桥梁工程钢筋混凝土框架结构毕业设计.docx

华东交通大学毕业设计（论文）桥梁工程钢筋混凝土框架结构毕业设计目录第1章 桥梁方案比选41.1桥梁设计工程资料41.1.3 水文及工程地质41.2 桥梁方案拟定51.2.1 方案一：简支转连续分离式箱梁桥51.2.2 方案二：连续梁桥81.3 桥型方案综合比选111.3.1 拟定方案比较111.3.2 选定桥梁细部尺寸拟定11第2章 MIDAS建模152.1特性值152.1.1定义材料：152.1.2时间依存材料（收缩徐变）162.1.4截面172.1.5修改单元的材料依存特性（修改截面计算厚度）182.2 结构192.2.1节点192.2.1单元192.3 边界条件202.3.1支撑202.4 静力荷载212.3.1 自重212.3.2 二期212.3.3预应力222.3.4 温度232.4 张拉钢束232.4.1钢束特性值232.4.2 钢束形状242.5 移动荷载分析242.5.1移动荷载规范242.5.2 车道252.5.3车辆252.5.4移动荷载工况262.6支座沉降分析272.6.1支座沉降组272.6.2支座沉降荷载工况282.7施工阶段292.7.1 施工阶段数据分析29第3章桥面板计算303.1 自由悬臂板303.1.1 永久作用303.1.2 可变作用313.1.3 荷载内力组合323.2 连续单向板323.2.1 永久作用效应323.2.2 可变作用效应343.2.3 可变作用效应组合363.3 截面配筋设计以及承载能力验算373.3.1 悬臂板支点截面配筋设计373.3.2 连续板跨中截面配筋设计38第4章MIDAS参数计算394.1 车道荷载计算394.2 人群荷载标准值计算394.3 二期恒载计算394.4 施工方法：40第5章内里组合405.1 作用分类405.2 承载能力极限状态设计组合415.2.1 基本组合415.2.2 输出基本组合内力图425.2.3 偶然组合425.3 正常使用极限状态设计组合425.3.1 作用短期效应组合425.3.2 输出短期效应组合图形435.3.3 作用长期效应组合435.3.4 输出长期效应组合图形44第6章钢束计算446.1跨中截面预应力钢束估算446.2 钢束配束原则456.3 预应力钢束参数计算45第7章 截面验算477.1. 设计规范477.2. 设计资料477.3. 主要材料指标477.3.1. 混凝土477.3.2. 预应力钢筋477.3.3. 普通钢筋477.4. 模型简介487.4.6. 成桥阶段487.5. 荷载组合说明487.5.1. 荷载工况说明487.5.2. 荷载组合说明497.6. 验算结果表格517.6.1. 施工阶段法向压应力验算517.6.2. 使用阶段正截面抗裂验算567.6.3. 使用阶段斜截面抗裂验算637.6.4. 使用阶段正截面压应力验算667.6.5. 使用阶段斜截面主压应力验算697.6.6. 使用阶段正截面抗弯验算727.6.7. 使用阶段抗扭验算74第1章 桥梁方案比选1.1桥梁设计工程资料1.1.1 方案比选原则 在桥梁方案比选中要注意以下四项主要指标：安全、功能、经济与美观，其中安全与经济最为重要。过去对桥下功能不重视，现在由于航运事业发展需要十分重视桥下通航净 空。随着经济发展和对社会环 的协调统一要求，桥梁美观也逐步被重视。 1.1.2 设计资料 道路等级：公路I 级。 设计车速：一级公路100km/h 。 设计荷载： 汽车荷载，人群3.5KN/m 。 通航等级：无通航要求。 桥面横向布置：公路I 级：桥面宽16.4 米：0.25m （防撞栏）+ 0.5m(人行道)+ 2*3.75m （快速车道）+2.5m（应急车道）+ 0.5m(人行道)+0.25（防撞栏）（三车道） 桥面铺装层：上层为10cm 厚沥青混凝土桥面铺装防水层，下层为8cm 厚 C50 桥面现浇层。 桥轴平面线型：直线。 温度影响：考虑竖向梯度温度效应；年平均温度变化 16 。 地震烈度区为度区，地震动峰值加速度为0.05g 。 1.1.3 水文及工程地质 承台底面中心高出最大冲刷线的距离为1.2m，基岩埋置在最大冲刷线以下30 m，基岩的天然湿度极限抗压强度为 10000Kpa ；基岩以上为砾粘土，比例系数m =30000kN / m4 ；桩身与土的极限摩阻力为50kPa ；清底系数0.75 ；竖向容许承载力S0 为400kPa ；考虑桩入土深度影响的修正系数 0.75 ；土的内摩擦角30 ；深度修正系数K 2 =2.5 ；土的浮容重 9 kN / m3。