預應力連續(xù)箱梁橋畢業(yè)設計計算書

1、武 漢 科 技 大 學 城 市 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文） 目 錄中文摘要外文摘要1 緒論 1 1.1 預應力混凝土梁橋的概述1 1.2 畢業(yè)設計的目的22 基本資料3 2.1 設計基本資料 3 2.2 設計依據3 2.3 主要材料33 方案比選4 3.1 比選原則4 3.2 設計方案4 3.3 方案比選74 結構尺寸及施工方案確定9 4.1 箱梁梁高尺寸確定9 4.2 箱梁頂板厚度確定9 4.3 箱梁腹板厚度確定9 4.4 箱梁底板厚度確定 10 4.5 施工方案確定115 荷載內力計算13 5.1 恒載內力的計算13 5.2 活載內力計算15 5.2.1 橫向分布系數的考慮15 5.

2、2.2 活載因子的計算 17 5.2.3 各控制截面的內力影響線 195.2.4 計算結果22 5.3 內力組合 23 5.3.1 承載能力極限狀態(tài)下的效應組合23 5.3.2 正常使用極限狀態(tài)下的效應組合25 5.3.3 計算結果 256 配筋設計 41 6.1 預應力鋼筋估算原理41 6.1.1 按承載能力極限計算時滿足正截面強度要求41 6.1.2 使用荷載下的應力要求42 6.2 預應力鋼筋量的估算44 6.3 預應力鋼束的布置 46 6.4 普通鋼筋量的估算 46 6.5 普通鋼筋的布置487 截面驗算 49 7.1正截面抗彎承載力驗算 49 7.2 使用階段斜截面抗剪驗算50 7.

3、3 使用階段正截面抗裂驗算50 7.4 使用階段斜截面抗裂驗算 7.5 使用階段正截面壓應力驗算 51 7.6 使用階段斜截面主壓應力驗算52 7.7 預應力鋼筋拉應力驗算53 7.8 撓度驗算55結 論56參考文獻57致 謝58附錄一 外文參考文獻（譯文）59附錄二 外文參考文獻（原文）63附錄三 附表68附錄三 MIDAS建模原始數據99 河南某高速K29+190橋畢業(yè)設計摘 要目前，預應力混凝土被廣泛的使用于各種中小跨度的橋梁中，而且大量采用預應力混凝土將是未來橋梁發(fā)展的趨勢。在本次畢業(yè)設計中，對目前在公路橋梁中經常使用的預應力混凝土箱型截面梁橋的設計做了全面的介紹，其中包括調研，外文資

4、料的翻譯，方案設計，結構計算以及施工圖的繪制。本設計的主要工作是通過midas civil計算完成的，包括對構件受力簡圖的確定，構件上荷載的分析計算，根據不同情況進行內力組合，結構的配筋計算，截面驗算，施工組織設計的編制和繪制施工詳圖。關鍵詞： 預應力混凝土； 箱型截面； 結構計算； midas civil； An expressway in henan K29+190 bridge the graduation designAbstractNowdays,the pre-stressed concrete is extensively used in various kinds of bri

5、dges of medium and small span ,and it will be development trend of the bridge in the future to adopt the bridge of the pre-stressed concrete in a large amount .In this graduation design ,overall introduction of the pre-stressed box girder sections concrete beam bridge among highway bridge often used

6、 at present ,investigation and research ,translation of foreign data ,conceptual design ,calculation of structure and drawing .The most part of the count of the design is completed by midas ,include confirming the force diagram of the bridge ,calculating the load on the structure ,making the combina

7、tion of the internal force for different load case ,calculating the reinforcement needed for the structure ,designing the construction organization and mapping out pians.Key words： The pre-stressed concrete； box girder sections; Calculation of structure design； midas civil - 114 -1 緒論 1.1 預應力混凝土梁橋的概

8、述我國幅員遼闊，大小山脈和江河湖澤縱橫全國，在已通車的公路路線中尚有大量渡口需要改建為橋梁，并且隨著社會主義工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術現代化的逐步實現，還迫切需要修建許多公路、鐵路和橋梁，在此我們廣大橋梁工程技術人員將不斷面臨著設計和建造各類橋梁的關榮而艱巨的任務。目前，我國橋梁建筑中仍以預應力鋼筋混凝土結構為主，其材料鋼筋和混凝土造價較低，材料來源豐富，且可以澆筑成各種復雜斷面形狀，節(jié)省材料，承載力也不低，經過合理設計可以獲得較好的抗震性，今后幾十年，鋼筋混凝土結構仍將活躍在我國建筑史上。由于普通鋼筋混凝土結構存在不少缺點：如過早地出現裂縫，使其不能有效地采用高強度材料，結構自重必然大，從而

9、使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。為了解決這些問題，預應力混凝土結構應運而生，所謂預應力混凝土結構，就是在結構承擔荷載之前，預先對混凝土施加壓力。這樣就可以抵消外荷載作用下混凝土產生的拉應力。自從預應力結構產生之后，很多普通鋼筋混凝土結構被預應力結構所代替。預應力混凝土可看做是一種預先儲存了足夠壓力的新型混凝土材料。對混凝土施加預壓力的高強度鋼筋（或稱力筋），既是加力工具，又是抵抗荷載所引起構件內力的受力鋼筋?？紤]到混凝土與時間相關的收縮和徐變作用會導致相當可觀的預應力損失，故必須使用高強材料才能使預應力混凝土獲得良好的使用效果。預應力混凝土除了同樣具有鋼筋混凝土橋梁的優(yōu)點外，還有下述重要

