁结构体系桥梁结构体系 桥型采用斜腿刚构体系 桥梁跨径为 62 0m 126 0m 62 0m 桥主梁采用单 箱双室截面 斜腿采用双室空心矩形截面 桥面板为两侧各 1 0m 的人行道 包 括 0 4m 的栏杆 和 15m 的行车道 共 17m 斜腿的倾角为 50o 斜腿上端与主 梁固结 斜腿的钢筋伸入主梁和斜腿底座的长度按锚固长度考虑 桥型布置图如 2 2 1 2 2 2 所示 16 17 五五 midas 建模及施工方案建模及施工方案 1 1 模型分析模型分析 1 1 施工阶段划分 按照该桥梁实际施工工序 即搭支架浇注斜腿部分 搭支架浇注两边跨 现浇段 悬臂浇注中跨现浇段 铺装桥面及设备 完工 使用阶段 建立从施工阶段到成桥阶段的模型 1 2 桥梁有限元模型的建立 结构建模的过程是一个逻辑过程 首先要根据工程结构 施工方法 结果 的精度要求等方面考虑 进行结构离散 以获得经济 可靠的结构分析模型 对于杆系结构 节点编号和单元的划分应遵循以下原则 1 结构的定位点应设置节点 2 按施工过程 分阶段施工的结构自然分块点应该设置节点 3 对较长的自然块 应当适当细分 4 预应力索端点截面一般设置节点 5 关心内力 位移所在截面处应设置节点 6 有支承的部位应设置节点 本桥型斜腿刚构桥采用 MIDAS CIVIL 进行内力计算 全桥长 260m 边跨为 62 0m 中跨为 126 0m 在设计中 我把主梁沿 X 轴方向划分成 146 个单元 斜腿共分为 30 个单元 其中 1 146 号单元为桥面单元 147 161 号 162 176 号单元为斜腿单元 具体单元划分见计算见图 图 3 1 1 18 图 3 1 1 用 MIDAS CIVIL 建立的模型实体图如下 截面 主梁中跨和边跨均定义了 Z 轴按抛物线变化 Y 轴按线性变化的变截面 组 边界条件 斜腿上部的节点与主梁节点之间采用刚性连接 边跨支点处采用一般支承的 011101 模拟简支边界条件 斜腿下端采用一般支承的 111111 全约束边界条件 静力荷载 定义了结构自重 二期恒载 整体升温 整体降温 汽车公路 I 级 19 荷载 人群荷载 预应力荷载 其中二期恒载采用梁单元加载 移动荷载通过 定义移动荷载工况来实现 预应力荷载通过定义刚束预应力荷载来实现 移动荷载分析 定义了双向 4 个车道 2 个人行道 1 3 预应力钢束特性 预应力钢筋抗拉强度标准值为 1860MP 钢筋松弛系数为 0 3 预应力管道为 钢波纹管管道 顶板束与管道壁的摩擦系数 0 2 底板束与管道壁的摩擦系 数 0 3 管道偏差系数 0 0066 m 管道每米局部偏差对摩擦的影响系 数为 0 0066 m 钢筋回缩和锚具变形为每侧 6mm 两端张拉 张拉控制应力 0 751395 conpk fMPa 2 2 施工技术研究施工技术研究 本桥采用支架浇注法与悬臂浇注法相结合的施工法 两边的斜腿部分通过 搭支架现浇 然后采用悬浇法完成中跨和边跨的施工 最后在桥面合拢后 进 行桥面铺装 即加二期恒载 20 九 手算内容 一 一 20m 分段释放预应力先张法空心板的设计分段释放预应力先张法空心板的设计 空心板截面尺寸图 cm 预应力钢束平面布置图 cm 一 空心板的几何截面特性计算 截面的净界面面积 2 360641696599cmA 空心板的抗弯惯性矩 I 46 33 10869 1 12 4169 12 6599 cmI 空心板的抗扭惯性矩 T I 为闭口中心线所围成的面积 2 4452 1265 1599 cmA A 46 2 10763 3 15 1265 12 1599 445244 2 cm dt ds A IT 二 横向分布系数的计算 计算刚度参数 cmb100 ml60 19 21 0075 0 60 19 100 10763 3 10869 1 8 58 5 2 6 6 2 l b I I T 计算跨中横向分布影响线 31ii 由铰接板荷载横向分布影响线计算用表 附录 A 中 用直线内插法求得 的影响线竖标值 计算见如下表 表中数值为实际的小数点三0075 0 ii31 位数字 单位荷载作用位置 i 号板中心 板号 1 2 3 4 5 ki 0 00200200200200200 0 01237216194180173 1 0 0075228212196185180 1000 0 00200200200200200 0 01194202208202194 3 0 0075195202206202195 1000 将表中的值按一定的比例尺 绘于各号板的轴线下方 连接成光滑曲线后 就得到 1 号和 3 号板的荷载横向分布影响线 如坐标纸所示 计算荷载横向分布系数 将公路 级荷载和标志墩荷载沿横向布置 找出最不利荷载位置 如坐标纸 所示 从而可计算跨中荷载横向分布系数如下 对 1 号板 公路 级 210 0 195 0 224 0 2 1 cq m 标志墩 410 0 178 0 232 0 c m 对 3 