惠普桥梁上部结构毕业设计说明.doc

'理工大学毕业设计（论文）任务书专业班级：土木工程道桥10-3班学生：一、题目：惠普桥上部结构设计二、起止日期2014年3月29日至2014年6月10日三、主要任务与要求任务：桥梁的结构设计；桥梁的行车道板设计；主梁的设计；横隔梁的设计；支座的设计；共计五个部分组成。要求：①学生应严格按照毕业设计大纲规定的容，独立完成相应的设计任务，设计说明书文字部分不少于3万字。②在设计中必须贯彻执行党和政府关于道桥基本建设工作的各项方针、政策，设计编制的容应符合《公路工程技术标准》、《公路桥涵设计规》等行业规程和规定。③设计应力求技术先进、经济合理、安全可靠。④从事专题科研的学生，对从事的科研专题必须提交出全部或阶段报告。科研计划由指导教师和学生共同研究编制。⑤设计中除列出计算过程外，应阐明设计原则和依据，对不同方案应作技术经济论证，做到说明清晰、详细，计算准确。⑥完成不少于25000字符的专业外文翻译。指导教师：职称：院领导：签字（盖章）年月日 理工大学毕业设计（论文）评阅人评语题目：惠普桥上部结构设计评阅人：职称：工作单位：年月日 理工大学毕业设计（论文）评定书题目：惠普桥上部结构设计指导教师：职称：年月日 理工大学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明共页2、图纸共3、指导教师意见共页4、评阅人意见共页经审查，土木工程专业道桥10-3班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。指导教师：签字（盖章）年月日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长）签字（盖章）年月日 理工大学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议土木工程学院道路与桥梁专业道桥10-3班同学的毕业设计于2014年06月11日进行了答辩。根据所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总成绩：三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席：签字（盖章）年月日 摘要本设计主要是关于小跨度预应力混凝土简支箱梁桥上部结构的设计。预应力混凝土简支箱梁桥以结构受力性能好、变形小、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。设计桥梁标准跨度35米，横向布置4片箱梁，桥面宽为13.5米，设计车道数为3车道。设计过程如下：首先，确定主梁主要构造及细部尺寸，它必须与桥梁的规定和施工保持一致。考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的影响，设计采用箱形梁。顶板厚度沿全桥不变为0.2米, 底板厚度在跨中为0.25米，端部为0.3米。 其次，计算桥梁结构总的力(包括恒载和活载的力计算)。然后进行力组合，从而估算出纵向预应力筋的数量，然后再布置预应力钢绞线。 然后，计算后法中各个阶段的预应力损失。 进一步进行截面强度的验算，其中包括承载能力极限状态和正常使用极限状态。在正常使用极限状态验算中包括计算截面的混凝土法向应力验算、预应力钢筋中的拉应力验算、截面的主应力计算，预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度和变形验算、锚固区局部强度验算和挠度的计算。最后，对横隔梁和行车道板进行配筋计算，并对支座进行了设计。关键词:箱梁桥；预应力损失；有效预应力 ABSTRACTThedesignismainlyonsmall-spanprestressedconcretesimplysupportedboxgirderbridgesuperstructure.Prestressedconcretesimplysupportedboxgirderbridgehasbecomeoneofthemostcompetitivebridgesforitsgoodbehaviorofstructure、smalldeformation、gooddrivingcomfort，asmallamountofmaintenanceworkandgoodseismicperformance.Thestandardspanis35m.Thewidthofthebridgeis13.5mwithfourpiecesboxgirder，threelanes.Thedesignprocessisasfollows：Firstly,drawupthemainsizeofthebeam.Itmustcorrespondwiththeprovisionsofthebridgeandconstruction.Takingintoaccounttheeffectsofbendingstiffnessandtorsionalrigidity,thedesigntakestheboxgirder.Theroofthicknessalongtheentirebridgewasunchangedforthe0.2m;slabthicknessinthemiddleofthespanis0.25m,theendof0.3m.Secondly,analyseinternalgrossforceofthestructures(includingdeadloadandlivedload),thencombinetheinternalforces,estimatethenumberoflongitudinalprestressedreinforcement,andthenarrangetheprestressedsteelstrand.Thirdly,calculatetheprestresslossateachstagewithposttensioningmethod.Andchecksectionintensityfurther,includingbearingcapacitylimitstateandserviceabilitylimitstate.Innormaluselimitstatecheckingtheconcretemethodincludingthecalculationofsectiontostresschecking,prestressedreinforcementintensileprincipalforcechecking,sectionstresscalculation,prestressingstageandusingstagegirdersectionofthestrengthanddeformationcalculationofanchoragezone,localstrengthanddeflectioncalculation.Finally,doesthereinforcementcalculationofthecrossbeam，deckandthebearingaredesigned. Key Words: boxgirderbridge；prestressloss；effectiveprestress 目录摘要I第一章项目可行性分析11.1项目简介11.2建设意义1第二章设计资料22.1设计资料概述22.1.1桥梁设计依据22.1.2采用的标准与规22.2桥梁址工程地质条件22.3河流横断面2第三章桥梁总体设计53.1方案比选53.1.1桥梁设计原则53.1.2各种桥梁的特点53.1.3方案比选63.1.4梁部截面形式比选63.1.5所选方案73.2孔跨布置73.3主要设计技术参数和标准83.3.1交通参数83.3.2公路设计技术标准83.3.3主要材料83.4箱形梁构造形式及相关设计参数93.4.1横截面尺寸93.4.2箱梁底板厚度和腹板宽度10第四章主梁作用效应计算114.1永久作用集度114.1.1一期永久作用集度（主梁自重）114.1.2二期永久作用集度11 4.2永久作用效应114.3可变作用效应计算124.3.1冲击系数和车道折减系数计算124.3.2横向分布系数计算134.3.3可变荷载作用效应计算164.4主梁作用效应组合20第五章预应力钢束估算及布置235.1预应力钢筋数量估算235.2预应力钢筋布置235.2.1跨中截面及锚固段截面的钢束位置235.2.2钢束弯起角度及线形的确定245.2.3钢束计算24第六章计算主梁截面几何特性28第七章预应力损失计算297.