桥梁的设计毕业设计计算书

'设计计算书绪论毕业设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，分析解决实际问题的能力。通过毕业设计使学生形成经济、环境、市场、管理等大工程意识，培养学生实事求是、谦虚谨慎的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的精神。毕业设计过程中复习以前所学习的专业知识，同时也锻炼了学生将理论运用于实践的能力。 桥梁的设计需要综合考虑各个方面的因素，其中包括桥址处地形、地貌、气象、水文条件、工程地质、以及周围所处的环境等等，除此之外，任何一个设计都必须要考虑的问题就是怎样将安全、经济、实用、美观四者都融于设计之中。 总之，通过毕业设计，达到基本知识、基础理论、基本技能（三基）和获取知识的能力、运用知识的能力、计算机应用的能力、外语能力以及文化素质、思想品德素质、业务素质（三个素质）的训练，培养学生运用所学的专业知识和技术，研究、解决本专业实际问题的初步能力。一设计说明一、工程概况第48页 1．工程名称：榆林市绕城北环线N1~N13大桥设计。2．建设地点：该桥梁位于榆林市市政工程快速干道部分（绕城以北）。快速干道起点桩号为K0+000,终点桩号为K25＋605，全长25605m。（桥梁长度可根据实际情况进行调整，但调整幅度不易太大）。3．技术标准：公路等级:市政城A；(公路一级)（桥面宽度自行设计）设计地震烈度:8度；设计洪水频率:1/100。4．桥址纵断面及地质纵断面：见附图。二、设计资料（一）工程地质、水文及气候情况1.对桥位处地质状况进行了勘探，探孔布置及桥位处地质纵断面如附图所示。无通航要求。2.桥位地区场地类别为Ⅲ类。3．桥位地区历年平均气温16.4°C，一月平均气温为-3.2°C，7月平均温度为28.5°C，极端最高温度42.2°C，极端最低温度-16.8°C，历年月平均最高温度35.6°C，历年月平均最低温度-7.3°C。假设合龙温度为20°C。4.该桥地处西北地区，由于沟底较深，沟底坡度角度较大，泄洪通畅，但是洪水流速很高，冲刷能力强，可能对桥梁基础造成危害。5.高程系：1985年国家高程基准。6.桥面横坡：2%。（二）材料供应1.混凝土：预应力混凝土主梁及墩采用C50混凝土,其余构件均采C30混凝土。第48页 2．预应力钢筋：采用钢绞线，其必须符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-1995）。按国家标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）选用钢绞线规格，抗拉强度标准值fpk=1860Mpa，弹性模量Ey=1.95x105Mpa，松弛率为3.5%。3.锚具：采用OVM13—19型锚具；预应力管道：采用波纹管成型。4.普通钢筋：受力筋为HRB335或HRB400带肋钢筋，其必须符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）的规定。构造筋为HPB235光圆钢筋，其必须符合国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2008）的规定。5．钢板、型钢：主要受力构件采用Q345钢，次要构件及板件采用Q235钢，其必须符合国家标准《桥梁用结构钢》（GB/T714-2008）、《碳素结构钢》（GB/T700-2006）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）。6．支座：可采用球冠橡胶支座，板式橡胶支座，聚四氟乙烯橡胶支座等等。7．伸缩缝：可采用D60型、D80型、D100型、D120型等，毛勒伸缩缝。8．基础类型可根据桥位处地质情况自定。当采用桩基础，按摩擦桩进行设计时，施工应严格清底，桩底沉淀层厚度不得大于25cm，灌注桩施工结束后，应对其进行无损检测。9．当地粘土砖、各种料石、砂石资源丰富、价格低廉；各种钢材、水泥也都可以保证供应。10．桥面铺装：自行设计（三）施工条件一般施工机具齐全。施工队伍可以满足各种桥梁的技术要求。（注：采用悬臂法施工挂篮参考值：悬浇挂篮自重不得大于1000kN,合拢段施工吊架自重不得大于200kN）。二 桥式方案的初步设计 1.1 方案提出 第48页 1.1.1 方案设计原则 随着科学技术的不断进步，桥梁设计、建造理论也不断发展和成熟。在桥梁设计中要求桥梁符合实用、经济、安全、美观的基本原则，同时争取科技含量高等特点。设计时要求桥梁形式与周围地理环境能够很好的融合，设计城市桥梁还除满足功能要求外还特别注重美观大方。因此，对于特定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会提出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出实用、经济、美观的设计方案。在桥梁设计中，基本设计原则如下： 适用性   修建桥梁的目的是用于交通运输，因此其适用性极为重要。它要求：桥梁宽度不仅应该满足现有车辆和人群的安全通畅，还应满足今后规划年限内交通量增长的需要。桥下净空应满足泄洪、通航或通车等要求。桥梁两端应方便车辆的进出，同时便于检查和维修。建成的桥梁应保证使用年限。 安全性 第48页 桥梁的安全至关重要，它要求桥梁在运输、安装和使用的过程中，应当有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并具有一定的安全储备。根据桥上的交通情况，桥面应考虑设置人行道、缘石、护栏、栏杆等，以保证车辆和行人的安全。此外，桥上还应有照明设备，引桥纵坡不宜过陡，地震区桥梁应该按照抗震要求采取防震措施 。 经济性 桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑因素。桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则，综合考虑发展远景和将来的养护维修，使其造价和养护费用综合考虑后最省。 