毕业设计（论文）-高速铁路(60+108+60)m预应力混凝土连续梁桥设计

2013年6月本科毕业设计(论文)高速铁路(60+108+60)m指导老师： 指导教师 答辩委员会主任(签章) 毕业设计(论文)任务书发题日期：2013年3月4日完成日期：2013年6月19日题目高速铁路(60+108+60)m预应力混凝土连续梁桥设计培养土木工程专业本科毕业生综合应用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，掌握桥梁设计的基本原理和方法，独立完成一座桥梁的设计工作的能力，熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用所做的设计工作应该满足相关规范的要求。设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰。通过设计，提高学生分析问题、解决问题的能力，达到桥梁工程设计人员的初步水平，为将来走上工作岗位打下良好的基础。(1)设计标准：高速铁路，双线，设计速度350km/h,按ZK荷载设计；无碴轨(2)桥面布置：桥面宽度12m。线间距5m。建筑限界按净高为7.25m,双线净宽(3)桥面线形：平面为直线，纵坡为平坡，中跨桥面跨中高程为500m。桥面横坡：2%。(4)设计基准温度20℃,体系温度变化：±20℃。(5)基础变位：相邻墩台基础不均沉降1cm。(6)基本风压：500Pa。其它基础资料见提供的附图(电子版)。(1)《铁路技术管理规程》(铁道部令第29号)(3)《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB (4)《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB1(5)《铁路桥涵砼和砌体结构设计规范》(TB-1(7)《高速铁路设计规范》(试行)(TB10621-2009)(3)预应力钢筋及锚具：预应力钢绞线：符合美国ASTMA416—97A标准，270级高强度低松弛钢绞线，其标准强度fpk=1860Mpa,Ep=1.95×105Mpa,松弛率小于0.035,用于全桥纵向预应力钢束和主桥横桥向预应力钢束及部分竖向预应力钢束。YM15-9、YM15-12或YM15-19;对应波纹管直径分别为(内径)φ70、φ80、φ85、φ100mm(外径比内径大7mm)。主梁竖向预应力钢筋采用Φ32PSB830钢筋，fpk=830Mpa;对应锚具为M34×3(螺距);对应孔道直径φ43mm,锚垫板边长a=受力主钢筋用HRB335钢筋(Φ12～28),fpk=335MPa;非受力钢筋用Q235钢筋收集资料，了解大跨度连续梁(刚构)桥的发展现状和计算理论。根据题目给定的跨度尺寸和平面横断面图，布置桥跨；在参考已建桥梁的基础上，拟定主梁、总体设计内容包括：跨度设计、主梁主墩结构尺寸的拟定、横截面尺寸拟定、熟悉有限元结构分析计算和设计软件的原理及使用，包括结构计算图式的确定、单元划分、施工阶段的划分及其对应的内力计算、运营阶段内力计算等。根据 拟定的结构尺寸，计算结构及杆件的截面特性和恒载，熟悉结构内力分析的基本原理，采用有限元结构分析计算软件，计算结构的恒载状态。计算ZK荷载、温度效应、静力风荷载作用下的结构最不利内力和变形。对结构在各种荷载作用下的内力进行组合，按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)进行对主梁预应力钢束布置进行设计计算，根据相关设计规范应用具体公式和参按照预应力混凝土结构设计原理，根据设计规范具体公式和参数，对结构的强设计说明和设计图按规定装订，设计计算说明书的内容包括：桥式方案拟定和比较的基本原则、设计思路以及主要结构尺寸拟定原理的综合叙述和阐述；结构主要施工方法选定的叙述；主要设计计算原理和方法的叙述；结构在主要荷载效应 (弯矩、剪力、轴力、位移等)下的计算分析过程及具体计算结果和分析。文整格式一般以设计题目为首，按照设计题目、设计任务书、中文和外文摘要、目录、正文、外文资料翻译(包括外文原文及中文翻译)、毕业设计小结，以及毕业实习报绘制图形及装订顺序如下：设计说明、全桥工程数量汇总表、桥梁总体布置绘制桥梁结构主要构造图：预应力混凝土连续梁和连续刚构桥主梁、中间墩等立面、平面和横断面图，横隔板构造图，主梁分段预应力钢筋布置图(包括纵向立面、平面和各个横断面布置，以及预应力钢筋要素图表等),施工程序图、结构工程数量等。要求达到A3幅面图纸不少于16张或A2幅面图纸不少于8张(相当于0#图2要求选择一篇外文专业科技文献(外文字符不少于10000个)翻译，写出中英文的毕业设计摘要(不少于500汉字)。 (1)根据任务书提出完成毕业设计工作计划并报指导教师认可。(2)掌握桥梁设计的基本原理和方法。(3)熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用。(4)设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰；章节编号分明，图、表编号说明清楚；文句通顺，字迹工整，图纸美观；装订成册。7、参考文献[1]强士中.桥梁工程(下册),北京：高等教育出版社，2000[2]范立础主编，桥梁工程(上册),北京：人民交通出版社，2001[3]范立础主编，预应力混凝土连续梁桥，北京：人民交通出版社，1988[4]邹毅松、王银辉，连续梁桥，北京：人民交通出版社，2009[5]邬晓光、邵新鹏、万振江，刚架桥，北京：人民交通出版社，20017[6]郑健，中国高速铁路桥梁，北京：高等教育出版社，2001[7]黄棠、王效通，结构设计原理(上),北京：中国铁道出版社，1997第一部分熟悉毕业设计任务、文献阅读、资料收集；熟悉软件使用；桥跨总体布置选定结构尺寸，确定施工方法；(2周)第二部分结构内力计算、自重产生的徐变次内力计算；恒、活载简单组合、第三部分预应力筋估算和布置、预应力损失计算、预应力弹性次内力、徐变次内力、温度次内力、支座沉降次内力计算；(3周)第四部分荷载组合、截面验算、变形检算、工程数量计算；(2周)第五部分编制设计说明书、编制设计图、外文资料翻译；(2周)第六部分毕业实习、编制实习报告、设计说明书和图纸的整理；(1周)第七部分毕业设计检查、完善、制作答辩PPT,毕业设计审查；(1周)评阅及答辩(1周)备注：期间有3天在实习 本设计所设计的是高速铁路预应力混凝土连续梁桥，为双线铁路桥梁，主要设本设计采用预应力混凝土连续梁桥，其孔径布置为60+108+60m,全长为228m。