预应力混凝土连续梁桥毕业设计

1 摘摘 要要 本设计所设计的是预应力混凝土连续梁桥的设计 该桥位于宁夏王洼到原州区段 为单线铁路桥梁 主要设计桥梁的上部结构 设计荷载采用中 活载 本设计采用预应力混凝土连续梁桥 其孔径布置为 48 80 2 48m 全长为 256m 主梁采用变高度变截面的单箱单室箱型截面 施工方法采用对称悬臂施工法 本设计 使用 midas 软件分析 考虑施工过程体系转换和混凝土收缩徐变因素进行恒载内力计 算 计算各控制截面内力影响线 并按最不利情况进行加载 求得活载内力包络图 定义基础沉降组 按最不利组合求得基础沉降引起的最不利内力 依据规范选取截面 梯度温差模式 并计算温差引起的结构内力 分别按主力组合和主力附加力进行荷载 组合 并得到结构组合内力包络图 根据各控制截面内力进行了估束和配筋计算 并 绘制了梁体钢束布置图 最后 对各控制截面进行了强度 抗裂性 应力和变形验算 各项检算均满足规范对全预应力结构的要求 关键词 关键词 连续梁 内力计算 预应力混凝土 检算 2 Abstract What I designed at the undergraduate design is a prestressed concrete continuous beam bridge It lies in Wangwa to Yuanzhou Ningxia province It is a single line railway I mainly designed the superstructure of the bridge The load for design is the zhonghuo load I adopt a prestressed concrete continuous beam bridge with four spans of 48 80 2 48m Its total span is 256m First the size of girder is determined highly variable for the variable beam cross section single Box Single girder and balanced cantilever construction is used Then the Midas program is used to calculate the internal force caused by dead load of the first stage considering the construction stage after imposing the second stage dead load on the complete system The internal force of the stage is calculated The internal force influence lines of the control section is calculated then the live load is imposed according to the most adverse circumstances to get the Force Envelope The program is used to determine the most adverse circumstances and calculate the internal force after defining the settlement groups of the basis The temperature load is imposed consider the shrinkage and creep of the concrete Then combination of load effects is made acoording to the Main force combination and the Main force plus additional force combination According to the internal force of control sections the number of per stressing steel stands is estimated and the per stressing steel stands are arranged in the bridge Finally a check is made of the bearing capacity the ability to resist crack and the sterss of the control section all the requirements can be met Keywords Continuous beam Internal force calculation Prestressed concrete Checking computation 3 目录目录 第一章 绪论 1 第二章 结构尺寸拟定 2 第一节 总体布置 2 第二节 细部尺寸拟定 2 一 主梁梁高 2 二 截面尺寸 2 三 各截面细部尺寸 3 第三节 本桥主要材料 