預應力混凝土連續(xù)剛構橋(計算書)

1、.預應力混凝土連續(xù)剛構橋計算書課程名稱：大跨度橋梁學院：土木與建筑學院任課教師： / 教授學生姓名學生學號：專業(yè)方向：建筑與土木工程（橋梁與隧道工程）日期：2017年 1月 10日.目錄一、基本信息 .31.1工程概況 .31.2技術標準 .31.3主要規(guī)范 .41.4結構概述 .41.5主要材料及材料性能.61.6計算原則、內容及控制標準.6二、模型建立與分析.72.1計算模型 .72.2主要鋼筋布置圖及材料用表.102.3截面特性及有效寬度.122.4荷載工況及荷載組合.12三、內力圖133.1內力圖 .13四、持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算結果.504.1截面受壓區(qū)高度.504.2正截面抗

2、彎承載能力驗算.504.3斜截面抗剪承載能力驗算.504.4抗扭承載能力驗算.514.5支反力計算 .51五、持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算結果.535.1結構正截面抗裂驗算.535.2結構斜截面抗裂驗算.53六、持久狀況構件應力驗算結果.546.1正截面混凝土法向壓應力驗算.546.2正截面受拉區(qū)鋼筋拉應力驗算.546.3斜截面混凝土的主壓應力驗算.55七、短暫狀況構件應力驗算結果.557.1短暫狀況構件應力驗算.55八、詳細計算表格.55.一、基本信息本人學號，根據教學要求， 設計的橋型主跨為 128m（120+學號倒數第二位），橋寬為 12.3m（ 12+學號倒數第一位 /10 ）, 施工

3、方法采用懸臂澆筑。計算要求包括：考慮施工過程，計算恒載、活載、溫度、溫度梯度、支座沉降等作用下內力和組合內力，出計算書。圖紙要求包括 : 方案布置圖和上部結構一般構造圖。1.1工程概況本設計采用 85+128+85m三跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋結構體系。兩端懸臂長度均為 85m，相應的懸臂根部梁高為 7m，梁端梁高為 2.7m。中跨跨中梁高 2.7m。形成一個通航孔，橋面最大縱坡 2.43 。主梁截面全部使用單箱單室截面。下部結構基礎分別采用明挖擴大基礎及灌注混凝土，墩身為實腹長方形截面。本方案技術較先進，工藝要求較嚴格，主梁上部結構施工方法采用懸臂澆筑。采用移動式掛籃作為主要施工設備， 以橋墩

4、為中心， 對稱地向兩岸利用掛籃澆筑節(jié)段的混凝土，待混凝土達到要求強度后，便張拉預應力束，然后移動掛籃，進行下一節(jié)段施工。本方案屬于超靜定結構， 該連續(xù)剛構橋既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、 行車平順的優(yōu)點，又保持了 T 構不須設大噸位支座的優(yōu)點， 同時避免了連續(xù)梁 （存在臨時固結和體系轉換）和 T 構（存在伸縮縫問題） 兩者的缺點，養(yǎng)護工作量小。此外，連續(xù)鋼構施工穩(wěn)固性好，減少或避免邊跨梁端搭架合龍的難度。但此橋型對地基承載力的要求更高， 若地基發(fā)生過大的不均勻沉降， 連續(xù)梁可通過調整墩頂支座的高程， 抵消下沉來補救， 而連續(xù)剛構則做不到。 當其主墩剛度過大時， 中跨梁體因會產生過大的溫差拉力而對結構

5、受力不利。 此外，梁墩聯結處應力復雜也是連續(xù)剛構的一個缺點。1.2技術標準（1）主跨徑： 128m(此為橋墩中距 ) 。（ 2）橋寬：12.3m（ 2凈 5.5m（車行道） +0.9m（中央分隔帶） +2 0.2m（及護欄） =12.3m）。（3）設計荷載：公路 - 級（汽車 - 超 20 級，掛車 -120 級）。（4）防撞欄桿：單側按每延米9.0KN。（5）截面：主梁采用變截面單箱單室的箱形截面，橋墩采用實腹長方形截面。（6）橋面縱坡：左2.43 ，中 0，右 2.40 。（7）橋面橫坡： 1.5 ，并適當設置路拱。（8）地質情況：河中為大范圍紫紅色砂巖。（9）墩高： 40m。.（10）橋

