3-20米简直变连续组合箱梁桥毕业设计 128页

'3-20米简直变连续组合箱梁桥毕业设计课题名称3×20m预应力连续组合箱梁桥设计指导教师李晓克课题来源模拟课题类型AY注：1、课题来源包括科研（注明项目类型，如基金项目、攻关项目、某企事业单位项目等）、教学、生产、模拟、自选。2、课题类型：(1)A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；(2)X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题；要求（1）、（2）均要填，如AY，BY等。1.毕业设计依据1.1设计依据(1)交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2003），简称《标准》；(2)交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简称《桥规》；(3)交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），简称《公预规》；(4)交通部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63--2007）；(5)公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；(6)预应力筋用锚具、夹具和连接修改（GBT14370-93）；(7)公路桥梁板式橡胶支座规格系列（JTT663-2006）；(8)预应力混凝土桥梁用塑料波纹管（JT-T529-2004）；(9)城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）；(10)《桥梁工程》、《结构设计原理》、《基础工程》等教材。1.2设计方案上部结构采用连续组合箱梁，采用整体现浇施工或预制施工，预应力采用后张法施工，下部结构采用桩柱式墩台。1.3技术标准9 (1)标准跨径：3×20m；(2)桥梁宽度：0.5m＋2×7m+0.5m，共15m；(3)桥梁横坡：2%；(4)设计荷载：公路一级；(5)环境类别：Ⅰ类；(6)设计基准期：100年；(7)每侧护栏重量按6kN/m计，混凝土考虑10年的收缩徐变，整体升温、降温均按20℃考虑，基础考虑5mm不均匀沉降，其它作用根据设计情况拟定。1.4主要材料混凝土：主梁采用C50混凝土，桥面铺装采用10cmC50混凝土+SBS改性沥青涂膜防水层+10cm沥青混凝土，桥头搭板、盖梁、耳背墙、防撞护栏及立柱均采用C30混凝土，桩基、系梁采用C25混凝土，其它自选。预应力筋：采用15.20高强度低松弛钢绞线、抗拉强度标注值MPa，弹性模量MPa。普通钢筋：直径大于和等于12mm的用HRB335级热轧螺纹钢筋、直径小于12mm的均用R235级热轧光圆钢筋。锚具、套管、连接件和伸缩缝等根据相关规范选取。2.毕业设计任务2.1开题报告在调研、充分理解课题内容和要求的基础上，写出3000汉字左右的开题报告，开题报告严格按照科技论文的格式编写，要注重调研原始资料的完整叙述，文献查阅应在10篇以上，参考文献应在5篇以上，并在报告引用处注明编号，开题报告经指导教师检查合格后方可进入毕业设计工作。2.2毕业设计具体内容2.2.1设计目的9 培养学生综合运用所学知识和技能，分析与解决工程实际问题的能力，使学生受到工程技术和科学技术的基本训练以及工程技术人员的所必需的综合训练，并相应地提高各种能力，如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、撰写论文和说明书等，通过毕业设计使学生初步形成经济、环境、市场、管理等大工程意识，培养学生实事求是，谦虚谨慎的态度和科学钻研、勇于创新的精神。2.2.2设计要求(1)明确任务书要求，全面系统的复习教材，自学掌握计算机桥梁CAD，熟悉有关标准和规范；(2)认真分析设计资料，正确选用有关公式和各项参数；(3)设计图纸应注明：工艺要求、技术措施，材料质量和规格、注意事项，质量标准；(4)设计图纸应整洁美观，字迹工整，比例准确，图幅布置均匀协调，采用计算机绘图。2.2.3设计成果(1)计算书计算书应包含的内容：①主梁：主梁截面形式的拟定、截面特性的计算、主梁内力计算及内力组合、主梁配筋及预应力损失的计算、主梁的验算以及钢筋的相关计算；②桥面板、盖梁、立柱桩基等计算，支座、伸缩装置、护栏等的选取、必要的设计说明等。(2)设计图纸①必须包括桥型布置图、主梁一般构造图、主梁普通布置图、主梁预应力钢筋布置图、横隔梁钢筋布置图、桥台一般构造图、桥墩一般构造图、盖梁钢筋布置图、耳背墙钢筋布置图、立柱钢筋布置图、桩基钢筋布置图、桥面连续构造图。所有图纸须以A3纸出图，并装订成册。②图纸标注除里程、标高以m计外，余均以cm为单位，实心箭头，箭头和标注文字大小2mm；图纸所有文字的高宽比采用为0.7。2.3外文资料翻译根据毕业设计内容，完成与该毕业设计方向相关的外文资料的翻译，翻译工作量不少于3000汉字，要求译文准确流畅。3.毕业设计提交的成果3.1毕业设计书(1)封面，由学校统一印制，按要求打印（详见教务处网页）；(2)毕业设计任务书，由指导教师填写，装订于指定位置，教师签字后生效；9 (3)毕业设计开题报告，由学生认真书写，经指导教师签字后的开题报告有效；(4)中文摘要，中文摘要字数应在400字左右，包括设计（论文）题目、论文摘要、关键词为（3至5个）；(5)英文摘要，英文摘要应与中文摘要内容相对应；(6)目录，按三级标题编写，要求层次清晰，且要与正文标题一致。主要包括摘要、正文主要层次标题、参考文献、附录等；(7)正文，论文正文包括绪论（或前言、概述等）、论文主体、结论。论文要符合科技论文格式，正文要标明章节，正文文字：设计说明书应在10000字以上。(8)参考文献，必须是本人真正阅读过的杂志类文献、图书类文献等，要与设计工作直接相关；(9)附录，主要包括外文原文及翻译、计算机源程序，有关图纸等。3.2要求提交的成果包括纸质和电子文档两部分。9 华北水利水电学院设计华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告学生姓名张野学号200603111专业土木工程题目名称3×20m预应力连续组合箱梁桥设计课题意义毕业设计是一个总结性的教学环节，是学生全面系统地融汇所学理论知识和专业技能并运用于解决实际问题的过程。通过本教学环节，要加深学生对所学基本理论知识的理解，培养学生综合分析和处理问题的能力以及设计创新精神，使学生得到有关单位工程建设从方案制定到施工组织的全过程系统性的训练。通过毕业设计这一重要的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。毕业设计是专业教学过程中的最后一个环节，是理论联系实际的重要过程。综合运用所学过的基础理论知识，通过所给的各种桥梁的实际资料培养我们综合运用所学知识，掌握桥梁建设的全过程，学会搜集资料、分析问题、解决实际工程问题的方法，进一步巩固已学的课程，并能查阅资料，专业文献，深入了解和应用公路混凝土桥梁在桥式方案比选、结构计算及施工架设等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容。同时熟悉并运用公路桥梁工程技术标准和桥梁设计规范，使用我们具备从事专业路桥设计，施工，工程项目管理、造价编制的能力。为我们在毕业后从事桥梁技术工作打好基础。选题依据9 华北水利水电学院设计桥梁不仅是一个国家文化的象征,更是生产发展和科学进步的写照。桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、海湾、湖泊、山谷、低地或其他交通线路时使用的建筑结构。它是一种永久性的公共建筑物，具有广泛的社会性。因此，从一座桥上不仅可看出当时当地社会的发展状况和技术工艺水平的高低，而且可折射出一个国家和地区政治、经济、科学、技术、文化等各方面情况。改革开放以来,我国公路建设进入了以高速公路为标志的快速发展阶段.随着国家实施积极的财政政策,公路投资力度不断加大,公路建设更是以前所未有的速度向前发展,这对于加强全国各族人民的团结,促进文化交流,巩固国防等都有非常重要的作用。我国幅员辽阔，地形东南低而西北高，河道纵横交错，有著名的长江、黄河和珠江等流域，这里孕育了中华民族，创造了灿烂的华夏文化。在历史的长河中，中华民族建设了数以千万计的桥梁，成为华夏文化的重要组成部分。但是经济发展水平参差不齐,经济上总体水平不高,公路桥梁发展还是要着眼于量大、面广的一般大、中桥,这类桥梁仍以预应力混凝土结构为主。预应力混凝土T形刚构桥的兴建，为桥梁建设实现结构高强轻型化，跨度长大化、施工机械化、装配化等方面开辟了新的途径。预加应力的新技术和悬臂施工的新工艺，使得这种桥型的结构性能和施工特点达到高度的协调统一，从而能获得满意的经济指标。特别是对于跨越深水、深谷、大河、急流的大跨度桥梁，采用预应力混凝土T形刚构桥，施工十分有利。20世纪90年代,我国桥梁建设出现了一个全新的时期,突出体现在桥梁技术、桥型、跨越能力和施工管理水平的升华,千里江面上的座座跨江大桥与现代化高等级的公路迂回交叉的立交桥,以及特大跨度上深水基础的海湾、海峡大桥等,使江河、海峡天堑变通途,逐步形成了我国的立体交通网络。随着我国经济发展、材料、机械、设备工业相应发展,这为我国修建大跨径斜拉桥和悬索桥提供了有力保障,再加上广大桥梁建设者的精心设计和施工,使我过建桥水平已跻身世界先进行列。参考文献(1)交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2003），简称《标准》；(2)交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简称《桥规》；(3)交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），简称《公预规》；(4)交通部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63--2007）；(5)公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；(6)预应力筋用锚具、夹具和连接修改（GBT14370-93）；(7)公路桥梁板式橡胶支座规格系列（JTT663-2006）；(8)预应力混凝土桥梁用塑料波纹管（JT-T529-2004）；9 华北水利水电学院设计(9)城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）；(10)《桥梁工程》、《结构设计原理》、《基础工程》等教材。研究内容1连续箱形梁桥发展近况　　箱形截面能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。因为嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大；箱梁有较大的抗扭刚度，因此，箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥；箱梁容许有最大细长度；应力值较低，重心轴不偏一边，同T形梁相比徐变变形较小。由于连续箱梁在构造、施工和使用上的优点，近年来建成预应力混凝土连续箱梁桥较多。其发展趋势为：减轻结构自重，采用高标号混凝土C40～C60；随着建筑材料和预应力技术发展，其跨径增大，葡萄牙已建成250m的连续箱梁桥，超过这一跨径，也不是太经济的。大跨径连续箱粱要采用大吨位支座，如南京二桥北汊桥165m变截面连续箱梁，盆式橡胶支座吨位达6500kN.这种样大吨位支座性能如何？将来如何更换等一系列问题有待研究。我国公路桥梁在100m以上多采用预应力混凝土连续刚构桥。中等跨径的预应力连续箱梁，如跨径40～80m，一般用于特大型桥梁引桥、高速公路和城市道路的跨线桥以及通航净空要求不太高的跨河桥。随着交通量的快速增长，车速提高，人们出行希望有快速、舒适的交通条件，预应力混凝土连续箱梁桥能适应这一需要。它具有桥面接缝少、梁高小、刚度大、整体性强，外形美观，便于养护等。2设计内容依据所给资料，该桥是3×20m预应力连续组合箱梁桥，桥宽：0.5m＋2×7m+0.5m，共15m，按公路-I级桥梁设计。先拟定桥型结构主要尺寸，根据技术经济比较，选择最优方案进行上下部结构设计，拟定各部结构细部尺寸。就选择方案进行下列设计思路：对全桥总体平面布置图形进行优化设计，合理拟定上下部结构的细部尺寸→上部结构内力计算及构造设计→正常使用及各施工阶段应力计算与强度验算→挠度计算与刚度验算→9 华北水利水电学院设计研究内容绘制上部结构的一般构造图，钢筋构造图及施工示意图→下部结构内力计算与构造设计→绘制下部结构的一般构造图，钢筋构造图及施工示意图→施工中上下部结构技术问题的处理→编写设计计算说明书。方法流程：收集资料→整理资料→选题→设计→检查→修改→专题论文→整理装订→答辩3结构的作用效应常见的作用效应有：(1)内力:①剪力，即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力;②弯矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩;③扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。(2)应力：如正应力、剪应力、主应力等。(3)位移：作用引起的结构或构件中某点位变(线位移)或某线段方向的改变(角位移)。(4)挠度：构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。(5)变形：作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。(6)应变：如线应变、剪应变和主应变等。4极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类：4.1.承载能力极限状态。结构或结构构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态：(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等);(2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载(3)结构转变为机动体系;(4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。4.2.正常使用极限状态。9 华北水利水电学院设计研究内容结构或结构构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：(1)影响正常使用或外观的变形;(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝);(3)影响正常使用的振动;(4)影响正常使用的其它特定状态。5注意事项设计前期主要准备：(1)熟悉设计任务书；(2)收集必要的设计原始资料；(3)学习相关的工程规范和设计步骤；(4)应准备好相应的设计软件，桥梁博士设计上部结构，桥梁通设计下部结构，CAD等相关绘图软件；设计过程中应全面考虑，严格按照规范上的规定，选取合适的截面和相应的尺寸。设计步骤1上部结构设计计算步骤1.1尺寸初步拟定确定构件主要建筑材料，构件的截面形式及尺寸的选定，桥梁纵横端面等。根据类似桥梁设计示例，以及现行桥梁设计趋向，预应力混凝土箱梁一般取高跨比h/l=1/16—1/20，此处取中梁截面高度为1.2m，利用改变箱梁截面造坡。箱梁顶板主要考虑桥面板受力需要，确定厚度为0.2m,宽度取2.6m;近梁端底板厚度除考虑受力要求外，还要考虑预应力锚具布置的需要，取0.3m，其余部分取0.2m；近梁端处腹板厚度考虑布置预应力锚具的需要和抗剪强度的要求，取0.3m,其余部分取0.2m。截面变化处从距支座0.15m处开始变化。顶板与腹板相接做成斜率为1：3的承托，大小为0.06m×0.18m；底板与腹板连接处做成斜率为1：1的倒角，大小为0.1m×0.1m，使箱壁剪力流能顺利传递，避免在转角处产生过大的应力集中。其截面简图如下所示：边梁跨中截面边梁支座截面9 华北水利水电学院设计2号梁跨中截面2号梁支座截面中梁跨中截面中梁支座截面1.2截面几何特性计算计算内容包括：毛截面面积，毛截面中心位置，毛截面对重心轴的惯性矩。并以此确定初步拟定的截面是否合理。计算方法主要采用电算。1.3主梁内力计算1.3.1荷载横向分布系数的计算支座处荷载横向分布系数的计算跨中荷载横向分布系数的计算对荷载横向分布系数汇总1.3.2荷载内力计算永久荷载产生的内力基本可变荷载产生的内力9 华北水利水电学院设计内力组合1.4横隔梁内力计算1.5桥面板内力计算恒载产生的内力汽车车辆荷载产生的内力内力组合1.6预应力钢筋估算和预应力钢筋的布置在满足结构正常使用极限状态下的使用性能要求和保障结构在达到承能力极限状态时具有一定的安全储备。1.6.1截面特性的计算1.6.2控制应力和有效应力的选取。1.6.3估算预应力钢筋的截面积1.6.4预应力钢筋的布置，一般情况下根据结构在正常使用极限状态下正截面抗裂性或裂缝宽度限值来确定预应力钢筋的数量。1.7计算净面积和换算面积，重心位置，惯矩1.8预应力损失计算预应力损失计算根据设计以及施工要求分项进行计算。后张法梁预应力损失有预应力钢束与管道壁之间的摩擦损失；锚具变形，钢束回缩引起的预应力损失；混凝土弹性压缩引起的损失；钢束应力松弛引起的损失；混凝土收缩和徐变引起的损失五项，然后对着五项进行预应力损失汇总。