3 一 混凝土 3 二 预应力钢绞线 4 三 箍筋 4 四 应力管道 4 第四节 施工方法 4 一 桥墩与零号块施工 4 二 悬臂施工到最大悬臂状态 4 三 边跨膺架现浇 4 四 边跨合拢 5 五 中跨跨中合拢 5 六 桥面铺装 5 第三章 预应力混凝土连续梁桥内力计算 5 第一节 计算模型建立 5 第二节 毛截面几何特性计算 6 第三节 恒载内力计算 7 一 计算方法 7 二 控制截面选择 8 三 恒载取值 8 四 各施工阶段的内力计算 8 五 控制截面恒载内力 9 第四节 活载内力计算 10 4 一 活载动力系数的计算 10 二 各控制截面在最不利活载作用下的弯矩影响线及加载 11 三 各控制截面在最不利活载作用下的剪力影响线及加载 16 四 控制截面的活载内力 19 第五节 温度及支座沉降次内力计算 21 一 温度次内力计算 21 二 支座沉降次内力 22 第六节 主梁作用效应组合 24 一 主力组合和主力加附加力组合下各控制截面的内力 24 二 各截面在作用效应组合下弯矩包络图 26 三 各截面在作用效应组合下剪力包络图 27 第四章 配筋计算 27 第一节 钢束估算 27 一 估束方法 27 二 预应力筋估算 30 第二节 预应力钢束布置 34 一 布束原则 34 二 钢束的布置 34 第五章 检算 38 第一节 抗裂性检算 38 一 正截面抗裂性检算 38 二 斜截面抗裂性检算 42 第二节 强度检核 45 一 受弯构件正截面强度检算 45 二 受弯构件斜截面承载能力计算 49 第三节 结构的应力检算 50 一 压应力检算 50 二 拉应力检算 52 第四节 挠度验算 53 结论 54 致 谢 55 5 主要参考文献 56 附录 57 1 第一章第一章 绪论绪论 毕业设计目的是为了解预应力混凝土连续梁桥设计的基本过程 掌握预应力混凝 土连续梁桥设计的基本要素 包括桥型的选择 桥跨的布置 桥跨尺寸的选择 结构 受力分析 施工方法的选择等 是对所学知识的综合运用 工程设计及规范的应用实 践 独立完成有关设计计算能力的培养 了解预应力混凝土连续梁桥基本理论与其应 用和发展 掌握本桥式结构基本构造 施工方法及其特点 本次设计的的内容是 48 80 2 48 预应力混凝土连续梁桥 本设计主要内容是 截面尺寸的拟定 内力计算 估算并配置预应力钢束和截面的各项验算 毕业设计不仅仅是对桥梁这一专业的知识应用 计算机的应用能力 外语以及整 个土木工程专业的基础理论都是毕业设计所要涵盖的 当然这些内容已经融入在设计 过程当中 没有相当的理论基础 对计算机没有比较强的应用能力要完成整个设计是不 可能的 在设计的过程中需要不断的请教老师或者查阅各种资料 来弥补自己的不足 因此设计的过程就是各方面能力提高的过程 通过本次毕业设计 使我对预应力混凝土连续梁桥的设计有了基本的掌握 能够 独立进行同类桥的计算分析 2 第二章第二章 结构尺寸拟定结构尺寸拟定 第一节第一节 总体布置总体布置 本设计采用四跨一联预应力混凝土连续梁结构 采用变高度变截面单箱单室截面 采用箱形截面的原因是 首先 箱形截面的整体性好 刚度大 其次 箱梁的顶底板 可提供足够的面积来布置预应力钢束以承受正 负弯矩 另外箱梁抗扭性能强 同时 可提供较大的顶板翼缘悬臂 底板宽度相对较窄 可大幅度减少下部结构的工程量 采用变高度的原因主要是适应连续梁内力变化的需要 跨径布置 大 中跨度连续梁桥一般采用不等跨布置 主跨设计为 80m 边跨一般 为中跨的 0 5 0 8 倍 本设计取 0 6 倍 即边跨的跨径为 48m 全联跨径为 48 80 2 48 256m 为保证全桥的受力合理 该桥的固定支座设在联内第三个桥墩上 第二节第二节 细部尺寸拟定细部尺寸拟定 一 主梁梁高一 主梁梁高 连续梁的支座设计负弯矩一般比跨中设计正弯矩大 为合理承受负弯矩 本设计 加大支座处梁高 在两侧以二次抛物线形式逐渐过渡为等截面 根据 桥梁工程 的 相关内容 进行主梁支点截面和跨中截面的梁高确定 主梁支点处梁高定为 6 2m 跨中 及边跨梁高定为 3 7m 二 截面尺寸二 截面尺寸 顶板和底板 箱形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 顶板 确定箱梁顶板厚度一般考虑两个因素 满足桥面横向弯矩的要求和满足布 置纵横向预应力筋的要求 本设计顶板厚度除梁端附近外均为 40cm 底板 箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶 以适应受压 底板 除需复核使用阶段的受压要求外 在破坏阶段还宜使中和轴保持在底板内 并有适当 富余 一般为墩顶梁高的 1 10 1 12 本设计底板厚度从 40 至 100cm 按抛物线线形变 化 腹板 箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力 在预应力连续梁桥中 弯束对荷 载剪力的抵消使得梁内剪应力和主拉应力较小 在变高度连续梁桥中 截面高度变化也 3 可减少主拉应力 除上述受力因素外 还要考虑预应力钢筋的布置和施工要求 本设计 取腹板厚 50 70cm 按直线变化 梁宽 本设计取箱梁顶宽 7 5 米 底宽 4 5 米 翼缘板悬臂长 1 5 米 箱梁顶面设 置 2 的双面排水坡 本设计全联在端支点 跨中及中支点处共设 