桥梁工程毕业设计

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毕业设计（论文）报告纸

毕业设计（论文）任务书

课题名称 香溪河1号大桥设计 学院(部) 公 路 学 院 专 业 桥 梁 工 程 班 级 桥 梁 工 程2班 学生姓名 李 博 学 号 2102080237

月 日至 月 日共 周

指导教师(签字) 教学院长(签字)

年 月 日

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目 录

第一章 设计资料

1.1基本资料及设计依据…………………………………………………………………………1 第二章 方案比选

2.1桥型方案设计…………………………………………………………………………………2 2.2桥型方案比选………………………………………………………………………………… 2.3桥型方案的技术经济比较…………………………………………………………………… 2.4推荐桥型方案………………………………………………………………………………… 第三章 结构构造设计

3.1设计资料……………………………………………………………………………………… 3.2结构尺寸拟定………………………………………………………………………………… 第四章 上部结构计算

4.1主梁内力计算及组合………………………………………………………………………… 4.2预应力钢束计算及布置……………………………………………………………………… 4.3预应力损失估算……………………………………………………………………………… 4.4结构验算……………………………………………………………………………………… 第五章 施工组织设计

5.1工程概况……………………………………………………………………………………… 5.2施工方法确定………………………………………………………………………………… 5.3下部结构施工………………………………………………………………………………… 5.4上部结构施工………………………………………………………………………………… 5.5施工注意事项………………………………………………………………………………… 第六章 外文翻译…………………………………………………………………………………… 结论…………………………………………………………………………………………………… 致谢…………………………………………………………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………………………………

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第1章 设计资料

§1.1 基本资料及设计依据

§1.1.1自然概况

地形地貌:桥址地形起伏，河流有泄洪要求。河谷切割高差较大，地质条件良好，

无不良地质情况。详细数据见表1.1。

表1.1 桥位纵断面数据表

§1.1.2设计内容

在给定的桥位上拟定3个比较方案作技术经济比较，再从3个比较方案中选择1个推荐方案做毕业设计。

┊ ┊ 对所采用的毕业设计方案，进一步细化尺寸，结合采取的施工方法，开展相应的结构内力计算和配筋，并绘制构造图、配筋图各一张；开展施工组织设计，绘制施工过程图；按规定要求完成相应的计算书。 §1.1.3 设计依据

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1、中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 2、中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004） 3、中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）

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第2章 方案比选

§2.1 桥型方案设计

桥式方案比选是初步设计阶段的重点，在此阶段选出三个比选方案，贯彻“实用、经济、安全、美观、有利于环保”的原则。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估，最终确定桥梁形式。

初选方案有以下3个：

方案1: 62m+110m+62m不等跨连续刚构桥； 方案2: 137.7m+107.8m独塔斜拉桥；

方案3：主跨140m，矢跨比0.25的上承式拱桥。

§2.2桥型方案比选

方案比选主要是依据安全、实用、经济、美观和有利于环保的原则，同时考虑要符合桥梁发展规律，体现出现代科技的成就。桥型的选择要在技术上是可靠的，在施工上是可行的。综上所述，本次设计的三个比选方案如下：

方案一：预应力混凝土连续刚构桥（见图2.1）

〈1〉桥跨结构：此方案的桥跨布置为62m+110m+62m，边中跨比为0.56，主梁为变截面，采用二次抛物线线线型，墩顶梁高6.5m，跨中梁高2.8m；桥墩采用双薄壁柔性墩，壁厚1.5m，墩梁固结。

〈2〉截面特征：梁高变化曲线为二次抛物线，箱梁顶宽10.5m，底宽6.1m，箱梁顶板设置2%的双向纵坡，顶板中部厚度为30cm，翼缘端部厚20cm，腹板厚度为70cm。从0号块至跨中，底板厚度按二次抛物线由70cm变化到40cm。

〈3〉受力特征：连续刚构桥综合了连续梁桥和T形刚构的特点，将主梁做成变截面连续梁体，与双薄壁墩固接而成。在恒活载作用下，根部负弯矩区段对跨中正弯矩有御载作用，同时双薄壁墩的设置既削减了墩顶负弯矩峰值，又增加了桥梁整体结构的柔性，利于全桥整体变形。另外，连续刚构桥的受力特点与墩的刚度有关，必须选择合适的墩刚度以调整上下部结构的受力，一般墩要具有较好的柔性；并且，连续刚构桥属于超静定结构，基础不均匀沉降、混凝土的收缩徐变以及预应力均会在结构内产生次内力。

