目錄第一章引言 11.1工程概況 11.2工程地質及水文氣象資料 1、工程地質條件 1、氣象條件 21.3設計依據及主要材料規格 2第二章方案比選 32.1橋型方案設計說明 3設計原那么 3橋型方案 42.2方案比選 4第三章上部結構的設計計算 53.1尺寸擬定 5橋梁跨度確實定 5主梁高度 5箱梁腹板厚度 6箱梁底板厚度 6箱梁頂板厚度 6橫隔梁 6梗腋尺寸 73.2結構圖示 73.3主梁內力計算 8恒載內力計算 8活載內力計算 9主梁結構次內力計算 103.4主梁內力組合 11按承載能力極限狀態設計 12按正常使用極限狀態設計 133.5預應力鋼束估算及布置 14預應力鋼束的估算 14預應力鋼束的布置 173.6預應力損失計算 183.7主梁截面驗算 21持久狀況承載能力極限狀態驗算 22持久狀況正常使用極限狀態驗算 37預應力混凝土受彎構件的應力驗算 63預拱度設計 923.8行車道板設計與計算 92橋面板的分類 92橋面板內力的計算 933.9支座設計 98支座的功能 98支座受力特點 98支座分類 98支座選用 98第四章下部結構的設計計算 1004.1橋墩設計與計算 100橋墩的類型及適用性 100橋墩的類型及尺寸確實定 100作用在橋墩上的作用 102墩身設計與驗算 1024.2橋臺的設計與計算 104橋臺尺寸確定 104橋臺荷載計算 105橋臺荷載組合 108橋臺驗算 1094.3樁根底的設計與計算 111荷載取值 111工程地質情況 1114.3.3.選擇樁形、確定樁長和截面尺寸、初選承臺尺寸 1114.3.4.樁的平面布置及承載力驗算 111水平荷載作用下彈性樁的計算 114承臺的設計與驗算 117第五章施工方案說明 1205.1根底的施工方法和施工工藝 120施工準備： 1205.1.2.鉆孔灌注樁施工： 1215.2墩臺的施工方法和施工工藝 122橋墩的施工 122考前須知 122支座施工 1235.3上部結構的施工方法和施工工藝 123邊跨主梁滿堂支架施工 123懸臂澆筑施工 124主梁預應力施工 125橋面系施工 126結束語 127外文文獻翻譯 128主要參考文獻資料 139致謝 140第一章引言1.1工程概況林坦橋位于南水北調中線干線一期工程總干渠河北省磁縣段內。工程區地處平原區，總干渠河道順直，斷面整齊，兩側大堤平行，設計橋梁與河道正交。1.2工程地質及水文氣象資料1.2.1、工程地質條件根據土層的結構、構造、特征及力學性質分為5層，工程區地處平原區，地面高程88.98～88.36m，渠底高程79.708m?，F將場地各土層特征顯示如下：〔1〕地質結構地層總體上部Q12泥礫厚3.1~4.5m、，下部N1粘土厚4.9~7.9m、粉沙厚1~4.8m、卵石2.3~2.6m、粘土巖10.2~18.5m。為泥礫、粘沙、基巖多層結構?！?〕巖體物理力學性質根據室內試驗和原位測試成果，地基土巖體物理力學指標及承載力值，見下表。地層巖性及時代含水量w(%)天然重度γ(kN/m3)壓縮模量Es(MPa)變形模量E0(MPa)壓縮系數a1-2(MPa-1)內聚力c摩擦角φ(°)容許承載力〔σ0〕(kPa)極限摩阻力〔τi〕泥礫Q12Qeq\o(\s\up5(1),\s\do2(2))QQeq\o(\s\up5(2),\s\do2(3))25.020.026.0350100粘土N127.119.68.50.2325.015.026060粉砂N119.319.76.40.332.025.010035卵石N120.022080粘土巖N121.320.214.20.130.016.036090表1.1巖體物理力學性質工程地質評價總干渠渠底以下粘土N1粘土厚5.65m，中等偏高壓縮性，承載力偏低；下伏粘土巖N1壓縮變形小具承載力較高，是樁根底理想的持力層。