王信阳-毕业设计计算书参考

Abstract 本科毕业设计 题目名称： 吉林市福龙桥设计 学 院： 交通建筑工程 专业年级： 土木工程 学生姓名： 王信阳 班级学号： 二班01号 指导教师： 王凯英 二一二年 月 二十 日摘要本次毕业设计的题目是吉林市福龙中桥施工图设计，专题题目是主跨40m的连续箱梁桥设计。依据公路桥涵通用设计规范 JTG D602004和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004和公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000)，通过综合运用所学过的基础理论及专业知识，独立进行桥梁设计。首先，根据地形图提出三种桥型比较方案。然后从外观、施工难易程度和造价等多方面考虑，最终选出最优方案。其次，就是进行比选的最优方案,即跨径为40m预应力混凝土连续梁桥的设计。在结构设计中，梁截面采用变化的单箱双室截面，截面高度在全桥范围内均为两米，为等截面连续梁桥。主梁采用先简支后连续的施工方法。最后，利用桥梁博士建模,输入材料特性、截面形状等结构信息，然后用桥梁博士报告模板输出每个截面的所需的钢筋面积，以此来布置预应力钢束。可以根据桥梁博士输出的施工内力、活载内力、长（短）期效应组合验算、钢束验算等报告整理计算书，并绘制方案图及相关施工图。关键词： 连续梁桥； 等截面； 先简支后连续； 桥梁博士AbstractThe application of fibre reinforced polymer (FRP) or steel reinforced polymer (SRP) materials to the tension side of a reinforced/prestressed concrete member has been accepted as a strengthening technique to increase the load carrying capacity and in some cases can enhance member serviceability. Proper installation and regular inspection of a composite (FRP or SRP) strengthening system is important since quality of the bond is essential to internally transfer forces. This paper describes an experimental programme conducted to study the behaviour of six prestressed concrete bridge girders, which were tested under static and fatigue loading conditions. The test results were combined with the results of 16 other girders tested by the authors to develop structural design guidelines and guidelines on the installation and inspection of composite strengthening systems. The behaviour was also examined using value engineering to evaluate the cost-effectiveness by investigating the overall system performance. Research findings indicate that SRP materials are more structurally efficient than carbon FRP (CFRP) materials. The results of an inspection demonstration programme, including the pull-off testing of over 150 CFRP samples, has shown that the most effective inspection techniques are visual inspection, pull-off testing, and