橋梁工程畢業(yè)設計計算書

1、<p>　　1 設計基本資料</p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　跨線橋應因地制宜，充分與地形和自然環(huán)境相結合?？缇€橋的建筑高度選取除保證必要的橋下凈空外，還需結合地形以減少橋頭接線挖方或填方量，最終再談到經(jīng)濟實用的目的。如果橋兩端地勢較低，主要采用梁式橋；略高的則主要采用中承式拱肋橋；更高的則宜采用斜腿剛構、雙向坡拱等

2、形式。在橋型的選擇時，一方面從“輕型”著手，以減少圬工體積，另一方面結合當?shù)氐馁Y源材料條件，以滿足就地取材的原則。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境越來越受到人們的關注與重視，高速公路跨線橋將作為一種人文景觀，與自然相協(xié)調將會帶來“點石成金”的效果。高速公路上跨線橋常常是一種標志性建筑物，橋型本身具有的曲線美，能夠與周圍環(huán)境優(yōu)美結合。</p><p>　　茶庵鋪互通式立體交叉K65+687跨線橋，必須遵照“安全、適用

3、、經(jīng)濟、美觀”的基本原則進行設計，同時應充分考慮建造技術的先進性以及環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。</p><p><b>　　1.1.1設計依據(jù)</b></p><p>　　按設計任務書、指導書及地質斷面圖進行設計。</p><p>　　1.1.2 技術標準</p><p>　?。?）設計等級：公路—I級；高速公路橋，無

4、人群荷載；</p><p>　?。?）橋面凈寬：凈—11.75m + 2×0.5 m防撞欄；</p><p>　　（3）橋面橫坡：2.0%；</p><p>　　1.1.3 地質條件</p><p>　　橋址處的地質斷面有所起伏，橋臺處高，橋跨內低，橋跨內工程地質情況為（從上到下）：碎石質土、強分化礫巖、弱分化礫巖，兩端橋臺處工程地

5、質情況為：弱分化礫巖。</p><p>　　1.1.4 采用規(guī)范</p><p>　　JTG D60-2004 《公路橋涵設計通用規(guī)范》 ；</p><p>　　JTG D62-2004 《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規(guī)范》 ；</p><p>　　JTG D50-2006 《公路瀝青路面設計規(guī)范》</p><p>

6、　　JTJ 022-2004 《公路磚石及砼橋涵設計規(guī)范》 ；</p><p><b>　　1.2 橋型方案</b></p><p>　　經(jīng)過方案比選，通過對設計方案的評價和比較要全面考慮各項指標，綜合分析每一方案的優(yōu)缺點，最后選定一個最佳的推薦方案。按橋梁的設計原則、造價低、材料省、勞動力少和橋型美觀的應是優(yōu)秀方案。獨塔單索面斜拉橋比較美觀，但是預應力混凝土等截面

7、連續(xù)梁橋橋梁建筑高度小，工程量小，施工難度小，可以采用多種施工方法，工期較短，易于養(yǎng)護。另外該橋是位于山區(qū)的高速公路橋，對于美觀要求低。綜上，設計最終確定采用4×35m預應力混凝土等截面連續(xù)梁橋（圖1.1）。</p><p>　　圖1.1 橋跨總體布置立面圖（單位：cm）</p><p><b>　　1.3 施工方式</b></p><

8、p>　　采用分段支架澆筑的方式，達到設計強度后，張拉預應力鋼束并壓注水泥漿，待混凝土達到預定強度后拆除支架并卸模板，再完成主梁橫向接縫，最后進行護欄及橋面鋪裝施工。</p><p><b>　　施工順序如下：</b></p><p>　　施工樁基礎、承臺與橋墩；</p><p>　　搭設支架，立模放樣；</p><p&

9、gt;　　預埋預應力波紋管，綁扎普通鋼筋，澆筑混凝土；</p><p>　　混凝土達到預定強度后開始張拉預應力鋼束；</p><p><b>　　拆除支架并脫模；</b></p><p>　　二期自重作用加載，完成全橋工程。</p><p>　　2 毛截面幾何特性計算</p><p><

10、b>　　2.1 基本資料</b></p><p>　　2.1.1 主要技術指標</p><p>　　設計等級：公路—I級 </p><p>　　橋型布置：4×35m等截面連續(xù)梁橋</p><p>　　橋面寬度：凈—11.75m + 2×0.5 m防撞欄（圖2.1）</p><p>

11、　　計算跨徑：35m（兩墩中心距）</p><p><b>　　橋面橫坡：2.0%</b></p><p>　　圖2.1 主梁橫截面圖及橋面布置圖（單位：cm）</p><p>　　2.1.2 材料規(guī)格</p><p>　　主梁：采用C50混凝土，鋼筋混凝土容重為26500N/m3，彈性模量取3.45×101

12、0 Pa；</p><p>　　橋面鋪裝：厚度為8cm的瀝青混凝土面層，箱梁橫向兩端厚度分別為8cm和33cm的混凝土橋面板單向橫坡，混凝土橋面板鋼筋混凝土容重為265000N/m3；瀝青混凝土容重為20000N/ m3；</p><p>　　防撞護欄：采用C30混凝土，容重為265000N/m3；</p><p>　　橫隔板：采用C50混凝土，鋼筋混凝土容重為26

