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1、目录1 方案拟定与比选31.1 概述31.2 方案比选32 主梁内力计算82.1 主要技术指82.1.1 材料规格82.2 梁截面尺寸拟定82.2.1 主梁梁高82.2.2 顶板和底板92.2.3 腹板92.2.4 桥面铺装及栏杆92.2.5 下部结构尺寸拟定92.2.6 主梁分段及施工过程92.3 内力计算102.3.1 截面特性计算102.4 结构内力计算112.4.1 结构自重112.4.2 可变作用效应152.5 作用效应组合192.5.1 承载能力极限状态下的效应组合193 预应力钢束设计273.1 钢束估算273.2预应力筋束的布置原则283.3 主梁净截面及换算截面特性值293.
2、4 预应力损失及有效预应力313.4.1 控制应力及有关参数的确定313.4.2 预应力筋钢与管道壁间摩擦引起的应力损失l1的计算313.4.3 锚具变形、钢束回缩和接缝压缩一起的应力损失l3啦的计算323.4.4 混凝土的弹性压缩引起的应力损失l4咯的计算333.4.5 预应力筋束松弛引起的应力损失l5计算343.4.6 混凝土收缩和徐变引起的应力损失l6的计算343.4.7 预应力损失组合及有效预应计算354 主梁验算374.1 强度验算374.1.1 正截面抗弯承载能力374.1.2 斜截面抗剪验算474.2 应力验算474.2.1 预应力筋拉应力验算474.2.2施工阶段法向压应力验算
3、504.2.3 使用阶段正截面压应力验算594.2.4 斜截面主压应力验算634.2.5 使用阶段正截面压应力的验算684.2.6使用阶段斜截面主压应力验算734.3 抗裂满足要求验算784.3.1 使用阶段正截面抗裂验算784.3.2 使用阶段混凝土抗裂验算835 主梁主梁变形（挠度）计算895.1 挠度计算896 设计总结90参考文献91致谢921 方案拟定与比选 1.1 概述 本次的毕业设计为洞庭大道新河渠南过渡孔号桥施工图设计。在设计中我们必须考虑其与周围的环境相协调，虽然该桥无通航要求，但桥下要有足够的净空保证桥下行船安全。1.2 方案比选 根据安全、适用、经济、美观的设计原则，我初
4、步拟定了三个方案。方案一：等截面预应力筋钢混凝土箱型梁桥（452.5m）箱梁顶板宽17.5米，底板宽9.9米，梁高2.6米，腹板厚度为40厘米底板厚40厘米，顶板厚20厘米，翼缘长3.8米，混凝土采用C50的，如图所示。 图1.1等截面等跨连续梁桥图1.2 等截面连续梁桥截面图采用桥面连续的方式，解决行车顺适的问题；桥墩横桥向两侧设防震挡块，防止主梁在地震时跌落；采用等截面主梁，梁高2.6m，三跨等跨径布置，同一跨主梁尺寸相同，可以一套模板重复使用；主梁预制场后张法预制、采用整体顶推施工，可避免对桥下匝道的通行运输；下部采用双柱式桩基、双柱式桥墩、带悬臂盖梁的结构形式，克服基础开挖的一系列弊端
5、。方案二：采用变截面连续刚构桥，孔径组合为55m+100m+55m，全桥长210米，整体布置如下图所示，主梁采用C50的单箱单室变截面连续梁，箱梁顶板宽17.5米，底板宽9.9米，腹板厚40厘米。下部构造桥墩为竖直双支薄壁式桥墩。三跨变截面连续刚构具有T形刚构桥的优点。但与同类桥（如连续梁桥、T形刚构桥）相比：多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性，跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低。多跨连续-刚构桥则在主跨跨中设铰，两侧跨径为连续体系，可利用边跨连续梁的重量使T构做成不等长悬臂，以加大主跨的跨径。全桥采用悬臂挂篮施工方法施工。桥面形状与梁截面尺寸如下图所示。图1.3 变截面连
6、续刚构桥图1.4 变截面连续刚构桥截面尺寸方案三：55m+100m+55m三跨变截面预应力混凝土连续梁方案。主梁采用C50的单箱单室变截面连续梁，箱梁顶板宽17.5米，底板宽9.5米，腹板厚40厘米。箱梁及全桥尺寸如图所示。 图1.4 变截面连续梁桥图1.5 变截面连续梁桥截面尺寸 全桥连续，行车顺适；整体型好，利于抗震，桥梁支座采用滑动盆式橡胶支座和固定盆式橡胶支座，其中固定支座可以将主梁与桥墩相连，防止主梁在地震时变形、移动、破坏；。主梁采用梁底搭设龙门支架，可避免对桥下匝道的通行运输，铺设模板，绑扎普通筋钢，预留预应力管道（采用锌铁皮波纹管成孔），浇筑C50混凝土（先底板、后腹板和桥面板