1.9变形验算1.9.1持久状态应力验算和短暂状态应力验算1.9.2主应力验算计算截面：弯矩和剪力均较大处，跨中截面混凝土正应力验算，1/4、1/8截面正应力验算。计算点：验算净截面和换算截面重心轴处。1.10主应力验算与校核（主要采用电算）验算内容：正截面抗弯强度验算，斜截面抗剪强度验算，斜截面抗弯强度验算。1.11梁端锚固区的局部承压验算9 华北水利水电学院设计1.12主梁变形验算1.13支座验算2、桥梁墩台基础的计算桥基拟采用直径为150cm的钻孔灌注桩，均采用C25混凝土。3、桥梁墩台的计算桥墩的直径拟定选用100cm双向柱式桥墩。4、支座的计算由计算所得的竖向力查规范确定。5、桥面铺装桥面铺装采用10cmC50混凝土+SBS改性沥青涂膜防水层+10cm沥青混凝土。6、桥面伸缩缝设置桥面伸缩装置采用5cm的锌铁皮装置。7、桥面排水措施纵向每隔7m设置一个泄水管，且在横向对称布置。总任务、进度、预期结果1.总的工作任务培养科学的思维方式和正确的设计思想，综合运用所学理论，知识和技能分析和解决实际问题的能力，加强创新意识，创新能力和创业精神的培养，完成公路路线选择、桥梁的立面设计，桥梁的平面设计，基础的设计，墩台的设计，变截面梁的布筋和张拉设计，桥面系铺装设计，桥梁附属构造设计，排水设计，桥梁景观设计，主要工程项目施工工艺说明及图表，桥梁施工图预算，毕业设计说明，中英文摘要和专业英语文献翻译2工作进度安排周次内容1-2查阅资料、英文翻译和开题报告3实训4-6生产实习7-9建模计算10-11整理结构计算书9 华北水利水电学院设计12-13CAD绘制14最后整理、装订成册及准备答辩15毕业答辩3.预期结果理论联系实际真正结合，拓宽，加深所学专业知识，提高己的综合素质，同时能够按时的完成毕业设计为以后从事桥梁事业打下坚实的基础。9 华北水利水电学院设计摘要预应力连续组合箱梁桥设计的内容主要包括荷载和极限设计，其一般设计步骤是先进行结构布置，选取适当的力学模型。根据工程的具体情况，选择合适的桥梁高跨比，初步选定构件的截面尺寸，并进行内力与组合效应的计算。主要根据杆件的弯矩分布图形确定预应力筋的索形，并按经验用预应力度法或平衡荷载法初步估算出所需要的预应力筋根数。本次毕业设计是一座3×20m预应力连续组合箱梁桥设计，包括上部结构设计和下部结构设计两部分。本设计课题类型为模拟类型，主要目的是让我们掌握桥梁设计的计算和计算软件的应用，掌握桥梁的绘图和CAD绘图软件。本设计上部结构是在严格按照规范要求的基础上进行电算，初步拟定上部箱梁的尺寸，进行内力计算及组合，配置预应力钢束及普通钢筋，构件变形及应力验算，由桥梁博士导出各计算结果，并绘制上部结构图纸。下部结构完全采用桥梁通软件进行计算及绘图。关键词：内力组合、配筋、验算iii 华北水利水电学院设计AbstractPrestressedcontinuouscompositeboxgirderbridgedesigncoverstheloadandultimatedesign,generaldesignprocedureisfirstofitsstructurallayout,selecttheappropriatemechanicalmodel.Accordingtothespecificcircumstancesofprojects,selecttheappropriatebridgespanratio,theinitialselectionofcomponentsofthesectionsize,andforthecalculationofinternalforcesandcombinedeffects.Momentbasedmainlyonthedistributionbargraphformtodeterminethetendoncable,accordingtodegreeofexperienceofpre-stressedbalancemethodortheinitialloadmethodtoestimatetherequirednumberofrootstendons.Thegraduationprojectisa3×20mprestressedcontinuouscompositeboxgirderbridgedesign,includingthestructuraldesignoftheupperandthelowerpartofthestructuraldesignoftwoparts.Thistypeofdesignissimulatetothetypeofissue,themainpurposeistoallowustogetholdofthecalculationofbridgedesignandcalculationsoftwareapplications,masterthebridgedrawingtechnologyandCADdrawinggraphicssoftware.Thedesignoftheupperstructureisinstrictaccordancewiththespecificationsandcompletedwithcomputer,settingtheinitialformulationofthesizeoftheupperboxandcompositiontocalculateinternalforces,configurationprestressedandordinaryreinforcedsteelbeam,deformationandstresscomponentschecked,andthengettheresultfromthebridgeDr.software,anddrawingtheiii 华北水利水电学院设计upperpartofthestructureofthedrawings.thelowerpartofthestructureofthebridgeusebridgesoftwaretocalculateanddrawings.Keywords:combinationofinternalforces,configurationofreinforced,check.iii 华北水利水电学院设计目录摘要iAbstractii一、上部结构1、毛截面几何特性计算11.1基本资料11.2截面几何尺寸图11.3毛截面几何特性计算52、内力计算及组合62.1永久作用效应计算62.2可变作用效应计算92.3作用效应组合153、预应力钢束的估算及布置193.1预应力钢筋数量的估算193.2普通钢筋的计算及布置224、换算截面几何特性计算234.1换算截面面积234.2换算截面重心的位置234.3换算截面惯性矩244.4换算截面的弹性抵抗矩245、承载能力极限状态计算255.1跨中截面正截面抗弯承载力计算255.2斜截面抗剪承载力计算266、预应力损失计算296.1摩阻损失296.2锚具变形损失296.3分批张拉损失31III 华北水利水电学院设计6.4预应力钢束松弛损失326.5混凝土收缩、徐变收缩336.6预应力损失组合347、安全验算357.1.短期效应组合验算367.2长期效应组合验算377.3变形计算387.4持久状况下预应力构件标准值效应组合应力验算398、主梁端部的局部承压演算408.1局部承压区的截面尺寸的演算408.2局部抗压承载力验算419、支座计算439.1选定支座的平面尺寸439.2确定支座的厚度439.3验算支座的偏转449.4验算支座的稳定性44二、下部结构10、桥墩盖梁设计与计算4610.1内力计算4810.2内力组合5010.3盖梁配筋5111桥台盖梁设计与配筋5611.1内力计算5811.2盖梁配筋6112、桥墩桩柱计算6712.1截面内力计算与配筋6812.2桩长计算7413、桥台桩柱计算77III 华北水利水电学院设计13.1截面内力计算及配筋7713.2桩长计算84附录87专业外文89专业外文翻101参考文献110III 华北水利水电学院设计3×20m预应力连续组合箱梁桥设计一、上部结构1、毛截面几何特性计算1.1基本资料1.主要技术指标(1)标准跨径：3×20m；(2)桥梁宽度：0.5m＋2×7m+0.5m，共15m；(3)桥梁横坡：2%；(4)设计荷载：公路一级；(5)环境类别：Ⅰ类；(6)设计基准期：100年；(7)每侧护栏重量按6kN/m计，混凝土考虑10年的收缩徐变，整体升温、降温均按20℃考虑，基础考虑5mm不均匀沉降，其它作用根据设计情况拟定。2.材料规格混凝土：主梁采用C50混凝土，桥面铺装采用10cmC50混凝土+SBS改性沥青涂膜防水层+10cm沥青混凝土，桥头搭板、盖梁、耳背墙、防撞护栏及立柱均采用C30混凝土，桩基、系梁采用C25混凝土，其它自选。预应力筋：采用15.20高强度低松弛钢绞线、抗拉强度标注值MPa，弹性模量MPa。普通钢筋：直径大于和等于12mm的用HRB335级热轧螺纹钢筋、直径小于12mm的均用R235级热轧光圆钢筋。1.2截面几何尺寸图1.桥面横断面布置图109 华北水利水电学院设计图1-1全桥横断面图2.截面几何尺寸边梁跨中截面边梁支座截面109 华北水利水电学院设计2号梁跨中截面2号梁支座截面109 华北水利水电学院设计中梁跨中截面中梁支座截面109 华北水利水电学院设计1.3毛截面几何特性计算表1-1毛截面几何特性计算结果截面位置中梁跨中截面中梁支座截面2号梁跨中截面2号梁支座截面边梁跨中截面边梁支座截面截面形式面积1.081.281.071.261.041.23抗弯惯矩0.170.190.1570.1750.1340.149抗扭惯矩0.3980.4170.3960.4140.3930.409中性轴高度0.7550.7190.730.6950.6810.649109 华北水利水电学院设计2、内力计算及组合2.1永久作用效应计算1.梁自重和横隔梁自重（一期荷载）kN/mkN/m2.桥面系自重（二期荷载）桥面铺装采等厚度的10cmC50混凝土+SBS改性沥青涂膜防水层+10cm沥青混凝土，,则全桥宽铺装每延米重力为:kN/m为计算方便近似按各梁平均分担来考虑,则每片梁分摊到的每延米桥面系重力为:kN/m3.湿接缝自重（二期荷载）kN/m4.防撞护栏自重（二期荷载）kN/m5.横隔梁湿接自重（二期荷载）kN/m由此得边梁每延米总重力为：kN/m（一期荷载）kN/m（二期荷载）6.恒载内力本桥为先简支后连续，施工过程包含结构的体系转化，所以结构的自重内力计算过程必须首先将各施工阶段内力计算出来，然后进行叠加。第一施工阶段：结构体系为简支梁结构，自重作用荷载为；109 华北水利水电学院设计第二施工阶段：由于两跨间接头较短，混凝土重量较小，其产生的内力较小，且会减少跨中的弯矩，故忽略不计；第三施工阶段：结构体系为连续体系，忽略临时支撑移除产生的效应，考虑翼缘板及横隔梁接头重力和桥梁二期结构自重作用荷载为桥梁二期荷载，即为。第一施工阶段结构自重作用效应内力计算：以边梁为计算单元，此时结构体系为简支梁，计算跨径为m；设为计算截面距支座的距离，并令，则主梁弯矩和剪力计算公式为：图2-1内力计算图各计算截面如下图2—2所示，具体计算结构如表2—1：图2-2边梁计算截面位置表2—1第一施工阶段自重作用效应内力截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）支点2540.0左变化点1974481/4截面224.5888跨中0.011903/4截面-224.5888109 华北水利水电学院设计右变化点-197448支点-2540.0第三施工阶段自重作用效应内力计算各计算截面如下图2—3所示，具体计算结构如表2—2：图2-3边梁计算截面位置表2-2第三施工阶段自重作用效应内力截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）左边支点（左）1340左中支点（左）-197-598边跨左变化点99.2233左中支点（右）169-610边跨1/451.85438中跨左变化点113-192边跨跨中40．3470中跨1/482.75-16.5边跨3/4-123129.5中跨跨中0.0174边跨右变化点-162-239结构自重作用效应总内力：上述2个阶段内力均为阶段内力，每个施工阶段的累计内力需要内力叠加得到，如表2-3：表2-3结构自重作用效应总内力截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）109 华北水利水电学院设计左边支点（左）3880左中支点（左）-457-650边跨左变化点296681左中支点（右）425-675边跨1/4176.751325中跨左变化点327136边跨跨中-31.11680中跨1/4207.75835边跨3/42391028中跨跨中0.01360边跨右变化点-38126.52.2可变作用效应计算本桥汽车荷载采用公路—I级荷载，它由车道荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。1.汽车荷载横向分布系数计算(1)跨中处荷载横向分布系数计算根据截面几何尺寸特点,利用《桥梁结构电算程序设计》,得出各梁的横向分配影响线竖标值见表2-4：表2-4各梁的横向分配影响线竖标值表梁号坐标1#2#3#4#5#0.0000.5920.3920.233-0.008-0.2083.1000.3920.2920.2330.092-0.0086.2000.1920.1920.2330.1920.1929.300-0.0080.0920.2330.2920.39212.400-0.208-0.0080.2330.3920.592根据各梁的横向分布影响线图，在上加载求得各种作用下的横向分布系数如下，见表2-5：表2-5跨中荷载横向分布系数梁号分布系数1＃梁2＃梁3＃梁4＃梁5＃梁汽车荷载横向分布系数0.8230.5940.5450.5930.821由上表可知，1＃梁在荷载作用下的横向分布系数最大，为设计和施工简便，各梁设计成同一规格，并以1＃梁进行设计。(2)支座处荷载横向分布系数计算109 华北水利水电学院设计根据截面几何尺寸特点,利用《桥梁博士》,采用杠杆法计算。图2-41＃梁支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图荷载横向分布系数如表2-6所示：表2-6荷载横分布系数表作用位置跨中至L0/4处支点处汽车荷载0.8230.8502.汽车荷载冲击系数计算《桥规》规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。按结构基频f的不同而不同,对于连续梁桥：，冲击系数（适用于）式中：，——基频，Hz，计算连续梁冲击力引起的正负弯矩效应和剪力效应；——计算跨径，m；E——混凝土弹性模量，；——梁跨中截面惯性矩，；——结构跨中处的单位长度质量，，当换算为重力计算时，其单位应为，；109 华北水利水电学院设计——结构跨中处延米结构重力，；——重力加速度，为。冲击系数计算结果如表2-7：表2-7冲击系数计算结果表3.车道折减系数根据《通规》表4.3.1-4中的规定，四车道的折减系数为。4.可变作用效应计算车道荷载取值：根据《通规》4.3.1条，公路一级的均布荷载标准值和集中荷载的标Z准值为：计算弯矩时：计算剪力时：弯矩:（不计冲击时）（计入冲击时）可变作用效应汇总如表2-8：109 华北水利水电学院设计表2-8可变作用效应汇总表截面（）（）（）()左边支点（左）0.00.0-28.3301边跨左变化点471-51.6-38.5254边跨1/4883-118-83.2195边跨跨中1070-243.5-166108边跨3/4674-363-25643.4边跨右变化点305-471-29918.7左中支点（左）155-690-3308.97左中支点（右）142-734-43.6321中跨左变化点298-543-45.9285中跨1/4606-436-67.5241中跨跨中904-320-1461445.温差应力及基础沉降内力计算(1)温差应力计算：根据《通规》4.3.10规定，混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5，根据《通规》表4.3.10-3查的混凝土铺装竖向温差计算的温差基数以线性插入法确定。铺装层表面温度，距上缘100mm处，距上缘400mm处。温差应力按《公预规》附录b计算：计算简图如图2-5：109 华北水利水电学院设计图2-5力法计算简图式中：——截面内的单元面积；——单元面积内温差梯度平均值，均以正值带入；——混凝土线性膨胀系数，取0.00001；——混凝土弹性模量，取Mpa；——单位面积重心带重心轴的距。由产生的二次矩可用力法求得。力法方程：式中：、——温度变化在赘余力方向引起的变形；——单元梁段挠曲变形后的曲率，。解得：109 华北水利水电学院设计则温度次内力：计算结果如表2-9：表2-9温度次内力作用效应汇表截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）截面剪力（kN）弯矩（kN﹒m）左边支点（左）20.90.0左中支点（左）20.9399边跨左变化点20.941.8左中支点（右）0.0405边跨1/420.993.5中跨左变化点0.0405边跨跨中20.9198中跨1/40.0405边跨3/420.9302中跨跨中0.0405边跨右变化点20.9355(2)基础沉降计算：取边支座沉降5mm计算结构的基础沉降内力，同温度次内力类似，采用力法求解。列力法方程：109 华北水利水电学院设计式子中：、——分别为当支座沉降单独作用在基本结构上时，所引起的沿、方向的转角。