某一級(jí)公路40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱形梁橋設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

某一級(jí)公路40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱形梁橋設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要1ABSTRACT2第一部分 預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋設(shè)計(jì)1一、工程概況1二、方案比選11.橋梁設(shè)計(jì)原則12.各種橋梁的特點(diǎn)23.方案比選34.梁部截面形式比選4三、設(shè)計(jì)基本資料41.孔跨布置（5孔40m）42.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)53.主要材料54.設(shè)計(jì)依據(jù)5四、箱形梁構(gòu)造形式及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)5五、主梁作用效應(yīng)計(jì)算71.永久作用效應(yīng)計(jì)算72.可變作用效應(yīng)計(jì)算93.主梁作用效應(yīng)組合16六、預(yù)應(yīng)力鋼束估算及其布置171.預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算172.預(yù)應(yīng)力鋼束布置18七、計(jì)算主梁截面幾何特性221.截面面積及慣性矩計(jì)算222.截面凈距計(jì)算243.截面積和特性總表29八、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算301.預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失312.由錨具變形、鋼束回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失313.混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失324.由鋼束應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失355.混凝土收縮和徐變引起的的預(yù)應(yīng)力損失366.成橋后四分點(diǎn)截面由張拉鋼束產(chǎn)生的預(yù)加力作用效應(yīng)計(jì)算：387.預(yù)應(yīng)力損失匯總及預(yù)加力計(jì)算40九、承載能力極限狀態(tài)計(jì)算421.跨中截面正截面計(jì)算422.驗(yàn)算最小配筋率（跨中截面）443.斜截面承載力驗(yàn)算44十、持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算471.正截面抗裂驗(yàn)算472.斜截面抗裂驗(yàn)算48十一、持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算521.正截面混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算522.預(yù)應(yīng)力筋拉應(yīng)力驗(yàn)算533.斜截面混凝土主壓應(yīng)力驗(yàn)算54十二、短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算581.預(yù)加應(yīng)力階段的應(yīng)力驗(yàn)算582.吊裝應(yīng)力驗(yàn)算59十三、主梁端部的局部承壓計(jì)算601.局部承壓區(qū)的截面尺寸驗(yàn)算602.局部抗壓承載力驗(yàn)算61十四、主梁變形驗(yàn)算631.計(jì)算由預(yù)加力引起的跨中反拱度632.計(jì)算由荷載引起的跨中撓度653.結(jié)構(gòu)剛度驗(yàn)算654.預(yù)拱度的設(shè)置65第二部分 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁施工方案設(shè)計(jì)66一、工程概況：66二、編制依據(jù)66三、橋梁主要部位施工方案661.鉆孔灌注樁施工662.預(yù)應(yīng)力簡支箱梁施工743.墩臺(tái)施工工藝764.蓋梁施工工藝785.橋梁安裝施工工藝786.橋面系施工工藝79四、質(zhì)量保證體系和質(zhì)量管理制度791.質(zhì)量保證體系792.質(zhì)量管理制度80五、安全目標(biāo)和安全保證措施821.安全目標(biāo)822.安全保證措施82六、環(huán)境保護(hù)體系和環(huán)境保護(hù)措施831.環(huán)境保護(hù)體系832.環(huán)境保護(hù)措施84致 謝87參考文獻(xiàn)：88Causes and control measures of concrete cracks study the problem89106第一部分 預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋設(shè)計(jì)一、工程概況該工程位于A市與B市主要交通要道，橫跨鐵路。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛增加迅速，加之該橋特殊地理位置（縣市之間的主要樞紐），及舊橋設(shè)計(jì)寬度較窄及年度已久，無法承擔(dān)起交通重荷，交通堵塞情況日益嚴(yán)重，故需修建此跨線橋梁。橋址場地地形相對(duì)平坦，地質(zhì)條件良好。根據(jù)鉆探結(jié)果，可知該地區(qū)域地基為成層土及砂層，自上而下各層如下：(1)亞砂土灰褐色，軟塑硬塑，濕，表層為耕植土。該層厚度為5.6m。(2)亞粘土灰黑色，軟塑硬塑，濕，中間含有粘土夾層。該層厚度2.7m。(3)亞砂土灰紅色，飽和，松中密。該層厚度為1.2m。(4)亞粘土褐色，飽和，硬塑，含大量粗砂。