7、），预应力筋钢采用后张法超张拉，两端张拉，并通过梁顶板下缘、腹板侧壁、底板上缘设置齿板锚固；全桥采用用挂篮悬臂方法施工。 根据三个比选方案，我们分别从经济、适用、安全、美观这几个方面进行必选，选出最优的方案来。表1-1方案比选方案一方案二方案三经济性桥梁上部结构比较经济，下部敦也较少，综合整体经济性一般 桥梁上部结构比较经济，下部敦虽较多但直径较小预算也较少，综合整体经济性一般桥梁上部结构预算很大，敦虽数量少但直径较大故预算也较多，综合整经济性较好适用性受力明确，由于下面较高不能采用满堂支架整体现浇施工，施工不方便。中孔100米主跨跨越主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞要求低；采用宽梁设
8、计，在同等跨径中，具有经济优势。中孔100米主跨跨越主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞要求低；河床压缩少,有利于汛期泄洪。安全性主桥跨度较大，采用等跨等截面时边跨的正弯矩远大于中跨，造成预应力浪费。行车平顺舒适采用对称悬臂浇筑施工，施工条件好，制约因素不多，采用双支薄壁墩有效的分担了支座处的负弯矩，使成桥状态更合理。 行车平顺舒适采用对称悬臂浇筑施工，施工条件好，制约因素不多，然而支座处负弯矩较大。行车平顺舒适。美观性线条平直桥梁主桥线条简洁明快，与周围环境相协调，综合整体美观性较好桥型线性变化柔和，与环境搭配和谐。结论弃用首选弃用 最后综合各方面因素，我选择了方案二，采用55m100m
9、55m三跨变截面连续刚构桥。2 主梁内力计算2.1 主要技术指2.1.1 材料规格1、荷载等级：公路级 2、设计速度：6080km/h； 3、通航要求：无； 4、桥面净宽：1m（防护栏）+7.5m（车行道）+0.5m（中央分隔带）+7.5m（车行道）+1m（防护栏）=17.5m： 5、桥面衡坡为双向2%；6、不考虑地震作用； 混凝土：主梁采用C50混凝土； 1、桥墩桩基础等构件采用C30混凝土； 2、桥面铺装为7cm沥青混凝土，由两层组成，上层为6cm沥青混凝土，下层为6cm C40防水混凝土。 预应力筋钢：根据公路筋钢混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG_D62-2004)中d=15.2
10、4mm的钢绞线，公称面积为139mm2，标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95105Mpa。普通筋钢：采用R235和HTB335两种筋钢，其中R235筋钢应符合筋钢混凝土用热轧光圆筋钢（GB13013-1991）、HRB335筋钢应符合筋钢混凝土用热轧带肋筋钢（GB1499-1998）标准中的各项规定。凡筋钢直径大于或等于10mm者，均采用HRB335筋钢；直径小于10mm者，均采用R235筋钢。2.2 梁截面尺寸拟定2.2.1 主梁梁高 根据经验确定，预应力混凝土连续刚构桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/161/20之间，而跨中梁高与支点梁高之比一般为1/1.51/2.
11、5之间。本桥在支点和跨中的梁高拟定值：支点处梁高：(L为中跨跨径，本设计为100m)，取5.8m；跨中梁高：2.5m；梁底曲线：二次抛物线变化。 2.2.2 顶板和底板 顶板采用20cm；底板在支点处采用40cm从跨中到根部保持厚度不变。 2.2.3 腹板 箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲剪应力和扭曲剪应力所效应下主拉应力，腹板的最小厚度应考虑钢束管道布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为：腹板内无预应力束筋管道布置时，其最小厚度采用20cm；腹板内有预应力束筋管道布置时，采用15到20cm；腹板内有锚头时，采用25cm。本设计保持全桥主梁腹板厚度为40cm不变。 图2.1 主梁横截面 2.2.