计算结果如表2-10：表2-10基础沉降次内力作用效应汇表截面剪力（kN）弯矩（）截面剪力（kN）弯矩（）左支点1.320.0中跨3/4-6.32-66.8边跨左变化点1.320.66中跨右变化点-6.32-84.4边跨1/41.321.98右中支点（左）-6.32-97.8边跨跨中1.3212.3右中支点（右）5.13-96.3边跨3/41.3219.2边跨左变化点5.13-87.3边跨右变化点1.3222.4边跨1/45.13-73.2左中支点（左）1.3225.2边跨跨中5.13-48.7左中支点（右）-6.3223.1边跨3/45.13-24.3中跨左变化点-6.3210.4边跨右变化点5.13-10.3中跨1/4-6.32-6.7右支点5.130.0中跨跨中-6.32-40.12.3作用效应组合按《桥规》公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用不同的计算项目。按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为：式中：——结构重要性系数，本桥取=1.0；——效应组合设计值；——永久作用效应标准值；——汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合:作用短期效应组合表达式：109 华北水利水电学院设计式中：——作用短期效应组合设计值；——永久作用效应标准值；——不计冲击的汽车荷载效应标准值。作用长期效应组合表达式：式中：各符号意义见上面说明。《桥规》还规定结构构件当需要弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为：式中：——标准值效应组合设计值；，——永久作用效应，汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。根据计算得到的作用效应，按《桥规》各种组合表达式可求得各效应组合设计值，现将计算汇总于表2-11中。表2-11箱梁作用效应组合计算汇总表荷载类别及截面位置荷载组合承载能力极限状态（不利）长期作用组合短期作用组合左支点最大弯矩（）0.00.00.0最小弯矩（）0.00.00.0最大剪力（kN）454174104最小剪力（kN）9.619.619.61边跨左变化点最大弯矩（）1360827718最小弯矩（）402461476最大剪力（kN）912542462最小剪力（kN）241275284109 华北水利水电学院设计边跨1/4最大弯矩（）307018701630最小弯矩（）90810301060最大剪力（kN）678386323最小剪力（kN）58.3138159边跨跨中最大弯矩（）432027102380最小弯矩（）106013401400最大剪力（kN）24010267.5最小剪力（kN）-329-141-93.6边跨3/4最大弯矩（）307020001790最小弯矩（）117542648最大剪力（kN）-110-166-180最小剪力（kN）-768-426-351边跨右变化点最大弯矩（）1330926830最小弯矩（）-1060-486-345最大剪力（kN）-294-316-322最小剪力（kN）-1010-590-500左中支点（左）最大弯矩（）2607225.7最小弯矩（）-2470-1490-1280最大剪力（kN）-406-417-419最小剪力（kN）-1180.0-705-606左中支点（右）最大弯矩（）23252.810.2最小弯矩（）-2570-1530-1310最大剪力（kN）1120669572最小剪力（kN）324364377中跨左变化点最大弯矩（）963656585最小弯矩（）-1560-812-638最大剪力（kN）987580492最小剪力（kN）254294307中跨最大弯矩（）240015501390109 华北水利水电学院设计1/4最小弯矩（）-50382.1215最大剪力（kN）768439364最小剪力（kN）119175192中跨跨中最大弯矩（）383023902120最小弯矩（）438839989最大剪力（kN）328155109最小剪力（kN）-252-95.5-57.8由桥梁博士导出承载能力极限状态下的弯矩和剪力包络图：图2-6承载能力极限状态弯矩包络图图2-7承载能力极限状态剪力包络图109 华北水利水电学院设计3、预应力钢束的估算及布置3.1预应力钢筋数量的估算本桥采用后张法预应力混凝土连续组合箱梁桥构造形式。设计时他应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求，例如承载力、抗裂性、裂缝宽度、变形及应力等要求。在这些控制条件中，最重要的是满足结构在正常使用极限状态下的使用性能要求和保证结构在达到承载能力极限状态时具有一定的安全储备。因此，预应力混凝土桥梁设计时，一般情况下，首先根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量，再由构件的承载能力极限状态要求确定普通钢筋的数量。估算配筋总体信息输入：本桥为预应力三跨连续箱梁桥，共设89个单元，简直变连续体系。施工阶段边界条输入：第一施工阶段边界条件：第二施工阶段边界条件：使用阶段活荷载输入：109 华北水利水电学院设计全桥三维模型：根据桥梁博士计算所出的结果可以查出再正常使用极限状态截面上下缘所需的钢筋面积。如表3-1：109 华北水利水电学院设计表3-1所需估算钢筋截面面积表所需钢筋面积截面杆件号左上缘左下缘右上缘右下缘290.00270.0028300.00280.0027310.00270.0026760.00370.0039770.00390.0038780.00380.0037本工程中预应力钢筋采用15.20高强度低松弛钢绞线、抗拉强度标注值MPa，弹性模量MPa。对应的单根预应力钢筋的截面面积为。因此，需要的预应力钢筋的根数为：上缘根数：下缘根数：这样最终的预应力钢筋的选取为：上缘为的钢绞线；下缘为的钢绞线。预留钢束孔道为圆形塑料波纹管，分别选用的型号为SBG-50Y，SBG-60Y。钢束布置如下图3-1，3-2：图3-1钢束纵向布置图109 华北水利水电学院设计跨中处钢束布置图支座处钢束布置图图3-2钢束截面布置图张拉端锚圈布孔形式如图3-3所示：锚具分别选用YM15-5，YM15-7，垫块尺寸分别为165×165×55mm和190×190×60mm。5孔6-7孔图3-3张拉端锚圈布孔形式3.2普通钢筋的计算及布置普通钢筋选用HRB335，。在预应力钢筋数量已经确定的情况下，可由正截面承载能力极限状态要求的条件确定普通钢筋的数量，暂不考虑在受压区配置预应力钢筋，也暂不考虑普通钢筋的影响。设预应力束和普通钢筋的合力点到截面底边的距离为：=75，则，=1102-75=1027,C50混凝土，=22.4/。按《工预规》4.2.3计算上翼缘有效宽度，=2300。由公式，求解X：解得：x=85.6<=200，则：=（22.4×2300×85.6-1260×3700）/280=-889<0说明不需按受力计算需要配置纵向普通钢筋，故只需按照构造要求,布置18根普通钢筋，设钢筋间距为50mm，钢筋重心至梁下50mm，满足受力要求。109 华北水利水电学院设计4、换算截面几何特性计算前面计算已知边主梁跨中截面的几何特性。毛截面面积。毛截面重心轴到1/2板高的距离：（向上），毛截面对其中心轴的惯性矩：。4.1换算截面面积代入得：4.2换算截面重心的位置所有钢筋换算截面距毛截面重心的距离为：则换算截面重心至箱梁截面下缘的距离为：则换算截面重心至箱梁截面上缘的距离为：换算截面重心至预应力钢筋重心的距离为：109 华北水利水电学院设计换算截面重心至普通钢筋重心的距离为：4.3换算截面惯性矩4.4换算截面的弹性抵抗矩下缘：上缘：109 华北水利水电学院设计5、承载能力极限状态计算5.1跨中截面正截面抗弯承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋见图3-2。预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离为，普通钢筋距底边距离为，则预应力钢筋和普通钢筋的合力作用点至截面底边距离为=75。首先按公式：判断截面类型；再由下列公式验算跨中截面的抗弯承载力是否满足要求：图5-1单元承载能力极限组合最大抗力及对应内力图5-2单元承载能力极限组合最小抗力及对应内力图由桥梁博士导出的计算结果，选取最危险截面验算：截面号类型性质（kN.m）（kN.m）是否满足要求左支点下拉受弯最大弯矩03150是上拉受弯最小弯矩-80.4-2000是边跨左变化点下拉受弯最大弯矩15503870是下拉受弯最小弯矩4883870是边跨1/4截面下拉受弯最大弯矩38904840是下拉受弯最小弯矩12204840是109 华北水利水电学院设计边跨跨中下拉受弯最大弯矩49004900是下拉受弯最小弯矩13804900是边跨3/4截面下拉受弯最大弯矩34204850是下拉受弯最小弯矩3114850是边跨右变化点下拉受弯最大弯矩23004090是上拉受弯最小弯矩-469-3450是左中支点（左）下拉受弯最大弯矩10803190是上拉受弯最小弯矩-1820-4100是左中支点（右）下拉受弯最大弯矩10703190是上拉受弯最小弯矩-1910-4100是中跨左变化点下拉受弯最大弯矩23104060是上拉受弯最小弯矩-683-3460是中跨1/4下拉受弯最大弯矩39204840是下拉受弯最小弯矩3894840是中跨跨中下拉受弯最大弯矩48904900是下拉受弯最小弯矩10604900是计算结果表明，跨中截面抗弯承载力满足要求。5.2斜截面抗剪承载力计算选取距支座h/2处和变截面处，进行斜截面抗剪承载力复核。其中箍筋采用HRB235级10钢筋，=100，距支座2.0范围内=50。1.变截面处斜截面抗剪承载力计算首先，进行截面抗剪强度上下限复核：是验算截面处的剪力组合设计值，变截面处：=912；为计算截面处纵向钢筋合力点至截面上边缘的距离。在本设计中，3#、4#、5#、6#预应力钢束均弯曲，只有普通钢筋和1#、2#预应力钢束沿全梁通过，此处的近似按跨中截面的有效梁高取值，取=1002。109 华北水利水电学院设计=1.0,1.25是按《公预规》第5.2.10条，板式受弯构件可乘以1.25提高系数。则：0.5×=0.5××1.25×1.83×400×1002=458.420.51×=0.51×××400×1002=1445.38458.42kN<=1.0×912=912kN<1445.38kN计算结果表明，截面尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋。斜截面抗剪承载力按下式计算：式中：为斜截面受压端正截面处的设计剪力，=912；为混凝土和箍筋共同的抗剪承载力；×0.45×式中：——异号弯矩影响系数，对于简支梁，=1.0；——预应力提高系数，取1.25；——受压翼缘影响系数，取1.1；b——斜截面受压端正截面处截面腹板厚度，取b=200×2=400；p——斜截面纵向受拉钢筋配筋率，；——箍筋配筋率，，箍筋选用双肢；配箍率（按《公预规》9.3.13条规定，）则：kN为预应力弯起钢筋的抗剪承载力=0.75××1395×（2800/4）×（）109 华北水利水电学院设计=603.4kN故该截面的抗剪承载力为：=1221.25+603.4=1824.65>=912说明变截面处截面抗剪承载力满足要求。2.距支座h/2截面斜截面抗剪承载力计算首先，进行截面抗剪强度上下限复核：按内插法计算距支座h/2截面处：=1090验算截面腹板厚度b=600，此处的近似按支座截面的有效梁高取值，取=。则：0.5×=0.5××1.25×1.83×600×1002=687.620.51×=0.51×××600×1002=2168.07687.62kN<=1090kN<2168.07kN计算结果表明，截面尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋。斜截面抗剪承载力按下式计算：=2×78.5/（600×50）=0.00523>×0.45×kN=0.75×（可按钢束曲线方程求得）=0.75××1395×（2800/4）×（）=603.4kN故该截面的抗剪承载力为：=2104.9+603.4=2708.3>=1090说明距支座h/2截面处截面抗剪承载力满足要求(箱梁的钢筋没在跨间截断或减少，故跨间斜截面抗剪承载力可不验算)。109 华北水利水电学院设计6、预应力损失计算预应力筋：采用15.20高强度低松弛钢绞线、抗拉强度标注值Mpa，弹性模量Mpa，。6.1摩阻损失式中：——张拉控制应力，=0.75=0.75×1860=1395——摩擦系数，取=0.25——局部偏差影响系数，取=0.0015表6-1各截面摩阻损失钢束号截面1#、2#3#、4#5#、6#支点0.840.8450.845变截面4.211.54.22L/4截面5.8730.612.1跨中12.529.539.9钢束号截面19#、20#21#、22#变截面1.180.208支点3.832.76.2锚具变形损失反摩擦影响长度，式中：——张拉端锚下控制张拉应力；109 华北水利水电学院设计——锚具变形值，OVM夹片锚有顶压时取4；——扣除沿途管道摩擦损失后锚固端预拉应力；——张拉端到锚固端之间的距离，取=19700；当时，离张拉端x处由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的，考虑反摩擦后的预应力损失为：，。当时，表示该截面不受反摩擦的影响。当时，预应力钢束全长均处于反摩擦影响长度以内，距张拉端处由锚具变形引起的考虑反摩阻后的预应力损失为：的计算如下：令左图中等腰梯形的面积A=，试算得到cd，则=cd。1#、2#、3#钢束为预应力直线钢束，其可按下式计算：表6-2锚具变形损失钢束号截面1#、2#3#、4#5#、6#支点21.840.538.7变截面15.019.232.0L/4截面11.7016.1跨中000109 华北水利水电学院设计钢束号截面19#、20#21#、22#变截面34.546.2支点29.240.86.3分批张拉损失式中：——在计算截面先张拉的钢束重心处，由后张拉的各批钢束产生的混凝土法向应力。——预应力钢束弹性模量与混凝土弹性模量的比值。故：=1.95×/3.45×=5.625本设计中预应力钢束的张拉顺序为：1#、2#——3#、4#——5#、6#。有效张拉力为张拉控制力减少摩擦损失和锚具变形损失后的张拉力。表6-3预应力分批张拉损失钢束号截面1#、2#3#、4#5#、6#支点36.6712.264.17变截面63.1423.684.02L/4截面70.430.54.6跨中73.9346.25109 华北水利水电学院设计钢束号截面19#、20#21#、22#变截面2.915.3支点12.580.086.4预应力钢束松弛损失式中：——超张拉系数，本设计中取1.0——预应力钢束松弛系数，本设计采用低松弛钢绞线，取0.3——传力锚固时的钢束应力，表6-4钢束应力松弛损失钢束号截面1#、2#3#、4#5#、6#支点37.7437.7437.74变截面37.7437.7437.74L/4截面37.7437.7437.74跨中37.7437.7437.74钢束号截面19#、20#21#、22#变截面35.534.04支点35.8434.83109 华北水利水电学院设计6.5混凝土收缩、徐变收缩——构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处，由预应力（扣除相应阶段的应力损失）和结构自重产生的混凝土法向应力。——预应力钢束传力锚固龄期为，计算龄期为t时的混凝土收缩应变。——加龄期为，计算龄期为t时的混凝土徐变系数。——构件受拉区全部纵向钢筋配筋率，，，，。设混凝土传力锚固龄期及加载龄期均为28天，计算时间，桥梁所处环境的年平均相对湿度为75%，以跨中截面计算其理论厚度h。6-5混凝土收缩、徐变的损失钢束号截面1#、2#3#、4#5#、6#支点106.8582.0667.3变截面103.21120.44101.55L/4截面131.03125.01112.75跨中108.55105.3478.11钢束号截面19#、20#21#、22#变截面83.39101.05支点105.5596.0109 华北水利水电学院设计6.6预应力损失组合表6-6预应力损失组合预应力损失截面1、23、45、6平均1、23、45、6平均支点59.3153.6143.752.21144.6119.8105.1123.2变截面82.3454.3840.2458.99140.4158.2139.3146.0L/487.9761.132.260.42168.8162.7150.5160.5跨中86.463.546.1565.35146.3143.1115.9135.1预应力损失截面19、2021、22平均19、2021、22平均变截面38.5951.7145.15118.89140.09129.49支点45.6143.5844.56141.39130.83136.11109 华北水利水电学院设计7、安全验算验算考虑收缩徐变，第四施工阶段为收缩徐变十年。正温度效应输入：负温度效应输入：不均匀沉降输入：109 华北水利水电学院设计持久状况下正常使用极限状态抗裂验算:该验算过程用桥梁博士进行，由桥梁博士以表格的形式导出结果（取全桥一半），短期和长期效应验算结果如下：7.1.短期效应组合验算109 华北水利水电学院设计7.2长期效应组合验算由以上导出结果可以看出，持久状况下正常使用状态抗裂验算短期和长期效应组合均满足要求。