1.2 桥梁方案拟定1.2.1 方案一：简支转连续分离式箱梁桥 简支转连续梁桥型集合了简支梁桥和连续梁桥的优点。采用装配式简支梁桥具有建桥速度快、工期短、模板支架少的优点，而且每跨简支梁制造简单整体性较好、接头方便。 采用等高梁截面使得桥线优美，而且转为连续梁桥后可以避免跨中混凝土开裂导致材料无 法充分利用。因此连续梁桥不仅充分发挥了高强材料特性而且提高了混凝土抗裂性， 使 结构轻型化。对于长桥选用顶推施工或简支转连续施工的桥梁多采用等跨布置，这样结构 简单统一模式，使得桥梁立面协调一致又减少构建及模板规格。此类+桥梁一般采用等跨径， 以4060m 为宜，这样可以使主梁构造简单施工快捷。 综上所述本桥设计采用4X 30 m 简支转连续梁桥。施工方法为先简支后连续。先预制箱梁，待主梁架设完毕后，连续钢束纵向由边跨向中间合拢，横向由两边向中间合拢；支座强迫位移：公路I 级：中支座可能下沉5mm 。 方案一桥型总体布置图见4X30m 先简支后连续箱梁桥总体布置图、4X30m 先简支后连续箱梁桥断面图 1.2.2 方案二：连续梁桥 预应力混凝土连续梁桥适合修建跨径30m200m 的中等跨径和大跨径的桥梁，其跨径的选用与施工方法密切相关。根据经验预应力混凝土连续梁桥经济跨径是100m240m 。中跨连续梁桥一般采用不等跨布置，边跨一般为中跨的0.650.7 倍。当边跨采用中跨0.5 倍或者更小时，在桥台上需设置拉力支座或压重。两种跨度的的多跨连续梁桥相衔接时宜设置过渡跨，过渡跨的跨径一般为相邻跨径的平均值。当受到桥址地形、河床断面形式、通航净空及地质条件限制，需要修建一两个大跨而总桥不需要太长时，往往用多孔小边跨与较大的中跨相配合，跨径从中间向两边递减。当大小跨径相差悬殊时应根据具体条件设置拉力墩或压重孔。 等高截面与变高截面连续梁桥：连续梁桥的支座设计负弯矩一般比跨中大，采用变高形式比较合理，主跨接近或者大于80m 时，一般采用变高截面，高度变化基本与内力变化相适应。梁底曲线可采用折线、抛物线、圆曲线和正玄曲线，用的比较多的是二次抛物线。支点梁高Hs取最大跨径Lm的 1/201/ 15，变高连续梁桥跨中高Hc与最大跨径Lm的相关性不明显，一般按构造要求选择。 大中跨径可选用跨中梁高2m4.5m ，中小跨径为1m3m ，也可按H c 1/ 50 1/ 30Lm 选用跨中梁高。变高连续梁桥通常采用悬臂使用，使用阶段内力分布与运营阶段内力基本相似，但施工比较复杂。由于跨中梁高较小，可以有效的利用桥下通航（车）净空。 箱梁横截面形式：根据经验单箱单室截面B : A : B 1: (2.5 3.0) :1，如图1-1 所示。 A:B:A=1：2.53.0：1图1-1 箱梁示意图 综上可得，根据给定设计资料，初步拟定为三跨连续梁桥35+50+35，桥梁为单箱单室截面，跨中梁高Hc = 1.2m，桥墩处梁高Hs =3m，梁底曲线采用二次抛物线。箱梁细部尺 拟定：箱梁根部底板厚度为墩顶梁高的1/ 121/ 10，箱梁跨中底板厚度按构造要求拟定。配有预应力钢筋时厚度可取20m25m ，箱梁顶板厚度首先要满足布置纵向预应力筋要求，此时取30cm 。腹板厚度选定主要取决于布置预应力筋和浇筑混凝土必要的间隙等构造要求。一般情况下按以下原则选用：腹板为无预应力筋时可以取20cm，腹板有预应力筋时可以用 25cm30cm，腹板内有预应力固定锚时可采用 35cm，墩顶或靠近墩顶 箱梁根部腹板需要加厚到30cm60cm 甚至可以到100cm，支点横隔板厚度取40cm60cm 。 方案二桥型总体布置图见35m+50m+35m 连续箱梁桥总体布置图、35m+50m+35m 连续箱梁桥主梁横断面图。 桥梁立面图 桥梁平面图跨中断面图 端部断面图1.3 桥型方案综合比选 1.3.1 拟定方案比较桥型方案受力图主要优点主要缺点35m+50m+35m单箱室连续箱梁桥技术先进，采用变截面布置，适合悬臂法施工，施工阶段和运营阶段桥梁内力图基本一致，采用变截面结构外形美观，可节省材料并增大桥下净空。采用悬臂施工时存在墩梁临时固结和体系转换的工序，施工比较复杂，此外主墩需要设置大型橡胶支座，存在氧化更换比较麻烦，施工周期比较长。4*30m简支转连续箱型梁桥桥梁构造形式和尺寸趋于标准化，有利于大规模工业化制造，可充分采用自动化机械化施工节省劳动力，提高劳动生产效率和工程质量，施工不受季节影响同时能节省大量的支架模板，避免了多跨简支桥中伸缩缝过多增加了行车舒适度横向整体性较差综合比较各方面优缺点根据施工特点和技术要求综合考虑认为4x30m简支转连续箱梁桥方案相对经济合理，所以采用4x30m 预应力分离式先简支后连续箱梁桥。