长安大学桥梁工程2015届优秀本科毕业设计——连续刚构桥

二 ○ 一 五 届 毕 业 设 计

***河连续刚构桥

学 院：公路学院 专 业：桥梁工程 姓 名： 学 号： 指导教师：

完成时间：2015.06.14

二〇一五年六月

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摘 要

根据设计任务书要求，依据现行公路桥梁设计规范，综合考虑桥位的地质、地形条件，提出了独塔斜拉桥、上承式钢管混凝土拱桥和预应力混凝土连续钢构三个比选方案。按“安全、经济、适用、美观和有利于环保”的桥梁设计原则，分析了三个方案的优缺点。推荐预应力混凝土连续刚构作为设计方案。推荐方案以基本设计理论为基础，参考国内外成功的大跨连续钢构桥，拟定了95m?4?170m?95m的跨径，主梁采用1.8次抛物线变梁高的单箱单室箱主梁，桥墩为双薄壁空心墩，桥台为轻型桥台，基础为群桩基础，施工阶段采取挂篮悬臂现浇法。对推荐方案进行了结构细部尺寸拟定，对上部结构和下部结构进行了内力计算、配筋设计及控制截面强度、应力验算，变形验算等。经分析比较及验算结果表明该桥梁设计合理，符合设计任务的要求。

关键词：预应力混凝土连续刚构，钢管混凝土拱桥，斜拉桥，悬臂现浇，应力验算

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ABSTRACT

According to the design requirements, the existing design specification of highway bridge, considering the geology and terrain conditions of the bridge site, after preliminary selection, three bridge type schemas are presented, they are cable-stayed bridge, arch bridge and prestressed concrete continuous rigid frame bridge . Then comparing the advantages and disadvantages of three options comprehensively by the philosophy of bridge design as “Security, Economy, Application, Beauty and Environmental Protection”. The PC continuous rigid frame bridge is selected as the recommended scheme after the selections. This project is based on the basic theory of bridge design and take the domestic and international successful designs for example, finally chose a span combination of 95m?4?170m?95m.The depth of Single cell box girder varies as the second-degree parabola, the pier is a double thin-wall hollow pier, the abutment is light abutment, the foundation is grouped piles foundation,and the the hanging basket cantilever casting construction method. Through drawing up of structure’s dimension and then design the upper and lower part of the structure ,such as calculated the internal force of dead and living load, prestressed steel design, checking the strength and stress of control cross-section. Finally, check for live load deformation. Checked by the comparison and analysis show that the design method of calculation is correct, and the distribution of reinforcement is Reasonable, so this design meet the design requirements.

Key word: prestressed concrete continuous rigid frame bridge, double thin-wall

hollow pier , cantilever casting construction

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目 录

第一章 概述 ····························· ···1

1.1 地质条件··························· ···1 1.2 主要技术指标····························1 1.3 设计规范及标准···························1 第二章 方案比选·······························2

2.1 概述···························· ····2 2.2 比选原则························· ·····2 2.3 比选方案························· ·····2

2.3.1 预应力混凝土连续刚构桥 ·············· ·····2 2.3.2 上承式钢管混凝土拱桥 ··············· ·····3 2.3.3 独塔斜拉桥 ··························4 2.4 方案比较······························5 第三章 预应力混凝土连续梁桥总体布置 ···················8

3.1 桥型布置······························8 3.2 桥孔布置······························8 3.3 桥梁上部结构尺寸拟定·················· ·····8 3.4 桥梁下部结构尺寸拟定·······················10 3.5 本桥使用材料······················ ·····11 3.6 毛截面几何特性计算··················· ·····11 第四章 荷载内力计算 ······················ ·····12

4.1 模型简介····················· ········12 4.2 全桥结构单元的划分························12

4.2.1 划分单元原则 ························12 4.2.2 桥梁具体单元划分 ······················12 4.3 全桥施工节段的划分························12

4.3.1 桥梁划分施工分段原则 ····················12 4.3.2 施工分段划分 ························13 4.4 恒载、活载内力计算··············· ·········14

4.4.1 恒载内力计算· ·············· ·········14 4.4.2 悬臂浇筑阶段内力 ······················15 4.4.3 边跨合龙阶段内力 ······················16

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4.4.4 次边跨合龙阶段内力 ·····················17 4.4.4 中跨合龙阶段内力 ······················18 4.4.5 活载内力计算 ·················· ······19 4.5 其他因素引起的内力计算······················21

4.5.1 温度引起的内力计算 ·····················21 4.5.2 支座沉降引起的内力计算 ···················23 4.5.3 收缩、徐变引起的内力计算 ··················24 4.6 内力组合······························27

