四跨一联预应力混凝土变截面连续箱形梁毕业设计.doc

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1、第一章 方案简介及上部结构尺寸拟定第一节 概 述本设计方案，采用四跨一联预应力混凝土变截面连续箱形梁,三向预应力结构。全桥长372m,采用对称平衡悬臂施工方法建造，根据当地水文、地址及桥下通航净空要求，主跨拟定为110m。全桥宽29m,本桥两侧各设管道过桥预留位置。 上部结构根据通行双向六车道要求，定为公路级，采用双箱单室截面，箱宽14.5m，本箱下部宽度为7.5m，采用宽翼板，悬臂长3.5m，属大悬臂，故采用直腹板。第二节 主跨径的拟定根据公路桥涵设计手册规定，边跨一般为中跨的0.50.8倍，本设计采用0.6909倍的中跨径，即76m，则全联跨径为：（76+2110+76m）372m,固定支

2、座设在联内第二个支座。第三节 顺桥向梁的尺寸拟定连续梁桥的支座设计负弯矩一般比跨中设计正弯矩大，采用变高度形式比较合理，主跨跨径大于80m的大跨连续梁桥一般主梁采用变高度形式，高度变化基本与内力变化相适应，梁底曲线可采用2.0次抛物线形式。一、 支点处梁高根据文献【1】表2-16，支点梁高H=(1/161/20)L,取H=L/18.33,即6.00m。二、 跨中梁高根据文献【1】表2-16，跨中梁高H=(1/301/50)L,取1/40，即2.75m。三、梁底曲线根据文献【1】表2-16规定，选用2次抛物线。图1.3.1 曲线示意图（单位：m）如图1.3.1所示，以第二跨（主跨）中点为圆心，建

3、立直角坐标系。设曲线方程为，由图可知，当x=0时，y=0；当x=53.0时，y=-3.25；当x=-53.0时，y=-3.25。将这三点的坐标代入曲线方程得：a=-0.001156995。故，得梁底的曲线方程为。根据要求，主桥桥面宽定为29m，具体尺寸见图。桃源大桥平面宽度示意图。桥的两端连接着引桥，引桥的宽度比主桥要小为24m。而主桥的宽度为29m。图1.3.2 平面宽度示意图（单位：m）第四节 横桥向梁的尺寸拟定顶板厚取28cm，跨中处底板厚取30cm，以便布置预应力筋束。支点处底板厚75cm。中间底板厚呈线性变化；腹板厚度由于要布置预应力筋束锚头，故跨中采用40cm，支点处取80cm；本

4、设计不设承托，跨中和四分点也不设置横隔板和横隔梁，支点处设有横隔板，上设有过人孔。在边支座出，梁底板、顶板以及腹板尺寸需要局部加大。主梁截面细部尺寸拟定结果见构造图2.3.1。图1.4.1 主梁细部尺寸构造图（单位：cm）第二章 梁段划分及截面几何特性计算第一节 梁段划分为了便于桥梁的施工和在设计中用sap90计算各阶段荷载内力，将桥梁划分为116个单元，其中25和26单元58和59单元91和92单元作为施工的零号块首先浇筑，然后其它块分别对称施工，跨中合拢部分在支架上现浇，为了便于预制和吊装施工块最大长度为4.5m,详细分段图如下各图所示： 图1.1.1 第一边跨梁段划分图1.1.2 第二跨

5、主梁左半部分梁段划分图1.1.3 第二跨主梁右半部分梁段划分图1.1.4 第三跨主梁左半部分梁段划分图1.1.5 第三跨主梁有半部分梁段划分 图 1.1.6 第四边跨梁段划分第二节 毛截面几何特性一、毛截面几何特性 用Autocad画出每个截面的平面图后，能直接求出，见下图：表2.2.1 毛截面几何特性节点截面高(mm) 腹板厚(mm)顶板厚(mm)底板厚(mm)质心y0（m)惯性矩(m4)面积(m2 )12758060601.67715.71617.0622758060601.67715.71617.0632754028301.720210.46299.42642754028301.7202

6、10.46299.42652754028301.720210.46299.42662754028301.720210.46299.42672754028301.720210.46299.42682754028301.720210.46299.42692754028301.720210.46299.426102754028301.720210.46299.42611278.54028301.706910.78619.45412286.64528301.78411.68169.747413297.74528301.85212.80169.847314312.54528301.942214.3849

7、9.9805153315528302.034616.928310.69316353.25528302.16619.804510.937217379.15528402.213625.772911.86218404.85528402.358130.160612.144819433.36028502.414138.404913.453620460.16028502.557944.350413.775221488.96028602.620754.036614.750822519.86528602.780163.243915.553423547.27028702.920972.359116.368824

