南京长江第四大桥引桥部分结构设计 41页

'南京长江第四大桥引桥部分结构设计第一章概述第一节工程概况1.南京长江第四大桥是南京市城市总体规划中“五桥一隧”过江通道之一，位于南京二桥下游约10公里处。主桥采用双塔三跨悬索桥方案，引桥为50m跨和52m跨预制拼装混凝土连续梁。图1桥位图41 平立面总图、主桥上部结构一般构造图、梁段构造图及钢筋图、预应力钢束布置图、施工步骤图等。第二节设计基本资料1原始条件及数据1.1桥梁概况该桥为连续梁体系，分为上下行两幅桥。每座桥宽16.5m，桥梁总宽33m。平面线形：位于直线上桥面纵坡：3％；桥面横披：2％主梁：预应力混凝土等截面连续箱梁，采用单箱单室斜腹板截面桥墩墩身：钢筋混凝土空心薄壁墩，墩高35m基础：钻孔灌注桩基础主要的施工工艺：预制节段拼装施工1.2箱梁的基本构造箱梁梁高2.9m，顶板宽16m，底板宽7.2m，设置2％的单向横坡；截面的主要尺寸为：顶板厚28cm，底板厚25～70cm，腹板厚36～56cm，悬臂板长度3.9m，根部厚50cm；各支点位置设置横隔梁。横断面布置如下图所示：图2标准横断面布置41 图3箱梁截面尺寸（单位：cm）1.3主要材料混凝土：C50混凝土；普通钢筋：钢筋直径大于10mm者为HRB335钢筋，小于10mm者为R235钢筋；钢绞线：主梁纵向采用体内束和体外束相结合的预应力体系。体内、体外预应力钢绞线均采用高强度、低松弛钢绞线，，，，体外预应力钢束采用环氧涂层无粘结钢绞线；锚具：采用OVM型或性能相近的群锚体系；波纹管：采用桥梁用塑料波纹管；节段拼装粘结剂：采用符合国际预应力协会标准FIP的节段拼装桥梁粘结剂。1.4其它桥面铺装：9cm沥青铺装，防水层；伸缩缝：400型梳齿板伸缩缝；支座：采用减隔震支座；防撞护栏：钢-混凝土组合式护栏；41 1.5预制节段拼装施工方法示意图图4预制节段拼装施工－逐跨施工3技术要求（1）双向六车道高速公路；（2）设计行车速度：100km/h；（3）设计荷载：公路-Ⅰ级。41 第二章内力计算第一节主梁内力计算流程及桥梁建模根据此次设计横断面的具体构造特点，利用桥梁博士V3.0将空间桥垮结构简化为平面结构进行计算，图2.1所示为主梁的内力计算分析流程。41 图2.11主梁内力分析流程图1、单元划分参考文献[4]P235，采用桥梁专用程序进行结构计算分析。全桥单元划分时，应综合考虑结构在施工过程及正常使用阶段控制设计的截面位置，使控制截面位于单元节点处。本设计为连续梁桥，结合施工、使用结构的受力特性及预应力束布置，将全桥划分为150单元、151个节点。如图2-1所示：节点号与控制截面对应关系及节点的总体坐标分别见表2-1和表2-2。表2-1节点号与控制截面对应表节点号113263851控制截面永久支座第一跨跨中永久支座第二跨跨中永久支座节点号637688101113控制截面第三跨跨中永久支座第四跨跨中永久支座第五跨跨中节点号126138151控制截面永久支座第六跨跨中第六跨支座表2-2节点坐标表节点号12345678910坐标X(cm)020040060080010001200140016001800节点号11121314151617181920坐标X(cm)2000220024002600280030003200340036003800节点号21222324252627282930坐标X(cm)4000420044004600480050005200540056005800节点号31323334353637383940坐标X(cm)6000620064006600680070007200740076007800节点号41424344454647484950坐标X(cm)8000820084008600880090009200940096009800节点号515253545556575859601000010200104001060010800110001120011400116001180041 坐标X(cm)节点号61626364656667686970坐标X(cm)12000122001240012600128001300013200134001360013800节点号71727374757677787980坐标X(cm)14000142001440014600148001500015200154001560015800节点号81828384858687888990坐标X(cm)16000162001640016600168001700017200174001760017800节点号919293949596979899100坐标X(cm)18000182001840018600188001900019200194001960019800节点号101102103104105106107108109110坐标X(cm)20000202002040020600208002100021200214002160021800节点号111112113114115116117118119120坐标X(cm)22000222002240022600228002300023200234002360023800节点号121122123124125126127128129130坐标X(cm)24000242002440024600248002500025200254002560025800节点号131132133134135136137138139140坐标X(cm)26000262002640026600268002700027200274002760027800节点号141142143144145146147148149150坐标X(cm)28000282002840028600288002900029200294002960029800节点号151坐标X(cm)30000第二节恒载集度计算（按单幅桥全宽计算）1、一期恒载集度一期恒载集度包括箱梁及横隔板的集度，也可以只考虑箱梁的集度而将横隔板作为集中力加在节点，本设计将箱梁及横隔板一起处理成分段均布集度作用在相应的单元上，计算公式为：×25kN/m3(5-1)41 式中：i——单元号；——箱梁i号单元一期恒载集度；——箱梁i号单元毛截面面积；截面变化单元，为该单元两端节点截面面积的平均值。