5 个横隔板 横隔板设有孔洞 供检 查人员通过 三 各截面细部尺寸三 各截面细部尺寸 根据梁底变化曲线 以及顶板 底板 腹板的变化 得到各截面的细部尺寸见表 2 1 表 2 1 各截面细部尺寸 距边支座 距离 cm 顶板厚 cm 底板厚 cm 腹板厚 cm 梁高 cm 0404050370 120404455387 240405760440 360408065527 4804010070620 680405760440 880404050370 1080405760440 12804010070620 1480405760440 16800404050370 18800405760440 208004010070620 22000408065527 23200405760440 24400404455387 25600404050370 第三节第三节 本桥主要材料本桥主要材料 一 混凝土 一 混凝土 本桥采用 C50 混凝土 根据规范 2 表 3 1 4 和表 3 1 5 规定 26kN m3 轴心抗 4 压强度极限值 fc 33 5Mpa 轴心抗拉强度极限值 fct 3 10Mpa 弹性模量 Ec 3 55 104 Mpa 二 预应力钢绞线 二 预应力钢绞线 采用 1 7 15 2 1860 GB T5224 2003 预应力钢绞线 每根直径为 15 2mm 每 根钢绞线的截面积为 140mm2 预应力钢绞线抗拉强度标准值 根据规范 2 表 3 2 2 3 fpk 1860Mpa 抗拉强度设计值 根据规范 2 表 3 2 4 fp 1260Mpa 弹性模量 根 据规范 2 表 3 2 4 Es 1 95 105Mpa 三 箍筋 三 箍筋 采用 HRB335 级 根据规范 2 表 3 2 3 fS 335Mpa 四 应力管道 四 应力管道 采用钢管波纹管 直径为 100mm 和 90mm 第四节第四节 施工方法施工方法 连续梁的边跨直线段采用膺架现浇施工 0 号节段采用墩旁临时支架现浇施工 合 拢段采用吊架浇筑施工 其余节段采用挂篮悬浇施工 本桥采用混凝土连续梁施工中的悬臂浇注法施工 该方法也称分段浇注施工法 又称无支架平衡伸臂法或挂蓝法 所用主要设备是六台挂蓝 为了安装挂蓝 在墩两 侧线采用托架支撑 浇注 8m 长的零号块 以此节段为起点 通过挂蓝的前移 对称的 向两侧跨中逐段地浇注混凝土 并施加预应力 如此循环作业 一 桥墩与零号块一 桥墩与零号块施工施工 该工程假设桥墩已经建成并且在墩顶预留了用于临时固结墩与零号块梁的钢筋 则首先支好模具 用支架现浇的方法把零号块与桥墩浇注在一起并且张拉零号块预应 力钢筋 待零号块模具拆除后 在其两端各安装一台移动挂蓝 称为零号块挂蓝 二 悬臂施工到最大悬臂状态二 悬臂施工到最大悬臂状态 分别以三台零号块挂蓝为支撑对称浇注悬臂 1 待悬臂 1 达到强度后移动挂蓝至 悬臂 1 端部 对称浇注悬臂 2 并且张拉预应力钢筋 以此类推完成悬臂施工 三 边跨膺架现浇三 边跨膺架现浇 在悬臂施工的同时可以用膺架法现浇边跨等高梁段并且张拉预应力钢筋 此时在 边跨两端分别设置一个活动支座 5 四 边跨合拢四 边跨合拢 待悬臂施工到最大悬臂状态而且边跨膺架现浇段完工后 就可以采用吊架浇注合 拢边跨了 五 中跨跨中合拢五 中跨跨中合拢 最后进行中跨跨中合拢 在此之前进行体系转换 即凿开墩与零号块固结处 切 断钢筋 在一个墩上设置活动支座 另外一个墩上设置固定支座 然后合拢中跨跨中 并张拉预应力钢筋 六 桥面铺装六 桥面铺装 全桥合拢后就可以进行桥面铺装与基本设施的施工了 第三章第三章 预应力混凝土连续梁桥内力计算预应力混凝土连续梁桥内力计算 第一节第一节 计算模型建立计算模型建立 在用 midas 计算结构内力时 需对整桥进行单元的划分 该桥有限单元划分按施 工段分为 80 个单元 81 个节点 但由于全桥以中间 3 号支点对称 所以沿 17 号截面左半部分进行绘图表示 梁桥 的单元划分如图 图 3 1 左边跨单元划分图 6 图 3 2 主梁跨中左半部分单元划分图 表 3 1 控制节点 控制节点位置控制节点位置 11 号支点471L 4 节点 61L 4 节点532L 4 节点 102L 4 节点593L 4 节点 133L 4 节点654 号支点 172 号支点691L 4 支点 231L 4 节点722L 4 支点 292L 4 节点763L 4 支点 353L 4 节点815 号支点 413 号支点 第二节第二节 毛截面几何特性计算毛截面几何特性计算 由于结构对称 故只需计算一半 7 表 3 2 截面几何特性 控制截面 截面面积 m2 截面惯性矩 m4 中性轴至梁顶距离 m 中性轴至梁底距离 m 1 1 号支点 8 13515 25181 56662 1334 6 1L 4 8 13515 25811 56662 1334 10 2L 4 8 711418 67941 72392 2230 13 3L 4 10 764133 41562 24952 5301 17 2 号支点 14 655 72 15993 11953 0805 23 1L 4 10 585327 241242 04042 3963 29 2L 4 8 13515 25131 56662 1334 35 3L 4 10 585327 241242 04042 