10、特點：能最有效地利用現代高強度材料（高強混凝土、高強鋼材），減小構件截面，顯著降低自重所占全部設計荷載的比重，增大跨越能力，并擴大混凝土結構的適用范圍。與鋼筋混凝土橋相比，一般可以節(jié)省鋼材30%40%，跨徑愈大，節(jié)省愈多。全預應力混凝土梁在使用荷載下不出現裂縫，即使是部分預應力混凝土梁在常遇荷載下也無裂縫，鑒于能全截面參與工作，梁的剛度就比通常開裂的鋼筋混凝土梁要大。因此，預應力混凝土梁可顯著減小建筑高度，使大跨境橋梁做得輕柔美觀。由于能消除裂縫，這就擴大了對多種橋型的適應性，并更加提高了結構的耐久性。預應力技術的采用，為現代裝配式結構提供了最有效的接頭和拼裝手段。根據需要，可在縱向、橫向和豎

11、向施加預應力，使裝配式結構集整成理想的整體，這就擴大了裝配式橋梁的使用范圍，提高了運營質量。顯然，要建好一座預應力混凝土橋梁，首先要有作為預應力筋的優(yōu)質高強鋼材和要可靠保證高強混凝土的制備質量，同時需要有一套專門的預應力張拉設備和材質好、制作精度要求高的錨具，并且要掌握較復雜的施工工藝。綜上所述，預應力混凝土的種種優(yōu)異性，特別是從20世紀50年代以來，由于材料性能不斷改進，設計理論日趨完善，施工工藝的革新創(chuàng)造，使得用這種新型材料修建的橋梁獲得了很大發(fā)展，在橋梁工程中占日益重要的地位。1.2 畢業(yè)設計的目的畢業(yè)設計的目的在于培養(yǎng)畢業(yè)生綜合能力，靈活運用大學所學的各門基礎課和專業(yè)課知識，并結合相關

12、設計規(guī)范，獨立的完成一個專業(yè)課題的設計工作。設計過程中提高學生獨立的分析問題，解決問題的能力以及實踐動手能力，達到具備初步專業(yè)工程人員的水平，為將來走向工作崗位打下良好的基礎。2 基本資料2.1 設計基本資料橋寬：0.5m護欄+11.5m行車道+0.5m護欄（左幅）橋長：45m+70m+45m，共長160m橋面高程：起點高程591.84m，終點高程595.29m橋面橫坡單向2%設計荷載：公路級荷載車道布置：本橋為分離式單幅，單向三車道2.2 設計依據1、公路工程技術標準TGB01-20032、公路橋涵設計通用規(guī)范JTG D60-20043、公路鋼筋混凝土及預應力橋梁設計規(guī)范JTG D62-20

13、044、公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范JTGD63-20072.3 主要材料1、預應力鋼筋采用ASTM A41697a標準的低松弛鋼絞線（17標準型），抗拉強度標準值，抗拉強度設計值，公稱直徑15.24mm，公稱面積140mm2，彈性模量，錨具采用夾片式群錨。2、非預應力鋼筋：HRB400級鋼筋，抗拉強度標準值，抗拉強度設計值，彈性模量。3、混凝土：主梁采用C60，抗壓強度標準值，抗壓強度設計值；抗拉強度標準值，抗拉強度設計值。3 方案比選3.1 比選原則本設計橋梁的形式可考慮連續(xù)梁橋、拱橋、板橋三種形式。從實用、安全、經濟、美觀、環(huán)保以及占地與工期多方面比選。比選原則：（1）實用性。橋梁必須實用

14、，要有足夠的承載力。能保證行車的暢通、舒適和安全。既滿足當前的需要，又要考慮今后的發(fā)展。要能滿足交通運輸本身的需要，也要考慮到支援農業(yè)等等。（2）安全性。橋梁的設計要能滿足施工及運營階段的受力需要，能夠保證其耐久性和穩(wěn)定性以及在特定地區(qū)的抗震需求。（3）經濟性。在社會主義市場經濟體制的今天，經濟性是不得不考慮的重要因素。在能夠滿足橋兩個方面需求的情況下要盡量考慮是否經濟，是否以最少的投入獲得最好的效果。（4）美觀性。在橋梁設計中應盡量考慮橋梁的美觀性。橋梁的外形要優(yōu)美，要與周圍環(huán)境相適應，合理的輪廓是美觀的主要因素。（5）環(huán)保性。隨著經濟的發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對環(huán)境保護提出了更高的要

