连续箱梁桥毕业设计

3 20m 预应力混凝土连续箱梁分离式立交桥设计 摘摘 要要 本设计为3 2O 米预应力混凝土连续箱梁分离式立交桥 由于设计 要求上跨一条二级公路 因此选用互不影响直行交通的分离式立交桥 全 桥为双向四车道 分左右两幅桥进行设计 单幅结构横向宽度为12m 全桥 采用先简支后连续的方法进行施工 在设计过程中 首先进行尺寸拟定 然后计算荷载横向分配系数 出于安全性和简便性 根据横向分配系数决 定出以边梁为例进行内力组合并进行配筋计算 最后进行预应力损失及后期 结构截面验算 关键词关键词 分离式立交桥 箱型梁 预应力混凝土 横向分配系数 ABSTRACT The design for the 3 20 meters of prestressed concrete continuous box girder separate overpass Because a secondary road across the design requirements so choose independently of each other direct transport of Separated Interchange Full two way four lane bridge at around two bridge design single structure transverse width of 12m Full bridge using the first method simple and continuous support construction In the design process first the size of the formulation and then calculate the lateral load distribution coefficient for security and simplicity according to the lateral distribution coefficient to determine the side beams and an example of a combination of internal forces Reinforcement Finally prestressing loss and post structural cross sectional checking Key Words Separate overpass Box girder Prestressed concrete Horizontal partition coefficient 目录目录 绪 论 1 1 设计资料 2 1 1 工程概况 2 1 2 设计标准 2 1 3 设计使用材料及相关参数 2 1 4 设计使用规范 4 2 桥型方案比选 5 2 1 预应力混凝土连续箱梁桥 5 2 2 钢筋混凝土箱型拱桥 5 2 3 预应力混凝土连续刚构桥 6 2 4 比选方案表 6 2 5 比选方案分析 7 3 上部结构尺寸拟定 9 3 1 尺寸拟定 9 3 2 毛截面几何特性 12 4 内力组合效应 13 4 1 自重作用效应的计算 13 4 1 1 结构自重作用荷载集度计算 13 4 1 2 内力计算 13 4 2 可变作用效应计算 16 4 2 1 汽车荷载的横向分布系数 16 4 2 2 冲击系数 21 4 2 3 车道折减系数 22 4 2 4 可变作用效应计算 22 4 3 温差应力的计算 26 4 4 支座沉降的计算 28 4 5 内力组合 30 4 5 1 按承载能力极限状态设计 30 4 5 2 按正常使用极限状态设计 31 4 5 3 计算结果 32 5 预应力钢筋的估算与布置 34 5 1 钢束的估算 34 5 1 1 正弯矩配筋估算 34 5 1 2 负弯矩配筋计算 34 5 2 钢束的布置 34 6 预应力损失及有效预应力计算 38 6 1 预应力钢筋张拉 锚下 控制应力 38 con 6 2 钢束预应力损失 38 6 3 截面预应力损失合计和有效预应力 43 7 箱梁及截面验算 45 7 1 基本理论 45 7 2 计算公式 45 8 抗裂验算 49 8 1 基本理论 49 8 2 正截面抗裂验算 50 8 3 斜截面抗裂验算 51 9 持久状况构件的应力验算 53 9 1 持久状况应力计算与验算 53 9 1 1 持久状况混凝土压应力计算与验算 53 9 1 2 正常使用阶段钢束应力计算与验算 54 9 2 短暂状况应力计算与验算 55 10 挠度验算 57 10 1 计算原理与方法 57 10 2 计算结果 57 10 3 变形验算与预拱度设置 58 致 谢 59 参考文献 60 1 绪绪 论论 本次毕业设计要求设计一座连续箱梁分离式立交桥 要上跨金武公路 从而改善武威市凉州区白洪村附近交通状况 连续梁桥为中 小跨度常用 的桥型 具有技术成熟 施工方便的特点 连续梁桥为超静定结构 是公 路桥梁中最常用的桥型 在城市道路交通中应用也很广泛 此地区地形起伏不大 但侵蚀现象严重 因此要求我们充分应用所学 专业理论 理论联系实际 来完成这个桥梁的设计 从而培养和训练我们 的专业设计能力 独立解决综合问题的能力和计算机 CAD 以及 MIDAS 应用 能力 通过毕业设计这一环节 使我们在老师的指导下 自己独立全面的 完成一个工程设计 使我们在巩固学过的课程的基础上 学会考虑问题 分析问题 解决问题 并且继续帮助我们学到新东西 培养我们勇于攀登 高峰 刻苦钻研 