109 华北水利水电学院设计7.3变形计算(1)正常使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期增长系数，对于C50混凝土，，对于部分预应力A类构件，使用阶段的挠度计算时，抗弯刚度。取跨中截面尺寸及配筋情况确定。短期荷载组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算：自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算：消除自重产生的挠度，并考虑长期影响系数后，正常使用阶段的挠度值为：计算结果表明，使用阶段的挠度值满足《公预规》要求。(2)预拱度的设置由《公预规》6.5.5条，当预加应力的长期反拱值小于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，应设预拱度，其值按该荷载的挠度值与预加应力长期反拱值之差采用。计算过程由桥梁博士计算，得到的结果汇总于下表中。荷载短期效应组合长期挠度与预拱度设置截面位置荷载短期效应组合长期挠度（mm）预加应力产生的长期挠度（mm）消除结构自重后结构挠度（mm）预拱度（mm）边跨跨中-29.853-8.4823.4中跨跨中-23.157-6.6534.7边跨跨中-29.553-8.3823.9109 华北水利水电学院设计7.4持久状况下预应力构件标准值效应组合应力验算由以上表格可知，持久状况下预应力构件标准值效应组合应力验算满足要求。109 华北水利水电学院设计8、主梁端部的局部承压演算后张法预应力混凝土梁的端部，由于锚头集中力的作用，锚下混凝土将承受很大的局部压力，可能使梁端产生纵向裂缝，需进行局部承压演算。8.1局部承压区的截面尺寸的演算根据《公预规》5.7.1条，配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的截面尺寸应满足下列要求：式中：——局部受压面积上的局部压力设计值，应取1.2倍张拉时的最大压力；张拉中张拉控制应力为1395，每束预应力钢束的截面面积为，则；——预应力张拉时的混凝土轴心抗拉强度设计值，混凝土等级为C50，则；——混凝土局部承压修正系数，混凝土强度等级为C50及以下时取=1.0，本设计混凝土强度等级为C50，取1.0。——混凝土局部承压强度提高系数。——局部受压时计算底面积、——混凝土局部受压面积，当局部受压面有空洞时，为扣除空洞后面积。为不扣除空洞面积，对于具有喇叭管并与垫板连成整体的锚具，可取垫板面积扣除喇叭管尾端内孔面积。本设计采用夹片式锚具，该锚具的垫板与其后的喇叭管连成整体，锚具垫板尺寸为190×190，喇叭管尾端接内径60的波纹管。根据锚具布置情况取最不利的1#钢束进行局部承压验算：109 华北水利水电学院设计则：=190×190-×/4=33274=190×190=36100=400×400=160000==2.105=1.1×1831.356=2014.5=1.3×1.0×2.105×22.4×33274=2039.87故：所以本设计主梁局部受压区的截面尺寸满足要求。8.2局部抗压承载力验算根据《公预规》5.7.2条，对锚下设置间接钢筋的局部承压构件，按下式进行局部抗压承载力验算：式中：——配置间接钢筋时局部抗压承载力提高系数。当>时，应取=。——间接钢筋影响系数。按《公预规》5.3.2条取用，当混凝土强度等级在C50及以下时，取=2.0。——间接钢筋内表面范围内的混凝土核心面积，其重心应与的重心重和。——间接钢筋体积配筋率，对于螺旋筋，。——单根螺旋形钢筋的截面面积。——螺旋形钢筋内表面范围内混凝土核心面积的直径。——螺旋形钢筋的螺距（螺旋形钢筋不应少于4圈）。本设计采用间接钢筋为R235级螺旋形钢筋，=195，直径为8，间距=35，螺旋形钢筋中心直径为160109 华北水利水电学院设计则：=160-8=152，=/4=3.14×/4=18136.64==0.709=4×50.24/（152×35）=0.0378所以：=1.1×1831.356=1831.356=0.9×（1.0×2.105×22.4+2.0×0.0378×0.709×195）×33274×=1865.53>=1831.356kN因此，本设计主梁端部的局部承压满足规范要求。109 华北水利水电学院设计9、支座计算采用板式橡胶支座，其设计按《公预规》8.4条要求进行。9.1选定支座的平面尺寸橡胶支座的平面尺寸由橡胶板的抗拉强度和梁端或墩台顶混凝土的局部承压强度来确定。对橡胶板应满足：支座最大支反力，。由查规范，选取支座平面尺寸，其中支座形状系数，符合，满足要求，钢板厚度为0.4cm，中间层橡胶片厚度。橡胶板的平均容许压应力为，橡胶支座的剪变弹性模量（寒冷地区），橡胶支座的抗压弹性模量为：故，满足要求。9.2确定支座的厚度主梁的计算温度取，温度变形由两端的支座均摊，则每一个支座承受的水平位移为：计算汽车荷载制动力引起的水平位移，首先必须确定作用在每一个支座上的制动力。对于成桥后最大计算跨径20m桥梁，，汽车荷载制动力按《桥规》4.3.6条，汽车荷载制动力按《桥规》,由于所设计桥梁为四车道则为一车道上总重力的10%的2倍，一车道上的总重力为：，，又规范要求不小于165kN，取制动力为165kN。5根梁共20个支座，每支座承受的水平力为：109 华北水利水电学院设计按《公预规》8.4条要求，橡胶层总厚度应满足：不计汽车制动力时：计汽车制动力时：或即：选用五层钢板、六层橡胶片组成橡胶支座。上下层橡胶片厚度为0.25cm，中间层厚度为1.1cm，则：橡胶片的总厚度为：cm支座总厚度：。9.3验算支座的偏转支座的平均压缩变形为：按规范要求应满足，即，满足要求。梁端转角为：设恒载时主梁处于水平状态,已知公路—I级荷载作用下梁端转角为：验算偏转情况应满足：符合规范要求。9.4验算支座的稳定性按《公预规》8.4.3条规定，按下式验算支座抗滑稳定性：计入汽车制动力时：109 华北水利水电学院设计不计入汽车制动力时：式中：——在结构重力作用下的支座反力标准值；——橡胶支座的剪切模量，取；——由汽车荷载引起的制动力标准值，取；——橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数，取；——结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值（计入冲击系数）引起的支座反力；——支座平面毛面积，。由规范查得，计入汽车制动力时：不计入汽车制动力时：均满足规范要求，支座不会发生相对滑动。109 华北水利水电学院设计二、下部结构10、桥墩盖梁设计与计算采用桥梁通电算，过程及结果如下：盖梁尺寸材料、输出格式：109 华北水利水电学院设计横断面：设计数据：109 华北水利水电学院设计10.1内力计算1恒载内力计算10-1上部梁恒载作用截面内力表桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左弯矩()-10291579-18711579-1029右弯矩()-10291579-18711579-1029左剪力(kN)-2286-1200-12001200-1086右剪力(kN)1086-120012001200228610-2盖梁自重作用截面内力表桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左弯矩()-46112-225112-46右弯矩()-46112-225112-46左剪力(kN)-72-31-20431-141右剪力(kN)141-312043172注：1、耳墙、背墙、盖梁比重均按25取用。2.活载内力计算横向分配系数采用“杠杆法(支点)过渡到偏心受压法(1/4跨)”，即纵向荷载位于支点与1/4跨之间按“杠杆法”与“偏心受压法”插值计算，1/4跨之间按“偏心受压法”计算。车道荷载数据经桥梁通软件计算可得各梁支点反力计算表如表10-3。集中荷载已经乘以1.2系数，使得竖直力效应最大。双孔加载按左或右孔的较大跨径作为计算跨径。10-3活载引起梁支反力表梁编号12345合计人群偏心法左偏0.00.00.00.00.00.0偏心法右偏0.00.00.00.00.00.0杠杆法对称0.00.00.00.00.00.0一辆过渡法左偏298.8150.772.67.00.0529.1109 华北水利水电学院设计车辆过渡法右偏0.07.072.6150.7298.8529.1杠杆法里对称0.062.5305.662.50.0430.6杠杆法外对称0.062.5305.662.50.0430.6一列车道过渡法左偏362.0125.331.33.0-25.2496.4过渡法右偏-25.23.031.3125.3362.0496.4杠杆法里对称0.072.1352.372.10.0496.4杠杆法外对称0.072.1352.372.10.0496.4二列车道过渡法左偏435.0410.6144.821.7-19.2992.9过渡法右偏-19.221.7144.8410.6435.0992.9杠杆法里对称0.0248.2496.4248.20.0992.9杠杆法外对称400.396.10.096.1400.3992.9三列车道过渡法左偏358.9355.1325.6107.814.21161.6过渡法右偏14.2107.8325.6355.1358.91161.6杠杆法里对称56.2331.0387.2331.056.21161.6杠杆法外对称312.3131.2274.8131.2312.31161.6四列车道过渡法左偏304.3313.5311.7287.8113.21330.4过渡法右偏113.2287.8311.7313.5304.31330.4杠杆法里对称166.3332.6332.6332.6166.31330.4杠杆法外对称284.3300.4160.9300.4284.31330.410.2内力组合10-4内力组合表(已计入荷载分项系数)梁作用截面12345坐标(cm)9840871810281338左截面最大弯矩-242918-25302918-24对应剪力-541596-170517222798最小弯矩-242295-29812295-24对应剪力-541253-197315212798右截面最大弯矩-242918-25302918-24对应剪力-3216-17221705-159654109 华北水利水电学院设计最小弯矩-242295-29812295-24对应剪力-3216-15211973-125354左截面最大剪力-541596-169617503406对应弯矩-242918-25562789-24最小剪力-541253-197314732762对应弯矩-242295-29812356-24右截面最大剪力-2762-14731973-125354对应弯矩-242356-29812295-24最小剪力-3406-17501696-159654对应弯矩-242789-25562918-24桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左截面最大弯矩-12742529-25302529-1274对应剪力-2795-1738-17051738-1465最小弯矩-15641951-29811951-1564对应剪力-3439-1537-19731537-1787右截面最大弯矩-12742529-25302529-1274对应剪力1465-1738170517382795最小弯矩-15641951-29811951-1564对应剪力1787-1537197315373439左截面最大剪力-2795-1489-16961766-1444对应弯矩-12742023-25562393-1278最小剪力-3439-1766-19731489-1787对应弯矩-15642393-29812023-1564右截面最大剪力1787-1489197317663439对应弯矩-15642023-29812393-1564最小剪力1444-1766169614892795对应弯矩-12782393-25562023-1274109 华北水利水电学院设计10.3盖梁配筋10-5配筋、裂缝计算表梁(板)作用截面12345座标(cm)98.00408.00718.001028.001338.00盖梁高度(cm)200.00200.00200.00200.00200.00下缘保护层(cm)5.005.005.005.005.00上缘保护层(cm)5.005.005.005.005.00盖梁配筋的计算公式采用一般盖梁盖梁盖梁一般裂缝C3值无腹板1.150.710.710.711.15下缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.000.00组合弯矩值0.002918.450.002918.450.00弯矩筋面积0.0067.730.0067.730.00弯矩筋根数0.0014.000.0014.000.00裂缝弯矩值0.002246.000.002246.000.00裂缝筋根数0.0014.000.0014.000.00裂缝C21.501.471.501.471.50配筋率U%0.000.600.000.600.00钢筋应力0.00192.640.00192.640.00裂缝宽(mm)0.000.190.000.190.00上缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.000.00组合弯矩值23.560.002981.300.0023.56弯矩筋面积0.490.0069.250.000.49弯矩筋根数1.000.0015.000.001.00裂缝弯矩值19.630.002329.120.0019.63裂缝筋根数1.000.0014.000.001.00裂缝C21.501.501.481.501.50109 华北水利水电学院设计桩(柱)所在截面1柱中左1柱中右1~2跨中2柱中左座标(cm)143.00143.00430.50718.00盖梁高度(cm)200.00200.00200.00200.00下缘保护层(cm)5.005.005.005.00上缘保护层(cm)5.005.005.005.00盖梁配筋的计算公式采用一般盖梁盖梁盖梁裂缝C3值无腹板1.150.710.710.71下缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.00组合弯矩值0.000.002529.180.00弯矩筋面积0.000.0059.080.00弯矩筋根数0.000.0013.000.00裂缝弯矩值0.000.001941.160.00裂缝筋根数0.000.0012.000.00裂缝C21.501.501.471.50配筋率U%0.000.000.600.00钢筋应力0.000.00194.250.00裂缝宽(mm)0.000.000.190.00上缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.00组合弯矩值1563.771563.770.002981.30弯矩筋面积32.0936.040.0069.25弯矩筋根数7.008.000.0015.00裂缝弯矩值1211.801211.800.002329.12裂缝筋根数12.008.000.0014.00裂缝C21.481.481.511.48配筋率U%0.600.600.000.60钢筋应力121.26181.890.00199.77裂缝宽(mm)0.190.180.000.19在箍筋计算和斜筋的计算时，按照“80%截面剪力由混凝土和箍筋共同承担，20%截面剪力由斜筋承担”的计算方法，将计算结果汇总于表10-6。109 华北水利水电学院设计10-6已知混凝土箍筋分配系数计算箍筋间距和斜筋根数表梁(板)作用截面12345有效梁高H0(cm)195.0195.0195.0195.0195.0受压宽度B(cm)120.0120.0120.0120.0120.0组合剪力Vd(kN)已乘以-3747.1-1924.62170.11924.63747.1组合弯矩Md(kNm)-23.62788.6-2981.32788.6-23.6悬臂段附加剪力扣除值kN0.00.00.00.00.0不配斜筋剪力值(kN)1699.41699.41699.41699.41699.4截面限制剪力值(kN)5723.35723.35723.35723.35723.3组合剪力小于限制剪力值满足满足满足满足满足组合内力组合剪力kN-3406.5-1749.61972.81749.63406.5组合弯矩kN-23.62788.6-2981.32788.6-23.6主筋数据受拉筋根数4.014.013.014.04.0主筋配筋率%%8.429.427.329.48.4斜筋计算斜筋承担剪力-749.4-384.9434.0384.9749.4斜筋面积cm250.525.929.225.950.5需要斜筋根数10.35.36.05.310.3采用斜筋根数11.06.06.06.011.0箍筋计算砼箍筋承担剪力-2997.7-1539.71736.11539.72997.7分配系数%80.080.080.080.080.0分配系数≥60%满足满足满足满足满足箍筋间距Sv(cm)11.246.536.446.511.2斜截面水平投影长度cm0.495.690.795.60.4109 华北水利水电学院设计桥墩盖梁配筋电算结果：109 华北水利水电学院设计109 华北水利水电学院设计11桥台盖梁设计与配筋盖梁尺寸：耳背墙尺寸：109 华北水利水电学院设计材料、输出格式：横断面：109 华北水利水电学院设计设计数据：11.1内力计算1.