4.6.1 正常使用极限状态的内力组合 ·········· ······27 4.6.2 承载能力极限状态的内力组合 ·········· ······27 4.6.3 主要荷载组合 ························27

第五章 预应力钢束的估算与布置 ················ ·····31

5.1 钢束估算························ ·····31

5.1.1 按承载能力极限计算时满足正截面强度要求 ··········32 5.1.2 按正常使用极限状态的应力要求计算 ········ ·····32 5.2 预应力钢束布置····················· ·····35 5.3 预应力损失计算····················· ·····36

5.3.1 预应力与管道壁间摩擦引起的应力损失 ············36 5.3.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失··· ·····37 5.3.3 混凝土的弹性压缩引起的应力损失 ········· ·····37 5.3.4 钢筋松弛引起的应力损失 ···················38 5.3.5 混凝土收缩徐变引起的应力损失 ·········· ·····38 5.3.6 有效预应力计算 ·······················40 5.4 预应力计算······················· ·····41 第六章 强度验算 ························ ·····41

6.1 正截面承载能力验算························41 6.2 斜截面承载能力验算························43 第七章 应力验算 ······························44

7.1 短暂状况预应力混凝土受弯构件应力验算········· ·····45

7.1.1 压应力验算 ···················· ·····45 7.1.2 拉应力验算 ···················· ·····45 7.2 持久状况正常使用极限状态应力验算 ·········· ·····46

7.2.1 持久状况(使用阶段)预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算 46 7.2.2 持久状况(使用阶段)混凝土的主压应力验算 ······ ····46

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7.2.3 持久状况(使用阶段)预应力钢筋拉应力验算 ··········46

第八章 抗裂验算 ······························50

8.1 正截面抗裂验算····················· ·····50 8.2 斜截面抗裂验算························· ·51 致谢 ································· ···53 参考文献································ ··54

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第一章 概述

1.1 地质条件

图1-1 桥址纵断面图

1.2 主要技术指标

桥面净宽：2×12m＋0.5m （分离式） 设计荷载：公路－Ｉ级 行车速度：80km/h 桥面横坡：2% 通航要求：无

温度：最高年平均温度34℃，最低年平均温度-10℃。

1.3 设计规范及标准

1、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）。 2、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）。 3、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）。

4、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）。 5、《公路桥涵圬工设计规范》（JTG D61-2005）

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第二章 方案比选

2.1 概述

桥式方案比选是初步设计阶段的工作重点，一般要进行多个方案比较。各方案均要求提供桥式布置图，图上必须标明桥跨位置，高程布置，上、下部结构形式及工程数量。对推荐方案，还要提供上、下部结构的结构布置图，以及一些主要的及特殊部位的细节处理图。

设计方案的评价和比较，要全面考虑各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案。有时，占优势的方案还应吸取其他方案的优点进一步加以改善。

2.2 比选原则

设计从安全性、技术适用性、施工难度、设计施工周期、经济性、实用性和观赏性等几方面对各比选方案进行评比，其中安全性为主要因素。

2.3 比选方案

根据设计任务要求,依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位地质地形条件，拟定了三个比选方案：

方案一：预应力混凝土连续刚构桥 方案二：上承式钢管混凝土拱桥 方案三：独塔斜拉桥 2.3.1预应力混凝土连续刚构桥 1.结构受力特点

⑴在高墩大跨径桥梁中，与其它结构体系比较，预应力混凝土连续刚构桥常成为最佳的桥型方案。

⑵预应力砼充分发挥了高强材料的特性，具有强度高、刚度大、变形小以及抗裂性能好的优点。

⑶结构伸缩缝数量少，高速行车平顺舒适，维修工作量小，维护简单。 ⑷可最大限度的应用平衡悬臂施工法，施工技术成熟，易保证工程质量。 ⑸采用水平抗推刚度较小的双薄壁墩，可以减小水平位移在墩中产生的弯矩，且薄壁墩底承受的弯矩、梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。

⑹连续钢构除了保持连续梁的优点外，墩梁固结节省了大型支座的昂贵费用，减少了墩和基础的工程量，并改善了结构在水平荷载（例如地震荷载）作用下的受力性能，适用于中等以上跨径的高墩桥梁。 2.桥跨布置

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该桥为全预应力混凝土连续刚构桥，跨径分布为95m+4×170m+95m，桥梁总长870m,边主跨比0.56。桥梁设置单向纵坡，坡度为1％。

