桥梁设计毕业设计

1、摘要本设计为预应力混凝土连续梁桥的设计，桥式布置为 420m、连续空心板梁， 梁高90cm，桥面宽度；双柱式桥墩，桩基础。本设计对该桥的上部结构做了设计与检算。根据线路情况，全桥共设为4跨，有 3个桥墩，两个桥台。在上部结构设计中，根据设计要求进行拟定截面尺寸，分别计算结构恒载、活载内力，并进行荷载组合，确定出主梁的最不利荷载，进行预应力钢束的估算和布置并考虑各阶段的预应力损失，最后对控制截面进行强度、应力、抗裂性和挠度检算。以上各项检算均满足相关规范要求。本次设计所选方案合理，设计方法正确，设计和检算均采用Excel 列表计算，并利用 AutoCAD软件绘制了全桥总体布置图、主梁构造图、预应

2、力筋布置图及桥墩构造图。关键词： 预应力；连续梁；空心板；荷载组合AbstractThis paper is the design of the PC continuousbeam. which islocatedatJiuquan ,the 4 20m spans and simply continuous hollow slab -beams is laid to the formof the bridge, the height of the beam is 90 cm, the width of the pavement ism, the pile foundation.The upp

3、er rpart of the bridge are calculated in this design, basing on thecondition of the line, there are four spans,three piers and two abutments onthe bridge.The dimensionof the sectionis referredto the demandof the design,then thestructure s dead load, live load andinternal force is calculated,at the s

4、ametime, the loadis assembled, so the main girders most disadvantagedload can be decided, considering the each phases PC loosing, the PCSteelsare generallycalculatedand arranged.Lastly,the controlsection s strengthen,stress,crack resistance, deformation is calculated. All ofthe calculationismet the

5、correlated criterion.The reasonable programs and propermethods are selectedin thisdesign,thetool Excel is used to the calculation and design ,and the picture of the wholebridge ,the constructionaldrawing ofmain grider ,the arrangementofPCsteelsgrid and constructional drawing of pier, the is drew by

6、the software AutoCAD.Keywords: PC ；continuous beam ； hollow slab；combination of load目 录第一章 桥梁方案比选 .错误 !未定义书签。一 背景及基本资料 .错误 !未定义书签。二 方案比选 .错误 !未定义书签。第二章 设计资料 .错误 !未定义书签。一 桥梁横向布置 .错误 !未定义书签。二 纵横坡.错误 !未定义书签。三 桥下净空 .错误 !未定义书签。四 高跨比.错误 !未定义书签。五 桥面铺装 .错误 !未定义书签。六 上部结构 .错误 !未定义书签。第三章 截面特性计算 .错误 !未定义书签。一 截面

7、特性计算 .错误 !未定义书签。二 空心板截面的抗扭惯矩 .错误 !未定义书签。三 计算刚度参数 .错误 !未定义书签。第四章 作用效应计算 .错误 !未定义书签。一 结构自重作用效应计算 .错误 !未定义书签。（一）结构自重作用荷载集度的计算 .错误 !未定义书签。（二）内力计算 .错误 !未定义书签。二 可变作用效应计算 .错误 !未定义书签。（一）冲击系数计算 .错误 !未定义书签。（二）横向分布影响线 .错误 !未定义书签。（三）计算荷载横向分布系数 .错误 !未定义书签。（四）各截面的汽车荷载效应内力计算 .错误 !未定义书签。（五）温度变化次内力计算 .错误 !未定义书签。（六）基

8、础沉降计算 .错误 !未定义书签。三 内力组合 .错误 !未定义书签。（一）按承载能力极限状态设计 .错误 !未定义书签。（二）按正常使用极限状态设计 .错误 !未定义书签。（三）内力包络图 .错误 !未定义书签。第五章 预应力钢筋的估算及布置 .错误 !未定义书签。一 钢束桥规估算的原理与方法 .错误 !未定义书签。（一）按正常使用极限状态正截面抗裂验算估束 .错误 !未定义书签。（二）按正常使用极限状态截面压应力验算估束 .错误 !未定义书签。（三）按承载能力极限状态的应力要求计算 .错误 !未定义书签。（四）估算结果 .错误 !未定义书签。二 预应力钢束的布置原则 .错误 !未定义书签。

9、三 主梁净、换算截面几何特性计算 .错误 !未定义书签。第六章 预应力损失及有效预应力计算 .错误 !未定义书签。一 后张法由预应力钢束与管道壁间的摩擦损失 .错误 !未定义书签。二 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 .错误 !未定义书签。三 混凝土弹性压缩引起的预应力损失 .错误 !未定义书签。四 钢筋松驰引起的预应力损失终极值 .错误 !未定义书签。五 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 .错误 !未定义书签。六 永存预应力值汇总 .错误 !未定义书签。第七章 主梁的各项验算 .错误 !未定义书签。一 承载能力极限状态验算 .错误 !未定义书签。二 正常使用极限状态验算 .错误 !