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失297.2由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失307.3预应力钢筋分批拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失317.4钢筋松弛引起的预应力损失317.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失317.6钢束预应力损失汇总33第八章承载力、应力、挠度、抗裂性验算348.1持久状况承载能力极限状态验算348.1.1跨中正截面承载力验算348.1.2斜截面承载力验算358.2应力验算378.2.1短暂状况构件的应力验算378.2.2持久状况构件的应力验算408.3抗裂性验算438.3.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算438.3.2作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算438.4主梁变形（挠度）验算44 8.4.1预加力引起的跨中反拱度448.4.2荷载引起的跨中挠度448.4.3预拱度的设置458.5局部承压验算458.5.1局部承压区的截面尺寸验算458.5.2局部抗压承载力验算46第九章行车道板计算479.1悬臂板荷载效应计算479.2连续板荷载效应计算479.2.1永久作用479.2.2可变作用489.2.3作用效应组合509.3截面设计、配筋和承载力验算509.3.1截面设计及配筋509.3.2抗剪承载力验算51第十章横隔梁计算5210.1确定横隔梁上的可变作用5210.2跨中横隔梁作用效应影响线5210.2.1绘制弯矩影响线5210.2.2绘制剪力影响线5310.3截面配筋计算53第十一章支座设计5511.1确定支座平面尺寸5511.2确定支座厚度5511.3验算支座偏转情况5511.4验算支座的抗滑稳定性56参考文献57致58 第一章项目可行性分析1.1项目简介该工程位于市与市的一条交通要道。随着经济的发展，车辆增加迅速，加之该桥特殊地理位置（市与市之间的主要枢纽），及旧桥设计宽度较窄及年度已久，无法承担起交通重荷，交通堵塞情况日益严重，故需修建此跨线桥梁。1.2建设意义1)是促进沿线经济、开发旅游的需要。“要致富，先修路。”是政治、经济的中心，与毗邻，故通往的道路对经济等的发展有很大的影响。此外，是中国优秀旅游城市，太极拳的故乡。 旅游资源丰富而独特：山水深得大自然的造化，南北兼长，雄秀双绝；八百里太行，挟燕欢歌，顶三晋风尘，逶迤南下，至此轰然横断，陡起一挂挂险峰绝壁，切下一条条深峡幽谷，托出云台山、青天河、神农山、峰林峡、青龙峡五大峡谷景观。置身其中，犹如步入了一座雄伟神奇的地质宝库，又像走进了一部精彩绝伦的山水宝典，品味不尽的青山绿水，奇山秀水。2)有利于太极文化的传播，丰富民众的精神生活。家沟是氏太极拳的发源地，大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网络，有利于太极文化的传播，对于促进文化交流具有重要的作用。太极文化博大精深，源远流长。太极拳是中国的一大精粹，它更与博大精深的中华武术是分不开的，而它又是我中华武术的升华。太极拳讲究行云流水，刚柔相济，中正安舒，不偏不倚。现代生活节奏特别快，很多人身心俱疲，容易烦躁。太极拳于现代属于养生拳，用于调养生息，男女老少皆可以练习，它使人达到一个“和”的状态，是中国文化中的中庸之道的完美体现。 第二章设计资料2.1设计资料概述2.1.1桥梁设计依据工程地质勘查报告等。2.1.2采用的标准与规1)JTGD62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》；2)JTGD60—2004《公路桥涵设计通用规》；3)JTGB01—2003《公路工程技术标准》等。2.2桥梁址工程地质条件桥址场地地形相对平坦，地质条件良好。根据钻探结果，可知该地区域地基为成层土及砂层，自上而下各层如下：1)亚砂土灰褐色，软塑～硬塑，湿，表层为耕植土。该层厚度为5.6m。2)亚粘土灰黑色，软塑～硬塑，湿，中间含有粘土夹层。该层厚度2.7m。3)亚砂土灰红色，饱和，松～中密。该层厚度为1.2m。4)亚粘土褐色，饱和，硬塑，含大量粗砂。该层厚度为3.1m。5)粗砂土棕黄色，饱和，中密，含粘性土。该层厚度为3.1m。地基评价1)该区地震基本烈度为Ⅵ度。2)该区上部土层较软，采用钻孔灌注桩基础基础施工。2.3河流横断面已知桥梁所在河沟横断面处各点高程见表2-1。为与路堤相接，桥面起点标高672.5米，终点桥面标高672.9米，且桥头引道路堤填土高度<4米。 表2-1各桩号高程（单位：m）桩号高程桩号高程桩号高程K13+870668.5+180.72641.82400646.01+894667.64+200639.01405.5647.98+920667.01205.72638.21407.53648.34+928.8666.72225636.33431649.72+953.8666.01227634.21433650.88+973.59665.94230.54633.88460653.43+993.37663.21240633.01480656.43K14+000662.89255.36632.21500658.44+002661.21280.36632.88501.5659.11+018.37660.33293632.74504.96660.38+020659.21300632.61530662.21+024657.88320633.71550664.21+028656.24340.5635.44570665.89+031655.33343.67636.01574.5666.33+050653.88347637.82577667.52+070652.01360639.21580668.43+100650.94380641.44592669.88+120648.01394642.01600670.01+140646.84396643.21+160643.01398645.79根据以上数据，可以绘出河床断面图（图2-1），并依此进行分孔（图2-2），桥长710m（从K13+870-K14+580），在K14+120处进行变坡，边坡点左边纵坡为，边坡点右边纵坡为。主桥部分为连续梁，引桥部分为简支梁。跨径35m，设计为预应力简支箱梁板梁。本设计主要对引桥部分进行设计。 图2-1河床断面图（单位：m）图2-2桥跨分孔（单位：m） 第三章桥梁总体设计3.1方案比选桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥和吊桥等。任选两种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。3.1.1桥梁设计原则1)适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航、通行等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2)安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3)经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。4)先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5)美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。