13、5000N/m3，彈性模量取3.45×1010 Pa。</p><p>　　2.2 毛截面幾何特性計算</p><p>　　毛截面的幾何特性可以通過AUTOCAD、橋梁博士或ANSYS計算得出，計算得到的幾何特性見表2-1和2-2：</p><p>　　表2-1 跨中處毛截面幾何特性</p><p>　　表2-2 支座處毛截面幾

14、何特性</p><p>　　3 主梁作用效應計算</p><p>　　3.1 結構計算簡圖</p><p>　　全橋五跨共取32個單元，33個結點，所有單元長4.375m。取1~17節(jié)點所對應的截面為控制截面，橋墩簡化為活動和固定鉸支座。結點x、y坐標按各結點對應截面的形心點的位置來確定，結構計算簡圖，如圖3.1所示。</p><p>　

15、　圖3.1 結構計算簡圖</p><p>　　3.2 結構自重作用效應計算</p><p>　　3.1.1 結構自重荷載計算</p><p><b>　　一期恒載集度：</b></p><p>　　q1 =26.5×6.4325=167052.025N/m</p><p><b&

16、gt;　　二期恒載集度：</b></p><p>　　橋面鋪裝重 q21 =2.6138×26500+0.08×12.5×20000 = 87871.09N/m </p><p>　　防撞欄桿重 q22 =35.0541×26500/140= 6502.54N/m</p><p>　　合計

17、：q2 = q21+q2 2= 87871.09+6502.54=94373.63N/m </p><p>　　總集度 q= q1+q2=167052.025+94373.63=261425.65N/m</p><p>　　3.1.2 結構自重作用效應計算</p><p>　?。?）采用電算Ansys程序計算。APDL命令流如下：</p>&

18、lt;p>　　! 4跨連續(xù)梁（4*35=140m)內力分析 </p><p>　　!1.前處理***********************************************************************</p><p>　　/FILNAME,hong zai nei li,1 !定義工作文件名</p&

19、gt;<p>　　/TITLE,Wangju Jianli Fengxi !定義工作標題</p><p>　　/PREP7 !進入prep7處理器</p><p>　　ET,1,BEAM3 !定

20、義單元類型 </p><p>　　R,1,6.4325,3.2975019584,1.8 !定義實常數(shù) </p><p>　　MP,EX,1,3.45E10 !材料屬性(先按C50)</p><p>　　MP,PRXY,1,0.2</p><p

21、>　　*DO,I,1,33 !創(chuàng)建節(jié)點</p><p>　　N,I,(I-1)*4.375,0 </p><p>　　*ENDDO </p><p>　　TYPE,1

22、 $ MAT,1 $ REAL,1 !定義單元類型號、材料類型號、實常數(shù)號 </p><p>　　*DO,I,1,32 !生成單元 </p><p><b>　　E,I,I+1 </b></p><p><b>　　*ENDDO </

23、b></p><p><b>　　FINISH</b></p><p>　　!2.加載和求解*******************************************************************</p><p>　　/SOLU

24、 !進入solu處理器</p><p>　　ANTYPE,0 !定義分析類型</p><p>　　D,1,UY !邊界條件 </p><p><b>　　D,9,UY</b></p>

25、;<p>　　D,17,UX,,,,,UY </p><p><b>　　D,25,UY</b></p><p><b>　　D,33,UY</b></p><p>　　SFBEAM,ALL,1,PRES,261425.65 !全橋恒載內力</p>&l

26、t;p><b>　　SOLVE</b></p><p><b>　　FINISH</b></p><p>　　!3.后處理***********************************************************************</p><p><b>　　/POST1&

27、lt;/b></p><p>　　ETABLE,MI,SMISC,6 !以單元I點彎矩為內容，定義單元表</p><p>　　ETABLE,MJ,SMISC,12 !以單元J點彎矩為內容，定義單元表</p><p>　　ETABLE,QI,SMISC,2

28、 !以單元I點剪力為內容，定義單元表</p><p>　　ETABLE,QJ,SMISC,8 !以單元J點剪力為內容，定義單元表</p><p>　　PLLS,MI,MJ !結構剪力分布圖</p><p>　　PLLS,QI,QJ

29、 !結構彎矩分布圖</p><p><b>　　FINISH</b></p><p>　?。?）結構在恒載作用下結構內力值詳見表3-1和圖3.2、圖3.3。</p><p>　　表3-1 恒載作用下的內力值</p><p>　　圖3.1 恒載彎矩圖</p><p>　

30、　圖3.2 恒載剪力圖</p><p>　　3.3 汽車荷載作用效應計算</p><p>　　3.1.3 活載及各系數(shù)</p><p>　?。?）人群：qr = 0kN/m2 ；</p><p>　　（2）汽車： 公路I級車道荷載（由均布荷載qk和集中荷載Pk組成），qk=10.5kN/m，Pk=300kN；</p><

31、p>　?。?）本設計為兩車道，車道折減系數(shù)取1；</p><p>　　（4）汽車荷載橫向分布影響增大系數(shù)取1.2；</p><p>　?。?）縱向折減系數(shù)不需考慮；</p><p>　?。?）汽車荷載橫向分布系數(shù)的計算</p><p>　　箱梁的橫向分布系數(shù)=車道數(shù)×多車道折減系數(shù)×縱向折減系數(shù)×橫向不均勻