10、未定义书签。三 持久状况的应力验算 .错误 !未定义书签。四 短暂状况的应力验算 .错误 !未定义书签。第八章 挠度验算 .错误 !未定义书签。一 恒载效应产生的跨中挠度 .错误 !未定义书签。二 可变荷载产生的跨中挠度 .错误 !未定义书签。三 消除结构自重后的长期挠度验算 .错误 !未定义书签。结论 .错误 !未定义书签。致谢 .错误 !未定义书签。参考文献 .错误 !未定义书签。附录一 .错误 !未定义书签。英文文献翻译 . .错误 !未定义书签。英文文献原文 . .错误 !未定义书签。附录二 计算机绘图 .错误 !未定义书签。第一章桥梁方案比选一 背景及基本资料（一）背景酒泉马营河大桥

11、，位于甘肃省酒泉市肃州区。它是该地区G30连霍高速公路的重要组成部分。近年来随着西部大开发经济的建设，为了适应经济迅速发展对交通需求的日益增加，连霍高速（东起江苏连云港，西至新疆霍尔果斯，全长4395 千米）的建设，加强了东西部经济文化的交流。马营河大桥的建设，本着“安全、美观、经济、适用”的原则，在下文中对该桥梁的设计提出了几个桥型比选方案。（二）主要技术指标道路等级：公路主干道；设计行车速度： 8 0 km/h ；桥面净宽：净 m( 行车道 )+2 ( 防撞护栏 ) ；采用混凝土防撞护栏， 线荷载为 m 。荷载等级：公路级；基本风压强度： 550 Pa；城市防洪标准： 100 年一遇；抗震

12、设防标准：抗震设防基本烈度为七度，地震动峰值加速度；通航标准：不考虑通航要求。（三） 气象、水文和工程地质情况马营河大桥位于甘肃省酒泉市肃州区。本区属半沙漠干旱性气候，干燥寒冷，降水奇缺。从东到西海拔1500-1100 米，年均温，无霜期127 158 天。夏季干热而较短促，冬季寒冷而较漫长，但春季升温迅速。区内地下水是在地层、地貌、地质构造和干旱气候等因素制约下形成的。其分布、埋深与水质水量的变化，在一定的环境条件下表现出明显的规律性：即山区降水和冰雪消融水汇于河谷中，以地下长流方式补给；以河水入渠系、田间后，渗漏补给地下水。区内地质构造复杂，地层发育齐全，矿产资源丰富。在地质构造上属缓慢隆

13、升区，地形已趋近准平原化，海拔15002500 米。马营河河床主要由卵石，圆砾，砾砂，卵石组成。（四）所用材料方案混凝土 : 混凝土空心板采用 C50混凝土，铰缝采用 C40混凝土；桥面铺装采用 C30沥青混凝土和 C40防水混凝土。(2)普通钢材 :普通钢筋采用 R235 钢筋及 HRB335钢筋 , 其技术标准必须符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋 (GB13013 - 1991) 及钢筋混凝土用热轧带肋钢筋(GB14991998) 的规定。预应力钢材 : 采用 s 1512mm高强低松弛钢绞线 , 其标准应符合预应力混凝土用钢绞线 (GB/ T5224- 1995) 的规定 , 标准强度 f

14、pk = 1860MPa。二 方案比选（一）方案比选主要标准安全：安全标准可从行车安全、通航安全、基础地质条件的安全与施工安全等几个方面考虑。行车安全主要通过桥面设施的布置来实现。如根据公路等级和车流具体情况决定是否需设置中央分隔带、分车带或护栏以保证行车安全。通航安全虽然有通航净空保证，但应注意是否有拖船组成的船队通过，另外桥下水流方向是否与桥梁垂直，如遇到这些情况均应适当加大桥梁跨径。 基础的安全一方面应该满足规范中规定的基础埋深与河流的冲刷深度和冰冻深度的关系，另一方面应检查基础附近是否有裂缝、断层、溶洞等不良地质现象存在，由此检查桥梁分孔是否合理。施工期间结构的安全也是应考虑的重要因素

15、，如果设计要求编制施工组织计划，则要注意洪水和飓风对桥梁施工的不利影响，一般要求在洪水来临之前桥墩的施工面要超出设计洪水位。功能：桥梁的功能包括两个方面：一是跨越障碍（河流、山谷或线路） ，二是承受荷载。在比选方案时，应选择传力路线直接、简捷的结构形式，以保证结构受力的合理性。此外，还应考虑非正常运营条件下（如地震、风载）能保证结构功能的实施。在地震区修建桥梁要考虑抗震性能好的桥型。梁式体系比拱失体系好，无铰拱比有铰拱要好，整体式的比组合式的好，扩大基础比桩基础好，低桩比高桩好等。再从突发的因素破坏桥梁后的修复难易考虑，梁式体系比拱式体系易修复。从该方面考虑，小跨能满足的就不做大跨；能用标准设

16、计或通用设计的就优先考虑。经济：经济性主要从造价、工期及养护维修方面考虑。（ 1）造价：主要包括材料费、人工费及机具设备费。 材料费的估价因受价格影响比较大，因暂按材料用量来衡量。用标准设计与通用设计时，可按所附材料查用；考同类体系、同荷载标准、相近跨度的已建桥梁的工程数量；根据参考书中提出的构造尺寸以及经验尺寸，定出总体设计的轮廓尺寸，然后对主要结构的少数控制截面进行粗略的验算。人工费和机具设备费的标准各地有很大差别，可根据概预算定额标准进行估算。（ 2）工期：工期与造价有很大的关系， 桥梁作为线路的一部分， 应该要求做到“线路修到那里，桥也通到那里”，以保证机具、材料、人员的输送，线路早日