1.3.2 选定桥梁细部尺寸拟定截面型式及梁高采用等截面箱梁截面梁高才用1.60m，高跨比为25。选用箱形截面主要是出于其突出的受力和构造特点。横截面尺寸每幅桥面宽为16.4m。由于采用简支转连续的施工方法，主梁先预制运输、吊装就位，因此横截面布置时应考虑到施工中的吊运能力，将每幅桥做成五个单箱单室的组合截面。其中，预支中梁顶板宽220cm，底板宽100cm；预制边梁顶板宽260cm，底板宽100cm；预支主梁采用155cm 的湿接缝，从而减少主梁的吊运质量。边、中梁均采用斜腹板，以减轻主梁自重。为了满足顶板负弯矩钢束、普通钢筋的布置以及轮载的局部作用，箱梁顶板取等厚度14cm。同时为了防止应力集中和便于脱模，在腹板与顶板交界处设置40cmx10cm 的承托。主梁横断面构造如图1-2 所示。图 1-2 主梁横断面示意图（单位mm）箱梁尺寸的拟定简支转连续施工的连续梁桥中正弯矩较大，因此底板不宜过厚；同时支点处存在负弯矩，需要底板要有一定的厚度来提供受压面积。从而将底板厚底在跨内大部分区域设为15cm，仅在支点处加厚为25cm，且底板时逐渐加厚到25cm，这样的构造处理同时为锚固底板预应力提供了空间。箱梁底板厚底变化如图1-3 所示。第2章 MIDAS建模该过程是将四垮桥的运营状态进行有限元分析，由于本桥为简支转连续桥梁且为桥面连续，所以四跨计算相同，又本桥由三片梁组成，现选取一跨边梁进行计算建模，下面介绍了本人在对模型模拟的主要步骤. （为便捷起见，叙述建模过程中，如操作相同则只插入一幅图说明。如：定义截面的过程中，若定义n个截面，则只插入导入其中一个截面的截图。）2.1特性值2.1.1定义材料：操作：模型-截面和材料特性-材料-添加本桥为钢筋混凝土预应力桥，材料定义C50混凝土和1860钢绞线即可，如图2.1.2时间依存材料（收缩徐变）操作：模型-截面和材料特性-时间依存材料（收缩徐变）2.1.3时间依存性材料链接操作：模型-截面和材料特性-时间依存性材料链接2.1.4截面本桥为等截面箱型梁桥，截面只有跨中截面、支点截面、支点到跨中变截面和跨中到支点变截面。操作：模型-截面和材料特性-添加等截面图变截面图2.1.5修改单元的材料依存特性（修改截面计算厚度）操作：模型-截面和材料特性-修改单元的材料依存特性2.2 结构2.2.1节点建立节点操作：模型-节点-建立节点2.2.1单元扩展单元操作：模型-单元-扩展2.3 边界条件2.3.1支撑操作：模型-边界条件-一般支撑2.4 静力荷载2.3.1 自重操作：荷载-自重2.3.2 二期操作：荷载-梁单元荷载2.3.3预应力操作：荷载-预应力荷载-钢束预应力荷载2.3.4 温度操作：荷载-温度荷载-系统温度2.4 张拉钢束2.4.1钢束特性值操作：荷载-预应力荷载-钢束特性值2.4.2 钢束形状操作：荷载-预应力荷载-钢束布置形状2.5 移动荷载分析2.5.1移动荷载规范操作：荷载-移动荷载分析数据-移动荷载规范2.5.2 车道操作：荷载-移动荷载分析数据-车道2.5.3车辆操作：荷载-移动荷载分析数据-车辆2.5.4移动荷载工况操作：荷载-移动荷载分析数据-移动荷载工况2.6支座沉降分析2.6.1支座沉降组操作：荷载-支座沉降分析数据-支座沉降组2.6.2支座沉降荷载工况操作：荷载-支座沉降分析数据-支座沉降荷载工况2.7施工阶段2.7.1 施工阶段数据分析操作：荷载-施工阶段数据分析-定义施工阶段第3章桥面板计算行车道板直接承受车辆轮压荷载，在构造上，该行车道板与主梁梁肋和横隔梁连接在一起，既保证了主梁的整体作用，又将车辆荷载传递给主梁。由于桥梁桥面板的长边与短边比 / 2 a b l l ，所以桥面板为单向板。3.1 自由悬臂板由于行车道板两端设置人行道和防撞护栏，由此可得在自由悬臂端只有防撞护栏和人群荷载作用，此处取纵向（顺桥向）1m 桥面板宽进行计算。其横断面示意图见图3-1。图 3-1 横断面示意图（单位mm）3.1.1 永久作用（1） 主梁架设完成时永久作用，如图3-2 所示。