3.横断面布置

主梁采用单箱单室箱形截面，梁高按1.8次抛物线变化，设计为双幅桥，单幅桥位单向双车道，桥面宽12m，横向布置为0.5m+10.75m+0.75m，桥面横坡2%。 4.基础

基础采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径1.5m，桩中心距4.0m采用C40混凝土，为摩擦桩。承台为矩形承台，厚4m，两承台尺寸均为23m×14.5m，采用C40混凝土。 5.施工要点

⑴桥梁上部采用挂篮悬臂浇注施工，施工时要对称浇注，应注意立模高程的合理设置，准确控制悬浇高程，确保每个工况的设计线形，主梁边中跨合龙高差应控制在1cm以内。

⑵施工后的主梁备用预应力束孔处理如下：顶板束预留孔灌浆封填，底板束预留孔留下备用，但不穿预应力束。

⑶箱梁悬浇施工时在底板上的施工孔不封堵，作为箱梁的通气孔。 ⑶桥墩采用爬模法施工，两端桥台采用整体现浇。 6.总体布置图

图2-1 连续刚构桥总体布置图

2.3.2 上承式钢管混凝土拱桥 1.结构受力特点

⑴．拱桥是以受压为主的结构体系，对地基的要求比较高。

⑵．拱上立柱与主梁的弹性连接使结构成为超静定结构，并将主梁上的作用传递到主拱圈上，同时其减跨作用使主梁的高度降低，降低了结构自重。

⑶．钢管对混凝土形成了三向受压特性，使混凝土的抗压强度大大提高，作为受压为主的结构，大大的提高了材料的利用率。

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2.桥跨布置

该桥为上承式钢管混凝土双连拱，腹孔为连续梁式腹孔；两个拱的矢跨比均采用1/5,计算跨径320m，净矢高64m；拱轴系数取2.24；拱上立柱间距为10m；拱圈为变高度截面，变高度截面截面高度变化按Ritter规律变化，n取0.8，拱顶高5.72m，拱脚高11.5m。

3.横断面布置

连续梁式腹孔支撑着T形主梁，设计为双幅桥，单幅桥位单向双车道，桥面宽12m。横向布置为0.5m+10.75m+0.75m。 4.基础

基础采用钻孔灌注桩群桩基础。桩径1.5m，桩中心距4.0m采用C40混凝土，为摩擦桩。拱座为大型混凝土实心拱座，采用C40混凝土。 5.施工要点

⑴．通过缆索吊装施工进行主拱圈的施工，安装过程应严格控制主拱圈的线形。 ⑵．待主拱圈合龙后，进行钢管内混凝土灌注。 ⑶．通过缆索吊装进行主梁拼装。 6.总体布置图

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图2-2 上承式钢管混凝土拱桥总体布置图

2.3.3独塔双跨斜拉桥 1.斜拉桥的受力特点

⑴斜拉桥属组合体系桥梁，它的上部结构由主梁、拉索和索塔组成。

⑵斜拉桥是一种桥面体系以主梁受轴力（密索体系）或受弯（稀索体系）为主、支承体系以拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。

⑶斜拉桥是一种高次超静定的组合结构，拉索与主梁是弹性连接，使主梁的跨径显著减小，从而大大减小了梁内弯矩、梁体尺寸和梁体重力，使桥梁的跨越能力显著增大，是大跨度桥梁所采用的主要形式之一。

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⑷与悬索桥相比，斜拉桥不需要笨重的锚固装置，抗风性能又优于悬索桥，由调整拉索的预拉力可以调整主梁的内力，使主梁的内力分布更均匀合理。 2.桥跨布置

该桥为独塔不等跨斜拉桥, 跨径分布为310m+220m，半漂浮体系。主塔高226m ；索距取左跨12m，右跨8m；拉索为扇形布置的双索面形式。

3.横断面布置

主梁采用钢箱梁截面形式，梁高为3m。设计为双幅桥，单幅桥位单向双车道，桥面宽12m。横向布置为0.5m+10.75m+0.75m。

4.基础

基础采用钻孔灌注桩群桩基础。桩径1.5m，桩中心距4.0m采用C40混凝土，为摩擦桩。 5.施工要点

⑴采用悬臂拼装法施工，施工过程中应控制桥梁的线形。

⑵主塔采用爬模法施工，施工过程应通过测量监控主塔的垂直度，确保在容许的范围内，浇筑量测时应该选择一天温度较低的时候，以免日照温差对主塔产生影响。

⑶挂主索时应准确计算拉索的初始索力，以免施工过程中使结构产生不利的受力或主梁的线形异常。 6.总体布置图

图2-3 独塔斜拉桥布置图

2.4 方案比较

方案比选从该桥桥址的实际地理位置地形环境，结合实用耐久、安全可靠、经济合理、美观和有利于环保的设计原则综合考虑。从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。