15、求，在建筑領域，一個工程的建設不能以犧牲環(huán)境作代價，在保證順利工的前提下要盡量避免對環(huán)境的破壞以實現經濟的可持續(xù)發(fā)展。應根據上述原則，對橋梁作出綜合評估。3.2 設計方案方案一：預應力混凝土連續(xù)梁橋方案，跨徑組成（45+70+45）m，全橋長160m。上部結構為單箱單室變截面箱形梁，下部結構為混凝土重力式橋墩，底緣按二次拋物線變化。橫截面尺寸按常規(guī)選定，其中腹板和底板采用變厚度。主橋上部結構采用掛籃懸臂澆筑，對稱平衡逐段施工，施工長度為35m，掛籃以萬能桿件組拼。墩頂的箱梁在墩旁托架上立模現場澆筑，待橋墩與墩頂的箱梁臨時固結后進行懸臂澆筑施工。在梁段懸澆施工中，內模采用了滑升工藝，提高了施工效

16、率。圖3-1 連續(xù)梁橋方案圖示(單位：cm）方案二：中承式拱橋方案，跨徑組成(30+100+30)m,全橋長160m。不等跨鋼管混凝土中承式拱橋。拱肋軸線采用懸鏈線性，拱肋外形為等截面結構，中承式自錨結構，鋼管拱肋。由于橋面位置在拱的中部穿過，可以隨引橋兩端接線所需的高度上下調整，所以適應性強。鋼管混凝土結構中鋼管對混凝土的套箍作用使鋼管內混凝土處于三向受力狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強度和變形能力。采用塔架斜拉鎖法施工。拱橋的靜力特點是，在豎直何在作用下，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，設計得合理的拱軸，主要承受壓力，彎矩

17、、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構，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。圖3-2 拱橋方案圖示（單位：cm）方案三：裝配式預應力混凝土簡支T型梁橋，跨徑組成(440)m。全橋長160m。橋梁的橫截面采用T型截面，因為該橋的跨度較大，預應力鋼筋采用曲線布置，這樣不僅有利于抗剪，而且在拼裝完成后，在橋面上進行張拉，可防止梁上緣開裂。裝配式橋制造簡單，整體性好，接頭也方便，而且能有效的利用現代高強材料，減少構件截面，與鋼筋混凝土相比，能節(jié)省鋼材，在使用荷載下不出現裂縫等。采用預制拼裝法施工，即先預制T型梁，然后用大型機械吊裝，施工快捷方便

18、。圖3-3 裝配式預應力混凝土剪支T型梁橋方案圖示（單位：cm）3.3 方案比選表3-1 方案比選表橋型方案第一方案：預應力混凝土連續(xù)箱梁橋第二方案：中承式拱橋第三方案：裝配式預應力混凝土剪支T型梁橋使用性能建筑高度較低，易保養(yǎng)和維護，抗震能力強，受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適，橋下視覺效果好。建筑高度較低，易保養(yǎng)和維護；抗震能力差。建筑高度較低，易保養(yǎng)和維護，橋下視覺效果好。受力性能會發(fā)生體系轉換，受力復雜受力復雜，是一種充分發(fā)揮圬工及鋼筋混凝土材料抗壓性能的合理橋型。受力明確經濟性變截面形式，可減少混凝土圬工，但施工難度大，維修費用低施工工藝復雜，適用于城市橋梁，費用較高，維修

19、費用低等截面形式能大量節(jié)約模板，加快建橋進度，簡易經濟，但不能充分利用截面作用，基礎設計量大。美觀性構造簡單，線形簡潔美觀外形美觀構造簡單，線形簡潔施工方面本橋采用懸臂澆筑法，結構整體性較好，施工變形易控制可利用計算機程序逐段控制底模標高。懸澆起重能力要求不高，僅起吊鋼筋骨架及混凝土。本橋采用有支架施工，但這種方法需要耗費大量的建筑材料和勞動力，并且工期較長，因而大大影響了拱橋的推廣使用。等跨徑布置，細部尺寸相同，可以重復利用模板預制，施工較為方便。適用性適用于對橋下視覺有要求的工程，適用于各種地質情況；跨越能力較大?？梢圆皇軜蛳碌匦螚l件限制或通航限制因地基要求高，要求地質情況好；適用于城市橋

20、梁?？缭侥懿?。各梁受力相對獨立，避免超靜定梁的復雜問題，行車較舒適。當前，我國橋梁設計必須遵循“實用、經濟、安全和美觀”的基本原則。只有滿足實用這一基本條件后，才能談得上對橋梁結構的其他要求，既做到總造價經濟，又保證工程質量和使用安全可靠。在實用、經濟和安全的前提下，盡可能使得橋梁具有優(yōu)美的外形，并與周圍的環(huán)境相協(xié)調。方案一和方案二相比：連續(xù)梁結構可以降低梁高，節(jié)省工程數量，有利于爭取橋下凈空，并改善景觀；其結構剛度大，具有良好的動力特性以及減震降噪作用，使行車平穩(wěn)舒適，后期的維修養(yǎng)護工作也較少。從城市美學效果來看，連續(xù)梁造型輕巧、平整、線路流暢，將給城市爭色不少。但連續(xù)梁對基礎沉降要求嚴格，

21、特別是由于聯長較大，梁體與墩臺之間的受力十分復雜，加大了設計難度。拱橋的靜力特點是，在豎直何在作用下，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，簡直梁的跨中彎矩為ql2/8，全梁的彎矩圖呈拋物線形，而設計得合理的拱軸，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構，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。石拱對石料的要求較高，石料加工、開采與砌筑費工，現在已很少采用。由墩、臺承受水平推力的推力拱橋，要求支撐拱的墩臺和地基必須承受拱端的強大推力，因而修建推力拱橋要求有良

