340分能上什么大学预应力混凝土箱梁桥设计毕业设计论文

2020年11月29日发(作者：戴丽丽)

毕业设计（论文）任务书

专业班级：

一、题目：

二、起止日期

三、主要任务与要求

任务：桥梁的结构设计； 桥梁的行车道板设计；主梁的设计；横隔梁的设

计；支座的设计；共计五个部分组成。< /p>

要求：

①学生应严格按照毕业 设计大纲规定的内容，独立完成相应的设计任务，

设计说明书文字部分不少于

< p>3

万字。

②在设计中必须贯彻执行党和政府关于道 桥基本建设工作的各项方针、政

策，设计编制的内容应符合《公路工程技术标准》、《公 路桥涵设计规范》等

行业规程和规定。

③设计应力求技术先进、经济合理、安全可靠。

④从事专题科研的学生，对从事的科研专题必须提交出全部或阶段报告。

科研计划由指 导教师和学生共同研究编制。

⑤设计中除列出计算过程外，应阐明设计 原则和依据，对不同方案应作技

术经济论证，做到说明清晰、详细，计算准确。

⑥完成不少于

25000

字符的专业外文翻译。

指导教师：

职称：

院

领

导：

签字（盖章）

年

月

日

学生姓名：

焦作惠普桥上部结构设计

河南理工大学

毕业设计（论文）评阅人评语

题目：

评

阅

人：

职称：

工作单位：

年

月

日

焦作惠普桥上部结构设计

河南理工大学

毕业设计（论文）评定书

题目：

指导教师：

职称：

年

月

日

焦作惠普桥上部结构设计

河南理工大学

毕业设计（论文）答辩许可证

答辩前向毕业答辩委员会（小组）提交了如下资料：

1

、设计（论文）说明

2

、图纸

3

、指导教师意见

4

、评阅人意见

共

共

共

共

页

张

页

页

经审查，

土木工程

专业

道桥

10-3

班

杨坤

同学所提交的毕业设计（论

文）， 符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）

任务书的要求，根 据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答

辩。

指导教师：

签字（盖章）

年

月

日

根据审查，准予参加答辩。

答辩委员会主席（组长）

签字（盖章）

年

月

日

河南理工大学

毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议

土木工程

学院

道路与桥梁

专业

道桥

10-3

班

杨坤

同学的毕业设计

于

2014

年

06

月

11

日进行了答辩。

根据所提供的毕业设计（论文）材料、 指导教师和评阅人意见以及在答辩

过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委 员会（小组）做出如下

决议。

一、毕业设计（论文）的总评语

二、毕业设计（论文）的总成绩：

三、答辩组组长签名：

答辩组成员签名：

答辩委员会主席：

签字（盖章）

年

月

日

摘

要

本设计 主要是关于小跨度预应力混凝土简支箱梁桥上部结构的设计。

预应力混凝土

简支箱梁桥以结构受力性能好、变形小、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等

而成为最富有竞争力的主要桥型之一。设计桥梁标准跨度

35

米，横向布置

4

片箱梁，

桥面宽为

13.5

米 ，设计车道数为

3

车道。设计过程如下：

首先，确定主梁主要构造及细部尺寸，它必须与桥梁的规定和施工保持一致。考虑

到抗 弯刚度及抗扭刚度的影响，

设计采用箱形梁。

顶板厚度沿全桥不变为

0.2

米

,

底板厚

度在跨中为

0.25

米，端部为

0.3

米。

其次，计算桥梁结构总的内力

(

包括恒载和活载的内力计算< /p>

)

。然后进行内力组合，

从而估算出纵向预应力筋的数量， 然后再布置预应力钢绞线。

然后，

计算后张法中各个阶段的预应力损失。

进一步进行截面强度的验算，

其中包

括承载能力极限状态和正常使 用极限状态。

在正常使用极限状态验算中包括计算截面的

混凝土法向应力 验算、预应力钢筋中的拉应力验算、截面的主应力计算，预应力阶段和

使用阶段主梁截面 的强度和变形验算、锚固区局部强度验算和挠度的计算。

最后，对横隔梁和行车道板进行配筋计算，并对支座进行了设计。

关键词

:

箱梁桥；预应力损失 ；有效预应力

I

ABSTRACT

The

design

is

mainly

on

small- span

prestressed

concrete

simply

supported

box

girder

bridge

super

structure .Prestressed

concrete

simply

supported

box

girder

bridge

has become one of the most competitive bridges for its good behavior of structure

、

small

deformation

、

good

driving

comfort

，

a

small

amount

of

maintenance

work

and

good

seismic performance. The standard span is 35m. The width of the bridge is 13.5m with

four pieces box girder

，

three lanes. The design process is as follows

：

Firstly, draw up the main size of the beam. It must correspond with the provisions

of the bridge and construction. Taking into account the effects of bending stiffness and

torsional

rigidity,

the

design

takes

the

box

girder.

The

roof

thickness

along

the

entire

bridge was unchanged for the 0.2m; slab thickness in the middle of the span is 0.25m,

the end of 0.3m.

Secondly,

analyse

internal

gross

force

of

the

structures

(including

dead

load

and

lived load), then

combine the internal

forces, estimate the number of longitudinal pre-

stressed reinforcement, and then arrange the prestressed steel strand.

Thirdly, calculate the prestress loss at each stage with post tensioning method. And

check section intensity further, including bearing capacity limit state and serviceability

limit state. In normal use limit state checking the concrete method including the calcula-

tion

of

section

to

stress

checking,

prestressed

reinforcement

in

tensile

principal

force

checking, section stress calculation, prestressing stage and using stage girder section of

the strength and deformation calculation of anchorage zone, local strength and deflection

calculation.

Finally, does the reinforcement calculation of the cross beam

，

deck and the bearing

are designed.

Key Words:

box

girder

bridge

；

prestress

loss

；

effective

prestress

II

目录

摘

要

.

................................................. .................................................. .......................................

I

第一章

项目可行性分析

.

............. .................................................. .......................................... 1

1.1

项目简介

.

....................................... .................................................. ................................ 1

1.2

建设意义

.

.. .................................................. .................................................. ................... 1

第二章

设计资料

.< /p>

............................................ .................................................. ....................... 2

2.1

设计资料概述

.

.................................................. .................................................. ............. 2

2.1.1

桥梁设计依据

.

< p>................................................ .................................................. .............................

2

2.1.2

采用的标准与规范

.... .................................................. .................................................. ................

2

2.2

桥梁址工程地质条件

.

............................................... .................................................. .... 2

2.3

河流横断面

.

. .................................................. .................................................. ................ 2

第三章

桥梁总体设计

.

.......................................... .................................................. ................. 5

3.1

方案比选

.

.. .................................................. .................................................. ................... 5

3.1.1

桥梁设计原则

.

< p>................................................ .................................................. .............................

5

3.1.2

各种桥梁的特点

..... .................................................. .................................................. ...................

5

3.1.3

方案比选

.

.................................................. .................................................. ...................................

6

3.1.4

梁部截面形式比选

.... .................................................. .................................................. ................

6

3.1.5

所选方案

.

.................................................. .................................................. ...................................

7

3.2

孔跨布置

< /p>

.

.................................... .................................................. ................................... 7

3.3

主要设计技术参数和标准

.

............................................. ................................................ 8

3.3.1

交通参数

.

..................................... .................................................. ................................................

8

3.3.2

公路设计技术标准

.... .................................................. .................................................. ................

8

3.3.3

主要材料

.

.................................................. .................................................. ...................................

8

3.4

箱形梁构造形式及相关设计参数

.

.......................................... ....................................... 9

3.4.1

横截面尺寸

< /p>

.

.................................... .................................................. .............................................

9

3.4.2

箱梁底板厚度和腹板宽度

. .................................................. .................................................. .....

10

第四章

主梁作用效应计算

.

............ .................................................. ..................................... 11

4.1

永久作用集度

< /p>

.

.................................... .................................................. ......................... 11

4.1.1

一期永久作用集度（主梁自重）

..... .................................................. ....................................... 11

4.1.2

二期永久作用集度

.... .................................................. .................................................. .............. 11

I

4.2

永久作用效应

.

...................................... .................................................. ....................... 11

4.3

可变作用效应计算

.