a.实用性

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桥上应保证车辆安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。只有满足了这一基本条件后，才能谈得上对桥梁结构的其他要求，既做到总造价经济，又保证工程质量和使用安全可靠。

b.舒适与安全性

现代桥梁设计越来越强调舒适度，故应控制桥梁的振幅，避免车辆受到过大振动与冲击。整个桥跨结构及各部件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。

c.经济性

设计的经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。 d.美观

一座桥梁，尤其是作为一个城市或地区的标志性建筑的大跨径桥梁更应具有优美的外形，同时应与周围的景致相协调一致。合理优美的结构布局和轮廓是美观的主要因素，而非豪华的装饰。

e.有利于环保

桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，将不利影响减至最小。

方案比选时应根据上述原则，对拟定的桥梁比选方案作出综合评估，选出最优的桥梁方案。以下为各比选方案的性能对比表：

表 2.1 比选方案对照表

比选方案 比较项目 跨径布置 桥面高程 受力特点 95m+4?170m+95m 2?320m 310m+220m 预应力砼连续刚构桥 上承式钢管砼拱桥 独塔斜拉桥 1131.78m 产生的截面主压应力 1131.78m 梁受弯拉 1131.78m 受压，斜拉锁受拉 主要受弯拉和预应力主拱圈以受压为主，主主梁受压为主，主塔}

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设计可靠成熟，技术先进、难度不大。施技术及施工适用性 工机械化程度高，方法简便，无需大型设备，但施工线性与合拢技术要求较高。 一般做成薄壁墩，墩的刚度小，难以承受船舶撞击，但此处不安全性 通航，对桥墩有利，因墩梁固结墩处可承受较大弯矩，梁身可做薄，基础沉降对结构影响大。 无需支座，节省大型支座费用，其他与连经济性 续梁基本相同，养护费用小。 行车平顺，通畅，可实用性 桥梁跨越能力大，抗风由于拉索多点支撑作稳定性好，技术先进、用，梁高小，可采用悬臂施工，不影响通无需大型设备，只需少航，不用作大量基础量钢材，节省造价。 工程，梁可以预制，可加快施工进度 承受的水平推力对基起的次内力对全桥受阶段是全桥刚度最弱的时候，施工时有一定风险。 结构受地震和风雨荷告辞超静定结构，对础要求较高，由变形引载的影响大，且由于力非常不利。拱桥施工基础要求高 施工技术成熟，方法简需大量拉索钢丝，预单，易掌握，需要的机应力束，高空作业多，具少，无需大型设备，成桥后养护费用多，所用材料普通，用钢量基础施工复杂，还需小，节省材料。 行车性能好，视野开减震装置 跨度大，行车性能好，满足交通运输要求，阔，结构刚度较大，抗拉索是柔性体系，风力作用下会震动，会桥下净空大，可满足风性能好，用钢量小，影响桥上行车，横向通航要求，属有推力可以就地取材。 刚度小，变形大 体系，对地基要求高。 结构简洁，比例匀称，主拱曲线本身孕育着高墩细梁，如蜻蜓点线感强，可通过索塔满意的造型，塔较高，伸，比例协调，均匀 强烈的美感，柔美的拱与拉索布置形式获得轴线与直线型的梁柱态势。 结合，具有刚强坚毅的使桥往纵向与横向延设计施工较复杂，周期设计施工复杂，周期较长，工期约12个月。 较其他桥型长 美观性 水落在河上。但现代感不强。 设计、施设计施工难度低、周工周期 期短，大约9个月 通过对各设计方案在技术及施工适用性，安全性，经济性，实用性，美观性，设计、施工周期等几方面的综合对比分析，结合老庄河大桥总体布置的需要，预应力混凝土连续刚构桥优势明显，被确定为最终设计方案。

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第三章 预应力混凝土的连续梁桥总体布置

3.1 桥型布置

本设计采用六跨预应力混凝土变截面连续刚构结构，桥梁总长870m，桥梁起始里程桩号为K 196+310.58m，终止里程桩号为K 197+189.42m，桥面标高为1151.78m。

3.2 桥孔布置

连续梁跨径的布置可采用等跨和不等跨两种。采用等跨布置结构简单，模式统一，适于采用顶推法、移动模架法或简支转连续法施工的桥梁，但等跨布置将使边跨内力控制全桥设计，不经济。所以，连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式，边跨与中跨跨径之比一般为0.5～0.8 ,这样可使中跨跨中弯矩不致产生异号弯矩。