12、4 桥面铺装及栏杆 桥面铺装为7cm沥青混凝土，由两层组成，上层为3cm沥青混凝土，下层为4cm C40防水混凝土。防撞栏杆为墙式混凝土防撞栏杆，采用C30混凝土。中间带护栏采用C30混凝土，细部尺寸见施工图设计之筋钢混凝土墙式护栏构造图。 2.2.5 下部结构尺寸拟定主桥桥墩墩采用重力式双支薄壁墩，墩身高度为34m和37m。 2.2.6 主梁分段及施工过程全桥共长210m，分为86（不包括桥墩单元）个单元。其中0号块为（2+2+2+2）m，桥段1-桥段15为（153m），边跨满堂支架段共6m，分为（21+4）m，合拢段均为（21m），如图2.2所示。图2.2 电算模型图 施工过程如下：墩梁固
13、结，桥墩与0号块一起分节段浇筑；安装挂篮，施工1号块；挂篮前移，施工2号块，重复前移，直到施工完15号块；边跨满堂支架施工；挂篮继续前移，添加配重，边跨合拢，同时去掉配重使桥墩两端平衡；拆除满堂支架，同时边跨支座转换成型。中跨合拢与边跨施工方式一样。2.3 内力计算 2.3.1 截面特性计算 由于中跨跨中两侧毛截面特性完全对称，故只给出左半部分控制截面的毛截面特性值。 表2-1 截面特性值单元截面面积（m2）截面抗弯惯矩（m4）截面中性轴高（m）根部15.699289.93322.4438跨中13.059313.05751.1058桥墩9.90.8250.5跨中到根部13.059313.057
14、51.1058根部 跨中15.699289.93322.4438根部 跨中113.060413.07511.1063根部 跨中213.077613.34011.1146根部 跨中313.115413.93321.1329根部 跨中413.173814.87711.1612根部 跨中513.252916.20741.1997根部 跨中613.352617.97251.2483根部 跨中713.472920.23441.3073根部 跨中813.613823.06911.3768根部 跨中913.775426.56741.4569根部 跨中1013.957630.83531.5478根部 跨中11
15、14.160435.99551.6497根部 跨中1214.383842.18791.7628根部 跨中1314.627949.57071.8872续上表2-1单元截面面积（m2）截面抗弯惯矩（m4）截面中性轴高（m）根部 跨中1414.892658.32212.0232根部 跨中1515.177968.64082.1709根部 跨中1615.483880.74812.3306根部 跨中1715.699289.93322.4438根部 跨中1815.699289.93322.4438根部 跨中1915.483880.74812.3306根部 跨中2015.177968.64082.1709根部
16、 跨中2114.892658.32212.0232根部 跨中2214.627949.57071.8872根部 跨中2314.383842.18791.7628根部 跨中2414.160435.99551.6497根部 跨中2513.957630.83531.5478根部 跨中2613.775426.56741.4569根部 跨中2713.613823.06911.3768根部 跨中2813.472920.23441.3073根部 跨中2913.352617.97251.2483根部 跨中3013.252916.20741.1997根部 跨中3113.173814.87711.1612根部 跨中
17、3213.115413.93321.1329根部 跨中3313.077613.34011.1146根部 跨中3413.060413.07511.10632.4 结构内力计算2.4.1 结构自重 在迈达斯软件中当你建立好模型再把模型单元节点分好后，然后在那些单元的特性值中就可以看到单元的的自重了。在程序中二期恒载以均布荷载的形式表达，在中跨合拢后加入即可。本桥二期 恒载由桥面铺装、防撞栏杆和中间带防护栏组成。 1、桥面铺装：g1=0.0617.525+0.0317.524=30.1kN； 2、防撞栏杆：g2=0.25=8.15kN； 3、中间防护栏：g3=0.067525=1.69kN。 4、二
18、期恒载g=g1+g2+g3=30.1+8.15+1.69=39.94kN。4、挂篮 挂篮自重为630kN，该荷载作用并非作用在节点处，将其移至节点处时，需 加一个弯矩，其大小为945kN，方向根据荷载移动的方向定。在相应的施工阶段激活或钝化。5、配重 其大小为合拢段重量的一半，在迈达斯软件中在单元特性值中找到合拢段单元重1306kN取其一半即653kN。根据施工需求进行激活与钝化。6、支座沉降 本设计考虑1-4号桥墩处沉降为1.6cm，对其进行最不利 组合。各永久作用效应下结构内力图如图所示。 -4.3545 -4.3545 图2.1 墩处最大悬臂阶段结构弯矩图（单位：105kNm） 1758
19、8.2 17588.2 -17569.6 -17569.6图2.2 墩最大悬臂阶段结构剪力图（单位：kN） -4.29124 -4.26857 图2.3 全桥合拢（一期恒载）弯矩图（单位：105kNm） 17469 17469 -17248 -17248图2.4 全桥合拢（一期恒载）剪力图（单位：kN） -4.38173 -4.8137 图2.5 二期恒载弯矩图（单位：105kNm） 18571.6 18571.6 -18469.5 -18469.5 图2.6 二期恒载剪力图（单位：kN） -18047 -18047 17998 17998图2.7 支座沉降弯矩包络图（单位：kNm）342.3
20、 1825.9 342.3 1825.9-342.3 -1825.9 -342.3 -1825.9 图2.8 支座沉降剪力包络图（单位：kN） 永久作用效应下结构内力表格由与在二期恒载阶段，结构弯矩图以中跨跨中完全对称，结构剪力图以中跨跨中中心对称，故只列出左半部分结构内力表格。全桥各截面内力见附表。表2.2 二期恒载阶段内力控制截面弯矩（kNm）剪力（kN）边跨支点处0-1716.4边跨L/2-6382.47050.7边跨3L/4-.512716.8边跨7L/8-.216279.31号墩支点左-.418571.61号墩支点右-.8-18464.8第二跨L/8-.3-16279.2第二跨L/4
