连续刚构桥施工与设计计算.doc

1 第 1 章 设计任务简介 1 1 设计资料基本数据及标准 1 1 1 基本数据 表 1 1 桥位地形资料 里程桩号 m 地面标高 m 设计标高 m K11 620 00247 89250 40 650 00238 36250 40 675 78217 52250 40 720 00206 00250 40 760 00220 20250 40 790 00238 32250 40 820 00244 06250 40 835 00252 77250 40 1 1 2 设计要求 1 地面下 3 至 5 米为泥土覆盖层 覆盖层下为砂岩 2 设计荷载标准 公路 II 级 3 桥面宽度 0 15m 栏杆 2m 人行道 7m 2m 人行道 0 15m 栏杆 4 无水文及通航要求 5 桥面横坡 双向 2 6 多年平均气温为 17 9 极端最高气温 41 7 极端最低气温 3 5 7 地震烈度为 VI 度 1 1 3 设计依据及参考文献 1 中华人民共和国行业标准 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 2 2 中华人民共和国行业标准 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 3 中华人民共和国交通部行业标准 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 4 中华人民共和国交通部行业标准 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 5 中华人民共和国交通部行业标准 公路桥涵勘测设计规范 JTJ062 91 6 中华人民共和国交通部行业标准 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61 2005 7 梁桥手册 上 下 拱桥手册 上 下 等 3 第 2 章 方案比选 桥梁方案比选是初步设计阶段的工作重点 在此阶段先进行六个初步方案的比选 选出三个候选方案 在对比三个候选方案时 贯彻 实用 经济 安全 美观 有利 于环保 的原则 最终选出合适的桥型 2 1 初选方案 六个 A 跨径组合为 52m 96m 52m 的连续刚构桥 主梁截面形式为单箱单室 箱梁根部 高度为 5 5m 跨中梁高为 2 5m 变高度梁的截面变化规律采用 1 7 次抛物线 桥墩 为双薄壁墩 B 全长为 213m 净跨径为 100m 净矢跨比为 1 5 的上承式拱桥 C 5 跨 40m 简支梁桥 采用预制 T 梁 梁高 2 5m D 独塔斜拉桥 E 悬索桥 F 双塔斜拉桥 2 2 比选方案 三个 方案比选主要依据安全 实用 经济 美观 有利于环保的原则 同时考虑要符 合桥梁发展规律 体现出现代新科技的成就 桥型的选择要求在技术上是可靠的 在 施工上是切实可行的 综上所述 本次设计的三个比选方案如下 2 2 1 第一种方案 上承式拱桥 一 方案布置 如图 2 1 所示 4 图 2 1 单位 cm 二 桥孔布置 该拱桥全长为 L 213m 主桥为上承式拱桥 净跨径为 l0 100m 净矢高为 f0 20m 净矢跨比为 f0 l0 1 5 梁式拱上建筑为 L1 9 12 5m 112 5m 左右两岸引 桥均为 18m 简支空心板梁 三 上部结构 主桥采用多条闭合箱肋组成的多室箱形截面的箱板拱 拱上建筑用立柱 间距 12 5 米 上架设 0 7 米高的简支空心板 拱肋高 2 5 米 单肋箱顶板取 0 2 米 外侧腹板 0 1 米 内侧腹板取 0 2 米 边跨同时采用 18 米简支空心板 四 下部结构 桥台基础和拱座基础均采用 C30 明挖扩大基础 主拱台采用齿形 用 C30 钢筋混 凝土浇筑 引桥桥墩采用 C30 混凝土浇筑 五 施工方案 本桥拱上立柱和墩身采用翻模或滑模施工 主拱圈采用缆索吊装施工 桥面简支 空心板均采用预制拼装 六 主要工程数量见表 2 1 表 2 1 全桥工程数量表 材料 结构 C40 混凝土 3 m C30 混凝土 3 m C25 混凝 土 3 m 钢 筋 t 型钢 t 主拱圈及拱上建筑 958 9120 24 2 主桥桥面板 400 863 4 预制 15m 梁 403 430 147 人行道板 214 120 9 5 铺装层 208 122 8 栏杆 21 62 2 桥墩 300 62 32 盖梁 39 525 8 主拱台 1139 23 2 1 0 下部 结构 桥台 554 2 45 总计 1971 22247 4421 6302 0912 2 七 综合评价 该拱桥能充分发挥混凝土的抗压性能 且由于该地区的地形较坦和无水文要求 气候 条件良好 施工进度受环境影响较小 施工中无体系转换 抗风能力较强 外形线形 美观 但该桥对地基要求较高 施工要求较高 占用施工场地大 虽然从该拱桥工程 数量表来看 改拱桥投资造价适中 但养护费用高 这样增加了工程造价 2 2 2 第二种方案 5 跨 40m 简支梁桥 一 方案布置 如图 2 2 所示 图 2 2 单位 cm 二 桥孔布置 本桥全长为 210 5m 5 跨 40m 等截面连续梁桥 三 上部结构 6 主梁采用 T 梁截面 梁高 2 5m 横向由 5 片 T 梁连接而成 材料采用 C50 混凝土 四 下部结构 桥墩采用直径双柱式桩柱墩 墩身直径 2 3m 用 C30 混凝土浇筑 五 施工方案 该桥采用架桥机吊装主梁逐跨架设施工 主梁在预制厂先预制好 然后运到工地 吊装安装 桥墩和盖梁以及基础采用在工地现场浇筑施工 