22、好的地基。對于多跨連續(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，或設置單向推力墩以承受不平衡的推力。但是其造價較高，不經濟，且對地基的要求很高，且施工工藝復雜。故方案一優(yōu)于方案二。方案一和三相比，裝配式橋梁施工便捷快速，結構受力明確，橋梁自重較輕但是預應力張拉后上拱偏大，影響橋面線形，使橋面鋪裝加厚等。故方案一優(yōu)于三。4 結構尺寸及施工方案確定4.1 箱梁梁高尺寸確定本橋為（45+70+45）m預應力混凝土連續(xù)梁橋，最大跨徑為70m，本橋采用單箱雙室的截面形式，因為在外載和自重作用下，支點截面將出現較大的負彎矩，從絕對值來看，支點截面的負彎矩大于跨中截面的正彎矩，因此，采用變截面

23、梁能符合梁的內力分布規(guī)律，變截面梁的變化規(guī)律采用二次拋物線。根據經驗確定，預應力混領土連續(xù)梁橋的中支點主梁高度與其跨徑之比通常在1/151/25之間，主梁梁高H=(1/151/25)L=(1/151/25)70=2.84.7m，取4m；而跨中梁高與主跨之比一般為1/401/50之間，主梁梁h=(1/301/50)=(1/301/50)70=1.42.3m，取2m。4.2 箱梁頂板厚度確定確定箱型截面頂板厚度一般考慮兩個因素：滿足橋面板橫向彎矩的要求，滿足布置縱向預應力鋼束的要求。本設計腹板箱內頂板厚度均取40cm。4.3 箱梁腹板厚度確定梁的腹板厚度，主要是滿足混凝土抗剪和主拉應力的要求，同時

24、又要考慮到普通鋼筋或預應力鋼束的布置和混凝土澆筑不發(fā)生困難。一般情況下，腹板內無預應力筋時可采用200mm，有預應力筋管道時可采用250300mm，有錨頭時則可采用350mm。在大跨度預應力混凝土箱梁橋中，腹板厚度可從跨中逐步向支點加厚，以承受支點處較大的剪力，一般采用300600mm，有達到1m。在頂板與腹板接頭處有必要設置梗腋，它可提高截面的抗扭剛度和抗彎剛度，減少了扭轉剪應力和畸變應力，底板和腹板接頭處可根據需要設置。梗腋形式一般為1：2，1：1或3：1，2：1。腹板厚度也可以采用以下的經驗公式估算：跨中： 墩部： 式中： K2箱梁根部腹板厚度參數，查公路橋涵設計手冊梁橋(下冊)； K3

25、 箱梁跨中腹板厚度參數，查公路橋涵設計手冊梁橋(下冊)； B 橋面寬度； Lm 最大跨度； t3s 箱梁根部腹板厚度總和； t3c 箱梁跨中腹板厚度總和； Hs 墩上梁高； Hc 跨中梁高；腹板厚度梁端和跨中為55cm，橋墩處為90cm。4.4 箱梁底板厚度確定箱形截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位，當采用懸臂施工方法時，梁的下緣特別是靠近橋墩的截面承受很大的壓力，箱形截面的底板應提供足夠大的承壓面積，發(fā)揮良好的受力作用。在發(fā)生變號彎矩的截面中，頂板和底板都應各自發(fā)揮承壓的作用。一般來講，變截面箱梁底板厚度也隨梁高變化，墩頂處底板厚為梁高的1/10-1/12，跨中處底板厚一般為2

26、00250mm，底板厚最小應有120mm。本次設計的底板厚度由梁端和跨中的30cm漸變至橋墩處的75cm?？缰邢淞航孛婧投枕斚淞航孛娉叽缛鐖D所示圖4-1 支點截面（尺寸單位：cm）圖4-2 跨中截面（尺寸單位：cm）4.5施工方案確定本橋采用懸臂澆筑法施工，利用掛籃在墩柱兩側對稱平衡地澆筑梁段混凝土（每段長25m)每澆筑完一對梁段，待達到規(guī)定強度后張拉預應力鋼筋并錨固，然后向前移動掛籃，進行下一梁段的施工，直到懸臂端為止。懸臂澆筑法施工的主要施工優(yōu)點是：不需要占地很大的預制場；逐段澆筑，易于調整和控制梁段的位置，且整體性好；不需要大型機械設備；主要作業(yè)在設有頂棚的、養(yǎng)生設備等的掛籃內進行，可以

27、做到施工不受氣候條件影響；各段施工屬于嚴密的重復作業(yè)，需要施工人員較少，技術熟練快，工作效率高等。主要施工缺點是：梁體部分不能與墩柱平行施工，施工周期較長，而且懸臂澆筑施工的混凝土加載齡期較短，混凝土收縮和徐變影響較大。施工工序如下圖布置永久支座，張拉下部鋼束施工橋面施工合龍段(Key Seg.)施工邊跨施工完第一中間跨，移動掛籃施工下部工程制作及拼裝掛籃分階段施工下部工程架設零號塊的臨設并設置臨時固結措施在零號塊上布置掛籃拼裝模板，布置鋼筋和鋼材混凝土的澆筑及養(yǎng)護、張拉鋼束移動掛籃到下一個橋梁段同時進行圖4-3 施工工序5 荷載內力計算5.1 恒載內力的計算主梁主梁恒載內力，包括主梁自重引起