〈4〉结构特征：结构的刚度大，变形较小，主梁连续，主梁变形挠曲线变化平缓，因此行车动力性能好，有利于高速行车，可最大限度的利用平衡悬臂施工。同时，墩梁固接节省了大型支座的昂贵费用，减少了桥墩和基础的工程数量，并且改变了结构在水平荷载作用下的跨越能力。

〈5〉施工特点：结合香溪河大桥地形较特征，有通航需要的情况，采用挂篮悬臂

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浇注施工，然后进行合龙段浇注。在合龙施工时，同时进行边跨合龙及中跨合龙，同时密切配合设计和施工要求，充分利用预应力混凝土承受负弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转化为根部正弯矩，提高了桥梁的跨越能力。

〈6〉综合评价：连续刚构桥的造价较为适中，施工技术成熟，占用的施工场地少，且不影响桥下通航和行车；同时，养护容易，施工进度不易受周围环境影响，施工期间抗风能力较强；此外，它具有连续梁桥利于高速行车的优点，并且结构轻巧美观，线形优美，受力合理，行车舒适等优点。 〈7〉方案简图：

图2.1 连续刚构桥

方案二：独塔斜拉桥（见图2.2）

〈1〉桥跨结构：此方案的桥跨布置为137.7m+107.8m，边中跨比为0.78，桥墩空心墩，壁厚2m，墩塔固结。该桥设置为单塔双索面。

〈2〉截面特征：主梁为等截面肋梁，梁宽12.5m，梁高1.5m；箱梁顶板设置2%的双向横坡。塔高墩顶以上65.4m，采用钻石型。主梁上索距为8m。

〈3〉受力特征：斜拉桥是高次超静定结构，在施工和使用过程中会出现多种不同的应力组合，在荷载作用下，通过索力的调整来达到受力平衡。

〈4〉结构特征：本桥采用塔墩固接，塔梁分离，在塔墩与主梁的连接处设置竖向支承，所以为半漂浮体系，此时主梁为具有多点弹性支撑的连续梁。

〈5〉施工特点：结合香溪河大桥所处水文地质情况，主梁采用挂篮悬臂施工，拉索采用成品挂索，用千斤顶直接张拉完成后吊拉主梁，充分发挥斜拉桥的结构优势以减轻施工荷载。在洪水季节来临前完成承台和基础施工，基础采用钻孔灌注桩，桥台采用直立式桥台。

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〈6〉综合评价：斜拉桥的造价投资较高，施工工艺要求较高，需要专业养护；悬臂时光占用的施工场地少，且不影响桥下通航；同时，养护容易，施工进度不易受周围环境影响，施工期间抗风能力较强；此外，斜拉桥具有结构受力合理、行车舒适、外形美观等优点。 〈7〉方案简图：

图2.2 单塔斜拉桥

方案三：上承式拱桥（见图2.3）

〈1〉桥跨结构：此方案主跨为140m ，矢跨比为0.25的混凝土箱拱肋，拱肋上传载构件为直径0.8米的实心钢筋混凝土柱，桥面板采用整体预制长10m肋梁。 〈2〉截面特征：主梁为等截面肋梁，梁宽10.5m，梁高1.5m；箱梁顶板设置2%的双向横坡。

〈3〉受力特征：拱桥是超静定结构，在施工和使用过程中会出现多种不同的应力组合，在荷载作用下，通过拱脚扩大基础提供的主动土压力达到受力平衡。 〈4〉施工特点：结合香溪河大桥所处水文地质情况，主拱肋采用劲性骨架阶段施工，桥面板采用梁上运梁的方法将预制好的肋梁放到指定位置。在洪水季节来临前完成拱脚扩大基础施工，桥台采用直立式桥台。

〈5〉综合评价：拱桥的造价投资相对较少，施工工艺要求较高，需要专业养护，拱肋采用劲性骨架施工不影响桥下通航；肋梁采用工厂预制，质量可以得到保证；同时，养护容易，施工进度不易受周围环境影响，施工期间抗风能力较差；此外，拱桥具有结构受力合理、行车相对舒适度较差、外形美观等优点。

