连续刚构桥工程设计方案.doc

连续刚构桥工程设计方案第一章 概述1.1 地质条件图1-1 桥址纵断面图1.2 主要技术指标桥面净宽：212m0.5m （分离式）设计荷载：公路级行车速度：80km/h桥面横坡：2%通航要求：无温度：最高年平均温度34，最低年平均温度-10。1.3 设计规范及标准1、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）。2、公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）。3、公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）。4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）。5、公路桥涵圬工设计规范（JTG D61-2005）第二章 方案比选2.1 概述桥式方案比选是初步设计阶段的工作重点，一般要进行多个方案比较。各方案均要求提供桥式布置图，图上必须标明桥跨位置，高程布置，上、下部结构形式及工程数量。对推荐方案，还要提供上、下部结构的结构布置图，以及一些主要的及特殊部位的细节处理图。设计方案的评价和比较，要全面考虑各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案。有时，占优势的方案还应吸取其他方案的优点进一步加以改善。 2.2 比选原则设计从安全性、技术适用性、施工难度、设计施工周期、经济性、实用性和观赏性等几方面对各比选方案进行评比，其中安全性为主要因素。2.3 比选方案根据设计任务要求,依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位地质地形条件，拟定了三个比选方案：方案一：预应力混凝土连续刚构桥方案二：上承式钢管混凝土拱桥方案三：独塔斜拉桥2.3.1预应力混凝土连续刚构桥1.结构受力特点在高墩大跨径桥梁中，与其它结构体系比较，预应力混凝土连续刚构桥常成为最佳的桥型方案。预应力砼充分发挥了高强材料的特性，具有强度高、刚度大、变形小以及抗裂性能好的优点。结构伸缩缝数量少，高速行车平顺舒适，维修工作量小，维护简单。可最大限度的应用平衡悬臂施工法，施工技术成熟，易保证工程质量。采用水平抗推刚度较小的双薄壁墩，可以减小水平位移在墩中产生的弯矩，且薄壁墩底承受的弯矩、梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。连续钢构除了保持连续梁的优点外，墩梁固结节省了大型支座的昂贵费用，减少了墩和基础的工程量，并改善了结构在水平荷载（例如地震荷载）作用下的受力性能，适用于中等以上跨径的高墩桥梁。2.桥跨布置该桥为全预应力混凝土连续刚构桥，跨径分布为95m+4170m+95m，桥梁总长870m,边主跨比0.56。桥梁设置单向纵坡，坡度为1。3.横断面布置主梁采用单箱单室箱形截面，梁高按1.8次抛物线变化，设计为双幅桥，单幅桥位单向双车道，桥面宽12m，横向布置为0.5m+10.75m+0.75m，桥面横坡2%。4.基础基础采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径1.5m，桩中心距4.0m采用C40混凝土，为摩擦桩。承台为矩形承台，厚4m，两承台尺寸均为23m14.5m，采用C40混凝土。5.施工要点桥梁上部采用挂篮悬臂浇注施工，施工时要对称浇注，应注意立模高程的合理设置，准确控制悬浇高程，确保每个工况的设计线形，主梁边中跨合龙高差应控制在1cm以内。施工后的主梁备用预应力束孔处理如下：顶板束预留孔灌浆封填，底板束预留孔留下备用，但不穿预应力束。箱梁悬浇施工时在底板上的施工孔不封堵，作为箱梁的通气孔。桥墩采用爬模法施工，两端桥台采用整体现浇。6.总体布置图图2-1 连续刚构桥总体布置图2.3.2 上承式钢管混凝土拱桥1.结构受力特点拱桥是以受压为主的结构体系，对地基的要求比较高。拱上立柱与主梁的弹性连接使结构成为超静定结构，并将主梁上的作用传递到主拱圈上，同时其减跨作用使主梁的高度降低，降低了结构自重。钢管对混凝土形成了三向受压特性，使混凝土的抗压强度大大提高，作为受压为主的结构，大大的提高了材料的利用率。2.桥跨布置该桥为上承式钢管混凝土双连拱，腹孔为连续梁式腹孔；两个拱的矢跨比均采用1/5,计算跨径320m，净矢高64m；拱轴系数取2.24；拱上立柱间距为10m；拱圈为变高度截面，变高度截面截面高度变化按Ritter规律变化，n取0.8，拱顶高5.72m，拱脚高11.5m。3.横断面布置连续梁式腹孔支撑着T形主梁，设计为双幅桥，单幅桥位单向双车道，桥面宽12m。横向布置为0.5m+10.75m+0.75m。4.基础 基础采用钻孔灌注桩群桩基础。桩径1.5m，桩中心距4.0m采用C40混凝土，为摩擦桩。拱座为大型混凝土实心拱座，采用C40混凝土。5.施工要点通过缆索吊装施工进行主拱圈的施工，安装过程应严格控制主拱圈的线形。待主拱圈合龙后，进行钢管内混凝土灌注。通过缆索吊装进行主梁拼装。6.总体布置图图2-2 上承式钢管混凝土拱桥总体布置图2.3.3独塔双跨斜拉桥1.斜拉桥的受力特点斜拉桥属组合体系桥梁，它的上部结构由主梁、拉索和索塔组成。斜拉桥是一种桥面体系以主梁受轴力（密索体系）或受弯（稀索体系）为主、支承体系以拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。