主梁采用变高度变截面的单箱单室箱型截面，主梁的高度变化曲线采用二次抛物线。桥面宽度为12m,中支座梁高9m,中跨跨中梁高5m。主梁采用对称悬臂施本设计使用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、 railway.ThisdesignmainlydesignItadoptaprestressed60+108+60m,Itstotalspanis228m.First,thesizeofgirderisdetvariableforthevariablebeamcross-secconstructedbyfullscaffoldconstruThentheMidasprogramisusedtocalculatetheinternalforcecausedbydefiningthesettlementgroshrinkageandcreepoftheconcrete.ThetotheMainforcecombination.Accordingtotheinternalforceofcontrolsectionsthenumberofbridge.FinallyacheckismKeywords:Continuousbeam;balancedcantileverconstruction;Incalculation;Checkingcomputation;Midas 1 1 11.1.2平衡悬臂施工法特点 11.1.3预应力混凝土连续梁的特点 11.2毕业设计的目的和意义 2 2 21.3毕业设计的主要内容 2 4 42.2截面尺寸拟定 4 4 5 5 52.2.5承托(梗腋) 6 62.4构造特点 6 6 62.4.3合拢段 72.5主梁分段 72.5.1节段划分 7 8 9 113.1恒载内力计算 3.1.1材料特性 3.1.3施工荷载 3.1.4二期恒载 3.1.5计算模型 3.2活载内力计算 3.2.1计算方法 3.2.2活载动力系数的计算 194.1预应力钢束估算 4.1.1计算原理 4.1.2预应力钢束估算 4.2.1纵向预应力钢束的受力特点 244.2.2纵向预应力钢束布置原则 4.2.3纵向预应力束的布置 4.3竖向预应力钢束布置 26 285.1计算原理 5.1.1净截面几何特性 285.1.2换算截面几何特性 29 第6章预应力损失及有效应力 326.1管道摩阻损失 6.2锚具变形损失 6.3混凝土弹性压缩损失 6.4预应力钢筋应力松弛损失 346.5混凝土的收缩徐变损失 346.6关键截面预应力损失计算 387.1预加力次内力计算 7.3混凝土徐变次内力计算 7.4温度次内力计算 437.4.1温度对结构的影响 7.5基础沉降次内力计算 45 478.1荷载的分类 47 8.3主力组合 47 529.1强度验算 529.1.1正截面强度验算 9.1.2斜截面强度验算 9.2抗裂验算 579.2.1正截面抗裂验算 579.2.2斜截面抗裂验算 9.3.1施工阶段应力 9.3.2预应力钢筋应力验算 9.3.3运营阶段应力验算 619.4刚度验算 649.4.1竖向挠度验算 64 9.4.4自振频率验算 67西南交通大学本科毕业设计(论文)第XI页 70 第1章绪论1.1设计概述连续梁是一种古老的结构体系，它具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。在20世纪50年代以前，预应力混凝土连系梁虽然是常被采用的一种体系，但跨径均在百米以下。当时主要采用满堂支架施工，费工费时，限制了它的发展。50年代后，预应力混凝土桥梁采用平衡悬臂施工方法后，加速了它的发展步伐，跨度开始突破100米。虽然跨径太大时是用预应力结构并不总比其它结构好，但是在实际过程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥常常为优胜方案。大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法，梁体从墩上平衡向两边悬臂现浇伸出。为保持梁体在施工过程中的稳定，梁体临时锚固于墩上或在墩旁立临时支架增设支承点，然后现浇合拢段转换成最后的结构体系。其优点是：施工支架和临时设备少，施工时不影响桥下通航、通车，也不受季节、河道水位的影响。(1)预应力混凝土充分发挥高强度材料的特性，具有可靠的强度、刚度及抗裂性能。结构在车辆运行中噪音小，维修工作量少。(2)预应力混凝土连续梁桥的施工方法已经达到相当先进的水平，现代化技术的应用已使它的施工周期大大缩短，显示出巨大的经济效益。(3)预应力混凝土桥梁适用于各种结构体系，而且还在不断创造出体现预应力技术特点的新型结构体系，因而它的适用范围大，竞争力强。 (4)预应力混凝土连续梁桥可充分利用材料可塑性的特点，在建筑上有丰的表现潜力，更易达到与周围环境相协调的简洁而美观的型式，实现经济和美观的1.2.1毕业设计的目的毕业设计是高等工科院校本科培养计划中的最后一个教学环节，是对本科四年工程设计图集及其它参考资料，独立地完成预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计(2)同时初步掌握桥梁设计的步骤、方法，培养分析问题、解决问题的能力，为1.2.2毕业设计的意义(1)在老师的指导下，独立完成一座三跨铁路预应力混凝土连续梁桥上部结的(1)预应力混凝土连续梁桥的构造尺寸、结构形式及其结构静力计算，包括计算恒载内力、活载内力、温度内力、支座沉降引起的内力，混凝土收缩徐变引起的 (4)次内力的计算；(5)施工阶段截面强度，应力的控制验算；(6)运营阶段截面强度验算，截面应力验算，变形验算；(7)主要工程数量计算。 第2章桥跨总体布置和结构主要尺寸2.1设计概述60+108+60m。双线，桥面宽度为12m,线间距5m,桥面纵坡为平坡，桥面横坡2%,;桥轴平面线型为直线。主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿桥纵向呈二次抛2.2截面尺寸拟定2.2.1主梁梁高铁路桥桥变截面梁的高跨比H/L,支点截面可取1/12～1/16。支点截面梁高与跨中截面梁高之比可取1.5~2.0。本桥主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿桥纵向呈二次抛物线变化。中跨墩顶梁高9m,高跨比为1/12;中跨跨中梁高5m,支点截面梁高与跨中截面梁高之比为1.8。