3963 41 3 号支点 14 655 72 15993 11953 0805 第三节第三节 恒载内力计算恒载内力计算 一 计算方法一 计算方法 恒载内力计算采用 midas 软件提供的有限元方法计算 由于不同的施工方法所计 算出来的恒载内力会不一样 所以计算时考虑施工阶段的划分 全桥施工共划分 6 个 8 施工阶段 具体为 一 桥墩与零号块施工 二 悬臂法施工至最大悬臂状态 共 9 个阶段 三 现浇现浇段 四 边跨合拢 五 中跨合拢 六 桥面铺装 二 控制截面选择二 控制截面选择 计算过程中选择控制截面来概略表示所进行的计算内容和过程 先选定各控制截 面并用表格表示其对应的单元号 表表 3 33 3 控制截面控制截面 控制截面 1 号支点边跨 L 4 边跨 L 2 边跨 3L 4 2 号支点 中跨 L 4 中跨 L 2 截面编号 161013172329 单元编号 161013172329 三 恒载取值三 恒载取值 一 一期恒载 结构自重根据 铁路桥涵设计基本规范 TB1002 1 2005 1 梁体容重初步按配筋率在 3 以内的钢筋混凝土容重 25 0kN 进行计算 3 m 二 二期恒载 单线桥面二期恒载 包括钢轨 扣件 垫板 枕木 道渣 防 水层 保护层 电缆槽 渣墙 人行道栏杆 接触网支架等 按有渣桥面考虑 二期 恒载 q 120kN m 四 各施工阶段的内力计算四 各施工阶段的内力计算 一 结构施工至最大悬臂状态弯矩图 图 3 3 结构施工至最大悬臂状态弯矩图 kN m 二 结构现浇阶段弯矩图 9 图 3 4 结构现浇阶段弯矩图 kN m 三 结构合拢段弯矩图 图 3 5 结构合拢段弯矩图 kN m 四 二期恒载弯矩图 图 3 6 二期荷载引起结构弯矩图 kN m 五 控制截面恒载内力五 控制截面恒载内力 一 一期恒载 表 4 3 一期恒载作用下各控制截面内力值 截 面 位 置 剪 力 值 KN 弯 矩 值 mKN 1 号支点 1187 830 00 边跨 L 41252 65 389 06 边跨 L 23815 63 30491 73 边跨 3L 46922 51 94270 26 2 号支点 11153 50 201298 04 中跨 L 4 4690 48 46726 37 10 中跨 L 2 141 00 450 11 二 二期恒载 表 4 4 二期恒载作用下各控制截面内力值 截 面 位 置剪 力 值 KN 弯 矩 值 mKN 1 号支点 1548 700 00 边跨 L 4 108 709944 37 边跨 L 21330 092608 75 边跨 3L 42762 74 22006 88 2 号支点 4529 19 63902 50 中跨 L 4 2127 252681 28 中跨 L 2 270 8121265 05 第四节第四节 活载内力计算活载内力计算 一 活载动力系数的计算一 活载动力系数的计算 列车竖向活载纵向计算采用中 活载 中 活载标准活载计算图式如下图所示 图 3 7 列车活载的动力系数根据 铁路桥涵设计基本规范 TB1002 1 2005 1 采用公式 3 1 30 6 11 L 式中 4 1 h 2 其中 h 为轨底到梁顶道渣厚度取 h 0 7 L 为桥梁跨度 11 以米计 二 各控制截面在最不利活载作用下的弯矩影响线及加载二 各控制截面在最不利活载作用下的弯矩影响线及加载 图 3 8 边跨 1 4 弯矩影响线 图 3 9 边跨 1 4 产生弯矩最大值最不利布载 图 3 10 边跨 1 4 产生弯矩最小值最不利布载 12 图 3 11 边跨 1 2 弯矩影响线 图 3 12 边跨 1 2 产生弯矩最大值最不利布载 图 3 13 边跨 1 2 产生弯矩最小值最不利布载 图 3 14 边跨 3 4 弯矩影响线 13 图 3 15 边跨 3 4 产生弯矩最大值最不利布载 图 3 16 边跨 3 4 产生弯矩最小值最不利布载 图 3 17 2 号支点弯矩影响线 图 3 18 2 号支点产生弯矩最大最不利布载 14 图 3 19 号支点产生弯矩最小最不利布载 图 3 20 中跨 1 4 弯矩影响线 图 3 21 中跨 1 4 产生弯矩最大值最不利布载 图 3 22 中跨 1 4 产生弯矩最小值最不利布载 图 3 23 中跨 1 2 弯矩影响线 15 图 3 24 中跨 1 2 产生弯矩最大值最不利布载 图 3 25 中跨 1 2 产生弯矩最小值最不利布载 图 3 26 中跨 3 4 弯矩影响线 图 3 27 中跨 3 4 产生弯矩最大最不利布载 16 图 3 28 中跨 3 4 产生弯矩最小最不利布载 三 各控制截面在最不利活载作用下的剪力影响线及加载三 各控制截面在最不利活载作用下的剪力影响线及加载 图 3 29 1 号支点剪力影响线 图 3 30 1 号支点右截面产生剪力最大值最不利荷载布置 图 3 31 1 号支点右截面产生剪力最小值最不利荷载布置 17 图 3 32 边跨 1 2 截面剪力影响线 图 3 33 边跨 1 2 截面产生剪力最大值最不利布载 图 3 34 边跨 1 2 截面产生剪力最小值最不利布载 图 3 35 边跨 3 4 剪力影响线 图 3 36 边跨 3 4 截面产生剪力最大值最不利布载 图 3 37 边跨 3 4 截面产生剪力最小值最不利布载 18 图 3 38 2 号支点左截面剪力影响线 图 3 