該層厚度為3.1m。(5)粗砂土棕黃色，飽和，中密，含粘性土。該層厚度為3.1m。地基評(píng)價(jià)(1)該區(qū)地震基本烈度為度。(2)該區(qū)上部土層較軟，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)施工。二、方案比選橋梁的形式可考慮拱橋、梁橋、梁拱組合橋和斜拉橋。任選三種作比較，從安全、功能、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工、占地與工期多方面比選，最終確定橋梁形式。1.橋梁設(shè)計(jì)原則(1)適用性橋上應(yīng)保證車輛和人群的安全暢通，并應(yīng)滿足將來交通量增長的需要。橋下應(yīng)滿足泄洪、安全通航、通行等要求。建成的橋梁應(yīng)保證使用年限，并便于檢查和維修。(2)安全性現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)越來越強(qiáng)調(diào)舒適度，要控制橋梁的豎向與橫向振幅，避免車輛在橋上振動(dòng)與沖擊。整個(gè)橋跨結(jié)構(gòu)及各部分構(gòu)件，在制造、運(yùn)輸、安裝和使用過程中應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。(3)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性一般應(yīng)占首位。經(jīng)濟(jì)性應(yīng)綜合發(fā)展遠(yuǎn)景及將來的養(yǎng)護(hù)和維修等費(fèi)用。(4)先進(jìn)性橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設(shè)的新技術(shù)。應(yīng)便于制造和架設(shè)，應(yīng)盡量采用先進(jìn)工藝技術(shù)和施工機(jī)械、設(shè)備，以利于減少勞動(dòng)強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量和施工安全。(5)美觀一座橋梁，尤其是座落于城市的橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，應(yīng)與周圍的景致相協(xié)調(diào)。合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是美觀的主要因素，決不應(yīng)把美觀片面的理解為豪華的裝飾。應(yīng)根據(jù)上述原則，對(duì)橋梁作出綜合評(píng)估。2.各種橋梁的特點(diǎn)(1)梁橋梁式橋是指其結(jié)構(gòu)在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力的橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋受力明確，理論計(jì)算較簡單，設(shè)計(jì)和施工的方法日臻完善和成熟。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石為主，可就地取材，成本較低；2）結(jié)構(gòu)造型靈活，可模型好，可根據(jù)使用要求澆鑄成各種形狀的結(jié)構(gòu)；3）結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性較好，建成后維修費(fèi)用較少；4）結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度較大，變性較??；5）可采用預(yù)制方式建造，將橋梁的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；6）結(jié)構(gòu)自重較大，自重耗掉大部分材料的強(qiáng)度，因而大大限制其跨越能力；7）預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋可有效利用高強(qiáng)度材料，并明顯降低自重所占全部設(shè)計(jì)荷載的比重，既節(jié)省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲勞的能力；8）預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋所采用的預(yù)應(yīng)力技術(shù)為橋梁裝配式結(jié)構(gòu)提供了最有效的拼裝手段，通過施加縱向、橫向預(yù)應(yīng)力，使裝配式結(jié)構(gòu)集成整體，進(jìn)一步擴(kuò)大了裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。(2)拱橋拱橋的靜力特點(diǎn)是，在豎直荷載作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平反力。由于水平反力的作用，拱的彎矩大大減少。如在均布荷載q的作用下，簡支梁的跨中彎矩為qL2/8，全梁的彎矩圖呈拋物線形，而拱軸為拋物線形的三鉸拱的任何截面彎矩均為零，拱只受軸向壓力。設(shè)計(jì)得合理的拱軸，主要承受壓力，彎矩、剪力均較小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而可以充分利用抗拉性能較差、抗壓性能較好的石料，混凝土等來建造。石拱對(duì)石料的要求較高，石料加工、開采與砌筑費(fèi)工，現(xiàn)在已很少采用。由墩、臺(tái)承受水平推力的推力拱橋，要求支撐拱的墩臺(tái)和地基必須承受拱端的強(qiáng)大推力，因而修建推力拱橋要求有良好的地基。對(duì)于多跨連續(xù)拱橋，為防止其中一跨破壞而影響全橋，還要采取特殊的措施，或設(shè)置單向推力墩以承受不平衡的推力。由于所建位置地質(zhì)情況是軟土地基，故不考慮此橋型。3.方案比選目前我國大橋的結(jié)構(gòu)一般考慮多跨簡支梁和連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。