预应力混凝土连续刚构桥计算书.docx
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预应力混凝土连续刚构桥计算书
预应力混凝土连续刚构桥
计算书
课程名称：
大跨度桥梁
学院：
土木与建筑学院
任课教师：
/教授
学生姓名
学生学号：
专业方向：
建筑与土木工程
（桥梁与隧道工程）
日期：
2017年1月10日
一、基本信息
本人学号16202030383，根据教学要求，设计的桥型主跨为128m（120+学号倒数第二位），桥宽为12.3m（12+学号倒数第一位/10）,施工方法采用悬臂浇筑。
计算要求包括：
考虑施工过程，计算恒载、活载、温度、温度梯度、支座沉降等作用下内力和组合内力，出计算书。
图纸要求包括:
方案布置图和上部结构一般构造图。
1.1工程概况
本设计采用85+128+85m三跨预应力混凝土连续刚构桥结构体系。
两端悬臂长度均为85m，相应的悬臂根部梁高为7m，梁端梁高为2.7m。
中跨跨中梁高2.7m。
形成一个通航孔，桥面最大纵坡2.43℅。
主梁截面全部使用单箱单室截面。
下部结构基础分别采用明挖扩大基础及灌注混凝土，墩身为实腹长方形截面。
本方案技术较先进，工艺要求较严格，主梁上部结构施工方法采用悬臂浇筑。
采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称地向两岸利用挂篮浇筑节段的混凝土，待混凝土达到要求强度后，便张拉预应力束，然后移动挂篮，进行下一节段施工。
本方案属于超静定结构，该连续刚构桥既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T构不须设大吨位支座的优点，同时避免了连续梁（存在临时固结和体系转换）和T构（存在伸缩缝问题）两者的缺点，养护工作量小。
此外，连续钢构施工稳固性好，减少或避免边跨梁端搭架合龙的难度。
但此桥型对地基承载力的要求更高，若地基发生过大的不均匀沉降，连续梁可通过调整墩顶支座的高程，抵消下沉来补救，而连续刚构则做不到。
当其主墩刚度过大时，中跨梁体因会产生过大的温差拉力而对结构受力不利。
此外，梁墩联结处应力复杂也是连续刚构的一个缺点。
1.2技术标准
（1）主跨径：
128m（此为桥墩中距）。
（2）桥宽：
12.3m（2×净5.5m（车行道）+0.9m（中央分隔带）+2×0.2m（及护栏）=12.3m）。
（3）设计荷载：
公路-Ⅰ级（汽车-超20级，挂车-120级）。
（4）防撞栏杆：
单侧按每延米9.0KN。
（5）截面：
主梁采用变截面单箱单室的箱形截面，桥墩采用实腹长方形截面。
（6）桥面纵坡：
左2.43℅，中0，右2.40℅。
（7）桥面横坡：
1.5℅，并适当设置路拱。
（8）地质情况：
河中为大范围紫红色砂岩。
（9）墩高：
40m。
（10）桥墩形式：
竖直双肢薄壁墩。
（11）基础形式：
刚性基础。
1.3主要规范
1）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
3）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
4）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）
6）《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）
1.4结构概述
1.4.1桥梁结构图示（如图1）
图1
1.4.2桥梁主跨和边跨的拟定
主跨根据教学要求径定位128m。
对国内外已建成的连续刚构桥，边跨和主跨的跨径比值在0.5～0.692之间，大部分在0.55～0.58之间。
采用0.664倍的中跨径，即85m，则全联跨径为：
85+128+85=298m。
1.4.3顺桥向梁的尺寸拟定
大跨连续刚构桥主梁一般采用箱形截面，箱梁根部截面的高跨比一般为1/16～1/20，其中大部分为1/18左右，也有少数桥梁达到或低于1/20.跨中截面梁高通常为支点截面梁高的1/2.5～1/3.5，略小于连续梁的跨中梁高。
（1）支点处梁高：
箱梁根部高跨比取1/18.29倍，即7m.