39 2 号支点左截面产生剪力最大值最不利布载 图 3 40 2 号支点左截面产生剪力最小值最不利布载 图 3 41 中跨 1 4 截面剪力影响线 图 3 42 中跨 1 4 截面产生剪力最大值最不利布载 19 图 3 43 中跨 1 4 截面产生剪力最小值最不利布载 图 3 44 中跨 1 2 剪力影响线 图 3 45 中跨 1 2 产生剪力最大值最不利布载 图 3 46 中跨 1 2 产生剪力最小值最不利布载 四 控制截面的活载内力四 控制截面的活载内力 一 活载作用下各控制截面最大内力值 一 活载作用下各控制截面最大内力值 表 3 5 活载作用下各控制截面内力值 截 面 位 置 剪 力 值 KN 弯 矩 值 mKN 1 号支点1033 630 20 边跨 L 41199 2721003 06 边跨 L 21674 2127044 48 边跨 3L 42466 7320060 61 2 号支点673 0616576 72 中跨 L 4 784 69 14492 18 中跨 L 2 1356 23 30182 57 二 活载作用下各控制截面最小内力值 二 活载作用下各控制截面最小内力值 表 3 6 活载作用下各控制截面内力值 截 面 位 置 剪 力 值 KN 弯 矩 值 mKN 1 号支点 2591 450 边跨 L 4 1546 19 12403 62 边跨 L 2 849 61 24807 23 边跨 3L 4 456 68 37210 84 2 号支点 4173 07 59706 92 中跨 L 4 2501 13 12269 08 中跨 L 2 1162 84 13936 55 三 活载作用下各控制截面弯矩包络图 三 活载作用下各控制截面弯矩包络图 图 3 47 活载作用下结构各控制截面弯矩包络图 KN m 21 四 活载作用下各控制截面剪力包络图 四 活载作用下各控制截面剪力包络图 图 3 48 活载作用下各控制截面剪力包络图 KN 第五节第五节 温度及支座沉降次内力计算温度及支座沉降次内力计算 一 温度次内力计算一 温度次内力计算 考虑日照温差对梁体产生的影响 按顶板整体升温 5 计算 由于顶板设置横坡厚 度变化 偏安全的取最大厚度 0 42m 为顶板厚度进行计算 一 在日照温差下的各控制截面次内力值 一 在日照温差下的各控制截面次内力值 表 3 7 各控制截面整体温度次内力表 截面温度梯度温度 节点 控制截面 剪力 F kN 弯矩 M kN m 1 1 号支点 300 050 00 6 L1 4 300 043600 60 10 2L 4 299 787201 24 13 3L1 4 299 1210801 86 17 2 号支点 91 9414402 48 23 1L 4 91 9812563 70 22 29 2L 4 91 9410724 92 35 3L 4 91 818886 15 41 3 号支点 91 157047 37 二 在日照温差下的各控制截面弯矩图 二 在日照温差下的各控制截面弯矩图 图 3 49 在日照温差下的各控制截面弯矩图 KN m 三 在日照温差下的各控制截面剪力图 三 在日照温差下的各控制截面剪力图 图 3 50 在日照温差下的各控制截面剪力图 KN 二 支座沉降次内力二 支座沉降次内力 由于每个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀变位 连续 梁是一种超静定结构 对支座的不均匀沉降特别敏感 所以由它引起的内力是构成内 力的重要组成部分 支座不均匀沉降查均以 1cm 计 所得到的内力进行叠加 取最不利 的内力范围 23 一 在支座沉降下的各控制截面次内力值 一 在支座沉降下的各控制截面次内力值 表表 3 3 8 8 基础沉降次内力组合表基础沉降次内力组合表 节点 控制截面 Fmax kN Fmin kN Mmax kN m Mmin kN m 1 1 号支点 309 38 309 380 000 00 6 1L 4 309 38 309 383712 58 3712 58 10 2L 4 309 10 309 107425 15 7425 15 13 3L 4 308 43 308 4311137 73 11137 73 17 2 号支点 365 93 365 9314850 31 14850 31 23 1L 4 365 59 365 597531 77 7531 77 29 2L 4 365 93 365 933955 81 3955 81 35 3L 4 365 40 365 407105 31 7105 31 41 3 号支点 365 12 365 1214423 85 14423 85 二 在支座沉降下的各控制截面弯矩图 二 在支座沉降下的各控制截面弯矩图 图 3 51 支座沉降引起的内力 弯矩图 KN m 24 三 在支座沉降下的各控制截面剪力图 三 在支座沉降下的各控制截面剪力图 图 3 52 支座沉降引起的内力 剪力图 kN 第六节第六节 主梁作用效应组合主梁作用效应组合 一 主力组合一 主力组合和主力加附加力组合下各控制截面的内力和主力加附加力组合下各控制截面的内力 表 3 9 主梁作用效应组合表 控制截面 主力组合 恒 载 活载 主力组合 恒 载 活载 支座 沉降 主力 附加力 恒载 活载 温度 主力 附加力 恒 载 活载 