桥梁工程毕业设计计算书五跨等截面连续梁桥.doc
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茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥方案比选与施工图设计
1设计基本资料
1.1概述
跨线桥应因地制宜，充分与地形和自然环境相结合。
跨线桥的建筑高度选取除保证必要的桥下净空外，还需结合地形以减少桥头接线挖方或填方量，最终再谈到经济实用的目的。
如果桥两端地势较低，主要采用梁式桥；略高的则主要采用中承式拱肋桥；更高的则宜采用斜腿刚构、双向坡拱等形式。
在桥型的选择时，一方面从“轻型”着手，以减少圬工体积，另一方面结合当地的资源材料条件，以满足就地取材的原则。
随着社会和经济的发展，生态环境越来越受到人们的关注与重视，高速公路跨线桥将作为一种人文景观，与自然相协调将会带来“点石成金”的效果。
高速公路上跨线桥常常是一种标志性建筑物，桥型本身具有的曲线美，能够与周围环境优美结合。
茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥，必须遵照“安全、适用、经济、美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。
1.1.1设计依据
按设计任务书、指导书及地质断面图进行设计。
1.1.2技术标准
（1）设计等级：
公路—I级；高速公路桥，无人群荷载；
（2）桥面净宽：
净—11.75m+2×0.5m防撞栏；
（3）桥面横坡：
2.0%；
1.1.3地质条件
桥址处的地质断面有所起伏，桥台处高，桥跨内低，桥跨内工程地质情况为（从上到下）：
碎石质土、强分化砾岩、弱分化砾岩，两端桥台处工程地质情况为：
弱分化砾岩。
1.1.4采用规范
JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》；
JTGD62-2004《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》；
JTGD50-2006《公路沥青路面设计规范》
JTJ022-2004《公路砖石及砼桥涵设计规范》；
1.2桥型方案
经过方案比选，通过对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，最后选定一个最佳的推荐方案。
按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。
独塔单索面斜拉桥比较美观，但是预应力混凝土等截面连续梁桥桥梁建筑高度小，工程量小，施工难度小，可以采用多种施工方法，工期较短，易于养护。
另外该桥是位于山区的高速公路桥，对于美观要求低。
综上，设计最终确定采用4×35m预应力混凝土等截面连续梁桥（图1.1）。
图1.1桥跨总体布置立面图（单位：
cm）
1.3施工方式
采用分段支架浇筑的方式，达到设计强度后，张拉预应力钢束并压注水泥浆，待混凝土达到预定强度后拆除支架并卸模板，再完成主梁横向接缝，最后进行护栏及桥面铺装施工。
施工顺序如下：
（1）施工桩基础、承台与桥墩；
（2）搭设支架，立模放样；
（3）预埋预应力波纹管，绑扎普通钢筋，浇筑混凝土；
（4）混凝土达到预定强度后开始张拉预应力钢束；
（5）拆除支架并脱模；
（6）二期自重作用加载，完成全桥工程。
2毛截面几何特性计算
2.1基本资料
2.1.1主要技术指标
设计等级：
公路—I级
桥型布置：
4×35m等截面连续梁桥
桥面宽度：
净—11.75m+2×0.5m防撞栏（图2.1）
计算跨径：
35m（两墩中心距）
桥面横坡：
2.0%
图2.1主梁横截面图及桥面布置图（单位：
cm）
2.1.2材料规格
主梁：
采用C50混凝土，钢筋混凝土容重为26500N/m3，弹性模量取3.45×1010Pa；
桥面铺装：
厚度为8cm的沥青混凝土面层，箱梁横向两端厚度分别为8cm和33cm的混凝土桥面板单向横坡，混凝土桥面板钢筋混凝土容重为265000N/m3；沥青混凝土容重为20000N/m3；
防撞护栏：
采用C30混凝土，容重为265000N/m3；
横隔板：
采用C50混凝土，钢筋混凝土容重为265000N/m3，弹性模量取3.45×1010Pa。
2.2毛截面几何特性计算
毛截面的几何特性可以通过AUTOCAD、桥梁博士或ANSYS计算得出，计算得到的几何特性见表2-1和2-2：
表2-1跨中处毛截面几何特性
面积A（m2）
惯性矩I（m4）
重心距下缘H（m）
6.4325
3.2975
0.9893
表2-2支座处毛截面几何特性
面积A（m2）
惯性矩I（m4）
重心距下缘H（m）
16.85
4.8529
0.9496
第4页共67页
茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥方案比选与施工图设计
3主梁作用效应计算
3.1结构计算简图
全桥五跨共取32个单元，33个结点，所有单元长4.375m。
取1~17节点所对应的截面为控制截面，桥墩简化为活动和固定铰支座。
结点x、y坐标按各结点对应截面的形心点的位置来确定，结构计算简图，如图3.1所示。
图3.1结构计算简图
3.2结构自重作用效应计算
3.1.1结构自重荷载计算
一期恒载集度：
q1=26.5×6.4325=167052.025N/m
二期恒载集度：
桥面铺装重q21=2.6138×26500+0.08×12.5×20000=87871.09N/m
防撞栏杆重q22=35.0541×26500/140=6502.54N/m
合计：
q2=q21+q22=87871.09+6502.54=94373.63N/m
总集度q=q1+q2=167052.025+94373.63=261425.65N/m
3.1.2结构自重作用效应计算
（1）采用电算Ansys程序计算。
APDL命令流如下：
!
4跨连续梁（4*35=140m）内力分析
!
1.前处理***********************************************************************
/FILNAME,hongzaineili,1!
定义工作文件名
/TITLE,WangjuJianliFengxi!
定义工作标题
/PREP7!
进入prep7处理器
ET,1,BEAM3!
定义单元类型
R,1,6.4325,3.2975019584,1.8!
定义实常数
MP,EX,1,3.45E10!
材料属性（先按C50）
MP,PRXY,1,0.2
*DO,I,1,33!
创建节点
N,I,（I-1）*4.375,0
*ENDDO
TYPE,1$MAT,1$REAL,1!
定义单元类型号、材料类型号、实常数号
*DO,I,1,32!
生成单元
E,I,I+1
*ENDDO
FINISH
!
2.加载和求解*******************************************************************
/SOLU!
进入solu处理器
ANTYPE,0!
定义分析类型
D,1,UY!
边界条件
D,9,UY
D,17,UX,,,,,UY
D,25,UY
D,33,UY
SFBEAM,ALL,1,PRES,261425.65!
全桥恒载内力
SOLVE
FINISH
!
3.后处理***********************************************************************
/POST1
ETABLE,MI,SMISC,6!
以单元I点弯矩为内容，定义单元表
ETABLE,MJ,SMISC,12!
以单元J点弯矩为内容，定义单元表
ETABLE,QI,SMISC,2!
以单元I点剪力为内容，定义单元表
ETABLE,QJ,SMISC,8!
以单元J点剪力为内容，定义单元表
PLLS,MI,MJ!
结构剪力分布图
PLLS,QI,QJ!
结构弯矩分布图
FINISH
（2）结构在恒载作用下结构内力值详见表3-1和图3.2、图3.3。
表3-1恒载作用下的内力值
节点
X坐标（m）
弯矩值M（N*m）
剪力值Q（N）
1
0
0
3594600
2
4.375
13224000
2450900
3
8.75
21445000
1307100
4
13.125
24662000
163390
5
17.5
22875000
-980350
6
21.875
16084000
-2124100
7
26.25
4289000
-3267800
8
30.625
-12510000
-4411600
9
35
-34312000
4901700
10
39.375
-15369000
3758000
11
43.75
-1429700
2614300
12
48.125
7505800
1470500
13
52.5
11437000
326780
14
56.875
10365000
-816960
15
61.25
4289000
-1960700
16
65.625
-6790900
-3104400
17
70
-22875000
4248200
图3.1恒载弯矩图
图3.2恒载剪力图
3.3汽车荷载作用效应计算
3.1.3活载及各系数
（1）人群：
qr=0kN/m2；
（2）汽车：
公路I级车道荷载（由均布荷载qk和集中荷载Pk组成），qk=10.5kN/m，Pk=300kN；
（3）本设计为两车道，车道折减系数取1；
（4）汽车荷载横向分布影响增大系数取1.2；
（5）纵向折减系数不需考虑；
（6）汽车荷载横向分布系数的计算