（2）跨中梁高：
跨中截面梁高取支点梁高的1/2,59倍，即2.7m.
（3）梁底曲线：
选用二次抛物线，
以跨中梁底为原点，曲线方程为：
Y=-0.001049805X²
以支点梁底为原点，曲线方程为;Y=-0.000595156X²
1.4.4桥墩尺寸拟定
考虑连续刚构桥的桥墩与悬臂箱梁固结，需承受悬臂箱梁传来的轴向力及不平衡力矩，采用竖直双肢薄壁墩，墩宽B=8.1m,墩高H=1.8m。
1.4.5箱梁尺寸拟定
当跨径超过60m时，横截面多为箱形。
而B=12.3m，采取单箱单室截面。
如图2所示。
图2截面构造图
（1）顶板、底板厚度;
1）箱梁根部底板厚度：
一般约为墩顶梁高的1/10～1/12，取85cm。
2）箱梁跨中底板厚度：
取26cm。
3）箱梁顶板厚度：
箱梁断面顶板厚在全梁范围内一致取25cm。
（2）箱梁腹板：
1）腹板内无预应力束管道布置时可采用200mm；
2）腹板内有预应力束管道布置时可采用250～300mm；
3）腹板内有预应力束筋锚头时采用350mm。
故本设计中采用腹板厚度为35cm。
在大跨径桥中，为减少梁的自重弯矩，将腹板尽量减小为好，在支点处腹板厚度为满足剪应力与主拉应力要求时，可参照下式选用：
t=0.02B（1+0.02L）。
本设计中，B=12.3m，L=128m，故t=0.876m，而选用25cm腹板时，t=0.25×3×2=1.50m﹥0.876m，故可以。
∑δ/B=1.5/12.3=1/8.2,不符合1/13～1/19.。
δ/B=0.25/4.8=1/19.2,满足1/15～1/20.
（3）其余各处具体尺寸：
在墩上、中跨跨中、边跨跨中和桥的端部设横梁。
故在边跨离根部42.5m处，中跨跨中、墩上、端部各设一道6.9m宽的横梁，并把单室扩为双室。
截面构造如图3所示。
1.4.6桥面铺装
由《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第1.7.1条，桥面路缘内设置8cm厚沥青混凝土铺装层。
1.4.7施工方法
（1）主梁采用墩梁固结的挂篮悬臂浇筑施工。
（2）桥墩采用液压爬模施工。
（3）基础采用钢围囹浇筑混凝土。
1.5主要材料及材料性能
（1）箱梁混凝土：
C50
（2）桥墩钢筋混凝土：
C30
（3）基础混凝土：
C20
（4）预应力钢筋：
采用抗拉强度标准值为1860MPa，公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线。
（5）非预应力钢筋：
受力筋采用Ⅱ级HRB400级钢筋，非受力筋采用Ⅰ级HPB300级钢筋。
1）混凝土
表格1混凝土表格
强度等级
弹性模量（MPa）
容重
线膨胀系数
C50
34500
25.00
0.000010
32.40
2.65
22.40
1.83
C30
30000
25.00
0.000010
20.10
2.01
13.80
1.39
2）普通钢筋
表格2普通钢筋表格
普通钢筋
弹性模量（MPa）
容重
R235
210000
76.98
235
195
195
HRB335
200000
76.98
335
280
280
HRB400
200000
76.98
400
330
330
KL400
200000
76.98
400
330
330
3）预应力材料
表格3预应力材料表格
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）
Bot
195000
0
0.300
0.00660
1.0
0.00600
Top
195000
0
0.200
0.00100
1.0
0.00600
1.6计算原则、内容及控制标准
1.6.1计算原则
（1）汽车—超20级作用下各截面的最大弯矩
汽车荷载偏载时的增大系数。
活载偏载时的增大系数，习惯上有两种取值方法：
一是将箱梁视未开口截面，按偏心压力法（刚性横梁法）求出边肋的横向分布系数，作为增大系数取值的依据；另一则是将活载产生的内力直接增大15%。
本设计对汽车荷载偏安全地取前一种方法计算。
（2）挂车-120级作用下各截面的最大弯矩及最大剪力