六 主要工程数量见表 2 2 表 2 2 全桥工程数量表 材料 结构 C50 混凝土 3 m C30 混凝土 3 m C25 混凝土 3 m 钢 筋 t 钢绞线 t 型钢 t 预制 T 梁 1466 4143 358 716 7 人行道板 234 522 9 铺装层 208 122 8 栏杆 21 62 2 桥墩墩身 540 1 43 3 盖梁 244 2 40 桩基 540 143 3 下部 结构 桥台 含基础 554 2 45 总计1674 5 2112 921 6314 9558 716 7 七 综合评价 该桥采用装配式结构 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 变形小等 同时该桥的不足之处也非常明显 由于受到混凝土裂缝 宽度的限制 所以拉应变或应力也将受到相应的制约 另外该桥伸缩缝数目较多 在 每个墩台处都需设置伸缩缝 不利于高速行车 行车的舒适性也受到限制 2 2 3 第三种方案 连续刚构桥 一 方案布置 如图 2 3 所示 7 图 2 3 单位 cm 二 桥孔布置 本桥全长为 210 3m 无引桥 主桥桥孔布置为 52 96 52m 的不等跨变截面连续梁 桥 边跨与中跨比为 0 54 三 上部结构 主梁采用箱型截面 跨中梁高为 2 5m 支点处梁高为 5 5m 梁底变截面曲线为 抛物线 主梁材料采用 C50 混凝土 四 下部结构 采用双薄壁实心墩 消减了墩顶负弯矩峰值 此外 双薄壁墩在发洪水时 因为 截面较小 可以减少洪水对桥墩的冲击 以保证桥墩的使用安全 五 施工方案 主梁采用平衡悬臂现浇施工 桥墩和盖梁以及桩基采用在工地现场浇筑施工 六 主要工程数量见表 2 3 表 2 3 全桥工程数量表 材料 结构 C50 混凝土 3 m C30 混凝土 3 m C25 混凝土 3 m 钢 筋 t 钢绞线 t 型钢 t 箱梁 2048 8199 592 637 8 人行道板 234 522 9 铺装层 208 122 8 栏杆 21 62 2 下部 结构 桥墩墩身 1296 127 8 桥台 含基础 554 2 45 总计2256 9 2084 521 6376 8592 637 8 七 综合评价 该桥采用连续梁形式可以削减跨中正弯矩 提高桥梁承载能力 并且由于全桥连续 伸缩缝数目较少 只在桥台处设置伸缩缝 使得主梁在通车条件下变形挠曲线平缓 有利于高速行车 增加行车的舒适性 且由于该地区的地形较坦和洪水位较低 采用 平衡悬臂现浇施工时 施工进度受环境影响较小 采用不等跨变截面布置形式使得桥 梁结构外形线形美观 减轻结构自重 减少预应力筋数量等优点 但由于该地形较坦 同时桥梁跨径小 桥墩较矮 采用不等跨变截面布置时不能充分体现出不等跨变截面 连续梁桥的优点 且由于边跨与中跨比例为 0 5 需要在边跨箱梁内设置配重或者在 桥台处设置拉力支座 使得局部施工麻烦 造价升高 2 3 方案的技术经济性 表 2 4 方案的技术经济比较表 第一方案第二方案第三方案 序号 方 案 类 比 比 较 项 目 桥 上承式拱桥 l0 100m f0 20m 桥长 202 5m 桥 简支梁桥 5 40 m 桥长 200m 桥 连续刚构桥 52 96 52 桥长 200m 1总造价一般较低一般 2 主要 工程量 C40 砼 m3 1971 2 C30 砼 m3 2247 44 C25 砼 m3 21 6 钢筋 t 302 09 C40 砼 m3 1674 5 C30 砼 m3 2112 9 C25 砼 m3 21 6 C50 砼 m3 2256 9 C30 砼 m3 2084 5 C25 砼 m3 21 6 9 钢筋 t 314 95 钢绞线 t 58 7 钢筋 t 376 85 钢绞线 t 92 6 3工期一般较短较长 4 工艺技 术要求 已有成熟工艺技 术经验 需用大量的 吊装设备 施工要求 较高 占用施工场地 大 已有成熟工艺技 术经验 在进行下 部结构施工的时候 可以预制上部结构 缩短工期 且主跨 架设施工简便 已有成熟工 艺技术经验 采 用通用的施工方 法 主桥采用挂 篮悬臂浇筑法 有四个施工工作 面同时进行施工 较易控制 5 使用效 果 腹孔为简支腹孔 使 得行车不够舒适 且 矢跨比小 主拱受力 较差 静定结构 受力较 好 但伸缩缝多 行车条件差 养护 更换容易 属于超静定结构 全桥桥面连续 伸缩缝少 行车 条件好 养护更 换容易 2 4 推荐桥型方案 经过以上经济技术比较后 可以看出连续刚构的行车舒适性要比另外两者好很多 且造价增多的不是很高 而且后期维护相对容易 故推选连续刚构桥方案作为推荐桥 型方案 1 在受力上 其根部负弯矩对跨中正弯矩有卸载作用 双薄壁柔性墩可消减根 部负弯矩峰值 减轻桥梁自身重量 提高跨越能力 2 在结构特征上 连续刚构桥结构刚度大 变形小 主梁连续有利于高速行车 墩梁固结可节省大型支座的昂贵费用 并且改善了结构在水平荷载作用下的受力性能 3 在施工方面 采用先进的挂篮悬臂施工 不仅在施工期间不影响桥下通航或 行车 同时密切配合设计和施工的要求 加快施工进度 10 第 3 章 结构构造 3 1 设计资料 3 1 1 材料性能参数 1 混凝土 强度等级 C50 主要强度指标为 强度标准值 fck 32 4 MPa ftk 2 65 MPa 强度设计值 fcd 22 4 MPa ftd 1 83 MPa 弹性模量 Ec 3 45 104 MPa 强度等级 C30 主要强度指标为 强度标准值 fck 20 1 MPa ftk 2 01 MPa 强度设计值 fcd 13 8 MPa ftd 1 23 MPa 