簡支梁受力明確，特殊力的影響小，設(shè)計(jì)施工易標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化。從環(huán)境美學(xué)效果來看，簡支箱梁梁造型輕巧、平整、線路流暢，將給城市爭色不少。而今由于材料性能的不斷改進(jìn)，設(shè)計(jì)理論日趨完善，施工工藝的革新創(chuàng)造，使得預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的地位日益重要。其上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型及適用情況見下表：方案比選比較項(xiàng)目第一方案第二方案第三方案主橋跨橋型預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁（5孔40m)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁（5孔40m）鋼筋混凝土拱橋（5孔40m）主橋跨結(jié)構(gòu)特點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力。結(jié)構(gòu)抗扭剛度較大，約為相應(yīng)T梁截面的十幾倍至幾十倍，在橫向偏心荷載作用下，各梁的受力比T梁均勻的多。同等跨徑條件下梁高比T梁小，穩(wěn)定性較好在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力。結(jié)構(gòu)造型靈活，整體性好，剛度較大，其跨徑較小；且簡支梁梁高較大，截面形狀不穩(wěn)定，運(yùn)輸和安裝較復(fù)雜； 構(gòu)件正好在橋面板的接頭處，對(duì)梁板的受力不利在豎向荷載作用下，橋墩和橋臺(tái)將承受水平推力，與同跨徑的梁相比其變形值較?。还皹虼嬖跇蚺_(tái)抵抗水平推力的薄弱環(huán)節(jié)。建筑造型側(cè)面上看線條明晰，與當(dāng)?shù)氐牡匦闻浜?，顯得美觀大方跨徑一般，線條明晰，但比較單調(diào)，與景觀配合很不協(xié)調(diào)跨徑較大，線條非常美，與環(huán)境和諧，增加了城市的景觀養(yǎng)護(hù)維修量小小較大設(shè)計(jì)技術(shù)水平經(jīng)驗(yàn)較豐富，國外內(nèi)先進(jìn)水平高經(jīng)驗(yàn)豐富，國外內(nèi)先進(jìn)水平經(jīng)驗(yàn)一般，國內(nèi)一般水平施工技術(shù)懸臂施工：結(jié)合橋墩的形式，采用懸臂施工時(shí)，梁與墩之間無需臨時(shí)固結(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)不需考慮體系轉(zhuǎn)換，施工設(shè)備相對(duì)簡單，施工難度一般，運(yùn)輸、安裝方便預(yù)制T型構(gòu)件，運(yùn)至施工地點(diǎn)，采用混凝土現(xiàn)澆，將T型梁連接，其特點(diǎn)外型簡單、制造方便，整體性好轉(zhuǎn)體施工法：對(duì)周圍的影響較小，將結(jié)構(gòu)分開建造，再最后合攏，可加快工期，是近十年來新興的施工方法，施工難度較大工 期較 短較短較 長4.梁部截面形式比選梁部截面形式考慮了箱形梁、組合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。箱形梁方案：該方案結(jié)構(gòu)抗扭剛度大，適應(yīng)性強(qiáng)。景觀效果好。該方案需采用就地澆筑，現(xiàn)場澆筑混凝土及張拉預(yù)應(yīng)力工作量大，但可全線同步施工，施工期間工期不受控制,對(duì)橋下交通影響較其他方案較小。組合箱梁：其結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，抗扭剛度大，適應(yīng)性強(qiáng)。雙箱梁預(yù)制吊裝，鋪預(yù)制板，重量輕。但從橋下看,景觀效果稍差。從預(yù)制廠到工地的運(yùn)輸要求相對(duì)較低，運(yùn)輸費(fèi)用較低。但橋面板需現(xiàn)澆施工,增加現(xiàn)場作業(yè)量，工期也相應(yīng)延長。但美觀較差，并且徐變變形大，存在著后期維修養(yǎng)護(hù)工作量大的缺點(diǎn)。槽型梁：其為下承式結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是造型輕巧美觀，線路建筑高度最低,且兩側(cè)的主梁可起到部分隔聲屏障的作用，但下承式混凝土結(jié)構(gòu)受力不很合理，受拉區(qū)混凝土即車道板圬工量大，受壓區(qū)混凝土圬工量小，梁體多以受壓區(qū)(上翼緣)壓潰為主要特征，不能充分發(fā)揮鋼及混凝土材料的性能。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)為開口截面，結(jié)構(gòu)剛度及抗扭性較差，而且需要較大的技術(shù)儲(chǔ)備才能實(shí)現(xiàn)。T型梁：其結(jié)構(gòu)受力明確，設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)成熟,跨越能力大,施工可采用預(yù)制吊裝的方法，施工進(jìn)度較快。該方案建筑結(jié)構(gòu)高度最高，由于梁底部呈網(wǎng)狀,景觀效果差。同時(shí)，其帽梁雖較槽型梁方案短些，但較其他梁型長，設(shè)計(jì)時(shí)其帽梁也須設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土帽梁，另外預(yù)制和吊裝的實(shí)施過程也存在著與其他預(yù)制梁同樣的問題。因此，結(jié)合工程特點(diǎn)和施工條件及箱型梁抗扭剛度大，橫向抗彎剛度大和動(dòng)力穩(wěn)定性能好，外觀簡潔，適應(yīng)性強(qiáng)，在直線、曲線、折返線及過渡線等區(qū)間段均可采用，且施工技術(shù)成熟，造價(jià)適中。綜上所述選擇預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋。橋梁橫截面采用箱形梁，主梁間距3.4m，共用四片箱梁，頂板預(yù)制寬度240cm，為保證橋梁的整體受力性能，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭。三、設(shè)計(jì)基本資料1.孔跨布置（5孔40m）(1)單孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑：40米（墩中心距）(2)單孔計(jì)算跨徑：39.00米(3)主梁全長：39.96米（設(shè)4厘米的伸縮縫）(4)橋面寬度：凈13m（行車道）+20.5m（防撞護(hù)欄）2.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)設(shè)計(jì)荷載：公路級(jí)(2)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：類環(huán)境(3)設(shè)計(jì)安全等級(jí)：二級(jí)3.主要材料混凝土：預(yù)制箱梁采用C50混凝土；橋面鋪裝上層采用0.1米瀝青混凝土，下層為0.06米厚C40混凝土。鋼材：(1)預(yù)應(yīng)力鋼束：采用高強(qiáng)度低松弛7絲捻制的鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積140mm2,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1860Mpa,彈性模量Ep=1.95105Mpa,1000h后應(yīng)力松弛率不大于2.5。(2)普通鋼筋：采用R235鋼筋，HRB335鋼筋。4.設(shè)計(jì)依據(jù)(1).JTG D622004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(2).JTG D602004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(3).JTG B012003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)四、箱形梁構(gòu)造形式及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)(1)本箱梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，施工工藝為后張法。(2)橋上橫坡為單向2.0(3)箱形梁截面尺寸：梁高為2.0米，為便于模板制作和外形美觀，主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變，端部設(shè)置橫隔梁，高1.72米，寬0.5米，橫向共計(jì)4片箱形梁，采用濕接縫進(jìn)行連接，濕接縫寬1.0米，厚度為0.18米，預(yù)制箱形梁跨中頂板寬2.4米，腹板厚0.2米，端部頂板寬2.4米，腹板厚0.32米，頂板厚0.18米，底板厚0.25米，腹板和頂板間設(shè)有承托。底板厚度，腹板厚度在距支座中心線2.625米處，開始漸變?yōu)榫嘀ё行木€0.125米處的0.25米和0.25米見圖1-1。(4)預(yù)應(yīng)力管道采用金屬波紋管成型，波紋管內(nèi)徑為60mm，外徑為67mm，管道摩擦系數(shù)=0.2，管道偏差系數(shù)k=0.0015。錨具變形和鋼束回縮量為6mm。(5)瀝青混凝土重度為23KN/m3，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)重度為26KN/m3，混凝土重度為25KN/m3，單側(cè)防撞欄桿荷載為7.0KN/m。(6)有上面擬定的尺寸繪制箱梁的跨中和端部截面圖1-1，計(jì)算其幾何特性見下表1-2:圖1-1端部及跨中截面尺寸圖(尺寸單位：cm)圖1-2橋梁橫斷面及縱斷面剖面結(jié)構(gòu)尺寸圖（單位：cm）表1-1 跨中截面幾何特性計(jì)算表分塊名稱分塊面積Ai分塊面積形心至上邊緣距離yi分塊面積形心對(duì)上緣靜矩Si=Aiyi分塊面積的自身慣性矩Iidi=ys-yi分塊面積截面形心的慣性矩Ix=Aidi2I=Ii+Ixcmcm3cm4cmcm4cm4大毛截面（含濕接縫）頂板6120.009.00 55080.00 165240.00 63.64 24786303.55 24951543.55 承托530.4121.08 11181.04 2170.71 51.56 1410059.77 1412230.48 腹板6270.00103.62 649697.40 12838184.22 -30.98 6017697.71 18855881.93 底板1882.07190.87 359230.70 50783.62 -118.23 26308201.00 26358984.62 14802.481075189.14 71578640.58 小毛截面（不含濕接縫）頂板4320.009.00 69000116640.00 77.18 25733170.3725849810.37 承托530.4121.08 13670.812170.71 65.10 2247882.8842250053.59 腹板6270.00103.62 54530012838184.22 -17.44 1907043.07214745227.29 底板1882.07190.87 49253650783.62 -104.69 20627479.8620678263.48 13002.481120506.8163523354.73 大毛截面形心至上緣距離ys=Si/Ai72.64 小毛截面形心至上緣距離ys=Si/Ai86.18 由此可以計(jì)算出截面效率指標(biāo)（希望在0.5以上）上核心距：k=k-截面上核心距下核心距：k=k-截面下核心距截面效率指標(biāo)：=0.5表明以上初擬的主梁跨中截面是合理的。五、主梁作用效應(yīng)計(jì)算根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，并通過可變作用下的梁橋荷載橫向分布計(jì)算，可分別求的各主梁控制截面（一般取跨中、四分點(diǎn)、變化點(diǎn)截面和支點(diǎn)截面）的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，然后再進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合。