斜拉桥是一种高次超静定的组合结构，拉索与主梁是弹性连接，使主梁的跨径显著减小，从而大大减小了梁内弯矩、梁体尺寸和梁体重力，使桥梁的跨越能力显著增大，是大跨度桥梁所采用的主要形式之一。与悬索桥相比，斜拉桥不需要笨重的锚固装置，抗风性能又优于悬索桥，由调整拉索的预拉力可以调整主梁的内力，使主梁的内力分布更均匀合理。2.桥跨布置该桥为独塔不等跨斜拉桥, 跨径分布为310m+220m，半漂浮体系。主塔高226m ；索距取左跨12m，右跨8m；拉索为扇形布置的双索面形式。3.横断面布置主梁采用钢箱梁截面形式，梁高为3m。设计为双幅桥，单幅桥位单向双车道，桥面宽12m。横向布置为0.5m+10.75m+0.75m。4.基础 基础采用钻孔灌注桩群桩基础。桩径1.5m，桩中心距4.0m采用C40混凝土，为摩擦桩。5.施工要点采用悬臂拼装法施工，施工过程中应控制桥梁的线形。主塔采用爬模法施工，施工过程应通过测量监控主塔的垂直度，确保在容许的范围内，浇筑量测时应该选择一天温度较低的时候，以免日照温差对主塔产生影响。挂主索时应准确计算拉索的初始索力，以免施工过程中使结构产生不利的受力或主梁的线形异常。6.总体布置图图2-3 独塔斜拉桥布置图2.4 方案比较方案比选从该桥桥址的实际地理位置地形环境，结合实用耐久、安全可靠、经济合理、美观和有利于环保的设计原则综合考虑。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。a.实用性桥上应保证车辆安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。只有满足了这一基本条件后，才能谈得上对桥梁结构的其他要求，既做到总造价经济，又保证工程质量和使用安全可靠。b.舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，故应控制桥梁的振幅，避免车辆受到过大振动与冲击。整个桥跨结构及各部件，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。c.经济性设计的经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。d.美观一座桥梁，尤其是作为一个城市或地区的标志性建筑的大跨径桥梁更应具有优美的外形，同时应与周围的景致相协调一致。合理优美的结构布局和轮廓是美观的主要因素，而非豪华的装饰。e.有利于环保桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。方案比选时应根据上述原则，对拟定的桥梁比选方案作出综合评估，选出最优的桥梁方案。以下为各比选方案的性能对比表：表 2.1 比选方案对照表比选方案比较项目预应力砼连续刚构桥上承式钢管砼拱桥独塔斜拉桥跨径布置桥面高程1131.78m1131.78m1131.78m受力特点主要受弯拉和预应力产生的截面主压应力主拱圈以受压为主，主梁受弯拉主梁受压为主，主塔受压，斜拉锁受拉技术及施工适用性设计可靠成熟，技术先进、难度不大。施工机械化程度高，方法简便，无需大型设备，但施工线性与合拢技术要求较高。桥梁跨越能力大，抗风稳定性好，技术先进、无需大型设备，只需少量钢材，节省造价。由于拉索多点支撑作用，梁高小，可采用悬臂施工，不影响通航，不用作大量基础工程，梁可以预制，可加快施工进度安全性一般做成薄壁墩，墩的刚度小，难以承受船舶撞击，但此处不通航，对桥墩有利，因墩梁固结墩处可承受较大弯矩，梁身可做薄，基础沉降对结构影响大。承受的水平推力对基础要求较高，由变形引起的次内力对全桥受力非常不利。拱桥施工阶段是全桥刚度最弱的时候，施工时有一定风险。结构受地震和风雨荷载的影响大，且由于告辞超静定结构，对基础要求高经济性无需支座，节省大型支座费用，其他与连续梁基本相同，养护费用小。施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无需大型设备，所用材料普通，用钢量小，节省材料。需大量拉索钢丝，预应力束，高空作业多，成桥后养护费用多，基础施工复杂，还需减震装置实用性行车平顺，通畅，可满足交通运输要求，桥下净空大，可满足通航要求，属有推力体系，对地基要求高。 行车性能好，视野开阔，结构刚度较大，抗风性能好，用钢量小，可以就地取材。跨度大，行车性能好，拉索是柔性体系，风力作用下会震动，会影响桥上行车，横向刚度小，变形大美观性结构简洁，比例匀称，高墩细梁，如蜻蜓点水落在河上。但现代感不强。主拱曲线本身孕育着强烈的美感，柔美的拱轴线与直线型的梁柱结合，具有刚强坚毅的态势。线感强，可通过索塔与拉索布置形式获得满意的造型，塔较高，使桥往纵向与横向延伸，比例协调，均匀设计、施工周期设计施工难度低、周期短，大约9个月设计施工较复杂，周期较长，工期约12个月。 设计施工复杂，周期较其他桥型长通过对各设计方案在技术及施工适用性，安全性，经济性，实用性，美观性，设计、施工周期等几方面的综合对比分析，结合老庄河大桥总体布置的需要，预应力混凝土连续刚构桥优势明显，被确定为最终设计方案。第三章 预应力混凝土的连续梁桥总体布置3.1 桥型布置本设计采用六跨预应力混凝土变截面连续刚构结构，桥梁总长870m，桥梁起始里程桩号为K 196+310.58m，终止里程桩号为K 197+189.42m，桥面标高为1151.78m。3.2 桥孔布置连续梁跨径的布置可采用等跨和不等跨两种。采用等跨布置结构简单，模式统一，适于采用顶推法、移动模架法或简支转连续法施工的桥梁，但等跨布置将使边跨内力控制全桥设计，不经济。