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〈6〉方案简图：

图2.3 上承式拱桥

§2.3 桥型方案的技术经济比较

方案技术经济比较是对所选择的三个桥型方案按照桥梁设计原则“实用、经济、

安全、美观、有利于环保”进行深入对比分析，选择最优方案。桥梁方案比选见表2.1。

表2.1 桥型方案技术经济比较

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由上表可知，根据香溪河大桥的情况，结合桥梁设计原则，选择第一方案经济上比第三方案好；跨径上满足要求。另外，工期上较短，不影响桥下通航；施工难度较小，针对当地地质情况，采用桩基，加强基础强度。所以选择第一方案作为首选。

§2.4 推荐桥型方案

经过技术经济比较后，将连续刚构桥方案作为最终优选方案。其特点主要有以下几个方面：

第一，在结构特征方面，连续刚构桥结构刚度大，变形较小，主梁连续无缝，变

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形挠曲线较平缓，所以有利于高速行车。同时，墩梁固接可节省大型支座的昂贵费用，减少了桥墩、承台与基础的工程数量，并且双薄壁墩的柔性作用改善了结构在水平荷载下的受力变形。

第二，在结构受力方面，墩梁固接处梁根部的负弯矩对跨中正弯矩有御载作用，有效减少了跨中正弯矩峰值，提高了桥梁跨径。此外，双薄壁墩的设置可以有效削减根部负弯矩峰值，有利于减轻桥梁自身的重量，从而增强桥梁的跨越能力。 第三，在施工方面，采用挂蓝悬臂施工，不仅在施工期间不影响桥下通航，同时密切配合设计和施工要求，充分利用了预应力混凝土承受正负弯矩的能力，将跨中正弯矩转化为根部负弯矩，有效提高了桥梁的跨越能力，加快了施工进度。 连续刚构桥的总体布置如图2.4所示。

图2.4 连续刚构桥总体布置图

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第3章 结构构造设计

§3.1 设计资料

§3.1.2 设计参数

8．桥面净宽 9．桥下净空10． 设计荷载2 11． 设计地震加速度值 12． 最高水位： 13． 最低水位

14． 冲刷深度: 一般冲刷线低于河床1m，最大冲刷线低于河床2m。 8 .气温：年最高月平均温度 40℃，最低温度 -10 ℃。 §3.1.2 设计参数 （1）混凝土

本桥所用混凝土等级为C30 C50，其性能参数见表3.1。

表3.1 混凝土强度标准值和设计值（MPa）

（2172003钢绞线，其设计参数见表3.2。

表3.2 预应力钢筋强度标准值和设计值（MPa）

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（3

）普通钢筋

纵向抗拉普通钢筋采用HRB400，箍筋及构造钢筋采用HRB335及R235，其设计

参数见表3.3。

表3.3 普通强度标准值和设计值（MPa）

§3.2 结构尺寸拟定

对香溪河大桥的设计，在尺寸拟定过程中参阅了其他与该桥跨径相当的连续刚构桥的细部尺寸设计，并通过查阅相关规范和指导教师的建议指导，香溪河大桥的细部尺寸拟定如下文。 §3.2.1 桥梁立面布置

本桥边跨为62m，中跨为110m，边中跨比为0.56，箱梁底板下缘高沿二次抛物线变化，如图3.1。

图3.1 连续刚构桥总体布置图（单位：m）

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§3.2.2 上部结构设计

上部结构设计主要是主梁截面设计，主梁截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁等可采用的梁型。

连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，景观效果好。在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。因此，结合工程特点和施工条件，选择连续箱型梁。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较小。

最终确定主梁采用单箱单室三向预应力变高度箱梁，箱梁顶板宽10.5m，顶板设置双向2%横坡，底板宽6.1m。全梁顶板等厚度为0.3m，单侧翼缘板悬臂长度为2.2m，翼缘端部厚度为0.2m，腹板为等厚度设置，为0.7m。主梁在桥墩固接处梁高为6.5m，跨中处为2.8m，底板厚度从跨中0.4m按抛物线变化至根部0.7m。主粱0号块长度为8m，悬臂施工梁段为最长4m，边跨现浇段为6m，边中跨合龙段均为2m，箱梁全部采用C50混凝土。