3.1.2各种桥梁的特点1)梁桥梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：a)混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；b)结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构； a)结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；b)结构的整体性好，刚度较大，变性较小；c)可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；d)结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；e)预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；f)预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用围。1)拱桥拱桥的静力特点是，在竖直荷载作用下，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，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载的作用下，简支梁的跨中弯矩为，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零，拱只受轴向压力。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。由于所建位置地质情况是软土地基，故不考虑此桥型。3.1.3方案比选本设计是图2-2中最左边的一跨，35米长的简支梁，下面选择适合此简支梁的截面形式，使其既安全适用耐久，又比较经济美观，即性价比较优。3.1.4梁部截面形式比选梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。箱形梁方案：该方案结构抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑混凝土及拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下交通影响较其他方案较小。 组合箱梁：其结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。但从桥下看,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。但桥面板需现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变形大，存在着后期维修养护工作量大的缺点。槽型梁：其为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。T型梁：其结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状,景观效果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，设计时其帽梁也须设计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。因此，结合工程特点和施工条件及箱型梁抗扭刚度大，横向抗弯刚度大和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。3.1.5所选方案综上所述，选择预应力混凝土简支梁桥。桥梁横截面采用箱形梁，主梁间距3.5米，共用四片箱梁，顶板预制宽度3米，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，湿接头为0.5米。3.2孔跨布置1)标准跨径：35米2)计算跨径：34米3)主梁全长：34.96米（设4厘米的伸缩缝）4)桥面宽度：13.5米3.3主要设计技术参数和标准3.3.1交通参数根据交通调查和客流量计算，的设计交通量与交通组成见表3-1。表3-1年平均日交通量表(单位：小客车辆/日)年份(年)年平均日交通量 201411254202422718202929430一级公路设计年限达15年，2029年将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量满足为25000～55000辆的要求，双向六车道方案是经济合理的。3.3.2公路设计技术标准1)公路等级：一级公路；2)设计时速：；3）使用功能：公路双向六车道，分离式；4)桥梁路面横坡：单向坡2%（直线段）；5)设计荷载：公路-Ⅰ级；6)环境标准：Ⅰ类环境；7)设计安全等级：一级。3.3.3主要材料1)混凝土：预制箱梁采用C50混凝土；桥面铺装采用12cm沥青混凝土（从上而下分别为10cm沥青混凝土桥面铺装）。2)预应力钢束：采用高强度低松弛7丝捻制的钢绞线，公称直径为139mm2，标准强度为，弹性模量为,1000h后应力松弛率不大于2.5％。3)普通钢筋：HRB335钢筋，，，。3.4箱形梁构造形式及相关设计参数3.4.1横截面尺寸全幅桥宽13.5米，主梁先预制，再运输、吊装就位，考虑到施工中是调运能力，将每幅桥做成四个单箱单室的小箱梁。其中，预制边、中梁顶板宽3米，底板宽1米，预制主梁间采用0.5米的湿接缝，从而减轻主梁的吊装重量。边、主梁均采用斜腹板，斜度为1:4，以减轻主梁自重。 图3-1预制主梁跨中横断面图及支座横断面图（单位：mm）图3-2主梁断面构造图（单位：mm）为满足顶板负弯矩、普通钢筋布置及载轮的局部作用，顶板采用等厚度20cm，同时为防止应力集中和便于脱模，腹板和顶板交界处设置17cm×8cm的承托。主梁断面构造如图3-2所示。3.4.2箱梁底板厚度和腹板宽度1)底板厚度跨中正弯矩较大，底板不宜过厚。腹板厚度跨部分区域设为25cm，仅在距边支点160cm开始加厚，加厚区段长150cm，且底板逐渐加厚至30cm，这样构造处理同时为锚固底板预应力钢筋提供了空间。底板厚度变化如图3-4所示。图3-3半纵剖图（单位：mm） 1)腹板厚度支点处剪力较大，兼顾施工方便，腹板厚度仅在支点附近区域加宽，其余均为25cm。仅在距边支点160cm，加厚区段长150cm，且腹板最终加厚至40cm。2)横隔梁（板）在跨中和两边支点处设横隔板，板高2m，板厚0.5m。4）预应力管道采用金属波纹管成型，波纹管径为60mm，外径为67mm，管道摩擦系数，管道偏差系数。锚具变形和钢束回缩量为4mm。5)沥青混凝土重度为23，预应力混凝土结构重度为26，混凝土重度为25K，单侧防撞栏杆荷载为。 第四章主梁作用效应计算根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求的各主梁控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。4.1永久作用集度4.1.1一期永久作用集度（主梁自重）1)跨中截面段主梁自重（长度15.4m）：2)底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长度1.6m）3)支点段梁的自重（长度0.48m）：4)中主梁的横隔梁端横隔梁体积：半跨横隔梁的重量为：所以，主梁一期永久作用集度为：4.1.2二期永久作用集度1)顶板中间湿接缝集度：2)中梁现浇部分横隔梁：3)桥面铺装层：共18cm厚沥青混凝土铺装，将桥面铺装均分给四片主梁4)人行道、栏杆、防撞栏：所以，中梁二期永久作用集度为：4.2永久作用效应按图4-1计算，设为计算截面离左侧支座的距离，令图4-1永久作用效应计算图 主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为：，永久作用效应见表4-1：表4-1永久作用效应作用效应跨中4分点支点0.50.30.0一期弯矩7328.05496.00.0剪力0.0431.1862.1二期弯矩2750.82063.10.0剪力0.0161.8323.6∑弯矩10078.87559.10.0剪力0.0592.91185.74.3可变作用效应计算4.3.1冲击系数和车道折减系数计算结构的冲击系数与结构的基频有关，故应先计算结构的基频，简支梁的基频可以按下式计算：其中，由于1.5Hz≤3.329Hz≤14Hz，故当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。