实事求是 谦虚谨慎 认真负责的工作作风 毕业设计 是学生走向工作岗位前的一次 实战演习 因此毕业设计对于培养学生 初步的科学研究能力 提高其综合运用所学知识分析问题 解决问题能力 有着重要意义 2 1 设计资料 1 1 工程概况 1 工程介绍 金昌至武威高速公路位于金昌市金川区 永昌县 武威市境内 本段 起点位于永昌县境内 X181 北侧约 1 5km 终点位于永昌县水源镇与武威 双城镇交界处 路线自西北向东南延伸 主要控制点有 起点永昌县水源 镇 本项目连接线按双向四车道一级公路标准建设 主线按双向四车道高 速公路标准建设 设计速度 80km h 路基宽度 24 5m 路线全长 75 8062 公里 2 地形地貌 拟建桥梁两侧置于高阶地之上 台地的边缘 地形起伏不大 侵蚀剥 蚀严重现象严重 桥址区两侧台地之上现已开垦为农田 3 地质 桥址区地层主要为第四系风积层 冲积层 洪积层 下白垩统河口群 基岩 桥址区内无断裂构造 桥址区地质构造稳定 桥址区地下水对混凝土结构具中腐蚀性 对钢筋混凝土结构中钢筋具 中腐蚀性 桥址区冲积黄土对混凝土结构具弱腐蚀性 对钢筋混凝土结构 中钢筋具中腐蚀性 对钢结构具微腐蚀性 桥位处岩土工程地质分层及参 数具体见 桥位工程地质纵断面图 及地质部分 工程地质勘察说明 4 本桥设计要点 本桥平面分别位于直线 起始桩号 K19 000 终止桩号 K19 187 722 上 纵断面纵坡 2 72 墩台径向布置 为了减小地震力的影响 桥墩宜采 用自重轻 重心低 刚度均匀的结构 桥梁下部结构桥墩高度较小均采用 3 圆形柱式墩 桥台根据具体桥梁特点即填土高度选择是否采用 U 形台 柱 式台或肋板台 1 2 设计标准 1 公路等级 一级公路 双向四车道 2 设计荷载 公路 I 级 3 设计洪水频率 1 100 4 桥梁断面 整体式路段大桥桥梁标准断面 中桥 2 0 5m 防撞护栏 净 10 75m 0 75m 防护栏 5 桥面横坡 2 0 6 地震动峰值加速度 地震动峰加速度为 0 15g 7 环境类别 类 1 3 设计使用材料及相关参数 1 主要材料 1 混凝土 预制箱梁 横梁 现浇接头及湿接缝采用 C50 砼 墩台盖梁 桥台耳背 墙以及墩台身采用 C30 砼 墩台钻孔灌注桩基础及系梁采用 C30 砼 支座 垫石采用 C40 砼 其质量要求应符合 公路桥涵施工技术规范 JTG T F50 2011 的有关规定 2 钢材 1 普通钢筋 HRB335 带肋钢筋应符合 钢筋砼用钢 第 2 部分 热轧带肋钢筋 GB1499 2 2007 的规定 R235 光圆钢筋应符合 钢筋砼用钢 第 1 部分 热 4 轧光圆钢筋 GB1499 1 2008 的规定 且焊接钢筋应满足可焊要求 钢筋焊接网应符合 钢筋砼用钢筋焊接网 GB T 1499 3 2002 的规定 凡钢筋直径 12mm 者 均采用 HRB335 带肋钢筋 直径 12mm 者采用 R235 光圆钢筋 焊接质量满足 钢筋焊接及验收规程 JGJ18 2003 2 预应力钢绞线 预应力钢绞线技术标准应符合国家标准 预应力砼用钢绞线 GB T5224 2003 的规定 抗拉标准强度 fpk 1860M Pa 公称直径 15 2mm 公称面积 140mm2 弹性模量 Ep 1 95 105M Pa 松弛率为 3 5 3 钢板 钢管 Q235 钢板 钢管应符合 碳素结构钢 GB T700 2006 的规定 4 锚具 锚具参照 OVM 系列锚具及其配套设备设计 施工时可采用任何符合 预 应力筋锚具 夹具和连接器 GB T14370 要求的产品 但需请注意相关 尺寸改变而引起的相应改变 5 预应力管道 箱梁底板纵向预应力管道 顶板负弯矩钢束管道采用增强型镀锌钢波纹 管成孔 波纹管内径与最小钢带厚度关系严格按照 预应力砼用金属波纹 管 JG225 2007 标准执行 3 其它材料 水泥采用 525 号高强水泥 砂 石 水等的质量要求均按 公路桥涵施 工技术规范 JTJ 041 2000 的有关要求执行 2 相关参数 设计环境类别为 类 5 相对湿度 55 墩 台不均匀沉降考虑为 L 3000 竖向梯度温度效应 考虑沥青铺装层和桥面现浇层对梯度温度的影响 按现行规范规定取值 预应力管道成型为镀锌钢波纹管 管道摩擦系数 0 23 管道偏差系数 0 0015 l m 钢筋回缩和锚具变形为 6mm 1 4 设计使用规范 1 公路工程技术标准 JTG B01 2003 2 公路勘测规范 JTG C10 2007 3 公路工程水文勘测设计规范 JTG C30 2002 4 公路工程地质勘察规范 JTJ 064 98 5 公路桥涵设计通用规范 JTG D060 2004 6 公路圬工桥涵设计规范 JTG D061 2005 7 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 JTG D62 2004 8 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 9 公路涵洞设计细则 JTG T D65 04 2007 10 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 11 公路桥涵施工技术规范 JTG T F50 2011 12 公路交通安全设施设计规范 JTG D81 2006 13 公路交通安全设施设计细则 JTG T D81 2006 14 公路工程砼结构防腐蚀技术规范 JTG T B07 01 2006 6 2 桥型方案比选 2 1 