验算时，平板挂车不考虑冲击力；由《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第2.3.5条之二可知，平板挂车在1桥梁全长内用一辆布载。
挂车荷载偏载时的增大系数取15%考虑。
（3）挂车荷载不与人群荷载及其他荷载同时出现。
1.6.2计算内容
考虑施工过程，计算恒载、活载、温度、温度梯度、支座沉降等作用下内力和组合内力，出计算书。
1.6.2控制标准
（1）求汽车荷载冲击系数。
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第2.3.2条表2.3.2-1的规定，当荷载长度L在5m与45m之间时，冲击系数μ可按下式计算：
μ=（45-L）×0.3/（45-5）=0.3375-0.0075L
（2）各截面荷载内力组合
由《通用规范》第4.1.2条，在按极限状态设计箱梁各截面时，应按组合Ⅰ（恒载+汽车荷载+人群荷载）及组合Ⅱ（恒载+挂车荷载）分别组合荷载，并选取相应的荷载安全系数，注意到荷载效应占总荷载效应不同比例时需考虑不同的提高系数。
二、模型建立与分析
2.1计算模型
图3计算模型图
1）节点数量：
80；
图4节点划分图示
2）单元数量：
75；
图5单元划分图示
3）边界条件数量：
6
支承分别为每个桥墩两个，边跨支点各一处；弹性连接每个桥墩与主梁固结处各两个。
图6边界条件
4）施工阶段数量：
16，施工阶段步骤如下：
施工阶段1：
CS1，持续时间12天；施工阶段9：
CS9，持续时间12天；
施工阶段2：
CS2，持续时间12天；施工阶段10：
CS10，持续时间12天；
施工阶段3：
CS3，持续时间12天；施工阶段11：
CS11，持续时间12天；
施工阶段4：
CS4，持续时间12天；施工阶段12：
CS12，持续时间12天；
施工阶段5：
CS5，持续时间12天；施工阶段13：
CS13，持续时间30天；
施工阶段6：
CS6，持续时间12天；施工阶段14：
CS14，持续时间15天；
施工阶段7：
CS7，持续时间12天；施工阶段15：
CS15，持续时间30天；
施工阶段8：
CS8，持续时间12天；施工阶段16：
CS16，持续时间10000天；
图7施工阶段控制分析
表格4施工阶段划分说明
施工阶段
施工天数/天
施工内容说明
CS1
12
现浇墩顶主梁19、20、21、22、23、49、50、51、52、53单元
CS2
12
挂篮悬臂浇筑18，24,48,54单元
CS3
12
挂篮悬臂浇筑17,25,47,55单元
CS4
12
挂篮悬臂浇筑16,26,46,56单元
CS5
12
挂篮悬臂浇筑15,27,45,57单元
CS6
12
挂篮悬臂浇筑14,28,33,58单元
CS7
12
挂篮悬臂浇筑13,29,43,59单元
CS8
12
挂篮悬臂浇筑12,30,42,60单元
CS9
12
挂篮悬臂浇筑11,31,41,61单元
CS10
12
挂篮悬臂浇筑10,32,40,62单元
CS11
12
挂篮悬臂浇筑9,33,39,63单元
CS12
12
挂篮悬臂浇筑8,34,38,64单元
CS13
30
挂篮悬臂浇筑7,35,37,65单元
CS14
15
左边跨合龙
CS15
30
右边跨合龙
CS16
1000
中跨合龙，现浇防撞栏杆和桥面铺装，考虑收缩徐变影响
2.2主要钢筋布置图及材料用表
（1）预应力钢束特征值
图8.1钢束特征值
图8.2钢束特征值
表格5
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）
15-19
195000
1395
0.250
0.00150
0.3
0.00600
15-15
195000
1395
0.250
0.00150
0.3
0.00600
（1）预应力钢束布置图
2.3截面特性及有效宽度
1）截面特性
表格6:
桥墩
A（m2）
Asy（m2）
Asz（m2）
z（+）（m）
z（-）（m）
14.580
12.150
12.150
0.900
0.900
Ixx（m4）
Iyy（m4）
Izz（m4）
y（+）（m）
y（-）（m）
13.542
3.937
79.716
4.050
4.050
2．4荷载工况及荷载组合
1）自重
自重系数：