< p>................................................ .................................................. ..... 12

4.3.1

冲击系数和车道折减系数计算

...... .................................................. ..........................................

12

4.3.2

横向分布系数计算

.... .................................................. .................................................. ..............

13

4.3.3

可变荷载作用效应计算

.. .................................................. .................................................. ........

16

4.4

主梁作用效应组合

.

< p>................................................ .................................................. ..... 20

第五章

预应力钢束估算及布置

.

.......... .................................................. ............................... 23

5.1

预应力钢筋数量估算

.

............................................... .................................................. .. 23

5.2

预应力钢筋布置

.

................................................. .................................................. ........ 23

5.2.1

跨中截面及锚固段截面的钢束位置

.... .................................................. ....................................

23

5.2.2

钢束弯起角度及线形的确定

.................................................. .................................................. ..

24

5.2.3

钢束计算

.

.................................................. .................................................. .................................

24

第六章

计算主梁截面几何特性

.

...................................... .................................................. ... 28

第七章

预应力损失计算

.

............. .................................................. ........................................ 29

7.1

预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失

.

................................... ............ 29

7.2

由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失

.

...................................... ......................... 30

7.3

预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失

.

...................................... 31

7.4

钢筋松弛引起的预应力损失

.< /p>

............................................ ........................................... 31

7.5

混凝土收缩、徐变引起的预应力损失

< p>.

........................................ ............................... 31

7.6

钢束预应力损失汇总

.

............................................... .................................................. .. 33

第八章

承载力、应力、挠度、抗裂性验算

.

..... .................................................. .............. 34

8.1

持久状况承载能力极限状态验算

.

.......................................... ..................................... 34

8.1.1

跨中正截面承载力验算

.. .................................................. .................................................. ........

34

8.1.2

斜截面承载力验算

.... .................................................. .................................................. ..............

35

8.2

应力验算

.

.. .................................................. .................................................. ................. 37

8.2.1

短暂状况构件的应力验算

. .................................................. .................................................. .....

37

8.2.2

持久状况构件的应力验算

. .................................................. .................................................. .....

40

8.3

抗裂性验算

.

. .................................................. .................................................. .............. 43

8.3.1

作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算

.................................................. ........................

43

8.3.2

作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算

.................................................. ........................

43

II

8.4

主梁变形（挠度）验算

.

.............................................. ................................................. 44

8.4.1

预加力引起的跨中反拱度

. .................................................. .................................................. .....

44

8.4.2

荷载引起的跨中挠度

... .................................................. .................................................. ...........

44

8.4.3

预拱度的设置

.

< p>................................................ .................................................. ...........................

45

8.5

局部承压验算

.

.................................................. .................................................. ........... 45

8.5.1

局部承压区的截面尺寸验算

.................................................. .................................................. ..

45

8.5.2

局部抗压承载力验算

... .................................................. .................................................. ...........

46

第九章

行车道板计算

.

.............. .................................................. ........................................... 47

9.1

悬臂板荷载效应计算

.

........... .................................................. ..................................... 47

9.2

连续板荷载效应计算

.

............................................... .................................................. .. 47

9.2.1

永久作用

.

.................................................. .................................................. .................................

47

9.2.2

可变作用

.

.................................................. .................................................. .................................

48

9.2.3

作用效应组合

.

< p>................................................ .................................................. ...........................

50

9.3

截面设计、配筋和承载力验算

.

........................................... ........................................ 50

9.3.1

截面设计及配筋

..... .................................................. .................................................. .................

50

9.3.2

抗剪承载力验算

..... .................................................. .................................................. .................

51

第十章

横隔梁计算

.

........................................... .................................................. .................. 52

10.1

确定横隔梁上的可变作用

.< /p>

............................................ ............................................. 52

10.2

跨中横隔梁作用效应影响线

.

........................................... .......................................... 52

10.2.1

绘制弯矩影响线

.... .................................................. .................................................. ................

52

10.2.2

绘制剪力影响线

.... .................................................. .................................................. ................

53

10.3

截面配筋计算

.

................................................. .................................................. .......... 53

第十一章

支座设计

.

................ .................................................. ............................................. 55

11.1

确定支座平面尺寸

............ .................................................. ........................................ 55

11.2

确定支座厚度

.................................................. .................................................. .......... 55

11.3

验算支座偏转情况

............ .................................................. ........................................ 55

11.4

验算支座的抗滑稳定性

.......... .................................................. .................................. 56

参考文献

.

............ .................................................. .................................................. ................. 57

致谢

.

.............. .................................................. .................................................. ......................... 1

III

河南理工大学本科毕业设计

第一章

项目可行性分析

第一章

项目可行性分析

1.1

项目简介

该工程位于焦 作市与郑州市的一条交通要道。随着经济的发展，车辆增加迅速，加

之该桥特殊地理位置 （市与市之间的主要枢纽），及旧桥设计宽度较窄及年度已久，无

法承担起交通重荷，交 通堵塞情况日益严重，故需修建此跨线桥梁。

1.2

建设意义

1)

是促进沿线经济、开发旅游的需要。

“要致富，先修路 。”郑州是河南政治、经济的中心，焦作与郑州毗邻，故通往郑

州的道路对焦作经济等的 发展有很大的影响。

此外，焦作是中国优秀旅游城市，太极拳的故乡。

焦作 旅游资源丰富而独特：焦作

山水深得大自然的造化，南北兼长，雄秀双绝；八百里太行， 挟燕赵欢歌，顶三晋风

尘，逶迤南下，至此轰然横断，陡起一挂挂险峰绝壁，切下一条条 深峡幽谷，托出云台

山、青天河、神农山、峰林峡、青龙峡五大峡谷景观。置身其中，犹 如步入了一座雄伟

神奇的地质宝库，又像走进了一部精彩绝伦的山水宝典，品味不尽的青 山绿水，奇山

秀水。

2)

有利于太极文化的传播，丰富民众的精神生活。

焦作陈 家沟是陈氏太极拳的发源地，大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代

交通网络，有 利于太极文化的传播，对于促进文化交流具有重要的作用。

太极文化博 大精深，源远流长。太极拳是中国的一大精粹，它更与博大精深的中华

武术是分不开的， 而它又是我中华武术的升华。太极拳讲究行云流水，刚柔相济，中正

安舒，不偏不倚。现 代生活节奏特别快，很多人身心俱疲，容易烦躁。太极拳于现代属

于养生拳，用于调养生 息，男女老少皆可以练习，它使人达到一个

“

和

”

的状态，是中国

文化中的中庸之道的完美体现。

1

河南理工大学本科毕业设计

第二章

设计资料

第二章

设计资料

2.1

设计资料概述

2.1.1

桥梁设计依据

工程地质勘查报告等。

2.1.2

采用的标准与规范

1)JTG D62

—

2004

《公路钢 筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》；

2)JTG D60

—

2004

《公路桥涵设计通用规范》；

3)JTG B01

—

2003

《公路工程技术标准》等。

2.2

桥梁址工程地质条件

桥 址场地地形相对平坦，地质条件良好。根据钻探结果，可知该地区域地基为成层

土及砂层 ，自上而下各层如下：

1)

亚砂土

灰褐色，软塑～硬塑，湿，表层为耕植土。该层 厚度为

5.6m

。

2)

亚粘土

灰黑色，软塑～硬塑，湿，中间含有粘土夹层。 该层厚度

2.7m

。

3)

亚砂土

灰红色，饱和，松～中密。该层厚度为

1.2m

。

4)

亚粘土

褐色，饱和，硬塑，含大量粗砂。该层厚度为

3.1m

。

5)

粗砂土

棕黄色，饱和，中密，含粘性土。该层厚度为

3.1m

。

地基评价

1)

该区地震基本烈度为Ⅵ度。

2)