本箱梁按两车道和三车道布载分别进行计算，取最不利情况进行设计。4.3.2横向分布系数计算1)跨中荷载的横向分布系数各主梁用湿接缝连接，支点、跨中均有横隔梁，（窄桥），且箱梁抗扭刚度大，故采用修正的刚性横梁法。a)计算主梁抗扭惯矩忽略箱梁悬臂抗扭惯矩，各主梁抗扭惯矩相同，计算如下： 图4-2抗扭惯性矩计算简图（单位：mm）a)计算抗扭修正系数取,，b)计算横向影响线竖标值1号梁：，，，，，(：k号主梁的荷载横向影响线在i号梁位处的竖标值)2号梁：c)计算荷载横向分布系数（已考虑多车道折减） 1、4号主梁汽车荷载横向分布系数基本相同，2、3号主梁汽车荷载横向分布系数基本相同，其主要差别是人群荷载的横向分布系数，故此处以3、4梁为例进行横向分布系数的计算。4号梁的横向影响线和最不利布载见图4-3。图4-34号梁的横向影响线和最不利布载三车道：双车道：所以，，3号梁的横向影响线和最不利布载见图4-4。图4-43号梁的横向影响线和最不利布载三车道：双车道：所以,，1)支点截面的荷载横向分布系数采用杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载。4号梁的横向影响线和最不利布载见图4-5。+图4-54号梁的横向影响线和最不利布载 ，3号梁的横向影响线和最不利布载见图4-6。图4-63号梁的横向影响线和最不利布载，各主梁支点和跨中截面荷载横向分布汇总见表4-2。表4-2荷载横向分布汇总见表荷载位置梁号1234跨中0.670.630.630.67000.310.39支点0.75110.7500014.3.3可变荷载作用效应计算在可变作用效应计算中，对于横向分布系数的取值作如下处理：计算主梁可变作用弯矩时，均采用全跨统一的横向分布系数；计算跨中及四分点可变作用剪力效应时，由于剪力影响线的较大坐标也位于桥跨中部，故也采用横向分布系数亦取；计算支点可变作用剪力效应时，从支点至l/4梁段，横向分布系数从直线过度到，其余梁段取。车道荷载取值：公路—Ⅰ级车道荷载标准值和集中荷载标准值为： 计算弯矩时:计算剪力时：图4-74号梁弯矩汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图图4-84号梁剪力汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图（单位：mm）图4-93号梁弯矩汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图图4-103号梁剪力汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图（单位：mm）1)计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力（S为弯矩或剪力）a)汽车荷载效应：弯矩：()不计冲击：计冲击效应：剪力：不计冲击：计冲击效应：b)人群荷载效应： 图4-11跨中截面力影响线及加载图1)计算四分点处截面的最大弯矩和最大剪力：a)汽车荷载效应：弯矩：()不计冲击：计冲击效应：剪力：()不计冲击：计冲击效应：b)人群荷载效应：图4-12四分点截面力影响线及加载图` 支点截面剪力计算：计算支点截面由于车道荷载产生效应时，考虑横向分布系数沿跨长的变化，均布荷载标准值应布满使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处。a)汽车荷载效应：剪力：不计冲击效应：计冲击效应：b)人群荷载效应：图4-13支点截面力影响线及加载图4.4主梁作用效应组合根据可能出现的作用效应选择三种最不利的组合：短期效应组合，标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，具体表4-3和表4-4。由表4-3和表4-4知，3号主梁支点剪力最大，4号主梁跨中弯矩最大，但3、4号主梁最大弯矩和最大剪力相差很少，此处可见箱梁对荷载的均匀分布很有利。 表4-34号主梁作用效应计算表序号荷载类别跨中四分点变化点支点MVMVMVV①一期永久作用7328.00.05496.0431.11314.5781.0862.1②二期永久作用2750.80.02063.1161.8493.4293.2323.6③总永久作用=①+②10078.80.02411.6592.91807.91074.11185.7④可变作用（汽车）2661.9147.32411.6240.0576.8361.1389.2⑤可变作用（汽车）冲击523.929.0474.647.2113.571.176.6⑥可变作用（人群）126.84.795.18.622.719.321.8⑦标准组合=③+④+⑤+⑥13264.6176.35297.8880.12498.21506.31651.6⑧短期组合=（③+0.7×④+⑥）12069.0107.84194.8769.42234.41346.21480.0⑨极限组合=（1.2×③+1.4×（④+⑤）+1.12×⑥）16696.7252.17041.11123.13161.41915.72099.4⑩短期效应组合可变荷载设计值0.7汽车+1.0人（不计冲击）1990.2107.871783.2176.6426.5272.1294.2长期效应组合可变荷载设计值0.4汽车+0.4人（不计冲击）1115.560.871002.799.4239.8152.2164.4 表4-43号主梁作用效应计算表序号荷载类别跨中四分点变化点支点MVMVMVV①一期永久作用7328.00.05496.0431.11314.5781.0862.1②二期永久作用2750.80.02063.1161.8493.4293.2323.6③总永久作用=①+②10078.80.02411.6592.91807.91074.11185.7④可变作用（汽车）2540.9142.72302.0230.1568.6352.1398.9⑤可变作用（汽车）冲击500.128.1453.045.3113.570.278.5⑥可变作用（人群）100.82.575.66.222.77.98.4⑦标准组合=③+④+⑤+⑥13119.8170.85166.6868.22498.21500.41663.2⑧短期组合=（③+0.7×④+⑥）11958.3102.34098.6760.12234.41344.61473.4⑨极限组合=（1.2×③+1.4×（④+⑤）+1.12×⑥）16464.9241.86835.61103.93161.41918.82100.7⑩短期效应组合可变荷载设计值0.7汽车+1.0人（不计冲击）1879.5102.31687.0167.2426.486256269.2287.1长期效应组合可变荷载设计值0.4汽车+0.4人（不计冲击）1056.758.1951.094.5239.807371150.3162.9 第五章预应力钢束估算及布置5.1预应力钢筋数量估算按构件正截面抗裂行要求估算预应力钢筋数量。对于全预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂要求，可得跨中截面所需的有效预应力为：式中，为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯矩值，本设计中，。设预应力钢筋截面中心距截面下缘为，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离为。钢筋估算时，截面性质近似取全截面的性质进行计算，即，全截面对抗裂边缘的弹性抵抗距为，所以有效预应力合力为：。预应力钢筋的拉控制应力为，预应力损失按拉控制应力的20%计算，则。采用10束8As15.2钢绞线，钢束总面积为，采用径60mm的金属波纹管。5.2预应力钢筋布置5.2.1跨中截面及锚固段截面的钢束位置1)对于跨中截面，在保证布置预留管道要求的前提下，应尽可能加大钢束群重心的偏心距。本设计预应力孔道采用径60mm的金属波纹管，管道至梁底和梁侧净距不应小于30mm及管道直径的一半。