箱型截面横断面图见下图(左边为中跨支座截L哥 2.2.2顶板和底板厚度箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯炬的主要工作部位。当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面将承受很大的压应力。箱形截面的底板应提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯短的截面中，顶板和底板除承受自身荷载外，还受一定的施工荷裁。当采用悬臂施工法时，箱梁底箱梁底板厚度随箱粱负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板除需符合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以内，并2.2.3腹板厚度箱梁腹板主要承受结构的弯曲剪应力和扭转剪应力所引起的主拉应力，设计中腹板厚度还应考虑预应力管道布置、钢束锚固、锚下局部应力的分散及混凝土浇筑的要求。大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用30cm~60cm,甚至可以达到1m左右。本桥中支座处腹板2.2.4横隔板箱梁横隔板的基本作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。在支承处的横隔板还担负着承受和分布较大支承反力的作用。箱型截面由于具有很大的抗扭刚度，所以横隔板的布置可以比一般肋式梁桥少一些。目前许多国家认为可以减少或不设置中间横隔板。从受力角度来分析，中间横隔板对纵向应力和横向弯矩的分布影响很小，活载横向弯矩的增加很少超过8%,而恒载应力又不受横隔板的影响，因此单从结构上来考虑，中间横隔板的作用可以用局部加强腹板的办法来代替。因此，本设计中只在四个支座位置设置横隔板，中支座处的横隔板厚度取4m,边支座 西南交通大学本科毕业设计(论文)第6页2.2.5承托(梗腋)在顶板与腹板接头处设置承托很有必要。承托提高了截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变应力。桥面板在腹板支承出的刚度增大后，可以吸收负弯矩，从而减少了桥面板的跨中弯矩。此外，承托使力线过度比较缓和，减少了次应力。从构造上考虑，利用承托所提供的空间布置纵向预应力筋，这也为减薄底板和顶板的厚度提供了构造上的保证。本设计在顶板与腹板交接处设置40cm×120cm的水平承托；在底板与腹板交接处设置60cm×30cm的竖向梗腋。2.3箱梁底缘曲线方程变截面的底板变化规律可采用圆弧线、抛物线或折线。其中抛物线与连续梁的弯矩变化最接近。本次设计箱梁底板按二次抛物线变化，其方程为2.4构造特点零号块是悬臂挠筑施工的中心块体，又是体系转换的控制块体。梁体的受力经零号块通过支座向墩身传递，零号块受力非常复杂，且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地，故其顶扳、底板、腹板尺寸都取得较大。零号块已不能处理为一般的杆系，对重要桥梁都要进行零号块空间应力分析。从国内施工来看，零号块时有开裂，故其施工工艺及结构构造是很值得研究的问题。挂篮是悬臂施工中的主要设备，按结构形式可分为桁架式、斜拉式、型钢式及混合式4种。根据混凝土悬臂施工工艺要求及设计图纸对挂篮的要求，综合比较各种形式挂篮特点、重量、采用钢材类型、施工工艺等；挂篮设计原则：自重轻、结 构简单、坚固稳定、前移和装拆方便、具有较强的可重复利用性，受力后变形小等特点，并且挂篮下空间充足，可提供较大施工作业面，利于钢筋模板施工操作。2.4.3合拢段合拢段的施工是桥梁施工的重要环节。在合拢段施工过程中，由于温度变化、混凝土早期收缩、己完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热，以及结构体系变化和施工荷载等因素，对尚未达到强度的合拢段混凝土有直接影响，故必须重视合拢段的构造措施，使合拢段与两侧梁体保持变形协调，并在施工过程中能传递内力。合拢段的长度在满足施工要求的情况下，应尽量缩短，以便于构造处理，一般取1.5~3m。合拢段的构造处理有以下几种：(1)用劲性钢管作为合拢段的预应力套管；(2)加强配筋将混凝土强度提高一个等级；采用早强、高强、少收缩混凝土；加强混凝土的养护；合拢段施工应注意以下几点：(1)合拢段应采用早强、高强、少收缩混凝土；(2)合拢段混凝土浇筑时间应选在一天中温度较低时，并使混凝土挠筑后温度开始缓慢上升为宜；2.5主梁分段箱梁施工节段的划分主要考虑以下几个因素：(1)零号块托架施工，工作条件相对较好，考虑到施工机具，临时物品堆放等因素，可适当划分长一些。(2)挂篮的承载能力与抗倾覆性。本设计挂篮承载能力1800kN,梁段划分长度不宜超过5m。 (3)梁段划分不宜过短，要满足预应力管道弯曲半径的要求。(4)梁段划分的规格尽量减少，以利于施工。本桥全长228m,共分76个梁段。零号块长度13m,悬臂浇注梁段为3m、3.5m和4m;中跨合拢段长2m,边跨合拢段2m;边跨满堂支架施工长度为5m;最大梁段重单元号i端节点号截面面积长度体积m6647748849944333结构离散化是结构有限元分析的重要环节，必须遵守以下原则：(1)保证体系的不变性。施工过程要注意不能少约束，更不能存在多余约束。(2)计算模型是对原结构的简化，但是应尽量符合受力特点和构造特点。对零号块，横隔板，支座的处理尤其重要。(3)单元的划分太粗略，将影响计算结果精度。因此可以将一些重要部位单元划分的短一些。截面号主梁高度顶板厚度底板厚度腹板厚度123 截面号主梁高度顶板厚度腹板厚度456789施工方法及单元划分确定之后，就可以模拟实际的施工过程。预应力混凝土连阶段1:零号梁段现浇。架设主墩墩顶支架和托架，安装支座，并将活动支阶段2:悬臂浇筑1#段。在零号段上对称架设挂篮4个(每个桥墩上假设两个),立模板，绑扎钢筋，预埋预应力管道，做好混凝土浇筑的准备工作。浇筑混阶段3:拆除模板，挂篮前移至新的位置锚固。绑扎钢筋，预埋预应力管道，阶段4:重复2-3阶段的工作，直至梁体达到最大双悬臂状态。阶段5:安装边跨现浇段满堂支架，激活边跨的支座，铺设模板，绑扎钢筋， 阶段6:拆除边跨满堂支架，拆除中跨悬臂挂篮，安装中跨合拢段模板和吊篮。现浇中跨合拢段。张拉预应力，拆除吊篮与模板，阶段7:施加二期恒载。其中，悬臂现浇施工每一个梁段可模拟为以下五个阶段：(1)、挂篮前移。