弹性模量 Ec 3 00 104 MPa 2 预应力钢筋采用 1x7 标准型 15 24 1860 II GB T 5224 1995 钢绞线 其强 度指标为 抗拉强度标准值 fpk 1860 MPa 抗拉强度设计值 fpd 1260 MPa 弹性模量 Ep 1 95 105MPa 3 普通钢筋 纵向抗拉普通钢筋采用 HRB400 钢筋 其强度指标为 11 抗拉强度标准值 fsk 400 MPa 抗拉强度设计值 fsd 330 MPa 弹性模量 Es 2 0 105MPa 箍筋及构造钢筋采用 HRB335 钢筋 其强度指标为 抗拉强度标准值 fsk 335 MPa 抗拉强度设计值 fsd 280 MPa 弹性模量 Es 2 0 105MPa 3 2 结构尺寸拟定 3 2 1 立面布置 本桥边跨 52m 中跨 96m 边中跨之比为 0 54 箱梁高按 1 7 次抛物线变化 3 2 2 上部结构 本方案主梁采用单箱单室变高度箱梁 箱梁顶板宽 10m 底板宽 6m 全桥顶 板等厚为 0 22m 单侧翼缘板悬臂为 2m 腹板不等厚 从跨中 0 3m 到根部 0 6m 按折线变化 主梁在支座处梁高为 5 5m 跨中处为 2 5m 其变化方程为 1 7 次抛物线 底板厚从跨中 0 3m 到根部 1 0m 变化方程也为 1 7 次抛物线 主 梁 0 号块长度为 10m 悬臂施工梁段划分为 3m 4m 三种 边跨现浇段 3m 边 中跨合龙段长度均为 2m 主梁采用 C50 混凝土 墩台采用 C30 12 图 3 1 主梁支点截面 单位 cm 图 3 2 主梁跨中截面 单位 cm 3 2 3 下部结构 两个主墩均采用柔性双薄壁墩 中距为 4 6m 纵桥向宽度为 1 8m 横桥向宽 度取与梁底同宽 6 0m 墩高分别为 34m 24m 根据给出的地质条件 认为地质条 件较好 桩基采用钻孔灌注桩 13 3 2 4 其他 桥面横坡为 2 桥面铺装为 2 0cm 厚的沥青混凝土面层和平均厚 8 0cm 17 0cm 的 C30 混凝土垫层 第 4 章 结构计算 4 1 桥梁模型的建立和内力计算 桥梁是一个复杂的空间结构 不同的桥梁型式其上下结构联结方式是不尽相同的 为了便于计算 需要将桥梁简化为结构计算图式 桥梁工程常因其跨度较宽度大很多 因此将纵向分析模型近似处理成杆件结构 其空间效应可以通过横向分布系数 偏载 增大系数来修正 采用杆系结构有限元程序分析桥梁时 首先要将桥梁结构划分为有 限个杆件单元 这些单元在节点上相互联结 从而构成一个与真实结构等价的计算模 型 4 1 1 主梁单元划分 杆件单元的划分 应根据结主跨结构的构造特点 施工及计算精度的要求来决 定 将全桥共分为 130 个单元 考虑到挂篮所能承受的重量和合龙段长度对主跨的 14 节段作如下划分 从边跨至跨中依次为 单位 m 2x1 5 2x1 0 6x4 0 6x3 0 1 8 2x0 9 2 8 2x0 9 1 8 6x3 0 6x4 0 1 0 图 4 1 计算模型 4 1 2 内力计算 各截面内力计算如下表 4 1 4 2 所示 表 4 1 结构自重内力数值表 截面轴力 kN 剪力 kN 弯矩 kN m 122359 33e 003 8 57e 004 193316 59e 003 4 05e 005 308391 15e 004 1 02e 005 37549 36 72 99e 004 表 4 2 汽车内力数值表 axM axQ 截面 轴力 kN 剪力 kN 弯矩 kN m 轴力 kN kN kN kN 剪力 kN 弯矩 kN m 120 000e 000 1 651e 002 3 114e 0023 4 106e 004 04 0 000e 000 1 347e 0024 716e 003 19 2 104e 001 2 6 791e 0016 327e 002 3 654e 001 2 1 307e 003 8 034e 003 308 512e 001 1 607e 0024 328e 0031 303e 002 8 573e 0024 003e 003 371 460e 002 1 847e 0027 377e 0031 429e 002 4 512e 0027 126e 003 4 2 荷载组合 15 参照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 第4 1 5 之规定 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用 按承载能力极限状态 和正常使用极限状态进行作用效应组合 取其最不利的效应组合进行设计 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 第4 1 6 之规定进行承载能力极限状态的作用效应组合 以及第4 1 7之规定进行正常使用极 限状态的作用效应组合 冲击系数由程序自动计算 4 2 1 承载能力极限状态的作用效应组合 1 基本组合 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应组合 其效应组合 表达式为 0011 12 jjk mn udGiGikQQ kcQQ ij SSSS 4 1 或 001 12 jd mn udGidQ dcQ ij SSSS 4 2 式中 ud S 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值 0 结构重要系数 Gik 第i个永久作用效应的分项系数 Gik S Gid S 