6、墩形式：豎直雙肢薄壁墩。（11）基礎形式：剛性基礎。1.3主要規(guī)范1) 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范 （JTG D62-2004）2) 公路橋涵設計通用規(guī)范 （JTG D60-2004）3) 公路工程技術標準（ JTG B01-2003）4) 公路橋梁抗震設計細則 （JTG/T B02-01-2008 ）5) 公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范 （JTG D63-2007）6) 城市橋梁設計規(guī)范（ CJJ11-2011）1.4結構概述橋梁結構圖示 （如圖 1）圖 1橋梁主跨和邊跨的擬定主跨根據教學要求徑定位 128m。對國內外已建成的連續(xù)剛構橋，邊跨和主跨的跨徑比值在 0.5 0.692

7、之間，大部分在 0.55 0.58 之間。采用 0.664 倍的中跨徑，即 85m，則全聯跨徑為： 85+128+85=298m。順橋向梁的尺寸擬定大跨連續(xù)剛構橋主梁一般采用箱形截面，箱梁根部截面的高跨比一般為1/16 1/20 ，其中大部分為1/18 左右，也有少數橋梁達到或低于1/20. 跨中截面梁高通常為支點截面梁高的1/2.5 1/3.5 ，略小于連續(xù)梁的跨中梁高。（1） 支點處梁高：箱梁根部高跨比取1/18.29 倍，即 7m.（2） 跨中梁高：跨中截面梁高取支點梁高的1/2,59 倍，即 2.7m.（3） 梁底曲線：選用二次拋物線，以跨中梁底為原點，曲線方程為： Y=-0.0010

8、49805X2 以支點梁底為原點，曲線方程為 ;Y=-0.000595156X 2橋墩尺寸擬定考慮連續(xù)剛構橋的橋墩與懸臂箱梁固結， 需承受懸臂箱梁傳來的軸向力及不平衡力矩，采用豎直雙肢薄壁墩，墩寬 B=8.1m,墩高 H=1.8m。箱梁尺寸擬定當跨徑超過 60m時，橫截面多為箱形。而 B=12.3m，采取單箱單室截面。如圖2所示。.圖 2截面構造圖（1）頂板、底板厚度 ;1) 箱梁根部底板厚度：一般約為墩頂梁高的1/10 1/12 ，取 85cm。2) 箱梁跨中底板厚度：取 26cm。3) 箱梁頂板厚度：箱梁斷面頂板厚在全梁范圍內一致取25cm。（ 2）箱梁腹板：1）腹板內無預應力束管道布置時

9、可采用200mm；2）腹板內有預應力束管道布置時可采用250300mm；3）腹板內有預應力束筋錨頭時采用350mm。故本設計中采用腹板厚度為35cm。在大跨徑橋中，為減少梁的自重彎矩，將腹板盡量減小為好，在支點處腹板厚度為滿足剪應力與主拉應力要求時，可參照下式選用： t=0.02B （1+0.02L ）。本設計中， B=12.3m，L=128m，故 t=0.876m ，而選用 25cm腹板時， t=0.25 3 2=1.50m0.876m，故可以。/B=1.5/12.3=1/8.2, 不符合 1/13 1/19. 。 /B=0.25/4.8=1/19.2, 滿足 1/15 1/20.(3) 其

10、余各處具體尺寸：在墩上、中跨跨中、邊跨跨中和橋的端部設橫梁。故在邊跨離根部 42.5m 處，中跨跨中、墩上、端部各設一道 6.9m 寬的橫梁，并把單室擴為雙室。截面構造如圖 3 所示。橋面鋪裝由公路橋涵設計通用規(guī)范 （JTGD60-2004）第條，橋面路緣內設置8cm厚瀝青混凝土鋪裝層。施工方法（1）主梁采用墩梁固結的掛籃懸臂澆筑施工。（2）橋墩采用液壓爬模施工。（3）基礎采用鋼圍囹澆筑混凝土。.1.5主要材料及材料性能（1）箱梁混凝土： C50（2）橋墩鋼筋混凝土： C30（3）基礎混凝土： C20（4）預應力鋼筋：采用抗拉強度標準值為 1860MPa，公稱直徑 d=15.2mm的低松弛高強