21、-.5-12716.8第二跨L/20-7050.7 由于支座沉降效应下结构弯矩包络图以中跨跨中完全对称，结构剪力包络图以中跨跨中中心对称，故只列出左半部分结构内力表格。表2-3 支座沉降效应下结构内力单元弯矩max（kNm）弯矩min（kNm）剪力max（kN）剪力min（kN）17300341.1-341.1174682.19-682.19341.1-341.11751364.39-1364.39341.1-341.11761705.49-1705.49341.1-341.11772046.58-2046.58341.1-341.11783069.87-3069.87341.09-341.0
22、91794093.17-4093.17341.08-341.081805116.46-5116.46341.07-341.071816139.75-6139.75341.05-341.051827163.04-7163.04341.03-341.031838186.33-8186.33341.01-341.011849209.62-9209.62340.98-340.9818510232.92-10232.92340.94-340.9418611256.21-11256.21340.9-340.918712279.5-12279.5340.86-340.8618813302.79-13302.
23、79340.8-340.818914326.08-14326.08340.75-340.7519015349.37-15349.37340.68-340.6819116372.67-16372.66340.62-340.6219217395.96-17395.96340.55-340.55续上表2-3单元弯矩max（kNm）弯矩min（kNm）剪力max（kN）剪力min（kN）19318078.15-18078.15341.1-341.119418183.52-18183.521833.2-1833.219517951.6-17951.61833.2-1833.219617487.75-17
24、487.751833.2-1833.219717023.9-17023.91833.2-1833.219816802.73-16802.73346.55-346.5519916629.45-16629.45345.97-345.9720015936.41-15936.41346.03-346.0320114896.84-14896.84346.11-346.1120213857.26-13857.26346.17-346.1720312817.68-12817.68346.23-346.2320411778.09-11778.09346.29-346.2920510738.5-10738.53
25、46.33-346.332069698.9-9698.9346.38-346.382078659.29-8659.29346.41-346.412087619.68-7619.68346.45-346.452096580.06-6580.06346.47-346.472105540.44-5540.44346.5-346.52114608.3-4608.3346.52-346.522123855.01-3855.01346.53-346.532133102.01-3102.01346.54-346.542142682.78-2682.78346.55-346.552152686.55-2686
26、.55346.55-346.55 2.4.2 可变作用效应1、 温差作用效应 由公路桥涵通用规范(JTG D60-2004)表4.3.10-3中查得混凝土铺装竖向温差计算的温差基数：沥青混凝土铺装层厚度为10cm时T1=14，T2=5.5；沥青混凝土铺装层厚度为5cm时T1=20，T2=6.7。本设计沥青混凝土铺装层厚度为7cm，采用内插法得温差取10.9、5.45，A=300mm。输入软件可得内力图如图2.5所示。 24039.9 24039.9 图2.9 顶板升温弯矩图（单位：kNm） 1127.6 453.6 -453.6 -33.5 1127.6图2.10 顶板升温剪力图（单位：kN）
27、 -24039.9 -24.39.9 图2.11 顶板降温弯矩图（单位：kNm） 453.6 33.5 -1127.6 -1127.6 -453.6 图2.12 顶板降温弯矩图 （单位：kNm） 由于温差效应下弯矩以中跨跨中完全对称，剪力以中跨跨中完全中心对称，故在此只列出左半部分内力表格，温差效应下内力表格如表。表2-4 温差效应下结构内力 单元温升弯（kNm）温升剪力（kN）温降弯矩（kNm）温降剪力（kN）173-706.650353.320174-706.651413.3353.32-706.65175-706.652826.6353.32-1413.3176-706.653533.2
28、5353.32-1766.62177-706.654239.9353.32-2119.95178-706.646359.84353.32-3179.92179-706.628479.79353.31-4239.9180-706.5910599.74353.3-5299.87181-706.5612719.69353.28-6359.84 续上表2-4 单元温升弯（kNm）温升剪力（kN）温降弯矩（kNm）温降剪力（kN）182-706.5114839.63353.26-7419.82183-706.4616959.58353.23-8479.79184-706.419079.53353.2-9
29、539.76185-706.3221199.48353.16-10599.74186-706.2423319.42353.12-11659.71187-706.1525439.37353.07-12719.69188-706.0427559.32353.02-13779.66189-705.9229679.27352.96-14839.63190-705.7931799.21352.9-15899.61191-705.6533919.16352.83-16959.58192-705.5236039.11352.76-18019.55193-706.6537452.41353.32-18726.