acousticsounding.2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.Keywords: Prestressed; Strengthening; Installation procedures; Fibre reinforced polymers; Steel reinforced polymers; Bridge girder; Inspection procedures;Value engineering不要删除行尾的分节符，此行不会被打印III- -目录目录绪 论11 设计说明21.1 设计依据规范和技术指标21.1.1 设计依据规范21.1.2 主要技术指标21.2 设计内容31.3 设计要求31.4 设计日程表31.5 比选方案41.6 主要材料61.6.1 混凝土61.6.2 钢材61.6.3 纵向预应力管道71.6.4 锚具71.7 施工工艺72 桥跨总体布置及结构尺寸拟定82.1 桥梁结构图示及尺寸82.1.1 桥孔分跨82.1.2 截面形式82.1.3 主梁高度92.1.4 细部尺寸922 主梁分段与施工阶段的划分1022.1 分段原则102.2.2 具体分段102.2.3 主梁施工方法113 荷载内力计算123.1 恒载内力计算123.2 活载内力计算143.2.1 横向分布系数的考虑143.2.2 活载因子的计算143.2.3 计算结果154 预应力钢束的估算与布置204.1 受力钢筋估算204.1.1 计算原理204.1.2 预应力钢束的估算204.2 预应力钢束的布置225 预应力损失及有效应力的计算235.1 预应力损失的计算235.1.1 摩阻损失235.1.2 锚具变形损失245.1.3 混凝土的弹性压缩245.1.4 钢束松弛损失245.1.5 收缩徐变损失245.2 有效预应力的计算256 次内力的计算276.1 徐变次内力计算276.2 预加力引起的次内力286.3 温度次内力的计算307 内力验算337.1 正截面抗弯承载能力验算347.2 持久状况正常使用极限状态应力验算367.3 持久状况下预应力构件标准值效应组合应力验算397.4 预应力钢筋中的拉应力验算417.5 承载能力极限状态基本组合正截面强度验算427.6 挠度计算与验算预拱度的设计547.6.1 挠度计算548 下部结构计算568.1 桥墩的设计568.1.1 竖直荷载计算568.1.2 桥墩配筋计算568.2基础计算578.2.1 荷载计算578.2.2 单桩承载力验算598.2.3 桩基配筋计算608.3 墩底纵向水平位移验算618.3.1 桩在地面处的水平位移和转角618.3.2 墩底纵向水平位移计算629 主要工程数量计算639.1 混凝土总用量计算639.1.1 梁体混凝土（C50）用量计算639.1.2 桥面铺装、桩基混凝土（C25）用量计算639.1.3 桥墩、承台混凝土（C30）用量639.2 钢绞线及锚具总用量计算64结束语65参考文献66致 谢67附 录681 概述1 概述1.1 选题背景1.1.1 课题来源教师假拟1.1.2 设计目的及意义我国大力发展交通运输事业，是加速实现四个现代化的重要保证。四通八达的现代交通网络，对于加强全国各族人民的团结，发展国民经济，促进文化交流，消灭城乡差别，巩固国防等方面，都具有非常重要的作用。在众多桥型中，以预应力混凝土连续箱梁桥的发展和应用最引人瞩目。这是由于预应力混凝土连续箱梁桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等一系列优点，备受业主和设计、施工单位的欢迎。目前在40m150m 跨度范围内，预应力混凝土连续箱梁桥已成为最主要的桥梁形式之一。1.2 解决的主要问题及应达到的技术要求1.2.1 解决的主要问题 （1）结构布置及尺寸拟定 （2）毛截面几何特性的计算（3）毛截面几何特性的计算（4）主梁内力计算（4）预应力钢束的估算及布置 预应力钢束的数量的估算 预应力钢束布置计算（5）计算主梁截面几何特性 截面面积及惯性矩计算 截面静距计算 截面几何特性汇总（6）预应力损失计算（7）承载能力极限状态计算 跨中截面正截面承载力计算 验算最小配筋率（跨中截面） 斜截面抗剪承载力计算（8）持久状况正常使用极限状态抗裂性验算 正截面抗裂性验算 斜截面抗裂性验算（9）持久状况构件应力计算 正截面混凝土法向压应力验算 预应力筋拉应力验算 斜截面混凝土主压应力验算（10）短暂状况构件应力验算 预加应力阶段的应力验算 吊装应力验算（11）铰缝计算1.2.2 技术要求（1） 位于吉林市，其桥址地形地质断面图见附图。