11、度鋼絞線。（5）非預應力鋼筋：受力筋采用級 HRB400級鋼筋，非受力筋采用級HPB300級鋼筋。1) 混凝土表格 1 混凝土表格強度彈性模量容重線膨脹系f ck (MPa) f tk (MPa) f cd (MPa) f td (MPa)等級(MPa)(kN/m3 )數C503450025.000.00001032.402.6522.401.83C303000025.000.00001020.102.0113.801.392) 普通鋼筋表格 2 普通鋼筋表格普通鋼筋彈性模量 (MPa)容重 (kN/m3 )f sk (MPa)f sd (MPa)f sd (MPa)R23521000076.

12、98235195195HRB33520000076.98335280280HRB40020000076.98400330330KL40020000076.984003303303) 預應力材料表格 3 預應力材料表格預應力彈性模量張拉控制應孔道磨阻孔道偏差鋼絞線松 一端錨固回縮鋼絞線(MPa)力 (MPa)系數系數弛系數值(m)Bot19500000.3000.006601.00.00600Top19500000.2000.001001.00.006001.6計算原則、內容及控制標準計算原則（1）汽車超 20 級作用下各截面的最大彎矩汽車荷載偏載時的增大系數?；钶d偏載時的增大系數，習慣上有兩種

13、取值方法：一是將箱梁視未開口截面，按偏心壓力法（剛性橫梁法）求出邊肋的橫向分布系數，作為增大系數取值的依據； 另一則是將活載產生的內力直接增大15%。本設計對汽車荷載偏安全地取前一種方法計算。.（2）掛車 -120 級作用下各截面的最大彎矩及最大剪力驗算時，平板掛車不考慮沖擊力；由公路橋涵設計通用規(guī)范 （JTG D60-2004）第條之二可知， 平板掛車在 1 橋梁全長內用一輛布載。 掛車荷載偏載時的增大系數取 15%考慮。（3）掛車荷載不與人群荷載及其他荷載同時出現。計算內容考慮施工過程，計算恒載、活載、溫度、溫度梯度、支座沉降等作用下內力和組合內力，出計算書?？刂茦藴剩?）求汽車荷載沖擊系

14、數。 根據公路橋涵設計通用規(guī)范（ JTGD60-2004）第條表的規(guī)定，當荷載長度 L 在 5m與 45m之間時，沖擊系數 可按下式計算： =（ 45-L ） 0.3/ （ 45-5 ） =0.3375-0.0075L（2）各截面荷載內力組合由通用規(guī)范第條，在按極限狀態(tài)設計箱梁各截面時，應按組合（恒載 +汽車荷載 +人群荷載）及組合（恒載 +掛車荷載）分別組合荷載，并選取相應的荷載安全系數， 注意到荷載效應占總荷載效應不同比例時需考慮不同的提高系數。二、模型建立與分析2.1計算模型圖 3 計算模型圖1）節(jié)點數量： 80 ；圖 4節(jié)點劃分圖示2）單元數量： 75 ；.圖 5單元劃分圖示3）邊界條

15、件數量： 6支承分別為每個橋墩兩個，邊跨支點各一處；彈性連接每個橋墩與主梁固結處各兩個。圖 6 邊界條件4) 施工階段數量： 16 ，施工階段步驟如下：施工階段 1：CS1 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 9：CS9 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 2：CS2 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 10：CS10 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 3：CS3 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 11：CS11 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 4：CS4 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 12：CS12 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 5：CS5 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 13：CS13 ，持續(xù)時間 3