恒载计算11-1上部梁恒载作用截面内力表桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左弯矩(kN-m)-521800-948800-521右弯矩(kN-m)-521800-948800-521左剪力(kN)-1158-608-608608-550右剪力(kN)550-608608608115811-2盖梁自重作用截面内力表桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左弯矩(kN-m)-521800-948800-521109 华北水利水电学院设计右弯矩(kN-m)-521800-948800-521左剪力(kN)-1158-608-608608-550右剪力(kN)550-608608608115811-3耳墙恒载作用截面内力表桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左弯矩(kN-m)-63-1632-16-63右弯矩(kN-m)-63-1632-16-63左剪力(kN)-541717-17-17右剪力(kN)1717-17-1754注：1、耳墙、背墙、盖梁比重均按25取用。2.活载计算横向分配系数采用“杠杆法(支点)过渡到偏心受压法(1/4跨)”，即纵向荷载位于支点与1/4跨之间按“杠杆法”与“偏心受压法”插值计算，1/4跨之间按“偏心受压法”计算。车道荷载数据如表10-7所示，经桥梁通软件计算可得各梁支点反力计算表如表10-8。集中荷载已经乘以1.2系数，使得竖直力效应最大。双孔加载按左或右孔的较大跨径作为计算跨径。11-4活载引起梁支反力表梁(板)编号12345合计人群偏心法左偏0.00.00.00.00.00.0偏心法右偏0.00.00.00.00.00.0杠杆法对称0.00.00.00.00.00.0一辆车辆过渡法左偏304.2126.857.65.60.0494.2过渡法右偏0.05.657.6126.8304.2494.2杠杆法里对称0.062.4305.262.40.0430.1杠杆法外对称0.062.4305.262.40.0430.1一列车道过渡法左偏332.0101.517.71.7-14.3438.6109 华北水利水电学院设计过渡法右偏-14.31.717.7101.5332.0438.6杠杆法里对称0.063.7311.363.70.0438.6杠杆法外对称0.063.7311.363.70.0438.6二列车道过渡法左偏380.9374.7120.112.3-10.9877.2过渡法右偏-10.912.3120.1374.7380.9877.2杠杆法里对称0.0219.3438.6219.30.0877.2杠杆法外对称353.784.90.084.9353.7877.2三列车道过渡法左偏308.3318.0301.390.88.01026.4过渡法右偏8.090.8301.3318.0308.31026.4杠杆法里对称49.7292.5342.1292.549.71026.4杠杆法外对称275.9115.9242.8115.9275.91026.4四列车道过渡法左偏262.5277.9282.0263.489.71175.5过渡法右偏89.7263.4282.0277.9262.51175.5杠杆法里对称146.9293.9293.9293.9146.91175.5杠杆法外对称251.2265.4142.2265.4251.21175.53.内力组合11-5内力组合表(已计入荷载分项系数)梁(板)作用截面12345坐标(cm)9840871810281338左截面最大弯矩-971885-16241885-97对应剪力-175927-11939871564最小弯矩-971293-20231293-97对应剪力-175611-14297961564右截面最大弯矩-971885-16241885-97对应剪力-1990-9871193-927175最小弯矩-971293-20231293-97对应剪力-1990-7961429-611175左截面最大剪力-175927-118210032098对应弯矩-971885-16371747-97109 华北水利水电学院设计最小剪力-175611-14297551544对应弯矩-971293-20231365-97右截面最大剪力-1544-7551429-611175对应弯矩-971365-20231293-97最小剪力-2098-10031182-927175对应弯矩-971747-16371885-97桩(柱)所在截面1柱中1~2跨中2柱中2~3跨中3柱中坐标(cm)14343171810061293左截面最大弯矩-8051660-16241660-805对应剪力-1606-1018-11931018-1001最小弯矩-10541111-20231111-1054对应剪力-2160-827-1429827-1292右截面最大弯矩-8051660-16241660-805对应剪力1001-1018119310181606最小弯矩-10541111-20231111-1054对应剪力1292-82714298272160左截面最大剪力-1606-786-11821034-975对应弯矩-8051192-16371518-808最小剪力-2160-1034-1429786-1292对应弯矩-10541518-20231192-1054右截面最大剪力1292-786142910342160对应弯矩-10541192-20231518-1054最小剪力975-103411827861606对应弯矩-8081518-16371192-80511.2盖梁配筋外边柱之间盖梁截面按钢筋混凝土盖梁构件配筋计算。其余按钢筋混凝土一般构件配筋计算109 华北水利水电学院设计表11-12配筋、裂缝计算表梁(板)作用截面12345座标(cm)98.00408.00718.001028.001338.00盖梁高度(cm)200.00200.00200.00200.00200.00下缘保护层(cm)5.005.005.005.005.00上缘保护层(cm)5.005.005.005.005.00盖梁配筋的计算公式采用一般盖梁盖梁盖梁一般裂缝C3值无腹板1.150.710.710.711.15下缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.000.00组合弯矩值0.001885.290.001885.290.00弯矩筋面积0.0043.210.0043.210.00弯矩筋根数0.009.000.009.000.00裂缝弯矩值0.001398.840.001398.840.00裂缝筋根数0.009.000.009.000.00裂缝C21.501.461.501.461.50配筋率U%0.000.600.000.600.00钢筋应力0.00186.640.00186.640.00裂缝宽(mm)0.000.180.000.180.00上缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.000.00组合弯矩值96.500.002023.030.0096.50弯矩筋面积2.000.0046.420.002.00弯矩筋根数1.000.0010.000.001.00裂缝弯矩值80.420.001548.650.0080.42裂缝筋根数1.000.009.000.001.00裂缝C21.501.511.471.511.50配筋率U%0.600.000.600.000.60钢筋应力96.570.00206.630.0096.57裂缝宽(mm)0.150.000.200.000.15109 华北水利水电学院设计桩(柱)所在截面1柱中左1柱中右1~2跨中2柱中左座标(cm)143.00143.00430.50718.00盖梁高度(cm)200.00200.00200.00200.00下缘保护层(cm)5.005.005.005.00上缘保护层(cm)5.005.005.005.00盖梁配筋的计算公式采用一般盖梁盖梁盖梁裂缝C3值无腹板1.150.710.710.71下缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.00组合弯矩值0.000.001659.700.00弯矩筋面积0.000.0037.970.00弯矩筋根数0.000.008.000.00裂缝弯矩值0.000.001228.770.00裂缝筋根数0.000.008.000.00裂缝C21.501.501.461.50配筋率U%0.000.000.600.00钢筋应力0.000.00184.440.00裂缝宽(mm)0.000.000.180.00上缘计算控制裂缝荷载0.000.000.000.00组合弯矩值1054.431054.430.002023.03弯矩筋面积21.4024.010.0046.42弯矩筋根数5.005.000.0010.00裂缝弯矩值798.69798.690.001548.65裂缝筋根数8.005.000.009.00裂缝C21.471.471.511.47配筋率U%0.600.600.000.60钢筋应力119.89191.820.00206.63裂缝宽(mm)0.190.180.000.20109 华北水利水电学院设计在箍筋计算和斜筋的计算时，按照“80%截面剪力由混凝土和箍筋共同承担，20%截面剪力由斜筋承担”的计算方法，将计算结果汇总于表10-12。11-13已知混凝土箍筋分配系数计算箍筋间距和斜筋根数表梁(板)作用截面12345有效梁高H0(cm)195.0195.0195.0195.0195.0受压宽度B(cm)180.0180.0180.0180.0180.0组合剪力Vd(kN)已乘以-2307.6-1103.21572.31103.22307.6组合弯矩Md(kNm)-96.51747.0-2023.01747.0-96.5悬臂段附加剪力扣除值kN0.00.00.00.00.0不配斜筋剪力值(kN)2698.32698.32698.32698.32698.3截面限制剪力值(kN)8950.58950.58950.58950.58950.5组合剪力小于限制剪力值满足满足满足满足满足组合内力组合剪力kN-2097.8-1002.91429.31002.92097.8组合弯矩kN-96.51747.0-2023.01747.0-96.5主筋数据受拉筋根数4.09.09.09.04.0主筋配筋率%%5.612.612.612.65.6斜筋计算斜筋承担剪力0.00.00.00.00.0斜筋面积cm20.00.00.00.00.0需要斜筋根数0.00.00.00.00.0采用斜筋根数0.00.00.00.00.0箍筋计算砼箍筋承担剪力-2307.6-1103.21572.31103.22307.6分配系数%100.0100.0100.0100.0100.0分配系数≥60%满足满足满足满足满足箍筋间距Sv(cm)29.4135.166.5135.129.4斜截面水平投影长度cm2.8104.584.9104.52.8109 华北水利水电学院设计桥台盖梁配筋电算结果：109 华北水利水电学院设计109 华北水利水电学院设计12、桥墩桩柱计算材料水位数据：设计数据：109 华北水利水电学院设计地质资料：12.1截面内力计算与配筋1.桩顶截面表12-1柱顶截面内力组合表内容加载方式N1MaxN1MinM1N2MaxN2MinM2N3MaxN3MinM3水平力恒人1辆双孔加载49644377153653959801534964437715374左孔加载49384377153651459791534938437715374右孔加载49354377153651159791534935437715374双孔加载51814375153675659881535181437515374109 华北水利水电学院设计恒人1道49134377153648859781534913437715374左孔加载右孔加载49094377153648459781534909437715374恒人2道双孔加载547043043067403659830654704304306148左孔加载510543303066919638330651054330306148右孔加载509943303066912638030650994330306148恒人3道双孔加载521243703067387707130652124370306148左孔加载493343743066908669830649334374306148右孔加载492943743066901669230649294374306148恒人4道双孔加载505546893067233719130650554689306148左孔加载482945863066805677730648294586306148右孔加载482645843066799677130648264584306148表12-2柱顶截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)筋面积cm2计算钢筋采用根数抗弯-组合恒人2道双孔加载2柱740330623.3333抗裂-短长期恒人1辆双孔加载1柱39421371.4848.0133抗裂-合计40671371.3008.0133109 华北水利水电学院设计恒人1辆双孔加载1柱2.柱底截面表12-3柱底截面内力组合表内容加载方式N1MaxN1MinM1N2MaxN2MinM2N3MaxN3MinM3水平力恒人1辆双孔加载50824479597665760825975082447959774左孔加载50564479597663160815975056447959774右孔加载50534479597662960815975053447959774恒人1道双孔加载52994477597687460905975299447759774左孔加载50314479597660660805975031447959774右孔加载50274479597660260805975027447959774恒人2道双孔加载558844071193752167001193558844071193148左孔加载522344321193703764851193522344321193148右孔加载521744321193702964821193521744321193148恒人3道双孔加载533044731193750571731193533044731193148左孔加载505144761193702668001193505144761193148504744761193701967941193504744761193148109 华北水利水电学院设计右孔加载恒人4道双孔加载517347911193735072931193517347911193148左孔加载494746881193692368791193494746881193148右孔加载494446861193691768731193494446861193148表12-4柱底截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数抗弯-组合恒人2道双孔加载2柱75211193265.33333抗裂-短长期恒人2道双孔加载3柱369110651.50288.50.19721133抗裂-合计恒人2道双孔加载3柱367510651.30056.30.19047333.