（2） 道路等级：一级公路。 （3） 设计荷载标准：公路-级。（4） 设计车速：100km/h。（5） 桥宽：0.5m+15m+0.5m。（6） 桥面横坡：2%（7） 地震基本烈度：度；（8） 岩土工程设计参数建议值如下表。层号岩土名称推荐地基承载力0kPa极限侧摩阻力i(kPa)植物土801001025砾质粘土2302604045全风化页岩1503603075强风化页岩35045075110弱风化页岩900100075100微风化页岩1200110（9） 气象资料：桥址区位于亚热带大陆季风性温湿气候地区，具有四季分明，无霜期长，日照充足，水源充足，湿光同季，雨热同季的气候特征。最高月平均气温, 最低月平均气温。1.3 国内外发展概况及存在的问题1.3.1 国内外发展概况(1)预应力连续箱梁桥发展自60年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成Bendorf桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。目前我国已建成的有代表性的大跨径公路和城市预应力混凝土连续梁桥345。（2）箱梁施工特点箱梁施工方便、受力明确。上部结构抗扭性好, 建筑高度低, 大悬臂轻盈、美观, 尤其在平曲线上优势更为明显。下部结构不用设置盖梁, 桥墩的设计可以相对灵活, 可以采用多种造型, 并与上部结构的造型呼应, 形成整体的美感。箱梁截面有单箱单室、单箱双室（或多室）分离式箱，早期为矩形箱，逐渐发展成斜腰板的梯形箱。箱梁桥可以是变高度，也可以是等高度。从美观上看，有较大主孔和边孔的三跨箱梁桥，用变高度箱梁是较美观的；多跨桥（三跨以上）用等高箱梁具有较好的外观效果。（3）施工方法预应力混凝土桥梁的高速发展是取决于材料与预应力技术的先进水平，设计理论的日益完善和计算机技术的发展，桥梁方案的竞争能力更加取决于现代化施工技术水平的提高，桥梁造价的降低。20世纪50年代以后相继出现了悬臂法顶推法。至70年代，这些方法在具体桥梁工程的应用上各自又有了不断的革新。方法如:A悬臂浇注法，B应用系梁的悬臂拼装法，C渐近架设法，D逐孔架设法，E逐孔拼装法，F下系梁逐孔浇注法，G上系梁逐孔浇注法(F、G又称移动模架法)，H顶推法。适应性最大，应用最广泛的是悬臂施工法(包括悬臂浇注法与悬臂拼装法) 。现浇预应力连续箱梁施工。采用满堂支架现浇混凝土施工方案。施工工艺流程为：搭设支架（支架预压）模板安装钢筋加工、安装及预应力管道预埋混凝土浇筑砼养护及拆模预应力钢筋制作（砼强度达到设计的90%）穿预应力筋预应力张拉压浆、封锚卸落支架。预制预应力连续箱梁施工。采用简支转连续施工法。支座安装预制梁运输梁的架设、安装等。（4）新型材料的应用建桥离不开材料，材料是影响桥梁发展的第一要素。利用钢筋和混凝土这两种不同性质的材料组成复合材料钢筋混凝土，以利用钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能。随着钢筋和混凝土强度的提高，桥梁的跨越能力随之提高。高强度预应力钢材、高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用，促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在八十年代后期，国内开始生产1860MPa的低松弛预应力钢绞线，加上与其配套的大吨位预应力锚具和张拉设备的研制成功，C50与C60混凝土的应用，使得预应力连续梁桥结构轻型化，跨越能力得到很大提高。在这以前，我国人量采用1600MPa的高强度碳素钢丝和与其配套的钢质锥形锚(即F式锚具)。这种锚具的张拉吨位小，使用时的控制张拉力仅565kN，每张拉10kN预应力需要的布束面积约为0.255cm2/kN;若采用型锚具，张拉10kN预应力所需的布束面积约0.096 cm2/kN;采用道桥222型的锚具时，张拉10kN预应力所需的布束面积约为0.067cm2/kN。三者的比例为1:0.38:0.26，由此可以看到，采用大吨位预应力锚具体系后，使得预应力箱梁布束范围内的顶板、腹板和底板尺寸，设计时由原来的布束控制改为受力控制和按构造要求控制，这样大大减小了箱梁断面的尺寸，减轻了上部结构的自重。箱梁混凝土及钢绞线的用量能够大大减少，从而使得预应力结构设计更趋合理、经济。若采用以往的钢质锥形锚具，预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在100m左右。