8、575.97528753.06882.830417.258525600801101203.6074149.41732.2526600801101203.6074149.41732.25二、单元几何特性表2.2.2 单元几何特性单元号面积（m2)体积（m3)自重（kN)梁段长（mm)惯性矩(m4)134.1227.296709.6968030.3432226.48679.4562065.59130025.6345318.85239.58921029.31921020.9258418.85237.704980.30420020.9258518.85237.704980.30420020.92586

9、18.85256.5561470.45630020.9258718.85256.5561470.45630020.9258818.85256.5561470.45630020.9258918.85256.5561470.45630020.92581018.8884.962208.9645021.2491119.201486.40632246.5645022.46771219.597478.37882037.8440024.48321319.827879.31122060.140027.18651420.673682.6942150.0440031.31321521.630286.52.0822

10、49.5440036.73281622.799391.19722371.1240045.57741724.006984.02422184.6235055.93551825.598489.59442329.4435068.56551927.228881.68642123.8430082.75532028.52685.5782225.0230098.3872130.304290.91262363.72300117.28452231.914279.80552074.94250135.6032333.727384.06822185.76250155.18972449.508599.0172574.44

11、200232.24772564.51293354200298.8342第三章 内力计算及组合第一节 恒载内力计算主梁恒载内力，包括主梁自重（一期恒载）引起的主梁自重内力和二期恒载引起的桥面铺装恒载内力，总称为恒载内力。本桥采用平衡悬臂施工方法，二者均采用SAP90程序计算。一、一期恒载的平衡悬臂施工法一般分为五步(一)无论采用的是悬臂浇筑还是悬臂拼装施工，都是从中间墩开始，对称向两边逐段悬出，此时，墩梁通过临时支座固接；主梁自重内力如图所示。 图3.1.1 平衡悬臂施工第一阶段内力图(单位：kNm)(二)悬臂施工结束，进行边跨合拢段支架施工；图3.1.2. 平衡悬臂施工第二阶段内力图(单位：k

12、Nm)(三)当双悬臂与边孔合拢梁段连成整体后，可拆除临时锚固，因阶段（2）边孔合拢时在临时锚固中的力被“释放”，此时相当于对主梁施加一对方向相反的力，此力将在单悬臂结构体系上引起内力；图3.1.3 平衡悬臂施工第三阶段内力图(单位：kNm)(四)当中孔梁段合拢时，现浇结合段的自重由吊杆传至单悬臂梁的悬臂端，也产生内力； 图3.1.4 平衡悬臂施工第四阶段内力图(单位：kNm)(五)当结合段混凝土凝固并与两边相连成连续梁后，吊杆拆除，就相当于对主梁施加一对方向相反的力。 图3.1.5 平衡悬臂施工第五阶段内力图(单位：kNm)（六）拆除临时锚固，因阶段（5）中跨合拢时在临时锚固中的力被“释放”，

13、此时相当于对主梁施加一对方向相反的力，此力将在单悬臂结构体系上引起内力；图3.1.6 平衡悬臂施工第六阶段内力图(单位：kNm)二、恒载内力计算（一）控制截面一期恒载内力计算：表3.1.1 一期恒载汇总表计算一期恒载内力按照上述的六个施工阶段来计算，然后将得到的六个内力迭加，得到全梁内力。（二）二期恒载内力计算，见表3.1.2二期恒载集度为桥面铺装集度与防撞护栏集度之和，即桥面铺装集度+防撞护栏集度 =（0.1424.5）24+0.301224=96.768kN/m 上式中桥面铺装厚度按14cm 计，铺装层宽度为24.5m；防撞护栏每10m按3.01混凝土计，混凝土容重按24KN/计，人行道宽

14、度为2.25m,两则均设人行道。图3.1.7 二期恒载内力图(单位：kNm)二期恒载内力汇总见下表：表3.1.2 二期恒载汇总表（三）恒载内力汇总表如下：表3.1.3 恒载内力汇总表控制截面边支座11/4处91/2处14内力 M(kNm) Q(kN) M(kNm) Q(kN) M(kNm) Q(kN)第一阶段0000-71960.6-8555.46第二阶段08468.7862428.94-1578.532225.19-3126.27第三阶段01494.6928249.581494.6958143.31494.69第四阶段0-170.19-3216.615-170.19-6620.43-170.