箱梁翼板自重： KN/m悬臂根部一期永久作用效:KNmKN（2） 成桥桥面现浇80mm 厚C50 混凝土，安装防撞护栏（防撞护栏作为集中力P=9KN）现浇 80mm 厚 C50 混凝土KN/mKNmKN永久作用效应： KNm KN3.1.2 可变作用左边梁悬臂板端只有人群作用如图3-3所示Mr=-0.53.50.50.525=-0.46KNmVr=3.50.45=1.58KNg=3.5KN/m图3-3 截面受力示意图（单位mm）3.1.3 荷载内力组合（1） 承载能力极限状态组合:Md=1.1(1.2Mg+1.40.8Mr)=-1.1(1.210.31+1.40.80.46)=-14.18KNmVd=Vg+V2=13.89+1.58=15.47KN(2)正常使用状态组合：短期：Msd=Mg+1.0Mr=-10.31-0.46=-10.77KNmVsd=Vg+1.0Vr=15.47KN长期：Mcd= Mg+1.0Mr=-10.31-0.40.46=-10.49 KNmVcd= Vg+0.4V2=13.89+1.580.4=14.5KN两种作用效应最大值：Md=-14.18KNmVd=15.47KN3.2 连续单向板3.2.1 永久作用效应（1） 主梁架设完毕时，内边梁的翼板有自重作用。其根部一期永久作用效如图3-4. 图3-4 作用示意图（单位mm） g1=0.2426=6.24KN/mg2=0.1426=3.64KN/mMg1=-0.5g2l2+0.5(g1+g2) 0.2(1/30.2+0.075) =-0.53.640.1(0.2+0.275)+0.5(6.24+3.64) 0.2(0.2/3+0.075) =-0.199KN/mVg=3.640.3+0.5(6.24-3.64) 0.2=1.352KN（2） 成桥后各箱梁间用湿接成整体，再铺装80mm 的C50 混凝土和100mm 沥青混凝土的桥面铺装。先计算简支板的跨中弯矩和支点剪力、弯矩。成桥后将其简化成等跨简支桥，在相同作用下跨中弯矩M0 再乘以相应修正系数得到支点跨中截面设计弯矩。由于t / h =180 /1420 1/ 4，即梁抗扭能力比较大，跨中弯矩 Mo = 0.5M中，支点弯矩M支=-0.7Mo简化为相同跨径的简支板时，计算跨径l=2.45m计算剪力时计算跨径l=2.15m。现浇部分板自重：g2=0.1426=3.64KN/m,二期永久作用（80mm 的 C50 混凝土和 100mm沥青混凝土）其内力计算如图3-5 所示弯矩影响线 剪力影响线 (3)二期恒载g4=0.0826+0.124=4.48KN/m计算得到的简支板跨中二期永久作用效应弯矩及支点二期永久作用效应剪力。跨中弯矩Mg2=(0.25+0.6125) 0.7253.92+0.52.454.480.6125=5.83KNm支点剪力Vg2=0. 53.911.0+2.154.480.5 =6.776KN永久作用效应支点弯矩：Msg=-0.199-0.75.83=-4.28KNm支点剪力：Vsg=1.352+6.776=8.128KN跨中弯矩：Mcg=0.55.83=2.915KNm3.2.2 可变作用效应根据桥规桥梁结构局部加载时，汽车荷载采用车辆荷载。作用在桥面上的车轮荷载，与桥面的接触面近似于椭圆，为了便于计算，通常将该接触面看做a2b2的矩形（ a2 沿行车方向车轮的着地长度；b2 垂直于行车方向的车轮着地宽度）根据规范可得a2 =0.2m， b2 =0.6m。车轮荷载在桥面铺装层中呈45角扩散到行车道板上，则作用于行车道板的矩形荷载压力面的边长。行车道方向：a1= a2+2H=0.2+20.17=0.54垂直于行车方向：b1= b2+2H=0.94m板的有效工作宽度根据公路桥涵设计通用规范中在大量的理论研究基础上单向板荷载有效分布宽度有一下规定：车轮在板的跨中时,垂直于板跨径方向荷载有效分布宽度a=a2+2H+l3=0.2+20.17+2.453=1.36ma=1.3623=1.633 取a=1.633m两后轮的间距为1.4m，故有效工作宽度重叠（2） 车轮在板的支承处a=a1+tl3a=0.2+20.17+0.17=0.71l3=0.717故取 a=0.717（3） 荷载靠近板的支承处ax=a+2x=0.717+2x其梁式单向板有效分布宽度如图3-6 所示Vsp=1+(A1y1+A2y1+A1y3) A1=0.5q-q0.5a-a=p8aab(a-a) A2=pb2ab=p2a=14021.633=42.866KN A3=pb2ab0.348=14020.941.6330.348 =15.87KNy1=2.15-0.47332.15=0.927y2=2.15-0.482.15=0.777 y3=0.34822.15=0.081Vsp=1.313.3410.927+42.8660.777+15.870.081=61.047KN（4） 