号板 22 公路 级 203 0 203 0 203 0 2 1 cq m 标志墩 386 0 193 0 193 0 c m 横向分布系数汇总 由于计算跨中 1 4 1 8 都采用不变的值 没有计算剪力 所以支点 c m 不必计算 计算结果如下表 0 m 跨中 1 4 1 8 的 c m 荷载 1 号板 3 号板 公路 级0 2100 203 标志墩0 4100 386 三 预制张拉阶段 主梁自重 跨中 1 4 1 8 截面弯矩的计算 重力集度 取 Ag 3 26mkn 梁号 13 主梁9 37569 3756 重力引起的内力 g 取 9 81 2 xlx g M 重力内力计算表 M mkn 主梁 g kn m l m 2 1 M 4 1 M 8 1 M 19 375619 60450 22337 66196 97 39 375619 60450 22337 66196 97 四 运营阶段二期恒载 活载引起的跨中 1 4 1 8 截面弯矩 二期恒载铺装层的计算 a 集度 mkng 86 2 26111 0 b 铺装层引起的内力 重力内力计算表 M mkn 主梁 g kn m l m 2 1 M 4 1 M 8 1 M 1 2 86 19 60 137 34103 0060 09 3 2 86 19 60 137 34103 0060 09 二期恒载标志墩的计算 以 1 号板为例计算 可以直接在内力影响线上布置荷载来计算荷载内力 a 标志墩的跨中弯矩 23 标志墩 3 5kn m L 4 4 9 Mc 影响线 m 0 410 mknqmM cc 91 68 2 6 199 4 5 3410 0 2 1 b 标志墩的 1 4 截面弯矩 标志墩 3 5kn m Mc 影响线 m 0 410 3L 16 3 675 mknqmM cc 68 51 2 6 19675 3 5 3410 0 4 1 c 标志墩的 1 8 截面弯矩 24 标志墩 3 5kn m Mc 影响线 m 0 410 7L 16 2 144 mknqmM cc 15 30 2 6 19144 2 5 3410 0 8 1 活载内力的计算 以 1 号板为例 a 桥梁结构的基频 c c m EI l f 2 2 对 C50 混凝土有 24 1045 3 mmNE 46 10869 1 cmIIc ml60 19 81 9 3756 9 gGmc Hzf36 3 81 9 103756 9 10869 1 1045 3 6 192 3 210 2 20 0 0157 0 36 3 ln01767 0 0157 0 ln1767 0 f 所以冲击系数 20 1 20 0 1 1 b 内力计算 可以直接在内力影响线上布置荷载来计 计算公式 1 kkkcqq qyPmS 此桥为单车道 不折减 0 1 公路 级 公路 级 0 75 所以 mknqk 875 7 75 0 5 10 knpk 8 17875 0 5 6 19 550 180360 180 c 公路 级汽车荷载的跨中弯矩 25 公路 级 L 4 4 9 Mc 影响线 m 0 210 7 875kn m 178 8kn mknM Q 08 316 2 6 199 4 875 7 210 0 0 120 1 9 4 8 178210 0 0 120 1 2 1 d 公路 级汽车荷载的 1 4 截面弯矩 公路 级 Mc 影响线 m 0 210 3L 16 3 675 7 875kn m 178 8kn mknM Q 06 237 2 6 19675 3 875 7 210 0 0 120 1 675 3 8 178210 0 0 120 1 4 1 e 公路 级汽车荷载的 1 8 截面弯矩 26 公路 级 Mc 影响线 m 0 210 7L 16 2 144 7 875kn m 178 8kn mknM Q 30 138 2 6 19144 2 875 7 210 00 120 1144 2 8 178210 0 0 120 1 8 1 主梁内力汇总及组合 a 预制张拉阶段的内力及组合 弯矩 M mkn 梁号荷载类型 跨中 1 4 1 8 主梁自重450 22337 66196 97 1 1 2 恒540 26405 19236 36 主梁自重450 22337 66196 97 3 1 2 恒540 26405 19236 36 运营阶段内力汇总及组合 弯矩 M mkn 梁号 荷载类型 跨中 1 41 8 铺装层荷载137 34103 0060 09 标志墩荷载68 9151 6830 15 公路 级316 08237 06138 30 1 2 恒247 50185 62108 29 1 4 活442 51331 88193 62 1 1 2 恒 1 4 活690 01517 50301 91 铺装层荷载137 34103 0060 09 标志墩荷载64 8848 6628 39 公路 级305 54229 16133 69 1 