预应力混凝土连续刚构桥(计算书).doc

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 目录 一、基本信息31.1 工程概况31.2 技术标准31.3 主要规范41.4 结构概述41.5 主要材料及材料性能61.6 计算原则、内容及控制标准6二、模型建立与分析72.1 计算模型72.2 主要钢筋布置图及材料用表102.3 截面特性及有效宽度122.4 荷载工况及荷载组合12三、内力图133.1 内力图13四、持久状况承载能力极限状态验算结果504.1 截面受压区高度504.2 正截面抗弯承载能力验算504.3 斜截面抗剪承载能力验算504.4 抗扭承载能力验算514.5 支反力计算51五、持久状况正常使用极限状态验算结果535.1 结构正截面抗裂验算535.2 结构斜截面抗裂验算53六、持久状况构件应力验算结果546.1 正截面混凝土法向压应力验算546.2 正截面受拉区钢筋拉应力验算546.3 斜截面混凝土的主压应力验算55七、短暂状况构件应力验算结果557.1 短暂状况构件应力验算55八、详细计算表格55一、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）+20.2m（及护栏）=12.3m）。（3）设计荷载：公路-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（JTG D62-2004） 2)公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 3)公路工程技术标准（JTG B01-2003） 4)公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008） 5)公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007） 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11.4.2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0.50.692之间，大部分在0.550.58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1/161/20，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1/2.51/3.5，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=-0.001049805X 以支点梁底为原点，曲线方程为;Y=-0.000595156X1.4.4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1/101/12，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250300mm；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=0.2532=1.50m0.876m，故可以。/B=1.5/12.3=1/8.2,不符合1/131/19.。/B=0.25/4.8=1/19.2,满足1/151/20.(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（JTG D60-2004）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：受力筋采用级HRB400级钢筋，非受力筋采用级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C503450025.000.00001032.402.6522.401.83C303000025.000.00001020.102.0113.801.39 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R23521000076.98235195195HRB33520000076.98335280280HRB40020000076.98400330330KL40020000076.98400330330 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)Bot19500000.3000.006601.00.00600Top19500000.2000.001001.00.00600 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（JTG D60-2004）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（JTG D60-2004）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，冲击系数可按下式计算：=（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（恒载+汽车荷载+人群荷载）及组合（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CS112现浇墩顶主梁19、20、21、22、23、49、50、51、52、53单元CS212挂篮悬臂浇筑18，24,48,54单元CS312挂篮悬臂浇筑17,25,47,55单元CS412挂篮悬臂浇筑16,26,46,56单元CS512挂篮悬臂浇筑15,27,45,57单元CS612挂篮悬臂浇筑14,28,33,58单元CS712挂篮悬臂浇筑13,29,43,59单元CS812挂篮悬臂浇筑12,30,42,60单元CS912挂篮悬臂浇筑11,31,41,61单元CS1012挂篮悬臂浇筑10,32,40,62单元CS1112挂篮悬臂浇筑9,33,39,63单元CS1212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CS1415左边跨合龙CS1530右边跨合龙CS161000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)15-1919500013950.2500.001500.30.0060015-1519500013950.2500.001500.30.00600（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(m 2)Asy(m 2)Asz(m 2)z(+)(m)z(-)(m)14.58012.15012.1500.9000.900Ixx(m 4)Iyy(m 4)Izz(m 4)y(+)(m)y(-)(m)13.5423.93779.7164.0504.050 24 荷载工况及荷载组合 1)自重 自重系数：-1.002）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)112.300.00-12.50212.300.18-3.40表8 梯度降温（单元11）序号宽度(m)到箱梁顶距离(m)温度(C)112.300.0025.00212.300.186.70 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，桥梁等级为公路级； 对于汽车荷载纵向整体冲击系数，按照公路桥涵通用设计规范第4.3.2条，冲击系数可按下式计算： 根据规范，计算的结构基频f=0.48Hz，冲击系数 = 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I115.470-5677.860001一期恒载J215.470-5079.4010757.302一期恒载I200-5079.42010757.302一期恒载J300-3807.7029642.4503一期恒载I300-3807.7029642.4503一期恒载J400-2535.99043122.7904一期恒载I400-2535.99043122.7904一期恒载J500-1264.27051198.3405一期恒载I500-1264.27051198.3405一期恒载J6007.45053869.0806一期恒载I6007.45053869.0806一期恒载J700605.9053255.7307一期恒载I700605.9053255.7307一期恒载J8002027.24047002.0208一期恒载I8-19.0202027.15047002.0208一期恒载J9-31.8603464.02033967.3409一期恒载I9-53.403463.76033967.3409一期恒载J10-75.4804925.49014052.86010一期恒载I10-107.704924.9014052.86010一期恒载J11-14006423.90-12889.6011一期恒载I11-183.906422.790-12889.6011一期恒载J12-227.807971.450