15、19第五阶段0-97.76-1847.59-97.76-3802.71-97.76合计09695.5285614.315-351.79-22015.29-10454.99二期恒载02141.4623190.43312.5510087.82-1622.81合计011836.98108804.7-39.24-11927.5-12077.8控制截面3/4处19二支座26内力 M(kNm) Q(kN)M(kNm) 左 Q(kN)右Q(kNm)第一阶段-349837-19840.2-856843-36741.936741.94-36741.936741.94第二阶段-57173.9-3126.27-11

16、3446.7-3126.27-3126.273126.27第三阶段86542.361494.69113446.721494.69-1494.691494.69-1494.69第四阶段-9854.07-170.19-12917.51-170.19511.83-511.83170.19第五阶段-5660.08-97.76-7419.69-97.76163.21-163.2197.76合计-335982.5-21739.75-877180.7-38641.4735922.29-39048.5638641.47二期恒载-38212.2-3461.4-116193.9-5203.235224.26-52

17、24.265203.23合计-374195-25201.2-993375-43844.741146.55-44272.843844.7控制截面1/4处36跨中423/4处49内力 M(kNm) Q(kN) M(kNm) Q(kN)M(kNm) Q(kN)第一阶段-157804-12955000-157804-12955第二阶段0000000第三阶段0000000第四阶段1925.37511.8314720.955511.83-223.41-9691.68-958.635.第五阶段-2686.53163.211393.78163.21898.4418544.46653.36合计-158564.8

18、-1228016114.735675.04675.03-148950.9-13260.32二期恒载-5381.292417.9924828.39-1.21-1.21-10476.3-2613.95合计-163946-9862.0140943.13673.83673.82-159427-15874.3控制截面中支座593/4处69内力 M(kNm) 左Q(kN)右Q(kN)M(kNm) Q(kN)第一阶段-856843-36741.936741.94-36741.936741.94-15780412955.04第二阶段0000000第三阶段0000000第四阶段-37492.04-958.635

19、00958.635-9691.68958.635第五阶段37492.03653.36-653.36653.36-653.3618544.46-653.36合计-856843.5-37047.2236088.58-36088.5837047.215-148950.913260.315二期恒载-126971.8-5420.225420.22-5420.225420.22-10476.32613.95合计-983815-42467.441508.8-41508.842467.44-15942715874.27第二节 活载内力计算 该桥设计荷载为公路级。则根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(

20、JTG D60-2004)第4.3.1.4条，公路级车道荷载的均布荷载标准值为qk =10.5kN/m;集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，pk =180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，pk=360kN；桥梁计算跨径在5m50m时，pk值采用直线内插求得。 计算剪力效应时，上述集中荷载标准值pk应乘以1.2的系数。根据根据公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)4.3.1设计车道数目n与行车道总宽度的关系,可以按照表3.2.1来确定 表3.2.1 设计车道数目与车道总宽度的关系表设计车道数n双向行车车道宽度(m)7.017.014.026.014.010

21、.514.5314.517.5414.021.017.521.0521.024.5621.028.024.528.0728.031.5828.035.0由于该桥宽为29m所以行车道采用为6车道，根据根据公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)第4.3.1-4条需要折减，车道的纵向折减不予考虑。车道横向折减系数见下表： 表3.2.2 横向折减系数表设计车道数目折减系数11.0021.0030.7840.6750.6060.55（一）连续梁的内力影响线绘制连续梁是超静定结构，计算各截面可变荷载内力仍以绘制影响线为主。对于变截面连续梁，可采用静力法或机动法绘制影响线，在本设计中，采用机动法

22、绘制影响线。 图3.2.1 弯矩影响线图3.2.2 剪力影响线（二）人群及汽车荷载的内力的计算将汽车荷载和人群荷载分别加到影响线上找出各控制截面的最不利位置，并用SAP90计算此时各控制截面的内力，此值为该截面活载内力最大值，然后加载到影响线的负值上得到活载内力的最小值。（三）人群荷载计算汇总表本桥按照设计任务书可知人群荷载设置为2.5kN/m, 人群荷载不计冲击，与车道荷载同时考虑。所以,人群荷载为=2.52.252=11.25kN/m，各见面内里见下表：表3.2.1 人群荷载汇总表 内力截面Mmax(kNm)Mmin(kNm)Qmax(kN)Qmin(kN)边支座10 0441.16-17

23、5.441/3边跨96194.96-3318.961/2边跨148082.00-6831.04第二支座26左4905.24-19314.2064.64-779.52右4905.24-19314.20779.52-64.641/4中跨362203.88-2871.201/2中跨427490.72-4414.883/4中跨494782.92-6082.08中支座59左5178.56-20924.08112.52-784.68右5178.56-20924.08784.68-112.52（四）汽车荷载内力计算汇总表：表3.2.2 汽车荷载汇总表 内力截面Mmax(kNm)Mmin(kNm)Qmax(k