30、21942267.2336898.06-1133.62-18449.031952267.2335764.44-1133.62-17882.221962267.2333497.21-1133.62-16748.61972267.2331229.98-1133.62-15614.99198-1.8829088.320.94-14544.161992.429089.26-1.2-14544.632002.1529084.45-1.08-14542.222011.8529077.99-0.92-14538.992021.5529072.43-0.78-14536.222031.2629067.77-0
31、.63-14533.882040.9829063.98-0.49-14531.992050.6929061.05-0.35-14530.522060.4229058.97-0.21-14529.482070.1429057.72-0.07-14528.86208-0.1229057.280.06-14528.64209-0.3929057.660.19-14528.83210-0.6529058.830.33-14529.41211-0.9129060.780.45-14530.39212-1.1629063.50.58-14531.75213-1.4229066.990.71-14533.5
32、214-1.6729071.240.83-14535.62215-1.8429076.250.92-14538.12 2、汽车荷载 本设计移动荷载根据任务书要求采用公路I级，由于桥梁跨径大于50m，公路I级车道荷载的均布荷载的标准值为qk=10.5kN/m，集中荷载的标准值为pk=360kN。其中基频可以由软件计算直接得到f=1.414，根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)，可得到汽车冲击系数=0.05。移动荷载效应下结构内力包络图如图所示。 -32377.3 -32377.3 16553.2 17855.2 16553.2 图2.13 汽车荷载弯矩包络图（单位kNm） 520
33、7.44 3201.2 3201.2 5207.44图2.14 汽车荷载剪力包络图（单位：kN） 由于由移动荷载效应下弯矩包络图以中跨跨中完全对称，剪力包络图以中跨跨中完全中心对称，故在此只列出左半部分内力表格，移动荷载效应下结构内力见表2-5。表2-5 移动荷载效应下结构内力（公路-I级）单元弯矩max（kNm）弯矩min（kNm）剪力max（kN）剪力min（kN）17300475.21-1749.51742969.06-883.09476.69-1635.781755627.82-1766.18481.1-1525.261766841.59-2207.73484.4-1471.29177
34、7978.92-2649.27488.43-1418.217810938.94-3973.91571.69-1264.5717913239.38-5298.54679.86-1119.9318014909.68-6623.18790.7-984.8318115984.63-7947.82903.33-859.5918216501.76-9272.451017.01-744.3318316499.08-10597.091131.18-638.9418416013.38-11921.731245.4-543.1718515078.65-13246.361359.4-456.5918613725.5
35、9-145711473-378.7118711981.27-15895.631586.09-308.981889968.75-17320.21698.65-246.821898031.79-19168.861810.69-191.651906205.35-21460.311922.25-142.89续上表2-5单元弯矩max（kNm）弯矩min（kNm）剪力max（kN）剪力min（kN）1914505.62-24197.392033.4-1001922949.49-27385.952144.28-62.491932391.44-29766.022221.88-49.161942798.53-
36、31464.593644.07-2024.31952988.08-32746.293648.68-2015.261963356.61-35319.63660.59-1999.871973708.74-37903.83676.09-1988.071984295.83-40426.96138.8-2505.171994241.32-39441.96136.37-2481.72004055.74-35610.34137.28-2417.142013942.3-30221.17139.67-2319.712024850.21-25251.73143.47-2221.82035848.09-20712.
37、21157.41-2123.362046929.94-16617.5188.94-2024.382058088.58-12973.06224.71-1924.842069315.56-9794.69265.06-1824.7620710601.52-7214310.31-1724.2120811936.18-5759.52360.76-1623.2820913308.82-4640.31416.66-1522.1421014708.54-3856.2478.17-1421.0421116180.99-3464.03545.34-1320.3221217531.83-3280.55618.11-1220.4121318542.82-3097.78696.25-1121.8721419205.23-2915.56779.39-1025.3321519513.24-2733.89867.08-931.392.5 作用效应组合 2.5.1