建議公路橋橋墩采用樁根底，樁尖置于粘土巖N1中。公路橋橋臺建議采用樁根底，以粘土巖做為持力層。N1飽和砂土層不發生液化?；油谏顪\，邊坡穩定性好?！?〕水文地質條件勘探期間在鉆探深度內〔約40m〕觸及地下水，根據1985年國家高程基準處于水位處在75.20m?！?〕不良地質現象及地質災害橋址范圍內未發現不良地質作用，經初判，地表下20.0m深度范圍內不存在液化現象?！?〕場地土地震效應橋址處抗震設防烈度為七度，設計根本地震加速度值為0.10g。1.2.2、氣象條件場區地處中緯度歐亞大陸東岸，位于我國東部沿海，屬于溫帶濕潤半干旱大陸性季風氣候。年平均氣溫由北向南逐漸升高，冀北高原年平均氣溫低于4℃，以御道口最低，為-0.3℃；中南部地區年平均氣溫上升至12℃以上，以峰峰為最高，達14℃。南北年平均氣溫相差甚為懸殊。年平均降水量為350-770毫米。年降水量時空分布極不均勻，總的趨勢是東南部多于西北部。風力資源豐富，冀北高原及渤海海岸年平均風速4-5米/秒，為風速最大區域；其它地區年平均風速2-4米/秒；季節風力分布以春季最大，冬季次之，秋季最小。1.3設計依據及主要材料規格1、設計依據〔1〕設計荷載：公路—Ⅰ級；〔2〕設計坡度：行車道雙向橫坡1.5%，縱坡0.3%，人行道橫坡2%；〔3〕橋梁寬度：1.5m〔人行道〕+16m〔雙向四車道〕+1.5m〔人行道〕；〔4〕橋梁跨徑：橋梁全長170m，具體孔跨布置依據方案評比，自行擬定；〔5〕主梁截面：根據所給的條件，結合標準并考慮經濟性，確定主梁截面形式與尺寸；〔6〕橋面鋪裝：上層4cm厚的瀝青混凝土，下層8cm厚的C50防水混凝土；〔7〕河道情況：在枯水季和雨季河道水深在1.0~3m范圍變化，梁底高程保證在雨季時與水面距離大于2m。。2、主要材料規格〔1〕混凝土：預應力混凝土梁采用C50，墩柱、臺帽、系梁、承臺及灌注樁采用C30?！?〕鋼絞線：預應力鋼絞線采用直徑φj15.20〔7φ5.0〕高強低松弛預應力鋼絞線，標準強度fpk=1860Mpa，Ep=1.95×105Mpa?！?〕普通鋼筋：主筋采用HRB335〔相當于原來的Ⅱ級〕，其它采用R235〔Q235〕〔相當于原來的Ⅰ級〕鋼筋；〔4〕錨具及成孔管道：錨具采用OVM或HVM及其配套的支承墊板，管道采用金屬波紋管或者高密度塑料管成孔?！?〕支座：板式橡膠支座或者盆式橡膠支座，具體尺寸規格通過計算確定；〔6〕其他要求：為防止橋頭跳車，橋臺后需設3m長搭板。第二章方案比選2.1橋型方案設計說明2.1.1設計原那么根據橋址的地形、地貌、水文地質條件和技術標準的要求，綜合考慮經濟與平安、時間與空間環境等方面的因素，初擬方案。初擬方案完成后，通過初步分析，將其中明顯競爭性不大的體系刪去，提出2-3個具有特色的體系作進一步分析評比，這2-3個比選方案應力求受力合理，施工可行。比選標準主要依據平安、適用、經濟和美觀，其中以平安和經濟為重?！?〕使用上的要求橋上的行車道和人行道寬度應保證車輛和行人的平安暢通，并應適當考慮將來交通量增長的需要。橋型，跨度大小和橋下凈空應滿足泄洪，平安通航或通車等求。建成的橋梁要保證使用年限，并便于檢查和維修?！?〕經濟上的要求橋梁設計應表達經濟上的合理性。