17、交付运营，可以使国民经济早一天受益。影响工期的因素很多，在资金有保障的前提下，主要受基础工程量的大小、结构形式、施工方法等影响。上下部结构类型多的桥梁，要求特种机具设备的或新体系的工期也长，非就地取材的桥型，不仅造价高，而且工期长；采用脚手施工才工期长，而且有水毁的可能，需要慎重考虑。3）养护及维修：桥梁在规定使用期限内经常维修费用的多少需要考虑，混泥土桥的养护和维修费用比刚桥要低得多，当遭受军事或自然因素破坏后的修复，梁式桥比拱式桥方便。美观：我国基本建设的方针是“经济、适用和在可能条件下注意美观” ，大量的公路桥和铁路桥设计时应遵守这一要求，但在特大桥城市桥以及位于风景区的桥梁，应注意选择

18、美观的桥型方案。此外，施工设备及能力和环保也是必须考虑的两个方面。每个比选方案都应初步考虑采用什么施工方法，根据所给的施工设备和现场条件制订施工方案；桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，包括生态、水、空气、噪声等几个方面全面考虑。（二）桥型布置马营河大桥采用 420m四跨连续梁。是由以上水文和地质情况下，综合考虑经济、安全、美观决定下部结构采用双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础；上部结构在初步设计阶段做了三个比较方案：方案一：预应力混凝土连续箱形梁桥本桥采用单箱单室的截面形式及立面图，因为跨度很大（对连续梁桥），在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于

19、跨中截面的正弯矩， 因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律。 右下为箱梁截面图。预应力混凝土简支转连续箱梁，是目前公路桥梁中经常采用的桥型之一。结构受力合理，整体刚度大，变形小，整体稳定性好、伸缩缝较少，抗震能力强，施工工艺很成熟等。箱梁采用移动支架法施工， 所需设备昂贵， 而且箱梁本身施工工序复杂， 且费用高。箱形截面除了施工难度增加以外，由于受力图箱梁截面和构造上的需要，纵、横向的普通钢筋配筋率都不能过低。而且桥墩处箱梁根部建筑高度较大，超静定结构，对地基要求高等。方案二：拱桥：拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大

20、减少。如在均布荷载q 的作用下，简支梁的跨中弯矩为 ql 2 /8 ，全梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥， 为防止其中一跨破坏而影响全桥， 还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。拱桥的优点： 1. 跨越能力较大； 2. 能充分做

21、到就地取材，与梁式桥相比可以省大量的钢材和水泥； 3. 耐久性好，而且养护和维修费用少； 4. 外形美观； 5. 构造较简单，尤其是圬工拱桥，技术容易被掌握，有利于广泛采用；缺点： 1. 自重较大，相应的水平推力也较大，增加的下部结构的工程量，对地基条件的要求较高； 2. 拱桥一般都采用，支架上施工的方法，修建随着跨径和桥高的增加，支架或其他附属设备的费用大大增加，建桥时间也较长； 3. 由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全需采用较复杂的措施或设置单向推力墩，增加了造价。方案三：（ 4 20m）预应力混凝土连续空心板桥本方案的优点在于构造简单， 工艺成

22、熟，多数施工单位都可操作； 可以工厂化预制，现场装配，施工简便迅速，便于质量控制和降低成本；体积小、重量轻、便于吊装；建筑高度小，不受填土高度限制；对地基条件要求不高；遭受破坏后易于修复。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。采用空心板截面， 减轻了自重， 而且能充分利用材料， 构件外形简单， 制作方便，方便施工，施工工期短。（三）方案比选表方案比选表方案适用性美观性施工难易经济性设计方案一设计方案二设计方案三箱形截面抗扭刚度大，可以跨越能力较大，耐久性好，空心板截面

23、，减轻了自保证其强度和稳定性，有效承载能力较强，拱的两端不重，而且能充分利用材的承担正负弯矩， 桥梁的结仅有竖直反力，而且还有水料，构件外形简单， 制作构刚度大，变形小，行车平平反力。由于水平反力的作方便，方便施工， 施工工稳舒适。用，拱的弯矩大大减少。期短。全桥线条简洁明快，与周全桥线条简洁，但桥孔跨围环境协调好，因此，桥拱桥外形美观。度多，因此显得有些繁缛型美观。会影响桥型美观。构造简单， 工艺成熟， 可施工工艺成熟，技术可靠施工支架多，施工工序多,以工厂化预制，现场装但箱梁本身施工工序复杂。不便于机械化施工，且工期配，施工简便迅速， 体积较长。小、重量轻、便于吊装。连续梁刚度大，变形小，

24、伸拱桥一般都采用，支架上施充分利用了材料的特性，缩缝少， 能充分利用高强材工的方法，修建随着跨径和且提高了混凝的抗裂性，料的特性，促使结构轻型桥高的增加，支架或其他附促使结构轻型化。便于化，跨越能力强。属设备的费用大大增加，但质量控制和降低成本。后期养护和维修费用较少。（四）总结通过对比，从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案三：预应力混凝土连续空心板桥为最佳推荐方案。此方案，预应力混凝土连续空心板桥，结构简单，充分利用材料，经济合理；施工方便，周期短；而且桥型线条简洁。第二章设计资料一 桥梁横向布置图 横向一般布置（单位：cm）跨径：标准跨径为20m，计算跨径为；桥面净宽：净 m