所以，连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式，边跨与中跨跨径之比一般为0.50.8 ,这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩。本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为的形式，边跨与中跨之比为0.56。图3-1 连续刚构总体布置图3.3 桥梁上部结构尺寸拟定1.顺桥向梁的尺寸拟定a.墩顶处梁高：根据规范，梁高为1/161/20L，取1/18.9L即9m。b.跨中梁高：根据规范，梁高取3.2m。c.梁底曲线：根据规范，选用1.8次曲线。2. 横桥向的尺寸拟定单幅桥宽为12m，设计为双向分离式桥梁，桥面布置为0.5m+10.25m+0.75m。主梁采用单箱单室，细部尺寸拟定如下图：图3-2 墩顶截面（单位:cm）图3-3 跨中截面（单位:cm）（1）底板厚度：本桥截面纵向为变截面，支点处底板厚取120cm，跨中厚为35cm，梁底按1.8次抛物线变化。（2）顶板厚度：考虑桥面板横向弯矩的受力要求和布置纵向预应力筋的构造要求，取顶板厚30cm ,全桥顶板厚相同。（3）悬臂尺寸：顶板两侧悬臂板长度一般取25m，且悬臂端厚度不小于10cm。本桥悬臂板取2.75m，悬臂端部厚度18cm，悬臂根部厚度60cm。（4）腹板厚度：腹板在支点处为满足剪力增加的需求需加厚，取65cm；腹板在跨中处承受剪力较小，厚度可适当减薄，取40cm。（5）横隔板：一般设置于支承处以承担和分布很大的支承反力。本桥共设22道横隔板，两桥台支点各1道和五墩顶支点各4道。墩支点处四个横隔板对称设置，厚度依次为125cm,50cm,50cm,125cm，端支点处横隔板厚150cm，横隔板与箱梁连接处均设有承托。（6）桥面铺装：根据规范要求，选用8cm厚C40号防水混凝土，上加9cm厚沥青混凝土磨耗层。共计17cm厚。 3.桥面铺装和线型的选定桥面铺装：根据桥梁工程选用8cm防水混凝土铺装层和9cm厚的沥青混凝土磨耗层，共计17cm厚。桥面横坡：根据规范规定为1.5%3.0%,取2%,该坡度由箱梁形状控制。3.4 桥梁下部结构尺寸拟定主墩采用薄壁空心墩，桥墩宽度为12m，顺桥向壁厚为0.5m,横桥向壁厚为0.5m，横桥向宽度取与梁底同宽6.5m，墩高分别为58.25m、94.33m、57.38m、105.1m、46.54m。根据给出的地质条件，认为地质条件一般，基础采用钻孔灌注桩基础。承台纵宽为14.5m、横桥向宽为，厚4.0m。24根桩的桩径1.5m，净间距2.5m。3.5 本桥使用材料1.混凝土箱梁采用C50号，墩身和基础采用C40号砼。表3.1混凝土材料特性强度等级弹性模量(MPa)容重线膨胀系数C503450025.000.00001032.402.6522.401.83C403250025.000.00001026.802.4018.401.652.钢材表3.2预应力钢绞线材料特性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)底板束919500013950.3000.006600.30.00600腹板束1219500013950.3000.006600.30.00600顶板束2719500013950.3000.006600.30.00600非预应力钢筋：直径12mm的用级螺纹钢筋，直径12mm的用级光圆钢筋。带肋钢筋应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB1499.22007的规定、光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB1499.12007的规定。3、锚具顶板束采用OVM27-27型锚具、腹板束采用OVM12-12型锚具、底板束采用OVM9-9型锚具，单个锚具的回缩为6mm。竖向预应力筋采用精扎螺纹钢筋，采用扁锚。横向预应力筋采用钢绞线，采用扁锚。所有钢绞线均符合ASTM416-87A的技术标准。4. 预应力管道采用钢波纹圆、扁管成型；5.伸缩缝伸缩缝采用HXC-80A定型产品，全桥共2道。6.桥梁支座单向活动和双向活动盆式支座。3.6 毛界面几何特性计算在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式为全截面面积：全截面重心至梁顶的距离：式中 分块面积； 分块面积的重心至梁顶边的距离。主梁跨中（II）截面的全截面几何特性如表13-5所示。根据图13-20可知变化点处的截面几何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同，为式中 分块面积对其自身重心轴的惯性矩； 对x-x（重心）轴的惯性矩。现将几个关键截面的毛截面几何特性列表3.1. 表3.3 毛界面几何特性截面名称面积lyylzzCzpCzmQybQzb周长（内）周长（外）墩顶断面28.8725284.1934173.37625.08583.914219.272219.886822.033341.22381/8L断面15.9205102.1566126.45423.19613.409215.765620.260620.722736.38781/4L断面12.248744.78102.38822.21592.709710.16219.8618.11632.98463/8L断面9.76820.776785.96951.55382.20976.929219.535216.401630.6138跨中断面8.35612.782176.20451.23771.96235.974818.819415.790229.4249第四章 内力计算及荷载组合4.1 模型简介上部结构采用MIDAS桥梁软件进行成桥和各施工阶段状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、支座强迫位移、温度变化等作用的计算。