在設計中必須進行詳細周密的技術經濟比擬，使橋梁的總造價和材料等的消耗為最少。應注意的是，要全面而精確地計及所有的經濟因素往往是比擬困難的，在技術經濟比擬中，尚應充分考慮橋梁在試用期間的運營條件以及養護和維修等放方面問題。橋梁設計應根據因地制宜，就地取材，方便施工的原那么，合理選用適當的橋型。此外，能滿足盡快施工要求以到達縮短工期的橋梁設計，不僅能降低造價，而且提早通車在運輸上將帶來很大的經濟效益。〔3〕結構尺寸和構造上的要求整個橋梁結構及其各局部構件，在制造，運輸，安裝和使用過程中應具有足夠的強度，剛度，穩定性和耐久性。橋梁結構的強度應使全部構件及其連接構造的材料抗力或承載能力具有足夠的平安儲藏。對于剛度的要求，應使橋梁在荷載等作用下的變形不超過規定的容許值，過度的變形會使結構的連接松弛，而且撓度過大會導致高速行車困難，引起橋梁劇烈震動，使人體感覺不舒適，嚴重者會危及橋梁的結構的平安。結構的穩定性，是要使橋梁結構在各種外力作用下，具有能保持原來形狀和位置的能力?！?〕施工上的要求橋梁結構應便于制造和架設。應盡量采用先進的工藝技術和施工機械，以利于加快施工進度，保證工程質量和施工平安。以此來到達縮短工期和經濟的目的。另外還應根據施工單位的施工水平來選擇適宜的施工方法?！?〕美觀上的要求一座橋梁，尤其是座落于城市的橋梁應具有優美的外形，應與周圍的景致相協調。城市橋梁和游覽地區的橋梁，可較多的考慮建筑藝術上的要求。橋梁的結構布局和輪廓是美觀的主要因素，決不應把美觀片面的理解為豪華的裝飾。此外，優秀的，結構上極既有特色且又美觀的橋型方案，應使結構的造型與力學行為相協調。如果結構在外形上標新立異，雖有特色。與眾不同，但其力學行為甚不合理的橋型方案，往往會顯著提高經濟造價和增加施工難度，嚴重者甚至會影響到結構的耐久性和運行平安。2.1.2橋型方案根據所給資料可初步擬定三個橋型方案，分別是獨塔雙跨斜拉橋〔70m+100m〕、預應力混凝土連續梁橋(50m+70m+50m)、預應力混凝土連續剛構橋〔45m+80m+45m〕。2.2方案比選〔1〕實用性比擬斜拉橋：跨越能力大大，行車性能好，不用作大量根底工程，由于拉鎖多點豎向支撐作用，梁高小，便于采用懸臂施工，不影響通航，梁可以預制，可加快施工速度。預應力混凝土連續梁橋：伸縮縫少，結構剛度大，變性小，動力性能好，主梁性能好，主梁變形撓曲線平緩，行車平順，通暢，平安，可滿足交通運輸要求，且施工簡單，但工期長。預應力混凝土連續剛構橋：行車平順，通暢，平安，可滿足交通運輸要求，施工技術成熟，易保證工程質量，橋下凈空大，可滿足通航要求。〔2〕平安性比擬斜拉橋：拉索是柔性體系，風力作用下會震動，會影響橋上行車何橋本身平安，橫向剛度小，變性大。預應力混凝土連續梁橋：技術成熟，計算簡單，施工方法簡單，質量好，整體性好，剛度大，可保證工程本身平安，同時行車性能良好，可保證司機正常行車，滿足交通運輸平安要求。預應力混凝土連續剛構橋：如果將橋墩做成雙肢薄壁式墩，抗震性能好，又能減小因溫度變化、根底變位等引起的附加內力，受力性能較佳?！?〕經濟性比擬斜拉橋：需大量拉索鋼絲，預應力束，主塔構造復雜，高空作業多，成橋后養護費用高，根底施工復雜，還需減震裝置。預應力混凝土連續梁橋：施工技術成熟，方法簡單，易掌握，需要的機具少，無需大型設備，可充分降低施工本錢，所用材料普通，價格低，成橋后養護費用少，需要大型支座，需較多預應力鋼筋，根底施工復雜。連續剛構：無須支座，節省大型支座費用，其他于連續梁根本相同。