本设计推荐方案根据任务书要求以及桥址地形、地质与水文条件，通航要求等确定为95m+170m?4+95m的形式，边跨与中跨之比为0.56。

105010502x1002x10010502x1004702X390105010501050145014501450400

图3-1 连续刚构总体布置图

3.3 桥梁上部结构尺寸拟定

1.顺桥向梁的尺寸拟定

a.墩顶处梁高：根据规范，梁高为1/16～1/20L，取1/18.9L即9m。 b.跨中梁高：根据规范，梁高取3.2m。 c.梁底曲线：根据规范，选用1.8次曲线。

2. 横桥向的尺寸拟定

单幅桥宽为12m，设计为双向分离式桥梁，桥面布置为0.5m+10.25m+0.75m。主梁采用单箱单室，细部尺寸拟定如下图：

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120042182.00×60120×6065356582890050175×350150650175×35027512030275

图3-2 墩顶截面（单位:cm）

1200421860×303060×304030×3027565024832030×3030275

图3-3 跨中截面（单位:cm）

（1）底板厚度：本桥截面纵向为变截面，支点处底板厚取120cm，跨中厚为35cm，梁底按1.8次抛物线变化。

（2）顶板厚度：考虑桥面板横向弯矩的受力要求和布置纵向预应力筋的构造要求，取顶板厚30cm ,全桥顶板厚相同。

（3）悬臂尺寸：顶板两侧悬臂板长度一般取2—5m，且悬臂端厚度不小于10cm。本桥悬臂板取2.75m，悬臂端部厚度18cm，悬臂根部厚度60cm。

（4）腹板厚度：腹板在支点处为满足剪力增加的需求需加厚，取65cm；腹板在跨中处承受剪力较小，厚度可适当减薄，取40cm。

（5）横隔板：一般设置于支承处以承担和分布很大的支承反力。本桥共设22道横隔板，两桥台支点各1道和五墩顶支点各4道。墩支点处四个横隔板对称设置，厚度依次为125cm,50cm,50cm,125cm，端支点处横隔板厚150cm，横隔板与箱梁连接处均设有承托。

（6）桥面铺装：根据规范要求，选用8cm厚C40号防水混凝土，上加9cm厚沥青

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混凝土磨耗层。共计17cm厚。

3.桥面铺装和线型的选定

桥面铺装：根据《桥梁工程》选用8cm防水混凝土铺装层和9cm厚的沥青混凝土磨耗层，共计17cm厚。

桥面横坡：根据规范规定为1.5%～3.0%,取2%,该坡度由箱梁形状控制。

3.4 桥梁下部结构尺寸拟定

主墩采用薄壁空心墩，桥墩宽度为12m，顺桥向壁厚为0.5m,横桥向壁厚为0.5m，横桥向宽度取与梁底同宽6.5m，墩高分别为58.25m、94.33m、57.38m、105.1m、46.54m。根据给出的地质条件，认为地质条件一般，基础采用钻孔灌注桩基础。承台纵宽为14.5m、横桥向宽为10.5m+2m+10.5m，厚4.0m。24根桩的桩径1.5m，净间距2.5m。

3.5 本桥使用材料

1.混凝土

箱梁采用C50号，墩身和基础采用C40号砼。

表3.1混凝土材料特性

强度等级 C50 C40 弹性模量(MPa) 34500 32500 容重(kN/m3) 25.00 25.00 线膨胀系数 0.000010 0.000010 f ck(MPa) 32.40 26.80 f tk(MPa) 2.65 2.40 f cd(MPa) 22.40 18.40 f td(MPa) 1.83 1.65 2.钢材

表3.2预应力钢绞线材料特性

预应力钢绞线 弹性模量(MPa) 张拉控制应力(MPa) 孔道磨阻系数 孔道偏差系数 钢绞线松弛系数 一端锚固回缩值(m) 底板束9 腹板束12 顶板束27 195000 195000 195000 1395 1395 1395 0.300 0.300 0.300 0.00660 0.00660 0.00660 0.3 0.3 0.3 0.00600 0.00600 0.00600 非预应力钢筋：直径≥12mm的用Ⅱ级螺纹钢筋，直径<12mm的用Ⅰ级光圆钢筋。带肋钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499.2—2007的规定、光圆钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB1499.1—2007的规定。

3、锚具

顶板束采用OVM27-27型锚具、腹板束采用OVM12-12型锚具、底板束采用OVM9-9型锚具，单个锚具的回缩为6mm。竖向预应力筋采用精扎螺纹钢筋，采用扁锚。横向预应力筋采用?15.2mm钢绞线，采用扁锚。所有钢绞线均符合ASTM416-87A的技术标准。