主梁跨中和根部截面如图3.2，3.3所示。

图3.2 根部截面（单位：mm）

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图3.3 跨中截面（单位：mm）

§3.2.3 下部结构设计

桥墩采用柔性双薄壁墩,中距为2.5m，纵桥向宽5.5m，横桥向与梁底宽度一直为6.1m，左墩高47.7m，右墩高55.2m。由所给水文地质情况可知，地质条件良好，测时水位较低，可省去水下施工。承台尺寸为3m9m9m，基础采用钻孔灌注桩，每个承台下9根直径为2m的圆形桩基。因测时水位较低，桩基采用钻孔施工，承台采用钢壁围堰施工。 §3.2.4 所用钢筋信息

预应力混凝土钢材：纵横向预应力钢筋采用中交新钢绞线15.24mm钢绞线，其抗拉强度标准值为fpk1860MPa，抗拉强度设计值为fpd1260MPa，张拉控制强度为0.75fpk；竖向预应力钢筋采用精扎螺纹钢筋。所采用的钢绞线均符合ASTM416.87A的技术标准。 纵向抗拉普通钢筋采用HRB400，箍筋及构造钢筋采用HRB335及R235。 §3.2.5 其他事项

桥面铺装层厚度设计为等厚度15cm，其中，上层为5cm厚的中粒式沥青混凝土，下层为10cm厚度的防水混凝土。此外，箱梁顶板还设置双向2%的横坡，在箱梁悬臂浇筑的时候形成。

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第4章 上部结构计算

§4.1主梁内力计算及组合

§4.1.1 主梁内力计算

主梁内力计算采用桥梁博士软件进行。分为以下几个步骤：单元划分、计算主要施工阶段的内力、恒载内力计算、汽车人群等活载内力计算。 §4.1.2单元划分

单元划分应该遵循以下原则：截面突变处；连接处为铰（包括主从节点）；施工阶段的分界点；约束位置（临时约束、永久约束等）；需要输出的截面影响线位置；杆件相交处。

根据施工要求，一般一段箱梁在80~100吨之间，这就要求单元长度在3~5米之间，本桥靠近桥墩的1/4跨主梁划分为3m，远离桥墩1/4跨的主梁划分为3.5m和4m。全桥共划分为104个单元，其中主梁80个，墩身24个。边跨各6m为现浇段， 2m的边跨合龙段；中跨合龙段为2m，划分为2个单元。全桥坐标原点建立在全桥做顶缘，沿跨径方向（向右）为x正向，节点和单元编号从左到右顺次编排。全桥计算单元划分及计算图式如图4.1及4.2。

(23

25463.5331.750.7521.2520.7521.753363.5541)2

4.1

桥梁单元划分

4.2 桥梁计算图式

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§4.1.3模型建立所需数据计算 （1）挂蓝重量

由CAD面域截面特性查得1号块左截面面积为 S1=15.66m2，右截面面积

S216.34m2， 粗略计算时可取平均截面S=(S1S2)/2=16 m2， 预应力砼混凝土的重力密度为26kN/m3，则：

1号块的重量为： G1316261248kN， 故挂蓝的重量为： G0.4G1499kN， .2500

参照已建桥例，采用后支点挂蓝，取挂蓝吊点1节点自重力F1600kN,吊点2节点自重力为F2100kN，满足F1F2500kN。 （2）边中跨合龙时压重计算

边中跨合龙段均取2m，由CAD面域截面特性查得跨中截面面积S10.05 m2，粗略计算时2m合龙段可取为等截面，则

合龙段的重力为： G210.0526522.6kN

1

合龙前压重值为： FG261kN .3261

2（3）二期恒载计算

每延米板上的恒载为：

桥面铺装厚度设计15cm，其中沥青混凝土面层为5cm，其容重21kN/m3，C30混凝土垫层为10cm，其容重25kN/m3。由《公路桥涵设计通用规范》（JPG D60-2004） 4.3.5可知人行道板取标准值4.0kN/m2，栏杆集度按常例取为0.5 kN/m 沥青混凝土恒载集度为：g10.0571217.35kN/m 混凝土垫层恒载集度为：g20.110.512526.25kN/m 人行道板及栏杆集度为：g341.520.512.5kN/m

gi

（4）活载布置

g1g2g37.3526.2512.546.1kN/m

设计标准：公路-I级，桥面为净72(1.50.25)m。 1.人群荷载计算

由设计参数给定：人群荷载3.0kN/m2 2.冲击系数计算

《公路桥涵通用设计规范》（JPG D60-2004）4.3.2说明条款可知，计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时采用f1，计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时采用f2。