〔4〕外觀比擬斜拉橋：現代感強，可通過索塔與拉索布置形式獲得滿意造型，塔較高，使橋向縱向和橫向延伸，比例協調，均勻。預應力混凝土連續梁橋：形勢簡單，造型單一。預應力混凝土連續剛構：墩梁固結作用可降低梁高，使梁看來更纖巧，主梁做成變截面形式，造型美觀。結論：經綜合比擬，選取預應力混凝土連續剛構作為設計橋型。第三章上部結構的設計計算3.1尺寸擬定橋梁跨度確實定橋梁跨度應根據公路等級，功能，通行能力及抗洪防災等要求，再根據相關部門的地質和地形資料、環境要求等綜合考慮，選出適合于該橋位的跨徑。連續剛構橋的邊跨與中跨紙幣一般為0.5-0.7，大局部壁紙為0.54-0.58，比變截面連續梁橋的比值范圍0.6-0.8要小。由于墩梁固結，邊跨的長短對中跨恒載彎矩調整的影響很小，而較小的邊、主跨徑布置，不僅可以使中墩內根本沒有恒載偏心彎矩，而且可以在懸臂端用導梁支承于邊墩上，進行邊跨合龍，從而取消落地支架，施工也十分方便。本橋跨徑組成：，邊跨與中跨的比值為，橋梁全長。主梁高度該主梁采用變截面的單箱雙室截面。早期設計的連續剛構橋，主梁根部的高度多為(為中跨跨徑)。近年來連續剛構橋出現了一些病害，主要是箱梁腹板產生斜裂縫和跨中撓度過大，箱梁根部高度有增大的趨勢，大約在之間。本橋剛構墩頂梁高5.0m，是主跨徑的。主梁跨中高度大約在之間。但從構造和方便施工考慮，跨中梁高一般不宜小于2m。這里，跨中梁高取2.5m。箱梁腹板厚度腹板確定經驗公式：腹板總厚度：(m),其中，B為橋面總寬度(m)；L為主跨跨度(m)。同時應滿足構造要求：單個腹板厚度≥0.15m。根據經驗，中腹板厚度在取為50cm，邊腹板厚度取為60cm。箱梁底板厚度箱形截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位，當采用懸臂施工方法時，梁的下緣特別是靠近橋墩的截面承受很大的壓力。箱形截面的底板應提供足夠大的承壓面積，發揮良好的受力作用。在發生變號彎矩的截面中，頂板和底板上都應各自發揮承壓的作用。箱梁底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而從跨中逐漸加厚直至橋墩處，以適應受壓要求。底板除需符合使用階段的受壓要求外，在破壞階段還宜保持在底板以內有適當的充裕，梁底根部最大底板厚度約為墩頂梁高的1/10～1/12，本橋橋墩處底板厚度選用55cm。大跨度連續箱梁因跨中彎矩要求底板內需配置一定數量的鋼束和鋼筋，跨中截面的底板厚度多為20cm～30cm。因橋面寬度較大，這里跨中底板厚度取為35cm。箱梁頂板厚度根據箱梁的寬度和是否布置橫向預應力筋,頂板跨中厚度在25～35cm之間變化。這里頂板厚度取30cm。箱梁兩側的懸臂板，其端部厚度一般為15～20cm。因這里的懸臂較長〔5m〕,所以其厚度取為30cm。墩頂和跨中處的頂板厚度相同。3.3.6橫隔梁橫隔梁可以增強橋梁的整體性和良好的橫向分布，同時還可以限制畸變；支承處的橫隔梁還起著承當和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭剛度很大，一般可以比其它截面的橋梁少設置橫隔梁，甚至不設置中間橫隔梁而只在支座處設置支承橫隔梁。本設計沒有考慮橫隔梁，如需考慮，可以將端橫隔梁等效為集中荷載進行計算。梗腋尺寸梗腋提高了截面抗扭剛度和抗彎剛度，減少了扭轉剪應力和畸變剪應力。橋面板支點剛度加大后，可以吸收負彎矩，從而減少橋面板跨中正彎矩。