4. 预应力管道

采用钢波纹圆、扁管成型；

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5.伸缩缝

伸缩缝采用HXC-80A定型产品，全桥共2道。 6.桥梁支座

单向活动和双向活动盆式支座。

3.6 毛界面几何特性计算

在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式为 全截面面积：A??Ai 全截面重心至梁顶的距离：yu?式中 Ai——分块面积；

yi——分块面积的重心至梁顶边的距离。

主梁跨中（I—I）截面的全截面几何特性如表13-5所示。根据图13-20可知变化点处的截面几何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同，为

A??Ai?876000mm2；?Si??Aiyi?476180?103mm3； yu??SiA?544mm；I??Ix??Ii?301.348?109mm4。式中 Ii——分块面积Ai对其自身重心轴的惯性矩； Ix——Ai对x-x（重心）轴的惯性矩。

?Aiyi A现将几个关键截面的毛截面几何特性列表3.1.

表3.3 毛界面几何特性

截面名称 面积 lyy lzz Czp Czm Qyb 19.2722 15.7656 10.162 6.9292 5.9748 Qzb 19.8868 20.2606 19.86 19.5352 18.8194 墩顶断面 28.8725 284.1934 173.3762 5.0858 3.9142 1/8L断面 15.9205 102.1566 126.4542 3.1961 3.4092 1/4L断面 12.2487 44.78 102.3882 2.2159 2.7097 3/8L断面 9.768 20.7767 85.9695 1.5538 2.2097 跨中断面 8.356 12.7821 76.2045 1.2377 1.9623 周长（内） 22.0333 20.7227 18.116 16.4016 15.7902 周长（外） 41.2238 36.3878 32.9846 30.6138 29.4249

}

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第四章 内力计算及荷载组合

4.1 模型简介

上部结构采用MIDAS桥梁软件进行成桥和各施工阶段状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、支座强迫位移、温度变化等作用的计算。横向按框架和简支板考虑固端影响的模式进行计算，按其最不利内力控制截面设计。主桥合扰在夜间温度较低时进行，合扰顺序为先边跨再次边跨最后中跨合拢。下部结构按最不利荷载组合进行设计，支座沉降1、3、5号墩按1cm考虑，2、4墩按1.5cm考虑。

4.2 全桥结构单元的划分

4.2.1 划分单元原则

全桥按平面杆系结构进行分析，考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，按照杆系程序分析原理，遵循结构离散化的原则，在适当位置划分节点：

1. 杆件的起点和终点及边界支承处； 2. 杆件的转折点和截面的变化点； 3. 施工分界线处和预应力锚固点； 4. 单元长度过大时，应适当细分； 5. 需验算的截面处；

6. 位移不连续，需进行主从约束时。

图4-1 结构离散模拟图

4.2.2 桥梁具体单元划分

桥梁总长870米，共分为386个单元，每一个施工节段自成一个单元，另外，在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元，这样便于模拟施工过程，

}

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而且这些截面正是需要验算的截面。

4.3 全桥施工节段划分

4.3.1 桥梁划分施工分段原则

1.有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以及留茬而不影响质量处。

2.分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅，使施工均衡。 3.施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。

4.分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。 4.3.2 施工分段划分

全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元使用整体支架现浇法。 27～35单元、82～90单元、137～145单元、192～200单元和247～255单元为0号块，以后每向外悬出一块即为一个施工阶段，分别为1～22号块，两端的1、2和280、281单元为边跨整体现浇段，单元3、4和278、289为边跨合拢节段，单元58、59和223、224为次边跨合拢节段，单元113、114和168、169为中跨合拢节段。共29个施工阶段，施工阶段步骤列表如下：

表4.1 悬臂节段浇筑施工法施工流程

施工阶段 主要工作 持续时间（天） 图 例 1 施工桥墩 330 2 施工零号块 30 3~23 施工1号块~21号块 21X12 }

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24 施工22号块及现浇段 12 25 边跨张拉及次边跨配重 30 26 次边跨张拉及中跨配重 30 27 中跨张拉 2 28 二期恒载 10000 29 收缩节段 10000 4.4恒载、活载内力计算

4.4.1恒载内力计算

恒载内力主要为一期恒载的内力和二期恒载的内力叠加，其弯矩、剪力及轴力如图所示：

}

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由混凝土收缩和徐变引起的预应力钢筋应力损失?l6，这种损失可由以下公式计

算：

?l6(t)?0.9[Ep?cs(t,t0)??EP?pc?（t,t0)]1?15??ps

?'l6(t)?0.9[Ep?cs(t,t0)??EP?'pc?（t,t0)]1?15?'?'ps'

??Ap?AsAe2psi2A'p?A's ??