另外直线管道的净距不应小于40mm,且不宜小于管道直径的0.6倍，在竖直方向两管道可重叠，跨中截面及端部截面构造如下图，N1，N2，N3，N4号钢筋均需进行平弯和竖弯，N5只进行平弯。求得跨中截面钢束群重心至梁底距离为。 图5-1钢束布置图（单位：cm）2)所有钢束都锚固在梁端截面。对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：一是预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心，使截面均匀受压；二是考虑锚头布置的可能性，以满足拉操作方便的要求。按照上述锚头布置的均匀、分散原则，锚固端截面所布置的钢束见图5-1所示。求得跨中截面钢束群重心至梁底距离为。下面对钢束群重心位置进行复核：上核心距为：，下核心距为：，,说明钢束群重心处于截面的核心围。5.2.2钢束弯起角度及线形的确定确定钢束起弯角时，既要照顾到由其弯起产生足够的竖向剪力，又要考虑到其引起的摩擦预应力损失不宜过大。本设计预应力钢筋在跨中分四排，锚固在底板上的两根（N5）不弯起，其余8根弯起角度均为8°。为简化计算和施工，所有钢束布置的线性均为直线加圆弧。5.2.3钢束计算1）计算钢束起弯点至跨中的位置。锚固点至支座中心线的水平距离为： ，，，，钢筋计算图示和锚固段尺寸图见图5-2。图5-2钢筋计算图示和锚固段尺寸钢束起弯点至跨中的距离列于表5-1。表5-1钢束弯起点至跨中距离计算表(单位:mm)钢束号弯起高弯起角N44202100292.3127.72079.613125.51826.713408.7N37302400334.0396.02376.640689.25662.89216.5N210402700375.8664.22673.768252.99499.05024.3N113503000417.5932.52970.895816.613335.1832.1上表各参数计算如下：为靠近锚固端直线段长度，根据需要确定，为钢束锚固点至钢束起弯点的竖直距离，根据各量的几何关系，可分别计算如下：,,,式中：-钢束弯起角度（°）；-计算跨径（cm）；-锚固点至支座中心线的水平距离（cm）。2)控制截面的钢束重心位置计算①各钢束重心位置计算：当计算截面在曲线段时，计算公式为：,当计算截面在锚固点的直线段时，计算公式为： 式中：-钢束在计算截面处钢束中心位置至梁底的距离；-钢束起弯前到梁底的距离；-钢束起弯半径；-圆弧段起弯点到计算点圆弧长度对应的圆心角；②计算钢束群重心到梁底的距离见表5-2。表5-2各计算截面钢束位置及钢束群重心计算表（单位：mm）截面钢束号（弧度）四分点N5未弯起0120120332N4未弯起0120120N3未弯起0230230N23475.70.05340429N17667.90.08450757支点钢束号（弧度）N519490120120935N419150.14120496N318560.14230924N217970.143401352N117380.144501781变化点N53490120120755N43150.14120271N32560.14230699N21970.143401127N11380.144501556注：支点和变化点截面处，各钢束均处于直线弯曲段。钢束布置见图5-3。 图5-3钢束布置纵断面图（单位：mm）3)钢束长度计算:一根钢书的长度为曲线长度、直线长度、与两工作段长度（2×70cm）之和，其中钢束曲线长度可按圆弧半径及弯起角度计算，通过每根钢束长度计算，就可以得到一片主梁和一孔桥所需钢束总长度，用于备料和施工计算结果见表5-3。表5-3钢束长度计算表(单位：mm)钢束号半径R弯起角（弧度）曲线长度直线长度L1钢束预留长度钢束长度N5+∞00347000140036100N4131260.143665268174200140036083N3406890.1411363184334800140035996N2682530.1419060100485400140035908N1958170.142675716646000140035821 第六章计算主梁截面几何特性本箱梁采用后法施工，径60mm的钢波纹管成孔，当混凝土达到设计强度时进行拉，拉顺序和钢束号相同，年平均相对湿度为80％。计算过程分三个阶段。阶段一为预制构件阶段，施工荷载为预制梁（包括横隔梁）的自重，受力构件按预制梁的净截面计算，该截面应扣除预应力管道的影响，箱梁翼板宽度为3m。阶段二为现浇混凝土形成整体阶段，但不考虑现浇混凝土的承受荷载能力，施工荷载除阶段一荷载之外，还应包括现浇混凝土板的自重，湿接缝还没参与主梁受力，，所以，受力构件按预制梁灌浆后的换算截面计算，该截面应考虑预应力钢筋的影响，箱梁翼板宽度为3m。阶段三为成桥阶段，荷载除了阶段一、二的荷载之外，还包括二期永久作用和活载，受力构件按成梁后的换算截面计算，该截面应考虑预应力钢筋的影响，箱梁翼板有效宽度为3.5m。这里截面几何性质计算借助了CAD，通过创建面域，使用massprop命令，计算各控制截面不同阶段的截面几何性质，并汇总，见表6-1。表6-1各控制截面不同阶段的截面几何性质汇总表受力阶段计算截面1跨中182833376712339817.85E+111.02E+096.36E+088.00E+084分点182833376912318997.89E+111.03E+096.41E+088.77E+08变化点182833377912214668.05E+111.03E+096.59E+081.73E+09支点213024383711632288.97E+111.07E+097.72E+083.94E+092跨中205225987411268749.80E+111.12E+098.70E+081.12E+094分点205225986711338019.52E+111.10E+098.40E+081.19E+09变化点205225982911714169.10E+111.10E+097.77E+082.19E+09支点234983485511452109.85E+111.15E+098.60E+084.69E+093跨中215177983811629101.04E+121.24E+098.93E+081.14E+094分点215177983111698371.02E+121.23E+098.72E+081.22E+09变化点215177979512054509.61E+111.21E+097.98E+082.14E+09支点244935482511752401.04E+121.26E+098.86E+084.34E+09备注：7.85E+11表示。 第七章预应力损失计算7.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失按《公预规》规定，计算公式为：式中：-拉钢束时锚下的控制应力；根据《公预规》规定，对于钢绞线取拉控制应力为：-钢束与管道壁的摩擦系数，对于预埋波纹管取0.20；-从拉端到计算截面曲线管道部分切线的夹角（rad）；-管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015；-从拉端到计算截面的管道长度，可近似取其在纵轴上的投影长度，当四分点为计算截面时，苦中截面各钢束摩擦预应力损失见表7-1。表7-1跨中截面摩擦应力损失计算钢束编号（）弧度N500017.1380.02570.0254139535.4N480.140.02817.1970.02580.0523139572.96N380.140.02817.2560.02590.0524139573.08N280.140.02817.3150.02600.0525139573.20N180.140.02817.3490.02600.0525139573.26平均值65.58同理，可算出其他控制截面的值。各截面摩擦预应力损失的平均值计算结果，列于表7-2。表7-2各控制截面平均值截面跨中L/4变化点支点平均值65.5841.453.870.53 7.2由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失按《公预规》规定，对曲线预应力筋，在计算锚具变形，钢束回缩引起死亡预应力损失时，应考虑锚固后反向摩擦的影响。