1.永久作用效應(yīng)計(jì)算(1)永久作用集度 1)主梁自重跨中截面段主梁自重（長度16.75m）：q（1）=1.3002482616.75=566.258KN底板加厚與腹板變寬段梁的自重近似計(jì)算（長度2.5m）：q(2)=(1.726672+1.380248) 2.5262=100.9749KN支點(diǎn)段梁的自重（長度0.73m）：q(3)=1.7266720.7326=32.77KN中主梁的橫隔梁：端橫隔梁體積：20.5（0.77960898+1.376643）=2.156m3半跨內(nèi)橫隔梁的重量為：q(4)=2.15625=53.9KN主梁永久作用集度：qI=(566.258+100.9749+32.77+53.9)/19.98=37.73KN/m 2)二期永久作用：頂板中間濕接縫集度：q=1.00.1825=4.5KNm中梁現(xiàn)澆部分橫隔梁：一片端橫隔梁體積：0.50.341.56=0.2652m3 即q（6）=0.2652225/39.96=0.3318KN/m橋面鋪裝層10cm厚瀝青混凝土鋪裝：0.101323=29.90KN/m6cm厚C40混凝土鋪裝：0.061325=19.50KN/m將橋面鋪裝均分給4片主梁：q=（29.90+19.50）/4=12.35KN/m將兩側(cè)防撞欄桿均分給4片主梁：q=7.02/4=3.50KN/m中梁二期永久作用集度q=(4.50+0.3318+12.35+3.5)=20.68KN/m(2)永久作用效應(yīng)：按下圖計(jì)算，設(shè)a為計(jì)算截面離左側(cè)支座的距離，令c=a/l主梁彎矩M和剪力V的計(jì)算公式分別為：Mc=c(1-c)l2q/2 Vc=ql(1-2c)/2永久作用效應(yīng)見表1-2：表1-2 中梁（2號(hào)梁）永久作用效應(yīng)計(jì)算表作用效應(yīng)跨中四分點(diǎn)支點(diǎn)c=0.5c=0.25c=0一期彎矩/KNm7173.42 5380.06 0.00 剪力/KN0.00 367.87 735.74 二期彎矩/KNm3931.79 2948.84 0.00 剪力/KN0.00 201.63 403.26 彎矩/KNm11105.21 8328.90 0.00 剪力/KN0.00 569.50 1139.00 2.可變作用效應(yīng)計(jì)算(1)沖擊系數(shù)和車到折減系數(shù)計(jì)算：結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻f有關(guān)，故應(yīng)先計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻f，簡支梁的基頻可以按下式計(jì)算： f= = 其中mc=G/g=1.48024826103/9.81=3923.185321kg/m由于1.5Hz4.105Hz14Hz，故有下式計(jì)算出汽車荷載的沖擊系數(shù)=0.1767lnf-0.0157=0.1524當(dāng)車道大于兩車道時(shí)，應(yīng)進(jìn)行車道折減 ，三車道折減22%，四車道折減33%，但折減后不得小于用兩車道布載的計(jì)算結(jié)果。本箱梁按兩車道、三車道和四車道布載分別進(jìn)行計(jì)算，取最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。(2)計(jì)算主梁荷載的橫向分布系數(shù)1)跨中荷載的橫向分布系數(shù)mc：由于各主梁均不設(shè)跨中橫隔梁，僅設(shè)置端橫隔梁，各主梁之間的聯(lián)系靠現(xiàn)澆濕接縫來完成，故可以按剛接梁法來繪制橫向分部影響線和計(jì)算橫向分部系數(shù)mc。計(jì)算主梁的抗彎和抗扭慣性矩I和IT;抗彎慣性矩I在前面已求的，I=0.65419m4；對(duì)箱型截面，其抗扭慣性矩可根據(jù)下式：式中：箱型梁閉合截面中線所包含的面積；biti相應(yīng)單個(gè)矩形截面的寬度和高度；Ci矩形截面抗扭剛度系數(shù)；m粱截面劃分成單個(gè)矩形截面的個(gè)數(shù)。對(duì)本箱型梁截面，計(jì)算如下： 其中由內(nèi)插求的c=0.2635參數(shù)為t/b=20/61.75=0.3239計(jì)算主梁的扭轉(zhuǎn)位移和撓度之比及懸壁板撓度與主梁撓度之比；主梁的抗扭剛度和抗扭剛度比例參數(shù)和主梁抗彎剛度與橋面板抗彎剛度比例參數(shù)，可分別根據(jù)下式計(jì)算：；式中：I主梁抗彎慣性矩；IT主梁抗扭慣性矩；b1主梁翼緣板全寬；l主梁計(jì)算跨徑；d1中相鄰兩梁肋的凈距之半；本梁d1=25.80+50=75.80cm；h1計(jì)算單位板寬抗彎慣性矩時(shí)所取的板厚，若板厚從梁勒至懸壁端按直線變化時(shí)，可取靠梁勒d1/3處的板厚本梁取22cm，因此有：=5.8（71578640.58/67853105.52）（340/3900）2=0.0645=39071578640.5875.803/（39004203）=0.0066計(jì)算荷載橫向分布影響線豎坐標(biāo)值，根據(jù)計(jì)算出的參數(shù)及，可查附表C，內(nèi)插得到橫向分布影響線豎坐標(biāo)值見下表1-3：表1-3 橫向分布影響線豎坐標(biāo)值計(jì)算表0.0060.01荷載位置12341234梁號(hào)10.040.320.2480.1840.1380.3280.250.1810.1340.060.3540.2620.1810.1220.3630.2630.1760.1170.04650.3311 0.2526 0.1830 0.1328 0.3394 0.2542 0.1794 0.1285 20.040.2480.2410.2060.1670.250.2470.2060.1630.060.2620.250.2070.1590.2630.2570.2080.1550.04650.2526 0.2439 0.2063 0.1644 0.2542 0.2503 0.2067 0.1604 