该区上部土层较软，采用钻孔灌注桩基础基础施工。

2.3

河流横断面

已知桥梁所 在河沟横断面处各点高程见表

2-1

。

为与路堤相接，

< p>桥面起点标高

672.5

米，终点桥面标高

672. 9

米，且桥头引道路堤填土高度

<4

米。

2

河南理工大学本科毕业设计

第二章

设计资料

表

2-1

各桩号高程（单位：

m

）

桩号

K13+870

+894

+920

+928.8

+953.8

+973.59

+993.37

K14+000

+002

+018.37

+020

+024

+028

+031

+050

+070

+100

+120

+140

+160

高程

668.5

667.64

667.01

666.72

666.01

665.94

663.21

662.89

661.21

660.33

659.21

657.88

656.24

655.33

653.88

652.01

650.94

648.01

646.84

643.01

桩号

+180.72

+200

205.72

225

227

230.54

240

255.36

280.36

293

300

320

340.5

343.67

347

360

380

394

396

398

高程

641.82

639.01

638.21

636.33

634.21

633.88

633.01

632.21

632.88

632.74

632.61

633.71

635.44

636.01

637.82

639.21

641.44

642.01

643.21

645.79

桩号

400

405.5

407.53

431

433

460

480

500

501.5

504.96

530

550

570

574.5

577

580

592

600

高程

646.01

647.98

648.34

649.72

650.88

653.43

656.43

658.44

659.11

660.38

662.21

664.21

665.89

666.33

667.52

668.43

669.88

670.01

根据以上数据，可以绘出河床断面 图（图

2-1

），并依此进行分孔（图

2-2

）， 桥长

710m

（

从

K13+870-K1 4+580

）

，

在

K14+120

处

进

行

变

坡

，

边< /p>

坡

点

左

边

纵

坡

为

677.5

?

672.5

67 7.5

?

672.9

i

1

?

?

100%

?

2%

< p>
，边坡点右边纵坡为

i

2

?

?

100%

?

1%

。< /p>

250

460

主桥部分为连续梁 ，引桥部分为简支梁。跨径

35m

，设计为预应力简支箱梁板梁。

本设计主要对引桥部分进行设计。

3

河南理工大学本科毕业设计

第二章

设计资料

图

2-1

河床断面图（单位：

m

）

35

60+95+ 60

90+150+90

图

2-2

桥跨分孔（单位：

m

）

35+60+35

4

河南理工大学本科毕业设计

第三章

桥梁总体设计

第三章

桥梁总体设计

3.1

方案比选

桥梁的形式可 考虑拱桥、梁桥和吊桥等。任选两种作比较，从安全、功能、经济、

美观、施工、占地与 工期多方面比选，最终确定桥梁形式。

3.1.1

桥梁设计原则

1)

适用性

桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足

泄洪、 安全通航、通行等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。

2)

安全性

现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上

振动与 冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足

够的强度 、刚度、稳定性和耐久性。

3)

经济性

设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展 远景及将来的养护和维修等费用。

4)

先进性

桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于 制造和架设，应尽量采用先进工艺

技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施 工进度，保证工程质量和施工安

全。

5)

美观

一 座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。

合理的结 构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。

应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。

3.1.2

各种桥梁的特点

1)

梁桥

梁 式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的

桥梁。预 应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和

成熟。

预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：

a)

混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；

5

河南理工大学本科毕业设计

第三章

桥梁总体设计

b)

结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；

c)

结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；

d)

结构的整体性好，刚度较大，变性较小；

e)

可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；

f)

结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；

g)

预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明 显降低自重所占全部设计荷

载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗 疲劳的能力；

h)

预应力混凝土梁式 桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼

装手段，通过施加纵向、横向 预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了

装配式结构的应用范围。

2)

拱桥

拱 桥的静力特点是，在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平

反力。由 于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载

q

的作用 下，简支梁的

跨中弯矩为

ql

2

/

8

，全梁的弯矩图呈抛物线形，而拱轴为抛物线形的 三铰拱的任何截面

弯矩均为零，

拱只受轴向压力。

设计得 合理的拱轴，

主要承受压力，

弯矩、

剪力均较小，

故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性

< br>能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、

开采与砌筑费工，现在已很少采用。

由墩、台承受水平推力的推力 拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大

推力，因而修建推力拱桥要求有良好 的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏

而影响全桥，还要采取特殊的措施，或 设置单向推力墩以承受不平衡的推力。由于所建

位置地质情况是软土地基，故不考虑此桥 型。

3.1.3

方案比选

< p>
本设计是图

2-2

中最左边的一跨，

35

< p>米长的简支梁，

下面选择适合此简支梁的截面

形式，使其既安全适用 耐久，又比较经济美观，即性价比较优。

3.1.4

梁部截面形式比选

梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、

T

型梁等可采用的梁型。

6

河南理工大学本科毕业设计

第三章

桥梁总体设计

箱形梁方案：该方案结构抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地

浇筑 ，现场浇筑混凝土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< /p>

,

对桥下交通影响较其他方案较小。

组合 箱梁：

其结构整体性强，

抗扭刚度大，

适应性强。

双箱梁预制吊装，

铺预制板，

重量轻。

但从桥下看

,

景观效果稍差。

从预制厂到工地的运输要求相对较低，

运输费用较

低。但桥面板需现浇施工

,

增加现场作业量， 工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变

形大，存在着后期维修养护工作量大的缺点。

槽型梁：

其为下承式结构，

其主要优点 是造型轻巧美观，

线路建筑高度最低

,

且两侧

的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土

即车道板圬工量大，

受压区混凝土圬工量小，

梁体多以受压区

(

上翼缘

)

压溃为主要特征，

不能充分发挥 钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性

较差，而且需要 较大的技术储备才能实现。

T

型梁：其结构受力明确， 设计及施工经验成熟

,

跨越能力大

,

施工可采用预 制吊装

的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状

< p>,

景观效果差。

同

时，其帽梁虽较槽型梁方案短些， 但较其他梁型长，设计时其帽梁也须设计成预应力钢

筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实 施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。

因此，结合工程特点和施工 条件及箱型梁抗扭刚度大，横向抗弯刚度大和动力稳定

性能好，外观简洁，适应性强，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。

3.1.5

所选方案

综上所述，

选择预应力混凝土简支梁桥。

桥梁横截面采用箱形梁，

主梁间距

3.5

米，

共用四片箱梁，顶板预制宽度

3

米，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝

土刚性 接头，湿接头为

0.5

米。

3.2

孔跨布置

1)

标准跨径：

35

米

2)

计算跨径：

34

米

3)

主梁全长：

34.96

米（设

4

厘米的伸缩缝）

4)

桥面宽 度：

13.5

米

7

河南理工大学本科毕业设计

第三章

桥梁总体设计

3.3

主要设计技术参数和标准

3.3.1

交通参数

根据交通 调查和客流量计算，的设计交通量与交通组成见表

3-1

。

表

3-1

年平均日交通量表

(

单位：小客车辆

/

日

)

年份

(

年

)

2014

2024

2029

年平均日交通量

11254

22718

29430

一级公路设计年限达

15

年，

2029

< p>年将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量满

足为

25000

～

55000

辆的要求，双向六车道方案是经济合理的。

3.3.2

公路设计技术标准

1)

公路等级：一级公路；

2)

设计时速：

100

km< /p>

/

h

；

3

）使用功能：公路双向六车道，分离式；

4)

桥梁路面横坡：单向坡

2%

（直线段）；

5)

设计荷载：公路

-

Ⅰ级；

6)

环境标准：Ⅰ类环境；

7)

设计安全等级：一级。

3.3.3

主要材料

1)

混凝土：预制箱梁采用

C50

混凝土；桥面铺装采用

12cm

沥青混凝土（从上而

< br>下分别为

10cm

沥青混凝土桥面铺装）。

2)

预应力钢束：采用高强度低松弛

7

丝捻制的钢绞线，公称直径为

139mm

2

，

标准强度为

f

pk

?

1860

Mpa

，弹性模量为

E

p

?< /p>

1.95

?

10

5

Mpa

,1000h

后应力松弛率不

大于

2.5

％。

3)

普通钢筋：

HRB335

钢筋，

f

sk

?

335

Mpa

，

f

sd

?< /p>

280

Mpa

，

E

s

?

2.0

?