2 恒242 66181 99106 18 1 4 活427 76320 82187 17 3 1 2 恒 1 4 活670 42502 82293 34 27 经过比较 按 1 号梁设计 五 按张拉阶段上沿混凝土应力为 0 设计预应力钢筋 抗弯系数 34 46 1075 5 65 10869 1 22 2 cm cm cm h I h I W 上 净截面面积 2 3606cmAAc 偏心距 mmh h 26560 2 650 2 a 1 2 截面配筋 0 2 1 上上 恒 W A A A W M ky c ky 0 101075 5 26518607 0 103606 18607 0 101075 5 1026 540 34234 6 yy AA 得到 2 2 1 6 3932 mmA y b 1 4 截面面积 0 4 1 上上 恒 W A A A W M ky c ky 0 101075 5 26518607 0 103606 18607 0 101075 5 1019 405 34234 6 yy AA 得到 2 4 1 4 2949 mmA y c 1 8 截面面积 0 8 1 上上 恒 W A A A W M ky c ky 0 101075 5 26518607 0 103606 18607 0 101075 5 1036 236 34234 6 yy AA 得到 2 8 1 5 1720 mmA y 一束钢绞线的面积 22 2 375 137 4 5 7mmmmA 所以有钢筋数目 1 2 截面处 6 28 375 137 6 3932 2 1 2 1 A A n y 1 4 截面处 5 21 375 137 4 2949 4 1 4 1 A A n y 28 1 8 截面处 5 12 375 137 5 1720 8 1 8 1 A A n y 最后配筋得到 1 2 截面有 29 根 1 4 截面处有 21 根 1 8 界面处有 12 根 预应力钢绞线 分布钢筋采用直径为 10 的钢筋 箍筋采用直径为 8 的钢筋 具 体钢筋布置见图纸 六 检算运营阶段上 下沿混凝土的应力 上沿混凝土应力 1 2 截面处 2 2 1 875 3983375 13729mmA y 上 活 上 二 恒 上上 恒 W M W A A A W M k y c k y 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 W M 34 6 34234 6 101075 5 1001 690 101075 5 875 398326518607 0 103606 8753983 18607 0 101075 5 1026 540 9 396 14 384 23 905 12 000 11 875MPa 1 4 截面处 2 4 1 875 2884375 13712mmA y 上 活 上 二 恒 上上 恒 W M W A A A W M k y c k y 4 1 4 1 4 1 4 1 4 1 W M 34 6 34234 6 101075 5 1050 517 101075 5 875 288426518607 0 103606 875 288418607 0 101075 5 1019 405 7 047 10 416 17 311 9 000 9 152MPa 1 8 截面处 2 8 1 5 1648375 13712mmA y 上 活 上 二 恒 上上 恒 W M W A A A W M k y c k y 8 1 8 1 8 1 8 1 8 1 W M 34 6 34234 6 101075 5 1091 301 101075 5 5 164826518607 0 103606 5 164818607 0 101075 5 1036 236 4 111 5 952 9 892 5 251 5 422MPa 下沿混凝土应力 1 2 截面处 2 2 1 875 3983375 13729mmA y 29 下 活 下 二 恒 下下 恒 W M W A A A W M k y c k y 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 W M 34 6 34234 6 101075 5 1001 690 101075 5 875 398326518607 0 103606 8753983 18607 0 101075 5 1026 540 9 396 14 384 23 905 12 000 16 893MPa 1 4 截面处 2 4 1 875 2884375 13712mmA y 下 活 下 二 恒 下下 恒 W M W A A A W M k y c k y 4 1 4 1 4 1 4 1 4 1 W M 34 6 34234 6 101075 5 1050 517 101075 5 875 288426518607 0 103606 