每一次移动，均要先拆除挂篮在原来临时锚固点的一对集中力(方向相反，形成力偶),然后在移动到位后的新锚固点加载一对集中力。(2)、铺设钢筋网。该阶段需在挂篮锚固点增加因钢筋网的重量而产生的力。(3)、浇筑混凝土。该阶段需在挂篮锚固点增加因混凝土重量而产生的力。(4)、混凝土养护。该阶段梁段上的施工荷载保持不变。(5)、张拉预应力筋。近似忽略静定束的作用，该阶段梁段上的施工荷载保持不变。每个梁段的悬浇工期为9天，其中混凝土浇注及养生用3天(达到混凝土设计强度的85%),张拉预应力钢束1天，移动挂篮5天。2.7施工注意事项1、梁段悬臂浇注时，与前段混凝土结合面应予凿毛，并清洗干净，纵向非预应力钢筋采用搭接。2、各合拢段混凝土浇注，应选择非温度急剧变化日或夜间气温最低时进行。为切实保证灌注质量，在中跨合拢段两端截面间设钢支撑，并于顶、底板上各张拉四根临时钢索，以锁定合拢段两侧梁部。3、悬灌施工时，两端施工设备的重量要保持平衡，并注意无左右偏载。4、安装盆式橡胶支座前应注意将支座的相对滑动面和其他部分用丙酮或酒精擦洗干净，安装支座标高应符合设计要求，其四角高差不得大于1mm,活动支座的四氟板必需搁置在盆中，使支座能充分发挥其受力和位移功能。5、为使主梁施工达到高质量、高精度和高安全度，除要求混凝土强度达到85%以后方可施加预应力外，对已灌注的梁段，要求通过以下三个方面的检查校核后，方可进行下一梁段的施工：(1)混凝土强度必须达到或超过设计标号。(2)箱梁截面各部尺寸以及中线误差必须满足施工规范要求。 第3章结构内力计算预应力混凝土连续梁桥恒载内力计算与所采用的施工方法有着直接的关系。主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重(一期恒载)内力和二期恒载(如铺装、栏杆等)引起的主梁后期恒载内力。本设计采用midas桥梁计算程序计算恒载内力。 受力主钢筋用HRB335钢筋(Φ12～28),fpk=335MPa;非受力钢筋用Q235钢筋3.1.2单元特性全桥共分22个截面类型，悬臂施工阶段梁段单元长度分别为3m、3.5m和4m,3.1.3施工荷载施工荷载考虑在施工过程的设备、机具、临时放置的材料、施工人员等的最大可能的重力标准值之和作为构件上的总活荷载。计算时还要与构件自重进行组合。本设计中简化为作用于挂篮锚固点的一对集中力。集中力大小根据各施工阶段的混凝土重量、挂篮自重、钢筋网重量等计算得到，并适当考虑由于各梁段长度不同而本设计中的施工荷载的取值：挂篮、机具、人群等施工荷载按800kN计。当施工梁段达到一定强度后，挂篮前移开始浇筑下一梁段。此时作用于先前两个锚固点的施工荷载应解除，在midas中即使钝化前一阶段的挂篮荷载，并在新的锚固位置上3.1.4二期恒载本设计高速铁路桥梁为无砟轨道，二期恒载主要有钢轨、轨枕、扣件、垫板、防水层、保护层、电缆槽、人行道栏杆、接触网支架。二期恒载的设计值为3.1.5计算模型悬臂现浇法不同施工阶段对应不同计算模型，由于涉及结构体系转换，支座条件也会相应发生改变，具体参看midas程序。运营阶段计算模型如图3-2所示。 3.1.6恒载计算结果阶段最大悬臂中跨合拢弯矩剪力弯矩剪力弯矩剪力1002345060789 -286592e+0114.30238e+011STAG5:269839拉cs:恒荷敬T-263466e+011-3.17740e+0114.26286e+011AGE5年格疑切3 6.21325e+011sTAGE:C影2的棵36ccs:恒荷敬BEAMDIAGRAM2.61848e+0072.03659e+0071.45471a+0078.728190+0060.00000e+000-2.90956e+006-203662e+007 西南交通大学本科毕业设计(论文)第16页3.2.1计算方法连续梁桥是超静定结构，计算活载内力仍采用影响线加载法。一般再利用主梁的内力影响线，在纵向按最不利位置的内力影响线加载，求得主梁最大活载内力。对于铁路桥梁采用换算的均布荷载加载时车道荷载：式中S——截面的弯矩或剪力；1+μ——列车荷载的冲击系数；Ω——同号弯矩或剪力影响线的面积。3.2.2活载动力系数的计算列车竖向活载纵向计算采用ZK活载，ZK活载标准活载计算图式如下图所示：根据高速铁路规范，考虑列车活载的竖向动力作用时，列车竖向荷载等于列车竖向静活载乘以动力系数1+μ,1+μ应按下列公式计算：式中，Lφ为加载长度(m),其中Lφ<3.61m时按3.61m计；简支梁时为梁的跨径；n跨连续梁时取平均跨度乘以下列系数： 西南交通大学本科毕业设计(论文)第17页当计算Lφ小于最大跨径时，取最大跨径。(1+μ)计算值小于1.0时取1.0。对于本桥梁，n=3,,所以取Lφ=108,代入计算公式得1+μ=0.96≤1.0,故取1+μ=1.01000020356789西南交通大学本科毕业设计(论文)第18页弯矩max图3-8活载弯矩包络图HPostCSIH图3-9活载剪力包络图 第4章预应力钢束设计4.1.1计算原理根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB1002.3-2005)规定，预应力混凝土梁应满足弹性阶段的应力要求和破坏阶段(承载能力极限状态)的正截面强度要求。因此，预应力筋的数量可以从这两方面综合确定。预应力混凝土梁达到受弯极限状态时，受压区混凝土强度应达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉强度设计值。截面的安全性是通过计算截面抗弯安全 西南交通大学本科毕业设计(论文)第20页预应力筋数或fd——预应力筋抗拉强度设计值；fa——混凝土抗压强度设计值；A,——单根预应力筋束截面面积；b——截面宽度。对于双筋截面梁，可据截面上正弯矩和负弯矩按上述方法分别计算上下缘所需的预应力筋数。这时忽略了实际上存在的双筋影响(受压区和受拉区都有预应力筋)会使计算结果偏大，但作为预应力筋数量的估算是允许的。(2)按正常使用极限状态的应力要求N,rN,r+/.N,N,xN,xMe铁路桥涵混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB1002.3-2005)规定，截面上的预应力应大于荷载所引起的拉应力，预压应力与荷载引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力(0.5fk),或在任意阶段，梁全截面受压，截面上不出现拉应力，同时截面上的最大压应力小于允许压应力。