荷載位置12341號(hào)梁=0.0066=0.04650.3323 0.2528 0.1825 0.1322 2號(hào)梁0.2528 0.2449 0.2064 0.1638 計(jì)算各梁的荷載橫向分布系數(shù)：1號(hào)梁（邊梁）的的橫向分布系數(shù)和最不利荷載圖式如圖1-5所示：1號(hào)梁荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算，其中包含了車道折減系數(shù)，四車道： 三車道：兩車道：2號(hào)梁的荷載橫向分布系數(shù)和最不利荷載圖式如圖1-6所示：2號(hào)梁的荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算：四車道： 三車道：兩車道：由以上計(jì)算可以看出，1號(hào)梁的荷載橫向分布系數(shù)為最大，故可變作用（汽車）的橫向分布系數(shù)：mcq=0.62602)支點(diǎn)截面的荷載橫向分布系數(shù)m0：如圖1-7所示，按杠桿原理法作出荷載橫向分布影響線并進(jìn)行布載，各梁的可變作用橫向分布系數(shù)可計(jì)算如下：可變作用（汽車）的荷載橫向分布系數(shù)：1號(hào)梁：2號(hào)梁：3)橫向分布系數(shù)取值：通過上述計(jì)算，可變作用橫向分布系數(shù)1號(hào)梁為最不利，故可變作用橫向分布系數(shù)取值為：跨中截面：mc=0.6260 支點(diǎn)截面：mo=1.17645車道荷載取值：公路-級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值pk為： qk=10.5KN/m計(jì)算彎矩時(shí)：計(jì)算剪力時(shí)：(4)可變作用效應(yīng)計(jì)算：在可變作用效應(yīng)計(jì)算中，對(duì)于橫向分布系數(shù)的取值作如下處理：計(jì)算主梁可變作用彎矩時(shí)，均采用全跨統(tǒng)一的橫向分布系數(shù)取mc；計(jì)算跨中及四分點(diǎn)可變作用剪力效應(yīng)時(shí)，由于剪力影響線的較大坐標(biāo)也位于橋跨中部，故也采用橫向分布系數(shù)亦取mc；計(jì)算支點(diǎn)可變作用剪力效應(yīng)時(shí)，從支點(diǎn)至l/4梁段，橫向分布系數(shù)從mo直線過度到mc，其余梁段取mc。1)計(jì)算跨中截面的最大彎矩和最大剪力彎矩：（不計(jì)沖擊時(shí)） （沖擊效應(yīng)）不計(jì)沖擊： 計(jì)沖擊效應(yīng)： 剪力：（不計(jì)沖擊時(shí)） （沖擊效應(yīng)）不計(jì)沖擊：計(jì)沖擊效應(yīng)：2)計(jì)算l/4處截面的最大彎矩和最大剪力：彎矩：（不計(jì)沖擊時(shí)）（沖擊效應(yīng)）不計(jì)沖擊： 計(jì)沖擊效應(yīng)：剪力：（不計(jì)沖擊時(shí)） （沖擊效應(yīng)）不計(jì)沖擊：計(jì)沖擊效應(yīng)：3)支點(diǎn)截面剪力計(jì)算：計(jì)算支點(diǎn)截面由于車道荷載產(chǎn)生效應(yīng)時(shí)，考慮橫向分布系數(shù)沿跨長的變化，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)布滿使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線的峰值處。不計(jì)沖擊： 沖擊效應(yīng)：3.主梁作用效應(yīng)組合根據(jù)可能出現(xiàn)的作用效應(yīng)選擇三種最不利的組合：短期效應(yīng)組合，標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合和承載能力極限狀態(tài)基本組合，具體表1-4：表1-4 主梁作用效應(yīng)組合計(jì)算表序號(hào)荷載類別跨中截面四分點(diǎn)截面支點(diǎn)截面MmaxVmaxMmaxVmaxVmaxkNmkNkNmkNkN第一期永久作用7173.42 0.00 5380.06 367.87 735.74 第二期永久作用3931.79 0.00 2948.84 201.63 403.26 總永久作用（=+）11105.21 0.00 8328.90 569.50 1139.00 可變作用（汽車）3178.40 150.73 2383.80 250.13 602.46 可變作用（汽車）沖擊484.39 22.97 363.29 38.12 91.81 標(biāo)準(zhǔn)組合（=+）14768.00 173.70 11075.99 857.75 1833.27 短期組合（=+0.7）13330.09 105.51 9997.56 744.59 1560.72 極限組合（=1.2+1.4+）18454.16 243.18 13840.61 1086.95 2338.78 六、預(yù)應(yīng)力鋼束估算及其布置1.預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力要求和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度要求。以跨中截面按照上述要求對(duì)主梁所需的鋼束數(shù)進(jìn)行估算并確定主梁的配束數(shù)。