随着1860MPa钢绞线和大吨位预应力锚固体系的应用，建桥施工技术的发展，目前我国连续梁桥的最大跨径己达165m，连续刚构桥的最大跨径达到270m，从而使得我国预应力混凝土梁桥的设计、施工技术进入世界先进行列。（5）计算机技术应用自七十年代后期以来，我国桥梁结构分析专用软件和CAD技术得到大力开发和应用。其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序，实现设计、计算、绘图一体化，大大提高了计算精度和速度，特别适用于大量重复计算、局部应力分析、设计方优化。大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件如国产的如桥梁博士、国外ANSYS,Algor,LUSAS,Midas等开发和推广应用，适应了桥梁建设高速发展的需要。计算机技术己被广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制。使得成桥后的线型平顺，符合桥梁的纵向设计标高，桥梁结构的受力状态能与设计计算一致。（6）桥梁技术的发展未来桥梁将体现以下特点：结构形式趋于多姿多态；深水施工技术进一步发展；新型材料擎起大跨、轻质桥梁；建设标准不断提高；用途更加多样性；更注重环保与美学。1.4 设计指导思想1. 设计时将桥梁空间问题转化为平面问题，横向分布系数2. 设计采用极限状态设计法 。当以整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态，按此状态进行设计的方法称极限状态设计法。承载能力极限状态正常使用极限状态67- -北华大学本科毕业设计2 设计论述 2.1 设计特点根据桥涵规范及相关通用构造图对桥梁进行设计。2.2 设计基本资料 2.2.1 桥梁线形布置2.2.2 主要技术标准设计荷载：公路-I级桥面净宽：0.5m+15m+0.5m结构重要性系数：1.1，环境条件II类，计算收缩徐变时，考虑存梁期为90天地震烈度：度2.2.3 主要材料(1)混凝土（1）主梁：C50号混凝土，（2）桥面铺装、桩基、承台、桥台、搭板：C25（3）桥墩：C30( 2)钢材主筋：HRB335级钢筋、R235钢筋（2）构造钢筋：HRB335级钢筋、R235钢筋（3）预应力筋：采用高强度低松弛预应力钢绞线，公称面积。预应力钢束锚下控制应力0.751860=1395Mpa，一端锚具变形及钢束回缩量0.006m；标准强度,计算弹性模量：1.95105Mpa；钢束松弛率。(3) 纵向预应力管道预应力管道均采用镀锌金属波纹管。(4) 锚具锚具采用YM15-7锚，内径70mm。.2.2.4 施工工艺主梁施工方法为先简支后连续、支架现浇混凝土施工。预应力施工采用后张法。（1）预应力管道安装： 预应力管道位置安装的准确与否直接影响到梁体的受力情况与设计是否一致，关系到桥梁施工质量，是预应力施工中的重点，在管道安装的过程中，主要需加强对波纹管生产质量、管道定位和管道接头进行控制，避免管道上浮及漏浆现象。本桥采用的金属波纹管是厚0.3mm镀锌钢带加工而成的双波波纹管，在现场加工；波纹管的位置有设计图给定的计算坐标确定，并采用井字形钢筋定位网片固定预应力管道位置。（2）混凝土浇筑及振捣措施：合理的混凝土浇筑及振捣工艺，对防止管道上浮、漏浆及堵塞十分重要。本桥混凝土设计强度为C50，按照先底板、腹板，后顶板的施工顺序进行浇筑。混凝土必须要专人负责振捣。振捣时，要避免振捣棒碰撞预应力管道，造成管道漏浆。特别要加强锚垫板下的捣实，因该部位钢筋较密，振捣棒难以伸入，除用外部振动外还应用钢钎或竹棍辅助插动，确保浇筑的混凝土密实。为防止管道漏浆，还需在混凝土浇筑前在管道里加穿芯管，并在浇筑过程中随时监测管道情况，防止漏浆堵塞，保证管道通畅。（3）预应力张拉：预应力张拉是预应力施工中最关键的一道工序，必须保证达到设计要求。在预应力张拉时，张拉采用应力、伸长值双控标准。同时，也要根据设计资料合理的选择张拉力、张拉千斤顶型号以及张拉程序，确保施工质量和大桥合拢。（4）孔道灌浆：预应力筋张拉完成后24h以内要求灌浆，尽快灌浆可防止预应力钢材锈蚀和松弛，确保力筋中的有效应力和耐久性。灌浆时灰浆强度不低于40MPa,水灰比为0.330.35，掺入0.40.6%FDN高效减水剂。灌浆前要排除管道內集水，灌浆压力开始采用0.40.5MPa，待预应力管道波峰出气孔或另一端冒出浓浆，然后增压至0.7MPa，保压后灌浆方可停止，对外露锚具要尽快采用同标号混凝土进行封锚。