舒适性  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，避免车辆在桥上震动冲击。 美观性  桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，桥梁应该具有优美的外形，结构布置简练，空间比例和谐，与周围环境相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的重要因素，此外，施工质量也会影响桥梁的美观性。 技术性 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国内外的新结构、新材料、新工艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、减少劳动强度、加快施工进度、提高施工效率、保证工程质量和施工安全。1.1.2 待选的桥式方案 第48页 在对本桥的设计中，通过对基本设计资料的分析和以往的设计经验，初步确定的进行比选的三种桥式为： 变截面预应力混凝土连续梁桥 拱桥 等截面预应力混凝土连续梁桥1.2方案一：变截面预应力混凝土连续梁桥 实用性：伸缩缝少，行车舒适，可满足高速交通运输要求；能够充分发挥高强材料的受力特性，具有强度高，刚度大，以及抗裂性能好等优点。 安全性：温度，砼收缩徐变产生的附加内力较小；整体性好，刚度大，可保证工程本身安全；全桥有较好的抗震性能。 经济性：施工技术成熟，降低施工成本；在车辆运营中具有维修工作量小等优点。 外观：形势简单，造型单一。 本方案桥跨布置为50m+80m+50m，主桥长180m，主桥基础采用桩基础。本桥宽为：净(0.5+3+3.75×2+1.25+0.5)×2m。第48页 横截面布置采用C50双悬臂矩形单箱单室的变高度箱形截面，箱梁顶宽12.8m，底板宽度8.8m，支点处梁高5m，跨中梁高2.5m，梁底立面及箱梁底板厚度均按二次抛物线变化。箱梁顶板厚度采用40cm，腹板厚度则采用50cm。第48页 悬浇箱梁采用单向预应力，即纵向预应力筋，采用7φ5的低松弛钢绞线，两端张拉。普通钢筋采用HPB335钢筋。桥墩为圆端型实体墩。桥墩处为D150cm钻孔灌注桩。大桥主梁按两个“T”对称悬臂浇筑施工，两端非悬臂对称段采用搭设托架浇筑完成，其余梁段采用挂篮悬浇。1.3方案二：等截面预应力混凝土连续梁桥连续梁桥采用等截面布置，构造简单、预制定型、施工方便，随着预应力锚具第48页 施工方法的发展愈来愈受到重视。中等跨径，若采用预制装配施工和就地浇筑施工的连续梁桥，为便于预制安装和模板周转使用，宜选用等截面布置。采用顶推法施工，为便于布置顶推和滑移设备，一般均采用等截面梁。对于长大桥梁，选用中等跨径(40-60m)，采用逐跨施工和移动模架法施工，按等截面布置最为有利，它可以使用少量施工设备完成全桥的施工。等截面梁可选用等跨和不等跨布置。长桥和选用顶推法以及由简支一连续施工的桥梁，多采用等跨布羚，使结构简单，统一摸式。等跨布里的跨径大小主要取决于经济分孔和施工的设备条件。当标准跨径不能满足通航成桥下交通要求而需要对个别跨加大跨径时，常不改空梁高，而用增加钢束数量和调整截面尺寸的方式解决，使桥梁外观仍保持等截面布置。这样微，一方而使桥梁的立面协调一致，另外也减少了构件及摸板的规格。当标准跨径较大时，右时为考虑减少边跨正夸炬，将边跨取用小于中跨的布置，边跨与中跨的比在0.6-0.8左右。等截面连续梁桥的梁高，在拟定时可参考有关资料选用，通常高跨比选取1/15-1/25之间。采用顶推法施工时，梁高的选择不仅取决于桥梁的跨径，同时还要考虑顶推施工时对梁高的要求，即与施工时是否设置临时墩有关。从施工阶段梁的受力要求，梁高与顶推跨径之比选在1/12-1/15为宜。主桥采用跨径组合为：47.5+85+47.5m，三跨等截面预应力混凝土连续梁桥，布置为左右两幅，单幅桥面宽12.8m，左右幅之间留有100cm间隙，单幅桥面布置为0.5+3+3.75×2+1.25+0.5m第48页 ，桥面设置2%横坡。主梁为矩形箱梁，根据经验公式，梁高一般为跨径的1/12到1/17，取梁高为5m；支点处底板厚度一般为主跨的1/140～1/170，主跨为85m所以底板厚度取50cm，两桥墩之间设置两道横系梁。第48页 桩基础采用直径为1.5m的钻孔灌注桩；主梁采用顶推法施工，现浇C50混凝土（先底板、后腹板和桥面板），预应力钢筋采用后张法超张拉工艺。1.4方案三：拱桥实用性：跨越能力较大；行车平顺、通畅、安全，可满足交通运输要求；但与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较大，当用于城市立交及平原地区时，因桥面标高提高，使两岸接线长度增加，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利；且施工比较麻烦，工期长。安全性：耐久性能较好，保证工程本身安全；自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求高。第48页 经济性：能充分就地取材，与混凝土梁桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；所用材料普通，价格低，成桥后养护费用少。外观：曲线形美感，桥型美观，气势宏伟，与周边环境协调好。第48页 1.5方案比选桥型方案第一方案：变截面预应力混凝土连续梁桥第二方案：等截面预应力混凝土连续梁桥第三方案：拱桥实用性跨越能力大，悬臂施工，施工技术成熟，行车平顺舒；抗震能力强。高度变化基本上与内力变化相适应，降低了跨中的设计弯矩。整体性能好，结构刚度大，变形小，结构不发生体系转换，预应力筋可一次布置，集中张拉等优点，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。