-1.00
2）二期恒载
二期恒载由两侧防撞护栏及桥面铺装组成，计算后取值：
75KN/m。
3）整体升降温
温度降温：
-20.00（[C]）
温度升温：
20.00（[C]）
4）梁截面温度
表7梯度升温（单元11）
序号
宽度（m）
到箱梁顶距离（m）
温度（[C]）
1
12.30
0.00
-12.50
2
12.30
0.18
-3.40
表8梯度降温（单元11）
序号
宽度（m）
到箱梁顶距离（m）
温度（[C]）
1
12.30
0.00
25.00
2
12.30
0.18
6.70
5）徐变收缩
收缩龄期：
3天;
构件理论厚度：
1m；
理论厚度自动计算：
由程序自动计算各构件的理论厚度。
公式为：
收缩龄期：
3天;
构件理论厚度：
1m；
理论厚度自动计算：
由程序自动计算各构件的理论厚度。
公式为：
6）支座沉降
按照每个地基及基础的最大沉降量的最不利的荷载组合进行计算。
第1组不均匀沉降-0.005m；
第2组不均匀沉降-0.005m；
7）可变荷载
活载：
汽车荷载，桥梁等级为公路Ⅰ级；
对于汽车荷载纵向整体冲击系数μ，按照《公路桥涵通用设计规范》第4.3.2条，冲击系数μ可按下式计算：
根据规范，计算的结构基频f=0.48Hz，冲击系数μ=0.050。
三、内力图
3.1内力图
（1）恒载内力计算
1）一期恒载内力值如表9.1所示，弯矩和剪力图如图9.1，图9.2所示。
表格9.1一期恒载内力值
单元
荷载
位置
轴向（kN）
剪力-y（kN）
剪力-z（kN）
扭矩（kN*m）
弯矩-y（kN*m）
弯矩-z（kN*m）
1
一期恒载
I[1]
15.47
0
-5677.86
0
0
0
1
一期恒载
J[2]
15.47
0
-5079.4
0
10757.3
0
2
一期恒载
I[2]
0
0
-5079.42
0
10757.3
0
2
一期恒载
J[3]
0
0
-3807.7
0
29642.45
0
3
一期恒载
I[3]
0
0
-3807.7
0
29642.45
0
3
一期恒载
J[4]
0
0
-2535.99
0
43122.79
0
4
一期恒载
I[4]
0
0
-2535.99
0
43122.79
0
4
一期恒载
J[5]
0
0
-1264.27
0
51198.34
0
5
一期恒载
I[5]
0
0
-1264.27
0
51198.34
0
5
一期恒载
J[6]
0
0
7.45
0
53869.08
0
6
一期恒载
I[6]
0
0
7.45
0
53869.08
0
6
一期恒载
J[7]
0
0
605.9
0
53255.73
0
7
一期恒载
I[7]
0
0
605.9
0
53255.73
0
7
一期恒载
J[8]
0
0
2027.24
0
47002.02
0
8
一期恒载
I[8]
-19.02
0
2027.15
0
47002.02
0
8
一期恒载
J[9]
-31.86
0
3464.02
0
33967.34
0
9
一期恒载
I[9]
-53.4
0
3463.76
0
33967.34
0
9
一期恒载
J[10]
-75.48
0
4925.49
0
14052.86
0
10
一期恒载
I[10]
-107.7
0
4924.9
0
14052.86
0
10
一期恒载
J[11]
-140
0
6423.9
0
-12889.6
0
11
一期恒载
I[11]
-183.9
0
6422.79
0
-12889.6
0
11
一期恒载
J[12]
-227.8
0
7971.45
0
-47067.7
0
12
一期恒载
I[12]
-285.1
0
7969.61
0
-47067.7
0
12
一期恒载
J[13]
-342.2
0
9580.29
0
-88748.2
0
13
一期恒载
I[13]
-414.2
0
9577.44
0
-88748.2
0
13
一期恒载
J[14]
-486.7
0
11262.48
0
-138257
0
14
一期恒载
I[14]
-575.5
0
11258.29
0
-138257
0
14
一期恒载
J[15]
-665.6
0
13029.98
0
-195980