综上所述，可得到连续板可变作用效应支点弯矩：Msp=-0.727.584=-19.309KNm 支点剪力： Vsp=61.047KN跨中弯矩：Mcp=0.527.584=13.792KNm3.2.3 可变作用效应组合（1）承载能力极限状态下支点截面：Md=1.11.2Msg+1.4Msp =1.1(-1.24.28-1.419.309) =-35.385KNmVd=1.1(1.2Vsg+1.4Vsp)=1.11.28.128+1.461.04=104.741KN跨中截面：Md=1.11.2Mcg+1.4Mcp =1.11.22.915+1.413.792=25.087KN（2） 正常使用极限状态下作用短期效应:支点截面：Msd=Msg+0.7Msp=-4.28+0.719.309 =-17.796KNm Vsd=Vsg+0.7Vsp=8.128+0.761.047 =50.861KN跨中截面：Msp=Msg+0.7Msp=2.915+0.713.792 =11.849KNm作用长期效应：支点截面：Msd=Mcg+0.4Mcp=-4.28-0.419.309 =-12.004KNmVsd=Vcg+0.4Vcp=8.128+0.461.047 =32.547KN跨中截面： Msp=Mcg+0.4Mcp=2.915+0.413.792 =8.432KNm（4） 综上取两种组合最大值支点截面：Md=-35.385KNm Vd=104.741KN跨中截面： Md=25.087KNm 3.3 截面配筋设计以及承载能力验算3.3.1 悬臂板支点截面配筋设计悬臂板及连续板支点采用相同的抗弯钢筋，故只需按其中最不利荷载效应配筋。根据计算取悬臂板和连续板支点处弯矩最大值进行配筋设计M d = -35.385KN m ，根据构造支点顶板厚度h=0.24m，净保护层厚度a=0.03m。若选用HRB335直径为12mm 钢筋。其强度标准设计值 f sk = 335 MPa，抗拉强度设计值 fsd = 280 MP，抗压强度设计值 f sd=280MPa顶板支点处有效高度h0=h-a-0.5d=0.24-0.03-0.50.0138=0.203(假设布一排钢筋)首先求受压区高度xx根据 r0Md=fcdbxh0-x2 35.385106=22.4103x(203.05-x2) x=7.934mm634.72 mm2,其钢筋布置如图3-8 图所示图 3-8 截面钢筋布置图（单位mm）（3） 配筋后截面承载能力验算由于此处钢筋保护层与计算值相同，且实际配筋面积大于计算所需的配筋面积，则其承载能力肯定大于作用效果所需的承载能力，故在此处承载能力验算可以省略。3.3.2 连续板跨中截面配筋设计弯矩设计值Md=25.087MPa； 顶板厚0.14m顶板的有效高度h0=h-a-0.5d=0.14-0.03-0.50.0138=0.10305首先求受压区高度x根据 r0Md=fcdbxh0-x225.087106=22.4103x(103.05-x2)x=11.511mm920.88 mm2,其钢筋布置如图3-9 图所示图3-9 连续板跨中截面钢筋布置图（单位mm）配筋后截面承载能力验算（由于支点处存在剪力所以需要验算）矩形截面受弯构件截面尺寸应符合下列要求：r0Md0.5110-3fcu,kbh00.5110-3fcu,kbh0=0.5110-350103203 r0Md=104.741732.068KN故设计界面满足抗剪最小尺寸要求。第4章MIDAS参数计算4.1 车道荷载计算车道荷载计算图式如图4-1 所示。图 4-1 车道荷载示意图根据公路桥涵设计通用规范4.31 规定，公路级车道荷载的均布荷载标准值为q k =10.5 KN / m 。集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于 5m 时，P Kn k =180 ；桥梁计算跨径等于或大于 50m 时，P k = 360 KN ；当桥梁计算跨径在 5m50m之间时， P k 值采用直线内插法计算。该桥为4X30m 简支转连续桥梁，计算跨径为30m。Pk=180+360-18050-530-5=280KN qk=10.5KNm4.2 人群荷载标准值计算根据公路桥涵设计通用规范4.3.5 规定，当桥梁计算跨径小于或等于50m 时，人群荷载标准值为3.0KN/；当桥梁计算跨径等于或大于150m 时，人群荷载标准值为2.5KN/；当桥梁计算跨径在50m150m 之间时，可以由线性内插法求得人群荷载标准值；对于跨径不相等的连续梁桥，以最大计算跨径作为计算跨径进行计算；当有专用人行桥梁时，人群荷载标准值 3.5KN/。