根据《公预规》规定，计算公式为：反向摩擦影响长度：式中：-锚具变形、钢束回缩，根据《公预规》规定，对于夹片锚顶压拉时=4m；-单位长度由管道摩擦引起的预应力损失，按下列公式计算：式中：-拉端锚下控制应力，为1302Mpa;-预应力筋扣除沿途摩擦损失后锚固端应力，即跨中截面扣除的钢筋应力；-拉端至锚固端距离，这里的锚固端为跨中截面。拉端锚下预应力损失：；在反摩擦影响长度，距拉端处的锚具变形、钢筋回缩损失：在反摩擦影响长度，锚具变形、钢筋回缩损失：=0各束钢束预应力钢筋的反摩阻影响长度见表7-3。表7-3跨中截面反摩阻影响长度计算表钢束编号N5139535.401359.60171380.00206619431N4139572.961322.04171970.00424313559N3139573.081321.92172560.00423513571N2139573.201321.80173150.00422713583N1139573.261321.74173490.00422313591各控制截面的计算列于表7-4。 表7-4各控制截面平均值截面跨中L/4变化点支点平均值027.658.363.77.3预应力钢筋分批拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失混凝土弹性压缩引起的应力损失()取按应力计算需要控制的截面进行计算。对应简支梁可取L/4进行计算，并一次结果作为全梁各截面预应力钢筋应力损失的平均值。也可以用下列公式计算：式中：-拉批数，-预应力钢筋弹模与混凝土弹模的比值，此处-全部预应力钢筋的合力在其作用点（全部预应力钢筋重心点）处所产生的混凝土正应力，，截面特性按表6-1第一阶段取用；其中，所以，7.4钢筋松弛引起的预应力损失对于采用超拉工艺的低松弛钢绞线，由钢筋松弛引起的预应力损失为：式中：-拉系数，采用超拉，取；-钢筋松弛系数，对低松弛钢筋，；-传力锚固时的钢筋应力，，这里采用L/4截面的应力作为全梁的平均值计算，故有。所以，7.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失按下式计算：式中：-加载龄期为时混凝土收缩应变终极值和徐变系数终极值； -加载龄期，即达到设计强度为90%的龄期，近似按标准养护条件，则有：，则可得；对于二期恒载的加载龄期，假定；-配筋率，，；-钢束锚固时相应的净截面面积；-钢束群重心至截面净轴的距离；-截面回转半径，为。徐变系数终极值和收缩应变终极值的计算如下：考虑混凝土收缩、徐变大部分在成桥之前完成，A，u均采用预制梁的数据。对于混凝土毛截面，四分点和跨中截面上述数据完全相同。构件理论厚度的计算公式为：。式中，-主梁混凝土截面面积，；-与大气接触的截面周边长度，。由于混凝土收缩、徐变在相对湿度为80%条件下完成，故=1.749，混凝土收缩应变终值。跨中截面：==6.27MpaL/4截面：==9.25Mpa 所以，；，，，，。现将各截面钢束预应力损失平均值及有效预应力汇总于表7-5。7.6钢束预应力损失汇总表7-5各截面钢束预应力损失平均值及有效预应力汇总表位置预加应力阶段（Mpa）使用阶段（Mpa）钢束有效预应力（Mpa）预加力阶段使用阶段跨中截面65.58023.1488.7236.6797.95134.621306.281172.66L/4截面41.4527.5623.1492.1536.6797.95134.621302.851168.23变化点截面3.8758.3123.1485.3236.6797.95134.621309.681175.06支点截面0.5363.7023.1487.3736.6797.95134.621307.631173.01 第八章承载力、应力、挠度、抗裂性验算8.1持久状况承载能力极限状态验算8.1.1跨中正截面承载力验算跨中截面尺寸如下，预应力钢筋截面到底边的距离为，则，上翼缘平均厚度取。a)箱梁翼缘有效工作宽度计算：箱形截面梁在腹板两侧上、下翼缘的有效宽度计算如下：对于简支梁各跨中部梁段：式中：-腹板两侧上、下各翼缘的有效宽度；-腹板两侧上、下各翼缘的实际宽度；-有关简支梁各跨中部梁段翼缘有效宽度的计算系数；对本简支梁其理论跨径，则：则，根据，有；则，根据，有。因此箱形梁截面梁跨中翼缘的有效宽度为箱形梁实际翼缘全宽。预应力混凝土梁在计算预加力引起的混凝土应力时，预加力作为轴向力产生的应力可按实际翼缘全宽计算；由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按翼缘有效宽度计算。b)判断中性轴的位置若，则中性轴在上翼缘。，故中性轴在上翼缘板,即为第一类T形截面。混凝土受压区高度可根据下式计算：，且其中。将代入下式计算正截面承载力：，故，跨中截面承载力满足要求。c)最小配筋率验算 由《公预规》，预应力混凝土受弯构件最小配筋率应满足下列条件：。式中，-受弯构件正截面抗弯承载力设计值，此处，-受弯构件正截面开裂弯矩值，按下式计算：，，式中：-全截面换算截面中心轴以上或以下部分截面对重心轴的面积矩。此处，；-换算截面抗裂边缘的弹性抵抗距，此处，；-扣除全部预应力损失预应力筋在构抗裂边缘产生的混凝土预压应力。由此可见，，故按构造配置普通钢筋即可。腹板：《桥规》规定：直径为6-8mm，每腹板钢筋面积宜为，其中、分别为腹板宽度、高度，所以每腹板钢筋面积为，此处采用B10间距为200mm的钢筋。底板：《桥规》规定：底板上下层均应设置平行于桥跨和垂直于桥跨的构造钢筋，且钢筋面积不应小于底板截面面积的3%，即，此处采用B12间距为150mm的钢筋，也可适当调整加密。8.1.2斜截面承载力验算1)斜截面抗剪承载力验算由《公预规》知，计算受弯构件抗剪承载力时，其位置可按下列规定采用：a)距支座中心h/2处的截面；b)受拉区弯起钢筋弯起点处截面；c)锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面；d)箍筋数量或间距改变处的截面；e)构件腹板宽度变化的截面。下面以构件腹板宽度变化的截面为例进行斜截面抗剪承载力验算。箍筋采用B12200的钢筋，设间距为，距支点相当于一倍梁高围，箍筋间距为。 先进行截面抗剪强度上下限复核。若符合下列公式要求时，则不需要进行斜截面抗剪承载力计算。式中：剪力为：-混凝土抗拉设计强度（Mpa）；-预应力提高系数，对于预应力混凝土受弯构件，取1.25；-计算截面处纵向钢筋合力作用点至上边缘的距离，此处；-验算截面腹板宽度，，所以应进行抗剪承载力验算。当进行截面抗剪承载力计算时，其截面尺寸应符合下式要求：式中：-混凝土强度等级（Mpa），对C50混凝土，所以主梁尺寸符合要求，但仍需按计算配置抗剪钢筋。斜截面抗剪承载力按下式计算：式中：-斜截面混凝土与箍筋共同作用时的抗剪承载力（kN），有下式计算：式中：-异号弯矩影响系数，取α1=1.0-预应力提高系数，对预应力钢筋混凝土受弯构件；-受压翼缘的影响系数，取；-斜截面受压端正截面处，箱形梁腹板宽度；-斜截面受压端正截面有效高度；-斜截面纵向受拉钢筋的配筋百分率，，而，当时，取，则；-斜截面箍筋配筋率，有-混凝土强度等级； -箍筋抗拉强度设计值，对HRB335钢筋，；-斜截面配置在同一截面的箍筋各肢总截面面积（mm2）；-与斜截面相交预应力弯起钢筋抗剪承载力(kN),按下式计算：式中：-斜截面在同一弯起平面的预应力弯起钢筋的截面面积-预应力弯起钢束的抗拉设计强度，本设计中；-预应力弯起钢筋在斜截面受压端正截面处的切线与水平线的夹角则：==上述计算说明构件腹板宽度变化的截面满足斜截面抗剪承载力满足要求。1)斜截面抗弯承载力验算由于钢束均锚固与梁端，钢束术数量沿跨长无变化，且弯起角度平和，其斜截面抗弯承载力一般不控制设计，故不另行验算。8.2应力验算8.2.1短暂状况构件的应力验算构件在制作、运输及安装等施工阶段，混凝土强度等级为C45，预加力与主梁自重力共同作用下混凝土的法向应力应符合要求。1)预加力阶段的应力验算下面以梁跨中截面为例进行验算，其混凝土截面上、下缘的正应力上缘：下缘：其中，，，截面几何特性取第一阶段的截面特性。代入上式得（压）（压）同理可得其他截面混凝土法向应力，各截面法向应力计算结果汇总在表8-1。 