结构简单，受力明确，能将竖直荷载大部分转化为水平荷载，充分发挥混凝土抗压性能安全性采用悬臂施工，施工阶段主梁的刚度大且内力与运营阶段主梁内力基本一致。对常年温差、基础变形、日照温均较敏感；对基础要求较高。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理且施工较为简单。但墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化选用作为引桥的桥型，桥跨度合适，采用箱形断面，刚度大，施工安全，桥梁的运营养护成本在后期较低。美观性全桥线条明快，周围环境协调能力好，桥型简洁实用。线性柔美，拱圈的弧形宛若一道彩虹，与当地绚丽景色完美结合，十分美观。第48页 桥梁的线型美观，线条简单实用，给人一种简约之美。简约而不简单。富有动感，景观效果较好。。根据设计的构想宗旨，桥型方案应满足受力合理、技术可靠、施工方便的原则，所选桥型要求美观并且要与城市环境相协调一致。由以上比较，考虑技术、安全、适用、经济以及美观环保等综合因素，最后选择方案一：变截面预应力混凝土连续梁桥。三预应力混凝土连续梁桥总体布置3.1桥型布置本设计采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，桥全长180m，如图3-1所示。 图3-1桥型布置图（变截面连续梁桥）第48页 3.2桥孔布置连续梁跨径的布置可采用等跨和不等跨两种。采用等跨布置结构简单，模式统一，适于采用顶推法、移动模架法或先简支后连续法施工的桥梁，但等跨布置将使边跨内力控制全桥设计，不是非常经济。所以，连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式。为减少等跨布置时边跨及中跨的跨中正弯矩，可将连续梁设置成不等跨形式。从桥梁美学的角度看，在连续梁桥桥跨跨数不多时，一般采用奇数孔，三跨、五跨跨数的桥梁较为常见。对三跨连续梁，边跨与中跨跨径之比一般为0.5～0.8。本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为50m＋80m＋50m的形式3.3桥梁截面形式预应力混凝土连续梁桥的立面布置要考虑桥孔分跨、主梁高度和梁底曲线形状等因素。3.3.1顺桥向梁的尺寸拟定桥墩顶处梁高：根据规范，梁高为1/16～1/20L，取L/16即5m。中跨梁高：根据规范，梁高为1/30～1/55L，取L/32,即2.5m。梁截面采用二次抛物线形，二次抛物线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。3.3.2横桥向梁的尺寸拟定第48页 箱梁中跨底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取15～18cm，当跨度较大，跨中正弯矩较大，需要配置一定数量的钢束、钢筋时，厚度可取20～25cm。腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为：腹板内无预应力筋时，采用200mm，腹板内有预应力筋管道时，采用250～300mm，腹板内有锚头时，采用250～300mm。根据任务书设计要求本推荐桥型方案横截面采用的是单箱单室的箱型截面桥面净宽为12.75m×2，对称布置。如下图：顶板厚度取40cm；中跨底板厚度为40cm,靠近支点处的底板厚为50cm，中间底板板厚成二次抛物线性变化，支点处的底板厚为70cm；中跨腹板厚度采用40cm，支点处腹板采用50cm，如图3-2所示。图3-2截面细部构造图（变截面连续梁桥）3.4桥面铺装桥面铺装：选用8cm厚C50防水混凝土作为铺装层，上加6cmAC-20I中粒式沥青混凝土，其上再加4cmAK-13A型沥青混凝土抗滑表层。桥面横坡:根据规范规定为1.5%～3.0%,取2%,该坡度由箱梁顶板坡度控制。第48页 3.5桥梁下部结构全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为柱式桥墩。3.6本桥使用材料1．混凝土:上部结构采用C50,下部结构采用C25。2．钢筋:预应力钢筋采用15.24Φ5钢绞线（极限抗拉强度=1860Mpa），非预应力钢筋采用符合新规范的R235，HRB335钢筋。凡钢筋直径≥12mm者，采用HRB335(20MnSi)热轧螺纹钢；凡钢筋直径＜12mm者，采用R235钢。3．预应力管道为钢波纹管，管道偏差系数k=0.0015/m；摩擦系数u=0.25；钢筋回缩和锚具变形为每侧6mm，两端张拉，张拉控制应力=0.72=1339MPa，纵向预应力钢束锚具的规格采用OVM15-15。4．伸缩缝:伸缩缝D160伸缩缝，单幅全桥共2道。5．桥梁支座:单向活动、双向活动和固定盆式橡胶支座。6．防撞护栏：外侧护栏采用F型防撞护栏，内侧护栏采用波形防撞护栏。7．桥梁设计荷载:根据设计任务书规定:公路—Ⅰ级。四结构作用效应计算4.1恒载效应计算对于连续梁桥等超静定结构，结构自重所产生的内力应根据它所采用的施工方法来确定其计算图式。对于桥面铺装等二期恒载的计算，也是如此。本设计采用悬臂施工法进行桥梁施工，存在一个结构体系转换和内力（或应力第48页 ）叠加的问题，这就是连续梁恒载内力计算的一个重要特点。4.1.1成桥阶段成桥阶段的恒载内力计算均采用Midas建立梁单元模型，其单元划分图如图4-1-1。图4-1-1（1）自重内力计算混凝土公路桥梁的结构自重，往往占全部设计荷载很大的比重（通常占60%～90%），梁的跨径愈大，结构自重所占的比重也愈大。自重影响下的梁单元弯矩图如图4-1-6，梁单元剪力图如图4-1-7，梁单元内力表格如表4-1-2。