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13.616f1

2l223.651f2

2l2

EIc13.616

2

mc23.14110EIc23.651

2

mc23.14110

3.451071.0457107

6.658105

26.133.451071.0457107

1.157103

26.13

其中， l—结构的计算跨径；

E—结构材料的弹性模量；主梁为C50混凝土，其

Ep3.45104MPa3.45107kN/m2

Ic—结构跨中截面的截面惯性矩；由CAD查得Ic1.04571013m2

mc—结构跨中处的单位长度质量；

mcG/g110.05261026.13kN.s2/m2

再由《公路桥涵设计通用规范》JPG D60.2004 4.3.2得： 当f1.5Hz时， 0.05

当1.5Hzf14Hz时，0.1767lnf0.0157

当f14Hz时， 0.45

由上计算可知，f11.5Hz ,f214Hz，所以计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应、剪力效应和负弯矩效应时，10.05,20.45 3.横向分布调整系数计算：

横向分布调整系数=车道数n横向折减系数1纵向折减系数2 横向分布系数m 由《公路桥涵通用设计规范》（JPG D60-2004）4.3.14可知，设计车道数为2车道，横向折减系数为1，因为最大计算跨径110m150m，所以不考虑纵向折减。箱梁的横向分布系数为mc1.2，mr1.2。



车辆的横向分布调整系数c211.22.4 人群的横向分布调整系数r21.22.4 §4.1.4内力计算

根据所划分的单元模型，由于全桥采取对称分阶段施工，取半跨分析即可。半跨桥梁主要内力控制截面为边跨中点截面节点10，根部截面节点22，跨中L/4截面节点33，中跨跨中截面节点40。由桥梁博士计算所得的主要内力值见表4.1~4.7

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§4.1.5内力组合

参照《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）4.1.5之规定，公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利的效应组合进行设计。

根据《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）4.1.6之规定进行承载能力极限状态的作用效应组合，根据4.1.7规定进行正常使用极限状态的作用效应组合。

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(1)承载能力极限状态的作用效应组合 1.基本组合

承载能力极限组合I为基本组合，其它组合为附加组合。按《公路桥涵通用设计

规范》（JTG D60-2004）4.1.6条规定，承载能力极限状态的基本组合，其公式为：

nm

0Sud0SSSQ1Q1kcQjQjk （4.1） GiGik

j2i1nm

SSS或 0Sud0Q1dcQjd （4.2） Gid

j2i1

式中，Sud—承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；

0—结构重要性系数。本桥设计安全等级为一级，取01.1； Gi—第i个永久作用效应的分项系数，Gi1.0或1.2；

SGik、SGid—第i个永久作用效应的标准值和设计值；

Q1—汽车荷载效应（含汽车冲击力和离心力）的分项系数，取Q11.4；

SQ1k、SQ1d—汽车荷载效应（含汽车冲击力和离心力）的标准值和设计值；

Qj—在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力和离心力）及风荷

载的其他第j个可变作用效应的分项系数，取Qj1.4，但风荷载的分项系数Qj1.1

SQjk、SQjd—在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力和离心力）外的其

他第j个可变作用效应的标准值和设计值；

c—在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力和离心力）外的其他

可变作用效应的标准值和设计值；本设计只考虑汽车荷载和人群荷载，故c0.8。

2.偶然组合

永久作用标准效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1；与偶然作用同时出现的可变作用，据观测资料和工程经验取适当的代表值。

(2)正常使用极限状态的作用效应组合 1.作用短期效应组合

永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：

SsdSGik1jSQjk （4.3）

m

n

式中，Ssd—作用短期效应组合设计值；

i1j1

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

1j—第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）

10.7，人群荷载11.0，风荷载10.75，温度梯度作用10.8，其他作用11.0；

1jSQjk—第j个可变作用效应的频遇值。

2.作用长期效应组合

永久作用标准值效应和可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为： SldSGik2jSQjk （4.4）