横向按框架和简支板考虑固端影响的模式进行计算，按其最不利内力控制截面设计。主桥合扰在夜间温度较低时进行，合扰顺序为先边跨再次边跨最后中跨合拢。下部结构按最不利荷载组合进行设计，支座沉降1、3、5号墩按1cm考虑，2、4墩按1.5cm考虑。4.2 全桥结构单元的划分4.2.1 划分单元原则全桥按平面杆系结构进行分析，考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，按照杆系程序分析原理，遵循结构离散化的原则，在适当位置划分节点：1. 杆件的起点和终点及边界支承处；2. 杆件的转折点和截面的变化点；3. 施工分界线处和预应力锚固点；4. 单元长度过大时，应适当细分；5. 需验算的截面处；6. 位移不连续，需进行主从约束时。图4-1 结构离散模拟图4.2.2 桥梁具体单元划分桥梁总长870米，共分为386个单元，每一个施工节段自成一个单元，另外，在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元，这样便于模拟施工过程，而且这些截面正是需要验算的截面。4.3 全桥施工节段划分4.3.1 桥梁划分施工分段原则1.有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以及留茬而不影响质量处。2.分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅，使施工均衡。3.施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。4.分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。4.3.2 施工分段划分全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元使用整体支架现浇法。2735单元、8290单元、137145单元、192200单元和247255单元为0号块，以后每向外悬出一块即为一个施工阶段，分别为122号块，两端的1、2和280、281单元为边跨整体现浇段，单元3、4和278、289为边跨合拢节段，单元58、59和223、224为次边跨合拢节段，单元113、114和168、169为中跨合拢节段。共29个施工阶段，施工阶段步骤列表如下：表4.1 悬臂节段浇筑施工法施工流程 施工阶段主要工作 持续时间（天）图 例1施工桥墩3302施工零号块30323施工1号块21号块21X1224施工22号块及现浇段1225边跨张拉及次边跨配重3026次边跨张拉及中跨配重3027中跨张拉228二期恒载1000029收缩节段100004.4恒载、活载内力计算4.4.1恒载内力计算恒载内力主要为一期恒载的内力和二期恒载的内力叠加，其弯矩、剪力及轴力如图所示：图4-2 成桥阶段弯矩图图4-3 成桥阶段剪力图图4-4 成桥阶段轴力图4.4.2 悬臂浇筑阶段内力浇筑0号块，拼装挂蓝，悬臂浇注各箱梁梁段并张拉相应顶板纵向预应力束，悬臂浇注结束时全桥的恒载内力:图4-5 最大悬臂阶段弯矩图图4-6 最大悬臂阶段剪力图图4-7 最大悬臂阶段轴力图4.4.3 边跨合龙阶段内力安装排架并按施工要求进行预压，现浇边跨等高粱段，达到强度要求后，浇注边跨合龙段，张拉边跨底板纵向预应力束。此时全桥恒载内力：图4-8 边跨合拢阶段弯矩图图4-9 边跨合拢阶段剪力图图4-10 边跨合拢阶段轴力图4.4.4 次边跨合龙阶段内力拼装次边跨合龙吊架，焊接合龙段骨架，绑扎合龙段钢筋，浇注次边跨合龙段，张拉次边跨底板纵向预应力束。此时全桥恒载内力：图4-11 次边跨合拢阶段弯矩图图4-12 次边跨合拢阶段剪力图图4-13 次边跨合拢阶段轴力图4.4.5 中跨合龙阶段内力拼装中跨合龙吊架，焊接合龙段骨架，绑扎合龙段钢筋，浇注中跨合龙段，张拉中跨底板纵向预应力束。中跨合龙完成后的全桥恒载内力：图4-14 中跨合拢阶段弯矩图图4-15 中跨合拢阶段剪力图图4-16 中跨合拢阶段轴力图4.4.6 活载内力计算1. 影响线的计算 将单位荷载P=1作用在各桥面的节点上，求得结构的变形及内力，可得位移影响线和内力影响线。2. 活载因子的计算1）冲击系数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： 式中：l结构的计算跨径（m）；E结构材料的弹性模量（N/m2）；Ic结构跨中截面的截面惯矩（m4）；mc结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力计算时，其单位应为（Ns2/m2）；G结构跨中处延米结构重力（N/m）；g重力加速度，g=9.81(m/s2)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；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用。值可按下式计算：当1.5Hz时，=0.05 当1.5Hz14Hz时，=0.1767ln0.0157 当14Hz时，=0.45 根据规范，计算的结构基频f=0.00Hz，冲击系数 = 0.050。