第48页 图4-1-2图4-1-3表4-1-1单元荷载位置剪力-y(kN)剪力-z(kN)弯矩-y(kN*m)弯矩-z(kN*m)1自重I[1]0-3362.23007自重I[8]0-380.1722540.5013自重I[14]02763.638473.82020自重I[21]06838.35-58147.56027自重I[27]0-11442.33-164112.22033自重I[32]0-8075.54-66907.79038自重I[37]0-5161.42-957.88043自重I[42]0-2529.937329.59048自重I[47]0-44.17501350第48页 53自重I[52]02441.4138210.41058自重I[57]05072.44803.76063自重I[62]07985.47-64265.33069自重I[67]0-10800.53-160353.13076自重I[73]0-6768.67-55469.87082自重I[79]0-3243.774227.42089自重I[86]0450.6523386.09094自重J[2]03432.6900（1）二期恒载内力计算在计算结构内力时，为了简化起见，往往将铺装层，铺装层，人行道和栏杆等荷重均匀分摊给主梁承受。因此可将其视为均布荷载，并统称为二期恒载。找平层混凝土桥面铺装沥青混凝土桥面铺装层护栏二期恒载合计：二期恒载影响下的梁单元弯矩图如图4-1-4，梁单元剪力图如图4-1-5，梁单元内力表格如表4-1-2。第48页 图4-1-4图4-1-5表4-1-2单元荷载位置剪力-y(kN)剪力-z(kN)弯矩-y(kN*m)弯矩-z(kN*m)1铺装I[1]0-11.15007铺装I[8]0-0.7671.44013铺装I[14]09.6318.18020铺装I[21]021.73-201.55027铺装I[27]0-34.76-525.78033铺装I[32]0-26.05-221.630第48页 38铺装I[37]0-17.43-4.01043铺装I[42]0-8.78127.07048铺装I[47]0-0.13171.61053铺装I[52]08.53129.61058铺装I[57]017.171.07063铺装I[62]025.79-214.01069铺装I[67]0-31.94-514.81076铺装I[73]0-21.53-193.83082铺装I[79]0-11.162.46089铺装I[86]00.9673.87094铺装J[2]011.3500具体选取数值为：0号与3号桥台支点均下沉1cm，1号和2号桥墩支点均下沉2cm。支座沉降影响下的梁单元弯矩图如图4-1-6，梁单元剪力图如图4-1-7，梁单元内力表格如表4-1-3。图4-1-6第48页 图4-1-7表4-1-3单元荷载位置支座沉降最大支座沉降最小剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1支座沉降I[1]313.950-359.6907支座沉降I[8]313.924316.28-359.66-3767.4413支座沉降I[14]313.848632.57-359.56-7534.8820支座沉降I[21]313.6413668.23-359.34-11930.2227支座沉降I[27]420.7717967.85-420.66-15713.9933支座沉降I[32]420.5413756.51-419.8-11510.9338支座沉降I[37]420.769546.12-420.26-7306.9443支座沉降I[42]420.825687.25-420.53-3452.1948支座沉降I[47]420.764465.94-420.67-2232.9753支座沉降I[52]420.65665.06-420.7-3432.2658支座沉降I[57]420.299519.47-420.61-7284.8163支座沉降I[62]419.7913728.68-420.35-11489.8869支座沉降I[67]359.117955.15-313.55-15677.3376支座沉降I[73]358.7913645.92-313.27-11914.7782支座沉降I[79]358.979336.68-313.43-8152.21第48页 89支座沉降I[86]359.084309.24-313.53-3762.5694支座沉降J[2]359.10-313.5504.2活载效应计算可变作用是指在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。这些包括有汽车荷载，汽车荷载的冲击力，离心力，制动力，温度作用，风荷载，支座摩阻力等。其计算如下：4.2.1汽车荷载汽车荷载是公路桥涵上最主要的一种可变荷载。设计中采用的汽车荷载为公路-I级。（1）影响线的计算将单位荷载P=1作用在桥面的节点上，求得结构的变形及内力，可得位移影响线和内力影响线。（2）人群，履带，挂车加载人群加载只需求出影响到正负区段面积，本桥为一级公路，不设置人行道，不考虑人群荷载；履带离散为若干集中力；挂车按集中荷载加载。（3）汽车加载第48页 挂车，履带车全桥只考虑一辆。汽车荷载是由主车和重车组成的车队，车距又受到约束求其最大，最小效应是个较复杂的问题。这种情况下，车辆数和车距都是未知参数，具体随影响线而变化，问题归结为求具有多个变量的函数在约束条件下的极值。此问题的解决借助计算程序Midas完成。汽车荷载下的弯矩图如图4-2-1，剪力图如图4-2-2，梁单元内力表如表4-2-1.