箱梁的横向分布系数=车道数×多车道折减系数×纵向折减系数×横向不均匀系数。
因此m3=2×1×1.2=2.4。
（7）汽车冲击系数：
按《通规》第4.3.2条的条文说明计算。
汽车的冲击系数是汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。
冲击作用以车体的振动和桥跨自身的变形和振动。
根据新《公路桥规》（JTJD6-2004），结合公路桥梁可靠度研究的成果，采用结构的基频来计算桥梁结构的冲击系数。
连续梁桥的基频的计算公式为：
（3-1）
式中－结构的计算跨径（m）；
－结构材料的弹性模量（N/m2）；
－结构跨中截面的截面惯性距（m4）；
－结构跨中处的单位长度质量（kg/m）,；
－结构跨中处延米结构重力（N/m）；
－重力加速度，（m/s2）；
计算连续梁的冲击力引起的正弯矩和剪力效应时，采用；计算连续梁的冲击力引
起的负弯矩效应时，采用。
本设计通过手算，计算出：
u1=0.307，u2=0.405。
3.1.2计算步骤
（1）细分节点和单元：
为了提高计算精度，必须细分节点和单元，且控制点必须全部要位于细分后的节点上，细分后每米单元个数为8个，每个单元长度为0.125m,节点数共1121个。
（2）利用网上下载的APDL命令流计算各细分节点的影响线数据。
（3）从ANSYS内导出1~17个控制截面的影响线数据至Excel。
下面是导出剪力影响线的命令流：
*cfopen,jianli-ying-xinag-xiang,xls
I=1
*VWRITE,N_QY（1,I）,N_QY（1,I+35）,N_QY（1,I+2*35）,N_QY（1,I+3*35）,N_QY（1,I+4*35）,N_QY（1,I+5*35）,N_QY（1,I+6*35）,N_QY（1,I+7*35）,N_QY（1,I+8*35）,N_QY（1,I+9*35）,N_QY（1,I+10*35）,N_QY（1,I+11*35）,N_QY（1,I+12*35）,N_QY（1,I+13*35）,N_QY（1,I+14*35）,N_QY（1,I+15*35）,N_QY（1,I+16*35）
（17F12.8）
*cfclos,jianli-ying-xinag-xiang,xls
（4）利用Excel内自带的VBA编程，对1121行，17列影响线数据进行处理。
编程的目的是找出每列影响线数据中的最大值和最小值，求出每列影响线数据中正的总面积、负的总面积（这里因为单元分得比较细，仅将相邻节点间影响线面积简化成梯形来计算），然后将每列影响线数据中的最大值和最小值和集中力Pk相乘，每列影响线数据中正的总面积、负的总面积和均部荷载qk相乘，最后乘上各系数即为活载内力。
经过与ANSYS内直接加载求内力结果比较，发现结果误差在1%以内（其中弯矩误差约0.02%，剪力误差约0.5%~0.7%），可见计算结果误差很小。
其中活载弯矩计算VBA程序代码如下：
PublicSubSheet1_chaozuo（）'进行影响线竖标和面积计算
Dimi,j,kAsInteger
DimYi_max,Yi_minAsSingle'定义影响线竖标
DimW_max,W_minAsSingle'定义影响线面积
Forj=1To17'求影响线竖标
Yi_max=Cells（1,j）
Yi_min=Cells（1,j）
Fori=1To1121
IfCells（i,j）>Yi_maxThen
Yi_max=Cells（i,j）
EndIf
IfCells（i,j）Yi_min=Cells（i,j）
EndIf
Nexti
Cells（1127,j）=Yi_max
Cells（1129,j）=Yi_min
Nextj
Forj=1To17'求影响线面积
Fori=1To1120
IfCells（i,j）>=0Then'求正影响线面积
IfCells（i+1,j）>=0Then
W_max=W_max+（Cells（i,j）+Cells（i+1,j））*（Cells（i+1,18）-Cells（i,18））/2
EndIf
EndIf
IfCells（i,j）<=0Then'求负影响线面积
IfCells（i+1,j）<=0Then
W_min=W_min+（Cells（i,j）+Cells（i+1,j））*（Cells（i+1,18）-Cells（i,18））/2
EndIf
EndIf
Nexti
Cells（1128,j）=W_max
Cells（1130,j）=W_min
W_max=0
W_min=0
Nextj
Forj=1To17'求汽车荷载作用下的内力值
Cells（1136,j）=Cells（1132,j）*Cells（1127,j）+Cells（1133,j）*Cells（1128,j）