25、( 行车道 )+2 ( 防撞护栏 ) 。二 纵横坡由公路桥涵设计通用规范条规定，桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于 5%；如果桥梁位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不能大于3%。根据此桥所给数据及特征，故设纵坡为2%。为满足横向排水要求横坡取% 。三 桥下净空桥下净空应根据计算水位（设计水位计入壅水、浪高等）或最高流冰水位加安全高度确定。当河流有形成流冰阻塞的危险或有漂浮物通过时，应按实际调查的数据，在计算水位的基础上，结合当地具体情况酌留一定富余量，作为确定桥下净空的依据。对于有淤积的河流，桥下净空应适当增加。在不通航或无流放木筏河流上及通航节流的不通航桥孔内，桥下净空

26、不应小于表的规定。表 非通航河流桥下最小净空桥梁的部位高出计算水位（ m）高出最高流冰面（m）梁洪水期无大漂流物底洪水期有大漂流物/有泥石流/支承垫石顶面拱脚此桥横跨马营河，因为无通航的要求，根据规范及资料，可设桥下净高为。四 高跨比根据统计分析， 下表列出了常用的等高和变高预应力混凝土连续梁的高跨比经验数据。表 连续梁高跨比铁路桥公路桥支点梁H1（ 1/121/16） L(1/161/25)L变高度连续梁跨中梁高H2(1/1/L(1/1/L等高度连续梁梁高H(1/161/18)L(1/181/20)L根据上表经验数据，该桥为公路桥，连续空心板梁，空心板一般梁高较小，高跨比一般在 1/16 1

27、/25 左右，跨径为 20m，所以连续梁梁高取。五 桥面铺装根据公路桥涵设计通用规范( JTG D60-2004 )规定：（1）、高速公路和一级公路上特大桥，大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装；（2）、桥面铺装应设防水层；（3）、高速公路、 一级公路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于70mm；二级及二级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于50mm。故此桥桥面铺装：为8cm 40 号防水混凝土，上铺9cm沥青混凝土。六 上部结构根据公路桥涵设计通用规范( JTG D60-2004 ) 的修订内容规定，空心板桥的顶板和底板厚度均不应小于80mm。空心板的空洞端部应予填封。人行道

28、板的厚度， 就地浇筑的混凝土板不应小于80mm；预制混凝土板不应小于60mm。根据桥梁工程（上册）介绍，装配式预制空心板截面中间挖孔形式很多，挖成单个较宽的空洞，其挖空体积最大，块件质量也最小，但在顶板内要布置一定数量的横向受力钢筋；挖成两个正圆孔，当用无缝钢管作芯模时施工方便，但其挖空体积较小；另外一些芯模由两个半圆及两块侧模板组成，对不同厚度的板只要更换两块侧模板就能形成空形，它挖空体积大，适用性也较好。在此例中，由于端跨和中跨的构造相同，所以以中跨尺寸为例。具体尺寸见下图：（预制板端部）(预制板跨中 )图大桥中跨边板（单位：cm）大桥中跨边板 ：梁高 90cm，顶板厚度 12cm，宽度；

29、底板厚度：预制板端部为22cm，预制板跨中为 11cm，宽度 154cm，腹板厚度 817cm；预制板端部中间圆孔洞半径为28cm，预制板跨中中间圆端形孔洞上下半圆半径为28cm，圆端形中间矩形尺寸为5611cm。（预制板端部）(预制板跨中 )图大桥中跨中板（单位：cm）大桥中跨中板 ：梁高 90cm，顶板厚度 12cm，宽度 149cm；底板厚度：预制板端部为22cm，预制板跨中为11cm，宽度 157cm，腹板厚度 817cm；预制板端部中间圆孔洞半径为 28cm，预制板跨中中间圆端形孔洞上、下半圆半径为28cm，圆端形中间矩形尺寸为 5611cm。第三章截面特性计算一 截面特性计算由于大

30、部分截面与中跨的截面相同，因而现下只计算大桥中跨的截面特性，而中跨的中板与边板截面不同，因而分别计算。此时计算需要借助AutoCAD中计算截面特性的功能完成，结果如下：（预制板端部）(预制板跨中 )图 大桥中跨边板（单位：cm）（预制板端部）(预制板跨中 )图 大桥中跨中板（单位：cm）表 截面几何特性计算结果截面位置截面积2截面惯矩I4中性轴至梁底距离（m）（m）（ m）A预制跨中中板支点预制跨中边板支点二 空心板截面的抗扭惯矩根据桥梁工程上册中介绍，在中小跨径的预应力混凝土桥中，采用铰接空心板梁桥的截面形式是比较普遍的。这种空心板可以当作薄壁矩形闭合截面。本例空心板截面可近似简化成如下图所

31、示的箱型截面来进行计算，因为上下底板厚度分别为11cm和12cm，这里近似认为上下底板厚度均为11cm。如下图所示：图简化箱型截面则：4(15714) 2(9011)24I t =(9011) 2(157=（cm ）214)1411三 计算刚度参数由前面计算可知， I= 7.45 1064I t= cm4，单板宽 b，计算跨度，cm，=158cml =1990cm则：=5.8I(b ) 2 =5.87.45106( 158 )2=I tl1.371071990第四章作用效应计算一 结构自重作用效应计算本桥的施工过程划分为四个阶段，如图所示。第一施工阶段，为主梁预制阶段，待混凝土达到设计强度90