10

5

Mpa

。

8

河南理工大学本科毕业设计

第三章

桥梁总体设计

3.4

箱形梁构造形式及相关设计参数

3.4.1

横截面尺寸

全幅桥 宽

13.5

米，主梁先预制，再运输、吊装就位，考虑到施工中是调运能力，将< /p>

每幅桥做成四个单箱单室的小箱梁。其中，预制边、中梁顶板宽

3

米，底板宽

1

米，预

制主梁间采用

0.5

米的湿接缝，从而减轻主梁的吊装重量。边、主梁均采用斜腹板，斜

度为

1:4

，以减轻主梁自重。

< /p>

3000

3000

2

0

0

2

0

0

170

400

4

0

0

410

8

0

700

400

800

< p>
3

5

0

360

< p>
350

600

3

0

0

1:4

1000

1 000

支座处横断面

跨中横断面图

2< /p>

5

0

图

3-1

预制主梁跨中横断面图及支 座横断面图（单位：

mm

）

1/2

支点横断面

500

13000

1/2

跨中横断面

3cm

细粒式沥青 混凝土

4cm

中粒式沥青混凝土

5cm

粗粒式沥青混凝土

三涂

FYT-1

改进型防水层< /p>

i=2%

3000

i=2%

750

250

4

0

< br>0

500

500

500

3

5

0

1

100 0

2

1000

3

1000

4

1000

图

3-2

主梁断面构造图（单位：

mm

）

为满足顶板负弯矩、普通钢筋布置及载轮的局部作用，顶板采用等厚度

20cm

，同

时为防止应力集中和便于脱模，腹板和顶板交界处设置

17c m

×

8cm

的承托。

主梁断面构造如图

3-2

所示。

9

河南理工大学本科毕业设计

第三章

桥梁总体设计

3.4.2

箱梁底板厚度和腹板宽度

1)

底板厚度

跨中正弯矩较大，底板不宜过厚。腹板厚度跨中大部分区域设为

25cm

，仅在 距边

支点

160cm

开始加厚，加厚区段长

150cm

，且底板逐渐加厚至

30cm

，这样构造处理同

时为锚固底板预应力钢筋提供了空间。底板厚度变化如图

3-4

所示。

支座中心线

跨

径

中

心

线

2

5

0

2

0

0

500

160 0

17000

17480

图

3-3

半纵剖图（单位：

mm

）

2)

腹板厚度

支点处剪力较大，

兼顾施工方 便，

腹板厚度仅在支点附近区域加宽，

其余均为

25cm

。

仅在距边支点

160cm

，加厚区段长

150cm

，且腹板最终加厚至

40cm

。

3)

横隔梁（板）

< br>在跨中和两边支点处设横隔板，板高

2m

，板厚

0.5m< /p>

。

4

）预应力管道采用金属波纹管成型， 波纹管内径为

60mm

，外径为

67mm

，管

道摩擦系数

?

?

0.2

，管道偏差系数

k

?

0.0015

。锚具变形和钢束回缩量为

4mm

。

5)

沥青混凝土重度为

23

kN

/

m

3

，预应力混凝土结 构重度为

26

kN

/

m

3

，混凝土重

度为

25K

kN

/

m

3

， 单侧防撞栏杆荷载为

7.0

kN

/

m

。

10

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

第四章

主梁作用效应计算

< p>
根据上述梁跨结构纵、

横截面的布置，

并通过可变作用下的梁桥荷载 横向分布计算，

可分别求的各主梁控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截 面）的永久作

用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。

4.1

永久作用集度

4.1.1

一期永久作用集度（主梁自重）

1)

跨中截面段主梁自重（长度

15. 4m

）：

G

1

?

1.8655

?

15.4

?

26

?

746.95

kN

2)

底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长度< /p>

1.6m

）

2.1655

?

1.8655

G

2

?

?

1.6

?

26

?

111.48

kN

2

3)

支点段梁的自重（长度

0.48m

）：

G

3

?

< p>2.1655

?

0.48

?

26

?

32.66

kN

4)

中主梁的横隔梁

1.72

?

0.43

1.72

?

1.8

?

?

0.17

?

< p>0.4

?

1.8)

?

0.5

?

0.695

m

3

端横隔梁体积：

V

?

(

2

2

半跨内横隔梁的重量为：

G

4

?

0.695

?

6

?

1.5

?

26

/

4

?

39.1

kN

所以，主梁一期永久作用集度为：

q

1

?

?

G

1

/17.48

?

(746.95

< p>?

111.48

?

32.66

?

39.1)

/17.48

?

50.713

kN< /p>

4

4.1.2

二期永久作用集度

1)

顶板中间湿接缝集度：

q

(5)

?

0.5

?

0.2

?

3

?

25

< p>?

1.875

kN

/

m

4

3

0.5

?

1.8

?

0.5

?

25

?

?

2

4

?

?< /p>

0.438

kN

/

m

34.96

i

?

1

< br>2)

中梁现浇部分横隔梁：

q

< br>(6)

3)

桥面铺装层：共

18 cm

厚沥青混凝土铺装，将桥面铺装均分给四片主梁

0 .18

?

12.25

?

23

q

(7)

?

?

12.679< /p>

kN

/

m

4

4)

人行道、栏杆、防撞栏 ：

q

(8)

?

8

?

2

/

4

?

4

< p>kN

/

m

所以，中梁二期 永久作用集度为：

q

2

?

1.875

?

0.438

?

12.679

?

4

?

19.036

kN

/

m

4.2

永久作用效应

按图

4-1

计算，设

x

为计算截面离左侧 支座的距离，令

?

?

x

/

l

11

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

< br>g

L=34m

V

M

x=L

α

α

(1-

α

)

L(1-

α

)

M

影响线

α

1-

α

V

影响线

图

4-1

永久作用效应计算图

1

1

主梁弯矩

M

和剪力

V

的计算公式分别为：

M

?

< p>
?

?

(1

?

?

)

l

2

g

，

V

?

?

(1

?

2

?

)

lg

2

2

永久作用效 应见表

4-1

：

表

4-1

永久作用效应

作用效应

一期

二期

∑

弯矩

kN

?

m

剪力

kN

弯矩

kN

?

m

剪力

kN

弯矩

kN

?

m

剪力

kN

跨中

0.5

7328.0

0.0

2750.8

0.0

10078.8

0.0

4

分点

0.3

5496.0

431.1

2063.1

161.8

7559.1

592.9

支点

0.0

0.0

862.1

0.0

323.6

0.0

1185.7

4.3

可变作用效应计算

4.3.1

冲击系数和车道折减系数计算

结构的冲击系数与结构的基频有关，故应先计算结构的基频，简支梁的基频可以按

下式计算：

f

?

?

2

l

2

EI

< br>c

3.14

3.45

?

10

10

?

0.90912

?

?

?

3.3291

Hz

2

3

m

c

< br>2

?

34

5.22

?

10< /p>

1.967925

?

26

?

10

3

?

5.22

?

< p>10

3

kg

/

m

< p>

其中，

m

c

?

9.8

由于

1.5Hz≤

3.329

Hz≤14Hz

，故

?

?

0.1767ln

f

?

0.0157

?

0.1968

12

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

< br>当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减

22%

，但折减后不得 小于用两

车道布载的计算结果。本箱梁按两车道和三车道布载分别进行计算，取最不利情 况进行

设计。

4.3.2

横向分布系数计算

1)

跨中荷载的横向分布系数

各主梁用湿接缝连接，支点、跨中均有横隔梁，

L

/< /p>

b

?

2

（窄桥），且箱梁 抗扭刚

度大，故采用修正的刚性横梁法。

a)

计算主梁抗扭惯矩

忽略箱梁悬臂抗扭惯矩，各主梁抗扭惯矩相同，计算如下：

2

0

0

1

7

7

5

350

2

5

0

800

1

8

2

9

图

4-2

抗扭惯性矩计算简图（单位：

mm

）

< p>
I

T

?

(

s

1

?

s

2

)

2

h

2

1

2

s

/

t< /p>

?

s

1

/

t

1

?

s

2

/

t

2

1

2

?

1.8296

/

0.35< /p>

?

1.54

/

0.2

?

0.8

/

0.25

?

(1.54

?

0.8)

2

?

1.175

2

?

4

m

8

?

0.

8

0

b)

计算抗扭修正系数

?

1

1

?

?

0.282

nGl

2

I

T

4

?

0.425

?

34

2

0.808

1

?

1

?

12

E

?

< p>a

i

2

I

i

12

51.938

c)

计算横向影响线竖标值

取

,

< p>
G

?

0.425

E

，

?

?