(1)按正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求估算鋼束數(shù)：按全預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，在正常使用態(tài)組合計(jì)算使時(shí)，截面不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)，則得到鋼束數(shù)n的估算公式： 式中： Mk使用荷載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)組合值；C1與荷載有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值C1=0.51；Ap一束815.2鋼絞線截面積，一根鋼絞線的截面積為1.4cm2，故Ap=11.2cm2Ks-大毛截面的核心距，設(shè)梁高為h，Ks按下面公式計(jì)算： 式中： ep預(yù)應(yīng)力鋼束重心至大毛截面重心軸的偏心距； ys大毛截面形心到上緣的距離； I大毛截面的抗彎慣性矩；采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線公稱直徑15.20mm，公稱面積140mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860Mpa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為fpd=1260Mpa 彈性模量Ep=1.95105Mpa假設(shè)ap=22cm則ep=y-ap=（200-72.64-22）=105.36cm即：(2)按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù)：根據(jù)極限狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算公式，受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度fcd，應(yīng)力圖形呈矩形，同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度fpd，則鋼束數(shù)n的估算公式為： 式中： Md承載能力極限狀態(tài)的跨中的最大彎矩組合值；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.75-0.77，取=0.75；則估算得鋼束n為： 據(jù)上述兩種極限狀態(tài)估算結(jié)果在9束左右，故暫取鋼束數(shù)為n=102.預(yù)應(yīng)力鋼束布置(1)跨中截面及錨固段截面的鋼束位置1)對(duì)于跨中截面，在保證布置預(yù)留管道要求的前提下，應(yīng)盡可能加大鋼束群重心的偏心距。本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力孔道采用內(nèi)徑60mm，外徑67mm的金屬波紋管，管道至梁底和梁側(cè)凈距不應(yīng)小于30mm及管道直徑的一半。另外直線管道的凈距不應(yīng)小于40mm,且不宜管道直徑的0.6倍，在豎直方向兩管道可重疊，跨中截面及端部截面構(gòu)造如下圖，N1，N2，N3，N4號(hào)鋼筋均需進(jìn)行平彎。求得跨中截面鋼束群重心至梁底距離為： 2)所有鋼束都錨固在梁端截面。對(duì)于錨固端截面，鋼束布置通?？紤]下述兩個(gè)方面：一是預(yù)應(yīng)力鋼束合力重心盡可能靠近截面形心，使截面均勻受壓；二是考慮錨頭布置的可能性，以滿足張拉操作方便的要求。按照上述錨頭布置的均勻、分散原則，錨固端截面所布置的鋼束如下圖所示。鋼束群重心至梁底距離為： 下面對(duì)鋼束群重心位置進(jìn)行復(fù)核，先計(jì)算錨固端截面的幾何特性，見表1-5：表1-5 錨固端截面幾何特性計(jì)算表分塊名稱分塊面積Ai分塊面積形心至上邊緣距離yi分塊面積形心對(duì)上緣靜矩Si=Aiyi分塊面積的自身慣性矩Iidi=ys-yi分塊面積截面形心的慣性矩Ix=Aidi2I=Ii+Ixcm2cmcm3cm4cmcm4cm4頂板6120.00 9.00 55080.00 165240.00 71.10 30937885.20 31103125.20 承托704.41 21.21 14940.54 2973.95 58.89 2442916.49 2445890.44 腹板9584.00 100.12 959550.08 17910249.75 -20.02 3841271.03 21751520.78 底板2658.31 187.25 497768.55 138289.94 -107.15 30520382.75 30658672.69 19066.72 1527339.16 85959209.12 其中： 故計(jì)算得上核心距為： 下核心距為： 說明鋼束群重心處于截面的核心范圍內(nèi)。(2)鋼束彎起角度及線性的確定：本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋在跨中分三排，最下排兩根（N5）彎起角度為1.5，其余8根彎起角度均為8.5。為簡化計(jì)算和施工，所有鋼束布置的線性均為直線加圓弧，具體計(jì)算如下。(3)鋼束計(jì)算1）計(jì)算鋼束起彎點(diǎn)至跨中的位置。錨固點(diǎn)至支座中心線的水平距離為xi x5=3116tg8.5=28.6088cmx4=3148tg8.5=23.8264cm x3=3180tg8.5=19.0439cm x2=31112tg8.5=14.2615cm x1=31144tg8.5=9.4791cm鋼筋計(jì)算圖示和錨固段尺寸圖見下圖：鋼束起彎點(diǎn)至跨中的距離x1列表于1-6內(nèi)：表1-6 鋼束彎起點(diǎn)至跨中距離計(jì)算表鋼束號(hào)彎起高度y/cmy1/cmy2/cmL1/cmx3/cm彎起角（）R/cmx2/cmx1/cm54714.7809 32.2191 10098.9016 8.52933.2354 433.55981446.1474 47929.5619 49.4381 200197.8032 8.54500.8651 665.27021110.7530 310033.9962 66.0038 230227.4736 8.56009.0144 888.1889853.3814 212138.4304 82.5696 260257.1441 8.57517.1637 1111.108596.0098 114242.8647 99.1353 290286.8146 8.59025.3130 1334.026338.6383 上表各參數(shù)計(jì)算如下：L1為靠近錨固端直線段長度，根據(jù)需要確定，y為鋼束錨固點(diǎn)至鋼束起彎點(diǎn)的豎直距離，根據(jù)各量的幾何關(guān)系，可分別計(jì)算如下： y1=L1sin y2=y- y1 x3 =L1cos R=y2/(1-cos) x2=Rsin x1 =L/2- x2- x3+aXi式中：鋼束彎起角度（）；L計(jì)算跨徑（cm）；aXi錨固點(diǎn)至支座中心線的水平距離（cm）； 2)控制截面的鋼束重心位置計(jì)算各鋼束重心位置計(jì)算：當(dāng)計(jì)算截面在曲線段時(shí)，計(jì)算公式為： ai=a0+R(1-cos),sin= x4/R當(dāng)計(jì)算截面在錨固點(diǎn)的直線段時(shí)，計(jì)算公式為： ai=a0+y- x5tan式中： ai鋼束在計(jì)算截面處鋼束中心位置至梁底的距離；a0鋼束起彎前到梁底的距離；R鋼束起彎半徑；圓弧段起彎點(diǎn)到計(jì)算點(diǎn)圓弧長度對(duì)應(yīng)的圓心角；計(jì)算鋼束群重心到梁底的距離ap見表1-7：表1-7 各計(jì)算截面的鋼束位置及鋼束群重心位置計(jì)算表截面鋼束號(hào)x4/cmR/cmsina=x4/Rcosaa0aiap5未彎起2933.2354 019928.8506 四分點(diǎn)4未彎起4500.8651 01993121.61866009.0144 0.020239 0.99980 2021.2309 2378.99027517.1637 0.050417 0.99873 3140.5598 1636.36179025.3130 0.070509 0.99751 4264.4624 支點(diǎn)直線段yx5x5tga0aiap5470.1483529 28.6088 4.27561 951.72439 117.1539 4790.1483529 23.8264 3.56087 984.43913 31000.1483529 19.0439 2.84613 20117.15387 21210.1483529 14.2615 2.13139 31149.86861 11420.1483529 9.4791 1.41665 42182.58335 鋼束布置圖如下：3)鋼束長度計(jì)算:一根鋼書的長度為曲線長度、直線長度、與兩工作段長度（270cm）之和，其中鋼束曲線長度可按圓弧半徑及彎起角度計(jì)算，通過每根鋼束長度計(jì)算，就可以得到一片主梁和一孔橋所需鋼束總長度，用于備料和施工計(jì)算結(jié)果見下表：表1-8 鋼束長度計(jì)算表鋼束號(hào)半徑R彎起角曲線長度直線長度L1有效長度鋼束預(yù)留長度鋼束長度cmradcmcmcmcmcmcm52933.2354 0.1483529 435.15 1446.1474 1003962.60 1404102.60 44500.8651 0.1483529 667.72 1110.7530 2003956.94 1404096.94 36009.0144 0.1483529 891.45 853.3814 2303949.67 1404089.67 27517.1637 0.1483529 1115.19 596.0098 2603942.41 1404082.41 19025.3130 0.1483529 1338.93 338.6383 2903935.14 1404075.14 七、計(jì)算主梁截面幾何特性本箱梁采用后張法施工，內(nèi)徑60mm的鋼波紋管成孔，當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行張拉，張拉順序和鋼束號(hào)相同，年平均相對(duì)濕度為80。計(jì)算過程分三個(gè)階段，階段一為預(yù)制構(gòu)件階段，施工荷載為預(yù)制梁（包括橫隔梁）的自重，受力構(gòu)件按預(yù)制梁的凈截面計(jì)算；階段二為現(xiàn)澆混凝土形成整體階段，但不考慮現(xiàn)澆混凝土的承受荷載能力，施工荷載除階段一荷載之外，還應(yīng)包括現(xiàn)澆混凝土板的自重，受力構(gòu)件按預(yù)制梁灌漿后的換算截面計(jì)算;階段三為成橋階段，荷載除了階段一、二的荷載之外，還包括二期永久作用和活載，受力構(gòu)件按成梁后的換算截面計(jì)算。1.截面面積及慣性矩計(jì)算(1)在預(yù)加力階段，即階段二，只需計(jì)算小截面幾何特性。計(jì)算公式如下： 凈截面面積: An=AnA 凈截面慣性矩：In=InA(yis-yi)2表1-9 跨中截面面積和慣性矩計(jì)算表截面分塊名稱分塊面積Ai分塊面積形心之上緣距離yi分塊面積對(duì)上緣靜矩si全截面重心至上緣距離Yjs分塊面積的自身慣性矩Iidi=Yjs-yi分塊面積對(duì)截面形心的慣性矩IpI=Ip+Iicm2cmcm3cmcm4cmcm4cm4bi=240cm毛截面1300281.44371058970.0878.7527 63523354.73-2.6910 94157.00 60144885.08 扣除管道面積-352.6178-62753.90 忽略-99.2473 -3472626.65 12650996216.18 63523354.73-3378469.65 bi=340cm毛截面1480272.63771075218.10 76.2187 71578640.583.5810 189820.64 77163653.81 鋼筋換算面積520.817892702.4忽略-101.7813 5395192.58 153231167920.50 71578640.585585013.23 其中， 表1-10 四分點(diǎn)截面面積和慣性矩計(jì)算表截面分塊名稱分塊面積Ai分塊面積形心之上緣距離yi分塊面積對(duì)上緣靜矩si全截面重心至上緣距離Yjs分塊面積的自身慣性矩Iidi=Yjs-yi分塊面積對(duì)截面形心的慣性矩IpI=Ip+Iicm2cmcm3cmcm4cmcm4cm4bi=240cm毛截面13002.4881.44371058970.0878.9381 63523354.7-2.5056 81633.02 60594261.17 扣除管道面積-352.55171.3494-60409.23 忽略-92.4113 -3010726.58 12649.93998560.85 63523354.7-2929093.56 bi=340cm毛截面14802.4872.63771075218.10 75.9927 71578640.63.3550 166613.51 76480840.11 鋼筋換算面積520.8171.349489238.76752忽略-95.356