该桥梁规定人群荷载标准值q =3.0KN / m24.3 二期恒载计算取纵向1m 计算，二期恒载包括桥面铺装、防撞护栏、人群荷载。此处将防撞护栏和人群荷载平均分配到每一片梁上，还包括湿接缝、横隔板，以次边梁作为控制计算。根据设计构造次边梁包括湿接缝总宽度为3.63m，次边梁横断面如图4-2 所示。桥面铺装： g1=3.630.0826+3.630.124=16.26KN/m湿接缝： g2=1.03260.143.63=1.32KN/m二期恒载：g=g1+g2=17.56KN/m4.4 施工方法：先简支后连续施工，先预制箱梁，待主跨架设完毕以后墩顶的连续钢束由边跨合拢到跨中合拢，横向由两边向中间合拢。支座强迫位移：公路级中支座可能下沉5mm收缩徐变1000 天。第5章内里组合5.1 作用分类作用分类：公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。根据公路桥涵设计通用规范规定，结构重力、收缩荷载、徐变荷载、变位为永久作用；温度荷载、汽车荷载、人群荷载、升温温差、降温温差为可变作用。公路桥涵设计时，对不同作用采用不同的代表值。永久作用采用标准值作为代表值；可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计按弹性阶段计算结构强度时，应采用标准值作为可变作用的代表值；正常使用极限状态按短期效应组合设计时，应采用频遇值作为可变作用代表值，按长期效应组合设计时，应采用准永久值作为可变作用代表值。偶然作用取其标准值作为代表值。作用代表值按下列规定取用：永久作用的标准值，对于结构自重可以按结构构件设计尺寸与材料重力密度计算确定；可变作用标准值按公路桥涵设计通用规范规定采用；可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数1 y ，可变作用准永久值为可变终于标准值乘以准永久值系数2 y ；偶然作用应根据调查、实验资料，结合工程经验确定其标准值。作用设计值规定为作用标准值乘以相应的作用分项系数。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，取其最不利效应组合进行设计：只有在结构上可能同时出现的作用，才能进行其效应的组合。当结构或结构构件需要做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，按公路桥涵设计通用规范表4.1.5 规定不考虑其作用效应组合。施工阶段作用效应的组合，应按设计需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一阶段，组合梁受荷为第二阶段。多个偶然作用不同时参与组合。5.2 承载能力极限状态设计组合根据公路桥涵设计通用规范4.1.6 规定4.1.6 公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合5.2.1 基本组合永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：r0sud=r0(imrGisGik+rQ1sQ1k+cj=2nrQjsQjk)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；r0 结构重要性系数，按本规范表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 ；rGi 第i 个永久作用效应的分项系数，应按表4.1.6 的规定采用；sGik 、sGid 第 i 个永久作用效应的标准值和设计值；rQ1 汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的分项系数，取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；sG1k、sG1d、汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的标准值和设计值；rQj 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1.4 ，但风荷载的分项系数取 1.1 ；sGik、sGidS 