1

号梁：

a

1

?

?

a

4

?

5.25

< p>m

，

a

2

?

?

a

3

?

1. 75

m

，

?

a

i

2

?

61.25

，

e

?

a

1

?

5.25

m

，

i

?

1

4

4< /p>

I

1

?

I

4

?

8.4576

?

10

1

1

cm

，

I

2

?

I

3< /p>

?

8.6779

?

10

11

cm

4

13

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

< br>I

1

a

2

1

I

1

?

11

?

2

?

?

2

?

0.37

?

I

i

?

a

i

I

i

I

1

a

2

1

I

1

?

14

?

2

?

?

2

?

0.12

?

I

i

?

a

i

I

i

(

?

ki

：

k

号主梁的荷载横向影响线在

i

号梁位 处的竖标值

)

2

号梁：

e

?

a

2

?

1.75< /p>

m

I

a

a

I

1

?

21

?

2

2

?

?

1

2

2

?

0.3

?< /p>

I

i

?

a

i

I

i

I

a

< p>a

2

I

1

?

24

?

2

2

?

?

1

< p>
2

?

0.21

< br>?

I

i

?

a

i

I

i

d)

计算荷载横向分布系数

m

（已考虑多车道折减）

1

、

4

号主梁汽车荷载 横向分布系数基本相同，

2

、

3

号主梁汽车荷载横 向分布系数

基本相同，其主要差别是人群荷载的横向分布系数，故此处以

3

、

4

梁为例进行横向分

布系数的计算。

4

号梁的横向影响线和最不利布载见图

4-3

。

1

2

1800

1300

3

1800

4

1300

1800

500

q

人

0.12

0.19

0.23

4

号梁

0.26

< p>
0.37

0.3

0.33

0.38

0.39

图

4-3

4

号梁的横向影响线和最不利布载

< /p>

0.19

?

0.23

?

0. 26

?

0.3

?

0.33

?

0.38

?

0.78

?

0.85

?

0.78

?

0.66

2

0.26

?

0.3

< p>?

0.33

?

0.38

?

< p>0.64

双车道：

m

汽

4

?

2

所以，< /p>

m

汽

4

?

0.66

，

m

人

?

0.39

三车道：

m

汽

4

?

3

号梁的横向影响线和最不利布载见图

4-4

。

14

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

1

2

180 0

1300

3

1800

4

1300

1800

500

q

人

0.21

0.23

0.25

0.26

0.28

0.2 9

0.3

0.31

图

4 -4

3

号梁的横向影响线和最不利布载

三车道：

m

汽

3

< p>
?

双车道：

m

汽

3

0.23

?

0.25

?

0.26

?

0.28

?

0.29

< p>?

0.3

?

0.78

?

0.81

?

0.78

?

0.63

2

0.26

?

0.2 8

?

0.29

?

0.3

?

?

0.57

2

所以

,< /p>

m

汽

3

?

0.63

，

m

人

=0.31

2)

支点截面的荷载横向分布系数

采用杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载。

4

号梁的横向影响线和最不利布载见图

4-5

。

1

2

3

1800

1300

1800

4

500

q

人

0.51

1

1

1

+

图

4-5

4

号梁的横向影响线和最不利布载

15

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

< br>m

汽

4

=

1

?

0.51

0.75

，

m

人

=1

2

3

号梁的横向影响线和最不利布载见图

4-6

。

1

2

1800

3

1300

1800

4

0.13

1

0.855

图

4-6

3

号梁的横向影响线和最不利布载

m

汽

3

=

1

?

0.13

?

< p>0.855

=0.99

，

m

人

=0

2

各主梁支点和跨中截面荷载横向分布汇总见表

4-2

。

< p>

表

4-2

荷载横向分布汇总见表

荷载位置

跨中

梁号

1

0.67

0

0.75

0

2

0.63

0

1

0

3

0.63

0.31

1

0

4

0.67

0.39

0.75

1

m

汽

m

人

支点

m

汽

m

人

4.3.3

可变荷载作用效应计算

在可变作用效应计算中，对于横向分布系数的取值作如下处理：计算主梁可变作用

弯 矩时，均采用全跨统一的横向分布系数

m

c

；计算跨中及四分点可变作用剪力效应时，

由于剪力影响线的较大坐标也位于桥跨中 部，

故也采用横向分布系数亦取

m

c

< p>
；

计算支点

可变作用剪力效应时，

从支点至

l/4

梁段，

横向分布系数从

m

c

直线过度到

m

0

，

其余梁段

取

m< /p>

c

。

16

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

< br>车道荷载取值：公路—Ⅰ级车道荷载标准值

q

k

和集中荷载标准值

P

k

为：

q

k

?

10.5

kN

/

m

34

?

5

?

180

< p>?

296

kN

50

?

5

计算剪力时：

P

< br>k

?

296

?

1.2

?

355.2

kN

计算弯矩 时

:

P

k

?

< p>180

?

0.66

（

0.39

）

0.66

（

0.3 9

）

图

4-7

4

号梁弯矩汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图

0.75

（

1.0

< p>）

0.66

（

0.39

）

< p>
0.66

（

0.39

）

0. 75

（

1.0

）

8500

1700

8500

图

4- 8

4

号梁剪力汽车（人群）横向分布系 数沿桥跨变化图（单位：

mm

）

0.63

（

0.31

）

0.63

（

0.31

）

图

4-9

3

号梁弯矩汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图

0.99

（

0

）

0.63

（

0.31

）

0.63

（

0.31

）

0.99

（

0

）

8500

1700

图

4- 10

8500

3

号梁剪力 汽车（人群）横向分布系数沿桥跨变化图（单位：

mm

）

1)

计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力（

< p>S

为弯矩或剪力）

S

?

< p>m

c

(

q

k

?

?

P

k

y< /p>

k

)

a)

汽车荷载效应：

弯矩：

(

?

?

34

?

8.5

/

2

?

144.5

)

不计冲击：

M

汽

?

0.66

?

(10.5

?

144.5

?

296

?

8.5)

?

2661.9

kN

?

m

17

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

< br>计冲击效应：

M

汽

?

< p>0.1968

?

2661.9

?

523.9< /p>

kN

?

m

剪力：

不计冲击：

0.5

?

17

(0.75

?

0.66)

?

8.5

0.25

?

2

V

汽

?

10. 5

?

(

?

0.66

?

?

)

?

0.66

?

355.2< /p>

?

0.5

?

147.3

kN

2

2

3

计冲击效应：

V

汽

?

0.1968

?

147.3

?

29

kN

b)

人群荷载效应：

q

?

3

?

0.75

?

2.25

kN

/

m

M

人

=0. 39

?

2.25

?

144.5

?< /p>

126.8

kN

?

m

0.5

?

17

(1

?

0.39)

?

8.5

0.25

?

< p>2

V

人

=2.25

?

(

?

0.39

?

?

?

4.7

kN

2

< p>2

3

L=34m

17m

q

K

(q

人）

P< /p>

K

M

影响线

q

< p>
K

(q

人）

8.5

P

K

0.5

V

影响线

0.5

图

4- 11

跨中截面内力影响线及加载图

2)

计算四分点处截面的最大弯矩和最大剪力：

a)

汽车荷载效应：

弯矩：

(

?

?

34

?

16.375

/

2

?

108. 375

)

不计冲击：

M

汽

?

0.66

?

(10.5< /p>

?

108.375

?

296

?

8.5)

?

2411.6

kN

?

m

计冲击效应：

M

< p>
汽

?

0.1968

?

241 1.6=474.6

kN

?

m

（

0.75

?

0.25

）

?

17

/

2

?

108.37 5

)

剪力：

(

?

?

18

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

不计冲击：

V

汽

?

10.5

?

(0.85

?< /p>

0.66

?

(0.75

?

0 .66)

?

8.5

0.25

?

< p>)

?

0.66

?

355.2

?

0.75

?

240

kN

2

3

计冲击效应：

V< /p>

汽

?

0.1968

?

240

?

47.2

kN

b)

人群荷载效应：

M

人

=0.39

?

2. 25

?

108.375

?

95.1

kN

?

m

(1

?

0.39)

?

8.5

0.25

< br>V

人

=2.25

?

(8. 5

?

0.39

?

?

?