875 288418607 0 101075 5 1019 405 7 047 10 416 17 311 9 000 11 680MPa 1 8 截面处 2 8 1 5 1648375 13712mmA y 下 活 下 二 恒 下下 恒 W M W A A A W M k y c k y 8 1 8 1 8 1 8 1 8 1 W M 34 6 34234 6 101075 5 1091 301 101075 5 5 164826518607 0 103606 5 164818607 0 101075 5 1036 236 4 111 5 952 9 892 5 251 6 482MPa 由计算结果可知 上下沿混凝土均处于受压状态 数值均在允许的范围内 设 计比较合理 二 偏心桥墩的设计计算二 偏心桥墩的设计计算 该桥墩左边跨长 16m 的空心板 板高 65cm 右边是跨长为 25m 的预应力 T 梁 粱高 为 160cm 空心板每根宽 1m 重 7 吨 T 梁每根宽 2m 每根 28 吨 桥面布置为 9 2 1 5m 30 一 恒载的计算 1 两跨主梁的自重几引起的弯矩 桥面布置为 9 2 1 5 12m 左边为跨长 16m 的空心板 共 12 块 右边为跨长 25m 预应力 T 梁 共 6 根 令两跨主梁自重分别为引起的弯矩为 大小 GG 大小 MM kngmG04 82481 9 10712 3 小小 kngmG08 164881 9 10286 3 大大 两跨端支座中心到桥墩中轴线的偏心距 21 ee mcme575 0 5 57448 2 210215 6558 1 mcme525 0 5 52 2 210215 6558 58 2 支座反力 KN G R02 412 2 小 小 KN G R04 824 2 大 大 两跨主梁偏心引起的弯矩 mKNeRM 9 236575 0 02 412 1小小 mKNeRM 6 432525 0 04 824 2大大 2 两跨主梁二期恒载重 5KN m 及引起的弯矩 主梁的二期恒载 KNG80160 5 二 小 KNG125250 5 二 大 支反力 KN G R40 2 二 小 二 小 KN G R 5 62 2 二 大 二 大 二期恒载引起的弯矩 mKNeRM 23575 0 04 1二 小二 小 mKNeRM 8 32525 0 5 62 2二 大二 大 3 两块墩帽重及引起的弯矩 两块墩帽的高度 mcmh35 1 135 1065 4010160 1 40cm 0 4m 2 h 两块墩帽的宽度 mcmb08 11085 54 2 210215 1 mcmb27 1 1275 54 2 210215 2 两块墩帽的重量 knbhG896 4542608 1 35 1 1212 111 knbhG496 1582627 1 4 01212 222 两块墩冒形心至桥墩中心线的偏心距 mcme635 0 5 635 54 2 4860 左 31 mcme54 0 545 54 5 63 右 两块墩帽引起的弯矩 mKNeGM 859 288635 0 896 454 11左 mKNeGM 58985 540 0 496158 22 右 二 活载计算 1 计算不同跨径的值 k P 小跨径梁 KNPk 8 16675 0 5 6 15 550 180360 180 小 大跨径梁 KNPk 8 19375 0 5 6 24 550 180360 180 大 2 两跨满布荷载且向大跨方向制动引起的轴力及弯矩 A 轴力 KNPllqN kkA 675 516 8 193 2516 75 0 5 10 大小大 相应弯矩 2 21 2 2 ePelqelqM kkkA 大大小 KN 2 117525 0 8 193525 0 2 2575 0 5 10 575 0 2 1675 0 5 10 3 仅大跨有荷载且沿大跨方向制动引起的轴力及弯矩 B 轴力 KNPlqN kkB 675 390 8 1932575 0 5 10 大大 相应弯矩 2 2 2ePelqM kkB 大大 KN425 153525 0 8 193525 0 2 25 5 10 4 冲击系数的计算 按小跨 结构的基频 c c m EI l f 2 2 对 C40 混凝土有 24 1052 3mmNE 46 10869 1 cmIIc ml60 5 1 81 9 3756 9 gGmc Hzf30 5 81 9 103756 9 10869 1 1025 3 6 152 3 210 2 28 0 0157 0 30 5 ln01767 0 0157 0 ln1767 0 f 所以冲击系数 28 1 28 0 1 1 5 制动力的计算 一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在 加载长度上计算的总重量的 10 计算 但公路 级汽车荷载的制动力不得小 于 90KN KNPPl