2、二期恒载集度二期恒载集度为桥面铺装集度与防撞护栏集度之和，本设计桥面铺装采用9cm的沥青混凝土铺装，防水层。即：＝3、恒载内力根据单元划分及相应的恒载集度，采用桥梁专用程序进行恒载内力计算。计算结果如下：在第1施工阶段的恒载内力单元号节点号剪力弯矩116.294e+0035.155e-01056-3.184e+0034.739e+004663.184e+0034.739e+00412134.305e+0016.824e+0041313-4.305e+0016.824e+00419203.082e+0034.637e+0042020-3.082e+0034.637e+00424256.192e+0034.328e-010在第6施工阶段的恒载内力单元号节点号剪力弯矩115.306e+0032.276e-0101213-7.414e+002-2.619e+00413137.414e+002-2.619e+00425267.802e+0033.202e+00426267.594e+0033.202e+0043738-1.257e+0031.321e+00238381.257e+0031.321e+00250510.000e+0000.000e+000在第21施工阶段的恒载内力41 单元号节点号剪力弯矩115.399e+0032.294e-0101213-8.068e+002-2.261e+00413138.068e+002-2.261e+00425267.708e+0033.337e+00426266.780e+0033.337e+0043738-4.435e+002-1.375e+00438384.435e+002-1.375e+00450516.327e+0031.864e+00451516.610e+0031.864e+0046263-2.738e+002-1.545e+00463632.738e+002-1.545e+00475766.497e+0032.588e+00476766.343e+0032.588e+0048788-5.877e+000-1.900e+00488885.877e+000-1.900e+0041001016.765e+0031.138e+0041011017.554e+0031.138e+004112113-1.218e+0037.603e+0031131131.218e+0037.603e+0031251265.553e+003-4.105e+0031261266.636e+003-4.105e+0031371383.027e+003-3.824e+003138138-3.027e+003-3.824e+0031501516.472e+003-7.244e-010和在第22施工阶段的恒载内力单元号节点号剪力弯矩115.199e+0037.819e+0031213-7.967e+002-2.222e+00413137.967e+002-2.222e+00425268.837e+0033.756e+00426266.879e+0034.558e+00441 3738-6.113e+002-2.276e+00438386.113e+002-2.276e+00450516.796e+0033.697e+00451516.947e+0034.498e+0046263-1.939e+002-2.399e+00463631.939e+002-2.399e+00475767.152e+0033.828e+00476767.185e+0034.629e+0048788-3.706e+002-2.287e+00488883.706e+002-2.287e+0041001016.976e+0033.988e+0041011016.583e+0034.798e+0041121132.255e+002-1.418e+004113113-2.255e+002-1.418e+0041251267.089e+0034.427e+0041261269.781e+0034.427e+0041371381.747e+003-2.351e+004138138-1.747e+003-2.351e+0041501516.274e+003-7.143e-0104温度次内力的计算计算时假定：（1）沿桥长的温度分布是均匀的；（2）混凝土材料是弹性匀质材料；（3）梁变形服从平面假定。温度应力将由两部分组成：（1）梁的温度变形受到纵向纤维之间的相互约束（因梁变形仍服从平截面假定，实际截面的最终变形仍为直线），在截面上产生自平衡的纵向约束应力，一般称为“自应力”。（2）由于桥梁处于正晒状态，结构将产生温度上拱变形，对于连续梁桥将受到支承条件的约束而产生温度次内力及温度次应力。用矩阵位移法求解温度效应，温度变化引起的结点荷载向量为41 式中：温度自应力为自平衡应力，根据变形协调原理，可由下式求得：温度内力计算结果见下表，由电算得出具体数值：单元号节点号剪力弯矩111.294e+002-5.275e-0111213-1.294e+0023.106e+00313131.294e+0023.106e+0032526-1.294e+0026.471e+0032626-4.101e+0016.471e+00338394.101e+0015.405e+00350514.101e+0014.421e+00351511.586e+0014.421e+0036263-1.586e+0014.801e+00363631.586e+0014.801e+0037576-1.586e+0015.214e+0037676-1.566e+0015.214e+00387881.566e+0014.838e+0038888-1.566e+0014.838e+0031001011.566e+0014.431e+0031011013.845e+0014.431e+003112113-3.845e+0015.354e+0031131133.845e+0015.354e+003125126-3.845e+0016.353e+003126126-1.271e+0026.353e+0031371381.271e+0023.304e+00341 138138-1.271e+0023.304e+0031501511.271e+002-2.365e-011第三节活载内力计算《桥规》4.3规定：汽车荷载有车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载和车道荷载不得叠加。