32、系數(shù)。因此m3=2×1×1.2=2.4。</p><p>　?。?）汽車沖擊系數(shù)：按《通規(guī)》第4.3.2條的條文說明計算。</p><p>　　汽車的沖擊系數(shù)是汽車過橋時對橋梁結構產生的豎向動力效應的增大系數(shù)。沖擊作用以車體的振動和橋跨自身的變形和振動。根據(jù)新《公路橋規(guī)》（JTJ D6-2004），結合公路橋梁可靠度研究的成果，采用結構的基頻來計算橋梁結構的沖擊系數(shù)。連

33、續(xù)梁橋的基頻的計算公式為：</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p>　　式中 －結構的計算跨徑(m)；</p><p>　　－結構材料的彈性模量(N/m2)；</p><p>　?。Y構跨中截面的截面慣性距(m4)；</p><p>　?。Y構跨中處的單位長度質量

34、(kg/m),；</p><p>　?。Y構跨中處延米結構重力(N/m)；</p><p>　?。亓铀俣龋?m/s2)；</p><p>　　計算連續(xù)梁的沖擊力引起的正彎矩和剪力效應時，采用；計算連續(xù)梁的沖擊力引</p><p>　　起的負彎矩效應時，采用。</p><p>　　本設計通過手算，計算出：u1=0.3

35、07，u2=0.405。</p><p>　　3.1.2 計算步驟</p><p>　?。?）細分節(jié)點和單元：為了提高計算精度，必須細分節(jié)點和單元，且控制點必須全部要位于細分后的節(jié)點上，細分后每米單元個數(shù)為8個，每個單元長度為0.125m,節(jié)點數(shù)共1121個。</p><p>　?。?）利用網(wǎng)上下載的APDL命令流計算各細分節(jié)點的影響線數(shù)據(jù)。</p>

36、<p>　　（3）從ANSYS內導出1~17個控制截面的影響線數(shù)據(jù)至Excel。下面是導出剪力影響線的命令流：</p><p>　　*cfopen,jianli-ying-xinag-xiang,xls</p><p><b>　　I=1</b></p><p>　　*VWRITE,N_QY(1,I),N_QY(1,I+35),N_Q

37、Y(1,I+2*35),N_QY(1,I+3*35),N_QY(1,I+4*35),N_QY(1,I+5*35),N_QY(1,I+6*35),N_QY(1,I+7*35),N_QY(1,I+8*35),N_QY(1,I+9*35),N_QY(1,I+10*35),N_QY(1,I+11*35),N_QY(1,I+12*35),N_QY(1,I+13*35),N_QY(1,I+14*35),N_QY(1,I+15*35),N_QY(1,

38、I+16*35)</p><p><b>　　(17F12.8)</b></p><p>　　*cfclos,jianli-ying-xinag-xiang,xls</p><p>　?。?）利用Excel內自帶的VBA編程，對1121行，17列影響線數(shù)據(jù)進行處理。編程的目的是找出每列影響線數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，求出每列影響線數(shù)據(jù)中正的總面積

39、、負的總面積（這里因為單元分得比較細，僅將相鄰節(jié)點間影響線面積簡化成梯形來計算），然后將每列影響線數(shù)據(jù)中的最大值和最小值和集中力Pk相乘，每列影響線數(shù)據(jù)中正的總面積、負的總面積和均部荷載qk相乘，最后乘上各系數(shù)即為活載內力。</p><p>　　經(jīng)過與ANSYS內直接加載求內力結果比較，發(fā)現(xiàn)結果誤差在1%以內（其中彎矩誤差約0.02%，剪力誤差約0.5%~0.7%），可見計算結果誤差很小。</p>

40、<p>　　其中活載彎矩計算VBA程序代碼如下：</p><p>　　Public Sub Sheet1_chaozuo() '進行影響線豎標和面積計算</p><p>　　Dim i, j, k As Integer</p><p>　　Dim Yi_max, Yi_min As Single 

41、9;定義影響線豎標</p><p>　　Dim W_max, W_min As Single '定義影響線面積</p><p>　　For j = 1 To 17 '求影響線豎標</p><p>　　Yi_max = Cells(1, j)</p><p>　　

42、Yi_min = Cells(1, j)</p><p>　　For i = 1 To 1121</p><p>　　If Cells(i, j) > Yi_max Then</p><p>　　Yi_max = Cells(i, j)</p><p><b>　　End If</b></p><

43、;p>　　If Cells(i, j) < Yi_min Then</p><p>　　Yi_min = Cells(i, j)</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　Cells(1127, j) = Yi

44、_max</p><p>　　Cells(1129, j) = Yi_min</p><p><b>　　Next j</b></p><p>　　For j = 1 To 17 '求影響線面積</p><p>　　For i = 1 To 1120</p>

45、<p>　　If Cells(i, j) >= 0 Then '求正影響線面積</p><p>　　If Cells(i + 1, j) >= 0 Then</p><p>　　W_max = W_max + (Cells(i, j) + Cells(i + 1, j)) * (Cells(i + 1, 18) - Cells(i, 18))

46、 / 2</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　End If</b></p><p>　　If Cells(i, j) <= 0 Then '求負影響線面積</p><p>　　If Cells(i + 1, j) <= 0

47、 Then</p><p>　　W_min = W_min + (Cells(i, j) + Cells(i + 1, j)) * (Cells(i + 1, 18) - Cells(i, 18)) / 2</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　End If</b></p>