桩基冲刷截面表12-5桩基冲刷截面内力组合表内容加载方式N1MaxN1MinM1N2MaxN2MinM2N3MaxN3MinM3水平力恒人1辆双孔加载50824479597665760825975082447959774左孔加载5056447959766316081597505644795977450534479597662960815975053447959774109 华北水利水电学院设计右孔加载恒人1道双孔加载52994477597687460905975299447759774左孔加载50314479597660660805975031447959774右孔加载50274479597660260805975027447959774恒人2道双孔加载558844071193752167001193558844071193148左孔加载522344321193703764851193522344321193148右孔加载521744321193702964821193521744321193148恒人3道双孔加载533044731193750571731193533044731193148左孔加载505144761193702668001193505144761193148右孔加载504744761193701967941193504744761193148恒人4道双孔加载517347911193735072931193517347911193148左孔加载494746881193692368791193494746881193148右孔加载494446861193691768731193494446861193148表12-6桩基冲刷截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数109 华北水利水电学院设计抗弯-组合强度筋全为050825970.0028抗裂-短长期恒人1辆双孔加载1柱40365331.4853.80.0000128抗裂-合计恒人2道双孔加载3柱367510651.3003.80.01711284桩土中截面表12-7桩土中截面内力组合表内容加载方式N1MaxN1MinM1N2MaxN2MinM2N3MaxN3MinM3最大土深恒人1辆双孔加载5165456271167406165711516545627112.50左孔加载5140456271167156165711514045627112.50右孔加载5137456271167126164711513745627112.50恒人1道双孔加载5382456171169576174711538245617112.50左孔加载5114456371166906164711511445637112.50右孔加载5110456371166856163711511045637112.50恒人2道双孔加载5671449014237605678414235671449014232.50左孔加载5306451514237120656914235306451514232.505301451614237113656614235301451614232.50109 华北水利水电学院设计右孔加载恒人3道双孔加载5414455614237589725714235414455614232.50左孔加载5135455914237110688314235135455914232.50右孔加载5131455914237102687814235131455914232.50恒人4道双孔加载5257487514237434737614235257487514232.50左孔加载5030477114237007696314235030477114232.50右孔加载5027477014237000695714235027477014232.50表12-8桩土中截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数抗弯-组合强度筋全为051657110.0028抗裂-短长期恒人1辆双孔加载1柱41026351.4853.80.0000128抗裂-合计恒人2道双孔加载3柱374112711.3003.80.034812812.2桩长计算12-20（1）顺桥向桩长计算表冲刷面轴力桩径α桩底冲刷桩长孔增大土层数总桩长109 华北水利水电学院设计6091.61.501.0006000.000.04725.5012-20（2）横桥向桩长计算表冲刷面轴力桩径α桩底冲刷桩长孔增大土层数总桩长4991.71.501.0006000.000.04723.50注：表中桩顶反力其布载方式为“恒人2道双孔加载”。桥墩挡块电算配筋结果：桥墩挡块钢筋数据：109 华北水利水电学院设计桥墩桩柱钢筋数据：109 华北水利水电学院设计13、桥台桩柱计算桥台基本尺寸，材料数据，，设计数据，横断面等在桥台盖梁计算中已经给出。在此只给出地质资料输入13.1截面内力计算及配筋1.桩顶截面表13-1柱顶截面内力组合表内容加载方式N1MaxM1N2MaxM2N3MaxM3M1_河岸M2_河岸M3_河岸河心H河岸H恒人1辆边孔搭板3311-693974-693311-69-529-529-52931176边孔加载3293-323956-323293-32-492-492-49231176搭板加载3033-713697-713033-71-531-531-53131176109 华北水利水电学院设计恒人1道边孔搭板3343-1164006-1163343-116-575-575-57531176边孔加载3265-313928-313265-31-490-490-49031176搭板加载3073-803736-803073-80-540-540-54031176恒人2道边孔搭板3564-1144503-1143564-114-841-841-841384-16边孔加载345913343621333459133-671-671-671384-16搭板加载3197-434015-433197-43-770-770-770384-16恒人3道边孔搭板3366-1524490-1523366-152-880-880-880384-16边孔加载328612343521233286123-681-681-681384-16搭板加载3086-694008-693086-69-796-796-796384-16恒人4道边孔搭板3246-1914371-1913246-191-918-918-918384-16边孔加载318111442481143181114-690-690-690384-16搭板加载3019-953942-953019-95-822-822-822384-16表13-2柱顶截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数2721-8804.1130109 华北水利水电学院设计抗弯-组合恒人3道边孔搭板3柱抗裂-短长期恒人3道边孔搭板3柱2270-6881.50024.10.1552330抗裂-合计恒人3道边孔搭板3柱2268-7441.38224.10.17773302.柱底截面表13-3柱底截面内力组合表内容加载方式N1MaxM1N2MaxM2N3MaxM3M1_河岸M2_河岸M3_河岸河心H河岸H恒人1辆边孔搭板339715584060155833971558106106106474212边孔加载337915964042159633791596144144144474212搭板加载312015563783155631201556104104104474212恒人1道边孔搭板342915124092151234291512606060474212边孔加载335115974015159733511597145145145474212搭板加载315915483823154831591548969696474212恒人2道边孔搭板365119604589196036511960-502-502-502548120边孔加载354521304449213035452130-331-331-331548120搭板加载328320314101203132832031-430-430-430548120109 华北水利水电学院设计恒人3道边孔搭板345319224577192234531922-540-540-540548120边孔加载337221214438212133722121-341-341-341548120搭板加载317220054095200531722005-456-456-456548120恒人4道边孔搭板333318834458188333331883-578-578-578548120边孔加载326721114334211132672111-350-350-350548120搭板加载310519794028197931051979-483-483-483548120表13-4柱底截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数抗弯-组合恒人2道边孔加载2柱44492130228.42930抗裂-短长期恒人2道边孔加载3柱230314721.502144.80.19761830抗裂-合计恒人2道边孔加载1柱229214601.372160.80.197020303.桩基地面线截面表13-5桩基地面线截面内力组合表内容加载方式N1MaxM1N2MaxM2N3MaxM3M1_河岸M2_河岸M3_河岸河心H河岸H339715584060155833971558106106106474212109 华北水利水电学院设计恒人1辆边孔搭板边孔加载337915964042159633791596144144144474212搭板加载312015563783155631201556104104104474212恒人1道边孔搭板342915124092151234291512606060474212边孔加载335115974015159733511597145145145474212搭板加载315915483823154831591548969696474212恒人2道边孔搭板365119604589196036511960-502-502-502548120边孔加载354521304449213035452130-331-331-331548120搭板加载328320314101203132832031-430-430-430548120恒人3道边孔搭板345319224577192234531922-540-540-540548120边孔加载337221214438212133722121-341-341-341548120搭板加载317220054095200531722005-456-456-456548120恒人4道边孔搭板333318834458188333331883-578-578-578548120边孔加载326721114334211132672111-350-350-350548120搭板加载310519794028197931051979-483-483-483548120109 华北水利水电学院设计表13-6桩基地面线截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数抗弯-组合恒人2道边孔加载3柱2748213051.61440抗裂-短长期恒人2道边孔加载3柱230314721.50234.20.1868940抗裂-合计恒人2道边孔加载3柱229214601.34941.80.191811404.桩土中截面表13-7桩土中截面内力组合表内容加载方式N1MaxM1N2MaxM2N3MaxM3M1_河岸M2_河岸M3_河岸最大土深恒人1辆边孔搭板3513254141762541351325416576576573.45边孔加载3494257341572573349425736856856853.45搭板加载3235253938992539323525396556556553.45恒人1道边孔搭板3544250142072501354425016226226223.45边孔加载3467257441302574346725746866866863.45搭板加载3274253239382532327425326496496493.453763307447013074376330747878783.35109 华北水利水电学院设计恒人2道边孔搭板边孔加载3655322245593222365532221321321323.30搭板加载3395313642133136339531369696963.35恒人3道边孔搭板3566304146903041356630417070703.40边孔加载3482321445483214348232141281281283.30搭板加载3284311342063113328431138989893.35恒人4道边孔搭板3446300845713008344630086464643.40边孔加载3377320644453206337732061241241243.30搭板加载3217309041403090321730908282823.35表13-8桩土中截面配筋表内容最不利布载轴力弯矩C2(AK2)钢筋面积cm2裂缝mm计算钢筋采用根数抗弯-组合恒人2道边孔加载3柱28583222139.33740抗裂-短长期恒人2道边孔加载3柱239323251.502102.60.19752740抗裂-合计恒人2道边孔加载3柱238223141.332125.40.19863340109 华北水利水电学院设计13.2桩长计算表13-9顺桥向桩长计算表冲刷面轴力桩径α桩底冲刷桩长孔增大土层数总桩长3690.71.501.0006000.000.04721.10表13-10横桥向桩长计算表冲刷面轴力桩径α桩底冲刷桩长孔增大土层数总桩长3192.51.501.0006000.000.04721.10注：表中桩顶反力其布载方式为“2列车道荷载向左偏”。桥台桩柱电算配筋结果：桥头搭板钢筋数据：109 华北水利水电学院设计桥台桩柱钢筋数据：耳背墙钢筋数据：109 华北水利水电学院设计附录：最终结构图纸设计总说明与目录全桥材料用表…………………………………………………………………………T-01桥型布置图……………………………………………………………………………T-02上部结构横断面图……………………………………………………………………T-03边跨边梁一般构造图…………………………………………………………………T-04边跨中梁一般构造图…………………………………………………………………T-05中跨边梁一般构造图…………………………………………………………………T-06中跨中梁一般构造图…………………………………………………………………T-07普通钢筋横断面图…………………………………………………………………T-08(1)普通钢筋纵向布置图（边梁）……………………………………………………T-08(2)普通钢筋纵向布置图（中梁）……………………………………………………T-08(3)湿接缝钢筋布置图……………………………………………………………………T-09支座横隔梁钢筋布置图……………………………………………………………T-10(1)跨中横隔梁钢筋布置图……………………………………………………………T-10(2)堵头板钢筋布置图……………………………………………………………………T-11简支变连续现浇段构造图……………………………………………………………T-12简支变连续现浇段钢筋布置图………………………………………………………T-13预制箱梁预应力钢束布置图…………………………………………………………T-14简支变连续预应力钢束布置图………………………………………………………T-15支座图…………………………………………………………………………………T-16桥墩一般构造图………………………………………………………………………T-17桥墩挡块钢筋布置图…………………………………………………………………T-18桥墩盖梁钢筋布置图…………………………………………………………………T-19桥墩桩柱钢筋布置图…………………………………………………………………T-20桥台一般构造图………………………………………………………………………T-21桥台挡块钢筋布置图…………………………………………………………………T-22109 华北水利水电学院设计桥台盖梁钢筋布置图…………………………………………………………………T-23桥台桩柱钢筋布置图…………………………………………………………………T-24耳背墙钢筋布置图……………………………………………………………………T-25泄水管布置图…………………………………………………………………………T-26防撞护栏构造与钢筋布置图…………………………………………………………T-27109 华北水利水电学院设计专业外文MultiplevehicleaxleloadidentificationfromcontinuousbridgebendingmomentresponseAbstractTheidentificationofmultiplevehicledynamicaxleloadsonmulti-spancontinuousbridgeispresented.Theobjectiveofthepresentstudywastodevelopapracticaltechniquetodeterminedynamicaxleloadsofmultiplevehiclesbasedonthemeasuredbridgeresponse.Basedontheinverseproblemofturningbridgeresponsesintotime-varyingpointloads,thesolutioncanbedeterminedusingleastsquaresregularizationoptimization.Theupdatedstaticcomponent(USC)techniqueisadoptedtoimprovetheaccuracyandeliminatethedifficultyofanoptimalregularizationselection.Thecomputersimulationandexperimentalstudieswereconductedtoinvestigatetheeffectivenessoftheproposedmethod.Ascaledmodelofathree-span,continuousbridgeandtwoscaled2-axlevehiclesweredesigned,constructedandfabricatedinthelaboratory.Variousmovingschemesofmultiplevehicletravelincludingfollowing,overtakingandside-by-sidemovementswereconsidered.Theactualdynamicaxleloadsofthemodelvehiclesduringthetravelweredirectlymonitoredandusedinaccuracyevaluation.Fromtheobtainedresults,itisobservedthattheUSCtechniqueeffectivelyimprovedtheaccuracyandrobustnessoftheproblem,particularlyincorrectionoftheabsenceofidentified109 