2.2.5 设计规范 公路工程技术标准JTG B01-2003公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-2003公路交通安全设施设计技术规范（JTG D81-2006)钢筋焊接及验收规程JGJ 18-20032.2.6 温度影响主梁上、下缘温差5。3.桥跨总体布置及结构尺寸拟定3.1 桥梁结构图示及尺寸本设计方案采用四跨一联预应力混凝土等截面连续梁结构，全长160m。上部结构采用双向四车道布置，单箱双室结构。根据土层情况，采用钻孔灌注桩基础。主跨径定为40m，等截面连续梁桥立面布置以等跨径为宜，故全联跨径40+40+40+40=160m。3.1.1 桥孔分跨对于桥梁分孔，往往要受到如下因素影响:桥址地形、地质水文条件、通航要求以及墩台、基础及支座构造要求等。桥梁的分孔和造价有很大关系，跨径和孔数不同时，上部结构和墩台的总造价不同。跨径越大，孔数越少，上部结构的造价就越大，相应的墩台的造价则越小。当遇到水深较大或河床地质不良的河流，其基础的设计和施工都较复杂，造价也就越高，因而跨径宜选的大一些。对于宽浅河床（如北方季节性河流），且河床地质较均匀的河流，桥墩和基础的造价相对较低，跨径也可以取小一些。一般认为最经济的造价就是要是上部结构和下部结构的总造价趋于最低。对于通航河流，首先应该满足通航要求。将通航孔布置在主航道位置，其余的桥孔跨径则应选择经济跨径。对于变迁性河流，则需要多设计个通航孔。对于连续梁桥，结构超过五跨时内力情况虽然与五跨时相差不大，但是温度变化等的影响增大，进而造成梁端伸缩量增大，需设置大位移量的伸缩缝。每联长度太短，则伸缩缝的数目增多，不利于高速行车。根据桥址断面处的情况，此处没有通航河流，且不存在桥下交通，要求的桥长为160m,故考虑采用等截面的连续梁桥，又等截面连续梁桥立面布置宜为等跨径，主跨拟定为为40m，跨径较小，因而主跨与边跨产生的跨中弯矩差距相对较小。结合桥址断面土层情况考虑，确定为40+40+40+40m的跨度组合。3.1.2 截面形式3.1.3.1 立截面从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，由于跨径较小，故采用等高度布置即可，经济合理。3.1.3.2 横截面梁式桥横截面设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸。预应力钢筋的合力的力臂越大，使预应力的作用得以充分发挥。箱型截面就具有此种功能。此外，箱型截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利。同时，箱型截面大多都具有较大的截面面积，因而能够有效的抵抗正负弯矩，又具有较大的空心率，既能满足配筋要求，又节约混凝土材料，对减轻桥梁自重极为有利。除此之外，箱型截面还具有良好的动力特性，收缩变形量较小，从而得到越来越广泛的应用。尤其适用于大、中跨径的桥梁。常见的箱型截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等。单箱双室的优点是受力明确、施工方便、节约材料用量等。加之，双室腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力的值不大，且布束容易。此项工程桥宽规定为0.5+15+0.5，采用双向四车道，易产生较大的扭矩。综上采用单箱双室为主梁横截面形式。 3.1.3 主梁高度根据已建成的桥梁分析，主梁高度与起跨径之比通常在1/151/25之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高是比较经济的方案。可以节省预应力钢束布置用量，加大深高只是腹板加厚，增大混凝土用量有限。根据桥下通车线路情况，并且为达到美观的效果，取梁高为2m，这样高跨比为2/40=1/20，位于1/151/25之间，符合要求。3.1.4 细部尺寸3.1.4.1 顶板、底板箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要承受部位。其尺寸要受到力学要求和构造要求两个方面的控制。（1）箱型底板厚度：在连续箱梁中，底板除须符合运营阶段的受压要求以外，在结构发生破坏时，应保持中性轴保持在底板以内，并有适当的富余，本设计底板厚在跨中处取30cm，支座处取60cm。（2）箱型顶板的厚度：确定箱型截面顶板的厚度一般要顾及两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求、满足布置纵向预应力钢束的要求。本设计顶板厚在跨中处取30cm，在支座处取40cm。