48、;<p><b>　　Next i</b></p><p>　　Cells(1128, j) = W_max</p><p>　　Cells(1130, j) = W_min</p><p><b>　　W_max = 0</b></p><p><b>　　W_min =

49、0</b></p><p><b>　　Next j</b></p><p>　　For j = 1 To 17 '求汽車荷載作用下的內力值</p><p>　　Cells(1136, j) = Cells(1132, j) * Cells(1127, j) + Cells(1133

50、, j) * Cells(1128, j)</p><p>　　Cells(1137, j) = Cells(1132, j) * Cells(1129, j) + Cells(1133, j) * Cells(1130, j)</p><p><b>　　Next j</b></p><p><b>　　End Sub</b&

51、gt;</p><p>　　3.1.2 計算結果</p><p>　?。?）部分控制截面ANSYS影響線圖</p><p>　　圖3.3 4號節(jié)點位置_彎矩影響線圖</p><p>　　圖3.4 9號節(jié)點位置_彎矩影響線圖</p><p>　　圖3.5 17號節(jié)點位置_彎矩影響線圖</p><

52、p>　　圖3.6 3號節(jié)點位置_剪力影響線圖</p><p>　　圖3.7 9號節(jié)點位置_剪力影響線圖</p><p>　　圖3.8 17號節(jié)點位置_剪力影響線圖</p><p><b>　　（2）活載內力結果</b></p><p>　　表3-2 活載作用下的內力值</p><p>

53、;　　圖3.9 活載彎矩包絡圖</p><p>　　圖3.10 活載剪力包絡圖</p><p>　　3.4 溫度次內力計算</p><p>　　根據(jù)《通規(guī)》4.3.10的要求計算出T1、T2值：</p><p>　　8cm厚瀝青混凝土，平均厚度為20.5cm厚的鋼筋混凝土單向橫坡橋面板</p><p>　　T1=1

54、6.4℃ T2=5.98℃。</p><p>　　將T1、T2值輸入Midas內進行計算，內力見表3-3</p><p>　　表3-3 溫度次內力值</p><p>　　圖3.11 溫度次內力彎矩圖</p><p>　　圖3.12 溫度次內力剪力圖</p><p>　　3.5 支座沉降內力計算</p

55、><p>　　支座沉降應當考慮所有可能沉降的情況，然后進行最不利組合，求出主梁內力值。</p><p>　　這里采用Midas進行計算，5個支座，建立5個工況，每個工況取支座沉降2cm進行組合計算，內力值見表3-4</p><p>　　表3-4 支座沉降內力值</p><p>　　圖3.13 支座沉降作用下的彎矩包絡圖</p>

56、<p>　　圖3.14 支座沉降作用下的剪力包絡圖</p><p><b>　　3.6 荷載組合</b></p><p>　　3.6.1 計算方法</p><p><b>　　（1）計算公式</b></p><p>　　橋梁結構按極限狀態(tài)法設計時，分為兩種極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和正

57、常使用極限狀態(tài)。</p><p>　　A.基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計算）</p><p>　　B.短期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算）</p><p>　　C.長期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算）</p><p><b>　?。?）電算方法</b></p><p>　　本設計采用Excel自

58、帶的VBA編程進行荷載組合，程序代碼如下：</p><p>　　Private Sub sheet1_neilizuhe()</p><p>　　Dim i, j As Integer</p><p>　　Dim s As Single</p><p>　　For i = 1 To 33</p><p>　　s = 1

59、 * (1.2 * Cells(i + 7, 3) + 1.4 * Cells(i + 7, 6) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 11) + 0.5 * Cells(i + 7, 14))</p><p>　　If Cells(i + 7, 3) * s >= 0 Then</p><p>　　Cells(i + 7, 19) = s</p>&

60、lt;p><b>　　Else</b></p><p>　　Cells(i + 7, 23) = 1 * (1 * Cells(i + 7, 3) + 1.4 * Cells(i + 7, 6) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 11) + 0.5 * Cells(i + 7, 14))</p><p><b>　　End If&l

61、t;/b></p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　For i = 1 To 33</p><p>　　s = 1 * (1.2 * Cells(i + 7, 3) + 1.4 * Cells(i + 7, 7) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 11) + 0.5 * Cells(i +

62、 7, 15))</p><p>　　If Cells(i + 7, 3) * s >= 0 Then</p><p>　　Cells(i + 7, 20) = s</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Cells(i + 7, 24) = 1 * (1 * Cells(i + 7, 3

63、) + 1.4 * Cells(i + 7, 7) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 11) + 0.5 * Cells(i + 7, 15))</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　For i = 1 To 33<

64、/p><p>　　s = 1 * (1.2 * Cells(i + 7, 4) + 1.4 * Cells(i + 7, 8) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 12) + 0.5 * Cells(i + 7, 16))</p><p>　　If Cells(i + 7, 4) * s >= 0 Then</p><p>　　Cells(i +

65、 7, 21) = s</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Cells(i + 7, 25) = 1 * (1 * Cells(i + 7, 4) + 1.4 * Cells(i + 7, 8) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 12) + 0.5 * Cells(i + 7, 16))</p><

66、p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　For i = 1 To 33</p><p>　　s = 1 * (1.2 * Cells(i + 7, 4) + 1.4 * Cells(i + 7, 9) + 0.8 * 1.4 * Cells(i +

67、7, 12) + 0.5 * Cells(i + 7, 17))</p><p>　　If Cells(i + 7, 4) * s >= 0 Then</p><p>　　Cells(i + 7, 22) = s</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Cells(i + 7, 26) =