32、%后张拉正弯矩区预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制空心板梁安装就位，形成由临时支座支撑的简支梁状态。第二施工阶段，先浇筑两跨之间的连续段接头混凝土，达到设计强度后，张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆。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，在完成主梁横向接缝，最终形成四跨连续梁。第四施工阶段，进行防护栏及桥面铺装施工。图 施工阶段示意图由施工过程可知，结构自重作用效应是分阶段形成的，主要包括：空心板一期结构自重作用荷载集度（g1），成桥后一期结构自重作用荷载集度增量（g1）；二期结构自重作用荷载集度（ g2 ）。针对本例横断面的具体构造特点，将空间桥垮结构简化为

33、平面结构进行计算。在本例中预应力混凝土重力密度 =26kN/m3，沥青混凝土结构重度为23 kN/m3，混凝土重度为 25 kN/m3。C50 混凝土的材料特性为： f ck = ， f cd=，f tk =，f td =。（一）结构自重作用荷载集度的计算1 一期结构自重作用荷载集度（g1）预制边梁： g1= 8873.9810 -42623.07 kN/m预制中梁： g1= 7295.9810 -42618.97 kN/m2 铰缝自重计算（一期结构自重）（g1）此即为成桥后一起结构自重作用荷载集度增量g1。预制边梁： g1=(0.5 90 338) 10 4 25 0.9575 kN/m 预

34、制中梁： g1=2 (0.5 90 338) 10 4 25 1.915 kN/m3 桥面系自重（二期结构自重）（g2）由于是高速公路，所以没有人行道及栏杆，只有防撞护栏，本设计采用混凝土防撞护栏，按照单侧m线荷载计算。桥面铺装上层为9cm厚 C30沥青混凝土，下层为8cm厚 C40防水混凝土，则全桥宽铺装层每延长米重力为：+ ） = kN/m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，隔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：g2 =（+）/7= kN/m（二）内力计算结构体系为简支

35、梁结构，计算跨径为，结构自重作用内力计算图式见图。本桥为先简支后连续的连续梁桥，施工过程中包含体系转换，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。施工第一阶段，结构体系为简支梁结构，记自重荷载为g1 。施工第二阶段，由于两跨接头长度较短，混凝土重量较小，产生内力较小，且对跨中弯矩有卸载作用，故忽略不计其产生的影响。施工第三阶段，结构由简支转为连续体系，因两临时支座间距较小，忽略拆除临时支座产生的影响，所以其自重荷载只记铰缝重力，即g1。施工第四阶段，连续梁阶段，自重作用荷载为成桥二期自重作用荷载，即g2。施工第一阶段结构自重效应内力由于篇幅问题，以下

36、仅以边梁为例进行计算，其余不做重复，如无特殊说明，均为边梁计算。预制边梁结构自重效应内力计算如图所示。此时结构为简支体系，计算跨径Lq g1，设 x 为计算截面距支座的距离，并= , =m令a xL ，则主梁弯矩和剪力计算公式分别为：Mx （ qLx qx2）/2， QxqL/2-qx。= /=-=图 结果自重作用内力计算图自重内力效应计算如下表：位置剪力（kN）表 第一施工阶段自重作用效应内力弯矩（ kNm）位置剪力（kN）弯矩（ kNm）左边跨左端部0左中跨左端部0左边跨 1/4处左中跨 1/4处左边跨 1/2处0左中跨 1/2处0左边跨 3/4处左中跨 3/4处左边跨右端部0左中跨右端部

37、0第三施工阶段自重作用效应内力结构体系已转换为连续梁，此时自重作用效应内力按连续梁进行计算。此时成桥后一期结构自重力作用荷载集度为g1。在此列出边跨各控制截面的剪力和弯矩影响线。边跨支点截面剪力影响线：边跨 1/4 截面剪力和弯矩影响线：边跨 1/2 截面剪力和弯矩影响线：边跨 3/4 截面剪力和弯矩影响线：图边跨各控制截面的剪力和弯矩影响线运用桥梁博士进行计算，由对称性，取结构的一半计算弯矩和剪力。具体计算结果见下表。表第三施工阶段自重作用效应阶段内力位置剪力（ kN）弯矩（ kNm）位置剪力（ kN）弯矩（ kNm）左边跨左端部0左中跨左端部左边跨 1/4处左中跨 1/4处左边跨 1/2处

38、左中跨 1/2处左边跨 3/4处左中跨 3/4处左边跨右端部左中跨右端部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荷载，其求解方法和第三施工阶段类似。此阶段自重作用荷载为g2= kN/m。具体结果见下表。表第四施工阶段自重作用效应阶段内力位置剪力（ kN） 弯矩（kNm）位置剪力（ kN） 弯矩（kNm）左边跨左端部0左中跨左端部左边跨 1/4处左中跨 1/4处左边跨 1/2处左中跨 1/2处左边跨 3/4处左中跨 3/4处左边跨右端部左中跨右端部结构自重作用效应总内力上述 3 个阶段内力均为阶段总内力，每个施工阶段的累计内力需要内力叠加得到，具体叠加结