图4-2-1图4-2-2第48页 表4-2-1单元荷载位置汽车荷载最大汽车荷载最小剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1汽车荷载I[1]522.240-1727.3707汽车荷载I[8]668.7113176.31-1114.41-5777.1813汽车荷载I[14]1112.116501.89-637.35-11554.3720汽车荷载I[21]1655.2710209.71-251.48-18294.5127汽车荷载I[27]176.874028.23-2257.88-28480.2333汽车荷载I[32]186.725361.66-1906.6-13741.0938汽车荷载I[37]335.979602.58-1556.33-6435.0743汽车荷载I[42]561.6214448.15-1202.74-4382.3848汽车荷载I[47]855.7916565.98-862.94-3530.7853汽车荷载I[52]1194.8514531.82-567.86-4340.7658汽车荷载I[57]1547.879730.83-341.19-6326.3563汽车荷载I[62]1897.655495.3-189.44-13487.7769汽车荷载I[67]89.524058.21-2130.46-28016.9576汽车荷载I[73]254.3610334.56-1648.89-18050.6682汽车荷载I[79]574.2916293.86-1182.93-12350.4589汽车荷载I[86]1116.9213205.94-663.83-5700.2194汽车荷载J[2]1729.390-515.404.2.2活载冲击系数的计算第48页 桥梁结构基频反映了结构的尺寸，类型，建筑材料等动力特性内容，直接反映冲击系数与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径是否有差别，只要桥梁结构基频相同，在同样条件下的汽车荷载下，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，也可采用下公式估算：（4.2a）（4.2b）式中：l——结构的计算跨径（m）；（220m）E——结构材料的弹性模量（N/）；（3.45E+04Mpa）——结构跨中截面的截面惯性矩（）；（9.519）——结构跨中处的单位长度质量（kg/m），当换算为重力时，其单位应为（（24.488kg/m）4.2.3温度作用桥梁结构的温度作用，因根据当地的具体情况，结构物使用的材料和施工条件的因素计算确定。温度作用包括均匀温度和梯度温度两种影响，均匀温度为常年气温变化，这种温变将导致桥梁纵向长度的变化，当这种变化受到约束时就会引起温度次内力；梯度温度主要因太阳辐射而来，它使结构沿高度方向形成非线性的温度变化，导致构件截面产生自应力，当这种变化受到约束时同样会引起此内力。（1）均匀温度（整体升降温）第48页 计算结构的均匀温度效应，应自结构物合龙时的温度算起，考虑最高和最低有效温度的作用效应。气温变化范围应根据桥梁所在地区的气温条件而定，本设计桥位历年月平均最高温度35.6°C，历年月平均最低温度-7.3°C。合龙温度为20°C。将其输入Midas程序中计算其内力。整体升温影响下的弯矩图如图4-2-3，剪力图如图4-2-4，整体降温影响下的弯矩图如图4-2-5，剪力图如图4-2-6，整体升降温影响下梁单元内力表如表4-2-2。图4-2-3图4-2-4第48页 图4-2-5图4-2-6表4-2-2单元位置整体升温整体降温剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1I[1]-29.12050.9607I[8]-32.21446.4356.36-781.2513I[14]-60.02926.6105.03-1621.5520I[21]-98.11867.51171.67-3268.1427I[27]35.892735.13-62.8-4786.4933I[32]131.291313.09-229.75-2297.9138I[37]96.89130.64-169.55-228.62第48页 43I[42]64.31-708.49-112.551239.8648I[47]33.51-1221.35-58.642137.3653I[52]0.92-1426.24-1.612495.9258I[57]-31.57-1304.8655.262283.5163I[62]-65.62-864.26114.831512.4669I[67]-24.24152.1642.42-266.2876I[73]23.82-317.07-41.68554.8882I[79]-4.72-435.88.26762.6489I[86]-12.45-272.5721.7847794J[2]-31.73055.520（2）梯度温度（局部升降温）计算梯度温度效应时，竖向温度梯度曲线，正温差梯度温度基数根据设计10cm的沥青混凝土铺装，选用。混凝土结构的竖向反温差为正温差的-0.5倍。同时，基于公路桥梁都带有较长的悬臂，两侧腹板较少受到阳光直接照射，因而公路桥涵设计时未计入横桥向温度梯度的影响。将其输入Midas程序中计算其内力。局部升温影响下的弯矩图如图4-2-7，剪力图如图4-2-8，局部降温影响下的弯矩图如图4-2-9，剪力图如图4-2-10，局部升降温影响下梁单元内力表如表4-2-3。第48页 图4-2-7图4-2-8图4-2-9第48页 图4-2-10表4-2-3单元位置局部升温局部降温剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1I[1]860.4703248.8807I[8]862.34-10384.113256.07-39210.7713I[14]877.41-20786.853313.86-78492.9720I[21]893.01-33115.973373.74-125060.9127I[27]-1.37-43528.8-5.17-16438733I[32]-49.8-43011.56-190.84-162405.0838I[37]-35.61-42563.6-136.44-160688.5743I[42]-18.4-42273.41-70.46-159576.8948I[47]0.1-42166.650.46-159168.4353I[52]19.36-42245.9674.32-159473.4258I[57]35.82-42508.7137.42-160481.6363I[62]48.98-42917.79187.87-162050.8269I[67]-861.06-43704.38-3251.3-165062.5276I[73]-883.47-33036.04-3337.27-124759.8482I[79]-871.41-22497.01-3291.02-84953.1289I[86]-867.94-10343.2-3277.68-39055.5794J[2]-856.520-3233.880第48页 4.3横向分布系数的考虑荷载横向分布指的是作用在桥梁上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或者说各主梁如何分担车辆荷载。