华北水利水电学院设计axleloadsaroundtheinternalbridgesupports.Themethodisrobustandaccuratelyidentifieseverydynamicaxleloadforallmovingschemesofvehicles.NoconflictoftheidentifiedaxleloadsduringaxleoverlappingandpassingthebridgesupportisobservedbecausetheaxleloadsareidentifiedindependentlyandcontrolledbystaticinfluencelinesfromtheUSCalgorithm.Thecomparisonbetweenthemeasuredandreconstructedbendingmomentsindicatesthattheapproachiscorrect.Theaccuracyofidentifieddynamicaxleloadsforallcasesofstudyiswithinarelativepercentageerrorof13%.1.IntroductionTheaxleloadandgrossweightofvehiclesareimportantinformationforthedesignofnewbridgesandpavements,theratingandfatiguelifeassessmentsofexistingbridgesandpavements,designcodecalibrationandthecontrolofoverweightvehiclestohighwayregulations.Therefore,itisnecessarytoobtainaccuratestaticanddynamicaxleloadsofmovingtrucksonaparticularhighway.Existingweighingmethodologiessuchasbendingplateandpiezoelectricstripsarelimitedtostaticaxleloadsandgrossvehicleweight(GVW)identificationwithoutprovidingthedynamicstructuralresponsetomovingtrucks.Moreover,itisverydifficultandnotpracticaltodirectlymeasuretheactualdynamicinteractionbetweenlargenumbersofvehiclesandpavementsorbridgestructuresbyaninstrumentedvehicle.Theindirectaxleloadidentificationbasedondynamicbridgeresponseallowsthecaptureofunlimitedandunbiasedloadsinducedbyallvehiclesinthenormaltrafficpopulation.Itisexpectedthattheidentifieddynamic109 华北水利水电学院设计axleloadsarerepresentativeofbothbridgeloadingandpavementloading.Axleloadidentificationmethodsbasedontheinverseproblemofdecomposingthedynamicbridgeresponseintovehicleaxleloadshavebeenstudiedanddevelopedformanyyears.Axleloadtimehistoriescanbeidentifiedbysettingtheaxlespacing,thetimehistoryofthevehicle’spositionwhilemovingonthebridge,andthemeasuredbridgeresponseasinputinformation.Amethodemployingmodalsuperpositiontosolveasetofdifferentialequationsbyconvolutioninthetimedomain[1]isanearlyefforttosolvethisproblem.Improvingonthistechnique,Lawetal.[2]proposedafrequencytimedomainmethodthatperformsaFouriertransformationoftheload-responserelationshipandidentifiesaxleloadsdirectlyusingleastsquares.Chanetal.[3]proposedaninterpretivemethodemployingaclosed-formsolutionbysolvingthebridgeuncoupledequationofmotioninmodalcoordinates.TheapproachestakenbyLawandChancomputetheinverseofthestructuraltransformationmatrix,thisgenerallyresultsinillconditioningduetorankdeficiencies.BusbyandTrujillo[4]employedtheleastsquaresoptimizationthroughTikhonovregularizationtoprovidesolutionstabilityforanill-posedproblemintheinversedynamicsproblem.Basedonthisapproach,severalmovingloadidentificationtechniquesemployingtheregularizationmethodhavebeenproposed.LawandZhu[5]studiedthetheoreticalbasisandconfirmed,withexperimentalresults,theapplicationofregularization.Theydiscoveredthattheproblembecomeslessnoisesensitivewhenusinganoptimalregularizationparameterdetermined109 华北水利水电学院设计fromanL-Curve[6].Moreover,ill-conditionedidentifiedforcesatthebeginningandtheendoftimehistoriesaresignificantlyimprovedwiththeL-curveapproach.ZhuandLaw[7]presentedanaxleloadidentificationtechniqueusinganorthotropicrectangularplatemodel.Computersimulationandlaboratorytestresultsbasedonthistechniqueledtotheconclusionthatnoisefilteringshouldbecompletedpriortoinitiatingtheidentificationprocedureswhenthemeasurementnoiseisgreaterthan5%ofthesignal.Inaddition,ZhuandLawobservedthatidentificationusingabeammodelratherthanaplatemodelreducescomputationaltimewhenlowervibrationmodesdominatealongthelongitudinalaxisofthebridge.LawandFang[8]employedanoptimalstateapproachderivedinadiscreteformulationknownasthedynamicprogrammingmethodtoidentifyaxleloadswithreducedcomputationaltime.Similartoearlierregularizationmethods,LawandFang’sapproachidentifiestheill-posedproblemeffectively.However,thedynamicprogrammingmethodisunabletoidentifytheaxleloadtime-historyaccuratelywhentheregularizationparameterisverysmallorneglected.ThentheL-Curvecannotbecompletelyplottedtodeterminetheoptimalparameter.Later,ZhuandLaw[9]appliedasingularvaluedecomposition(SVD)techniquetoeliminatetheill-conditioningduetomatrixsingularity.TheresultsbasedonthisSVDtechniqueareveryrobustandprovidegoodaccuracybyusingtheoptimalregularizationparameterobtainedfromL-Curveorgeneralizedcrossvalidation(GCV)[10].However,determininganoptimalregularizationparameterusuallyrequiresadditionalcalculationtoplottheL-CurveorGCVwhichrequires109 华北水利水电学院设计extensivecomputationaltime.Toovercomethedifficultyofdetermininganoptimalregularizationparameter,Pinkaew[11]proposedanumericalupdatedstaticcomponent(USC)technique.Basedonaniterativetechnique,theregularizationparametercanbeassignedwithinawiderrangewhiletheaxleloadidentificationconvergestoasolutionwiththesameorderofaccuracy.AsimplysupportedbridgeexperimentalstudyconductedbyPinkaewandAsnachinda[12]indicatedthattheUSCtechniquereturnsanaccurateaxleloadidentificationwithrobustnessforbothstaticanddynamicaxleloadsidentification.Theabovestudiesallpursueaxleloadidentificationofavehicletravelingoverasimplysupportedbridge.However,therearemanycontinuousbridgesthatmaybemoreappropriatetostudyvehicleloadsandmoreconvenientforamonitoringsysteminstallation.Severalstudiesutilizingcontinuousbridgestructureshavebeenconducted.ZhuandLaw[13–15]demonstratedthatmethodsnormallyidentifyaxleloadsattheinternalbridgesupportsasbeingclosetozero.Thisisduetotheverysmallbridgebendingresponsewhentheaxlepositionistransferreddirectlytothesupports.ChanandAshebo[16,17]proposedamethodofcontinuousbridgeaxleloadidentificationbyusingonlyatargetspan.Theyalsoobservedthatidentificationaccuracybasedonbendingmomentresponseisbetterthanaccelerationresponse.Additionally,itwasconcludedthat,althoughresultsfromcomputersimulationsandlaboratorytestingbyChanandAsheboprovidedacceptableaccuracy,theidentifiedaxleloadstravelingatthebeginningandtheendoftheconsideredtargetspanrecordresultedinanegativeaxleload109 华北水利水电学院设计identificationincertaincases.Basedonthisreviewofpreviousstudies,onlyidentificationofaxleloadsofasinglevehiclehasbeenproposed.However,inactualtrafficthereisfrequentmultiplepresenceoftrucksonagivenbridgethatisofsignificancefordesignorevaluationloadmodeling.Identificationofmultiplevehicleaxleloads,includingeventsofsidebyside,closelyfollowingandovertakingareofinterest.Inthepresentstudy,thesupportingtheoryforanaxleloadidentificationmethodologyformultiplevehiclesisdiscussedandexperimentalmethodsarepresented.AleastsquaresregularizationmethodutilizingtheSVDandtheUSCtechniquehasbeenadoptedfortheproposedmethod.Axleloadsofeachvehicleareidentifiedindependently.Numericalexamplesbasedoncomputersimulationsareprovided.Also,resultsofascaledexperimentconsistingoftwomodelvehiclestravelingonamodelcontinuousbridgearepresented.2.BridgeresponseundermultiplevehiclesInthissection,theformulationoftherelationshipbetweenmovingaxleloadsandbridgeresponseusedinthecomputerbasednumericalstudyaredeveloped.Thefiniteelementmethodisadoptedforstructuralmodelingbecauseananalysisbasedonacontinuousstructuralsystemwithmodalsuperpositioncannotbeappliedtocomplicatedstructures.2.1.Equationofmotionofvehicle-bridgesystemFig.1presentsthestructuralFEMmodeloftwo2-axlevehiclesmovingoveramulti-spancontinuousbeambridge.Eachvehicletravelsonthebridgewith109 华北水利水电学院设计independenttimeandvariablespeed.Theequationofmotionoftheithvehicleisexpressedas:Mvi¨Yi+Cvi˙Yi+KviYi=Pvi(1)Fig.1.Multiplevehicles-bridgesystemofn-spancontinuousbridge.Fig.2.Afinitebeamelementwith4degreesoffreedom.whereYi=yvi(t)_vi(t)y1i(t)y2i(t)Tistheresponsevectoroftheithvehicle,Mvi,CviandKviarethemass,dampingandstiffnessmatricesoftheithvehiclerespectively(seeAppendix).Theforcevector,Pviisthecombinationof109 