16、0 天；施工階段 6：CS6 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 14：CS14 ，持續(xù)時間 15 天；施工階段 7：CS7 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 15：CS15 ，持續(xù)時間 30 天；施工階段 8：CS8 ，持續(xù)時間 12 天；施工階段 16：CS16 ，持續(xù)時間 10000 天；.圖 7施工階段控制分析表格 4施工階段劃分說明施工階段施工天數 /施工內容說明天CS112現澆墩頂主梁19、20、21、22、23、49、50、51、52、53 單元CS212掛籃懸臂澆筑18，24,48,54 單元CS312掛籃懸臂澆筑17,25,47,55單元CS412掛籃懸臂澆筑16,26,46,56

17、單元CS512掛籃懸臂澆筑15,27,45,57單元CS612掛籃懸臂澆筑14,28,33,58單元CS712掛籃懸臂澆筑13,29,43,59單元CS812掛籃懸臂澆筑12,30,42,60單元CS912掛籃懸臂澆筑11,31,41,61單元CS1012掛籃懸臂澆筑10,32,40,62單元CS1112掛籃懸臂澆筑9,33,39,63 單元CS1212掛籃懸臂澆筑8,34,38,64 單元.CS1330掛籃懸臂澆筑7,35,37,65 單元CS1415左邊跨合龍CS1530右邊跨合龍CS161000中跨合龍，現澆防撞欄桿和橋面鋪裝，考慮收縮徐變影響2.2主要鋼筋布置圖及材料用表（ 1） 預應

18、力鋼束特征值圖 8 .1鋼束特征值.圖8.2鋼束特征值表格 5預應力鋼彈性模量張拉控制應 孔道磨阻孔道偏差 鋼絞線松一端錨固回絞線(MPa)力(MPa)系數系數弛系數縮值 (m)15-1919500013950.2500.001500.30.0060015-1519500013950.2500.001500.30.00600（ 1）預應力鋼束布置圖.2.3截面特性及有效寬度1) 截面特性表格 6: 橋墩zyA(m2 )Asy(m2 )Asz(m2 )z(+)(m)z(-)(m)14.58012.15012.1500.9000.900Ixx(m 4 )Iyy(m 4 )Izz(m 4 )y(+)

19、(m)y(-)(m)13.5423.93779.7164.0504.0502 4 荷載工況及荷載組合1) 自重自重系數： -1.002）二期恒載二期恒載由兩側防撞護欄及橋面鋪裝組成，計算后取值：75KN/m。3) 整體升降溫溫度降溫： -20.00 （C ）溫度升溫： 20.00 （ C ）4）梁截面溫度表 7梯度升溫（單元11）序號寬度 (m)到箱梁頂距離 (m)溫度 (C)112.300.00-12.50212.300.18-3.40.表 8梯度降溫（單元 11）序號寬度 (m)到箱梁頂距離 (m)溫度 (C)112.300.0025.00212.300.186.705) 徐變收縮收縮齡期

20、： 3 天;構件理論厚度： 1m；理論厚度自動計算：由程序自動計算各構件的理論厚度。公式為：h a Ac u；u L a L ；0i收縮齡期： 3 天;構件理論厚度： 1m；理論厚度自動計算：由程序自動計算各構件的理論厚度。公式為：h a Ac u；u L 0 a Li ；6) 支座沉降按照每個地基及基礎的最大沉降量的最不利的荷載組合進行計算。第 1 組不均勻沉降 -0.005m；第 2 組不均勻沉降 -0.005m；7) 可變荷載活載：汽車荷載，橋梁等級為公路級；對于汽車荷載縱向整體沖擊系數 ，按照公路橋涵通用設計規(guī)范 第條，沖擊系數 可按下式計算：當 f 1.5Hz 時， 0.05 ；當

21、1.5Hz f 14Hz時， 0.1767ln(f)0.0157 ；當 f 14Hz 時， 0.45 ；根據規(guī)范，計算的結構基頻 f=0.48Hz ，沖擊系數 = 0.050 。三、內力圖3.1內力圖（ 1）恒載內力計算1）一期恒載內力值如表9.1 所示，彎矩和剪力圖如圖9.1 ，圖 9.2 所示。表格 9.1一期恒載內力值單荷載位置軸向剪力剪力扭矩彎矩彎矩元(kN)-y(kN)-z(kN)(kN*m)-y(kN*m)-z(kN*m)1一期恒載I115.470-5677.860001一期恒載J215.470-5079.4010757.302一期恒載I200-5079.42010757.302一