本设计设计荷载是公路——Ⅰ级，其车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5kN/m;集中荷载标准值根据《桥规》4.3规定可得Pk=360kN。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中最大影响线峰值处。本桥是单室单箱梁，输入活载时，汽车采用2.691的横向分布调整系数活载内力计算结果如下：汽车MaxM结果单元号节点号剪力弯矩110.000e+0000.000e+0001213-4.317e+0021.627e+0041313-7.594e+0021.627e+0042526-5.108e+0012.492e+0032626-2.475e+0022.492e+0033738-6.618e+0021.319e+0043838-5.289e+0021.319e+0045051-3.451e+0024.678e+0035151-2.091e+0024.678e+0036263-6.412e+0021.356e+0046363-5.495e+0021.356e+0047576-1.849e+0023.962e+0037676-2.882e+0023.962e+0038788-6.626e+0021.354e+0048888-5.282e+0021.354e+004100101-2.085e+0024.659e+003101101-3.416e+0024.659e+003112113-6.444e+0021.322e+004113113-5.465e+0021.322e+00441 125126-2.454e+0022.450e+003126126-5.023e+0012.450e+003137138-8.630e+0021.588e+004138138-3.278e+0021.588e+0041501510.000e+0000.000e+000汽车MaxQ结果单元号节点号剪力弯矩111.740e+0030.000e+0001213-5.934e+0021.259e+00413135.932e+0021.259e+0042526-5.108e+0012.326e+00326261.996e+003-9.781e+0033738-9.019e+0028.373e+00338389.020e+0028.373e+0035051-3.451e+0024.507e+00351511.978e+003-9.068e+0036263-8.892e+0028.621e+00363638.893e+0028.621e+0037576-2.869e+0023.915e+00376761.995e+003-9.482e+0038788-9.095e+0028.596e+00388889.096e+0028.595e+003100101-2.981e+0024.264e+0031011011.957e+003-8.909e+003112113-8.794e+0028.259e+0031131138.796e+0028.258e+003125126-2.454e+0022.406e+0031261262.022e+003-9.419e+003137138-1.022e+0031.005e+0041381381.022e+0031.003e+004150151-1.734e+0020.000e+000汽车MinM结果:单元号节点号剪力弯矩110.000e+0000.000e+00012131.804e+002-3.952e+00341 1313-1.797e+002-3.952e+00325261.674e+003-1.504e+00426261.042e+003-1.504e+0043738-2.030e+002-5.573e+00338382.030e+002-5.573e+00350511.553e+003-1.332e+00451519.924e+002-1.332e+0046263-1.376e+002-4.804e+00363631.376e+002-4.804e+00375761.006e+003-1.375e+00476761.584e+003-1.375e+0048788-1.509e+002-4.804e+00388881.509e+002-4.804e+0031001019.934e+002-1.336e+0041011011.555e+003-1.335e+0041121132.000e+002-5.178e+003113113-2.000e+002-5.178e+0031251261.037e+003-1.486e+0041261261.670e+003-1.486e+004137138-1.771e+002-4.240e+0031381381.778e+002-4.240e+0031501510.000e+0000.000e+000汽车MinQ结果:单元号节点号剪力弯矩11-1.752e+0020.000e+00012139.358e+0021.027e+0041313-9.780e+0021.073e+00425262.024e+003-9.524e+0032626-2.475e+0022.453e+00337387.870e+0028.359e+0033838-8.288e+0028.835e+00350511.956e+003-8.916e+0035151-2.987e+0024.279e+00362638.186e+0028.765e+0036363-8.602e+0029.243e+00375761.995e+003-9.482e+0037676-2.882e+0023.924e+00387887.985e+0028.747e+0038888-8.401e+0029.225e+0031001011.979e+003-9.077e+003101101-3.416e+0024.489e+0031121138.078e+0028.560e+00341 113113-8.491e+0029.041e+0031251261.993e+003-9.671e+003126126-5.023e+0012.287e+0031371385.162e+0021.206e+004138138-5.508e+0021.258e+0041501511.741e+0030.000e+000第四节荷载组合按照“桥规”的要求和以上计算结果，可进行三种承载能力极限状态组合和三种正常使用极限状态组合。