24、N)Qmin(kN)边支座1 0 02952.549-868.1231/3边跨923760.108-16786.3571/2边跨1445005.560-12321.803第二支座26左25572.651-82188.457331.044-3808.084右25572.651-82188.4573808.084-331.0441/4中跨3621884.845-8500.0691/2中跨4244408.206-20061.983/4中跨4932060.063-32549.793中支座59左24452.857-91462.046570.077-4048.608右24452.857-91462.046

25、4048.608-570.077第三节 内力组合及包络图参照公路桥涵通用设计规范之规定，进行正常使用极限状态的内力组合和承载能力极限状态的内力组合。一、正常使用极限状态的内力组合公路桥涵结构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：组合 作用短期效应组合 Ssd=1.0SGK+0.7SQK+1.0Sr Ssd作用短期效应组合设计值.SGK永久作用效应的标准值.SQK汽车荷载效应Sr人群荷载效应表3.3.1 正常使用极限状态内力组合表 内力截面Mmax（kNm） Mmin（kNm）Qmax(kN)Qmin(kN)边支座10014344.92411053.8741/3边

26、跨9131631.7893735.341/2边跨1427658.42-27383.77第二支座左-970568.42-1070220.6-43548.33-47289.88右-970568.42-1070220.647474.8743934.571/4中跨36-146422.82-172767.41/2中跨4287708.21430673.5833/4中跨49-132202.20-188293.4中支座59左-961519.7-1068762.74-50036.79-57507.82右-961519.7-1068762.7457507.8050036.79组合 作用长期效应组合。Ssd=1.0

27、SGK+0.4SQK+0.4SrSsd作用长期效应组合设计值.SGK永久作用效应的标准值.SQK汽车荷载效应Sr人群荷载效应表3.3.2 作用长期效应组合表内力截面Mmax（kNm）Mmin（kNm）Qmax(kN)Qmin(kN)边支座10013194.4811419.571/3边跨9135042.84100762.621/2边跨149307.55-19588.607第二支座左-981183.36-1018524.22-43686.43-45679.74右-981183.36-1018524.2245784.0743920.011/4中跨36-15431.06-168494.591/2中跨4

28、261702.7034684.283/4中跨4944689.97-174879.51中支座左-971962.66-1028769.68-42194.40-43773.09右-971962.66-1028769.6842194.4043773.09二、承载能力极限状态的内力组合当结构重力产生的效应与汽车荷载产生的效应同号时： 1.2+1.4当结构重力产生的效应与汽车荷载产生的效应异号时：0.9+1.4式中：永久荷载中结构重力产生的效应；基本可变荷载中汽车(包括冲击力)、人群产生的效应；按以上方法进行组合，则可得到承载能力极限状态的内力组合值，见下表：表3.3.3 承载能力极限状态内力组合表内力截

29、面Mmax(kNm)Mmin（kNm）Qmax(kN)Qmin(kN)边支座008477.20466427.0888三单元 2.2米处49746.8695206.0750941/4边跨104194.022389.407461/2边跨-194653.3-363616.0533/4边跨-1342848-1536624.1第二支座左-1530568-1781390.08-48088.94-51249.5右-1530568-1781390.08-45384.64-48517.021/4中跨-700858.8-724770.361/2中跨85575.98613614.733883/4中跨-28466.0

30、9-142304.576中支座左-1642792-1838780.5-62105.55-65101右-1642792-1838780.5-59524.77-62947.51三、内力包络图-1500000-1000000-50000005000001265992117图3.3.1 承载能力极限状态弯矩包络图-80000-60000-40000-20000020000400006000080000050100150200250300350400图3.3.2 承载能力极限状态剪力包络图图3.4.3 正常使用极限状态组合弯矩包络图(单位：kNm)图3.3.4 正常使用极限状态组合剪力包络图（kN）第四

31、章 预应力筋配估算及配筋第一节 预应力筋的估算原理一、配束原则预应力配筋应满足各施工阶段及成桥营运的受力要求，布筋符合构造要求，包括锚具布设，束型空间布置等，并尽量方便施工。1 力筋布置成折线或曲线，变化偏心距e，能使预应力发挥最大的作用；2 总的力筋用量最小；3 端部永久应力小而且均匀，这样可避免过分的应力集中而引起的裂缝；4 应力损失越小越好；5 尽量使预应力弯矩与外荷载的一部分或全部相抵消，达到平衡状态；二、配束计算公式根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范的规定，预应力梁应满足弹性阶段的应力要求和塑性阶段的强度要求。预应力混凝土构件在预加应力阶段及使用荷载阶段，截面上下缘的应力应