预应力混凝土连续箱梁桥 1 孔径布置 本方案采取等跨布置 孔径为 3 20m 在中跨下穿过金 武公路 二级公路 布置图如图示 7 图 1 连续箱梁桥桥型布置图 2 截面尺寸拟定 小于等于 50m 跨径的桥梁一般采用等截面梁较实 惠 根据已建成的桥梁资料分析 梁高 h Lz 1 15 1 25 一般取用 1 20 略高一点 据此经验 梁高 H 为 1 2m 细部尺寸见后 3 施工方案设计 上部结构为 3 跨预应力混凝土连续箱梁 采用先简支后连续的施工方 法 即采用如下施工方法 1 预制简支箱梁 吊装到位 2 浇筑墩顶连续段接着混凝土 达到强度后张拉负弯矩区预应力刚束 并压注水泥浆 3 再拆除临时支座完成体系转换 4 完成主梁横向接缝浇注 同时进行护栏和桥面铺装的施工 2 2 钢筋混凝土箱型拱桥 1 孔径布置 根据桥涵水文计算 在满足通航要求的前提下 主要 8 孔径如上方案一致 布置图如图示 图 2 拱桥桥型布置图 2 施工方法选择 对于主拱圈的施工 常见的施工方法有悬臂浇筑 法 悬臂拼装法 转体施工法 对于此桥 考虑到施工环境的影响 采用缆索吊装拼装法 2 3 预应力混凝土连续刚构桥 1 孔径布置 预应力混凝土连续钢构与连续梁桥的桥跨布置一样 只是将连续梁的桥墩与梁部固结 使结构形成一个整体 布置图如下图示 图 3 连续刚构桥桥型布置图 2 截面尺寸拟定 连续钢构的细部尺寸大致与连续梁桥相同 其截 9 面细部构造图如图所示 3 下部结构 从受力性能上考虑 连续刚构桥利用高墩的柔性来减 小主梁跨中弯矩 同时减小桥墩的尺寸 双薄壁墩对主梁支点的负弯矩有 明显的削峰作用 结构受力合理 性能优越 此桥桥墩采用双薄壁矩形墩 桥台采用柱式桥台 基础为钻孔灌注桩 4 施工方法设计 连续钢构因敦梁固结 在采用悬臂浇筑法施工时免去了临时固结的施 工和解除 因此其最佳施工方法为悬臂浇筑法施工 对于本桥采用此方法 施工 2 4 比选方案表 10 2 5 比选方案分析 分离式立交桥指的是相交道路间没有特设匝道的立交桥 是一种最简 单形式的立交桥 一般情况下只能保证直行方向的交通不受影响 分离式立交桥应遵循以下设置原则 1 在选择上跨桥桥位时 应尽可能与被交叉路线正交 上跨桥位置的 选择 在保证现有公路的功能和线形标准的前提下与被交叉路线正交可减少 第一方案第二方案第三方案 比较项目 方案类别 预应力混凝 土连续箱梁桥 3 20m 钢筋混凝土箱 型拱桥 3 20m 预应力混凝土 T 型钢构桥 3 20m 桥长 67m 67m 67m 工艺技术要求 技术先进 工艺要求严格 所需设备较少 占用场地较少 已有成熟的工 艺技术经验 需用 大量的吊装设备 占用场地大 需用 劳动力多 技术较先进 工艺要求较严格 主桥上部构造初用 挂栏施工外 挂梁 需另搞一套安装设 备 使用效果 属于超静定 结构 受力较好 主桥桥面较连续 行车条件好 养 护也容易 拱的承载潜力 大 伸缩缝多 养 护也麻烦 纵坡较 大 土方量需求较 多 属于静定结构 受力次于超静定结 构 桥面平整度易 受悬臂挠度影响 行车条件稍差 11 上跨桥的长度 跨度 降低工程造价 这是跨线桥设置的基本原则 2 上跨桥的纵向线形 应尽可能保持水平式小坡度 不宜大于 3 特 别应避免与被交叉路横向超高路段相反的纵向线形 否则在路上行车时会产 生心理上的混乱感 3 当被交叉路处于曲线路段 尤其是小半径曲线 应尽量不设上跨构造 物 否则桥下行车的安全性受到影响 4 上跨构造物应尽可能提供较高和较宽的桥下净空 最好以一跨跨越 被交叉公路 以给人以舒畅 开阔的感觉 5 跨越干线公路的上跨桥应采用轻盈的受力体系 简洁明快的桥型结 构为宜 在较短的路段内不宜采用过多的桥梁结构形式 随着经济和交通的发展以及基础建设的快速推进 分离式立交桥的数 量会越来越多 重要性会越来越大 在进行跨线桥设计时 应该把对结构的 美化设计和最低程度地减少对原有交通的影响放在突出位置 综合考虑工 期因素 选择最合适的桥型方案 综上所述 优先选择方案一 预应力混凝土连续箱梁桥 3 上部结构尺寸拟定 12 3 1 尺寸拟定 1 跨径拟定 即桥长 67m 拟定跨径总长为 60m 为简便计算且施工方便 使其分 为 3 跨 每跨 20m 2 梁高 1 支点处梁高 规范规定 预应力混凝土连续梁桥的主梁高度与其跨 径之比通常在 1 15 1 25 之间 本桥跨径为 20m 当桥梁建筑高度不受 限制时 增大梁高是比较经济的方案 因为增大梁高只是增加腹板厚度 而混凝土用量增加不多 但是可以节省预应力钢束用量 综合考虑 本桥 取梁高为 1 2m 即 L 16 67 符合要求 2 跨中梁高 本方案采取等截面连续箱梁 故与支点等高为 1 2m 3 顶板与底板 箱梁截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位 其尺寸 要受到受力要求和构造两个方面的控制 支墩处底板还要承受很大的压应 力 一般来讲 等截面的底板厚度也随梁高变化 跨中处底板为 20 25cm 底板厚度最小为 12cm 箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和 布置纵向预应力筋的要求 本设计中底板在跨中厚 18cm 顶板厚 18cm 支点处底板厚为 25cm 顶 板厚为 18cm 4 腹板 腹板的功能是承受截面的剪应力和主压应力 其最小厚度应考虑筋的 位置和混凝土浇筑的要求 大跨度预应力混凝土箱梁桥 腹板厚度可以从 跨中逐步向支点加宽 以承受支点处较大的剪力 本设计跨中腹板厚 13 18cm 支点处加宽至 