2）车道折减系数桥梁横向布置车道数大于2时，应考虑计算荷载效应的横向折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。本桥单幅桥面净宽12m，车辆单向行驶，根据规范，应设置3车道/幅，横向折减系数为0.78.当桥梁计算跨径大于等于150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。当为多跨连续结构时，整个结构均应按最大的计算跨径考虑荷载效应的纵向折减。本桥最大计算跨径为170m，根据规范，纵向折减系数取0.97.3. 车道荷载汽车荷载是由车道荷载和车辆荷载组成的。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。公路I级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5KN/m,集中荷载标准值为Pk=360KN。计算剪力效应时，Pk应乘以1.2系数。车道荷载的均布荷载应满布于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最大影响线峰值处。 图4-17 车道荷载弯矩包络图图4-18 车道荷载剪力包络图图4-19 车道荷载轴力包络图4.5 其他因素引起的内力计算4.5.1 温度引起的内力计算计算桥梁结构因均匀温度作用引起外加变形或约束变形时，应从受到约束时的结构温度开始，考虑最高和最低有效温度的作用效应。图4-20 整体升温效应弯矩图图4-21 整体升温效应剪力图图4-22 整体升温效应轴力图图4-23 整体降温效应弯矩图图4-24 整体降温效应剪力图图4-25 整体降温效应轴力图4.5.2 支座沉降引起的内力计算图4-26 支座沉降效应弯矩包络图图4-27 支座沉降效应剪力包络图图4-28 支座沉降效应轴力包络图4.5.3 收缩、徐变引起的内力计算图4-29 收缩效应弯矩图图4-30 收缩效应剪力图图4-31 收缩效应轴力图图4-32 徐变效应弯矩图图4-33 徐变效应剪力图图4-34 徐变效应轴力图4.6 内力组合根据我国现行公路桥涵设计规范，应进行正常使用极限状态的内力组合和承载能力极限状态的内力组合。4.6.1 正常使用极限状态的内力组合组合I 作用短期效应组合: 组合II 作用长期效应组合: 式中 : Ssd作用短期效应组合设计值；SGik第i个永久作用效应的标准值；1j第j个可变作用效应的频率值系数，汽车荷载（不计冲击力）1=0.7，人群荷载1=1.0，风荷载1=0.75，温度梯度作用1=0.8，其他作用1=1.0；1jSQjk第j个可变作用效应的频率值。SQik汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值；Sld作用长期效应组合设计值；2j第j个可变作用效应的频率值系数，汽车荷载（不计冲击力）2=0.4，人群荷载2=1.0，风荷载2=0.75，温度梯度作用2=0.8，其他作用2=1.0；2jSQjk第j个可变作用效应的频率值。4.6.2 承载能力极限状态的内力组合组合 基本组合: 或 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；0结构重要性系数，按公路桥涵设计通用规范JTGD602004表1.0.9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9；Gi第i个永久作用效应的分项系数，应按公路桥涵设计通用规范JTGD602004表4.1.6的规定采用；SGik第i个永久作用效应的标准值；SGid第i个永久作用效应的设计值；Q1汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取Q1 =1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载，其分项系数也与汽车荷载取同值；SQik汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值；SQid汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的设计值；Qj在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取Qj=1.4，但风荷载的分项系数取Qj=1.1； SQjk在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值；SQjd在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的设计值；C在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取c=0.80；当除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外尚有两种其他可变作用参与组合时，其组合系数取c=0.70；尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取c=0.60；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取c=0.50。4.6.3主要荷载组合根据结构各部分对强度、刚度、稳定性的验算需要,设计中考虑的主要荷载组合见表4.1。