表8-1短暂状况下各截面上、下缘混凝土法向应力汇总法向应力跨中截面L/4截面变化点截面支点截面1.160.612.658.7218.819.6716.316.11由表可以看出，四分点下缘存在较大压应力：19.67Mpa,预加应力阶段正截面压应力满足规要求：故正截面压应力符合要求。由于不存在拉应力，故不需要配置纵向普通钢筋。1)吊装应力验算本例采用两点起吊，钓点设在两支点移0.5m处，即两吊点间的距离为32.04m。对于4号梁，一期恒载集度为。根据《桥规》，构件在吊装、运输时，重力应乘以动力系数1.2或0.85，因此可分别按和两种情况进行吊装应力验算，结果见表8-2。由表知，最大压应力为20.5Mpa，没有出现拉应力，可见混凝土法向应力满足要求。 表8-2吊装阶段法向应力计算表应力部位跨中四分点变化点支点上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘(1)（2）（3）（4）超重（5）8233.58233.53581.43581.4906.8906.87.07.0失重（6）5832.05832.02536.82536.8642.4642.44.94.9（7）7.937.937.937.937.937.936.766.76（8）-13.9522.37-12.6620.34-6.5610.25-3.074.25（9）=（7）+（8）-6.0130.30-4.7328.271.3718.183.6911.01超重（10）8.62-13.837.17-11.521.62-2.540.010.01失重（11）6.11-9.795.08-8.161.15-1.800.010.01超重（12）=（9）+（10）2.6116.472.4516.742.9915.653.6911.01失重（13）=（9）+（11）0.0920.500.3520.102.5216.393.6911.01 8.2.2持久状况构件的应力验算按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力、受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过规规定的限值。计算时荷载取其标准值，汽车荷载应考虑冲击系数。1)正截面混凝土压应力验算：对于预应力混凝土简支梁的正应力，由于曲线筋束的关系，应取跨中、L/4、支点及钢束突变处分别验算，此处以跨中截面为例进行验算。此时有，，，。跨行截面混凝土上边缘压应力计算值为持久状况下跨中截面正应力验算满足要求。同理可得，持久状况下其他截面混凝土法向应力，其计算结果汇总在表8-3。表8-3持久状况下各截面上、下缘混凝土法向应力汇总法向应力跨中截面L/4截面变化点截面支点截面5.594.142.432.554.262.180.341.472)持久状况下预应力钢筋应力验算跨中截面，由二期恒载和活载作用产生的预应力钢筋截面重心处的混凝土应力为持久状况下跨中截面预应力钢筋应力验算满足要求。同理可得，持久状况下其他截面预应力钢筋应力，其计算结果汇总在表8-4。表8-4持久状况下各截面预应力钢筋应力汇总预应力钢筋应力跨中截面L/4截面变化点截面支点截面 12021191117811731)持久状况下混凝土主应力验算a)截面面积矩计算按图8-1计算。其中计算点分别取上梗肋a-a处、第三阶段截面中心x0-x0处及底板与腹板交界b-b处。图8-1变化点截面（单位：mm）面积矩计算结果见表8-5。表8-5面积矩计算表截面类型第一阶段净截面对其重心轴第二阶段换算截面对其重心轴第三阶段换算截面对其重心轴计算点位置a-ax0-x0b-ba-ax0-x0b-ba-ax0-x0b-b面积矩符号面积矩5.06E+84.86E+83.16E+85.44E+85.98E+83.02E+85.22E+85.70E+83.12E+8备注：3.12E+08含义是。b)主应力计算以上梗肋处（a-a）的主应力计算为例。 剪应力：==正应力：=主应力：=同理，可得x0-x0，b-b的主应力，见表8-6。表8-6变化点截面主应力汇总表计算纤维剪应力正应力主应力（Mpa）a-a0.424.8-0.034.84x0-x00.477.1-0.047.14b-b0.2111.6-0.0111.60由上述可知，混凝土的最大主压应力为11.6Mpa，小于混凝土主应力限制19.44Mp,符合的要求。8.3抗裂性验算8.3.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算正截面抗裂验算取跨中正截面进行。1)预加力产生的构件抗裂验算边缘的混凝土预压应力计算 ，1)由荷载产生的构件抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力计算=2)正截面混凝土抗裂验算，满足抗裂要求。8.3.2作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算此处，以剪力和弯矩均较大的变化点截面为例进行验算。1)主应力计算以上梗肋处(a-a)的主应力计算为例。剪应力：此处，可变作用引起的剪力采用短期效应组合值。==正应力：=主应力：= 表8-7变化点截面抗裂验算主拉应力计算表计算纤维剪应力正应力主应力（Mpa）a-a0.564.65-0.074.72x0-x00.627.11-0.057.16b-b0.2911.88-0.0111.89主拉应力限值，由表知，满足要求。8.4主梁变形（挠度）验算8.4.1预加力引起的跨中反拱度采用L/4截面处的使用阶段永存预加力矩作用为全梁的平均预加力矩计算值，即，，。截面惯性矩应采用第一阶段的截面惯性矩，为简化计算，这里仍以梁L/4处截面的截面惯性矩作为全梁的平均值来计算。则主梁上拱值（跨中截面）为：考虑长期效应的预加力一期的上拱值为：8.4.2荷载引起的跨中挠度根据《公预规》6.5.2条，全预应力混凝土构件的刚度采用。1)恒载效应产生的跨中挠度现将恒载作为均布荷载作用在主梁上，则主梁跨中挠度系数。2)可变荷载产生的跨中挠度荷载短期效应的可变荷载值为，满足要求。 8.4.3预拱度的设置按《公预规》6.5.5条规定，当预加力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，可不设预拱度。此设计中，预加力产生的长期反拱值为129.5mm，大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度值51.9+10.3=62.2mm，满足规要求，可不设预拱度。8.5局部承压验算此箱梁采用夹片式锚具，该锚具的垫板与其后的喇叭管连成整体。锚垫板尺寸为190mm×190mm，厚度25mm，喇叭管尾端接径60mm的波纹管。图8-2为N5梁端锚具和间接钢筋的构造图。图8-2锚固区局部承压计算图（单位：mm）8.5.1局部承压区的截面尺寸验算配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的截面尺寸应满足下列要求：式中：-局部受压面积上的局部压力设计值，对后法构件的锚头局压区，应取1.2倍拉时的最大压力，本设计每束预应力筋的截面积为，拉控制应力为1395MPa，则；-凝土轴心抗压强度设计值；-混凝土局部承压修正系数，混凝土等级为C50及以下时，取；-混凝土局部承压强度提高系数；-局部受压时的计算底面积；-混凝土局部受压面积，当局部受压面有空洞时,为扣除空洞后的面积，为不扣除空洞的面积。 ，，计算表明，局部抗压尺寸满足要求。8.5.2局部抗压承载力验算对锚下设置间接的局部承压构件，按下式进行局部抗压承载力验算：，且满足式中：-配置间接钢筋时局部抗压承载能力提高系数；-间接钢筋影响系数，取；-间接钢筋表面围的混凝土核心面积，这里配置螺旋箍筋；，；-单根螺旋形间接钢筋的截面面积；-螺旋形间接钢筋表面围混凝土核心面积的直径；-螺旋形间接钢筋的层距；-间接钢筋体积配筋率。局部抗压区配置B10的螺旋形钢筋，单根钢筋截面积为，则：==>，故端部局部承压验算满足要求。 第九章行车道板计算考虑到主梁翼缘板钢筋时连续的，故行车道板可按悬臂板（边梁）和两端固结的连续板(中梁)两种情况计算。9.1悬臂板荷载效应计算由于宽跨比大于2，故按单向板计算。