第I个永久作用效应的标准值和设计值 1Q 汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 的分项系数 取 1Q 1 4 1Q k S 1Q d S 汽车荷载效应 含汽车冲击力 离心力 的标准值和 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 Qj 1 1 Qjk S Qjd S 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j个可变作用效应的标准值和设计值 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 16 2 偶然组合 永久作用标准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 4 2 2 正常使用极限状态的作用效应组合 1 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 1 11 mn sdGikjQjk ij SSS 4 3 式中 sd S 作用短期效应组合设计值 1j 第j个可变作用效应的频遇值系数 在汽车荷载 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 1jQjk S 第j个可变作用效应的频遇值 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 其效应表达式为 2 11 mn sdGikjQjk ij SSS 4 4 式中 ld S 作用长期效应组合设计值 2j 第j个可变作用效用的准永久值系数 汽车荷载 不计冲击力 2 0 4 人群荷载 2 0 4 风荷载 2 0 75 温度梯度作用 2 0 8 其他作用 2 1 0 2 jQjk S 第j个可变作用效应的准永久值 4 2 3 各截面内力组合 1 基本组合 用于承载能力极限状态计算 1 12 1 0 1 21 40 71 4 mn udGikQ kQjk ij SSSS 4 5 17 基本组合I 1 0 1 21 40 71 41 4 dMMMMM 恒载活载人群升温 4 6 1 0 1 21 40 71 41 4 dVVVVV 恒载活载人群升温 4 7 基本组合II 1 0 1 21 40 71 41 4 dMMMMM 恒载活载人群降温 4 8 1 0 1 21 40 71 41 4 dVVVVV 恒载活载人群降温 4 9 2 短期组合 用于正常使用极限状态计算 3 1 11 m sdGikjQjk ij SSS 4 10 0 70 7 iMMMM 恒载活载人群降温 M 4 11 3 长期组合 用于正常使用极限状态计算 3 2 11 m ldGikjQjk ij SSS 4 12 l 0 7 0 4 MMMM 恒载降温 恒载 4 13 各截面基本组合内力如下表 4 3 表 4 4 表 4 5 表 4 6 所示 表 4 3 承载能力极限状态荷载组合 I 内力结果 承载能力极限状态荷载组合 I 内力结果 节点号 12 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 012e 009 1 493e 009 2 993e 010 2 099e 009 2 993e 010 2 099e 009 18 剪力 1 074e 004 1 316e 004 1 044e 004 1 461e 004 1 142e 004 1 347e 004 弯矩 1 093e 005 1 397e 005 9 970e 004 1 352e 005 1 001e 005 1 468e 005 右节点号 19 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 4 830e 002 3 175e 002 3 070e 002 5 815e 001 2 851e 002 3 273e 002 剪力 1 110e 004 6 708e 003 2 200e 003 1 519e 004 1 018e 004 5 018e 003 弯矩 4 948e 005 4 132e 005 4 276e 005 4 831e 005 3 856e 005 5 127e 005 节点号 30 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 687e 003 3 905e 001 1 626e 003 2 186e 002 2 382e 002 1 657e 003 剪力 1 509e 004 1 156e 004 1 555e 004 1 128e 004 1 177e 004 1 487e 004 弯矩 1 256e 005 1 024e 005 1 217e 005 8 856e 004 8 812e 004 1 323e 005 节点号 37 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 705e 003 1 758e 001 1 489e 003 5 005e 002 6 534e 002 1 207e 003 剪力 5 805e 001 3 568e 001 7 554e 002 9 124e 002 2 817e 000 6 470e 001 弯矩 4 848e 004 3 519e 004 4 090e 004 5 315e 004 5 529e 