39、果见下表。表第四施工阶段自重作用效应阶段内力施工第一阶段施工第二阶段施工第四阶段自重内力叠加位 置剪 力弯 矩剪 力弯 矩剪 力弯 矩剪 力弯 矩（ kN）（kNm（ kN）（kNm）（ kN）(kNm)（kN）（kNm）左边跨左端部）0000左边跨 1/4处左边跨 1/2处0左边跨 3/4处左边跨右端部0左中跨左端部0左中跨 1/4处左中跨 1/2处0左中跨 3/4处左中跨右端部0二 可变作用效应计算（一）冲击系数计算根据公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004 中的规定，适用于连续梁的结构基频计算公式如下：f113.616EI cf 226.651EI c2 l2（）2 l2（）mcmc

40、式中：f 结构基频 (Hz) ；计算跨径 (m) ， l =20m；E混凝土弹性模量 (MPa)， C50混凝土弹性模量为 E=1010 N/m2； I c梁跨中截面抗弯惯性矩 (m4) ；mc结构跨中处的单位长度质量(kg/m) ，当换算为重力计算时， 其单位应为 Ns2/m2，mc=G/ g；G结构跨中处的延米结构重力（N/m）；g重力加速度， g=s2。其中取中梁截面特性：I c = m4 ，mc= G/ g=（ 26 103)/=m对于本设计：mcG0.8062 26 103，g9.812136.72 kg/mf113.6163.4510100.074523.142025.945Hz2

41、136.72f126.6513.4510100.074523.1420 211.636Hz2136.72冲击系数0.1767 ln f0.0157（适用于 1.5Hzf 14Hz ）则：0.1767 ln 5.9450.01570.299120.1767 ln 11.6360.01570.418用于正弯矩效应和剪力效应：11 0.2991.299用于负弯矩效应： 110.4181.418（二）横向分布影响线在求得刚度参数 后，即可依板块个数及所计算板号按值，根据桥梁设计手册（梁桥 - 上册）中附表2 中可查得各板轴线处的影响线坐标。由于 =，则可依表查得 17 号板在车道荷载作用下的和在横向分

42、布影响线值。具体结果如表所示：由表数据画出各板的横向分布影响线，并按最不利位置布载，进而求的各板横向分布系数。表各板横向分布系数板号123456712341、 2、 3、 4 号板的荷载横向分布影响线如下图所示：图 1 、 2、 3、 4 号板的荷载横向分布影响线（三）计算荷载横向分布系数按照桥规规定横向确定最不利荷载位置后，就可计算跨中荷载横向分布系数如下，计算公式为：三车道：1（）；两车道：1（）mcq = 20.78i汽mcq = 2i 汽表各板横向分布系数板号1 号板2 号板3 号板4 号板三车道两车道三车道两车道三车道两车道三车道两车道荷载横向分布-系数-mcq综上计算可知：三车道和

43、两车道布载时，均为1 号板的横向分布系数为最不利，汽车荷载的横向分布系数是，三车道为： mcq =，两车道为 mcq =，在设计中通常偏安全地取这些最大值来计算内力。支点处荷载横向分布系数计算：图 支点处荷载横向分布系数及最不利布载1 号板横向分布系数：moq =（ +） /2=（四）各截面的汽车荷载效应内力计算主梁活载横向分布系数确定之后，将活载乘以相应横向分布系数后，在主梁内力影响线上最不利布载，可求得主梁最大活在内力，计算公式为：Sp(1)mi Pi yi（）式中： Sp 主梁最大活载内力（弯矩或剪力） 。(1) 汽车荷载冲击系数，本设计(1)1.32 。车道折减系数，本设计1。mi 荷

44、载横向分布系数， 本设计汽车的横向分布系数在主梁各跨内取相同值， mcq =，支点处 moq =Pi 主梁的车道荷载（集中力和均布荷载）。yi 主梁内力影响线的竖标值。车道荷载选取计算图式见下图。其中Pk280kN ， qk10.5kN/m图车道荷载计算图式根据通规第规定，公路级车道荷载的均布荷载标准值为: qk10.5kN/m ，集中荷载 Pk 当 5m l0 50m时，标准值内插为：Pk 180 360180 l 0 5160 4l 0160 420 240kN505当计算剪力效应时，集中力Pk1 1.2Pk1.2 240288kN本设计利用桥梁博士进行汽车荷载内力计算，汽车荷载内力具体结

45、果见表，因全桥对称，所以只列出半桥（两跨）主要截面。截面左边跨左端部左边跨 1/4 处左边跨 1/2 处左边跨 3/4 处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4 处左中跨 1/2 处左中跨 3/4 处左中跨右端部表汽车荷载效应内力M max（ ）M m in（ ）Qmax (KN)Qmin (KN)kN mkN m00（五）温度变化次内力计算根据公路桥涵设计通用规范条规定，混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以。以下计算以正温差为例，如需反温差的值以正温差的计算值乘以即可。根据公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范（JTG D62-2004）规定，混凝土由于日照引起桥面