68、 1 * (1 * Cells(i + 7, 4) + 1.4 * Cells(i + 7, 9) + 0.8 * 1.4 * Cells(i + 7, 12) + 0.5 * Cells(i + 7, 17))</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Next i</b></p><p&

69、gt;　　For i = 1 To 33</p><p>　　Cells(i + 7, 27) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.7 * Cells(i + 7, 6) / 1.307 + 0.8 * Cells(i + 7, 11) + 1 * Cells(i + 7, 14)</p><p>　　Cells(i + 7, 31) = 1 * Cells(i + 7,

70、3) + 0.4 * Cells(i + 7, 6) / 1.307 + 0.8 * Cells(i + 7, 11) + 1 * Cells(i + 7, 14)</p><p>　　Cells(i + 7, 28) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.7 * Cells(i + 7, 7) / 1.405 + 0.8 * Cells(i + 7, 11) + 1 * Cells(i + 7,

71、15)</p><p>　　Cells(i + 7, 32) = 1 * Cells(i + 7, 3) + 0.4 * Cells(i + 7, 7) / 1.405 + 0.8 * Cells(i + 7, 11) + 1 * Cells(i + 7, 15)</p><p>　　Cells(i + 7, 29) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.7 * Cells(

72、i + 7, 8) / 1.307 + 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 16)</p><p>　　Cells(i + 7, 33) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.4 * Cells(i + 7, 8) / 1.307 + 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 16)</p>&l

73、t;p>　　Cells(i + 7, 30) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.7 * Cells(i + 7, 9) / 1.307 + 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 17)</p><p>　　Cells(i + 7, 34) = 1 * Cells(i + 7, 4) + 0.4 * Cells(i + 7, 9) / 1.307

74、 + 0.8 * Cells(i + 7, 12) + 1 * Cells(i + 7, 17)</p><p><b>　　Next i</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　3.6.2按承載能力極限狀態(tài)進行內力組合</p><p>　　承載能力極限狀態(tài)下

75、結構內力值詳見表3-7和圖3.15、圖3.16</p><p>　　表3-5 承載能力極限狀態(tài)下結構內力值（不利時）</p><p>　　表3-6 承載能力極限狀態(tài)下結構內力值（有利時）</p><p>　　表3-7 承載能力極限狀態(tài)下結構內力值（匯總）</p><p>　　圖3.15 基本組合彎矩包絡圖</p><

76、;p>　　圖3.16 基本組合剪力包絡圖</p><p>　　3.6.3按正常使用極限狀態(tài)進行內力組合</p><p><b>　　短期組合</b></p><p>　　短期組合內力值詳見表3-8和圖3.17、圖3.18</p><p>　　表3-8 正常使用極限狀態(tài)短期組合內力值</p><

77、;p>　　圖3.17 正常使用短期作用極限狀態(tài)下彎矩包絡圖</p><p>　　圖3.18 正常使用短期作用極限狀態(tài)下剪力包絡圖</p><p><b>　　長期期組合</b></p><p>　　長期組合內力值詳見表3-9和圖3.19、圖3.20</p><p>　　表3-9 正常使用極限狀態(tài)長期組合內力<

78、;/p><p>　　圖3.19 正常使用長期作用極限狀態(tài)下彎矩包絡圖</p><p>　　圖3.20 正常使用長期作用極限狀態(tài)下剪力包絡圖</p><p>　　3.6.3作用標準值彎矩組合</p><p>　　表3-10 作用標準值彎矩組合</p><p>　　4 預應力鋼束的估算及布置</p><p

79、>　　4.1 預應力鋼筋截面積的估算</p><p>　　4.1.1 計算原理</p><p>　　預應力混凝土梁應進行承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)計算，并滿足《公路橋規(guī)》中對不同受力狀態(tài)下規(guī)定的設計要求（如承載力、應力、抗裂性和變形等），預應力鋼筋截面積估計就是根據(jù)這些限值條件進行的。預應力混凝土梁一般以抗裂性（全預應力混凝土或A類部分預應力混凝土）控制設計。在截面尺寸

80、確定后，結構的抗裂性主要與預應力的大小有關。因此，預應力混凝土梁鋼筋數(shù)量估算的一般方法是，首先根據(jù)結構正截面抗裂性確定預應力鋼筋的數(shù)量（A類部分預應力混凝土），然后再由構件承載能力極限狀態(tài)要求確實非預應力鋼筋數(shù)量。預應力鋼筋數(shù)量估算時截面特性可取全截面特性。</p><p>　　全預應力混凝土梁按作用（或荷載）短期效應組合進行正截面抗裂性驗算，計算所得的正截面混凝土法向拉應力應滿足；</p><

81、;p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　由式（4-1）可得到 （4-2）</p><p>　　上式稍作變化，即可得到全預應力混凝土梁滿足作用（或荷載）短期效應組合抗裂驗算所需的有效預應力，即</p><p><b>　?。?-3）</

82、b></p><p>　　求得Npe的值后，在確定適當?shù)膹埨刂茟Ζ襝on并扣除相應的應力損失σι（對于配高強鋼絲或鋼絞線的后張法構件σι約為σcon），就可以估算出所需的預應力鋼筋的總面積</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中 ——使用階段預應力鋼筋永存應力的合力；</p><