47.2

kN

2

3

L=34m

8m

q

K< /p>

(q

人）

P

K

< p>
6.375

q

K

(q

人）

M

影响线

P

K

0.25

0.75

V

< p>影响线

图

4-12

四分点截面内力影响线及加载图

`

< br>支点截面剪力计算：计算支点截面由于车道荷载产生效应时，考虑横向分布系数沿

跨长的变化，均布荷载标准值应布满使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载

标 准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处。

a)

汽车荷载效应：

剪力：

不计冲击效应：

34

(0.75

?

0.66)

?

8.5

0.75

?

0.66

V

汽

?

10.5

?

(

?

0.66

?

?

)

?

0.75

?

355.2

?

389.2

kN

2

2

3

计冲击效应：

V

汽

?

0.1968

?

389.2

?< /p>

76.6

kN

19

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

b)

人群荷载效应：

V

人

=2.25

?

(8 .5

?

0.39

?

(1

?

0.39)

?

8.5

0.25

?

?

47.2

kN

2

3

L=34m

q

K

(q

人）

P

K

1.0

V

影响线

图

4- 13

支点截面内力影响线及加载图

4.4

主梁作用效应组合

根据 可能出现的作用效应选择三种最不利的组合：短期效应组合，标准效应组合和

承载能力极 限状态基本组合，具体表

4-3

和表

4-4

。

由表

4-3

和表

4-4

知，

3

号主梁支点剪力最大，

4

号主梁 跨中弯矩最大，但

3

、

4

号

主梁最大弯矩和最大剪力相差很少，此处可见箱梁对荷载的均匀分布很有利。

20

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

表

4-3

4

号主梁作用效应计算表

跨中

序号

荷载类别

M

V

M

四分点

V

M

变化点

V

支点

V

kN

?

m

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

一期永久作用

二期永久作用

总永久作用

=

①

+

②

可变作用（汽车）

可变作用（汽车）冲击

可变作用（人群）

标准组合

=

③

+

④

+

⑤

+

⑥

短期组合

=

（③

+0.7

×④

+

⑥）

极限组合

=

（

1.2

×③

+1 .4

×（④

⑨

+

⑤）

+1.12

×⑥）

短期效应组合可变荷载设计值

1990.2

0.7

汽车

+1.0

人（不计冲击）

⑩

长期效应组合可变荷载设计值

1115.5

0.4

汽车

+0.4

人（不计冲击）

16696.7

7328.0

2750.8

10078.8

2661.9

523.9

126.8

13264.6

12069.0

kN

0.0

0.0

0.0

147.3

29.0

4.7

176.3

107.8

kN

?

m

5496.0

2063.1

2411.6

2411.6

474.6

95.1

5297.8

4194.8

kN

431.1

161.8

592.9

240.0

47.2

8.6

880.1

769.4

kN

?

m

1314.5

493.4

1807.9

576.8

113.5

22.7

2498.2

2234.4

kN

781.0

293.2

1074.1

361.1

71.1

19.3

1506.3

1346.2

kN

862.1

323.6

1185.7

389.2

76.6

21.8

1651.6

1480.0

252.1

7041.1

1123.1

3161.4

1915.7

2099.4

107.87

1783.2

176.6

426.5

272.1

294.2

60.87

1002.7

99.4

239.8

152.2

164.4

21

河南理工大学本科毕业设计

第四章

主梁作用效应计算

表

4-4

3

号主梁作用效应计算表

跨中

序

荷载类别

号

M

V

M

V

M

V

V

四分点

变化点

支点

kN

?

m

一期永久作用

二期永久作用

总永久作用

=

①

+

②

可变作用（汽车）

可变作用（汽车）冲击

可变作用（人群）

标准组合

=

③

+

④

+

⑤

+

⑥

短期组合

=

（③

+0.7

×④

+

⑥）

极限组合

=

（

1.2

×③

+1 .4

×

（④

+

7328.0

2750.8

10078.8

2540.9

500.1

100.8

13119.8

11958.3

kN

0.0

0.0

0.0

142.7

28.1

2.5

170.8

102.3

kN

?

m

5496.0

2063.1

2411.6

2302.0

453.0

75.6

5166.6

4098.6

kN

431.1

161.8

592.9

230.1

45.3

6.2

868.2

760.1

kN

?

m

1314.5

493.4

1807.9

568.6

113.5

22.7

2498.2

2234.4

kN

781.0

293.2

1074.1

352.1

70.2

7.9

1500.4

1344.6

kN

862.1

323.6

1185.7

398.9

78.5

8.4

1663.2

1473.4

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨

⑤）

+1.12

×⑥）

短期效应组合可变荷载设计值

16464.9

241.8

6835.6

1103.9

3161.4

1918.8

2100.7

1879.5

0.7

汽车

+1 .0

人（不计冲击）

⑩

长期效应组合可变荷载设计值

1056.7

0.4

汽车

+0.4

人（不计冲击）

102.3

1687.0

167.2

426.486256

269.2

287.1

58.1

951.0

94.5

239.807371

150.3

162.9

22

河南理工大学本科毕业设计

第五章

预应力钢束估算与布置

第五章

预应力钢束估算及布置

5.1

预应力钢筋数量估算

按构件正截面抗裂行要求估算预应力钢筋数量。

对于全预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂要求，可得跨中截面所需的有效预应

力为 ：

N

pe

?

M

s

/

W

1

e

p

0 .85(

?

)

A

W

式中，

M

为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯矩 值，本设计中，

M

?

12069

kN

?

m

。

设预应力钢筋截面中心距截面下缘为

a

p

?

200

mm

，

则预应力钢筋的合力作用点至截

面重心轴的距离为

e

p

?

y

x

?

a

p

?

1247

< p>?

200

?

1047

mm

。钢筋估算时，截面性质近似取全

截

面

的

< p>性

质

进

行

计

算

，

即

A

?

1967925

mm

2

，

全

截

面

对

抗

裂

边

缘

的

弹

性

抵

抗

距

为

W

?

I

/

y

x

?

8.6779

?

10

11

/1247.14

?

6.958

?

10

8

mm

3

，所以有效预应力合力为：

M

s

/

W

12054

?< /p>

10

6

/

(6.958

< p>?

10

8

)

N

pe

?

?

?

10.7 58

?

10

6

N

。

1

1047

1

e

?

0.85(

?

p

)

0.85(

196 7925

6.958

?

10

8

< p>
)

A

W

预应力钢筋的张拉控制应力 为

?

con

?

0.75

f

tk

?

0.75

?

1860

?

1395

Mpa

< br>，预应力损失按

N

pe

10.7 58

?

10

6

张拉控制应力的< /p>

20%

计算，则

A

p

?

?

?

9640.11

mm

< p>
2

。

(1

?

0.2)

?

con

0.8< /p>

?

1395

采用

10

束

8

A

s

15.2

钢绞 线，钢束总面积为

A

p

?

10

?

8

?

139

?

< p>11120

mm

2

，采用内径

60mm

的金属波纹管。

5.2

预应力钢筋布置

5.2.1

跨中截面及锚固段截面的钢束位置

1)

对于跨中截面，在保证布置预留管道要求的前提下，应尽可能加大钢束群重心 的

偏心距。

本设计预应力孔道采用内径

60mm

的金属波纹管，

管道至梁底和梁侧净距不应

小于

3 0mm

及管道直径的一半。

另外直线管道的净距不应小于

40mm ,

且不宜小于管道直

径的

0.6

倍，在竖 直方向两管道可重叠，跨中截面及端部截面构造如下图，

N1

，

N 2

，

N3

，

N4

号钢筋均 需进行平弯和竖弯，

N5

只进行平弯。求得跨中截面钢束群重心至梁底

< p>
距离为

a

p

?

< p>(2

?

12

?

23

?

34

?

45)

/

5

?

25.2

cm

。

23

河南理工大学本科毕业设计

第五章

预应力钢束估算与布置

）端部截面

）跨中截面

图

5-1

钢束布置图（单位：

cm

）

2)

所有钢束都锚固在梁端截面。

< p>对于锚固端截面，

钢束布置通常考虑下述两个方面：

一是预应力钢束 合力重心尽可能靠近截面形心，使截面均匀受压；二是考虑锚头布置的

可能性，以满足张 拉操作方便的要求。按照上述锚头布置的均匀、分散原则，锚固端截

面

所

布

置

的

钢

束

见

图

5-1

所

示

。

求

得

跨

中

截

面

钢

束

群

重

心

至

梁

底

距

离

为

a

p

?