28、的內力（一期恒載）Sg1 和二期恒載（如鋪裝、欄桿等）引起的主梁后期恒載內力Sg2。本次設計由MIDAS 軟件計算的有關截面幾何特性結果如表3-1所示：表5-1 控制截面幾何特性值毛 截 面 幾 何 特 性控制截面單元號截面類型A （m2）Iyy(m4)Y上（m）Y下（m）H（m)邊左支點截面1變截面i段9.584.5470.7391.2612.000邊跨1/4跨截面5變截面i段9.584.5470.7391.2612.000邊跨1/2跨截面8變截面j段11.1138.5740.9741.4872.461邊跨3/4跨截面12變截面j段14.15521.9221.4811.9193.400橋墩截

29、面(左)16變截面j段16.20534.7661.8192.1814.000橋墩截面(右)17變截面i段16.20534.7661.8192.1814.000中跨1/4跨截面23變截面j段11.74110.7791.0781.5822.660中跨1/2跨截面29變截面j段9.584.5470.7391.2612.000 本次設計由MIDAS 軟件計算的恒載內力計算結果如表3-2 所示表5-2 恒載內力計算結果表單元荷載位置截面剪力(kN）扭矩(kNm)彎矩(kNm)1cLCB1I1左支點-2086.64005cLCB1I5邊跨1/4截面1499.3903224.048cLCB1J9邊跨1/2截

30、面5631.980-39029.8512cLCB1J13邊跨3/4截面10594.830-135406.0516cLCB1J17橋墩支點(左)15673.730-266266.83續(xù)表5-2 恒載內力計算結果表17cLCB1I17橋墩支點(右)-14528.590-266266.8323cLCB1J24中跨1/4截面-5632.220-79396.7429cLCB1J30中跨1/2截面-29.220-35518.17恒載作用下彎矩剪力圖如下：圖5-1 恒載作用下結構彎矩圖圖5-2 恒載作用下結構剪力圖5.2 活載內力計算本次設計的活載內力計算為基本可變荷載（公路一級）在橋梁使用階段所產生的結構

31、內力。5.2.1 橫向分布系數的考慮荷載橫向分布指的是作用在橋上的車輛荷載如何在各主梁之間進行分配，或者說主梁如何分擔車輛荷載。當把荷載按橫向最不利位置布置在荷載橫向影響線上，求得各片主梁分配到的橫向荷載的最大值為m。，此m 則表示主梁在橫向分配到的最大荷載比例，即稱為荷載橫向分布系數。對于汽車、人群荷載橫向分布系數m 的計算公式如下： 汽車： 人群：式中、分別對應于汽車和人群荷載集度的荷載橫向分布影響線豎值。在實踐中，由于施工特點、構造設計等的不同，鋼筋混凝土和預應力混凝土梁式橋上可能采用不同類型的橫向結構。因此，為使荷載橫向分布的計算能更好地適應各種類型的結構特性，就需要按不同的橫向結構簡

32、化計算模型擬定出相應的計算方法。目前常用一下幾種荷載橫向分布計算方法：杠桿原理法把橫向結構（橋面板和橫隔梁）視作在主梁上斷開而剪支在其上的簡支梁。偏心壓力法把橫隔梁視作剛性極大地梁。橫向鉸接板法把相鄰板之間視為鉸接，只傳遞剪力。橫向剛接梁法把相鄰主梁之間視為剛性連接，即傳遞剪力和彎矩。比擬正交異性板法將主梁和橫隔梁的剛度換算成兩向剛度不同的比擬彈性平板來求解。本次設計，因為是單箱單室箱形截面，抗扭能力強，可以看做時剛度足夠大，橋面凈寬W=11.5m，設計為單向3車道。單箱單室亦可簡化成2片梁肋，故可用偏心壓力法計算其橫向分布系數mc。1）計算橫向影響線豎標值本設計可看作梁數n = 2，梁間距為

33、6.5m，則： 1號邊主梁跨中截面的橫向影響線豎標值為： 影響線如下 ：圖5-3 箱梁影響線由幾何關系： 解得：同理求得 （1）按一車道加載時： 橫向分布系數： （2）按二車道加載時： 橫向分布系數： （3）按三車道加載時： 橫向分布系數： 5.2.2 活載因子的計算汽車以較高的速度駛過橋梁時，由于橋面不平整、發(fā)動機震動等原因，會引起橋梁結構的振動，從而造成內力增大，這種動力效應稱為沖擊作用。在計算中采用靜力學的方法，即引入一個豎向動力效應的增大系數即沖擊系數 ，來計及汽車荷載的沖擊作用，汽車荷載的沖擊力即為汽車荷載標準值乘以沖擊系數 。沖擊系數的計算采用以結構基頻為指標的方法。橋梁結構的基頻