i1

j1

m

n

式中，Sld—作用长期效应组合设计值；

2j—第j个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）

20.4，人群荷载20.4，风荷载20.75，温度梯度作用20.8，其他作用21.0；

2jSQjk—第j个可变作用效应的准永久值。

(3) 截面内力组合 1.基本组合

基本组合即承载能力极限状态荷载组合I，其具体表达式为： Sud

n

m

1.1S1.4S0.81.4S（4.5） Q1kQjkGiGik

j2i1

承载能力极限状态组合I采取桥梁博士中的计算结果，《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）4.1.6规定永久作用效应分项系数根据重力对结构的承载力有利或者不利取值，有利时Gi1.0，不利时Gi1.2，其弯矩组合计算结果为以下两种组合的最值。同理可得剪力、轴力组合的最大最小值。

n

m

Md1.11.2M1.4M0.81.4M（4.6） 恒载活载人群 j2i1

n

mMd1.11.0M恒载1.4M活载0.81.4M人群  （4.7）

j2i12.长期组合

长期组合即正常使用极限状态荷载组合I，由（4.4）可得其计算表达式为：

MlM恒载0.4M汽车0.4M人群 （4.8）

3.短期组合

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

短期组合即正常使用极限状态荷载组合II，由（4.3）可得其计算表达式为：

MsM恒载0.7M汽车1.0M人群 （4.9）

4.荷载组合计算结果

本设计采用承载能力极限状态荷载组合I，正常使用极限状态荷载组合I、II。组合计算结果见表4.8~4.10。

4.8 承载能力极限状态荷载组合I内力结果

4.9 正常使用极限状态荷载组合I内力结果

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

4.10 正常使用极限状态荷载组合II内力结果

5．弯矩包络图

由以上内力组合计算结果绘制出承载能力极限状态荷载组合I和正常使用极限状态荷载组合I、II的弯矩包络图：

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

§4.2预应力钢束计算及布置

§4.2.1预应力钢束计算 (1)钢束计算原则

预应力混凝土连续刚构桥设计应满足正常使用极限状态下的应力要求和承载能力极限状态下的正截面强度要求。具体原则为：满足正常使用极限状态截面的抗裂要求，按全预应力混凝土梁进行配筋；根据承载能力极限状态的截面强度要求进行估束。 (2)数据准备

钢束计算所需要的截面数据由桥梁博士输出，截面特性数据见表4.11。

表4.11 截面几何数据

其中：A0,I0—截面面积m2和截面主惯性矩m4； ycs,ycx—截面形心距截面上下缘的距离m；

ws,wx—截面上下缘抗弯模量m3；wsI0/ycs，wxI0/ycx。

表4.12 所需截面控制内力（kNm）

(3)截面配筋计算

1.根据正常使用极限状态正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为：

Npe

MS/W

0.85(1/Aep/W)

（4.10）

其中，

Npe

—使用阶段预应力钢筋永存应力的合力；

Ms

—按作用短期效应组合计算的弯矩值；

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

A—构件混凝土全截面面积；

W—构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；

ep

—预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离。 2.根据承载能力极限状态进行预应力钢筋估束

预应力梁达到受弯极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度，如图4.3所示。

图4.3 按极限承载能力估算预应力筋计算图示

截面的安全性通过计算截面抗弯安全系数来保证。在初步估算预应力筋数量时，对于T形或箱型截面，当中性轴位于受压翼缘内可按矩形截面计算，当忽略实际上存在的双筋影响时（受拉区、受压区都有预应力筋），计算结果偏大，但作为力筋数量

的估算是允许的。按破坏阶段估算预应力筋的基本公式是：

x0,Nyfcdbx

（4.11）

x

M0，Mfbx(h)0cd0

2

（4.12）

联立解得： xh0h02由（4.14）

式中， ny——按极限承载能力估算得预应力筋数量的最小值； fcd——混凝土轴心抗压强度设计值； fpd——预应力筋抗拉强度设计值； 0——桥梁结构重要性系数； b——受压翼缘宽度；

20M

（4.13） fcdb

此可得：

ny

fcdb2M

（h0h020 Ayfpdfcdb

h0——截面的有效高度。

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

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§4.2.2预应力钢束布置 (1)布置原则

1．本桥采用预埋金属波纹管，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），其水平净距不应小于4cm，且不宜小于管道直径的0.6倍；管道构件的顶面或者侧面边缘的净距不应小于3.5 cm；至构件底面边缘的净距不小于5cm；管道的内径比预应力筋的外径至少大1cm；最小混凝土保护层厚度不应小于管道直径的1/2和4cm。