组合结果用来按承载能力及按应力估算配筋。荷载效应为荷载在连续梁桥上部结构所产生的内力及变形。荷载的种类和性质不同，各种荷载组合发生的概率也不同。因此，不同荷载组合时，桥梁结构应有不同的安全储备，即安全系数应有所区别。永久荷载和基本可变荷载作用下的安全度要高些，其他可变荷载和偶然荷载则可低些，根据这些原则，便可进行荷载效应组合。结构内力是荷载效应的必然结果，桥梁结构按极限状态法设计时，分为两种极限状态，即正常使用极限状态和承载能力极限状态。对于两种极限状态，应按相应的荷载组合规律进行内力组合。对于预应力砼连续梁桥，同一截面因不同荷载作用的内力可能同号，也可能异号，因此应考虑不同的荷载安全系数进行内力组合。桥梁设计规范规定的内力组合方法如下：1.按承载能力极限状参照《桥规》中第4.1.6条规定进行承载能力极限状态的内力组合态设计式（5-4）或式（5-5）式中：——基本组合的效应组合设计值；——结构重要性系数（一、二、三级分别取1.1、1.0、0.9）；——第个永久作用效应的分项系数；、——第个作用效应的标准值和设计值；——汽车荷载效应的分项系数（含冲击力、离心力），=1.4；41 、——汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的标准值和设计值；——除汽车效应组合、风荷载外的第个可变作用效应的分项系数，=1.4；、——作用效应组合中，除汽车荷载效应外的其他第个可变作用效应的标准值和设计值；——可变作用效应的组合系数。主要控制截面内力组合结果见下表；承载能力极限状态的内力组合截面号内力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩1(第一支座)剪力1.15e+046.82e+038.61e+037.1e+031(第一支座)弯矩4.44e-103.5e-104.7e-103.5e-1013（第一跨跨中）剪力9.72e+02-1.79e+03-1.29e+03-4.34e+0213（第一跨跨中）弯矩8.17e+048.91e+041.01e+054.73e+0426（第二支座左）剪力1.28e+047.71e+031.24E+041.87E+0426（第二支座左）弯矩-8.29E+04-4.91E+04-4.89E+04-1.02E+0526（第二支座右）剪力1.2E+047.16E+037.16E+031.09E+0426（第二支座右）弯矩-8.33E+04-4.89E+04-4.89E+04-1.02E+0538（第二跨跨中）剪力1.81E+03-1.06E+03-5.23E+026.61E+0238（第二跨跨中）弯矩5.88E+045.56E+047.64E+041.51E+0451（第三支座左）剪力1.08E+045.76E+035.81E+031.03E+0451（第三支座左）弯矩-5.83E+04-3.52E+04-3.00E+04-7.78E+0451（第三支座右）剪力1.22E+047.03E+037.19E+031.08E+0451（第三支座右）弯矩-5.85E+04-3.56E+04-3.00E+04-7.78E+0463（第三跨跨中）剪力1.72E+03-1.16E+03-5.78E+024.50E+0263（第三跨跨中）弯矩7.35E+045.78E+048.14E+042.89E+0476（第四支座左）剪力1.11E+046.12E+036.31E+039.67E+0376（第四支座左）弯矩-6.36E+04-3.58E+04-3.34E+04-8.08E+0476（第四支座右）剪力1.22E+046.93E+037.01E+031.17E+0476（第四支座右）弯矩-6.36E+04-3.57E+04-3.34E+04-8.08E+042.按正常使用极限状态设计1．作用的短期效应组合《桥规》第4.1.7条规定进行正常使用极限状态内力组合（5-6）式中：——作用的短期效应组合设计值；——第个可变作用的频遇值系数，汽车荷载=0.7。2．作用的长期效应组合41 （5-7）式中：——作用的长期效应组合设计值；——第个可变作用的准永久值系数，汽车荷载=0.4。——第j个可变作用效应的准永久值。主要控制截面内力组合结果见下表：正常使用极限状态内力组合(短期)截面号内力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩1(第一支座)剪力6.87E+036.60E+036.87E+036.60E+031(第一支座)弯矩6.52E-105.03E+35.20E+35.15E+0313（第一跨跨中）剪力1.32E+03-7.21E+011.84E+026.71E+0213（第一跨跨中）弯矩-1.09E+04-1.21E+04-5.76E+03-2.5E+0426（第二支座左）剪力1.03E+048.70E+038.70E+031.01E+0426（第二支座左）弯矩2.13E+044.44E+044.45E+041.74E+0426（第二支座右）剪力8.35E+036.67E+036.67E+037.68E+0326（第二支座右）弯矩2.86E+045.25E+045.25E+042.49E+