25cm 5 横隔梁 横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布 同时还可以限制畸 变 支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用 在跨中设置 30cm 厚横隔板 6 梗腋 梗腋设置在顶板 底板与腹板的接头处 其形式一般为 1 1 1 2 1 3 1 4 等 梗腋的作用是 提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度 减少扭转剪应力和畸形应力 此外 梗腋还可减弱应力的集中程度 本设 计中 根据箱室外形设置 1 4 的上部梗腋 7 尺寸详图及横断面布置 图 3 1 中梁跨中 单位尺寸 cm 14 图 3 2 中梁支点 单位尺寸 cm 图 3 3 边梁跨中 单位尺寸 cm 15 图 3 4 边梁支点 单位尺寸 cm 图 3 5 横断面布置 单位尺寸 cm 3 2 毛截面几何特性 16 表 3 1 截面几何特性计算结果 截面位置 截面积 A 2 mm 截面惯矩 I 4 m 中性轴高度 m 跨中 0 98690 16990 7325 预制中梁 支点 1 1560 18880 7 跨中 1 08320 18210 7652 预制边梁 支点 1 25240 20340 7303 跨中 1 03790 17610 7755 成桥中梁 支点 1 19670 19790 7390 跨中 1 1280 1830 7862 成桥边梁 支点 1 29740 22410 7491 4 内力组合效应 4 1 自重作用效应的计算 17 本桥使用的是先简支后连续的施工方法 施工主要有以下几个步骤 1 第一施工阶段 为主梁的预制阶段 待混凝土达到设计强度的 90 后 张拉正弯矩区的预应力钢束 并压注水泥浆 再将各跨预制梁安装到位 形成由临时支座支撑的简支体系 2 第二施工阶段 先浇注两跨之间接头处的混凝土 待达到设计强度 后张拉负弯矩区预应力钢束 压注水泥浆 3 第三施工阶段 拆除全部临时支座 主梁支撑在永久支座上 完成 体系转换 再完成主梁横向现浇接缝 最终形成三跨连续梁的空间结构体 系 4 第四施工阶段 完成护栏和桥面铺装的施工 由施工阶段可知 结构的自重是分阶段进行的 主要包括第一施工阶段结 构自重的荷载集度 成桥后第一施工阶段自重的增量结构的二期作用 1 g 1 g 自重 2 g 针对桥面的特点将空间结构简化为平面结构进行计算 只考虑单片梁 的结构体系转换 把结构自重效应平均分到每片梁上 而在进行汽车作用 效应计算时考虑荷载的横向分布系数 4 1 1 结构自重作用荷载集度计算 1 预制箱梁一期结构自重作用荷载集度 1 g 边梁 1 g1 08222527 0805 KNm 2 成桥后箱型一期结构自重作用荷载集度增量 1 g 预制梁计入每片梁间现浇桥面板及横隔梁湿接缝混凝土后的自重作用 荷载集度即为成桥后箱型梁一期结构自重作用荷载集度增量 18 边梁 0 18 0 25 19 1 0 35150 25340 08 2 0 325 1 663 m 1 19 1 gKN 3 二期结构自重作用荷载集度 2 g 桥面铺装采用 10cm 沥青混凝土铺装 且铺装成宽 10 75m 沥青混凝 土重度为 23kN m3 8cm 厚 C40 混凝土调平层 另外一侧护栏按每米延长 0 30 m3混凝土计 混凝土重度按 25kN m3 因桥横向由 4 片梁组成 则每片 梁承担的全部二期永久作用的 1 4 0 1 10 75230 08 10 752520 325 g15 57k m 2 4 N 4 1 2 内力计算 本桥为先简支后连续的连续梁 施工过程中包含了结构体系转换 所 以结构自重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来 然后进行内力叠加 第一施工阶段 结构体系为简支梁结构 自重作用荷载为 1 g 第二施工阶段 由于两跨接头较短 混凝土重量较小 其产生的内力 较小 且会减小跨中弯矩 姑忽略不计 第三施工阶段 结构体系以及那个转变为连续梁 因临时支座间距较 小 故忽略临时支座移除产生的效应 自重作用荷载仅为翼缘板和横隔梁 接头重力 即 1 g 第四施工阶段 结构体系为连续梁 自重作用荷载为桥梁二期自重作 用荷载 即 2 g 19 图 4 1 桥梁模型图 1 第一施工阶段结构自重作用效应 由 midas 可以导出跨中 1 4 截面 端截面的内力 内力如下表 4 1 表 4 1 第一阶段施工内力 2 第三施工阶段的效应 第三施工阶段通过浇湿接缝完成桥面的横向连接 此期荷载增量假 1 g 定均匀分配给四片梁 此阶段中跨梁的计算跨径为 20m 边跨的计算跨径为 19 6m 长度相差 不大 都取为 20m 计算 通过 midas 可以得出第三施工阶段外力作用结果 第三施工阶段自重作用效应引起内力结果如表 4 2 表 4 2 第三施工阶段自重作用 截面左支点1 4 截面1 2 截面3 4 截面右支点 弯矩 kN m 0926 11234 9926 10 剪力 kN 258 61129 31 23129 3258 61 20 3 第四施工阶段自重作用效应内力 第四施工阶段结构体系与第三阶段相同 作用为二期自重作用载 通过 midas 得出数据结果 第四施工阶段自重作用效应引起的内力如下表 4 3 表 4 3 第四施工阶段自重作用 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 