因为截面采用单箱单室时，可直接按平面杆系结构进行活载内力计算，无需计算横向分布系数，所以全桥采用同一个横向分配系数。4.4荷载内力组合公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。该设计体系规定了桥涵结构的两种极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓极限状态，是指整体结构或构件的某一特定状态，超过这一状态界限结构或构件就不能满足设计规定的某一功能要求。承载能力极限状态设计着重体现桥涵结构的安全性，正常使用极限状态设计则体现适用性和耐久性，它们共同反映出设计的基本原则。只有每项都符合相关规范的两类极限状态的要求，才能使所设计的桥涵达到其全部预定功能。第48页 同时，根据桥涵在施工和使用过程中面临的不同情况，桥涵结构设计分为持久状况，短暂状况和偶然状况三种状况。持久状况系指桥涵建成后承受自重，汽车荷载等持续时间很长的状况；短暂状况为桥涵施工过程中承受的临时性作用的状况；偶然状况是在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。其中持久状况必须进行承载能力和正常使用两种极限状态设计；短暂状况一般只作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计；偶然作用要求做承载能力极限状态设计，不考虑正常使用极限状态设计。桥涵设计不同极限状态的作用效应组合中，各类作用效应应采用不同的代表值。永久作用在各类组合下均采用标准值作为代表值；可变作用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；偶然作用在组合时采用标准值作为代表值。4.4.1内力组合的原则：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（1）只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应组合。当结构或结构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向最不利的作用效应进行组合。（2）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。（3）施工阶段作用效应组合，应按计算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。（4）多个偶然作用不同时参与组合。第48页 4.4.2承载能力极限状态设计时的作用效应组合承载能力极限状态设计是以塑性理论为基础，其设计原则即式中：——结构重要性系数，对于设计安全等级一级，二级和三级分别取1.1，1.0，0.9；桥涵的抗震设计不考虑结构的重要性系数；S——作用效应的组合设计值；R——构件承载力设计值，它根据构件的材料强度设计值和几何参数设计值计算。（1）基本组合承载能力极限状态下有两种作用效应组合：基本组合和偶然组合。基本组合为永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其组合表达式为或式中：——承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；——同上述含义；——第i个永久作用效应的分项系数，其值按表4-2-1取用；——第i个永久作用效应的标准值和设计值；第48页 ——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分项系数；对专为承受某种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；——汽车荷载效应（含汽车冲击力，离心力）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），风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取1.4，风荷载的分项系数取1.1；——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0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力，离心力）外尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取0.70；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取0.60。表4-2-1编号作用类别永久作用效应分项系数第48页 对结构承载能力不利时对结构承载能力有利时1混凝土和圬工结构重力（包括结构附加重力）1.21.0钢结构重力（包括结构附加重力）1.1或1.21.02预加力1.21.03土的重力1.41.04土侧压力1.01.05混凝土收缩及徐变作用1.01.06水的浮力1.01.07基础变位作用混凝土的圬工结构0.50.5钢结构1.01.0基本组合用于结构的常规设计，所有桥涵结构都需要考虑。基本组合中各类作用效应可以归结为三个部分，第一部分为永久作用效应，第二部分为主导的可变作用效应，在通常情况下其为汽车荷载效应（含汽车冲击力，离心力），在某种特殊情况下某种其他可变荷载可能取代汽车效应成为控制设计的主导因素，则其归入第二部分。