(12

?

54

?

96

?

138

?

180)

/

5

?

96

cm

。

下面对钢束群重心位置进行复核：

?

I

9.6397

?

10

11

上核心距为：

k

s

?

?

?

356

mm

，

?

A

?

y

x

2265500

?

1195.4

?

I

9.6397

?

10

11

下核心距为：

k

x

?

?

?

529

mm

，

?

A

?

y

x

2265500

?

8 04.6

666

mm

?

y

x

?

k

x

?< /p>

a

p

?

960

mm

?

y

x

?

k

x

?

1551

mm

< br>,

说明钢束群重心处于截面的核心

范围内。

5.2.2

钢束弯起角度及线形的确定

确定钢束起弯角时，既要照顾到由其弯起产生足够的竖向剪力，又要考虑到其引起

的摩擦预应力损失不宜过大。本设计预应力钢筋在跨中分四排，锚固在底板上的两根

（

N5

）不弯起，其余

8

根弯起角度均为

< p>8

°。为简化计算和施工，所有钢束布置的线性

均为直线加圆弧。< /p>

5.2.3

钢束计算

1

）计算钢束起弯点至跨中的位置。

24

河南理工大学本科毕业设计

第五章

预应力钢束估算与布置

锚固点至支座中心线的水平距离为

a

xi

< p>
：

a

x

5

?

147

mm

，

a

x

4

?

190

mm

，

a

x

3

?

234

mm

，

a

x

2

?

277

mm

，

a

x

1

?

321

mm

钢筋计算图示和锚固段尺寸图见图

5-2

。

图

5-2

钢筋计算图示和锚固段尺寸

钢束起弯点至跨中的距离< /p>

x

1

列于表

5-1

内。

表

5-1

钢束弯起点至跨中距离计算表

(

单位

:mm)

钢束号

N4

N3

N2

N1

弯起高

420

730

1040

1350

y

L

1

2100

2400

2700

3000

弯起角

y

1

292.3

334.0

375.8

417.5

y

2

127.7

396.0

664.2

932.5

x

3

2079.6

2376.6

2673.7

2970.8

R

13125.5

40689.2

68252.9

95816.6

x

2

1826.7

5662.8

9499.0

13335.1

x

1

13408.7

9216.5

5024.3

832.1

8

o

8

o

8

o

8

o

上表各参数计算如下：

L

1

为靠近锚固端直线段长度，根据需要确定，

y

为钢束锚 固

点至钢束起弯点的竖直距离，根据各量的几何关系，可分别计算如下：

y

1

?

L

1

sin

?

,

y

2

?

y

?

y

1

,

x

3

?

L

1

cos

?

,

R

?

y

2

/

(1

< p>?

cos

?

)

< /p>

式中：

?

-

钢束弯起角度 （°）；

L

-

计算跨 径（

cm

）；

a

xi< /p>

-

锚固点至支座中心线的水平距离（

cm

） 。

2)

控制截面的钢束重心位置计算

①各钢束重心位置计算：当计算截面在曲线段时，计算公式为：

25

河南理工大学本科毕业设计

第五章

预应力钢束估算与布置

a

i

?

a

0

?

R

(1

?

cos

?

)

,

sin

?

?

x

4

/

R

当计算截面在锚固点的直线段时，计 算公式为：

a

i

?

a< /p>

0

?

y

?

x

5

tan

?

式中：

a

i

-

钢束在计算截面处钢束中心位置至梁底的距离；

a

0

-

钢束起弯前到梁底的距离；

< p>

R

-

钢束起弯半径；

?

-

圆弧段起弯点到计算点圆 弧长度对应的圆心角；

②计算钢束群重心到梁底的距离

a

p

见表

5-2

。

表

5-2

< /p>

各计算截面钢束位置及钢束群重心计算表（单位：

mm

）

< p>

截面

钢束号

N5

N4

四分点

N3

N2

N1

钢束号

N5

N4

支点

N3

N2

N1

N5

N4

变化点

N3

N2

N1

1856

1797

1738

349

315

256

197

138

0.14

0.14

0.14

0

0.14

0.14

0.14

0.14

230

340

450

120

120

230

340

450

924

1352

1781

120

271

699

1127

1556

755

935

x

4

未弯起

未弯起

未弯起

3475.7

7667.9

?

（弧度）

0

0

0

0.05

0.08

a

0

120

120

230

340

450

a

i

120

120

230

429

757

a

p

332

x

5

1949

1915

?

（弧度）

0

0.14

a

0

120

120

a

i

120

496

a

p

注：支点和变化点截面处，各钢束均处于直线弯曲段。

钢束布置见图

5-3

。

26

河南理工大学本科毕业设计

第五章

预应力钢束估算与布置

2

0

0

支座中心线

N2

3

0

0

832

N4

N5

1500

1600

N3

5024

起

弯

点

130

350

起

弯< /p>

点

2

5

0

13409

1

2

0< /p>

9217

3

*

1

1

0

N1

起< /p>

弯

点

起

弯

点

跨

径

中

< p>
心

线

图

5-3

钢束布置纵断面图（单位：

mm

）

3)

钢束长度计算

:

一根钢书的长度为曲线长度、直线长度、与两工作段长度（

2

×

< p>
70cm

）

之和，

其中钢束曲线长度可按圆弧半径及 弯起角度计算，

通过每根钢束长度计算，

就可以得到一片主梁和一孔桥所 需钢束总长度，用于备料和施工计算结果见表

5-3

。

表

5-3

钢束长度计算表

(

单位：

mm)

钢束号

N5

N4

N3

N2

N1

半径

R

+∞

13126

40689

68253

95817

弯起角

（弧度）

0

0.14

0.14

0.14

0.14

曲线长度

0

3665

11363

19060

26757

直线长度

34700

26817

18433

10048

1664

L1

0

4200

4800

5400

6000

钢束预留

长度

1400

1400

1400

1400

1400

钢束长度

36100

36083

35996

35908

35821

27

河南理工大学本科毕业设计

第六章

计算主梁截面几何特性

第六章

计算主梁截面几何特性

本箱梁采用后张法施工，

内径

60mm

的钢波纹 管成孔，

当混凝土达到设计强度时进

行张拉，张拉顺序和钢束号相同，年 平均相对湿度为

80

％。计算过程分三个阶段。

阶段一为预制构件阶段，施工荷载为预制梁（包括横隔梁）的自重，受力构件按预

制梁的净截面计算，该截面应扣除预应力管道的影响，箱梁翼板宽度为

3m

。< /p>

阶段二为现浇混凝土形成整体阶段，但不考虑现浇混凝土的承受荷载能力 ，施工荷

载除阶段一荷载之外，还应包括现浇混凝土板的自重，湿接缝还没参与主梁受力 ，，所

以，受力构件按预制梁灌浆后的换算截面计算，该截面应考虑预应力钢筋的影响， 箱梁

翼板宽度为

3m

。

阶段三为成桥阶段，

荷载除了阶段一、

二的荷载之外，

还 包括二期永久作用和活载，

受力构件按成梁后的换算截面计算，该截面应考虑预应力钢筋 的影响，箱梁翼板有效宽

度为

3.5m

。

这里截面几何性质计算借助了

CAD

，通过创建面域，使 用

massprop

命令，计算各

控制截面不同阶段的截 面几何性质，并汇总，见表

6-1

。

表

6-1

各控制截面不同阶段的截面几何性质汇总表

受

力

阶

段

计算

截面

跨中

1

4

分点

变化点

支点

跨中

2

4

分点

变化点

支点

跨中

3

4

分点

变化点

支点

A

mm

2

1828333

1828333

1828333

2130243

2052259

2052259

2052259

2349834

2151779

2151779

2151779

2449354

11

y

u

y

b

e

p

I

mm

4

7.85E+11

7.89E+11

8.05E+11

8.97E+11

9.80E+11

9.52E+11

9.10E+11

9.85E+11

1.04E+12

1.02E+12

9.61E+11

1.04E+12

W

(

mm

< p>
3

)

mm

767

769

779

837

874

867

829

855

838

831

795

825

mm

1233

1231

1221

1163

1126

1133

1171

1145

1162

1169

1205

1175

mm

981

899

466

228

874

801

416

210

910

837

450

240

W

< br>u

?