边跨左支点 99 8 1 4 边跨左支点 149 4 496 6 边跨 1 4 截 面 37 5343 1 边跨 1 4 截 面 124 6 496 6 边跨 1 2 截 面 24 8374 7 边跨 1 2 截 面 62 3 29 3 边跨 3 4 截 面 87 194 8 边跨 3 4 截 面 3 7126 4 截面剪力 kN 弯矩 kN m 边跨左支点 13 3 1 2 边跨 1 4 截面 545 8 边跨 1 2 截面 3 350 边跨 3 4 截面 11 612 7 边跨右支点 19 9 66 3 中跨左支点 16 6 66 3 中跨 1 4 截面 8 3 3 9 中跨 1 2 截面 1 516 9 21 4 结构自重作用效应总应力 上述 3 个阶段内力均为阶段内力 每个施工阶段的累计内力需要内力叠 加得到 具体叠加结果边梁如表 4 4 表 4 4 结构自重作用总效应内力 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 截面 剪力 kN 弯矩 kN m 边跨左支点 371 7 2 0 边跨左支点 427 9 562 9 边跨 1 4 截 面 171 81315 边跨 1 4 截面 399 8 562 9 边跨 1 2 截 面 28 11659 6 边跨 1 2 截面 199 9892 9 边跨 3 4 截 面 2281033 6 边跨 3 4 截面 3 951378 2 a 22 b 图 4 2 a 自重作用剪力图 单位 KN b 自重作用弯矩图 单位 KN m 4 2 可变作用效应计算 4 2 1 汽车荷载的横向分布系数 1 边梁荷载横向分布影响线 边跨边梁荷载横向分布系数 1 边跨抗弯 抗扭惯矩计算 查上表毛截面特性得 0 1821I 4 m0 2544 t I 4 m 由对等跨常截面连续梁桥等效简支梁抗弯惯矩换算系数为 边跨 1 432 中跨 1 86 抗扭惯矩换算系数为 边中均为 1 则边跨的等刚度 常截面简支梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为 1 1 432 0 18210 2607I 4 m 1 1 0 25440 2544 T I 4 m 2 比例参数 和 计算 222 2 11 0 2 4 607 2 85 5 85 80 1207 0 254420 T bbEII GTlIl 23 2333 11 44343 11 39039 0 2607 0 7 20 00 0385 30 18 IdId l Il h 3 荷载横向分布影响线 计算 查公路桥梁荷载横向分布计算所列刚接板 梁桥荷载横向分布影响线 表中的三梁式的 G 表 在 0 03 0 06 和 0 1 0 15 之间按 内插法得 绘制影响线 表 4 5 边跨边梁横向分布系数影响线 梁号 1234 10 03850 12070 4690 2900 1560 085 图 4 3 边跨边梁影响线 4 荷载横向分布系数的计算 c m 表 4 6 边跨边梁横向分布系数 24 荷载横向分布系数 c m 梁号 公路一级 10 8505 中跨边梁荷载横向分布系数 1 则中跨的等刚度常截面简支梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为 4 1 1 86 0 18210 3387Im 4 1 1 0 25440 2544 T Im 2 比例参数 和 计算 222 2 11 0 3 4 387 2 85 5 85 80 1568 0 254420 T bbEII GTlIl 2333 11 44343 11 3903 0 3387 0 7 200 900 5 18 0 3 IdId l Il h 3 荷载横向分布影响线 计算 查公路桥梁荷载横向分布计算所列刚接板 梁桥荷载横向分布影响线 表中的三梁式的 G 表 在 0 03 0 06 和 0 15 0 2 之间按 内插法得 绘制影响线 表 4 7 中跨边梁横向分布系数影响线 梁号 1234 10 050 15680 5060 2920 140 062 25 图 4 4 中跨边梁影响线 4 荷载横向分布系数的计算 c m 表 4 8 中跨边梁横向分布系数 荷载横向分布系数 c m 梁号 公路一级 10 822 2 中梁荷载横向分布影响线 边跨中梁荷载横向分布系数 1 边跨抗弯 抗扭惯矩计算 查上表毛截面特性得 I 0 1699 4 m 4 m 0 2529 t I 由对等跨常截面连续梁桥等效简支梁抗弯惯矩换算系数为 边跨 1 432 中跨 1 86 抗扭惯矩换算系数为 边中均为 1 则边跨中梁的等 刚度常截面简支梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为 4 1 1 432 0 16990 2433Im 26 4 1 1 0 25290 2529 T Im 2 比例参数 和 计算 222 2 11 2333 11 44343 11 0 2433 2 4 5 85 80 08 0 25294 3903900 035 20 0 2433 0 7 200 18 9 3 T bbEII GTlIl IdId l Il h 3 荷载横向分布影响线 计算 查公路桥梁荷载横向分布计算所列刚接板 梁桥荷载横向分布影响线 表中的三梁式的 G 表 在 0 03 0 06 和 0 08 之间按内插法得 绘制影响线 表 4 9 边跨中梁横向分布系数影响线 梁号 1234 20 03590 080 