支座沉 降 温度 Fmax KN 1677 82 1368 44 1977 87 1668 49 Fmin KN 5484 15 5793 53 5784 20 6093 58 Mmax kN m 0 000 00 0 000 00 1 Mmin kN m 0 000 00 0 000 00 Fmax KN 2376 602685 98 2076 552385 93 25 Fmin KN 506 13 815 51 806 18 1115 57 Mmax kN m 31927 8135640 39 35528 4339241 01 6 Mmin kN m 3149 19 6861 77 451 43 3261 15 Fmax KN 6877 047186 14 6577 266886 36 Fmin KN 4226 973917 87 3927 193618 09 Mmax kN m 1152 308577 45 8353 5415778 69 10 Mmin kN m 53291 99 60717 15 46090 76 53515 91 Fmax KN 8557 1412557 21 11949 0612258 09 Fmin KN 9179 208870 77 8880 088571 65 Mmax kN m 23145 19 83117 89 83453 76 72316 03 13 Mmin kN m 154390 65 165528 38 143588 79 154726 52 Fmax KN 14954 66 14588 73 14862 72 14496 79 26 Fmin KN 20039 88 20405 81 19947 94 20313 87 Mmax kN m 246517 82 231667 51 232115 35 217265 04 17 Mmin kN m 326615 65 341465 96 312213 17 327063 48 Fmax KN 5972 51 5606 92 5880 65 5515 06 Fmin KN 9422 62 9788 21 9330 77 9696 36 Mmax kN m 27977 41 20455 54 15413 71 7881 94 23 Mmin kN m 56076 74 63608 51 43513 04 51044 81 Fmax KN 1575 16 1941 09 1667 10 2033 03 Fmin KN 1069 86 1435 78 977 92 1343 85 Mmax kN m 52931 2556887 06 63656 1767611 98 29 Mmin kN m 6606 172650 36 17331 1013375 29 35 Fmax KN 9422 639788 03 9514 449879 84 27 Fmin KN 6349 365983 96 6441 166075 76 Mmax kN m 29065 25 21959 94 20179 10 13073 79 Mmin kN m 72802 62 79907 93 63916 47 71021 78 Fmax KN 15443 08 15077 96 15534 23 15169 11 Fmin KN 19847 39 20212 50 19938 54 20303 24 Mmax kN m 256586 75 242162 90 249539 38 235115 53 41 Mmin kN m 340913 74 355337 59 333866 37 348290 22 二 各截面在作用效应组合下弯矩包络图二 各截面在作用效应组合下弯矩包络图 图 3 53 弯矩包络图 kN m 28 三 各截面在作用效应组合下剪力包络图三 各截面在作用效应组合下剪力包络图 图 3 54 剪力包络图 KN 第四章第四章 配筋计算配筋计算 第一节第一节 钢束估算钢束估算 一 估束方法一 估束方法 全预应力混凝土连续梁在预加力和荷载的共同作用下应力状态应满足的基本条件 是 截面的上 下翼缘均不产生拉应力 且上 下翼缘的混凝土均不被压碎 一 上下缘布筋截面 一 上下缘布筋截面 当主梁截面既要受正弯矩又要受负弯矩时 需要在梁上 下部都配置预应力束筋 1 当截面承受正弯矩 Mmax时 c max f W M W eN A N W eN A N 上上 上上上 上 上上上 上 4 1 4 2 max 0 NN eNN eM AWAwW 下下下上上上 下 下下下 2 当截面承受负弯矩时 min M 29 0 上上 上上上 上 上上上 上 W M W eN A N W eN A N min 4 3 c min f W M W eN A N W eN A N 上上 上上上 上 上上上 上 4 4 在大量的设计工作与计算分析中 主梁就强度而言 在使用阶段主要是进行抗裂 性验算 压应力一般不控制设计 又根据 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构 设计规 TB 10002 3 2005 2 6 3 11 条规定 运营荷载作用下 正截面混凝土受拉区 应力对不允许出现拉应力的构件应有 因而根据式 4 1 与式 4 4 可求出预应力0 ct 束筋最小根数 