0438（第二跨跨中）剪力1.24E+03-1.642.08E+027.55E+0238（第二跨跨中）弯矩-1.81E+04-1.22E+04-9.14E+04-2.79E+0451（第三支座左）剪力8.21E+036.55E+036.59E+037.90E+0351（第三支座左）弯矩2.62E+044.01E+044.38E+041.96E+0451（第三支座右）剪力8.41E+036.74E+036.81E+037.70E+0351（第三支座右）弯矩3.36E+044.80E+045.18E+042.70E+0463（第三跨跨中）剪力8.50E+02-4.08E+02-1.57E+022.90E+0263（第三跨跨中）弯矩-1.39E+04-1.75E+04-1.04E+04-2.73E+0476（第四支座左）剪力8.55E+036.93E+037.01E+037.85E+0376（第四支座左）弯矩3.16E+043.77E+044.52E+042.11E+0576（第四支座右）剪力8.58E+036.94E+036.97E+038.27E+0376（第四支座右）弯矩3.96E+044.52E+045.32E+042.86E+04正常使用极限状态内力组合(长期)截面号内力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩1(第一支座)剪力6.00E+035.08E+035.20E+035.15E+031(第一支座)弯矩7.82E+037.51E+037.82+037.51E+0313（第一跨跨中）剪力1.14E+032.21E+034.12E+037.25E+0213（第一跨跨中）弯矩-1.14E+04-1.53E+04-1.06E+04-2.38E+0426（第二支座左）剪力9.73E+038.71E+038.71E+039.59E+0326（第二支座左）弯矩2.41E+044.37E+044.37E+042.19E+0441 26（第二支座右）剪力7.75E+036.75E+036.75E+037.37E+0326（第二支座右）弯矩3.15E+045.18E+045.18E+042.94E+0438（第二跨跨中）剪力9.74E+022.47E+023.67E+026.94E+0238（第二跨跨中）弯矩-2.06E+04-1.48E+04-1.31E+04-2.62E+0451（第三支座左）剪力7.63E+036.66E+036.69E+037.43E+0351（第三支座左）弯矩2.89E+043.88E+044.24E+042.36E+0451（第三支座右）剪力7.81E+036.83E+036.88E+037.40E+0451（第三支座右）弯矩3.63E+044.67E+045.04E+043.11E+0463（第三跨跨中）剪力5.83E+02-1.50E+027.712.49E+0263（第三跨跨中）弯矩-1.65E+04-2.03E+04-1.45E+04-2.59E+0476（第四支座左）剪力7.95E+037.02E+037.07E+037.55E+0376（第四支座左）弯矩3.45E+043.65E+044.40E+042.53E+0476（第四支座右）剪力7.98E+037.03E+037.06E+037.79E+0376（第四支座右）弯矩4.25E+044.40E+045.20E+043.28E+04承载能力极限状态和正常使用极限状态的弯矩包络图如下：承载能力极限状态弯矩包络图作用短期效应组合下弯矩包络图41 作用长期效应组合下弯矩包络图41 第三章预应力钢束的估算、布置及损失计算第一节预应力钢束的估算1预应力配筋计算原理预应力混凝土连续梁应满足使用荷载下的应力要求和承载能力极限状态下的正截面的强度要求。1.1按正常使用极限状态的应力要求计算预应力混凝土在预加力和使用荷载作用下的应力状态应满足的基本条件是：截面上、下缘均不产生拉应力，且上、下缘的混凝土均不被压碎，该条件可表示为：上缘应力：(5-8)(5-9)下缘应力：(5-10)(5-11)根据截面受力情况，其配筋不外乎有三种形式：截面上、下缘均布置力筋以抵抗正、负弯矩；仅在截面下缘布置力筋以抵抗正弯矩；仅在截面上缘布置力筋以抵抗负弯矩。截面上、下缘均布置力筋：由力筋N上及N下在截面上、下缘产生的应力分别为：бy上=++-(5-12)бy上=-++(5-13)由N上=n上fyбy(5-14)N下=n下fyбy(5-15)将式（5-14）、（5-15）、分别代入（5-12）、（5-13），解联立方程式得：n上=(5-16)n下=(5-17)将式（5-8）、（5-10）分别代入式（5-16）、（5-141 7）即可得按截面上、下缘均不产生拉应力所需要的预应力钢筋数目，显然该值为截面的最小配筋，分别记为NSmin、NXmin。NSmin=(5-18)NXmin=(5-19)再将式（5-9）、（5-11)分别代入式（5-16）、（5-17）即可得按上、下缘的混凝土均不被压碎所需要的预应力钢筋数目，显然该值为截面的最大配筋，分别记为NSmax、NXmax。NSmax=(5-20)NXmax=(5-21)仅在截面下缘布置力筋以抵抗正弯矩：同理可以求得截面上、下缘均不产生拉应力时的最大、最小配筋,记为NXmin、NXmax。NXmin=(5-22)NXmax=(5-23)同理可以求得上、下缘的混凝土均不被压碎时的最大、最小配筋,记为NXLmin、NXLmax。NXLmin=(5-24)NXLmax=(5-25)仅在截面上缘布置力筋以抵抗负弯矩：同理可以求得截面上、下缘均不产生拉应力时的最大、最小配筋,记为NXmin、NXmax。NXmin=(5-26)NXmax=(5-27)同理可以求得上、下缘的混凝土均不被压碎时的最大、最小配筋,记为NXLmin、NXLmax。NXLmin=(5-28)41 NXLmax=(5-29)1.2按承载能力极限状态的应力要求计算根据极限状态的应力计算图式,受压区混凝土达到极限强度Ra，应力图式呈矩形，同时预应力钢束也达到标准强度fpk,钢束数n的估算公式为：(5-30)式中：Mj——经荷载组合并提高后的截面计算弯矩,按内力组合表取用；α——估算钢束群重心到混凝土合力作用点力臂长度的经验系数，此处取0.76；h0——主梁有效高度。