2．根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），后张法预应力构件的曲线预应力钢筋的曲率半径不应小于6m。

3．纵向预应力钢筋为结构的主要受力钢筋，为设计和施工方便，进行对称布束，锚头布置尽量靠近压应力区。

4．钢束在横断面中布置时，直束靠近顶板位置，弯束位于或者靠近腹板，便于下弯锚固。

2)纵向预应力筋布置如下图

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

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§4.3 预应力损失估算

§4.3.1张拉阶段损失

后张法预应力构件在传力锚固时的预应力损失组合为σl1+σl2+σl4，σl1为预应力筋与管道摩擦造成的损失；σl2为锚具变形、钢筋回缩造成的损失；σl4为混凝土弹性压缩造成的损失。

（1）预应力钢筋与管壁之间的摩擦引起的应力损失l1

. 钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失l1为：

l1con1e(kx)



式中：con—锚下张拉控制应力；

—钢筋与管道壁之间的摩擦系数；

采用预埋金属波纹管，由《结k—管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数；

构设计原理》附表查得：0.20，k0.0015。

—从张拉端至计算截面间管道平面曲线的夹角之和；

x—从张拉端至计算截面的管道长度在构件纵轴上的投影长度。

（2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失l2

后张法构件，当张拉并锚固时，锚具将受到巨大的压力而变形，同时钢筋也要回缩，从而引起预应力的损失。对于近似直线的配筋，计算式为：

lE l2p

l

式中，l—张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值之和；

l—张拉段至锚固端之间的距离； Ep—预应力钢筋的弹性模量。

在施工中采用镦头锚具和环氧树脂砂浆接缝，其压缩值由《结构设计原理》附表2.6知，l112mm。

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范》（JTG D62—2004）6.2.3条，对曲线预应力筋，在计算锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失时，应考虑锚固后反向摩擦的影响。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范》（JTG D62—2004）附录D计算公式如下。

反向摩擦影响长度：

lf

式中：l—锚具变形、钢束回缩和接缝压缩值（mm）；对l于夹片锚

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

l=6mm；

d—单位长度由管道摩擦引起的预应力损失，按下列公式计算：

l

d0

l

其中，0—张拉端锚下控制应力，本设计为1395MPa；

l—预应力钢筋扣除沿途摩擦损失后锚固端应力，即跨中截面扣

除l1后的钢筋应力，

l—张拉端至锚固端距离。

当lf

l时，预应力钢筋离张拉端x处考虑反摩擦后的预应力损失x，可按下

x(l2)

lfxlf

列公式计算：

l时在lf

的预应力损失值；如xlf，表示x处预应力钢筋不受反摩擦的影响。

当lfl时，预应力钢筋离张拉端x’处考虑防摩擦后的预拉力损失x'，可

式中，当lf按下列公式计算：

影响范围内，预应力钢筋考虑反摩擦后在张拉端锚下

2dlf

'x2'd x'(2 l')

式中，'为当lf

l时在l范围内，预应力钢筋考虑反摩擦后在张拉端锚下的

预应力损失值，可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范》（JTG

D62—2004）

（3）混凝土弹性压缩引起的应力损失l4

后张法预应力混凝土当采用分批张拉时，先张拉的钢筋由后张拉钢筋所引起的混凝土弹性压缩而产生的预应力损失可按下式计算：

l4Eppc

式中，Ep—预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；

pc—在计算截面上先张拉的钢筋重心处，由后张拉各批钢筋所产的混凝土法向应力之和。其中，

Np1epnyi

 pc

mAInn

NP(con



 

l1l2)Ap

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

第i批钢筋的应力损失为：

l4(i)(mi)Eppc 据此可知，第一批张拉的钢筋，其弹性损失压缩值最大，其值为：l4(1)(m1)Eppc；而最后一批张拉的钢筋无弹性压缩应力损失，其值为：

l4(m)(mm)Eppc0，因此计算截面上各批钢筋弹性压缩损失平均值可按下式求得：

l4

m1

aEPpc 2

由全桥钢束特点,取最长顶板束49#,最长下弯束17#,最长底板束28#为预应力钢束损失及有效预应力为例.