对于截面上缘(4-5) 西南交通大学本科毕业设计(论文)第21页对于截面下缘(4-7)式中σ,——由于引力产生的应力；W——截面抗弯模量；fk——混凝土轴心抗压强度标准值。当为正弯矩时Mmax,Mm取正值，当为负弯矩时取负值。一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上下缘的压应力不是控制因素，为了简便计算，可以只考虑上下缘的拉应力这个限制条件，求得预应力筋数的最小值。公式(4-5)变为：(4-9)公式(4-7)变为：(4-10)截面上缘由预应力钢束产生的应力σ上和截面下缘由预应力钢束产生的应力σ7分三种情况讨论：a)截面上下缘均配有预应力筋N上和NF以抵抗截面正负弯矩，由预应力筋N上和NF在截面上下缘产生的压应力分别为：将式(4-9)、(4-10)分别带入式(4-11)、(4-12),联立方程解得 西南交通大学本科毕业设计(论文)第22页代入(4-13),(4-14)中得到式中A,——每束预应力筋的截面积；σp——预应力筋的永存预应力；e——预应力筋预加应力合力作用点至截面重心轴的距离；K——截面的核心距；A——混凝土有效截面面积。其中，b)当只截面在下缘布置预应力筋NpF以抵抗截面正弯矩时：c)当只截面在上缘布置预应力筋N以抵抗截面负弯矩时：当按上下缘的压应力的限制条件计算预应力筋束的最大值时，可由式(4-6)和式(4-8)推导得： 西南交通大学本科毕业设计(论文)第23页(3)预应力筋有效应力在使用阶段配筋估算时，预应力筋的应力值应该取有效应力，即要在张拉控制应力的基础上扣除各种预应力损失值。根据规范规定：钢丝、钢绞线的张拉控制应力σc≤0.75f,考虑各种预应力σ,=0.8×(0.75×1860MPa)=1116MPa。则按使用阶段初步估算的预应力筋数目：式中Ny——预估的纵向预应力钢束合力。4.1.2预应力钢束估算根据截面大小尺寸、钢束布置形状以及锚具要求等因素进行综合考虑，纵向预应力钢束选用12φ15.2和15φ15.以中支点截面为例进行配筋计算： 综上可知49.1≤n≤104,实际配置中取上缘取80束，其中顶板60束，腹板20束。根据本章的计算方法，可初步估算出各截面所需要的预应力钢束数目。考虑到估算时内力值中并未计入次内力的影响，故将计算得到的理论钢束数目乘以1.15倍的放大系数。控制截面的实际配束计算的结果如表4-1所示：实际配束644边跨1/2640中支点0中跨1/80中跨1/484中跨3/84跨中24预应力钢筋布置主要根据成桥和施工阶段的受力状态确定，同时考虑截面的构造，施工工艺和方法等。对于悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥来说，纵向预应力筋的布置主要有悬臂束和连续预应力束两大类：在悬臂浇注施工阶段，要配置承受负弯矩的悬臂预应力筋(也称一期配束);而在合拢成桥后，要配置承受恒活载产生正负弯矩的预应力筋(也称二期配束)。纵向预应力钢筋是主要受力钢筋，既要考虑结构的整体受力，也要考虑受力的局部影响，还要考虑施工和操作的方便。在箱形截面内纵向预应力筋可以布置在顶板内承受负弯矩；布置在底板内承受正弯矩；在分段施工和分段配筋中，有顶板束在顶板内平弯后通过腹板下弯锚固，以承受截面的主拉应力。在边跨现浇段可以布 4.2.2纵向预应力钢束布置原则1.应选择适当的预应力束筋的型式与，锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，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。当预应力束筋选择过大，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，如选择预加力很大的单根束筋，也可能使结构2.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较复杂，因而必须在构造上加以保证，为此3.预应力束筋的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系4.预应力束筋配置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与桥梁体系、构造5.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6.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4.2.3纵向预应力束的布置本设计纵向预应力筋全部采用12φ15.2和15φ15.2高强度低松弛钢绞线，选用 中墩墩顶22号截面共配有预应力筋80束。其中顶板束60束，编号为N1—N15,分2层布置，上层36束，孔道中心距顶板上缘165mm;第二层32束，孔道中心距第一层孔道中心为215mm;腹板束20束，编号为N16—N25,孔道中心距腹板中跨跨中39号截面共配置预应力筋18束，其中顶板束2束，编号为N35,其两端锚固在设置于顶板内壁的锯齿块上，锚具中心距顶板边缘200mm,锚具中心间距400mm;底板束12束，编号为N38—N43,分一层均布置于底板内，孔道中心距底板边缘200mm,孔道净距21.5mm;腹板束4束，编号为N36—N37,孔道中心距腹外边缘200mm,具体布置见设计图纸。竖向预应力钢筋的布置主要是为了提高截面的抗剪能力。竖向预应力钢筋主要布置在箱梁截面的腹板内，尽可能沿腹板的中轴布置。竖向预应力钢筋一般采用高强精轧螺纹粗钢筋，竖向直线配置。也可以将预应力钢筋和钢绞线作为竖向预应竖向预应力顺桥向间距布置不仅取决于使用阶段和施工阶段的结构内力，而且与选用的施工方法有关，在施工中常考虑利用竖向预应力筋作为悬臂挂篮的后锚装(1)箱梁横向预应力采用平行钢丝或钢绞线，采用直线或曲线布筋，根据受力需(2)考虑到横隔板对桥面预应力的约束影响，也可在横隔板内施加预应力以补偿横隔板中设置横向预应力有时不仅仅是为了补偿桥面横向预应力的需要，而是 为了隔板受力的需要，尤其是在考虑了温度变化和混凝土收缩徐变影响下适当预应力可以限制裂缝的发展。一般应进行横隔板局部应力分析进行配筋。本设计不考虑横向预应力设计。本设计只考虑箍筋抵抗截面剪力的作用，而不设计受力钢筋。因靠近支点处剪力比较大，20、23、54和57号单元箍筋采用采用十肢φ16mmQ235,其余单元采用8肢φ12mmQ235。箍筋间距都为100mm。 第5章截面特性计算截面特性是指任意截面的几何性质，包括截面面积、质心、静矩、抗弯惯性矩、抗扭惯性矩等几何参数。截面几何性质计算是桥梁结构内力和应力计算的重要环节。