2.1.4.2 腹板和其他细部结构(1)箱梁腹板厚度: 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。腹板的最小厚度应考虑受力钢筋的布置和混凝土浇筑的要求。(2)倒角: 在顶板和腹板、底板与腹板接头处须设置倒角。倒角的作用是：提高界面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转剪应力和畸变应力。此外，倒角使应力线过渡较为平缓。减弱了应力的集中程度。(3)横隔梁: 横隔梁可以增桥梁的整体性，同时可以限制畸变，支承处的横隔梁还起到承担和分配支撑反力的作用。由于采用的箱型截面本身具有较大的抗扭刚度，一般可以不设或者少设横隔梁。在本次设计中没有设计横隔梁。具体尺寸见下图： 图2.1 跨中截面 图2.2 支座处截面32 主梁分段与施工阶段的划分32.1 分段原则主梁分段越细，计算结果越接近真实值，而且由于受力的原因，梁段各截面形式亦存在变化。同时须考虑到施工阶段中，各梁段混凝土浇筑以及预应力束张拉的时间上存在先后，期间存在安装临时支座、连续梁桥施工中的体系转换、张拉钢束锚固等工序，在分段过程中应当充分考虑到在全桥各部位荷载、位移、支座设置、截面变化等因素，方便对各项因素进行准确定位，使其在单元或节点上得到正确的反映。3.2.2 具体分段全桥梁段以1米为一单元，并在两端桥头部位以及中间三个设置桥墩的部位细分为0.5m的单元。全桥总计168个单元。结构模型见图：图 2.3 结构桥博单元模型3.2.3 主梁施工方法主梁施工方法：主梁采用先简支后连续的施工方法，采用支架现浇混凝土施工。第一施工阶段现场搭建支架现浇混凝土主梁，并安装临时支座，使各跨梁段简支在墩顶。第二施工阶段张拉下缘预应力束，第三阶段浇筑墩顶混凝土，使各梁段在墩顶合拢，在第四施工阶段完成上缘预应力张拉，第五施工阶段完成桥面铺装等桥面系的布置2.3 作用效应计算2.3.1 永久作用效应计算2.3.1.1 空心板自重（一期结构自重）中板 边板 2.3.1.2 桥面系自重（二期结构自重）由于是高速公路，没有人行道及栏杆，只有防撞护栏，本设计采用混凝土防撞护栏，按单侧7.5kN/m线荷载计算。桥面铺装上层为10cm厚C30沥青混凝土，下层为10cm厚C40防水混凝土，则全桥宽铺装层每延长米重力为上述自重效应是在各空心板形成整体后再加至桥上的，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同的。为了计算方便，近似按各板平均分配桥面铺装重量来考虑，则每块空心板分配到的每延长米桥面系重力为2.3.1.3 铰缝自重计算（二期结构自重）由此可计算出简支空心板每延米总重力G为:中板 边板 2.3.1.4 荷载内力计算2.3.2.4.1 恒载内力计算主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两个部分。设计内力是强度验算及配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载，如施工机具设备（支架、张拉设备等）、模版、施工人员等引起的内力，主要供施工阶段验算时使用。由于对桥梁施工方面知识的欠缺，对施工荷载缺乏熟练的掌握，此次施工为支架现浇混凝土，支架则简化为作用于个单元的竖向支撑存在于第一施工阶段，在本次设计中对该项设计内容作了简化处理，主要考虑了一般恒载内力、活载内力，主梁恒载内力，包括一期恒载(主梁自重)引起的一期恒载内力和二期恒载（桥面系自重）引起的主梁后期恒载内力。主梁一期恒载内力计算方法可以分为两类：在施工过程中结构不发生体系转换，如在挂篮悬臂现浇等，若主梁为等截面，则可按均不何在生意主梁内力影响线总面积计算；在施工过程中存在体系转换时，须分阶段计算内力。本次设计采用先简支后连续的施工方法，第一施工阶段浇筑各跨梁段并安装临时支座，使其简支在桥墩、桥台上，待第二阶段张拉预应力束后，在第三施工阶段完成体系转换，浇筑墩顶混凝土梁段，使各跨梁段在墩顶合龙，由分散的简支体系转换为连续梁超静定体系。桥面铺装为20毫米厚的沥青表面处治以及80毫米厚的防水混凝土，忽略护栏、路灯等的自重，计算所得每延米二期恒载集度Q为：二期荷载(后期荷载)集度约为：Q=38.08KN/m.