004 2 813e 004 表 4 4 正常使用极限状态荷载组合 I 内力结果 正常使用极限状态荷载组合 I 内力结果 节点号 12 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 3 341e 002 2 584e 002 3 341e 002 2 584e 002 3 341e 002 2 584e 002 剪力 1 076e 004 1 097e 004 1 065e 004 1 151e 004 1 035e 004 1 117e 004 弯矩 1 089e 005 1 161e 005 1 054e 005 1 159e 005 1 048e 005 1 193e 005 节点号 19 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 8 142e 002 1 006e 001 6 267e 002 1 758e 002 1 120e 002 6 564e 002 剪力 6 973e 003 8 165e 003 3 585e 003 1 162e 004 1 014e 004 4 236e 003 弯矩 4 076e 005 4 021e 005 4 168e 005 3 932e 005 3 860e 005 4 212e 005 节点号 30 单元号 30 左节点号 30 19 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 632e 003 1 830e 002 1 550e 003 3 090e 002 3 160e 002 1 556e 003 剪力 1 207e 004 1 152e 004 1 222e 004 1 143e 004 1 158e 004 1 201e 004 弯矩 1 012e 005 1 007e 005 1 037e 005 9 309e 004 9 293e 004 1 068e 005 节点号 37 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 287e 003 1 617e 002 1 256e 003 4 690e 001 3 128e 000 1 122e 003 剪力 3 218e 001 7 464e 001 2 488e 002 3 376e 002 6 231e 001 2 772e 001 弯矩 3 372e 004 3 540e 004 3 304e 004 3 899e 004 4 076e 004 2 840e 004 表 4 5 正常使用极限状态荷载组合 II 内力结果 正常使用极限状态荷载组合 II 内力结果 节点号 12 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 3 341e 002 2 584e 002 3 341e 002 2 584e 002 3 341e 002 2 584e 002 剪力 1 076e 004 1 097e 004 1 058e 004 1 190e 004 1 054e 004 1 125e 004 弯矩 1 089e 005 1 161e 005 1 033e 005 1 152e 005 1 025e 005 1 214e 005 节点号 19 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 8 588e 002 3 366e 001 6 035e 002 2 188e 002 1 010e 002 6 616e 002 剪力 8 123e 003 7 492e 003 2 898e 003 1 283e 004 1 010e 004 4 182e 003 弯矩 4 116e 005 4 067e 005 4 214e 005 3 973e 005 3 857e 005 4 280e 005 节点号 30 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 731e 003 1 402e 002 1 617e 003 3 308e 002 3 466e 002 1 625e 003 剪力 1 244e 004 1 153e 004 1 269e 004 1 137e 004 1 166e 004 1 229e 004 弯矩 1 029e 005 1 013e 005 1 040e 005 9 135e 004 9 098e 004 1 095e 005 节点号 37 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 386e 003 2 045e 002 1 310e 003 1 779e 001 1 022e 002 1 080e 003 剪力 4 526e 001 5 967e 001 4 618e 002 5 575e 002 4 366e 001 4 273e 001 弯矩 3 755e 004 3 516e 004 3 591e 004 4 189e 004 4 461e 004 2 816e 004 表 4 6 正常使用极限状态荷载组合 III 内力结果 20 正常使用极限状态荷载组合 III 内力结果 节点号 12 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 3 341e 002 2 584e 002 3 341e 