后张法预应力混凝土梁的截面特性与所验算的阶段密切相关。在张拉锚固阶段，预应力筋管道内尚未灌浆，由预加力引起的的截面应力只能由净截面承担；而在使用阶段，管道内一般已经灌浆(无粘结预应力混凝土构件除外),且可认为钢束与混凝土结合良好，二者共同受力，根据弹性体及平截面假定，应将截面内受拉区纵向受拉钢筋面积换算成假想的能承受拉应力的混凝土面积，即需要按照换算截面的特性来进行相关计算。根据规范规定，后张法构件，当计算由作用引起的应力时，管道压浆前采用净截面，预应力筋与混凝土粘结后采用换算截面；当计算由预加力引起的应力时，除指明外应采用净截面。5.1计算原理毛截面几何特性由midas软件自动生成，然后由材料力学移轴公式计算净截面和换算截面几何特性。为计算方便，忽略孔道及换算混凝土对自身形心轴的惯性5.1.1净截面几何特性所所谓净截面，即在毛截面的基础上扣除预应力管道的影响。根据材料力学知 西南交通大学本科毕业设计(论文)第29页式中A——毛截面面积I——毛截面对毛截面重心轴的惯性矩；A——预应力钢束孔道面积；y下——毛截面重心轴至截面下缘距离；yk—孔道重心轴至截面下缘距离。5.1.2换算截面几何特性所谓换算截面，即在净截面的基础上考虑预应力筋管道内后期压浆混凝土与钢筋的变形协调关系。其基本思路是：在符合弹性体及平截面假定的前提下，将截面内受拉区纵向受拉钢筋面积换算成假想的能承受拉应力的混凝土面积。这种换算基于以下三个原则：1)、虚拟混凝土仍居于钢筋的重心处且二者应变相同；Ec=E2)、虚拟混凝土与钢筋承担的内力相同；3)、二者均符合弹性体假定，即满足虎克定律。联立以上四式，可得：σ,、E、A——钢筋应力、应变和面积。根据以上假定，由图5-2可得： 西南交通大学本科毕业设计(论文)第30页换算截面重心轴距截面下缘：换算截面抗弯惯性矩：式中A,——截面预应力钢束面积。此次毛截面的截面特性直接从midas软件中得到。5.2截面几何特性计算基于以上原理，并充分利用AUTOCAD软件的相关功能，可以直接得出净截面的几何特性值。本设计选取9个关键截面进行截面特性计算。具体的截面特性见下yo上(m)yo下(m)边跨1/2 yo下(m)中支点中跨1/8中跨1/4中跨3/8跨中 西南交通大学本科毕业设计(论文)第32页第6章预应力损失及有效应力预应力混凝土连续梁桥的设计计算，需要根据承受外荷载的情况，确定其本身预加力的大小，然而力筋束中的预应力往往受施工因素，材料性能及环境条件等因素的影响而引起预应力损失。设计所需的预应力值，应是扣除相应阶段的应力损失后，筋束中实际存在的预应力，即有效预应力。有效预应力是进行应力计算和承载能力计算的基础。根据规范规定，预应力混凝土构件，应考虑由下列因素引起的预应力损失：(1)预应力钢筋与管道之间的摩擦损失σn(2)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失σ₁₂(3)预应力钢筋与台座之间的温差损失o₁₃(4)混凝土弹性压缩损失σ₁₄(5)预应力钢筋的应力松弛损失o₁₅(6)混凝土的收缩和徐变损失σ₁6此外，尚应考虑预应力钢筋与锚圈口之间的摩擦、台座的弹性变形等因素引起的预应力损失。其中预应力钢筋与台座之间的温差为先张法预应力构件需要考虑的损失项。本设计为后张法预应力混凝土构件，故需要考虑σ、σ12、σ₁4、σ16、σ₅五项损失。6.1管道摩阻损失根据《铁路桥规》规定，后张法构件中由预应力钢筋与管道之间的摩擦引起的预应力损失可按下式计算：式中cn——预应力钢筋锚下控制张拉应力； 西南交通大学本科毕业设计(论文)第33页对于预埋塑料波纹管k=0.0015;对应钢绞线μ=0.23;张拉控制应力取0.652倍6.2锚具变形损失根据《铁路桥规》规定，预应力直线筋由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩产生m,——系数，单端张拉时取1,两端张拉时取2;6.3混凝土弹性压缩损失根据《铁路桥规》规定，后张法预应力混凝土构件采用分批张拉时，先张拉的 西南交通大学本科毕业设计(论文)第34页根据《铁路桥规》规范规定，由预应力钢筋应力松弛产生的预应力损失终极值可按下式计算：式中5——钢筋松弛系数。《铁路桥规》规定：对于钢丝，钢绞线、低松弛时，fu——钢绞线的抗拉强度标准值。本次设计中钢绞线控制张拉应力σcn=1212MPa,所以所以本次设计中所有预应力钢筋的应力松弛损失《铁路桥规》推荐的收缩、徐变应力损失终极值计算公式如下(受拉区、受压区公式统一);式中ε(t,t₀)——自混凝土龄期为t₀开始的收缩应变终极值。可按规范采用；φ(t,to)——加载龄期为t₀时混凝土的徐变系数终极值。可按规范采用；p——截面配筋率； σ——后张法构件钢筋锚固时，在计算截面上受拉区、受压区预应力钢筋重心处由预应力(扣除相应阶段的预应力损失)产生的混凝土法向应力。计算时应根据张拉受力情况考虑自重的影响；n,——非预应力钢筋与混凝土弹性模量之比。本设计的预应力损失计算只选取了5个关键截面计算，分别是边支点截面、边跨1/2截面、中支点截面、中跨1/4截面以及中跨跨中截面。再分别计算每个截面每束预应力筋的预应力损失。具体的预应力损失见下面各表。西南交通大学本科毕业设计(论文)第36页 第7章次内力计算桥梁结构在各种内外因素的影响下，可能会受到强迫的挠曲变形或轴向的伸缩变形影响。对于静定结构来说，这种变形是自由的，因此不会产生影响力；而对于超静定结构来说，在多余的约束处将会产生多余的约束力，从而就会产生桥梁结构的附加内力，这种内力就称为结构的次内力。可能会使结构产生次内力的因素有预在超静定结构中，预加力除产生处预矩外，还因结构的超静定特性产生次内力。在简支梁中，由于预加力的偏心作用，梁体将自由上拱，生初预矩。但若在简支梁中部增加一个支点，形成两跨连续梁，则在张拉预应力钢筋时，由于支点的存在，必然产生一个向下的反力拽住梁体，约束其自由上拱变形。显然，这一反力导致简支梁两端支点产生次反力，并引起结构内力变化，产生次力矩。预加力引起的尽管实际桥梁结构的型式以及预应力筋布置更为复杂，但基本概念和原理是一样的。目前常采用等效荷载法来求解预加力的中预矩。预应力混凝土结构是一种预加力与混凝土压力相互作用的自平衡体系，因此可以把预应力筋和混凝土视为相互独立的脱离体，把预加力对混凝土的作用以外加荷载的形式等效替代。例如，在简支梁中布置的偏心直筋，就可以用两个水平力替代。只要求得不同配筋情况下的等效荷载，就可采用结构力学方法求出由预加力产生的内力。