由桥梁博士系统计算所得的有关结果下表3.1所示：表3.1 毛截面几何特性控制截面单元号节点号截面高度截面面积截面抗弯惯距截面中性轴高度支座22213.286.407271.111/4截面1212210.6255.697541.171/2截面222229.645.290241.213/4截面3232210.6255.697541.17支座4343213.286.407271.111/4截面5454210.6255.697541.171/2截面646429.645.290241.213/4截面7474210.6255.697541.17支座8585213.286.407271.111/4截面9696210.6255.697541.171/2截面10610629.645.290241.213/4截面116116210.6255.697541.17支座127127213.286.407271.111/4截面138138210.6255.697541.171/2截面14814829.645.290241.213/4截面158158210.6255.697541.17支座168168213.286.407271.11图3.1 一期恒载剪力图3.2 一期恒载弯矩图 图3.3 二期恒载剪力图图3.4 二期恒载弯矩图活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载（公路级）在桥梁使用阶段所产生的结构内力。横向分布系数的考虑荷载横向分布是指作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配的，或者说各主梁如何分担车辆荷载。截面采用单箱双室，用一根梁来模拟计算箱梁，通常取横向分布系数=桥面净宽为W=15m。车辆双向行驶，设计车道数为四车道，由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范得横向折减系数为0.67，因此横向分布系数为。活载因子的计算桥梁结构的极品反映了结构尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，他直接反映了冲击系属于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进是否有差别，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，也可采用些列公式估算： （3-1） （3-2） （3-3） 式中 结构计算跨径（）； 结构材料的弹性模量()； 结构跨中截面的截面惯矩()； 结构跨中出的单位长度质量（，当换算为重力计算时，其单位应为）； 结构跨中处延米结构重力（）； 重力加速度，。计算连续梁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。取=40m,查得,两侧栏杆：铺装层荷载：跨中单元：可按下式计算；当时， 当时， 当时， 式中结构基频()当计算正弯矩效应和剪力效应时：；当计算负弯矩效应：。计算结果本设计中采用桥梁博士软件进行内力计算，现仅将对称结构控制界面的结果列于表3.2表3.2 第三施工阶段累计内力计算控制截面单元号节点号阶段累计效应弯矩(KN.m)剪力(kN)轴力(KN)支座22-31700-415640001/4截面1212-195002930664001/2截面2222-4080752681003/4截面3232291048567200支座4343-116005700027701/4截面5454-19501590563001/2截面64646360-3.18571003/4截面7474-1950-160056200支座8585-83905040027201/4截面9696-19501600562001/2截面10610663603.08571003/4截面116116-1950-159056300支座127127-117008360027701/4截面1381382780-533672001/2截面148148-3920-760681003/4截面158158-19600-310066500支座168168-31700690064000 图 3.5 第三施工阶段累计内力图表3.3 第四施工阶段累计内力控制截面单元号节点号阶段累计效应弯矩(KN.m)剪力(kN)轴力(KN)支座22-29200-1080670001/4截面1212-237002250693001/2截面2222-1510067.9708003/4截面32322080-21495100支座4343379005500540001/4截面545440401640844001/2截面6464-426046.7599003/4截面7474-12000-155059100支座8585306005440416001/4截面9696-117001580591001/2截面106106-3680-17.2600003/4截面1161164760-161084100支座127127389005360538001/4截面138138-14400145700001/2截面148148-14500-97.4708003/4截面158158-23600-244069300支座168168-29300688067000图3.6 