32、满足允许的需求，一般情况下，由于梁截面较高，受压面积较大，压应力不是控制因素，为分别，可只考虑拉应力这个条件，假设混凝土允许抗拉强度RL=0,混凝土允许抗压强度为Ra,取Ra0.5Rab，由于预应力引起的截面混凝土压应力为y上、y下，以压应力为正，有：y上+Mmin/W上0 (4-1)y上+Mmax/W上Ra (4-2)y下+Mmin/W下0 (4-3)y下+Mmax/W下Ra (4-4)式中：W上、W下分别为上下缘截面抗弯模量； Mmax、Mmin截面最大、最小弯矩值，正弯矩取正值，负弯矩取负值；(一) 从应力条件出发,在Mmax作用下，两下元不出现拉应力，上缘压应力小于限值；在Mmin作用

33、下，粮商元不出现拉应力，下缘压应力小于限值。1、 截面下缘配置预应力筋以抵抗正弯矩时： (4-5) (4-6)（二）截面下缘配置预应力筋以抵抗正弯矩时： （4-7） （4-8）上式中令：； 则得截面最小配束数为： (4-9) (4-10) 另外，截面的最大配束数： （4-11） （4-12） ； =1/3 （4-13）； =1860 MPa (4-14) （4-15） （4-16） 式中： ，截面上、下缘估算的预应力钢筋束数； 单根钢绞线的面积，=140mm2，采用12根一束。 预应力钢筋的永存预应力；预应力钢筋的张拉控制应力； 预应力损失值，此处近似取为1/3的张拉控制应力。截面上、下缘预应

34、力钢筋重心至截面重心的距离；、截面上、下缘预应力钢筋重心至截面上、下缘的距离；=12；=10截面上、下核心距，k上W下/A、K下W上/A ； A混凝土面积，可取毛截面面积计算； Ra混凝土允许抗压强度；W上、W下截面上、下缘的截面模量；第二节 配束计算过程主梁配筋设计按承载能力极限状态的强度要求计算。预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力应达到其抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度。一、预应力钢束估算原则为估算预应力钢筋数量，首先应按正常使用状态正截面抗裂性或裂缝宽度限制要求，确定有效预加力。计算公式如下： (4-17)式中：构件截面面积和对截面受拉边缘的弹性抵抗矩，在设计时均可采

35、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，此处假定mm。 求得有效预应力后，所需预应力钢筋截面面积按下式计算： (4-18)式中：预应力钢筋得张拉控制应力，； 预应力损失总值，估算时对先张法构件可取2030得张拉控制应力；对后张法构件可取2535得张拉控制应力。 (4-19)预应力筋采用标准型15.21860GB/T 52241995钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积AP1=139mm2,抗拉强度标准值MPa，预应力损失按张控制应力的30估算。二、控制截面筋束估算（一）边跨最大弯矩处（约为1/3处，9、104） kNm kNm 根据公式（4-5）（4-6）预应力筋束最小根数

36、： 根据公式（4-7）（4-8）预应力筋束最大根数：所以： （二）主跨1/4（36、82） kNm kNm 根据公式（4-5）（4-6）预应力筋束最小根数： 根据公式（4-7）（4-8）预应力筋束最大根数：所以： （三）主跨1/2（42、76） kNm kNm 根据公式（4-5）（4-6）预应力筋束最小根数：根据公式（4-7）（4-8）预应力筋束最大根数：所以： （四）主跨3/4（49、69） kNm kNm 根据公式（4-5）（4-6）预应力筋束最小根数：根据公式（4-7）（4-8）预应力筋束最大根数：所以： （五）边支座（26、92） kNm kNm 根据公式（4-5）（4-6）预应力筋束

37、最小根数：根据公式（4-7）（4-8）预应力筋束最大根数： 所以： （六）中支座（59） kNm kNm 根据公式（4-5）（4-6）预应力筋束最小根数： 根据公式（4-7）（4-8）预应力筋束最大根数：所以： （七）预应力估算汇总表 （N表示实际配筋数）表4.2.1 钢束估计表选项截面Mmax（kNm）Mmin(kNm)（束）（束）边跨1/3（9、109）138759.81899699.433621 边支座（26、92）-962896.624-1094877.172700主跨1/4（36、82）-139857.365-175317.359300主跨1/2（42、76）101030.67624654.989425主跨3