第三部分为可变作用效应的补充部分，故以组合系数予以折减，并且组合的作用效应种类愈多折减愈大。基本组合下结构的弯矩图如图4-4-1，剪力图如图4-4-2，梁单元内力表如表4-4-1第48页 图4-4-1图4-4-2表4-4-1单元位置基本组合最大基本组合最小剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1I[1]4234.68-12536.25-3248.65-15043.517I[8]7132.197571.76200.92-73512.4113I[14]9693.6951469.92386.82-95885.320I[21]11696.5450685.983844.51-160993.88第48页 27I[27]-10809.9529990.19-17015.42-231894.2533I[32]-718.4129470.61-4887.82-223767.9538I[37]-557.5627600.13-4300.02-221117.9843I[42]243.8635030.11-3064.15-216159.7348I[47]1413.0535760.09-1524.2-217049.8953I[52]2814.6431019.25-299.3-220440.5158I[57]4017.2918769.65498.98-229821.263I[62]4521.0116579.18602.13-232141.5369I[67]-13267.941095.97-23095.41-255574.7276I[73]-5257.933313.03-13201.63-202639.0482I[79]-3504.7431376.68-10889.92-120373.1489I[86]-120.2619994.78-7007.26-57718.4794J[2]3008.66-12536.22-4388.66-15043.47（1）偶然组合偶然组合为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想组合，多个偶然作用不同时参与组合。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，也可以不考虑可变作用参加组合。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》（JTJ004-89）规定采用。偶然组合用于结构在特殊情况下的设计，所有不是全部桥涵都要采用的，一些结构也可以采取构造或其他预防措施来解决。4.4.3正常使用极限状态的内力组合正常使用极限状态设计是以弹性理论或弹塑性理论为基础，涉及构件的抗裂，裂缝宽度和挠度三个方面的验算。其作用效应组合有两种：短期效应组合和长期效应组合。第48页 （1）短期效应组合短期效应组合为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相结合，即对应于短暂状况的设计要求，其组合表达式为式中：——作用短期效应组合设计值；——第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）取0.7，人群荷载取1.0，风荷载取0.75，温度梯度作用取0.8，其他作用取1.0；——第j个可变作用效应的频遇值。短期效应组合下结构的弯矩图如图4-4-3，剪力图如图4-4-4，梁单元内力表如表4-4-2。图4-4-3第48页 图4-4-4表4-4-2单元位置短期组合最大短期组合最小剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1I[1]-1310-4770.0907I[8]2949.1234764.01-1403.59-15995.3613I[14]6372.8426784.172041.99-68722.6120I[21]10789.26-39118.146364.95-180605.5927I[27]-10928.68-144906.82-13326.4-327880.2933I[32]-7551.35-50616.88-9740.41-216597.7838I[37]-4536.2114103.83-6602.54-141201.5343I[42]-1756.5251774.39-3744.76-97257.9348I[47]919.3664737.88-1041.02-83027.1553I[52]3622.5252660.641635.24-96966.0958I[57]6479.4215868.564415.01-139767.663I[62]9615.81-47993.117430.38-213874.2169I[67]-10439.28-141465.58-15050.86-323871.9376I[73]-6296.05-36456.45-10710.99-177588.6682I[79]-2564.823012.22-6892.72-79192.4689I[86]1473.1735598.53-2870.6-15042.6694J[2]4839.390210.630第48页 （1）长期效应组合长期效应组合为为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应想组合，即对应于持久状况的设计要求，其表达式为式中：——作用长期效应组合设计值；——第j个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）取0.4，人群荷载取0.4，风荷载取0.75，温度梯度作用取0.8，其他作用取1.0；——第j个可变作用效应的准永久值。长期效应组合下结构的弯矩图如图4-4-5，剪力图如图4-4-6，梁单元内力表如表4-4-3。