1)主梁架设完毕时桥面板可以看成是570mm的单向悬臂板，计算见图9-1(b)。图9-1悬臂板计算图示（单位：mm）一期永久作用效应：2)成桥后在边梁悬臂板处，只作用有人群，计算图示见图9-1(c)。二期永久作用和可变作用效应为：3)承载能力极限状态作用基本组合9.2连续板荷载效应计算，即主梁抗扭刚度较大，,。9.2.1永久作用1)主梁架设完毕时 桥面板可看成是570mm的单向悬臂板，计算图示见图9-1(b)。其根部永久作用效应为：，。1)成桥后先计算简支板的跨中弯矩和支点剪力。梁肋间的板，其计算跨径取值如下：计算弯矩时：计算剪力是时：计算图示见图9-2。图9-2简支板二期永久作用计算图示（单位：mm），为现浇部分板面自重；，为桥面铺装自重。简支板跨中弯矩和支点剪力为：2)总永久作用效应综上，支点永久作用弯矩为：支点永久作用剪力为：支点永久作用弯矩为：9.2.2可变作用此处，汽车荷载采用车辆荷载。后轮着地宽度和长度为：，平行于板跨径方向的荷载分布宽度为：。垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度取值如下：1)车轮在板的跨径中部时，取。2)车轮在板的支承处时 1)车轮在板的支承附近，距支点距离为时：的分布见图9-3。图9-3简支板可变作用（汽车）计算图示(单位：mm)按最不利布载求得简支板跨中弯矩和支点剪力为：综上，可得连续板可变作用效应为：支点处：，跨中处：9.2.3作用效应组合承载能力极限状态作用效应基本组合如下：9.3截面设计、配筋和承载力验算9.3.1截面设计及配筋悬臂板和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，即。其高度为，保护层厚度为，。根据《公预规》得：，即，解得。验算： 每米板宽（b=1.0m）所需钢筋截面积：1.0m板宽设置B12150mm的钢筋，钢筋截面积为：。连续板跨中截面处的抗弯钢筋计算同上。因跨中弯矩设计值小于支点弯矩设计值，故其抗弯钢筋数量必定小于支点处抗弯钢筋数量。为施工方便，取上下缘配筋相同，均为B12150mm，可以根据需要适当加密，配筋图见图9-4。图9-4行车道板受力钢筋布置图示（单位：mm）9.3.2抗剪承载力验算最小尺寸要求：满足最小尺寸要求。下限值：故按构造配筋，此处采用B12200mm的钢筋。 第十章横隔梁计算10.1确定横隔梁上的可变作用对于具有多根横隔梁的桥梁，由于主粱跨中处的横隔梁受力最大，故通常只要计算跨中横隔梁的力，其它横隔粱可偏安全地采用相同的截面尺寸和配筋。跨中横隔梁纵向最不利布载见图10-1。图10-1跨中横隔梁受载图示（单位：cm）汽车：计算弯矩时：计算剪力时：人群：10.2跨中横隔梁作用效应影响线通常横隔梁弯矩为靠近桥中线的截面较大，而剪力则在靠近两侧边沿处的截面较大。所以，取A、B两个截面计算横隔梁的弯矩，取1和2梁右截面计算剪力。本例采用刚性横梁法计算（忽略修正系数的影响），先需要做出相应的作用效应影响线。10.2.1绘制弯矩影响线在计算主梁横向分布系数时，已得，，，，。对于A截面：1)P=1作用在1号梁轴上时2)P=1作用在4号梁轴上时3)P=1作用在2号梁轴上时 同理，对于B截面:；；。10.2.2绘制剪力影响线对于4号主梁截面的影响线可计算如下：P=1作用在计算截面已左时，，即；P=1作用在计算截面已右时，，即，同理可得3号主梁截面的影响线。综上，可得弯矩、剪力影响线及相应的最不利布载见图10-2。荷载组合：10.3截面配筋计算横隔梁翼板有效作用宽度：，，所以，其翼板有效作用宽度为2.9m。图10-3表示横隔梁正弯矩钢筋（8B25）和负弯矩钢筋（6B22），并且实处配筋相应的计算截面。剪力钢筋选用B12200双肢箍筋。经过横隔梁正截面和斜截面承载力的验算，上述钢筋均能满足规的有关规定。由于这部分的计算与主梁截面承载力验算雷同，故从略。 图10-2中横隔梁作用效应影响线图图10-3横隔梁配筋图（单位：mm） 第十一章支座设计11.1确定支座平面尺寸由橡胶支座板的抗压强度和梁端或墩台顶混凝土的局部承压强度来确定。对橡胶支座应满足：。若选定支座平面尺寸，则支座形状系数为：，，，。满足规要求。当时，橡胶板的平均容许压应力，橡胶支座的弹性模量为：最大支座反力，故：。11.2确定支座厚度主梁的计算温差取，温度变形有两端的支座均摊，则每一个支座承受的水平位移为:。计算汽车荷载制动引起的水平位移，首先需确定作用在每一个支座上的制动力。汽车荷载制动力按《桥规》4.3.6条为一车道上总重的10%。其总重为：，规要求公路-Ⅰ级荷载制动力不小于165kN，取制动力为165kN。4主梁共4个支座，每一支座承受的水平力为：。按规要求，橡胶层总厚度应满足：1)不计汽车制动力时：2)计汽车制动力时：即：选用七层钢板、八层橡胶组成橡胶支座。上下层橡胶片厚度为0.25cm，中间层厚度为0.5cm，薄钢板厚度为0.2cm，则：橡胶片总厚度为：；支座总厚度：，满足，其中，。11.3验算支座偏转情况支座的平均压缩变形δ为：。 按《桥规》应满足，设恒载时主梁处于水平状态，则已知公路-Ⅰ级荷载作用下两端转角：验算偏转情况应满足：，满足要求。11.4验算支座的抗滑稳定性按《公预规》8.4.3条规定，按下式验算支座抗滑稳定性：计入汽车制动力时：不计入汽车制动力时：式中：-在结构重力作用下的支座反力标准值，即；-橡胶支座的剪切模量，取1.0MPa；-由汽车荷载引起的制动力标准值，取；-橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数，；-结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值引起的支座反力；-支座平面毛面积，。1)计入汽车制动力时：2)不计入汽车制动力时：均满足规要求，支座不会发生相滑动。 参考文献[1]交通部.JTG B01-2003《公路工程技术标准》.：人民交通，2003.[2]交通部.JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规》.：人民交通，2004.[3]交通部.JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规》.：人民交通，2004.[4]交通部.JTJ 041-2000《公路桥涵施工技术规》.：人民交通，2000.[5]交通部.JTG D81-2006《公路交通安全设施技术规》.：人民交通，2006.[6]交通部.GB/T5224-2003《预应力混凝土用钢绞线》.：人民交通，2003.[7]亚东.《桥梁工程概论》[M].：西南交通大学，2006.[8]叶建曙.《结构设计原理》[M].：人民交通，2008.[9]邵旭东.《桥梁工程》[M].：人民交通，2007.[10]邵旭东等.《桥梁设计与计算》[M].：人民交通，2007.[11] 贺栓海等《公路桥梁荷载计算方法》[M].：人民交通，1996.[12] 玲森等.《桥梁工程》[M].：人民交通，20010.[13]叶建曙.《结构设计原理计算示例》[M].：人民交通，2007.[14]易建国.《混凝土简支梁（板）桥（第三版）》[M].：人民交通，2012. 致毕业设计是对我们大学四年所学知识的综合运用，整合我们所学的的各科知识，使之更为系统化。目的在于让我们整体、系统地把握本专业的特点及知识体系，对大学四年所学的专业知识进行复习与融会贯通，理论联系实际。同时能够较好的培养我们发现问题、解决问题的能力，提高理性思维。这个环节应得到较高的重视，并且能培养我们的综合能力。本次毕业设计在素华、徐海宾、小平等老师的细心指导下，并通过自己的努力及同组同学的帮助，终于顺利完成了。在此，首先对老师们和各位同学致以真诚的感！ 本学期毕业设计容多，计算量大，时间紧，在设计过程中遇到了很多问题，每每请教老师，老师都不辞辛苦，尽快给予详细的解答，节省了很多时间，加快了设计速度。设计过程中，老师一开始就就严格要求我们，对于我们设计中的错误认真仔细的检查并指导我们纠正。老师严谨的治学态度，诲人不倦的精神值得我们学习，在这里再次对老师表示感！ 感所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃满天下 。感答辩组各位老师对本设计的细心审阅和评定， 最后祝愿各位老师工作顺利！'