0
15
一期恒载
I[15]
-767.4
0
13024.37
0
-195980
0
15
一期恒载
J[16]
-877.6
0
14894.97
0
-262361
0
16
一期恒载
I[16]
-1001
0
14887.21
0
-262361
0
16
一期恒载
J[17]
-1134
0
16868.94
0
-337905
0
17
一期恒载
I[17]
-1276
0
16858.77
0
-337905
0
17
一期恒载
J[18]
-1435
0
18963.78
0
-423175
0
18
一期恒载
I[18]
-1596
0
18950.91
0
-423175
0
18
一期恒载
J[19]
-1785
0
21191.33
0
-518794
0
19
一期恒载
I[19]
-1948
0
21176.92
0
-518794
0
19
一期恒载
J[20]
-2132
0
23177.21
0
-607840
0
20
一期恒载
I[20]
0
0
23275.09
0
-607840
0
20
一期恒载
J[21]
0
0
23739.44
0
-628997
0
21
一期恒载
I[21]
114.29
0
-14235
0
-624723
0
21
一期恒载
J[22]
114.29
0
-12068
0
-569487
0
22
一期恒载
I[23]
148.83
0
22202.09
0
-546911
0
22
一期恒载
J[22]
148.83
0
22666.43
0
-567102
0
23
一期恒载
I[24]
-1703
0
20121.72
0
-462103
0
23
一期恒载
J[23]
-1887
0
22122.02
0
-546911
0
24
一期恒载
I[25]
-1359
0
17893.88
0
-371524
0
24
一期恒载
J[24]
-1547
0
20134.3
0
-462105
0
25
一期恒载
I[26]
-1048
0
15799.78
0
-291299
0
25
一期恒载
J[25]
-1207
0
17904.79
0
-371525
0
26
一期恒载
I[27]
-781.3
0
13826.35
0
-220806
0
26
一期恒载
J[26]
-914.4
0
15808.07
0
-291300
0
27
一期恒载
I[28]
-556.8
0
11961.75
0
-159481
0
27
一期恒载
J[27]
-666.9
0
13832.35
0
-220806
0
28
一期恒载
I[29]
-374.6
0
10193.87
0
-106822
0
28
一期恒载
J[28]
-464.7
0
11965.55
0
-159482
0
29
一期恒载
I[30]
-219.5
0
8511.65
0
-62380.8
0
29
一期恒载
J[29]
-292
0
10196.69
0
-106823
0
30
一期恒载
I[31]
-98.21
0
6902.42
0
-25774.1
0
30
一期恒载
J[30]
-155.4
0
8513.1
0
-62382.2
0
31
一期恒载
I[32]
-4.59
0
5354.33
0
3325.43
0
31
一期恒载
J[31]
-48.5
0
6902.99
0
-25775.4
0
32
一期恒载
I[33]
64.42
0
3855.26
0
25184.66
0
32
一期恒载
J[32]
32.1
0
5354.26
0
3324.14
0
33
一期恒载
I[34]
111.57
0
2393.05
0
40011.43
0
33
一期恒载
J[33]
89.48
0
3854.78
0
25183.42
0
34
一期恒载
I[35]
139.56
-4.07
955.46
87.27
47953.72
-1494.97
34
一期恒载
J[34]
126.72
-4.07
2392.34
87.27
40009.77
-1475.61
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