46、与其它部分温度差，从而产生内力，在缺乏实测资料时，可假定温差+5o C(桥面板上升 5o C)，并在桥面板内均匀分布。本设计由设计任务书规定，假定温差为 +20o C，温度内力计算见内力组合结果。根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）计算桥梁结构由于温度梯度引起的效应时，可采用如图示的竖向温度梯度曲线，其桥面的最高温度T1 见图。图竖向温度梯度（尺寸单位：mm）对混凝土结构，当梁高 H 小于时，图中 A H（）；梁高 H 等于或大于400mm= -100mmA。对带混凝土桥面板的钢结构，A，图中 t 为混凝土桥面板的400mm时， =300mm=300mm厚度， T1 140，

47、T2 5.50 。温差应力按公预规附录B 计算：NtAy ty cEc（）M0A t E ey（）ty y cc式中： Ay 截面内的单元面积；ty 单元面积内温差梯度平均值，均以正值带入；混凝土线性膨胀系数，取；cEc 混凝土弹性模量，取；ey 单位面积重心到重心轴的距离。温度次内力具体各截面弯矩和剪力值见下表，温度次内力全桥对称， 故只列出半桥。表温度变化次内力截面升温降温剪力 (kN)弯矩 (kNm)剪力 (kN)弯矩 (kNm)左边跨左端部00左边跨 1/4处左边跨 1/2处左边跨 3/4处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4 处左中跨 1/2 处左中跨 3/4 处左中跨右端部（六）

48、基础沉降计算连续梁桥为超静定结构，当基础发生不均匀沉降时，会对结构内力产生影响，这种由于基础沉降所引起的结构内力统称为基础位移的次内力。对于混凝土结构，这一基础不均匀沉降引起的次内力，还会由于混凝土徐变的作用，而导致结构变形的不断增加和结构内力重分配。由于混凝土徐变所引起的结构内力称为徐变次内力。基础位移和徐变共同作用下混凝土超静定结构的次内力是上述两种次内力的综合反应， 它与作用时间有关，与基础位移和徐变作用的先后次序有关，也可能是唯一和徐变交互作用的。基础位移的次内力可按一般弹性结构计算，位移和徐变交互作用的次内力计算较为复杂。本设计只考虑前者。连续梁支座沉降与地基土的物理力学性质有关，一

49、般规律是随时间递增，经过相当长的时间，沉降接近终值。为简化计算，假定沉降变化规律类似于徐变变化规律，其基本表达式为：d (t )d () (t , )（）(, )式中：d t t 时刻的墩台基础沉降值； t= 时刻的墩台基础沉降值。根据沉降量，可求得结构相应次内力。 另外，混凝土徐变对支座不均匀沉降有利的。先取边支座沉降 10mm计算结构的基础沉降内力，基础沉降计算时应考虑多种工况，本例考虑如图，所示的 5 种情况，即设每个墩台分别沉降 10mm，各工况具体各截面弯矩和剪力值计算结果如表 ，然后将 5 种情况中的同号效应相叠加，即可得到多种沉降工况及其组合的最大最小值，如表所示。由于支座沉降并

50、不对称，故需列出全桥主要截面内力。图墩台不均匀沉降工况计算结果如下：截面位置剪力 kN左边跨左端部左边跨 1/4 处左边跨 1/2 处左边跨 3/4 处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4 处左中跨 1/2 处左中跨 3/4 处左中跨右端部截面位置剪力 kN左边跨左端部左边跨 1/4 处左边跨 1/2 处左边跨 3/4 处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4 处左中跨 1/2 处左中跨 3/4 处左中跨右端部截面位置剪力 kN表基础沉降工况弯矩 kN m0表 基础沉降工况弯矩 kN m0表 基础沉降工况弯矩 kN m次内力作用截面位置剪力 kN弯矩 kN m右中跨左端部右中跨 1/4处右中

51、跨 1/2处右中跨 3/4处右中跨右端部右边跨左端部右边跨 1/4处右边跨 1/2处右边跨 3/4处右边跨右端部02 次内力作用截面位置剪力 kN弯矩 kN m右中跨左端部右中跨 1/4处右中跨 1/2处右中跨 3/4处右中跨右端部右边跨左端部右边跨 1/4处右边跨 1/2处右边跨 3/4处右边跨右端部03 次内力作用截面位置剪力 kN弯矩 kN m左边跨左端部0左边跨 1/4处左边跨 1/2处左边跨 3/4处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4处左中跨 1/2处左中跨 3/4处左中跨右端部表 基础沉降工况位置剪力 kN弯矩 kN m左边跨左端部0左边跨 1/4处左边跨 1/2处左边跨 3/

52、4处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4处左中跨 1/2处左中跨 3/4处左中跨右端部表基础沉降工况位置剪力 kN弯矩 kN m左边跨左端部0左边跨 1/4处左边跨 1/2处左边跨 3/4处左边跨右端部左中跨左端部右中跨左端部右中跨 1/4处右中跨 1/2处右中跨 3/4处右中跨右端部右边跨左端部右边跨 1/4处右边跨 1/2处右边跨 3/4处右边跨右端部0次内力作用位置剪力 kN弯矩 kN m右中跨左端部右中跨 1/4处右中跨 1/2处右中跨 3/4处右中跨右端部右边跨左端部右边跨 1/4处右边跨 1/2处右边跨 3/4处右边跨右端部0次内力作用位置剪力 kN弯矩 kN m右中跨左端部右中