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和设计值 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)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 y 0.80 ；当除汽车荷载(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0.70 ；尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取c y 0.60 ；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取c y 0.50。设计弯桥时，当离心力与制动力同时参与组合时，制动力标准值或设计值按70取用。5.2.2 输出基本组合内力图图5-1最大弯矩图图 5-2最小弯矩图图5-3弯矩包络图5.2.3 偶然组合永久作用标准值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组合。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。地震作用标准值及其表达式按现行公路工程抗震设计规范规定采用。5.3 正常使用极限状态设计组合公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：5.3.1 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结合，其效应组合表达式为：ssd=i-1msGik+i=1n1jsQjk)式中：ssd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，汽车荷载(不计冲击力) 1 0.7，人群荷载11.0，风荷载1 0.75，温度梯度作10.8，其他作用1 1.0 ；1jsQjk 第j 个可变作用效应的频遇值。5.3.2 输出短期效应组合图形图 5-4最大弯矩图 5-5最小弯矩图 5-6弯矩包络图5.3.3 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：sld=i-1msGik+i=1n2jsQjk)式中：ssd作用长期效应组合设计值2j 第j 个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载(不计冲击力) 2 0.7，人群荷载21.0，风荷载2 0.75，温度梯度作20.8，其他作用2 1.0 ；2jsQjk 第j 个可变作用效应的准永久值5.3.4 输出长期效应组合图形图 5-6最大弯矩组合图 5-7 最小弯矩组合第6章钢束计算由于桥梁为预应力简支转连续箱型梁桥，且为桥面连续，按简支桥梁计算，且只有纵向预应力钢筋，对于简支桥梁其跨中弯矩最大，所以在钢束计算中只需计算跨中截面的预应力钢筋量。6.1跨中截面预应力钢束估算根据桥规第6.3条规定，全预应力混凝土构件在短期效应组合作用下应符合桥规式（6.3.1-1）-0.85pc0式中： st=MsI0y0 pc=NpAn+NpepnInyn=Appe(1An+ynInen)估算预应力钢束时，近似取毛截面面积A，抗弯惯性矩I、ynp分别代替公式中的An、In、epn，yn为截面重心到截面受拉边（底边）的距离，用yu=h-yx代替。pe 为受拉区钢筋合力点预应力钢筋的应力，取控制应力的70%计，pe=0.70.751860=976.5MPa近似取epn=yp=yu-apb并令-0.85pc=0可得：AP=Msyu0.85pe(r2+ypyu)式中：r2=IA 截面的回转半径由MIDAS计算可知：Ms=4465.27KNm I=3m4 A=9588070mm2 yx=607.6mm yu=992.3mm epn=yp=992.3-180=812.3mm r2=IA=3.15011010958070=32879.6434mm AP=Msyu0.85pe(r2+ypyu)=4465.27106992.30.85976.5(32879.6434+607.7992.3)=7538mm2配钢束5515.2比较合适 AP=7654mm2 。6.2 钢束配束原则连续梁预应力钢束的配置除了满足桥规构造要求外，还应考虑以下原则：应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式，对不同跨径的桥梁结构，要选用预加力大小恰当的预应力束筋，以达到合理的布置型式。