-47067.7012一期恒载I12-285.107969.610-47067.7012一期恒载J13-342.209580.290-88748.2013一期恒载I13-414.209577.440-88748.2013一期恒载J14-486.7011262.480-138257014一期恒载I14-575.5011258.290-138257014一期恒载J15-665.6013029.980-195980015一期恒载I15-767.4013024.370-195980015一期恒载J16-877.6014894.970-262361016一期恒载I16-1001014887.210-262361016一期恒载J17-1134016868.940-337905017一期恒载I17-1276016858.770-337905017一期恒载J18-1435018963.780-423175018一期恒载I18-1596018950.910-423175018一期恒载J19-1785021191.330-518794019一期恒载I19-1948021176.920-518794019一期恒载J20-2132023177.210-607840020一期恒载I200023275.090-607840020一期恒载J210023739.440-628997021一期恒载I21114.290-142350-624723021一期恒载J22114.290-120680-569487022一期恒载I23148.83022202.090-546911022一期恒载J22148.83022666.430-567102023一期恒载I24-1703020121.720-462103023一期恒载J23-1887022122.020-546911024一期恒载I25-1359017893.880-371524024一期恒载J24-1547020134.30-462105025一期恒载I26-1048015799.780-291299025一期恒载J25-1207017904.790-371525026一期恒载I27-781.3013826.350-220806026一期恒载J26-914.4015808.070-291300027一期恒载I28-556.8011961.750-159481027一期恒载J27-666.9013832.350-220806028一期恒载I29-374.6010193.870-106822028一期恒载J28-464.7011965.550-159482029一期恒载I30-219.508511.650-62380.8029一期恒载J29-292010196.690-106823030一期恒载I31-98.2106902.420-25774.1030一期恒载J30-155.408513.10-62382.2031一期恒载I32-4.5905354.3303325.43031一期恒载J31-48.506902.990-25775.4032一期恒载I3364.4203855.26025184.66032一期恒载J3232.105354.2603324.14033一期恒载I34111.5702393.05040011.43033一期恒载J3389.4803854.78025183.42034一期恒载I35139.56-4.07955.4687.2747953.72-1494.9734一期恒载J34126.72-4.072392.3487.2740009.77-1475.6135一期恒载I36148.8315.1-242.673.3849378.43-526.2735一期恒载J35148.8315.1954.243.3847955.3-586.6737一期恒载I37148.8316.56625.89-2.9248726.28-461.2237一期恒载J38148.8316.561822.8-2.9243828.91-527.4638一期恒载I38130.2512.581823.8851.7843827.02-1322.3638一期恒载J39117.4112.583260.7651.7831757.82-1382.1239一期恒载I3997.8803261.36031758.95039一期恒载J4075.804723.09012805.94040一期恒载I4046.4304723.46012806.55040一期恒载J4114.1106222.460-13178.9041一期恒载I41-26.4106222.440-13178.3041一期恒载J42-70.3207771.10-46403.9042一期恒载I42-124.107770.420-46403.4042一期恒载J43-181.309381.090-87136.2043一期恒载I43-248.809379.550-87135.7043一期恒载J44-321.2011064.570-135702044一期恒载I44-412.1011061.540-135702044一期恒载J45-502.1012833.220-192488045一期恒载I45-600.7012829.070-192486045一期恒载J46-710.8014699.660-257937046一期恒载I46-830014693.40-257937046一期恒载J47-963.1016675.120-332556047一期恒载I47-1101016666.560-332556047一期恒载J48-1260018771.560-416906048一期恒载I48-1417018760.370-416906048一期恒载J49-1606021000.780-511611049一期恒载I49-1742020989.760-511611049一期恒载J50-1927022990.020-599892050一期恒载I50148.83023070.530-599892050一期恒载J51148.83023534.870-620864051一期恒载I51120.2204071.490-621884051一期恒载J52120.2206238.430-643535052一期恒载I530023489.040-625385052一期恒载J520023953.380-646734053一期恒载I54-1969021389.850-535483053一期恒载J53-2153023390.150-625385054一期恒载I55-1614019164.130-438848054一期恒载J54-1802021404.550-535483055一期恒载I56-1292017072.130-352562055一期恒载J55-1451019177.140-438848056一期恒载I57-1015015100.680-276002056一期恒载J56-1148017082.40-352562057一期恒载I58-780013237.950-208604057一期恒载J57-890.1015108.550-276002058一期恒载I59-590.4011471.750-149865058一期恒载J58-680.5013243.440-208604059一期恒载I60-428.909790.970-99339.7059一期恒载J59-501.3011475.990-149865060一期恒载I61-297.508183.260-56643060一期恒载J60-354.709793.940-99339.7061一期恒载I62-193.706636.560-21448.6061一期恒载J61-237.608185.220-56643062一期恒载I63-115.105138.7606510.31062一期恒载J62-147.406637.750-21448.6063一期恒载I64-58.603677.68027441.15063一期恒载J63-80.6805139.4106510.31064一期恒载I65-22.1302241.1041492.2064一期恒载J64-34.9703677.98027441.15065一期恒载I6600819.88048762.28065一期恒载J65002241.21041492.2066一期恒载I6600-819.88048762.28066一期恒载J6700-221.42049803.58067一期恒载I6700-221.42049803.58067一期恒载J68001050.3048042.23068一期恒载I68001050.3048042.23068一期恒载J69002322.01040876.07069一期恒载I69002322.01040876.07069一期恒载J70003593.73028305.11070一期恒载I70003593.73028305.11070一期恒载J71004865.45010329.35071一期恒载I71004865.45010329.35071一期恒载J72005463.900072一期恒载I73-379740-114.290-4694.06072一期恒载J74-569280-114.290-122.52073一期恒载I75-105980-34.540-2506.25073一期恒载J76-295520-34.540-1124.47074一期恒载I77-19463028.6101120.35074