53、跨 1/4 处右中跨 1/2 处右中跨 3/4 处右中跨右端部右边跨左端部左中跨 1/4处右边跨 1/4处左中跨 1/2处右边跨 1/2处左中跨 3/4处右边跨 3/4处左中跨右端部右边跨右端部基础沉降效应内力叠加，按最不利组合叠加；结果见下表：0截面位置左边跨左端部左边跨 1/4 处左边跨 1/2 处左边跨 3/4 处左边跨右端部左中跨左端部左中跨 1/4 处左中跨 1/2 处左中跨 3/4 处左中跨右端部右中跨左端部右中跨 1/4 处右中跨 1/2 处右中跨 3/4 处右中跨右端部右边跨左端部右边跨 1/4 处右边跨 1/2 处右边跨 3/4 处右边跨右端部表 基础沉降效应内力叠加汇总M

54、m axM minQmax (kN)+0000Qmin (kN)+三 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 , 按公路桥涵设计通用规范第条和条规定，根据可能出现的荷载进行内力组合。（一）按承载能力极限状态设计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：mn0 Sud0(Gi SGikQ1SQ1kcQjSQjk )（）或者Sudim1SnSj2（）(S)00GidQ1dcQjdi1j2式中： 0 结构重要性系数，在本桥设计中取0 =；Sud 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；Gi 第i 个永久作用效应

55、的分项系数；SGik ， SGid 第 i 个永久作用效应的标准值和设计值；Q1 汽车荷载效应的分项系数，取Q1 =；Q1k， SQ1d汽车荷载效应的标准值和设计值；SQj 作用效应组合中除汽车荷载效应、风荷载外的其他第j 个可变作用效应的分项系数，取Qj =，但风荷载的分项系数取Qj =；SQjk， SQjd 在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他第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外的其他可变作用效应的组合系数，取c =恒载作用效应的分项系数取Gi =（对结构承载力不利），或者Gi =（对结构承载力有利）。基础变位作用的效应分项系数G2 =；汽车荷载效应

56、的分项系数Q1 =；温度作用效应的分项系数Q2 =；则承载能力极限状态组合为：对结构承载力不利时：0 Sud1.0(1.2 SG10.5SG21.4SQ10.81.4 SQ2)（二）按正常使用极限状态设计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：mnSSdSik1j SQjk（）i1j 1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；1j SQjk 第 j 个可变作用效应的频遇值。按照通规中条规定，汽车荷载（不计冲击力）效应的频遇值系数为11 =；温度作用效应的频遇值系数取12 =；则作用短期效应组合为：SSdSG1S

57、G20.7SQ10.8SQ2（）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：mnS1dSGik2j SQjk（）i 1j1式中： S1d 作用长期效应组合设计值；2j 第 j 个可变作用效应的准永久值系数；2j SQjk 第 j 个可变作用效应的准永久值。按照通规中条规定，汽车荷载（不及冲击力）效应的频遇值系数取21 =；温度作用效应的频遇值系数取22 =；则作用长期效应组合为：S1dSG1SG20.4SQ10.8SQ2（）据上述要求进行承载能力极限状态内力组合和正常使用状态内力组合，结果如下：承载能力极限状态组合（+ + ）（不利）短期作用组合（+ +

58、 + ）长期作用组合（+ + + ）结果如下表所示：荷载类别及截面位置弯矩 maxkNm）左边弯矩 min跨（ kNm）左剪力 max端（ kN）部剪力 min（ kN）左弯矩 max边（ kNm）表 主梁作用效应组合内力分量荷载组合结构自重基础汽车荷温度作用效应沉降载效应效应承载能力极短期作长期作限状态组合用组合用组合00000000000000跨弯矩 min1/4（ kNm）处剪力 max（ kN）剪力 min（ kN）弯矩 max（ kNm）左弯矩 min边（ kNm）跨剪力 max1/2（ kN）处剪力 min（ kN）弯矩 maxkNm）左弯矩 min边跨（ kNm）剪力 max3/

59、4处（ kN）剪力 min（ kN）弯矩 max左（ kNm）弯矩 min边跨（ kNm）右剪力 max端（ kN）部剪力 min（ kN）弯矩 max左（ kNm）1072 186弯矩 min中跨（ kNm）左剪力 max端（ kN）部剪力 minkN）左弯矩 max中（ kNm）跨1/4处左中跨1/2弯矩 minkNm）剪力 maxkN）剪力 minkN）弯矩 maxkNm）弯矩 minkNm）剪力 max处（ kN）剪力 min（ kN）弯矩 max（ kNm）左弯矩 min中（ kNm）跨剪力 max3/4处（ kN）剪力 min（ kN）弯矩 max（ kNm）左弯矩 min中（ k

60、Nm）跨剪力 max右端（ kN）部剪力 min（ kN）（三）内力包络图画出内力包络图如下图所示：承载能力极限状态下：图 承载能力极限状态下内力包络图正常使用极限状态下：图短期效应组合内力包络图图长期效应组合内力包络图第五章预应力钢筋的估算及布置根据预规（JTG D62-2004）规定，预应力梁应满足使用阶段的应力要求和承载能力极限状态的正截面强度要求。一 钢束桥规估算的原理与方法在本设计中，此桥为简支转连续桥的桥梁，主梁在简支状态下主要承受自重产生的正弯矩和预加力的作用， 因此在正弯矩钢束布置时应满足简支状态下的受力要求。其次，截面上缘负弯矩的钢束不仅用来承担二期恒载、活载负弯矩及结构次内