34、反映了結構的尺寸、類型、建筑材料等動力特性，它直接反映了沖擊系數與橋梁結構間的關系。不管橋梁的建筑材料、結構類型是否有差別，也不管結構尺寸與跨徑是否有差別，只要橋梁結構的基頻相同，在同樣條件的汽車荷載下，就能得到基本相同的沖擊系數。按結構不同的基頻，汽車引起的沖擊系數在0.050.45 之間變化，其計算方法為：當 f 14Hz 時， = 0.45式中： f 結構基頻（Hz）橋梁的自振頻率（基頻）宜采用有限元方法計算，對于連續(xù)梁結構，當無更精確的方法計算時，也可以采用下列公式估算： 式中： 結構的計算跨徑，單位：； 結構材料的彈性模量，單位：； 結構跨中截面的截面慣矩，單位：； 結構跨中處的單位

35、長度質量（單位：），當換算為重力計算時，其單位應為：； 結構跨中處延米結構重力，單位：； 重力加速度，。計算連續(xù)梁的沖擊力引起的正彎矩效應和剪力效應時，采用；計算連續(xù)梁的沖擊力引起的負彎矩效應時，采用。因邊垮跨度小 按照最不利效應計算法則 取45m，查得Ic=8.574m4 mc=(11.11325)/9.8=28349.49 值可按下式計算： 當1.5Hz時， =0.05 當1.5Hz14Hz時， 當14Hz時， =0.45式中 結構基頻（Hz）。求得：正彎矩效應： 0.406 負彎矩效應： 0.45活載因子： 式中 1+ 沖擊系數； n車道數； 車道橫向折減系數，查表5-3； 偏載系數 表

36、5-3 車道橫向折減系數橫 向 折 減 系 數橫向布載車道數（條）2345678橫向折減系數10.780.670.60.550.520.5一車道加載時：二車道加載時：三車道加載時：5.2.3 各控制截面的內力影響線1）剪力影響線圖5-4 左邊支點右力影響線圖5-5 邊跨1/4剪力影響線圖5-6 邊跨跨中剪力影響線圖5-7 邊跨3/4剪力影響線圖5-8 左中支點左剪力影響線 圖5-9 左中支點右剪力影響線圖5-10 中跨1/4剪力影響線圖5-11 中跨跨中剪力影響線2) 彎矩影響線圖5-12 邊跨1/4彎矩影響線圖5-13 邊跨跨中彎矩影響線圖5-14 邊跨3/4彎矩影響線圖5-15 左中支點彎

37、矩影響線圖5-16 跨中1/4彎矩影響線圖5-17 中跨跨中彎矩影響線5.2.4 計算結果根據最不利布載原則，在各個截面的內力影響線上按通規(guī)第4.3.1條的布載要求可求得汽車在各個截面上的最大彎矩、最小彎矩、最大剪力、最小剪力，再考慮沖擊系數，車道折減系數以及增大系數后，可得到活載內力，其結果見表5-4。表54 公路I級汽車荷載作用效應控制截面汽車MMax(kNm)汽車Mmin(kNm)汽車QMax(kN)汽車Qmin(kN)邊左支點截面0.000.00273.49-940.46邊跨1/4跨截面6349.71-2755.68374.25-591.38邊跨1/2跨截面7570.56-4172.4

38、0652.12-224.86邊跨3/4跨截面4437.12-8909.22926.58-126.98橋墩截面(左)2600.15-13742.791159.51-64.06橋墩截面(右)2600.15-13742.79126.88-1211.51中跨1/4跨截面4999.15-3467.49218.28-813.53中跨1/2跨截面7490.07-2046.21480.43-480.43圖5-18 活載作用下最大最小彎矩圖圖5-19 活載作用下最大最小剪力圖5.3 內力組合5.3.1 承載能力極限狀態(tài)下的效應組合公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用以下兩種作用效應組合：基本組合和偶然組

39、合，由于本設計不考慮偶然作用的影響，故只采用基本組合。基本組合是永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為： 或 式中 承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合設計值； 結構重要性系數，按通規(guī)JTG D60-2004表1.0.9規(guī)定的結構設計安全等級采用，對應于設計安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9； 第個永久作用效應的分項系數，應按通規(guī)JTG D60-2004表4.1.6的規(guī)定采用；、第個永久作用效應的標準值和設計值； 汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的分項系數，取=1.4。當某個可變作用在效應組合中其值超過汽車荷載效應時，則該作用取代汽車荷載，

40、其分項系數應采用汽車荷載的分項系數；對專為承受某作用而設置的結構或裝置，設計時該作用的分項系數取與汽車荷載同值；計算人行道板和人行道欄桿的局部荷載，其分項系數也與汽車荷載取同值；、汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的標準值和設計值； 在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）、風荷載外的其他第個可變作用效應的分項系數，取=1.4，但風荷載的分項系數取=1.1；、在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第個可變作用效應的標準值和設計值； 在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）外的其他可變作用效應的組合系數，當永久作用與汽車荷載和人群荷載（或其他

41、一種可變作用）組合時，人群荷載（或其他一種可變作用）的組合系數取=0.80；當除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）外尚有兩種其他可變作用參與組合時，其組合系數取=0.70；尚有三種可變作用參與組合時，其組合系數取=0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時，取=0.50。根據通規(guī)第4.1.6條規(guī)定，各種作用的分項系數屈指如下： 結構重要性系數取 =1.1； 一期恒載作用的分項系數，當作用對結構的承載能力不利時，取 =1.2；當作用對結構的承載能力有利時，取 =1.0； 二期恒載作用效應的分項系數，當對結構的承載能力不利時，取 =1.2；當作用對結構的承載能力有利時，取 =1.0； 汽車