表 4.2 荷载组合表荷载组合类 型说 明1承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)2承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载3承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4升温+1.4升温温度梯度4承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4升温+1.4降温温度梯度5承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4降温+1.4升温温度梯度6承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4降温+1.4降温温度梯度7承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12升温+1.12升温温度梯度8承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12升温+1.12降温温度梯度9承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12降温+1.12升温温度梯度10承载能力1.2(恒荷载)+1.2(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12降温+1.12降温温度梯度11承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)12承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载13承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4升温+1.4升温温度梯度14承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4升温+1.4降温温度梯度15承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4降温+1.4升温温度梯度16承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4降温+1.4降温温度梯度17承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12升温+1.12升温温度梯度18承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12升温+1.12降温温度梯度19承载能力1.0(恒荷载)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.4移动荷载+1.12降温+1.12升温温度梯度20使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)21使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.7移动荷载22使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0升温+0.8升温温度梯度23使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0升温+0.8降温温度梯度24使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0降温+0.8升温温度梯度25使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0降温+0.8降温温度梯度26使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.7移动荷载+1.0升温+0.8升温温度梯度27使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.7移动荷载+1.0升温+0.8降温温度梯度28使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.7移动荷载+1.0降温+0.8升温温度梯度29使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.7移动荷载+1.0降温+0.8降温温度梯度30使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.4移动荷载31使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.4移动荷载+1.0升温+0.8升温温度梯度32使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.4移动荷载+1.0升温+0.8降温温度梯度33使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.4移动荷载+1.0降温+0.8升温温度梯度34使用性能1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