83、;p>　　——按作用（或荷載）短期效應組合設計的彎矩值；</p><p>　　——構件混凝土全截面面積；</p><p>　　——構件全截面對抗裂驗算邊緣彈性抵抗矩；</p><p>　　——預應力鋼筋的合力作用點至截面中心軸的距離；</p><p>　　——預應力鋼筋的張拉控制應力；</p><p>　　——預

84、應力鋼筋的總面積。</p><p>　　4.1.2 預應力鋼束估算</p><p>　　設計采用φj15.2鋼絞線，單根鋼絞線的公稱截面面積Ap1=139mm2,抗拉強度標準值fpk=1860MPa,張拉控制應力取σcon=0.75fpk=0.75×1860=1395Mpa，預應力損失按張拉控制應力的20%估算。</p><p>　　已知材料和截面特性見表

85、4-1：</p><p>　　表4-1 材料和截面特性</p><p>　　采用Excel進行計算，直接調用前面計算的內力組合值和材料截面特性值，在Excel內編寫公式進行計算，其結果如表4-2、表4-3和表4-4所示：</p><p>　　（1）、按正常使用極限狀態(tài)的正截面抗裂驗算要求估束（短期組合）</p><p>　　計算結果見表4-2

86、：</p><p>　　表4-2 按正常使用極限狀態(tài)的正截面抗裂驗算要求估束</p><p>　?。?）、按正常使用極限狀態(tài)截面壓應力要求估束（作用標準值）</p><p>　　計算結果見表4-3：</p><p>　　表4-3 按正常使用極限狀態(tài)截面壓應力要求估束</p><p>　?。?）、按承載能力極限狀態(tài)的應力

87、要求計算（承載能力極限狀態(tài)組合）</p><p>　　計算結果見表4-4：</p><p>　　表4-4 按承載能力極限狀態(tài)的應力要求計算鋼束</p><p><b>　　估算結果</b></p><p>　　綜合考慮以上3種鋼筋估算方法得出鋼束估算結果，決定取總彎起鋼束為216根鋼絞線。設置為12束，每束18根，其中T

88、1、T2各6束。采用OVM13-17錨具，φ90的金屬波紋管成孔。 </p><p>　　4.2 預應力筋的布置原則</p><p>　　連續(xù)梁預應力筋束的配置除滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）構造要求外，還應考慮以下原則：</p><p>　?。?）應選擇適當?shù)念A應力束筋的型式與錨具型式，對不同跨徑的梁

89、橋結構，要選用預加力大小恰當?shù)念A應力束筋，以達到合理的布置型式。避免造成因預應力束筋與錨具型式選擇不當，而使結構構造尺寸加大。當預應力束筋選擇過大，每束的預加力不大，造成大跨結構中布束過多，而構造尺寸限制布置不下時，則要求增大截面。反之，在跨徑不大的結構中，如選擇預加力很大的單根束筋，也可能使結構受力過于集中而不利。</p><p>　　（2）預應力束筋的布置要考慮施工的方便，也不能像鋼筋混凝土結構中任意切斷鋼筋

90、那樣去切斷預應力束筋，而導致在結構中布置過多的錨具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，這樣錨下應力區(qū)受力較復雜，因而必須在構造上加以保證，為此常導致結構構造復雜，而使施工不便。</p><p>　?。?）預應力束筋的布置，既要符合結構受力的要求，又要注意在超靜定結構體系中避免引起過大的結構次內力。</p><p>　?。?）預應力束筋配置，應考慮材料經(jīng)濟指標的先進性，這往往與橋梁體系、構造尺

91、寸、施工方法的選擇都有密切關系。</p><p>　?。?）預應力束筋應避免使用多次反向曲率的連續(xù)束，因為這會引起很大的摩阻損失，降低預應力束筋的效益。</p><p>　?。?）預應力束筋的布置，不但要考慮結構在使用階段的彈性受力狀態(tài)的需要，而且也要考慮到結構在破壞階段時的需要。</p><p>　　對于本設計，各斷面的錨固束和通過束確定以后，就應確定各鋼束在箱梁

92、中的空間位置和幾何特征，這是計算預應力效應和施工放樣的依據(jù)。鋼束布置時，應注意以下幾點：</p><p>　?。?）應滿足構造要求。如孔道中心最小距離，錨孔中心最小距離，最小曲線半徑，最小擴孔長度等。</p><p>　　（2）注意鋼束平、豎彎曲線的配合及鋼束之間的空間位置。鋼束一般應盡量早的平彎，在錨固前豎彎。特別應注意豎彎段上、下層鋼束不要沖突，還應滿足孔道凈距的要求。</p&g

93、t;<p>　　（3）鋼束應盡量靠近腹板布置。這樣可使預應力以較短的傳力路線分布在全截面上，有利于降低預應力傳遞過程中局部應力的不利影響；能減小鋼束的平彎長度；能減小橫向內力；能充分利用梗腋布束，有利于截面的輕型化。</p><p>　　（4）盡量以S型曲線錨固于設計位置，以消除錨固點產生的橫向力。</p><p>　?。?）鋼束的線形種類盡量減少，以便于計算和施工。<

94、/p><p>　?。?）盡量加大曲線半徑，以便于穿束和壓漿。</p><p>　?。?）分層布束時，應使管道上下對齊，這樣有利于混凝土的澆筑和振搗，不可采用梅花形布置。</p><p>　?。?）頂板束的布置還應遵循以下原則：a.鋼束盡量靠截面上緣布置，以極大發(fā)揮其力學效應；b.分層布束時應使長束布置在上層，短束布置在下層。首先，因為先錨固短束，后錨固長束，只有這樣布置