2840 3080 2360 172 图 4 5 边跨中梁影响线 4 荷载横向分布系数的计算 c m 表 4 10 边跨中梁横向分布系数 27 荷载横向分布系数 c m 梁号 公路一级 20 798 中跨中梁荷载横向分布系数 1 中跨抗弯 抗扭惯矩计算 则中跨中梁的等刚度常截面简支梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为 4 1 1 86 0 16990 3161Im 4 1 1 0 25290 2529 T Im 2 比例参数 和 计算 222 2 11 0 3161 2 4 5 85 80 1 0 2529240 T bbEII GTlIl 2333 11 44343 11 39039 0 3161 0 7 20 00 0467 30 18 IdId l Il h 3 荷载横向分布影响线 计算 查公路桥梁荷载横向分布计算所列刚接板 梁桥荷载横向分布影响线 表中的三梁式的 G 表 在 0 03 0 06 和 0 1 之间按内插法得 绘制影响线 表 4 11 中跨中梁横向分布系数影响线 梁号 1234 20 04670 10 2940 3180 2350 162 28 图 4 6 中跨中梁影响线 4 荷载横向分布系数 c m 的计算 表 4 12 中跨中梁横向分布系数 荷载横向分布系数 c m 梁号 公路一级 20 7995 4 2 2 冲击系数 2 93 c m G g 28 74 9 81 Kg m 对于正弯矩效应 桥梁自振频率 2 53 1 2 13 616 2 c c EI f lm 2 13 616 23 1420 10 0 185 3 45 10 2 93 当时 1 5Hzf14Hz 0 1767ln0 0157f 0 15 1 151 对于负弯矩效应 桥梁自振频率 4 4 1 2 23 651 2 c c EI f lm 10 2 23 6510 185 3 45 10 2 3 14 202 93 29 当时 1 5Hzf14Hz 0 1767ln0 0157f 0 245 1 2451 4 2 3 车道折减系数 本桥为双向四车道 即单向双车道 按桥规二车道不折减 故折减系 数为 1 4 2 4 可变作用效应计算 由 midas 导出汽车荷载内力 如下表 4 13 4 13 汽车荷载内力 截面 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 kN m 最小弯矩 kN m 边跨左支点 34 95 379 640 109 1 边跨 1 4 截面 80 98 281 71919 35 122 92 边跨 1 2 截面 210 46 141 171348 59 296 62 边跨 3 4 截面 297 46 70 27974 57 420 41 边跨右支点 413 8 11 8187 8 96 19 中跨左支点 52 7 408 3187 8 96 19 中跨 1 4 截面 68 29 322 71609 5 560 92 中跨 1 2 截面 322 61 68 28609 5 560 86 考虑荷载横向分布系数后的汽车荷载内力如表 4 14 4 14 考虑横向分布系数的汽车荷载内力 截面 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 kN m 最小弯矩 kN m 边跨左支点 28 73 312 060 89 7 30 截面 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 kN m 最小弯矩 kN m 边跨 1 4 截面 66 6 231 56755 8 101 04 边跨 1 2 截面 173 116 041108 55 243 82 边跨 3 4 截面 244 5 57 76801 1 345 58 边跨右支点 340 14 9 7154 37 790 68 中跨左支点 43 31 335 6154 37 790 68 中跨 1 4 截面 56 13 265 3501 461 06 中跨 1 2 截面 265 2 56 13501 461 06 以下为汽车荷载作用下的弯矩和剪力影响线 图 4 6 边跨左支点弯矩影响线 图 4 7 边跨左支点剪力影响线 31 图 4 8 边跨四分点弯矩影响线 图 4 9 边跨四分点剪力影响线 图 4 10 边跨跨中弯矩影响线 32 图 4 11 边跨跨中剪力影响线 图 4 12 边跨四分之三点弯矩影响线 图 4 13 边跨四分之三点剪力影响线 33 图 4 14 中跨左支点弯矩影响线 图 4 15 中跨左支点剪力影响线 图 4 16 中跨四分点弯矩影响线 图 4 17 中跨四分点剪力影响线 34 图 4 18 中跨跨中弯矩影响线 图 4 19 中跨跨中剪力影响线 4 3 温差应力的计算 根据 通规 4 3 10 规定 混凝土上部结构竖向温差反温差为正温差乘以 0 5 的系数 根据 通规 4 3 10 3 规定差基数为 1 14T 2 5 5T 由 midas 导出温度梯度效应弯矩剪力数据如下表 4 15 示 表 4 15 温度荷载内力 正梯度温度负梯度温度 截面 剪力弯矩剪力弯矩 边跨左支点 30 07015 040 边跨 1 4 截面 30 14106 9915 07 53 5 边跨 1 2 截面 30 14287 8115 07 144 9 边跨 3 4 截面 30 14408 3615 07 204 18 35 边跨右支点 30 14589 215 07 