但需要注意的是，用等效荷载法求出的弯矩中已经包括了预加力引起的次力矩，因此求得的弯矩就是种预本设计建模采用Midas软件，根据软件的计算，预应力次内力的计算结果即为软件中荷载工况为钢束二次的结果，如表7-1和图7-3所示： 节点二次弯矩节点10023456789 5.75498e+011HCSHCS52收缩徐变3600-IH穹旭yCS:钢束二次混凝土收缩变形是指混凝土构件在没有任何荷载作用的情况下，随着时间变化而缓慢发生的变形，主要是由于干燥过程中的水分蒸发和碳化过程中的体积变化所引起的，由于干燥和碳化总是从混凝土表面开始的，因此，收缩变形实际上是不均匀的。而当这些变形发生在超静定结构中时，在多余的约束处就会产生多余的约束力，从而也就产生了次内力。根据软件的计算，混凝土收缩次内力的计算结果即为软件中徐变二次荷载工况的结果，如表7-2和图7-4所示： 节点二次弯矩节点二次剪力kN二次弯矩kN·m10023456789BEAMDIAGRAM940082e+0077.52066e+0075.64049e+0073.76033e+007tAGECS3924受360 7.3混凝土徐变次内力计算混凝土徐变变形是指混凝土构件由荷载引起的瞬时弹性变形随时间缓慢增加的那部分变形，目前主要有三种理论解释徐变，即水泥浆与周围介质气压平衡产生变形、混凝土晶格滑动引起的混凝土变形和混凝土粘性流动造成的变形。同理，当这些变形发生在超静定结构中时，在多余的约束处就会产生多余的约束力，从而也就产生了次内力。混凝土徐变次内力的计算结果如表7-3和图7-5所示：节点节点10023456789 HCS52收缩徐变3600IHBEAMDIAGRAM窍炬y0.00000e+0006.05609e+0092.12083e+010C单位：Nmm7.4温度次内力计算当任何一种结构的温度有所改变时，它的各部分材料都将由于温度的升高或降低而趋于膨胀或收缩。由于结构物所受的外部约束以及各个部分相互之间的内部约束，这种膨胀或收缩引起的变形并不能自由的发生，于是就产生了应力，即所谓温理论分析和实验研究表明，在大跨度预应力混凝土箱形梁桥，特别是超静定结构体系，如连续梁中，由于温度的影响而产生的应力可以达到甚至超过活载应力，7.4.2结构温度场的确定箱梁结构与外界的热交换以及箱梁内部的热传导是一个十分复杂的现象。对于纵横向尺度差别很大、各构件本身沿纵向具有一致形状的桥梁结构，一般不考虑结构构件沿纵向的温度场变化；同时，腹板因悬臂端的遮挡，箱梁结构一般只在顶板承受日照辐射，为方便计算，可将箱梁横断面温度场简化为沿截面高度方向变化的一维温度场。世界各国的桥梁规范对梁式结构沿梁高方向的温度梯度的规定有各种 本次设计的高速铁路连续梁桥，截面为单箱室截面，根据规范竖向沿梁高的温差分布按下式计算：式中Toy——箱梁顶底的温差，一般取值15℃,仅计算竖向温差时取20℃;C,——指数系数，一般可取7,仅考虑竖向温差时取5;在midas中定义了温度度荷载后，可以在结果表格中查询温度次内力，如表7-4节点节点100200304050607080900000000000 西南交通大学本科毕业设计(论文)第45页BEAMDIAGRAM283402e+009-1-5819-003日照温整7.5基础沉降次内力计算当连续梁桥的基础在不良地基或土质不均匀地带上时，成桥以后的超静定体系结构将因地质的不均匀沉降导致结构产生次内力。基础沉降与地基土壤力学性能有关。一般随时间而递增，经过相当长时间后，接近沉降的终极值。土体的滞后徐变沉降规律比混凝土结构复杂得多，很难采用某个数学表达式来确定它。为简化分析，假定沉降变化规律与徐变的变化规律相似，则基础沉降的基本表达式为：式中△a(t)——t时刻时的墩台基础沉降值；△(o)——t=时的墩台基础沉降终极值；p——墩台沉降增长速率，根据实地土壤的实验资料确定。本次设计在midas中定义了基础沉降荷载工况后可根据结果表格查询基础沉降次节点节点100203 节点二次剪力kN二次弯矩kN·m节点二次弯矩kN·m456789穹炬γ日期：06/08/2013 第8章内力组合计算高速铁路桥梁荷载可分为三大类：恒载与附加恒载、活载及特殊荷载。活荷载包括列车荷载及其动力效应、曲线桥的列车离心力、列车横向摇摆力、列车制动力或牵引力、风荷载、温度作用、长钢轨纵向力等。特殊荷载有地震作用、撞击力、施工荷载等。对于荷载组合问题，现行桥规采用一种容许应力提高即将安全系数降低的方法来处理，因而没有考虑到不同荷载所具有的变异性，也没有对材料性能的变异性进行综合考虑。由于高速铁路桥梁的荷载正在研究之中，有关随机变量的分布类型及其参数尚不清楚，因此现在提出各荷载组合式中的分项系数的具体值的时机还不成熟。又由于高速铁路在我国为首次建造，校准现行规范确定目标可靠指标似不可能，如果借鉴《铁路桥跨结构设计规范》(征求意见稿)中得出的目标可靠指标值，并结合高速铁路桥梁荷载及抗力的统计参数推得荷载及抗力的分项系数，实为一可行的办法；另一办法是认为《铁路桥跨结构设计规范》(征求意见稿)中的荷载组合表达式及分项系数值基本可行，但应作某些局部调整，并结合国外高速铁路桥梁设计的经验以及国内高速铁路桥梁荷载的研究成果，最终得出荷载组合设计表达式及分项系数值。基于此，本次设计中，荷载分项系数偏于保守地取为1。恒载包括：结构自重+二期恒载+预应力荷载+混凝土收缩+徐变和基础沉降。 此组合下的内力结果见表8-1:剪力kN1i2i3i4i5i6i7i8i9iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii i弯矩kN·m1i2i3i4i5i6i7i8i9iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 西南交通大学本科毕业设计(论文)第50页ii弯矩kN·mii8.4主力+附加力主力+附加力组合包括了恒载、双线ZK活载、横向摇摆力、列车制动力以及温度力。结算结果如表8-3所示：剪力kN1i2i3i4i5i6i7i8i9iiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiiiiiiii 西南交通大学本科毕业设计(论文)第52页第9章主梁截面验算在本章的内容中，对内力、应力和变形的单位以及需要验算的关键截面位置坐弯矩单位kN·m,剪力单位kN,应力单位MPa,挠度单位m。本次验算将箱型截面简化为工字形截面进行计算，腹板厚度为箱梁截面两腹板9.1强度验算预应力混凝土受弯构件截面强度的验算内容包括两大类，即正截面强度验算和斜截面强度验算。