49#预应力钢束损失及有效预应力如下表:

表4.1(1)

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

表4.1(2)

17#预应力钢束损失及有效预应力如下表:

表4.2(1)

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

表4.2(2)

28#预应力钢束损失及有效预应力如下表

:

表4.3(1)

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

表4.3(2)

§4.3.2使用阶段损失

对于后张法构件，传力锚固后的损失lIIl5l6 (1)钢筋松弛引起的应力损失l5

对于预应力丝、钢绞线，由于钢筋松弛引起的预应力损失终极值，可按照下式计算：

pe

0.26)pe l5(0.52fpk

式中， —超张拉系数，一次张拉取1.0；超张拉时取0.9；

—钢筋松弛系数，取0.3；

pe—传力锚固时的钢筋应力，后张法：peconl1l2l4。

(2)混凝土收缩徐变引起的应力损失l6

混凝土收缩、徐变引起受拉区预应力损失l6可按下式计算：

l6(t)

pc

0.9EPcs(t,t0)aEPPC(t,t0)

115PS

Mp2NPNPepn

ynyn AnInIn

e2psi2

,i2In/An

PS1

式中，PC—构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处，由预加力（扣除相应阶段的

应力损失）和结构自重产生的混凝土法向应力；

E—预应力钢筋的弹性模量；

—构件受拉区全部纵向钢筋配筋率；后张法：(APAS)/An；

eps—构件受拉区预应力筋和非预应力筋截面重心至构件截面重心轴的

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

距离；eps(ApepAses)/(ApAS)；

ep—构件受拉区预应力筋截面重心至构件截面重心的距离； es—构件受拉区纵向非预应力筋截面重心至构件截面重心的距离；

cs(t,t0)—预应力筋传力锚固龄期为t0,计算龄期为t时的混凝土收缩应变； (t,t0)—加载龄期为t0，计算龄期为t时的混凝土徐变系数。

由全桥钢束特点,取最长顶板束49#,最长下弯束17#,最长底板束28#为预应力钢束损失及有效预应力为例.

49#钢束正常使用阶段各项预应力损失

表4.4(1)

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

表4.4(2)

17#钢束正常使用阶段各项预应力损失

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

表4.5(1)

表4.5(2)

28#钢束正常使用阶段各项预应力损失

表4.6(1)

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

表4.6(2)

§4.4结构验算

4.4.1施工阶段应力验算

按照新《公桥规》第6.1.3条规定，钢丝、钢绞线的张拉控制应力值σcon≤0.75fpk，故允许值为0.72fpk＝0.72×1860＝1340Mpa。表4.4.1所列为钢绞线的张拉控制应力。

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由表4.4.1可见，所有预应力束的张拉控制应力均满足要求。

按照新《公桥规》第7.2.8条规定，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合 下列规定：压应力σcct≤0.70fck’，拉应力σctt≤0.70ftk’。 本桥施工时混凝土强度已达到标准强度的85%，故压应力允许值0.70fck’＝0.70×0.85×32.4＝19.28Mpa， 拉应力允许值0.70ftk’＝0.70×0.85×2.65＝1.58Mpa。表4.4.2所列为施工阶段混凝土的最大、最小正应力。

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由表4.4.2可见，施工阶段混凝土应力满足要求。 4.4.2正常使用极限状态抗裂验算 4.4.2.1短期效应组合

图4.4.2.1所示为短期效应组合下纵梁截面上下缘的最大最小正应力，图5.6.2.2所示为短期效应组合下纵梁 截面的最大最小主应力。

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

由表4.4.2.1可见，本桥在短期效应组合下的抗裂验算满足要求。 4.4.2.2长期效应组合

图4.4.2.2所示为长期效应组合下纵梁截面上下缘的最大最小正应力。

图4.4.2.2中红、蓝、紫、黑分别代表上缘最大、最小应力及下缘最大、最小应力。

4.4.3正常使用极限状态应力验算

按照新《公桥规》第7.1条规定，持久状况预应力混凝土构件应力计算时其应力值取标准组合值。

图4.4.3.1所示为标准组合下纵梁截面上下缘的最大最小正应力，图4.4.3.2所示为标准组合下纵梁截面的最 大、最小主应力。

图4.4.3.1中红、蓝、紫、黑分别代表上缘最大、最小正应力及下缘最大、最小正应

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力。

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