A,2e'ps??1?式中：

??1?i2

徐变引起的预应力?l6(t)—构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处由混凝土收缩、

损失；

徐变引起的预应力?'l6(t)—构件受压区全部纵向钢筋截面重心处由混凝土收缩、

损失；

?pc—构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处由预应力和结构自重产生的混凝

土法向应力；

?'pc—构件受压区全部纵向钢筋截面重心处由预应力和结构自重产生的混凝

土法向应力；

i —截面回转半径，i2?I/A，后张法采用净截面特性

e2ps—构件受拉区预应力筋与非预应力筋截面重心至构件截面重心轴的距离；

2—构件受压区预应力筋与非预应力筋截面重心至构件截面重心轴的距离； e'ps?cs(t,t0)—预应力钢筋传力锚固龄期为t0，计算考虑的龄期为t时的混凝土收缩、

徐变，其终极值可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004 中表6.2.7取用；

?（t,t0)—加载龄期为t0，计算考虑的龄期为t时的徐变系数，可按《公路钢筋混

凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004 中表6.2.7取用。

}

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以顶板束T5为例，计算其在各单元的损失值，列表如下：

表 5.3 T5钢束预应力损失表

单元 位置 应力 (瞬时弹性变形比值 徐变/收缩损松弛损失 应力(所有损失)/应力(瞬时损失) -46.530 -75.442 -75.442 -71.477 -71.477 -47.413 -47.413 -46.173 -46.173 -43.124 -43.124 -46.173 -46.173 -47.413 -47.413 -71.478 -71.478 -75.442 -75.442 -46.530 0.862 0.852 0.854 0.866 0.870 0.892 0.899 0.912 0.914 0.919 0.919 0.914 0.912 0.898 0.892 0.869 0.865 0.851 0.848 0.852 端部有效钢束数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 损失) : A 损失: B (A+B)/A (N/mm^2) 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 25 26 26 I J I J I J I J I J I J I J I J I J I J 1083.593 1162.190 1162.190 1151.946 1151.946 1086.141 1086.141 1082.563 1082.563 1073.668 1073.668 1082.563 1082.563 1086.141 1086.141 1151.946 1151.946 1162.190 1162.190 1083.594 (N/mm^2) -27.808 -26.137 -25.808 -18.265 -18.186 -13.034 -12.482 -8.242 -19.701 -17.776 -17.775 -19.812 -8.380 -12.698 -13.183 -18.829 -19.079 -27.188 -28.616 -32.786 0.974 0.978 0.978 0.984 0.984 0.988 0.989 0.992 0.982 0.983 0.983 0.982 0.992 0.988 0.988 0.984 0.983 0.977 0.975 0.970 失 (N/mm^2) (N/mm^2) -74.858 -70.063 -68.719 -64.747 -60.518 -56.982 -50.274 -41.061 -27.581 -25.608 -25.607 -27.684 -41.131 -50.425 -57.069 -61.103 -65.506 -70.235 -72.771 -80.649 5.3.6 有效预应力计算

?pe??con?(?l1??l2??l4??l5??l6)（使用阶段扣除全部损失的有效预应力值）

}

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?1??con?(?l1??l2??l4) （张拉锚固阶段的有效预应力）

5.4 预应力计算

现列举几个关键截面的预应力的计算值。

表 5.4 预应力计算表

单 元 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 钢束一次 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 成桥 I[1] I[5] I[9] 荷载 阶段 位置 轴向 (N) -2.77E+07 -3.01E+07 -4.44E+07 剪力-y (N) 0 0 0.39 774.28 0 0 0 0 0 0 0 0.34 0 剪力-z (N) 1.01E+06 1.33E+06 扭矩 (N*mm) 弯矩-y (N*mm) 弯矩-z (N*mm) -1.06E+04 -9.04E+09 -2.98E+02 -3.50E+03 -1.76E+10 -1.04E+02 -1.32E+10 -1.38E+07 2.23E+10 8.19E+06 5.12E+02 -6.87E+02 -3.39E+03 -2.01E+03 -4.12E+06 1.68E+06 -7.68E+06 1.76E+06 I[13] -7.00E+07 I[17] -9.50E+07 I[21] -1.14E+08 I[25] -1.09E+08 I[29] -9.06E+07 I[33] -6.95E+07 I[37] -5.56E+07 I[41] -5.53E+07 I[45] -6.70E+07 I[49] -8.75E+07 -1.31E+07 -6.75E+01 1.32E+11 -1.22E+06 5.74E+00 1.02E+07 5.43E+06 1.78E+06 1.90E+05 2.71E+11 -2.82E+02 1.96E+11 -1.52E+02 4.27E+10 -3.45E+01 -4.57E+10 -7.17E+02 -4.90E-01 -7.67E+10 -2.33E+02 -7.61E+10 -3.96E+01 -3.39E+10 -1.69E+07 8.12E+01 -1.88E+05 5.20E-01 -5.31E+06 1.30E+06 -9.82E+06 -1.06E+01 5.92E+10