22、期恒載J300-3807.7029642.450.3一期恒載I300-3807.7029642.4503一期恒載J400-2535.99043122.7904一期恒載I400-2535.99043122.7904一期恒載J500-1264.27051198.3405一期恒載I500-1264.27051198.3405一期恒載J6007.45053869.0806一期恒載I6007.45053869.0806一期恒載J700605.9053255.7307一期恒載I700605.9053255.7307一期恒載J8002027.24047002.0208一期恒載I8-19.0202027.15

23、047002.0208一期恒載J9-31.8603464.02033967.3409一期恒載I9-53.403463.76033967.3409一期恒載J10-75.4804925.49014052.86010一期恒載I10-107.704924.9014052.86010一期恒載J11-14006423.90-12889.6011一期恒載I11-183.906422.790-12889.6011一期恒載J12-227.807971.450-47067.7012一期恒載I12-285.107969.610-47067.7012一期恒載J13-342.209580.290-88748.2013一

24、期恒載I13-414.209577.440-88748.2013一期恒載J14-486.7011262.480-138257014一期恒載I14-575.5011258.290-138257014一期恒載J15-665.6013029.980-195980015一期恒載I15-767.4013024.370-195980015一期恒載J16-877.6014894.970-262361016一期恒載I16-1001014887.210-262361016一期恒載J17-1134016868.940-337905017一期恒載I17-1276016858.770-337905017一期恒載J18

25、-1435018963.780-423175018一期恒載I18-1596018950.910-423175018一期恒載J19-1785021191.330-518794019一期恒載I19-1948021176.920-518794019一期恒載J20-2132023177.210-607840020一期恒載I200023275.090-607840020一期恒載J210023739.440-628997021一期恒載I21114.290-142350-624723021一期恒載J22114.290-120680-569487022一期恒載I23148.83022202.090-54691

26、1022一期恒載J22148.83022666.430-567102023一期恒載I24-1703020121.720-462103023一期恒載J23-1887022122.020-546911024一期恒載I25-1359017893.880-3715240.24一期恒載J24-1547025一期恒載I26-1048025一期恒載J25-1207026一期恒載I27-781.3026一期恒載J26-914.4027一期恒載I28-556.8027一期恒載J27-666.9028一期恒載I29-374.6028一期恒載J28-464.7029一期恒載I30-219.5029一期恒載J29-2

27、92030一期恒載I31-98.21030一期恒載J30-155.4031一期恒載I32-4.59031一期恒載J31-48.5032一期恒載I3364.42032一期恒載J3232.1033一期恒載I34111.57033一期恒載J3389.48034一期恒載I35139.56-4.0734一期恒載J34126.72-4.0735一期恒載I36148.8315.135一期恒載J35148.8315.137一期恒載I37148.8316.5637一期恒載J38148.8316.5638一期恒載I38130.2512.5838一期恒載J39117.4112.5839一期恒載I3997.88039

28、一期恒載J4075.8040一期恒載I4046.43040一期恒載J4114.11041一期恒載I41-26.41041一期恒載J42-70.32042一期恒載I42-124.1042一期恒載J43-181.3043一期恒載I43-248.8043一期恒載J44-321.2044一期恒載I44-412.1044一期恒載J45-502.1045一期恒載I45-600.7045一期恒載J46-710.8046一期恒載I46-830046一期恒載J47-963.1020134.30-462105015799.780-291299017904.790-371525013826.350-22080601

29、5808.070-291300011961.750-159481013832.350-220806010193.870-106822011965650-62380.8010196.690-10682306902.420-25774.108513.10-62382.205354.3303325.4306902.990-25775.403855.26025184.6605354.2603324.1402393.05040011.4303854.78025183.420955.4687.2747953.72-1494.972392.3487.2740009.77-1