002 2 584e 002 3 341e 002 2 584e 002 剪力 1 076e 004 1 097e 004 1 053e 004 1 215e 004 1 067e 004 1 128e 004 弯矩 1 089e 005 1 161e 005 1 016e 005 1 139e 005 1 010e 005 1 224e 005 节点号 19 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 8 794e 002 4 467e 001 5 925e 002 2 380e 002 9 468e 001 6 506e 002 剪力 8 673e 003 7 102e 003 2 506e 003 1 343e 004 1 008e 004 3 790e 003 弯矩 4 135e 005 4 094e 005 4 241e 005 3 993e 005 3 855e 005 4 308e 005 节点号 30 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 777e 003 1 210e 002 1 652e 003 3 546e 002 3 722e 002 1 669e 003 剪力 1 262e 004 1 155e 004 1 296e 004 1 134e 004 1 171e 004 1 244e 004 弯矩 1 041e 005 1 018e 005 1 031e 005 9 009e 004 8 968e 004 1 108e 005 节点号 37 内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1 432e 003 2 237e 002 1 354e 003 6 326e 001 1 479e 002 1 060e 003 剪力 6 125e 001 4 629e 001 6 028e 002 7 037e 002 2 189e 001 5 612e 001 弯矩 3 974e 004 3 506e 004 3 804e 004 4 403e 004 4 683e 004 2 805e 004 4 2 4 包络图 根据以上内力画出承载能力和正常使用弯矩包络图 图 4 2 承载能力极限状态荷载组合 I 结构弯矩包络图 21 图 4 3 正常使用极限状态荷载组合 I 结构弯矩包络图 图 4 4 正常使用极限状态荷载组合 II 结构弯矩包络图 图 4 5 正常使用极限状态荷载组合 III 结构弯矩包络图 第 5 章 预应力钢筋估算和配筋 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG D060 2004 和 公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规范 JTG D062 2004 的要求 参照 结构设计原理 人民 22 交通出版社 和 公路桥涵设计手册 梁桥分册 人民交通出版社 采用手算 预 应力钢筋的计算见配筋计算书 梁段力筋布置采用三向预应力 包括纵向预应力 横向预应力和竖向预应力 主 要进行纵向预应力的设计 对于横向预应力和竖向预应力在力筋布置时做简要说明 5 1 配筋估算 5 1 1 主梁控制截面 边跨跨中截面 桥墩根部 中跨 1 4L 处 中跨跨中截面 毛截面几何特性 见表 5 1 毛截面几何特性 表 5 1 毛截面几何特性表 其中 截面型心距截面上缘的距离 s y 截面型心距截面下缘的距离 x y 截面上缘抗弯模量 按下式计算 I s W S W s y 截面下缘抗弯模量 按下式计算 I x W X W x y 截面上下缘核心矩 按下式计算 A A s k x k s k x W x k s W 截面上缘预应力钢筋重心距截面型心的距离 s e 截面 节 点 毛截面积 A m2 惯性矩 I m4 s y m x y m s W m3 x W m3 s k m x k m s e m 边跨 跨中 12 8 0813 385 1 56 5 1 69 7 8 5527 887 0 976 1 05 8 1 365 根部 19 14 2458 845 3 02 1 2 47 9 19 479 23 73 7 1 667 1 36 8 2 821 中跨 1 4L 处 30 8 0813 385 1 56 5 1 69 7 8 5527 887 0 976 1 05 8 1 365 中跨 跨中 376 156 0131 052 1 4485 7164 153 0 675 0 92 9 0 852 23 5 1 2 最不利荷载组合 配筋按前面荷载组合计算 5 1 3 估筋原则 1 满足正常使用极限状态满足截面的抗裂要求 2 按正常使用极限状态截面压应力要求 3 根据承载能力极限状态进行估束 5 1 4 预应力钢束的估算 1 支点截面 19 号 根据正常使用极限状态为满足正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 pk f 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为短 S M 期效应弯矩组合设计值 3 86E 05kN maxs M mins M 4 28E 05kN 1 667m 1 368 需钢绞线根数为 s k x k2 821 x e nyx 1 25 1 25x 3 86E 05 x1000 0 8x139x1395x