}

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第六章 强度验算

6.1 正截面承载能力验算

在承载能力极限状态下，预应力混凝土梁沿着正截面和斜截面都有可能破坏，本设计只验算正截面的强度，斜截面强度忽略不计。

箱形截面受弯构件的正截面承载能力可参照T形截面计算，翼缘位于受拉区，所以有：

1）当符合下列条件时

fpdAp?fcdb'fh'f （6-1）

x2 （6-2）

应以宽度为b'f的矩形截面按下面公式计算正截面抗弯承载力：

?0Md?fcdbx(h0?)混凝土受压区高度x应按下式计算：

fpdAp?fcdb'fx截面受压区高度应符合下列要求：

（6-3）

x??bh0 （6-4）

当受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受压即（f'pd??'p0）为正时

' x?2a （6-5）

当受压区仅配纵向普通钢筋或配普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受拉即（f'pd??'p0）为负时

'x?2as （6-6）

2）当不符合公式（6-1）的条件时，计算中应考虑截面腹板受压的作用，其正截面抗弯承载力应按下列规定计算：

hx?0Md?fcd[bx(h0?)?(b'f?b)h'f(h0?f)]22 （6-7）

'此时，受压区高度x应按下列公式计算，应符合（6-4）、（6-5）、（6-6）的要求。

fpdAp?fcd[bx?(b'f?b)h'f]式中：

（6-8）

?0—桥梁结构的重要性系数，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》

JTG D62-2004第5.1.5条的规定采用，本设计为二级，取?0=1.0；

}

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Md—弯矩组合设计值；

fcd—混凝土轴心抗压强度设计值，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计

规范》JTG D62-2004表3.1.4采用；

fpd—纵向预应力钢筋的抗拉强度设计值，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥

涵设计规范》JTG D62-2004表3.2.3-2采用；

Ap—受拉区纵向预应力钢筋的截面面积；

b—矩形截面宽度或T形截面腹板宽度，本设计应为箱形截面腹板总宽度；

h0—截面有效高度，h0?h?ɑ，此处h为截面全高；

ɑ—受拉区普通钢筋和预应力钢筋的合力点至受拉区边缘的距离；

a'—受压区普通钢筋和预应力钢筋的合力点至受压区边缘的距离；

a's—受压区普通钢筋合力点至受压区边缘的距离； h'f—T形或I形截面受压翼缘厚度；

b'f—T形或I形截面受压翼缘的有效宽度，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土

设计规范》JTG D62-2004第4.2.2的规定采用。

下表为控制截面正截面抗弯承载能力验算结果。

表 6.1 使用阶段正截面抗弯承载能力验算表

单元 1 1 5 5 9 9 13 13 17 17 21 21 25 25 29 29 位置 I[1] I[1] I[5] I[5] I[9] I[9] I[13] I[13] I[17] I[17] I[21] I[21] I[25] I[25] I[29] I[29] 最大/最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 组合名称 cLCB2 cLCB12 cLCB6 cLCB11 cLCB6 cLCB11 cLCB12 cLCB5 cLCB12 cLCB5 cLCB12 cLCB5 cLCB12 cLCB5 cLCB12 cLCB5 类型 MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN MY-MAX MY-MIN 验算 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK rMu (kN*m) 0.32 0.26 24325.31 7952.30 48815.22 7427.14 11918.61 -54615.79 -122553.33 -220540.28 -308729.69 -455312.01 -222447.36 -335171.52 -30541.47 -80679.04 Mn (kN*m) 51064.20 51064.20 52246.71 52246.71 73089.53 73089.53 86734.17 204180.47 421311.45 421311.45 817829.03 817829.03 655077.13 655077.13 323283.59 323283.59 6.2 斜截面承载能力验算

对配置箍筋及弯起预应力钢筋的矩形、T形和I形截面的预应力混凝土受弯构件，斜截面抗剪承载力的基本表达式为

?0Vd?Vcs?Vpb （6-9）

}

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