I

/

y

u

W

b

?

I

/

y

b

W

p

?

I

/

y

p

1.02E+09

1.03E+09

1.03E+09

1.07E+09

1.12E+09

1.10E+09

1.10E+09

1.15E+09

1.24E+09

1.23E+09

1.21E+09

1.26E+09

6.36E+08

6.41E+08

6.59E+08

7.72E+08

8.70E+08

8.40E+08

7.77E+08

8.60E+08

8.93E+08

8.72E+08

7.98E+08

8.86E+08

8.00E+08

8.77E+08

1.73E+09

3.94E+09

1.12E+09

1.19E+09

2.19E+09

4.69E+09

1.14E+09

1.22E+09

2.14E+09

4.34E+09

备注：

7.85E+11

表示

7.85

?

10

。

28

河南理工大学本科毕业设计

第七章

预应力损失计算

第七章

预应力损失计算

7.1

预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失

按《公预规》规定，计算公式为：

?

l

1

?

?

con

[1< /p>

?

e

?

(

??

?

kx

)

]

式中：

< br>?

con

-

张拉钢束时锚下的控制应力； 根据《公预规》规定，对于钢绞线取张拉控制

应力为：

?

con

?

0.7

f

pK

?

0.7

?

1680

< p>?

1395

MPa

?

-

钢束与管道壁的摩擦系数，对于预埋波纹管取

0.20

；

?

-

从张拉端到 计算截面曲线管道部分切线的夹角（

rad

）；

k

-

管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取

0 .0015

；

x

-

< p>从张拉端到计算截面的管道长度，

可近似取其在纵轴上的投影长度，

当四分点 为

计算截面时，

x

?

a

xi

?

l

/

4

< p>

苦中截面各钢束摩擦预应力损失

?

l

1

见表

7-1

。

< p>

表

7-1

跨中截面摩擦应力损 失

?

l

1

计算

钢束

编号

N5

N4

N3

N2

N1

（

?

）

0

8

8

8

8

?

弧度

0

0.14

0.14

0.14

0.14

??

0

0.028

0.028

0.028

0.028

x

(

m

)

17.138

17.197

17.256

17.315

17.349

平均值

kx

0.0257

0.0258

0.0259

0.0260

0.0260

?

?

1

?

e

?

(

??

?

kx

)

?

con

?

l

1

(

Mpa

)

35.4

72.96

73.08

73.20

73.26

65.58

(

Mpa

)

1395

1395

1395

1395

1395

0.0254

0.0523

0.0524

0.0525

0.0525

同理， 可算出其他控制截面的

?

l

1

< br>值。各截面摩擦预应力损失的平均值计算结果，

列于表

7-2

。

表

7-2

< p>各控制截面

?

l

1

平均值

截面

跨中

65.58

L/4

41.45

变化点

3.87

支点

0.53

?< /p>

（

l

1

Mpa

< p>)

平均值

29

河南理工大学本科毕业设计

第七章

预应力损失计算

7.2

由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失

按《公预规》规定，对曲线预应力筋，在计算锚具变形，钢束回缩引起死亡预应力

损失时，应考虑锚固后反向摩擦的影响。根据《公预规》规定，

?

< p>
l

2

计算公式为：

反向摩擦影响长度：

l

f

< br>?

??

l

?

E

p< /p>

/

?

?

d

式中：

?

?

l

-

锚具变形、

钢束回缩，

根据

《公预规》

规定，

对于夹片锚顶压张拉时

?

?

l

=4m

；

?

?

d

-

< p>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

式中：

?

0

-

张拉端锚下控制应力，为

1302Mpa;

?

l

-

预应力筋扣除沿途摩擦损失后锚固端应力，即跨中截面扣除

?

l

1

的钢筋应

力；

l

< p>
-

张拉端至锚固端距离，这里的锚固端为跨中截面。

张拉端锚下预应力损失：

?

l

2

?

2

?

?

d

l

f

；

在反摩擦影响长度内，距张拉端

x

处的锚具变形、钢 筋回缩损失：

?

l

2

?

2

?

?

d

(

l

f

?

x

)

在反摩擦影 响长度内，锚具变形、钢筋回缩损失：

?

l

2< /p>

=0

各束钢束预应力钢筋的反摩阻影响长度见表

7-3

。

表

7-3

跨中截面反摩阻影响长度计算表

钢束

编号

N5

N4

N3

N2

N1

< br>?

0

?

?

con

Mpa

1395

1395

1395

1395

1395

?

l

1

Mpa

35.40

72.96

73.08

73.20

73.26

?

l

?

?

0

?

?

l

1

Mpa

1359.60

1322.04

1321.92

1321.80

1321.74

l

(

mm

)

17138

17197

17256

17315

17349

?

?

d

?

(

?

0

?

?

l

)

/

l

Mpa

/

mm

0.002066

0.004243

0.004235

0.004227

0.004223

l

f

19431

13559

13571

13583

13591

各控 制截面

?

l

2

的计算列 于表

7-4

。

30

河南理工大学本科毕业设计

第七章

预应力损失计算

表

7-4

各控制截面

?

l

2

平均值

截面

跨中

0

L/4

27.6

变化点

58.3

支点

63.7

?< /p>

l

（

2

Mpa< /p>

)

平均值

7.3

预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失

混凝土弹性压缩引起的应力损失

(

?

l

4

)

取按应力计算需要控制的截面进行计算。

对应

简支梁可取

L/4

进行计算，并一次结果作为全梁各截面 预应力钢筋应力损失的平均值。

m

?

1

< br>?

Ep

?

pc

< br>

也可以用下列公式计算：

?

< br>l

4

?

2

m

式中：

m

-

张拉批数，

m

?

5

?

Ep

-

预应力钢筋弹模与混凝 土弹模的比值，此处

?

Ep

?

5.82

?

pc

-

全部预应力钢筋的合力

N

p

在其作用点（全部预应力钢筋重心点）处所产生

A

I

其中，

< br>N

p

?

(

?

con

?

?

l

1

?

?

l

2

)

A

p

?

(1395

?

65.6

?

27.6

)

?

11120

?

1447679

4

N

A

I

m

?

1

?

Ep

?

pc

?

0.4

?

5.82

?

9.94

?

23.14

Mpa

所以，

?

l

4

?

2

m

的混凝土正应力，

?

pc

?

N

p

N

p

e

2

p

N

p

?

N

p

e

2

p

，截面特性按表

6-1

第一阶段取用；

?

pc

< p>
?

?

14476794

14476794< /p>

?

332

2

?

?< /p>

?

9

.94

Mpa

11

1828333

7.89

?

1

0

7.4

钢筋松弛引 起的预应力损失

对于采用超张拉工艺的低松弛钢绞线，由钢筋松弛引起的预应力损失为：

?

l

5

?

?

?

?

< br>?

(0.52

?

pe

f

pk

?

0.26)

?

?

pe

式中：< /p>

?

-

张拉系数，采用超张拉，取

< br>?

?

0.9

；

?

-

钢筋松弛系数，对低松弛钢筋，

?

?

0.3< /p>

；

?

pe

-

传力锚固时的钢筋应力，

?

pe

?

?

con< /p>

?

?

l

1

?

?

l

2

?< /p>

?

l

4

，这里采用

L/4

截面的应

力作为全梁的平均值计算，故有

< p>
?

pe

?

?

con

?

?

l

1

?

?

l

2

?

?

l

4

?

1302.86

Mpa

。

1302.86

?

0.26)

?

1302.86

?

36.67

Mpa

所以，

?

l

5

?

0.9

?

0.3

?

( 0.52

?

1860

7.5

混凝 土收缩、徐变引起的预应力损失

混凝土收缩、徐变引起的预应力损失按下式计算：

0.9[

E

p

?

c s

(

t

u

,

< p>t

0

)

?

?

Ep

?

pc

?

(

t

u

,

t< /p>

0

)]

?

l

6

?

1

?

15

??

ps

式中：< /p>

31