max syconss MAke 1 667 2 821 2693 239 根 nyx 1 25 1 25x 4 28E 05 x1000 0 8x139x1395x min syconxs MAke 1 368 2 821 823 312 根 根据正常使用极限状态截面压应力要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 pk f 1860 MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为长期 Mk 效应弯矩组合设计值 4 28E 05kN maxk M mink M 3 86E 05kN 1 667m 1 368m m 19 479 23 737 又 s k x k2 821 x e s W m3 x W m3 因为箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 32 4Mpa 所需钢绞线根数为 ck f nys 0 5 1144 265 根 ck f s W maxk M yconxs Ake nys 0 5 6 483325 根 ck f x W mink M yconss Ake 24 根据承载能力极限状态的应力要求进行估束 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准 pk f 1860MPa 钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 张拉控制应力取 预应力损失 fpd 1260MPa MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 按张拉控制应力的 20 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根 据条件可知 M 为承载能力极限状态的应力 M 5 13E 05kN 5 3m 10m 箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 22 4MPa 0 hb cd f 桥梁结构重要性系数 1 0 0 552 3569174 根 nys fcdb Ayfpd h0 h02 2 0M fcdb 综上所述 1144 265 根 nyx 823 312 根 2 中跨 l 4 截面 30 号 根据正常使用极限状态为满足正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 pk f 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为短 S M 期效应弯矩组合设计值 9 10E 04kN maxs M mins M 1 10E 05kN 0 976m 1 058m 需钢绞线根数为 s k x k1 365 x e nyx 1 25 1884 635 根 max syconss MAke nyx 1 25 364 1596 根 min syconxs MAke 根据正常使用极限状态截面压应力要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 pk f 1860 MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为长期 Mk 效应弯矩组合设计值 1 10E 05kN maxk M mink M 9 10E 04kN 0 976m 1 058m 8 552 7 887 又 s k x k1 365 x e s W m3 x W m3 因为箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 32 4Mpa 所需钢绞线根数为 ck f nys 0 5 659 9234 根 ck f s W maxk M yconxs Ake 25 nys 0 5 609 669 根 ck f x W mink M yconss Ake 根据承载能力极限状态的应力要求进行估束 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准 pk f 1860MPa 钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 张拉控制应力取 预应力损失 fpd 1260MPa MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 按张拉控制应力的 20 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根 据条件可知 M 为承载能力极限状态的应力 M 1 32E 05kN 3 06m 10m 箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 0 hb cd f 22 4MPa 桥梁结构重要性系数 1 0 0 246 8691206 根 nys fcdb Ayfpd h0 h02 2 0M fcdb 综上所述 659 9234 根 nyx 364 1596 根 3 边跨跨中截面 12 号 根据正常使用极限状态为满足正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 pk f 