其验算原则基本上与普通钢筋混凝土受弯构件相同：当顶应力钢筋的含筋量配置适当时，受拉区混凝土开裂退出工作，预应力钢筋和非预应力钢筋分别达到各自的抗拉设计强度；受压区混凝土应力达到抗压设计强度，非预应力钢f,A,+f,A,-σnA,-f,A'≤fb,h,(9-1) 西南交通大学本科毕业设计(论文)第53页σ混凝土受压破坏时预应力筋A,中的应力；np——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比；f'预应力钢筋的抗压计算强度；o预应力钢筋A,中心处混凝土的有效预压应力；σ混凝土压应力为σ时，预应力钢筋A。中的有效预应力：fs——受压区非预应力钢筋的抗压计算强度；A,——受压区非预应力钢筋的截面面积；A,,A,预应力钢筋和非预应力钢筋的截面面积；fp,fs——预应力钢筋和非预应力钢筋的抗拉计算强度。计算正截面强度公式为：式中M——计算弯矩。此时x应符合下列条件：x≤0.4h,并且x≥2aKM≤(f,A,+f,A,)(h₀-a')当不符合公式(9-1)确定的条件时，计算中应考虑截面腹板的受压作用，其正截 西南交通大学本科毕业设计(论文)第54页根据以上各式，可先假定截面的中性轴位于受压翼缘内，然后按(9-2)式计算出各截面的受压区高度，并比较其与受压区翼缘厚度的大小。若满足假设，可按(9-3)式计算正截面抗弯强度；反之，则考虑腹板受压重新计算受压区高度，并按 (9-4)式计算正截面强度。现以22号节点为例，说明验算过程。受压区高度受拉区预应力钢束的重心距上缘高度为：截面有效高度h₀=9-0.544=8.456m正截面强度又由于在最不利荷载组合下M=6089464.4kN·m,K=1.98,R/M≥1.98,故正截面强度满足要求。各控制截面的正截面强度验算结果如表9-1所示：节点截面抗力系数k规范要求安边支点28边跨1/2中支点中跨1/8中跨1/4中跨3/8跨中 西南交通大学本科毕业设计(论文)第55页9.1.2斜截面强度验算本设计中箍筋在20、23、54和57号单元采用十肢φ16mmQ235,其余单元采用八肢φ12mmQ235。箍筋间距都为100mm。没有计算向预应力筋以及纵向普通钢筋的作用。根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005附录c.0.2)规定受弯构件斜截面的抗剪强度可按下列公式进行计算：式中K——截面抗剪强度安全系数；V——通过斜截面顶端的正截面的最大计算剪力；Ve——斜截面内混凝土与箍筋共同承受的剪力；V,——与斜截面相交的预应力筋所承受的剪力；h₀——由受拉区纵向钢筋(包括纵向预应力钢筋、预应力弯起钢筋以及非预应力纵向钢筋)中应力合力点至受压边缘的高度；μ——斜截面受拉区的纵向钢筋的配筋率；A,——一个截面上的箍筋总面积；f——混凝土极限抗拉强度。现以16号节点为算例，说明其验算过程。 西南交通大学本科毕业设计(论文)第56页(Ve+Vb)/V=(46347.4+16227.8)/21314.2即16号截面的斜截面抗剪强度符合要求。其余关键截面的抗剪强度验算如表9-2、9-3所示。节点有效高度腹板宽度28边跨1/2中支点00中跨1/8中跨1/4中跨3/8跨中00节点V安全系数K是否满足2是8是边跨1/2是是中支点是中跨1/8是中跨1/4是中跨3/8是跨中是 西南交通大学本科毕业设计(论文)第57页9.2.1正截面抗裂验算根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)第6.9.3条规定，对于受弯、大偏心受拉或大偏心受压构件，正截面抗裂可按下式进行式中K,——抗裂安全系数；σ——计算荷载在截面受拉区边缘的混凝土中产生的正应力；σ。——扣除相应阶段的预应力损失之后的混凝土预压应力；y——考虑混凝土塑性的修正系数；f——混凝土抗拉极限强度；S₀——换算截面中性轴以下的面积对中性轴的面积矩；W₀——换算截面的抵抗矩。下面以中支点截面上缘为算例，说明其验算过程。Kσ=1.2×1.07=1.28MPa≤σc+γf.=9.02+1.35×3.3=13.48MPa说明中支点截面上缘正截面抗裂验算通过。其余控制截面下缘的正截面抗裂验算见表9-4。 西南交通大学本科毕业设计(论文)第58页γOK是否满足是是是是中支点是中跨1/8是中跨1/4是中跨3/8是跨中是9.2.2斜截面抗裂验算σ和σ按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-最大主拉应力限值是否满足是是边跨1/2是是中支点是中跨1/8是中跨1/4是中跨3/8是跨中是 最大主压应力是否满足是是边跨1/2是是中支点是中跨1/8是中跨1/4是中跨3/8是跨中是9.3应力验算9.3.1施工阶段应力在传力锚固或存梁阶段，计入构件自重作用后，混凝土的正应力应符合下列要σ≤afσ≤0.7fσ——混凝土拉应力；fefe——预加应力或存梁阶段，混凝土抗压及抗拉极限强度。最大压应力是否满足要求最大拉应力是否满足要求1是0是2是是3是是4是是5是是6是是7是是8是是 9是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是最大压应力是否满足要求最大拉应力是否满足要求是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是是9.3.2预应力钢筋应力验算 西南交通大学本科毕业设计(论文)第61页传力锚固阶段，钢绞线应力oe≤σc-(on+oi₂+o₄)≤0.65fk=1116MPa本设计中控制张拉应力取1212MPa,小于1302MPa,故满足要求。控制截面的每根钢筋的预应力损失结果已在第6章进行了验算，并且每个控制截面上每根预应力筋的永存预应力都小于1116MPa,满足规范要求，具体结果见表6-1至表6-5。9.3.3运营阶段应力验算a.正截面混凝土压应力σ。在扣除全部全部预应力损失后：在恒载作用下：σ≤0.4f.在主力组合作用下：σ≤0.5f.在主力+附加力作用下：σ≤0.55fe是否是否是否边支点是是是是是是边跨1/2是是是是是是中支点是是是中跨1/8是是是中跨1/4是是是中跨3/8是是是跨中是是是b.正截面混凝土拉应力σ。对于不允许出现拉应力的构件，在运营阶段荷载下：σ≤0对于允许出现拉应力但不允许开裂的构件，在运营阶段荷载下：σ≤0.7fa西南交通大学本科毕业设计(论文)第62页限值是否满足要求0是0是0是0是中支点0是中跨1/80是中跨1/40是中跨3/80是跨中0是c.混凝土剪应力t。运营阶段荷载作用下，对于无竖向预应力钢筋的构件：te=t-tp≤0.17f=37×0.17=6本设计中未配置竖向预应力钢