Cells（1137,j）=Cells（1132,j）*Cells（1129,j）+Cells（1133,j）*Cells（1130,j）
Nextj
EndSub
3.1.2计算结果
（1）部分控制截面ANSYS影响线图
图3.34号节点位置_弯矩影响线图
图3.49号节点位置_弯矩影响线图
图3.517号节点位置_弯矩影响线图
图3.63号节点位置_剪力影响线图
图3.79号节点位置_剪力影响线图
图3.817号节点位置_剪力影响线图
（2）活载内力结果
表3-2活载作用下的内力值
节点
X坐标（m）
弯矩值M（N*m）
剪力值Q（N）
最大值
最小值
最大值
最小值
1
0
0
0
1636708
-150976
2
4.375
5403028.499
-640111.8584
1324289
-251529
3
8.75
8900830.066
-1280223.717
1040125
-460332
4
13.125
10570944.01
-1920336.014
785020.2
-683940
5
17.5
10542602.5
-2560447.434
561374.8
-917677
6
21.875
8996730.634
-3200560.609
371138.2
-1156416
7
26.25
6165946.312
-3840672.028
215806.5
-1394578
8
30.625
2849362.248
-5034214.787
96423.55
-1626128
9
35
1247094.427
-8878115.674
1819189
-198349
10
39.375
2838587.957
-5852925.062
1567177
-205175
11
43.75
5860848.114
-4624219.175
1306995
-358085
12
48.125
8128986.55
-3949446.104
1048593
-556369
13
52.5
8939902.944
-3274674.802
802795.2
-783506
14
56.875
8240181.346
-3453855.664
579252.1
-1030748
15
61.25
6110807.258
-3831874.939
386437.4
-1288170
16
65.625
3389728.192
-4879132.591
276984.2
-1544671
17
70
2346459.213
-7685897.509
1783380
-270979
图3.9活载弯矩包络图
图3.10活载剪力包络图
3.4温度次内力计算
根据《通规》4.3.10的要求计算出T1、T2值：
8cm厚沥青混凝土，平均厚度为20.5cm厚的钢筋混凝土单向横坡桥面板
T1=16.4℃T2=5.98℃。
将T1、T2值输入Midas内进行计算，内力见表3-3
表3-3温度次内力值
节点
X坐标（m）
弯矩值M（N*m）
剪力值Q（N）
1
0
0
191845.9
2
4.375
839325.9
191845.9
3
8.75
1678652
191845.9
4
13.125
2517978
191845.9
5
17.5
3357303
191845.9
6
21.875
4196629
191845.9
7
26.25
5035955
191845.9
8
30.625
5875281
191845.9
9
35
6714607
-59352.3
10
39.375
6454941
-59352.3
11
43.75
6195275
-59352.3
12
48.125
5935608
-59352.3
13
52.5
5675942
-59352.3
14
56.875
5416276
-59352.3
15
61.25
5156610
-59352.3
16
65.625
4896944
-59352.3
17
70
4637277
59352.27
图3.11温度次内力弯矩图
图3.12温度次内力剪力图
3.5支座沉降内力计算
支座沉降应当考虑所有可能沉降的情况，然后进行最不利组合，求出主梁内力值。
这里采用Midas进行计算，5个支座，建立5个工况，每个工况取支座沉降2cm进行组合计算，内力值见表3-4
表3-4支座沉降内力值
节点
X坐标（m）
弯矩值M（N*m）
剪力值Q（N）
最大值
最小值
最大值
最小值
1
0
0
0
215151.3
-215151
2
4.375
941286.81
-941286.75
215151.3
-215151
3
8.75
1882573.63
-1882573.5
215151.3
-215151
4
13.125
2823860.
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