华北水利水电学院设计thevehicle-bridgeinteractionforcevectorandvehiclestaticloadvectorexpressedas:wherer(x(t))istheroadsurfaceroughnessatthelocationofthecorrespondingvehicleaxles.w(x(t),t)andw˙(x(t),t)aretheverticaldeflectionofthebridgeanditstimederivativeatthelocationofthecorrespondingvehicleaxles,respectively.7.SummaryandconclusionsThedynamicaxleloadidentificationofmultiplevehiclesfromthebridgebendingstrainresponseisanalyticallyandexperimentallystudied.Theleastsquaresregularizationviasingularvaluedecompositionisusedinanoptimizationtechnique.Theupdatedstaticcomponenttechniqueisappliedtoimprovetheaccuracyandworkabilityofthesolutionprocedure,thusaddressingthedifficultyinselectingaregularizationparameter.Fromtheanalyticalstudybasedoncomputersimulations,itisobservedthattheproposedmethodidentifiessingle109 华北水利水电学院设计ormultiplevehicleaxleloadseffectivelywithahigheraccuracyandrobustnesscomparedtotheconventionalregularizationmethod.Itisalsoobservedthatvehicleswithlongeraxlespacingtendtoreturnaloweridentificationerrorthanvehicleswithshorteraxlespacing.TheexperimentalstudywasconductedtoinvestigatetheeffectivenessoftheUSCidentificationmethodology.Theactualdynamicaxleloadsofvehiclesaredirectlymeasuredandusedinaccuracyevaluation.Accordingtotheexperimentalresults,thesinglevehicleaxleloadidentificationindicatesthatthesolutionaccuracydependsonvehiclemassandspeed.Vehicleswithalargermassandtravelingwithlowerspeedwillresultinmorecorrectlyidentifiedaxleloadsthanvehicleswithlessmassandhigherspeed.Moreover,theeffectofvehicletransversepositioningiseliminatedbyusingaveragesectionalbendingmomentsconvertedfromstraingaugesevenlydistributedineachbridgesection.References[1]LawSS,ChanTHT,ZengQH.Movingforceidentification:Atimedomainmethod.JournalofSoundandVibration1997;201(1):1–22.[2]LawSS,ChanTHT,ZengQH.Movingforceidentification:Afrequencyandtimedomainanalysis.JournalofDynamicSystems,Measurement,andControlASME1999;121(3):394–401.[3]ChanTHT,LawSS,YungTH,YuanXR.Aninterpretivemethodformovingforceidentification.JournalofSoundandVibration1999;219(3):503–24.109 华北水利水电学院设计[4]BusbyHR,TrujilloDM.Optimalregularizationofinversedynamicsproblem.ComputersandStructures1997;63(2):243–8.[5]LawSS,ZhuXQ.Studyondifferentbeammodelsinmovingforceidentification.JournalofSoundandVibration2000;234(4):661–79.[6]HansenPC.Analysisofdiscreteill-posedproblemsbymeansoftheLcurve.SIAMReview1992;34(4):561–80.[7]ZhuXQ,LawSS.Identificationofvehicleaxleloadsfrombridgedynamicresponses.JournalofSoundandVibration2000;236(4):705–24.[8]LawSS,FangYL.Movingforceidentification:Optimalstateestimationapproach.JournalofSoundandVibration2001;239(2):233–54.[9]ZhuXQ,LawSS.Movingloadsidentificationthroughregularization.JournalofEngineeringMechanicsASCE2002;128(9):989–1000.[10]GolubGH,HeathM,WahabaG.Generalizedcrossvalidationasamethodforchoosingagoodridgeparameter.Technometrics1979;21:215–23.[11]PinkaewT.Identificationofvehicleaxleloadsfrombridgeresponsesusingupdatedstaticcomponenttechnique.EngineeringStructures2006;28(11):1599–608.[12]PinkaewT,AsnachindaP.Experimentalstudyontheidentificationofdynamicaxleloadsofmovingvehiclesfromthebendingmomentofbridges.EngineeringStructures2006;29(9):2282–93.[13]ZhuXQ,LawSS.Movingforceidentificationonamulti-spancontinuousbridge.JournalofSoundandVibration1999;228(2):377–96.109 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华北水利水电学院设计[22]ChaallalO,ShahawyM.ExperimentalEvaluationofDynamicAmplificationforEvaluationofBridgePerformance.TechnicalReportNo.ETS.DRSR.98.11,DepartmentofConstructionEngineering:UniversityofQuebec;1998.109 华北水利水电学院设计专业外文翻译根据连续桥在弯曲的反应对其复杂车辆荷载的鉴定多跨连续桥梁在复杂的交通工具其动态轴荷载的判别被提出,而本研究的目的是制定一个切实可行的方法，就是通过测量桥梁在复杂交通系统下其动态轴的反应来判定其负载。通过桥梁随着时间变化其点荷载的负载反应的反向问题，该方案可通过使用最小二乘正规化优化法得以解决。这项更新的静态部分技术被采用到提高其准确性和消除最佳正规化选择的困难。计算机模拟和实验研究用来说明该方法的有效性。在实验室建造和制造了按比例缩小的一个三跨连续桥梁和两个2轴交通工具的示范模型。各种复杂的移动车辆的组合被考虑其中，包括超车和并排运动。该模型的交通系统载体在移动中的实际动态载荷将被直接监测并应用于准确性的评估中。从取得的成果显示，南加州大学的技术有效改善了其问题的准确性和坚固性，特别是在改善内部桥梁周围缺乏标准载荷的情况下的准确性。在所有的移动交通系统中该种方法很可靠并可准确地确定每一个动态的轴重。研究表明车轮重叠或通过桥梁支座时确定的轴重并无冲突，因为车轴负载是被独立确定并由来自南加州大学算法的静态影响线控制的。测量和重建弯曲实验的比较说明该方法是正确的。在所有情况的研究中，特定的动态轴重的精准度在13％的相对百分比误差之内。1导言109 华北水利水电学院设计对新桥梁和路面的设计来说，轴载和车辆的总重量是很重要的信息，因此现有的桥梁和人行道的疲劳寿命评级和评估，设计了对超重车辆控制的规范标定和公路规例。因此，在特定的公路对移动的卡车获得准确的静态和动态轴重是非常有必要的，现有的称重方法，如弯板和压电带，仅限于静态轴重及车辆总重，不能提供移动卡车的动态结构的回应。由一个置有仪器的车辆直接测量许多车辆和行人或桥梁结构之间的动态相互作用是很困难并且是不切实际的。通过动态的桥梁反应得到的间接轴重，可以感应和捕获所有车辆在正常的交通状况下引起的无限制的公正的负载。预计这种确定的动态轴重是两个桥梁装载和路面负荷的典型。通过把动态桥梁反应分解到车辆轴重的逆向问题的轴重判别方法已被研究和发展了很多年。轴重的时间关系曲线图，可以通过设置轴间距确定，当车辆运动在桥梁上信，车辆位置的时间关系曲线图和测量到的桥梁反应作为输入息。模态叠加的方法来解决一系列不同的带有时间坐标的微分方程式是解决这个问题的早期努力。ChanTHT,zengQH等改善了这个技术。LawSS,ChanTHT,ZengQH等提出了时间频率坐标方法，它可以提供傅立叶变换负载反应关系，并使用最小二乘法间接的判定轴重。ChanTHT,LawSS,YungTH,YuanXR.等提出了一个通过解决非耦合模态坐标的运动方程，采用桥梁封闭形式的方法。那个是由Chan和Law计算方法的逆矩阵的结构转型，这一总体结果归因于排名缺陷。BusbyHR,TrujilloDM.采用的最小二乘通过正则化优化在逆动态问题中提供为一个病态问题提供稳定的解决方案。根据这一办法，几个采用正规化方法识别移动载荷的技术已被提出。LawSS,ZhuXQ.Study研究了这项理论基础并通过实验结果确认了正规化的应用。他们发现，当使用由HansenPC.109 华北水利水电学院设计确定的最优的一则各向异性扩散滤波的正则化参数。问题会变得越来越不敏感。此外，用各向异性扩散滤波的正则化参数方案判定的病态力量，在开始和结束的时间曲线有着显著提高。ZhuXQ,LawSS介绍了一个应用了正交矩形板模式的车轴载荷判别技术，基于这一技术的计算机模拟和实验室测试结果得出结论当测量噪声大于5％的信号时噪音过滤应先于识别程序完成。此外，ZhuXQ,LawSS指出，使用梁模型，而不是一板模型判定，可以减少随着桥梁的纵轴低振动模式主导的计算时间。LawSS,FangYL采用的最佳状态的方法是出自于一个离散的规划，这种动态规划方法因其降低了计算轴重时间而出名与早先正规化方法类似的，LawSS,FangYL的识别病态问题的方法更有效。但是，当正则参数非常小或被忽视时动态规划方法无法确定准确的轴加载时间曲线图，然后，各向异性扩散滤波的正则化L-曲线不能完整的被标绘来确定最佳参数。稍后，ZhuXQ,LawSS采用了奇异值分解（奇异值）技术，以消除由于矩阵奇点的不良空调。在这个以奇异值分解技术为基础的结果非常稳健，通过使用由各向异性扩散滤波的正则化L-曲线或由GolubGH,HeathM,WahabaG验证得广义交叉技术（更昔洛韦）提供的最佳正则参数获得了良好的准确性。然而，确定最优正则参数通常需要额外的对绘制的各向异性扩散滤波的正则化L-曲线或广义交叉技术（更昔洛韦）计算，而这需要大量的计算时间。为了克服这种决定最优正则参数的困难，PinkaewT提出了静态数值更新组件技术。通过一个迭代法，正规化参数可赋予更广泛的范围内，而轴载荷识别一直到具有相同的顺序准确的解决方案时收敛。通过一个简支桥梁进行的实验研究PinkaewT,AsnachindaP指出，南加州大学技术来源于一个对于静态和动态识别轴重判别准确的坚固的轴载荷识别。109 华北水利水电学院设计上述研究都追求在简支桥梁上的移动车载的轴载荷识别.然而,有许多连续梁桥更适合研究车辆荷载和更方便安装一个监测系统的。对于连续梁桥结构德研究已经实施了。ZhuXQ,LawSS表明,在内部的桥梁荷载支持确定轴重的方法几乎接近零。这是因为当轴的位置直接承重时，桥梁的弯曲反应非常之小。ChanandAshebo提出了一个只使用一个目标跨度来识别连续梁桥轴载荷的方法。他们还指出，识别的精度基于弯矩响应优于加速度反应。虽然从ChanandAshebo提供的可接受的精确的计算机模拟和实验室检测结果可以得出结论，移动轴重判别在所考虑的目标跨度记录的开始和末尾导致在某些情况下负轴载荷识别。基于对以前的研究审查，只有对单一的车辆轴重鉴定被提议。但是，在实际有频繁的卡车多驻留交通中其桥梁的设计或负荷建模评价有重要意义复杂车辆轴重识别，其中包括一侧活动，密切追随和为利益的超车。在本研究中，对复杂的多车辆轴重识别方法的支持理论进行了讨论，并提出了实验方法。最小二乘正则化方法利用奇异值分解和南加州大学技术已经被认可。每辆车荷载的轴重被独立确定。数值样本也计算机模型所证明。按比例缩小的移动荷载连续梁桥模型车组成的两个实验结果也以给出。2多种车辆作用下桥梁的反应在本节中，在制定移动轴重和桥梁的响应之间的关系时，在计算机上使用数值模拟的研究得到发展。有限元方法是采用结构建模，因为分析基于连续结构体系与不能适用于复杂的结构模式叠加。2.1运动车载梁系统的方程109 华北水利水电学院设计图1给出了有两个2个移动车载的复杂的多跨连续梁桥的有限元结构模型每辆车在独立的匀速移动，对于第i个汽车运动方程表示为：Mvi¨Yi+Cvi˙Yi+KviYi=Pvi(1)图1N跨连续桥梁的复杂多车桥系统图2其中Yi={yvi(t)_vi(t)y1i(t)y2i(t)}TTT是第i车辆的反应矢量,Mvi,Cvi和Kvi分别表示第i个车辆的质量，阻尼和刚度矩阵。矢量Pvi是车桥组合的相互作用的合成向量。车辆静载矢量表示为：109 华北水利水电学院设计其中r(x(t))是在路面粗糙度的位置相应车辆车轴。w(x(t),t)和w˙(x(t),t)分别是在相应的车辆车轴位置的桥梁的垂直偏转和时间导数。这座桥被认为是一个n-跨连续欧拉伯努利梁模型。图2介绍了梁单元有限用于相应的节点结构的离散自由度和节点力。桥的质量和刚度矩阵可使用埃尔米特立方米插值形函数。这种形状函数的J次元素用于转化为节点的外部作用荷载。7总结和结论根据桥上弯曲变形反应的分析和实验研究来鉴定动态多车轴荷载。最小二乘通过正规化奇异值分解用于优化技术。更新的静态组件技术应用以提高准确性和解决方案的可操作性程序，从而解决在选择一个正则参数方面的困难。从分析研究的基础上计算机模拟，可以观察到该方法在确定单个或多个车辆轴重方面比传统的正则化方法有较高的准确性和稳定性。我们也看到车辆在长轴间距会比在短轴间距时回到一个较低的辨识误差。109 华北水利水电学院设计实验研究是可调查USC鉴定方法的有效性。实际上车辆动态轴重被直接测量和用来精确评估。根据实验结果，单一车辆轴载鉴定表明，解决方案的准确性取决于车辆的质量和速度。车辆拥有较大质量和较低的行驶速度会比拥有较小质量和较高速度导致更准确的车辆轴重鉴定。此外，车辆横向效应定位是通过消除应变转换弯曲反应时平均截面使其均匀分布在每个桥节。参考文献：（1）LawSS,ChanTHT,ZengQH.移动力标识：一个时间域的方法。声音与振动学报1997年，201（1）:1-22。（2）LawSS,ChanTHT,ZengQH.移动力标识：频率和时域分析。动力系统，测量，和控制ASME的杂志1999;121(3):394–401。（3）ChanTHT,LawSS,YungTH,YuanXR.。一种动力鉴定的解释方法。声音和振动的杂志1999;219(3):503–24.（4）BusbyHR,TrujilloDM.优化正规化的逆动力学问题。计算机和结构1997;63(2):243–8.（5）LawSS,ZhuXQ.在不同的光束模式下动力鉴定的研究声音与振动学报2000年;234(4):661–79.（6）HansenPC.对Lcurve方法离散不适应问题的分析。SIAM回顾1992年34（4）:561–80。（7）ZhuXQ,LawSS.鉴定桥的动态轴重反应。声音与振动学报2000年，236（4）:705-24。（8）LawSS,FangYL.移动载荷鉴定：最优接近状态估计。声音与振动学报2001年，239（2）:233-54。109 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