第二节钢束布置1钢束数确定预应力混凝土梁的设计，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、挠度及应力等)。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使用性能要求和保证结构对达到承载能力极限状态具有一定的安全储备。对桥梁结构来说，结构使用性能要求包括抗裂性、裂缝宽度、挠度和反拱等项限制。一般情况下以抗裂性及裂缝宽度限制控制设计。在截面尺寸己定的情况下，结构的抗裂性及裂缝宽度主要与预加力的大小有关。面构件的承裁力则与预应力钢筋和普通钢筋的总量有关。因此，预应力混凝土梁钢筋数量估算的一般方法是：首先根据结构的使用性能要求即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，然后再由构件的承载能力极限状态要求，确定普通钢筋的数量。换句话说，预应力混凝土梁钢筋数量估算的基本原则是按结构使用性能要求确定预应力钢筋数量，极限承载力的不足部分由普通钢筋来补充。1.1预应力钢筋数量的估算为估算预应力钢筋数量，首先应以正常使用极限状态正截面抗裂性或裂缝宽度限制要求，确定有效预加力付。(1)全预应力混凝土构件41 前已指出，全预应力混凝土正截面抗裂性应满足：(1)式中：——在作用(或荷载)短期效应组合作用下，构件控制截面法向拉应力，其值为：(2)——混凝土的有效预压应力，其值为:(3)其中A，W——构件截面面积和构件截面面积对截面受拉边缘的弹性抵抗矩，在设计时均可采用混凝土毛截面计算，——预应力钢筋重心对混凝土截面重心轴的偏心距，，值可预先假定。若将的计算表达式(2)和式(3)代人公式(1),即可求得满足全预应力混凝土构件正截面抗裂性要求所需的有效预加力为：2钢束布置原则各断面的锚固束和通过束确定后，就应确定各钢束再箱梁中的空间位置及几何特征，这是计算预应力效应和施工放样的依据。钢束布置时应注意以下几点：1.应满足构造要求。如孔道中心最小距离，最小曲线半径，最小扩孔长度等。2.注意钢束平、竖弯曲线的配合及钢束之间的空间位置。钢束一般应尽早地平弯，在锚固前竖弯。特别应注意竖弯段上、下钢束不要冲突，还应满足孔道净距地要求。3.钢束应尽量地靠近腹板布置。这样可以使预应力以较短地传力路线分布在全截面上，有利于降低预应力传递过程中局部应力地不利影响；能减小钢束地平弯长度；能减小横向内力；能充分利用梗腋布束，有利于截面地轻型化。4.尽量以S型曲线锚固于设计位置，以消除锚固点产生地横向力。5.钢束地线形种类尽量地少，以便计算和施工。6.尽量加大曲线半径，以便穿束和压浆。7.41 分层布束时，应使管道上下对齐，这样有利于混凝土地浇注和振捣，不可采用梅花型布束。1.顶板束地布置还应遵循以下原则：a.钢束应尽量靠截面上缘布置，以便极大地发挥其力学效应；b.分层布束时应使长束布置在上层，短束布置在下层。首先，因为先锚固短束，后锚固长束，只有这样布置才能不会发生干扰；其次，长束通过地梁段多，放在顶层能充分发挥其力学效应；再次，较长束在施工中管道出现质量问题的机率高，放在顶层比较容易处理。第三节预应力损失计算1预应力损失计算后张法梁的预应力损失包括前期预应力损失（钢束与管道壁的摩擦损失，锚具变形、钢束回缩引起的损失，分批张拉混凝土引起的损失）与后期预应力损失（钢丝应力松弛，混凝土收缩与徐变引起的损失），而梁内钢束的锚固应力和有效应力（永存应力）分别等于张拉应力扣除相应阶段的预应力损失。1．预应力钢束与管道壁之间摩擦引起的预应力损失《公预规》6.2.2计算公式：(5-31)式中：σcon——预应力钢筋锚下的张拉控制应力（MPa）；μ——预应力钢筋与管道摩擦系数，取μ=0.20；k——管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015；——从张拉端到计算截面曲线管道部分切线夹角之和（rad）；x——从张拉端到计算截面的管道长度(m)。2．锚具变形、钢束回缩和接逢压缩引起的预应力损失《公预规》6.2.3计算公式：(5-32)式中：——预应力钢束的有效长度，mm；——预应力钢筋的弹性模量；对于钢丝束钢制锥形锚具，变形量=6mm，两端同时张拉，则=12mm。3．张拉台座温差损失对于采用后张法的预应力混凝土构件，张拉台座温差损失为0。4．混凝土弹性压缩引起的应力损失41 根据《公预规》6.2.5后张法分批张拉时，先张拉的钢束由于后张拉后批钢筋所引起的混凝土弹性压缩的应力损失，可按下式计算：(5-33)式中：——在计算截面先张拉的钢筋重心处，由后张拉各批钢筋产生的混凝土法向应力（MPa）;本设计采用简化计算方法：=(5-34)式中：5．预应力钢筋由于钢筋松弛引起的预应力损失《公预规》6.2.6计算公式为：(5-35)其中：=1.0=0.3=σcon-σl1-σl2-σl46．由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失、根据《公预规》6.2.7考虑非预应力钢筋的影响，混凝土收缩和徐变引起的应力损失可按下式计算：(5-36)(5-37)式中：41 41 2预应力损失计算结果41 41 41 41 3：主梁截面强度及应力验算3.1、截面强度验算根据《公预规》6.3，预应力混凝土受弯构件截面强度的验算内容包括两大类，即正截面强度验算和斜截面强度验算。当预应力钢筋的含筋量配置适当时，受拉区混凝土开裂退出工作，预应力钢筋和非预应力钢筋分别达到各自的强度；受压区混凝土应力达到抗压设计强度，非预应力钢筋也达到其抗压设计强度，并假设受压区的混凝土应力按矩形分布。但当受压区布有预应力钢筋时，其应力却达不到抗压设计强度。