第四施工阶段累计内力图表3.4 第五施工阶段累计内力控制截面单元号节点号阶段累计效应弯矩(KN.m)剪力(kN)轴力(KN)支座22-29200-464670001/4截面1212-195002470692001/2截面2222-10700-105708003/4截面32322740-78194800支座4343307006340537001/4截面545435802100841001/2截面6464-2100107599003/4截面7474-11200-188059000支座8585259006160413001/4截面9696-109001910590001/2截面106106-1520-77.5599003/4截面1161164290-207083900支座127127317006310535001/4截面138138-13700712699001/2截面148148-1010075.1708003/4截面158158-19400-266069200支座168168-29300690066900 图3.7 第五施工阶段累计内力图4 预应力钢束的估算与布置4.1 受力钢筋估算4.1.1 计算原理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。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）规定，预应力梁应按正常使用的极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求来估算钢束数目。4.1.2 预应力钢束的估算对于连续梁体系，或凡是预应力混凝土超静定结构，在初步计算预应力受力钢筋数量时，必须考虑各项次内力的影响。然而，一些次内力项的计算恰与预应力受力钢筋的数量和不知有关。因此，在初步计算预应力时，只能以预估值来考虑，本设计用桥梁博士输出组合弯矩值来进行设计，本次设计采用的预应力钢束信息见表4.1表4.1 预应力钢束信息表钢束号束数编束根数张拉控制应力张拉方式11081400两端张拉21281400两端张拉3681400两端张拉4681400两端张拉5681400两端张拉61081400两端张拉71281400两端张拉8681400两端张拉91081400两端张拉101281400两端张拉11681400两端张拉121081400两端张拉131281400两端张拉14681400两端张拉15681400两端张拉16681400两端张拉17181400两端张拉18181400两端张拉191181400两端张拉208181400两端张拉218181400两端张拉226181400两端张拉236181400两端张拉248181400两端张拉258181400两端张拉各主要截面预应力钢束信息见表4.2表4.2 预应力钢筋估算结果单元号控制截面上缘截面下缘截面左右截面最大值实际配筋左右截面最大值实际配筋2支座0.0.0025200.00224121/4截面00.002520.02440.04704221/2截面00.002520.0260.04704323/4截面00.022680.00640.0268843支座0.03980.0428400.00224541/4截面0.004760.022680.001370.02688641/2截面00.002520.01430.0336743/4截面00.017640.006850.0268885支座0.02620.0327600.00224961/4截面00.017640.006810.026881061/2截面00.002520.01430.03361163/4截面0.004760.042840.001410.02688127支座0.03980.0831600.002241381/4截面00.042840.006360.026881481/2截面00.002520.0260.047041583/4截面00.002520.02440.04704168支座0.0.00252004.2 预应力钢束的布置连续梁预应力钢束的配置不仅要满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D