+0.4移动荷载+1.0降温+0.8降温温度梯度35弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0移动荷载36弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0升温+1.0升温温度梯度37弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0升温+1.0降温温度梯度38弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0降温+1.0升温温度梯度39弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0降温+1.0降温温度梯度40弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0移动荷载+1.0升温+1.0升温温度梯度41弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0移动荷载+1.0升温+1.0降温温度梯度42弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0移动荷载+1.0降温+1.0升温温度梯度43弹性阶段1.0(恒荷载)+1.0(钢束一次)+1.0(钢束二次)+1.0(徐变二次)+1.0(收缩二次)+1.0移动荷载+1.0降温+1.0降温温度梯度44包络承载能力包络45包络使用性能包络46包络弹性阶段包络第五章 预应力钢束的估算与布置5.1钢束面积估算 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）规定，预应力梁应满足弹性阶段（即使用阶段）的应力要求和塑性阶段（即承载能力极限状态）的正截面强度要求。5.1.1.按承载能力极限计算时满足正截面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。截面的安全性是通过截面抗弯安全系数来保证的。对于仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁，所需预应力筋数量按下式计算：如图：h0xNdfcd图5-1， （5-1） ， （5-2）解上两式得：受压区高度 （5-3）预应力筋数 （5-4a）或 （5-4b）式中： 截面上组合力矩。混凝土抗压设计强度；预应力筋抗拉设计强度；单根预应力筋束截面积； b截面宽度5.1.2.按正常使用极限状态下的应力要求（主要依据）e上Np下Np上e下Y上Y下MminnMmax+-Np下Np上Mmax合成+-Mmin合成图 5-2规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）规定，截面上的预压应力应大于荷载引起的拉应力，预压应力与荷载引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力（为），或为在任意阶段，全截面承压，截面上不出现拉应力，同时截面上最大压应力小于允许压应力。写成计算式为：对于截面上缘 （5-5） （5-6） 对于截面下缘 （5-7） （5-8）式中：由预应力产生的应力，W截面抗弯模量，混凝土轴心抗压标准强度。Mmax、Mmin项的符号当为正弯矩时取正值，当为负弯矩时取负值，且按代数值取大小。 一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为简便计算，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件(求得预应力筋束数的最小值)。公式（5-5）变为 （5-9）公式（5-7）变为 （5-10）由预应力钢束产生的截面上缘应力和截面下缘应力分为两种情况讨论：1） 合拢段截面上下缘均配有力筋和以抵抗正负弯矩，由力筋在截面上下缘产生的压应力分别为： （5-11） （5-12）将式（5-9）、（5-10）分别代入式（5-11）、（5-12），解联立方程后得到: （5-13） （5-14）令 代入式（5-13）、（5-14）中得到： （5-15） （5-16）式中： Ap每束预应力筋的面积； 预应力筋的永存应力(可取0.50.75估算)；e预应力力筋重心离开截面重心的距离；K截面的核心距； A混凝土截面面积，取有效截面计算。 以跨中合拢段为例，永存应力取0.75，偏心距，面积，核心距，将以上各值分别代入式（5-15）、式（5-16）中，得2） 其他截面只在上缘布置力筋以抵抗负弯矩：当由上缘不出现拉应力控制时： （5-19） 当由下缘不出现拉应力控制时： （5-20）其他截面计算方法与中跨合拢段相同，不再赘述， 将关键截面的计算结果汇总列于表5.1.有时需调整束数，当截面承受负弯矩时，如果截面下部多配根束，则上部束也要相应增配根，才能使上缘不出现拉应力，同理，当截面承受正弯矩时，如果截面上部多配根束，则下部束也要相应增配根。其关系为： 当承受时， 当承受时， 表 5.1 预应力钢束估算表单元位置顶/底Mg1 (N*mm)Msum (N*mm)Mj (N*mm)ey (mm)Ny (N)Ay (mm2)最小预应力钢束数量跨中截面I3底2.61E+091.85E+092.43E+09-1.11E+031.47E+061169.89L/8截面I10底1.09E+091.94E+102.47E+10-1.21E+031.38