避免造成因预应力束筋与锚具型式选择不当，而使结构构造尺寸加大。当预应力束选择过大，每束的预加力不大，造成大跨结构中布束过多，而构造尺寸限制布置不下时，则要求增大截面。反之，在跨径不大的结构中，如果选择预加力很大的单根束筋，也可能使结构受力过于集中而不利。预应力束筋的布置要考虑施工的方便，也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋，而导致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，这样锚下应力区受力比较复杂，因而必须在构造上加以保证，为此常导致结构构造复杂，而使施工不便。预应力束筋的布置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切关系。预应力束筋应避免使用多次反向曲率的连续束，因为这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束筋的效益。预应力束筋的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要，而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。6.3 预应力钢束参数计算此处以3号预应力钢束作为计算算例,其结构如图6-1 所示：R = 50m，d =1.3m， a0 = 7.42o图6-1钢束参数示意图T=Rtan02=45tan7.42=3.242mE=dsin0-T=10.5m一次计算出有竖弯的预应力钢束个参数，其计算结果列表如下钢束号R(m)d(m)oET1500.131.3520.350.592300.757.9567.252.0863501.37.42010.53.242第7章 截面验算7.1. 设计规范1. 公路工程技术标准(JTG B01-2003)2. 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)3. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)4. 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85)5. 公路工程抗震设计规范(JTJ 004-89)7.2. 设计资料1. 使用程序 : MIDAS/Civil, Civil 2006 ( Release No. 1 )2. 截面设计内力 : 3维3. 构件类型 : 全预应力4. 公路桥涵的设计安全等级 : 一级5. 构件制作方法 : 预制7.3. 主要材料指标7.3.1. 混凝土强度等级弹性模量(MPa)容重(kN/m3)线膨胀系数标准值设计值fck(MPa)ftk(MPa)fcd(MPa)ftd(MPa)C5034500.0025.001.000e-00532.402.6522.401.837.3.2. 预应力钢筋预应力钢筋弹性模量(MPa)容重(kN/m3)线膨胀系数fpk(MPa)fpd(MPa)fpd(MPa)预应力钢束1195000.0078.501.200e-0051860.001260.00390.007.3.3. 普通钢筋普通钢筋弹性模量(MPa)容重(kN/m3)fsk(MPa)fsd(MPa)fsd(MPa)HRB335200000.0076.98335.00280.00280.00R235210000.0076.98235.00195.00195.007.4. 模型简介1. 单元数量 : 梁单元 14 个2. 节点数量 : 15 个3. 钢束数量 : 3 个4. 边界条件数量 : 2 个5. 施工阶段 : 3 个步骤名称结构组边界组荷载组激活钝化激活钝化激活钝化阶段1结构组 1-边界组 1边界组 2-自重预应力温度-阶段2结构组 2-二期-阶段3-沉降-7.4.6. 成桥阶段1. 活荷载类型车辆荷载名称车辆荷载类型描述CH-CDCH-CDJTG B01-2003 公路I级 车道荷载2. 冲击系数 : 0.0003. 温度荷载4. 系统温度 : 16.0 7.5. 荷载组合说明7.5.1. 荷载工况说明（1） 静力荷载工况号名称类型描述1自重恒荷载 (D)2预应力荷载预应力 (PS)3二期恒荷载 (D)4整体升温恒荷