n上 n下 yy maxmin Af ee KK eK M eK M n 上上上上 上上上上 上 4 5 yy minmax Af ee KK eK M eK M n 上上上上 上上上上 上 4 6 在配置各截面的束筋时 受客观条件的影响不可能完全按计算值配置 有时配置 较多 但不可超过一定值 由式 4 2 与式 4 3 可求出容许最大配束数 yy cminmax Af ee KK f WW e e K M eK M n 上上上上 上上上上上上上 上 4 7 yy cmaxmin Af ee KK f WW e eK M eK M n 上上上上 上上上上上上上 上 4 8 二 下缘布筋截面 二 下缘布筋截面 当截面只承受正弯矩时 需要在下缘布置预应力束筋 1 当截面承受最大正弯矩 Mmax时考虑下缘的抗裂性 0 W M W eN A N max 上上 上上上 上 4 9 2 当截面承受最小正弯矩时考虑上缘的抗裂性 min M 30 0 W M W eN A N min 上上 上上上 上 4 10 根据以上两式可得 yy max Af eK M n 上上 上 4 11 yy min Af n 下下 下 Ke M 4 12 三 上缘布筋截面 三 上缘布筋截面 当截面只承受负弯矩时 需要在上缘布置预应力束筋 1 当截面承受最大负弯矩 Mmin时考虑上缘的抗裂性 0 上上 上上上 上 W M W eN A N min 4 13 2 当截面承受最小负弯矩 Mmax时考虑下缘的抗裂性 0 W M W eN A N max 上上 上上上 上 4 14 根据以上两式可得 yy min Af eK M n 上上 上 4 15 yy max Af Ke M n 上上 上 上上 Ke 4 16 式中 单根束筋预应力面积 y A 束筋有效预应力 y f 混凝土容许承压应力 c f 束筋对截面形心轴的偏心距 e上e下 截面承受的正 负弯矩 或最大弯矩与最小弯矩 max M min M 截面上 下边缘的抗弯模量 w上w下 31 截面上 下核心距 K上K下 二 预应力筋估算二 预应力筋估算 一 钢束特性值的选取 一 钢束特性值的选取 主梁纵向预应力钢束采用钢绞线 采用 19 根一束 每束钢绞线面积 2 15 j 采用 7 根一束 每束钢绞线面积抗拉强度标准值 2 2660 mmAy 2 980 mmAy 张拉控制应力取 预应力损失按张拉控制应力的 20 估MPafpk1860 pkpk f75 0 算 二 内力组合的选取 二 内力组合的选取 对于连续梁桥体系 在初步计算预应力钢束数量时 必须考虑各项次内力的影响 然而 一些次内力的计算恰好与预应力钢束的数量和布置有关 因此 在初步估算预 应力时 只能以预估值来考虑 本设计取用主力组合弯矩值包络图作为控制值 三 估束计算 三 估束计算 1 1 在上下缘均布筋截面 在上下缘均布筋截面 以边支座 1 4 跨截面为例进行计算 按正常使用状态计算有 I 15 2581m4 A 8 135m2 y下 2 1334m y上 1 5666m W上 7 1490m3 W下 9 7356m3 K上 0 8788 上 y I 下 y I K下 1 1967m Mmax 39241 01 kN m Mmin 6861 77 kN m e下 2 0134m e上 1 4466m 由式 4 5 有 yy maxmin Af ee KK eK M eK M n 上上上上 上上上上 上 32 116000000266 0 0134 2 4466 1 1967 1 8788 0 0134 2 8788 0 77 68611967 1 0134 2 01 39241 4 7 束 由式 4 6 有 yy minmax Af ee KK eK M eK M n 上上上上 上上上上 上 116000000098 0 0134 24466 1 1967 1 8788 0 4466 1 8788 0 77 68614466 1 1967 1 39241 01 12 23 束 上翼缘取 6 束 下翼缘取 20 束 2 仅在上缘布置预应力钢束 仅在上缘布置预应力钢束 取支点截面 17 号截面为例进行计算 按正常使用状态计算有 I 72 1599m4 A 14 655m2 y下 3 0805m y上 3 1195m W上 23 4247m3 W下 23 1318m3 K上 1 5984 e上 3 0m 上 y I 下 y I K下 1 5784m Mmax 217265 04 kN m Mmin 341465 96 kN m 由式 5 15 有 yy min Af eK M n 上上 上 5784 1 3116000000266 0 96 3414651 24 17 束 由式 4 16 有 yy max Af Ke M n 上上 上 0 35784 1 116000000266 0 04 217265 49 24 束 33 上缘取 40 束 3 3 仅在下缘配置预应力钢筋 仅在下缘配置预应力钢筋 以 29 号跨中截面为例进行计算 I 15 2581m4 A 8 135m2 y下 2 1334m y上 1 5666m W上 7 1490m3 W下 9 7356m3 K上 0 8788 上 y I 下 y I K下 1 1967m Mmax 67611 98 kN m Mmin 2650 36 