图4-4-5第48页 图4-4-6表4-4-3单元位置长期组合最大长期组合最小剪力-z弯矩-y剪力-z弯矩-y1I[1]-268.650-4317.5407I[8]2773.7831308.46-1111.34-14472.6413I[14]6081.6222449.642209.39-65677.1720I[21]10355.86-41810.456431.14-175783.6327I[27]-10974.7-145959.61-12735.39-320414.8533I[32]-7600.12-52013.92-9241.04-212997.9438I[37]-4623.8411597.36-6194.95-139525.1843I[42]-1903.2747996.88-3429.92-96117.0348I[47]695.4360405.24-815.35-82107.7953I[52]3309.6148862.841783.53-95836.8758I[57]6073.9213330.294503.95-138119.9263I[62]9118.67-49424.137479.91-210336.8869I[67]-10462.91-142536.71-14492.74-316500.7476I[73]-6362.99-39182.56-10279.19-172825.7382I[79]-2715.7318729.62-6582.95-75933.6189I[86]1180.2332134.89-2696.47-13538.5794J[2]4386.270346.630第48页 4.5预应力钢束数量的确定及布置预应力混凝土截面配筋，是根据前面两种极限状态的组合结果，确定截面受力的性质，分为轴拉、轴压、上缘受拉偏压、下缘受拉偏压、上缘受拉偏拉、下缘受拉偏拉、上缘受拉受弯和下缘受拉受弯8种受力类型，分别按照相应的钢筋估算公式进行计算。估算结果为截面上缘配筋和截面下缘配筋，此为截面最小配筋，为安全起见可根据经验适当放宽。需要说明的是，之所以称为钢束“估算”，是因为计算中使用的组合结果并不是桥梁的真实受力。确定钢束需要知道各截面的计算内力，而布置好钢束前又不可能求得桥梁的真实受力状态，故只能称为“估算”。此时与真实受力的差异有以下四个方面引起：（1）未考虑预加力的作用；（2）未考虑预加力对徐变、收缩的影响；（3）未考虑（钢束）孔道的影响；（4）各钢束的预应力损失值只能根据经验事先拟定。4.5.1预应力钢束数量的确定一、钢筋的估算1．基本公式（1）预应力混凝土梁在预加力和使用荷载作用下的应力状态应满足的基本条件是：截面上下缘均不产生拉应力，且上下缘的混凝土均不被压碎，该条件表示为：（式4.1）（式4.2）第48页 （式4.3）（式4.4）可将上面的式子改写成：（式4.5）（式4.6）（式4.7）（式4.8）式中：由预加力在截面上缘和下缘所产生的应力分别为截面上下缘的抗弯模量荷载最不利组合时的计算截面内力,当为正弯矩时去正值混凝土弯压应力限值在此可取=0.5为混凝土轴心抗压标准强度。（式4.9）（式4.10）式中：分别为上缘的预应力钢筋重心及下缘预应力钢筋重心距截面重心的距离A混凝土截面面积，可按毛截面计算截面上缘和下缘预应力钢筋的截面面积分别为截面上，下核心距第48页 每束（股）预应力钢筋的截面积预应力筋的永存应力。将（式4.5），（式4.6）代入（式4.9），（式4.10）中即可得出按截面上下缘不出现拉应力所需的预应力钢筋数目。显然，该值为截面的最小配筋。分别记为，则有（式4.11）（式4.12）同理，将（式4.7），（式4.8）代入（式4.9），（式4.10）中即可得出按截面上下缘混凝土不致压碎所需的预应力钢筋数目，显然该值为截面的最大配筋。（2）预应力损失预应力钢筋应力损失按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-99）进行计算。各计算项如下。1、张拉时，由于钢筋与管道间的摩擦引起的应力损失按下式计算：＝式(4.13)式中：—由于摩擦引起的应力损失（）；—钢筋（锚下）控制应力（）；—从张拉端至计算截面的长度上，钢筋弯起角之和（）；—从张拉端至计算截面的管道长度（）；—钢筋与管道壁之间的摩擦系数，对于本桥，采用橡胶管抽芯成型，＝0.55；—考虑每米管道对其设计位置的偏差系数，＝0.0015。第48页 2、由于锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失按下式计算：式(4.14)式中：—由于锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失（）；—预应力钢筋的有效长度（）；—锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩值（），计算中采用6。在计算时考虑反向摩阻的影响。3、在后张法构件中，分批张拉预应力钢筋时，对先张拉的钢筋应先考虑由于混凝土的弹性压缩引起的应力损失，按下式计算：式(4.15)式中：—由于混凝土的弹性压缩引起的应力损失（）；—在先行张拉的预应力钢筋重心处，由于后来张拉一根钢筋而产生的混凝土正应力（）；—在所计算的钢筋张拉后再行张拉的钢筋根数。4、对预应力钢筋，在传力锚固时预应力钢筋的应力的情况下，考虑由于钢筋松弛引起的应力损失，其终极值：式(4.16)式中：—由于钢筋松弛引起的应力损失（）；—传力锚固时预应力钢筋的应力（）；—松弛系数，按照0.05采用。5、由于混凝土收缩、徐变引起的应力损失终极值按下列公式进行计算：式(4.17)第48页 式(4.18)式(4.19)式中：—由混凝土收缩、徐变引起的应力损失终极值（）；—传力锚固时，在计算截面上预应力钢筋重心处，由于预加力和梁自重产生的混凝土正应力（）；—混凝土徐变系数的终极值；—混凝土收缩应变的终极值；—梁的配筋率换算系数；—非预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比；—预应力钢筋及非预应力钢筋的截面面积（）；—梁截面面积，对后张法构件，可近似按净截面计算（）；—预应力钢筋及非预应力钢筋重心至梁截面重心轴的距离（）；—截面回转半径（）（）；—截面惯性矩（）；第48页'