294 6 中跨左支点 0589 20 294 6 中跨 1 4 截面 0589 20 294 6 中跨 1 2 截面 0589 20 294 6 与上表相应的主梁温度作用次内力分布如图 4 20 所示 a b c 36 d 图 4 20 温度作用次内力 a 正梯度温度剪力图 单位 KN b 正梯度温度弯矩图 单位 KN m c 反梯度温度剪力图 单位 KN d 反梯度温度弯矩图 单位 KN m 4 44 4 支座沉降的计算支座沉降的计算 支座沉降应考虑的荷载工况较多 一个支座的沉降有 4 种可能 两个支 座的沉降有 6 种可能 三个支座的沉降有 6 种可能 四个支座的沉降同样 也有 1 种可能 也就是说结构的支座沉降一共有 17 种可能 用 Midas 即可 方便的计算出结构沉降产生的各控制截面的内力包络值 如下表 4 21 所示 表 4 21 基础沉降内力 截面 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 kN m 最小弯矩 kN m 边跨左支点 56 4 570 000 00 边跨 1 4 截 面 56 4 57200 31 196 4 边跨 1 2 截 面 56 4 57538 87 534 86 边跨 3 4 截 面 56 4 57764 58 758 24 37 边跨右支点 56 4 571103 14 1090 46 中跨左支点 110 2 110 21053 48 1018 96 中跨 1 4 截 面 110 2 110 2661 88 657 12 中跨 1 2 截 面 110 2 110 2334 14 333 04 a b 图 4 21 基础变位作用次内力 a 剪力包络图 单位 KN b 弯矩包络图 单位 kN m 38 4 5 内力组合 为了进行预应力钢束的计算 在不考虑预加力引起的结构次内力及混 凝土收缩徐变次内力的前提下 按桥规 通规 第 4 1 6 条和第 4 1 7 条 规定 根据可能出现的荷载进行第一次内力组合 4 5 1 按承载能力极限状态设计 基本组合 永久作用的设计值效应和可变作用设计值效应相结合 其效 应组合表达式为 4 1 m i n j QikQjckQQGikGi SSSS 12 110d0 式中 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值 d S 结构的重要性系数 按 通规 表 1 0 9 规定的结构设计安 0 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 0 9 第 i 个永久作用效应的分项系数 当永久作用效应对结构承 iG 载力不利时取 对结构的承载能力有利时 其分项系21 iG 数取 其他永久作用效应分享系数见 通规 01 iG 第 i 个永久作用的标准值 ikG S 汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 的分项系数 取 1Q 41 1 Q 汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 的标准值 kQ S 1 作用效应组合中除汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 jQ 风荷载外的其他第 j 个可变作用效应的分项系数 取 41 jQ 39 但风荷载的分项系数取 11 jQ 在作用效应组合中除汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 jkQ S 外的其他第 j 个可变作用效应的标准值 在作用效应组合中除汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 c 外的其他可变作用效应的组合系数 取值见 通规 第 4 1 6 条 根据 通规 第 4 1 6 条规定 各种作用的分项系数取值如下 结构重要性系数01 0 恒载作用效应的分项系数取 对结构承载力不利 或21 iG 对结构承载力有利 01 iG 基础变位作用效应的分项系数 2 0 7 G 汽车荷载效应的分项系数取41 1 Q 温度作用效应的分项系数取41 2 Q 则承载能力极限状态组合下 对结构承载不利时 2121d0 4 17 04 17 04 12 10 1 QQGG SSSSS 4 5 24 5 2 按正常使用极限状态设计按正常使用极限状态设计 1 作用短期效应组合 永久作用标准值效应与可变荷载作用频遇值效应相组合 其效应表达 式为 4 2 1 11 mn sdGikjQjk ij SSS 式中 短期作用组合设计值 sd S 第 j 个可变作用效应的频遇值系数 汽车荷载 不计冲 j1 40 击力 人群荷载 风荷载 温度梯度作用70 1 01 1 750 1 其他作用80 1 01 1 第 j 个可变作用效应的频遇值 QjkjS1 则长期作用效应组合为 ld1212 0 70 8 GGQQ SSSSS 2 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 4 3 n j Qjkj m i Gikd l SSS 1 2 1 式中 短期作用组合设计值 d l S 第 j 个可变作用效应的准永久值系数 汽车荷载 不计 j2 冲击力 人群荷载 风荷载 温度梯度作用40 2 40 2 750 1 其他作用80 2 01 2 第 j 个可变作用效应的准永久值 QjkjS2 根据 