42、荷載效應的分項系數取 =1.4； 其他可變作用效用的組合系數 =0.8；則承載能力極限狀態(tài)組合為： 當作用最結構的承載能力不利時取 當作用對結構的承載能力有利時取 5.3.2 正常使用極限狀態(tài)下的效應組合公路橋涵結構按正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據不同的設計要求，采用以下兩種效應組合：1) 作用短期效應組合永久作用標準值效應與可變作用頻率值效應相組合，其效應組合表達式為： 式中 作用短期效應組合設計值； 第個可變作用效應的頻率值系數，汽車荷載（不計沖擊力）=0.7，人群荷載=1.0，風荷載=0.75，溫度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；第個可變作用效應的頻率值。2) 作用長期效應組合永久作

43、用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為： 式中 作用長期效應組合設計值； 第個可變作用效應的準永久值系數，汽車荷載（不計沖擊力）=0.4，人群荷載=0.4，風荷載=0.75，溫度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；第個可變作用效應的準永久值。5.3.3 計算結果 本設計中由MIDAS 軟件自動生成的荷載組合如下表5-5：表5-5 荷載效應組合值名稱激活類型組 合cLCB2承載能力相加1.2(cD)+1.2(cTS)+1.0(cCR)+1.0(cSH)+1.4McLCB12承載能力相加1.0(cD)+1.0(cTS)+1.0(cCR)+1.0(cSH)+1.4McLCB22

44、使用性能相加1.0(cD)+1.0(cTP)+1.0(cTS)+1.0(cCR)+1.0(cSH)+0.7/(1+mu)M續(xù)表5-5 荷載效應組合值cLCB31使用性能相加1.0(cD)+1.0(cTP)+1.0(cTS)+1.0(cCR)+1.0(cSH)+0.4/(1+mu)McLCB36使用性能相加1.0(cD)+1.0(cTP)+1.0(cTS)+1.0(cCR)+1.0(cSH)+1.0M附注：cD代表恒荷載；cTS代表鋼束二次；cCR代表徐變二次；cSH代表收縮二次；M代表車道荷載；cTP代表鋼束一次。（1）荷載組合二：1.2自重+1.2鋼束二次+1.0徐變二次+1.0收縮二次+1

45、.4車道荷載表5-6 荷載內力組合二單元荷載位置軸向(kN)剪力-y(kN)剪力-z(kN)扭矩 (kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1cLCB2(最大)I100-1706.84534.46001cLCB2(最大)J200-725.54464.378002.4205cLCB2(最大)I5-8.102020.56295.0512123.5905cLCB2(最大)J6-17.8203105.3239.167276.208cLCB2(最大)I8-129.8805353.43149.41-12928.31.678cLCB2(最大)J9-165.2706542.07115.03-28

46、415.413.9212cLCB2(最大)I12-461.84010445.2746.04-97946.0811.4812cLCB2(最大)J13-532.33011889.7831.34-129206.2513.8816cLCB2(最大)I160016737.342.65-247357.8721.3916cLCB2(最大)J170017294.930-262705.0522.3417cLCB2(最大)I1700.42-14353.32738.41-262705.0510.2917cLCB2(最大)J1800.42-13828.37725.79-248589.259.9923cLCB2(最大)

47、I23-268.290.42-6581.35531.71-91934.075.8423cLCB2(最大)J24-217.80.42-5327.54490.34-72347.714.9429cLCB2(最大)I2900.42288.9263-25109.660.2829cLCB2(最大)J3000.42642.46247.14-24901.2401cLCB2(最小)I10-2.36-3403.1900-99.521cLCB2(最小)J20-2.36-2281.82-41.63748.7-93.145cLCB2(最小)I5-18.45-2.36670.53-169.19-603.15-74.175

48、cLCB2(最小)J6-28.05-2.361771.14-222.02-7622.21-71.26續(xù)表5-6 荷載內力組合二8cLCB2(最小)I8-163.57-2.364021.23-323.85-30734.44-63.448cLCB2(最小)J9-199.31-2.365196.91-371.97-47032.15-58.4712cLCB2(最小)I12-524.62-2.369015.42-502.95-116758.95-51.9712cLCB2(最小)J13-597.14-2.3610417.61-543.75-147765.98-48.0416cLCB2(最小)I160-2.

49、3615060.98-661.71-269060.22-11.1916cLCB2(最小)J170-2.3615585.97-674.94-285349.48-9.4617cLCB2(最小)I170-0.42-16223.750-285349.48-97.2317cLCB2(最小)J180-0.42-15669.76-2.02-269837.25-97.1723cLCB2(最小)I23-320.84-0.42-8062.62-50.91-103934.93-111.523cLCB2(最小)J24-268.85-0.42-6770.17-68.92-84192.81-110.0529cLCB2(最

50、小)I290-0.42-1054.89-231.58-38667.9-95.2329cLCB2(最小)J300-0.42-700.91-247.14-38389.7-95.191cLCB2(全部)I102.363403.19534.46099.521cLCB2(全部)J202.362281.82464.378002.4293.145cLCB2(全部)I518.452.362020.56295.0512123.5974.175cLCB2(全部)J628.052.363105.3239.167622.2171.268cLCB2(全部)I8163.572.365353.43323.8530734.4