kN m e下 2 0134m e上 1 4466m 由 4 11 有 yy max Af eK M n 上上 上 116000000266 0 1 1967 1 0134 2 36 2650 1 05 束 由 4 12 有 yy min Af n 下下 下 Ke M 116000000266 0 1 1967 1 0134 2 98 67611 40 束 下缘取 20 束 6 610 1013 1317 1723 2329 29 弯矩 Mmax k N m 39241 0115778 69 23145 19 217265 04 7881 9467611 98 34 表 4 1 各截面配筋束表 弯矩 Mmin k N m 6861 77 60717 15 165528 38 341465 96 56076 742650 36 全截 面 A m2 8 13508 711410 764114 65510 58538 1350 y上 m 1 56661 72392 24953 11952 04041 5666 形心 轴位 置 y下 m 2 13342 2232 53013 08052 39632 1334 惯性 矩 I m3 15 251818 679433 415672 159927 2412415 2513 K上 m 0 87880 96451 22691 59841 07390 8787 核心 距K下 m 1 19671 24381 38001 57841 26121 1967 W上 m3 7 14908 402713 207223 424711 36807 1488 截面 抗拒W下 m3 9 735610 835514 354623 131813 35099 7352 e上 m 1 44661 52392 04953 01 84041 3666 钢束 偏心 距 e下 m 2 01342 0232 330102 19631 9334 有效 预应 力 1 103 fpd116011601160116011601160 一束 钢筋 面积 A m2 0 000980 000980 002660 002660 002660 00266 上缘 6162240260所需 钢筋 下缘 20820220 35 第二节第二节 预应力钢束布置预应力钢束布置 一 布束原则一 布束原则 一 纵向预应力钢束为结构主要受力钢筋 为了设计和施工的方便 进行对称布 置 锚头布置尽量靠近压应力区 二 钢束在横断面布置时 直竖应靠近顶板位置 弯束位于或靠近腹板 便于弯 曲和锚固 三 根据文献 2 规定 1 6 5 2 预应力钢束或管道间的净距应按下列规定变化 对于采用钢丝束及预 应力混凝土的后张法结构 钢丝束及预应力混凝土用螺纹钢筋布置在梁体内时 其管 道间净间距 当管道直径 55mm 时 不应小于 40 mm 反之 不应小于管道外径 2 6 5 3 中规定预应力钢筋或管道表面与结构之间保护层厚度 在结构顶面或侧 面不小于 1 倍管道直径 并不小于 50mm 在结构地面不小于 60 mm 3 6 5 6 中规定 在后张法构件中 除在端部锚下设置厚度不小于 16mm 的钢垫 板外 并应在锚下设置分布钢筋网或螺旋筋 4 6 5 7 中规定 在后张法结构中的预应力钢筋布置成曲线时 其曲率半径应符 合 钢丝束 钢绞线束的钢筋直径等于或小于 5mm 时 不宜小于 4m 钢筋直径大于 5mm 时 不宜小于 6m 5 6 5 8 中规定钢丝束在构件长度范围内截断时 其锚头无论采用埋入式或外露 式 应布置在外荷载作用下构件截面的受压区域 如果布置在外荷载作用下的受拉区域 则位于同一截面上的埋入式锚头 其所占的总截面面积不应超过构件受拉翼缘原有截 面面积的 1 3 6 6 5 9 当钢丝束在腹板平面以外形成曲线形时 宜设置隔板和肋板 7 6 5 10 在后张法构件中 用管道形成器形成的管道直径或铁皮套管内径 应比钢丝束直径至少大 10mm 8 6 5 22 连续梁锯齿板锚固区及预应力钢筋弯折处应设置与顶 底板或腹板 牢固连接的加强钢筋 二 钢束的布置二 钢束的布置 根据前面的各截面钢束配置表 边跨下缘钢束均采用 7 根一束 支座截面 跨中 均采用 19 根一束 先选取边跨 1 4 截面 边支座截面 跨中截面画出钢束布置图 见 图 36 图 4 1 左边跨 1 4 截面钢束配筋图 mm BD1BD2BD3BD4BD6BD5BD4BD3BD2BD1BD2BD3BD4BD6BD5BD4BD3BD1BD1BD1 37 T0 T1 T2 T3 T4 T5T6 T7 T5 T4 T3 T2T1 T0 T0 T1T2 T3 T4T5 T7 T6T5 T4T3 T2T1 T0 F3 F6 F2 F5 F1 F4 F3F6 F2F5 F1F4 图 4 2 左边支座第 17 号截面钢束配筋图 mm 38 D 3D 1 D 6D 7 D 5 D 4D 3 D 2D 1 D 8 D 8 D 1 D 2 D 3D 4D 5 D 7 D 1 D 3 图 4 3 跨中第 29 号截面钢束配筋图 mm 39 第五章第五章 检算检算 第一节第一节 抗裂性检算抗裂性检算 一一 正截面抗裂性检算正截面抗裂性检算 对不容许出现拉应力的构件 其抗裂性应按下列公式计算 对于受弯 大偏心受拉或大偏心受压构件 式 f K c ct f 5 1 式 0 0 W