截面强度验算结果见表41 截面强度验算截面类型性质MjR是否满足1（第一支座）最小弯矩下拉受弯2.537e-0102.942e+003是13（第一跨跨中）最大弯矩下拉受弯1.014e+0051.296e+005是26（第二支座）最小弯矩上拉受弯-1.020e+005-2.241e+005是38（第二跨跨中）最大弯矩下拉受弯7.646e+0047.333e+004是51（第三支座）最小弯矩上拉受弯-7.778e+004-1.471e+005是63（第三跨跨中）最大弯矩下拉受弯8.142e+0048.692e+004是76（第四支座）最小弯矩上拉受弯-8.085e+004-1.558e+005是89（第四跨跨中）最大弯矩下拉受弯8.559e+0048.692e+004是101（第五支座）最小弯矩上拉受弯-5.768e+004-1.471e+005是113（第五跨跨中）最大弯矩下拉受弯7.684e+0047.418e+004是126（第六支座）最小弯矩上拉受弯-1.059e+005-2.241e+005是138（第六跨跨中）最大弯矩下拉受弯9.699e+0041.247e+005是151（第七支座）最小弯矩上拉受弯-4.036e+000-1.324e+003是3.2、抗裂验算据《公预规》6.3规定，预应力混凝土受弯构件应进行正截面和斜截面抗裂验算。（1）正截面抗裂验算据《公预规》预应力混凝土受弯构件应按下列规定进行正截面和斜截面抗裂验算：1正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求：全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件但在荷载长期效应组合下式中——在作用（或荷载）短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力。——在荷载长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力。——扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力。——由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力。作用短期效应组合下正截面抗裂验算（单位：MPa）截面是否满足1（第一支座）0.9332.11-0.755是73.094.43-0.454是41 13（第一跨跨中）5.367.47-0.616是26（第二支座）7.7314.1-3.55是38（第二跨跨中）3.265.93-1.484是51（第三支座）6.211.7-3.16是63（第三跨跨中）4.146.34-0.932是76（第四支座）6.5812.2-3.18是89（第四跨跨中）4.096.45-1.07是101（第五支座）6.1612.0-3.44是113（第五跨跨中）5.167.99-1.232是126（第六支座）7.3514.5-4.25是138（第六跨跨中）5.437.52-0.586是151（第七支座）00.88-704是作用长期效应组合下正截面抗裂验算（单位：MPa）截面--1（第一支座）1.181.23-0.05是13（第一跨跨中）5.095.69-0.6是26（第二支座）11.012.8-1.8是38（第二跨跨中）3.254.33-1.08是51（第三支座）8.8210.4-1.58是63（第三跨跨中）3.794.78-0.99是76（第四支座）9.3210.9-1.58是89（第四跨跨中）3.784.98-1.2是101（第五支座）8.8710.7-1.83是113（第五跨跨中）5.166.39-1.23是126（第六支座）10.613.1-2.5是138（第六跨跨中）5.146.0-0.86是151（第七支座）000是（2）斜截面抗裂验算根据《公预规》6.3.1规定，斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算，并应符合下列要求：全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下现场浇筑（包括预制拼装构件）其中0.4=0.4×2.65=1.06MPa斜截面抗裂验算（单位：MPa）41 截面是否满足截面是否满足1（第一支座）-2.58是76（第四支座）-1.72是13（第一跨跨中）-0.123是89（第四跨跨中）-0.1是26（第二支座）-1.34是101（第五支座）-1.38是38（第二跨跨中）-0.167是113（第五跨跨中）-6.1e-02是51（第三支座）-1.43是126（第六支座）-1.86是63（第三跨跨中）-7.87e-02是138（第六跨跨中）-0.288是151（第七支座）-1.39是3.4挠度验算根据《公预规》6.5规定，钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件，在正常使用极限状态下，其挠度验算可根据给定的构件刚度用结构力学方法计算。受弯构件再使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，按荷载短期效应组合计算的挠度值，乘以挠度长期增长系数η0。所计算的挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600；梁式桥主梁的悬臂端不应超过悬臂长度的1/300。对于全预应力混凝土构件：本设计的挠度长期增长系数η0取：η0=1.42541 第四章桥面板计算第一节简支板的计算1．计算图式2.桥面板计算2.1.桥面板的设计弯矩计算L1/L2≥3，按多跨连续单向板计算（取1m宽）.(1)恒载及其内力计算（沥青混凝土——24KN/m钢筋混凝土——25KN/m）桥面铺装g1=0.09×1.0×24=2.16KN/m桥面板(跨中)g2=0.28×1.0×25=7.0KN/m桥面板(加掖处)g3=0.50×1.0×25=12.5KN/m恒载合计：桥面板（跨中）g=g1+g2=2.16+7.0=9.16KN/m桥面板（加掖处）g＇=g1+g3=2.16+12.5=14.66KN/m(2)恒载弯矩和剪力计算横载计算图式41 跨中弯矩影响线按桥规规定，板计算跨径LL＇=7.2-0.36×2+0.5×2=7.48mL=min(L＇+t1,L＇+b)=min(7.48+0.28,7.48+0.36)=7.76mMsg=1/8×9.16×7.76²+1/6×(14.66-9.16)×0×5×2=69.87KN·mQsg=1/2×9.16×7.76+(14.66-9.16)×1.0×1.0×0.5=38.29KN2.2.