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为短 S M 期效应弯矩组合设计值 1 03E 05kN maxs M mins M 1 21E 05kN 0 976m 1 058m 需钢绞线根数为 s k x k1 365 x e nyx 1 25 2123 27 根 max syconss MAke nyx 1 25 403 7349 根 min syconxs MAke 根据正常使用极限状态截面压应力要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 pk f 1860 MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为长期 Mk 效应弯矩组合设计值 1 21E 05kN maxk M mink M 1 03E 05kN 0 976m 1 058m 8 552 7 887 又 s k x k1 365 x e s W m3 x W m3 因为箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 32 4Mpa 所需钢绞线根数为 ck f 26 nys 0 5 691 5836 根 ck f s W maxk M yconxs Ake nys 0 5 418 761 根 ck f x W mink M yconss Ake 根据承载能力极限状态的应力要求进行估束 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准 pk f 1860MPa 钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 张拉控制应力取 预应力损失 fpd 1260MPa MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 按张拉控制应力的 20 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根 据条件可知 M 为承载能力极限状态的应力 M 1 47E 05kN 3 06m 10m 箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 0 hb cd f 22 4MPa 桥梁结构重要性系数 1 0 0 273 9267738 根 nys fcdb Ayfpd h0 h02 2 0M fcdb 综上所述 691 5836 根 nyx 403 7349 根 4 中跨跨中截面 37 号 根据正常使用极限状态为满足正截面抗裂要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 1860MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 pk f 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为短 S M 期效应弯矩组合设计值 4 46E 04kN 2 82E 04kN 0 675m 0 929m maxs M mins M s k x k0 852 x e 需钢绞线根数为 nyx 1 25 2030 907 根 max syconss MAke nyx 1 25 127 4089 根 min syconxs MAke 根据正常使用极限状态截面压应力要求 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准值 pk f 1860 MPa 张拉控钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 MPa1395186075 075 0 pkcon f 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根据条件可知 为长期 Mk 效应弯矩组合设计值 2 82E 04kN 4 46E 04kN 0 675m maxk M mink M s k 27 0 929m 5 716 4 153 又因为箱梁使用的是 C50 混凝土 x k0 852 x e s W m3 x W m3 所以 32 4Mpa 所需钢绞线根数为 ck f nys 0 5 233 2423 根 ck f s W maxk M yconxs Ake nys 0 5 4075 06 根 ck f x W mink M yconss Ake 根据承载能力极限状态的应力要求进行估束 确定预应力钢筋数量 采用 每根钢绞线面积 抗拉强度标准 pk f 1860MPa 钢绞线 2 15 s Ay 139mm2 张拉控制应力取 预应力损失 fpd 1260MPa MPa1395186075 0 75 0 pkcon f 按张拉控制应力的 20 估算 又因为支点截面承受负弯矩 所以在支点上缘配筋 根 据条件可知 M 为承载能力极限状态的应力 2 81E 04kN 2 3m 10m 箱梁使用的是 C50 混凝土 所以 M 0 hb cd f 22 4MPa 桥梁结构重要性系数 1 0 0 69 83150403 根 nys fcdb Ayfpd h0 h02 2 0M fcdb 综上所述 233 2423 根 nyx 127 4089 根 5 1 5 预应力钢束的估算结论 在提高安全储备的前提下 根据受力情况和构造要求 支点截面 19 号采用 44 束 22 j15 2 预应