30、475.61-242.673.3849378.43-526.27954.243.3847955.3-586.67625.89-2.9248726.28-461.221822.8-2.9243828.91-527.461823.8851.7843827.02-1322.363260.7651.7831757.82-1382.123261.36031758.9504723.09012805.9404723.46012806.5506222.460-13178.906222.440-13178.307771.10-46403.907770.420-46403.409381.090-87136.209

31、379.550-87135.7011064.570-135702011061.540-135702012833.220-192488012829.070-192486014699.660-257937014693.40-257937016675.120-3325560.47一期恒載I47-1101047一期恒載J48-1260048一期恒載I48-1417048一期恒載J49-1606049一期恒載I49-1742049一期恒載J50-1927050一期恒載I50148.83050一期恒載J51148.83051一期恒載I51120.22051一期恒載J52120.22052一期恒載I5300

32、52一期恒載J520053一期恒載I54-1969053一期恒載J53-2153054一期恒載I55-1614054一期恒載J54-1802055一期恒載I56-1292055一期恒載J55-1451056一期恒載I57-1015056一期恒載J56-1148057一期恒載I58-780057一期恒載J57-890.1058一期恒載I59-590.4058一期恒載J58-680.5059一期恒載I60-428.9059一期恒載J59-501.3060一期恒載I61-297.5060一期恒載J60-354.7061一期恒載I62-193.7061一期恒載J61-237.6062一期恒載I63-1

33、15.1062一期恒載J62-147.4063一期恒載I64-58.6063一期恒載J63-80.68064一期恒載I65-22.13064一期恒載J64-34.97065一期恒載I660065一期恒載J650066一期恒載I660066一期恒載J670067一期恒載I670067一期恒載J680068一期恒載I680016666.560-332556018771.560-416906018760.370-416906021000.780-511611020989.760-511611022990.020-599892023070.530-599892023534.870-6208640407

34、1.490-62188406238.430-643535023489.040-625385023953.380-646734021389.850-535483023390.150-625385019164.130-438848021404.550-535483017072.130-352562019177.140-438848015100.680-276002017082.40-352562013237.950-208604015108.550-276002011471.750-149865013243.440-20860409790.970-99339.7011475.990-1498650

35、8183.260-5664309793.940-99339.706636.560-21448.608185.220-5664305138.7606510.3106637.750-21448.603677.68027441.1505139.4106510.3102241.1041492.203677.98027441.150819.88048762.2802241.21041492.20-819.88048762.280-221.42049803.580-221.42049803.5801050.3048042.2301050.3048042.230.68一期恒載J69002322.010408

36、76.07069一期恒載I69002322.01040876.07069一期恒載J70003593.73028305.11070一期恒載I70003593.73028305.11070一期恒載J71004865.45010329.35071一期恒載I71004865.45010329.35071一期恒載J72005463.900072一期恒載I73-379740-114.290-4694.06072一期恒載J74-569280-114.290-122.52073一期恒載I75-105980-34.540-2506.25073一期恒載J76-295520-34.540-1124.47074一期恒

37、載I77-19463028.6101120.35074一期恒載J78-38417028.610-24.01075一期恒載I79-301920120.2203640.56075一期恒載J80-491460120.220-1168.4076一期恒載I36148.830242.67049384.33076一期恒載J37148.830625.89048732.910圖 9.1一期恒載彎矩圖圖 9.2一期恒載剪力圖2）二期恒載內力值如表9.2 所示，彎矩和剪力圖如圖9.3 ，圖 9.4 所示。表格 9.2二期恒載內力值單位置軸向剪力剪力扭矩彎矩彎矩荷載(kN)-y(kN)-z(kN)(kN*m)-y(kN*m)-z(kN*m)元.1二期恒載I115.470-5677.860001二期恒載J215.470-5079.4010757.302二期恒載I200-5079.42010757.302二期恒載J300-3807.7029642.4503二期恒載I300-3807.7029642.4503二期恒載J400-2535.99043122.7904二期恒載I400-25