桥面板活载内力计算（1）荷载分布宽度根据《桥规》规定，车轮着地长度：a1=0.2m,b1=0.8m（一）平行于板的跨径方向的荷载分布宽度b=b1+2h=0.6+2×0.09=0.78m（二）垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度1)单个车轮在板的跨径中部时a2=a1+2h=0.2+2×0.09=0.38ma=max(a2+L/3,2L/3)=max(0.38+7.76/3,7.76×2/3)=max(2.97,5.17)=5.17m>3m应于两后轴车轮居于板跨中计2）多个车轮在板的跨径中部时a=max(a2+d+L/3,2L/3+d)=max(0.38+1.4+7.76/3,2×7.76/3+1.4)=max(4.37,6.57)=6.57m3)车轮在板的支承处时a=max(a2+d+t,L/3+d)=max(0.38+1.4+0.28,7.76/3+1.4)=max(2.06,3.99)=3.99m(2)弯矩和剪力的计算41 桥面板弯矩和剪力计算简图通过影响线计算如下Msp=(1+µ)M=1.3[(44.57-33.89)×0.78×0.5×0.325×2+33.89×0.78×0.39×2+27.32×0.78×1.94+27.32×0.78×1.04]=161.22KN·mQsp=(1+µ)Q=1.3[(44.98-39.50)×0.39×1/2×0.982+39.50×0.39×0.973+(32.52-27.32)×0.38×0.853×1/2+27.32×0.78×0.375+27.32×0.78×0.12+(33.89-27.32)×0.48×1/2×0.087]=73.95KN荷载组合：γ0=1.1安全等级为一级Msj=1.1×(1.2Msg+1.4Msp)=1.1×(1.2×69.87+1.4×161.22)=340.51KN·mQsj=1.1×(1.2Qsg+1.4Qsp)=1.1×(1.2×38.29+1.4×73.95)=164.43KN第二节悬臂板的计算41 悬臂板计简图1．悬臂板的设计弯矩计算跨径取径跨：L=3.9m(1)恒载集度（沿顺桥方向取1m宽计算）悬臂板自重：g1=(0.18+0.50)×2×25×1.0=8.5KN/m桥面铺装：g2=0.09×24×1.0=2.16KN/m恒载合计：g=g1+g2=8.5+2.16=10.66KN/m防撞护栏：P=7.2KN/m防撞护栏自重作用点I，取外翼缘端部以内0.2m处，即L＇=3.9-0.2=3.7m(2)恒载弯矩和剪力计算L=3.9mMsg=1/2gL²+P×L＇=1/2×10.66×3.9²+7.2×3.7=107.7KN/mQsg=g×L+P=10.66×3.9+7.2=48.77KN/m2.桥面板活载内力计算根据桥规，车轮着地长度：a2=0.2m,b2=0.6m1)平行板跨径方向荷载分布宽度b1=b2+2h=0.6+2×0.9=0.78m2)垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度单个车轮在板的跨径中部时a1=a2+2h=0.2+2×0.9=0.38m板的有效工作宽度：C=3.9-0.5-0.4+0.78/2=3.39m车轮尽量靠近悬臂端部a＇=a2+2h+2C=0.2+2×0.9+2×3.39=7.16m取a=a＇+d=7.16+1.4=8.56mq=[(P/2)×2]/(a×b1)=[(140/2)×2]/(8.56×0.78)=20.97Msp=(1+μ)×q×b1×(C-b1/2)=1.3×20.97×0.78×(3.39-0.78/2)=63.79KN/mQsp=(1+μ)×q×b1=1.3×20.97×0.78=21.26KN荷载组合：γ0=1.1安全等级为一级41 Msj=1.1×(1.2Msg+1.4Msp)=1.1×(1.2×107.7+1.4×63.79)=240.4KN·mQsj=1.1×(1.2Qsg+1.4Qsp)=1.1×(1.2×48.77+1.4×21.26)=97.12KN第二篇参考文献及资料41 [1]公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）[3]姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社，2004[4]熊学玉.体外预应力结构设计.北京：中国建筑工业出版社，2005[5]美国州际公路与运输工作者协会.节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范（一）.国外桥梁，1993[6]美国州际公路与运输工作者协会.节段式混凝土桥梁设计和施工指导性规范（二）.国外桥梁，1994第三篇谢辞41 四年前，我走进了河海大学。在这期间，我学到了很多专业知识。转眼间，四年的时光已飞逝而去。在我即将毕业之际，让我深深地感谢培养我的母校河海大学。本次毕业设计是在袁爱民老师的指导下完成的。在将近三个月的毕设过程中，袁老师给了我巨大的帮助。因为我的基础知识很差,刚开始设计的时候,我什么也不会做，每次都是袁老师在百忙中抽出时间耐心地给我讲解,让我明白桥梁和结构方面的很多知识,这些知识将对我今后的职业生涯起到很大的帮助,在此对袁老师的讲解表示衷心的感谢。我还要感谢这次和我在同一个教室进行毕设的各位同学。在这三个月中，他们给了我很大的帮助,让我能够顺利地完成这次毕业设计!大学四年的学习生活很快就要画上一个句号了。在此，我感谢在大学期间传授我知识的各位老师，感谢他们对我的教导和帮助，他们的教诲让我受益匪浅。也很感谢大学四年的同窗好友，感谢他们对我的支持和帮助。师恩难忘，友情难忘，这一切的一切都将是我毕生巨大的财富。今后我一定努力工作，为社会多做贡献！41'