95、才不會發(fā)生干擾；其次，長束通過的梁段多，放在頂層能充分發(fā)揮其力學效應；再次，較長束在施工中管道出現(xiàn)質量問題的機率較高，放在頂層處理比較容易些。</p><p>　　4.3 預應力筋束的布置結果</p><p>　　由以上確定的實際預應力鋼束束數(shù)，結合本設計所采用的滿堂支架施工方法，最終確定本設計全橋縱T1，T2兩種鋼束。布置結果見設計圖紙。</p><p><

96、b>　　5 設計驗算</b></p><p>　　采用橋梁博士進行驗算，驗算結果如下：</p><p>　　5.1 成橋階段信息</p><p>　　5.1.1 計算方法</p><p><b>　　凈截面面積：</b></p><p>　　An=A0-Ak

97、 (7-1)</p><p>　　式中 An—凈截面面積；</p><p><b>　　A0—毛截面面積；</b></p><p><b>　　Ak—孔道面積。</b></p><p>　　形心距上下邊緣的距離ysj和yxj：</p><p

98、><b>　　(7-2)</b></p><p>　　式中 S0—毛截面對底邊的靜矩；</p><p>　　Sk—孔道面積對底邊的靜矩；</p><p><b>　　則</b></p><p>　　ysn=h-yxn (7-3)&l

99、t;/p><p>　　式中 h—截面高度。</p><p>　　凈截面慣性矩的計算根據(jù)平行移軸公式，方法如下：</p><p>　　In=In0+Ana2 (7-4)</p><p>　　式中In—凈截面對其形心軸的慣性矩</p><p>　　In—凈截面對毛截面形心軸的慣

100、性矩，In0=I0-Ik0，I0為毛截面對其形心軸的慣性矩；Ik0為孔道對毛截面形心軸的慣性矩；</p><p>　　a2—凈截面形心軸到毛截面形心軸的距離的平方。</p><p><b>　　換算面積：</b></p><p><b>　　(7-5)</b></p><p>　　式中 A0—換算

101、截面面積；</p><p>　　Ec—混凝土彈性模量；</p><p>　　Es—預應力鋼筋彈性模量；</p><p>　　As—預應力鋼筋面積。</p><p>　　換算形心據(jù)上下邊緣的距離ys0和yx0：</p><p><b>　　(7-6)</b></p><p>

102、　　式中 Sn—凈截面對底邊的靜矩；</p><p>　　Ss—預應力筋面積對底邊的靜矩。</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(7-7)</b></p><p>　　換算截面慣性矩的計算利用平行移軸公式：</p><p><b>

103、　　(7-8)</b></p><p>　　式中 I0—換算截面慣性矩；</p><p>　　an0—凈截面形心軸與換算截面形心軸的間距；</p><p>　　Is—預應力鋼筋換算面積對換算截面形心軸的慣性矩，利用平行移軸公式計算。</p><p>　　5.1.2 計算結果</p><p><b&

104、gt;　　結果見表5-1：</b></p><p>　　表5-1 成橋階段截面幾何特征信息</p><p>　　表5-2 成橋階段內力效應</p><p>　　5.2截面正應力驗算</p><p>　　5.2.1 計算方法</p><p>　　預應力混凝土構件在各個受力階段均有不同得受力特點，從施加預應力起

105、，其截面內的鋼筋和混凝土就處于高應力狀態(tài)，經(jīng)受著考驗。為了保證構件在各工作階段工作的安全可靠，除按承載能力極限狀態(tài)進行強度檢算外，還必須對其在施工和使用階段的應力狀態(tài)進行驗算，并予以控制。</p><p>　　本階段構件主要承受預加力和構件自重的作用，其受力特點是：預加</p><p>　　力值最大（因預應力損失最?。?，而外荷載最小（僅有構件的自重作用）。</p><p

106、>　　由預加力產生的混凝土截面正應力</p><p>　　后張法構件 </p><p>　　式中： ——后張法構件預應力筋的有效預加力（扣除相應階段的預應</p><p>　　力損失），對于曲線配筋的后張法梁：</p><p>　　、——分別為受拉區(qū)和受壓區(qū)預應力筋的截面面積；</p><p>　

107、　——彎起預應力筋的截面面積；</p><p>　　、——分別為張拉受拉區(qū)和受壓區(qū)預應力筋時錨下的控制應力；</p><p>　　、——分別為受拉區(qū)和受壓區(qū)預應力筋（扣除相應階段的預應力損失）的有效預應力；</p><p>　　——計算截面處彎起的預應力筋的切線與構件軸線的夾角；</p><p>　　——后張法構件預應力筋的合力作用點至凈截面

108、形心軸的距離；</p><p>　　、、——分別為構件凈截面面積、慣性矩和截面模量。</p><p>　　5.2.2 計算結果</p><p>　　表5-3 成橋階段應力驗算(Mpa)</p><p>　　表5-4 成橋階段支反力</p><p>　　5.3 持久狀況下正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算</p>&

109、lt;p>　　5.3.1 計算方法</p><p>　?。?）正截面抗裂性驗算</p><p>　　正截面抗裂性驗算以短期效應組合計算，在短期效應組合作用下應滿足：</p><p><b>　　(10-1)</b></p><p>　　為在荷載短期效應組合作用下，截面受拉邊的應力：</p><p