51、463.448cLCB2(全部)J9199.312.366542.07371.9747032.1558.4712cLCB2(全部)I12524.622.3610445.27502.95116758.9551.9712cLCB2(全部)J13597.142.3611889.78543.75147765.9848.0416cLCB2(全部)I1602.3616737.34661.71269060.2221.3916cLCB2(全部)J1702.3617294.93674.94285349.4822.3417cLCB2(全部)I1700.4216223.75738.41285349.4897.231

52、7cLCB2(全部)J1800.4215669.76725.79269837.2597.1723cLCB2(全部)I23320.840.428062.62531.71103934.93111.523cLCB2(全部)J24268.850.426770.17490.3484192.81110.0529cLCB2(全部)I2900.421054.8926338667.995.2329cLCB2(全部)J3000.42700.91247.1438389.795.19附注：表中單元為各控制截面所在單元，I代表單元左節(jié)點，J代表單元右節(jié)點，X軸方向為沿橋梁縱向，Y軸方向為沿橋梁橫向，Z軸方向為沿橋梁豎向

53、。圖5-20 cLCB2最大彎矩圖5-21 cLCB2最小彎矩圖5-22 cLCB2包絡圖荷載組合十二：1.0自重+1.0鋼束二次+1.0徐變二次+1.0收縮二次+1.4車道荷載表5-6 荷載內力組合十二單元荷載位置軸向(kN)剪力-y(kN)剪力-z(kN)扭矩(kN*m)彎矩-y (kN*m)彎矩-z (kN*m)1cLCB12(最大)I100-1391.34534.46001cLCB12(最大)J200-573.09464.377300.5105cLCB12(最大)I5-5.4101738.38295.0511941.2905cLCB12(最大)J6-13.702658.51239.16

54、8186.6208cLCB12(最大)I8-105.0404564.43149.41-8320.111.678cLCB12(最大)J9-135.1305571.15115.03-21168.073.9212cLCB12(最大)I12-381.4808871.9346.04-7930911.4812cLCB12(最大)J13-440.82010091.7331.34-105508.8813.8816cLCB12(最大)I160014180.252.65-204128.4321.3916cLCB12(最大)J170014650.360-216874.7922.3417cLCB12(最大)I1700

55、.42-11936.45738.41-216874.7910.2917cLCB12(最大)J1800.42-11498.98725.79-205132.119.9923cLCB12(最大)I23-222.270.42-5446.53531.71-74058.745.8423cLCB12(最大)J24-179.780.42-4393.4490.34-57575.74.9429cLCB12(最大)I2900.42343.55263-17550.20.2829cLCB12(最大)J3000.42642.77247.14-17369.2501cLCB12(最小)I10-2.36-3087.6900-9

56、9.521cLCB12(最小)J20-2.36-2129.37-41.63046.79-93.145cLCB12(最小)I5-15.77-2.36388.35-169.19-785.44-74.175cLCB12(最小)J6-23.93-2.361324.34-222.02-6711.79-71.268cLCB12(最小)I8-138.73-2.363232.23-323.85-26126.25-63.448cLCB12(最小)J9-169.17-2.364225.98-371.97-39784.8-58.4712cLCB12(最小)I12-444.26-2.367442.09-502.95-

57、98121.87-51.9712cLCB12(最小)J13-505.63-2.368619.56-543.75-124068.62-48.0416cLCB12(最小)I160-2.3612503.89-661.71-225830.78-11.19續(xù)表5-6 荷載內力組合十二16cLCB12(最小)J170-2.3612941.41-674.94-239519.22-9.4617cLCB12(最小)I170-0.42-13806.880-239519.22-97.2317cLCB12(最小)J180-0.42-13340.37-2.02-226380.11-97.1723cLCB12(最小)I2

58、3-274.82-0.42-6927.8-50.91-86059.6-111.523cLCB12(最小)J24-230.83-0.42-5836.03-68.92-69420.79-110.0529cLCB12(最小)I290-0.42-1000.24-231.58-31108.44-95.2329cLCB12(最小)J300-0.42-700.61-247.14-30857.72-95.191cLCB12(全部)I102.363087.69534.46099.521cLCB12(全部)J202.362129.37464.377300.5193.145cLCB12(全部)I515.772.36

59、1738.38295.0511941.2974.175cLCB12(全部)J623.932.362658.51239.168186.6271.268cLCB12(全部)I8138.732.364564.43323.8526126.2563.448cLCB12(全部)J9169.172.365571.15371.9739784.858.4712cLCB12(全部)I12444.262.368871.93502.9598121.8751.9712cLCB12(全部)J13505.632.3610091.73543.75124068.6248.0416cLCB12(全部)I1602.3614180.

60、25661.71225830.7821.3916cLCB12(全部)J1702.3614650.36674.94239519.2222.3417cLCB12(全部)I1700.4213806.88738.41239519.2297.2317cLCB12(全部)J1800.4213340.37725.79226380.1197.1723cLCB12(全部)I23274.820.426927.8531.7186059.6111.523cLCB12(全部)J24230.830.425836.03490.3469420.79110.0529cLCB12(全部)I2900.421000.24263311