通规 第 4 1 7 条规定 各种作用的分项系数取值如下 汽车荷载 不计冲击力 效应的准永久值系数取7 0 21 温度作用效应的准永久值系数取80 22 则长期作用效应组合为 ld1212 0 40 8 GGQQ SSSSS 41 4 5 34 5 3 计算结果计算结果 根据上述要求进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的内力组合 4 22 内力组合 边梁 内力分量 截面类别 结构自重基础沉降汽车荷载温度荷载 承载能力极 限状态 不利 短期效应组 合 长期效应组 合 最大弯矩 2 6000 3 12 2 6 2 6 最小弯矩 2 60 89 70 128 7 65 39 38 48 最大剪力 371 756 428 7315 07 335 7774 283 133 291 752 边跨左支点 最小剪力 371 7 57 312 06 30 14 968 3212 671 254 577 636 最大弯矩 1315200 32755 8106 992937 28382129 9721903 232 最小弯矩 1315 196 4 101 0453 51296 5021090 6721120 984 最大剪力 171 856 466 615 07 42 8794 56 724 76 704 边跨 1 4 截 面 最小剪力 171 8 57 231 56 30 14 615 7412 415 004 345 536 最大弯矩 1659 6538 861108 55287 814353 62663204 6932872 128 最小弯矩 1659 6 534 56 243 82 144 9984 3012838 446911 592 最大剪力 28 156 417315 07345 9606217 656165 756 边跨 1 2 截 面 最小剪力 28 1 57 116 04 30 14 214 1332 134 24 99 428 最大弯矩 1033 6764 58801 1408 363511 34122685 6382445 308 最小弯矩 1033 6 758 24 345 58 204 18 186 6636 129 89 26 216 最大剪力 22 856 4244 515 07439 7006262 406189 056 边跨 3 4 截 面 最小剪力 22 8 57 57 76 30 14 138 9012 98 744 81 416 边跨右支点最大弯矩 562 91103 14154 37589 21199 13121119 6591073 348 42 截面类别 内力分量承载能力极 限状态 不利 短期效应组 合 长期效应组 合结构自重基础沉降汽车荷载温度荷载 最小弯矩 562 9 1090 46 790 68 294 6 3139 790 2442 516 2205 312 最大剪力 427 956 4340 1415 071059 7166734 454632 412 最小剪力 427 9 57 9 7 30 14414 5028339 998342 908 最大弯矩 562 91053 48154 37589 21150 46441069 9991023 688 最小弯矩 562 9 1018 96 790 68 294 6 3069 7208 2371 016 2133 812 最大剪力 399 8110 243 310 311 13 259 283 272 276 中跨左支点 最小剪力 399 8 110 2 335 60 1057 596 744 92 644 24 最大弯矩 892 9661 88501589 22998 93842376 842226 54 最小弯矩 892 9 657 12 461 06 294 6 506 6896 322 642 184 324 最大剪力 199 9110 256 130 53 302 50 409 67 248 中跨 1 4 截 面 最小剪力 199 9 110 2 165 30 579 296 425 81 376 22 最大弯矩 1378 2334 14501589 23260 11322534 42384 1 最小弯矩 1378 2 333 04 461 06 294 6393 2688486 738625 056 最大剪力 3 95110 2265 20474 536291 89212 33 中跨 1 2 截 面 最小剪力 3 95 110 256 130 34 154 74 859 91 698 注 1 表格中剪力的单位为 弯矩的单位为 kNkN m 2 短期效应组合和长期效应组合的计算中已经扣除汽车荷载冲击系数的作用 3 基础沉降 汽车效应 温度效应为可选组合效应 在时行组合设计时 按最不利情况进行组合 43 5 预应力钢筋的估算与布置 5 1 钢束的估算 采用部分预应力混凝土设计 以边梁计算为例 5 1 1 正弯矩配筋估算 根据上表可知 边跨跨中弯矩最大 取 s 3204 69kmMN 75 p amm 则有78675711 pbp eyamm 3 233 0 786 0 1829 0 m y I W b N Wea fWM N p tks pe k6 2957 233 0 711 0 07884 1 1 1065 2 75 0 233 0 10 7 3204 1 75 0 6 3 取 预应力损失按张拉控制应力的 0 2 con 0 750 75 18601395 pk fMPa 估算 则所