110、><b>　　(10-2)</b></p><p>　　式中 ,—分別為一期恒載和二期恒載彎矩標準值；</p><p>　　,—汽車荷載和人群荷載的彎矩標準值；</p><p>　　—構件凈截面對抗裂驗算邊緣的彈性抵抗矩；</p><p>　　—構件換算截面對抗裂驗算邊緣的彈性抵抗矩；</p>&l

111、t;p>　　, —凈截面和換算截面重心到受拉邊緣的距離；</p><p>　　為截面下邊緣或上邊緣的有效預壓應力：</p><p><b>　　(10-3)</b></p><p><b>　　(10-4)</b></p><p>　　（2）斜截面抗裂性驗算</p><p&

112、gt;<b>　　主拉應力：</b></p><p><b>　　主壓應力：</b></p><p>　　其中： </p><p>　　式中： ——預加力和使用荷載在計算的主應力點產生的混凝土</p><p><b>　　截面正應力；</b></p>

113、;<p>　　——由豎向預應力筋引起的混凝土豎向壓應力；</p><p>　　——由使用荷載和彎起的預應力筋在計算主應力點產</p><p><b>　　生的混凝土剪應力；</b></p><p>　　——豎向預應力筋的有效預應力；</p><p>　　——單肢豎向預應力筋的截面面積；</p>

114、<p>　　——計算主應力處構件截面的寬度；</p><p>　　——豎向預應力筋的間距；</p><p>　　——計算纖維處至換算截面重心軸的距離（）；</p><p>　　——換算截面慣性矩（）；</p><p><b>　　——計算彎矩（）。</b></p><p>　　5.3.

115、2 計算結果</p><p>　　表5-5 長期效應組合驗算</p><p>　　表5-6 長期效應組合驗算</p><p>　　表5-7 持久狀況下預應力構件標準值效應組合應力驗算</p><p>　　5.4 承載能力極限狀態(tài)基本組合正截面強度驗算</p><p>　　5.4.1 計算方法</p>&l

116、t;p>　　由平衡條件可寫出如下方程：</p><p>　　沿縱向力的方向平衡條件：</p><p>　　對受拉區(qū)鋼筋（預應力筋和非預應力筋）合力作用點力矩平衡條件：</p><p>　　式中 ——混凝土彎曲抗壓強度設計值；</p><p>　　——預應力筋抗拉強度設計值；</p><p>　　——非預應力筋

117、的抗拉強度設計值；</p><p>　　——非預應力筋的抗壓強度設計值；</p><p>　　——受壓預應力筋的計算應力；</p><p>　　、——分別為受拉區(qū)預應力筋和非預應力筋截面面積；</p><p>　　、——分別為受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋截面面積：</p><p>　　——受壓區(qū)混凝土截面面積；</

118、p><p>　　——受壓區(qū)混凝土截面對受拉區(qū)鋼筋合力作用點的凈</p><p><b>　　矩；</b></p><p>　　、——分別為受壓區(qū)預應力筋合力作用點和非預應力筋合力作用點至截面受壓邊緣的距離；</p><p>　　、——受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋合力作用點至截面受壓邊緣和受拉邊緣的距離，；</p>

119、<p>　　、——分別為受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋合力點至截面受拉邊緣和受壓邊緣距離；</p><p>　　——截面彎矩承載能力；</p><p>　　——截面彎矩設計值。</p><p>　　其中 假設受壓高度,即在翼板內，則：</p><p>　　受壓區(qū)預應力筋的應力：</p><p>　　式中

120、 ——受壓區(qū)預應力鋼筋與混凝土彈性模量之比；</p><p>　　——預應力筋抗壓強度設計值，按規(guī)范表取值；</p><p>　　——合力處由預應力所產生的混凝土應力；</p><p>　　——受壓區(qū)預應力筋在荷載作用前已存在有效預應力。</p><p>　　5.4.2 計算結果</p><p>　　表5-8 承載能力

121、極限狀態(tài)基本組合正截面強度驗算</p><p>　　5.5 預應力筋拉應力驗算</p><p>　　表5-8 鋼束引伸量及鋼束長度</p><p>　　表5-8 鋼束最大拉應力驗算</p><p><b>　　5.6 撓度驗算</b></p><p>　　表5-8成橋結構最大位移</p>

122、;<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] JTJ 001-03，公路工程技術標準[S]．北京：人民交通出版社，2003．</p><p>　　[2] JTGD62-2004，公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社2004．</p><p>　　[3] JTGD60-2004，公路橋涵

123、設計通用規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社，2004．</p><p>　　[4] JTJ 024-07，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社，2007．</p><p>　　[5] 邵旭東．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社，2007．</p><p>　　[6] 范立礎，顧安邦．橋梁工程(上、下冊)(土木工程專業(yè)用)[M]．北京：人民交通出版社

124、，2002．</p><p>　　[7] 顏東煌，田仲初，李學文．橋梁結構電算程序設計 [M]．北京：湖南大學出版社，2002．</p><p>　　[8] 周念先．橋梁方案比選[M]．北京：人民交通出版社，1997．</p><p>　　[9] 范立礎．預應力混凝土連續(xù)梁橋[M]．北京：人民交通出版社，1999．</p><p>　　[10