從構造上考慮，利用梗腋所提供的空間便于布置縱向預應力筋和橫向預應力筋，同時也為減薄頂板和底板厚度提供了構造上的保證。3.2結構圖示本局部結構設計所取的計算模型為三跨變截面預應力混凝土連續剛構，總體跨徑布置為45m+80m+45m，橋梁總長170m。圖3.1連續剛構橋計算模型圖大橋橋面全寬23m，采用單箱雙室截面〔詳細尺寸見圖3.2、3.3〕。按公路=1\*ROMANI級標準設計，設計車速80km/h。根據《橋通規》的要求，橋面布置如下：右路肩〔2.5m〕+中間帶〔3m〕+左路肩〔2.5m〕+四車道〔43.75m〕。圖3.2跨中橫斷面圖3.3墩頂橫斷面該連續剛構橋采用雙肢薄壁柔性橋墩，矩形截面，其良好的柔度能夠適應連續剛構橋由混凝土收縮徐變、溫度變化等引起的位移和受力要求，且施工方便，抗撞擊能力強。根據所給資料，這里橋墩高度取20m。雙肢薄壁墩的中距與主跨的比值一般為1/25～1/20，這里去中距為4m。橫橋向墩身寬度一般取為箱梁的底板寬度即13m。立柱厚度約為()，這里取為1m。3.3主梁內力計算3.3.1恒載內力計算恒載內力包括一期恒載〔主梁自重〕和二期恒載〔橋面鋪裝等〕作用下的內力。由Midas計算可得到主梁在一期恒載作用下的彎矩圖〔圖3.4〕和二期恒載作用下的彎矩圖〔圖3.5〕。圖3.4一期恒載作用下主梁的彎矩圖圖3.5二期恒載作用下主梁的彎矩圖3.3.2活載內力計算〔1〕汽車恒載汽車荷載采用公路—I級。橋梁結構的整體計算采用車道恒載；橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載和車道恒載的作用不得疊加。橋梁結構的基頻反映了結構的尺寸、類型、建筑材料等動力特性內容，它直接反映了沖擊系數與橋梁結構之間的關系。不管橋梁的建筑材料、結構類型是否有差異，也不管結構尺寸與跨徑是否有差異，只要橋梁結構的基頻相同，在同樣條件的汽車荷載下，就能得到根本相同的沖擊系數。沖擊系數μ值可按下式計算：當時，當時，當時，式中——結構基頻〔〕。本設計活載沖擊系數μ由有限元軟件Midas通過結構頻率自動計算得到。在Midas中車輛荷載加載方式用車道單元法，即考慮偏心扭矩影響后，將汽車荷載加載在參考單元線上。計算得汽車荷載作用下的彎矩包絡圖如下〔圖3.6〕圖3.6汽車荷載作用下主梁的彎矩包絡圖〔2〕人群恒載當橋梁的計算跨徑小于或等于50m時，人群荷載標準值為；當計算跨徑等于或大于150m時，人群荷載標準值為；當計算跨徑為時，人群荷載標準值可由線性內插求得。對于跨徑不等的連續結構，以最大跨徑為準。這里人群荷載取為。計算得人群荷載作用下的彎矩包絡圖如下〔圖3.7〕。圖3.7人群荷載作用下主梁的彎矩包絡圖3.3.3主梁結構次內力計算〔1〕溫度變化引起的次內力溫度作用一般包括兩種形式：均勻溫度作用和梯度溫度作用。這里溫度荷載的取值：均勻溫升按34oC、溫降按-3oC考慮；溫度梯度按《公路橋涵設計通用標準》〔JTGD60-2004〕第4.3.10條的規定取值。計算得主梁在均勻溫度升溫作用下的彎矩圖〔圖3.8〕和梯度溫度升溫作用下的彎矩圖〔圖3.9〕如下所示：圖3.8均勻溫度升溫作用主梁彎矩圖圖3.9梯度溫度升溫作用主梁彎矩圖〔2〕支座沉降引起的次內力這里只考慮邊墩0.01m根底不均勻沉降。計算得主梁彎矩包絡圖如下圖3.10支座沉降作用下主梁彎矩包絡圖3.4主梁內力組合為了進行預應力鋼束的計算，在不考慮預加力引起的結構次內力及混凝土收縮徐變次內力的前提下，按橋規《通規》第條和第條規定，根據可能出現的荷載進行第一次內力組合。按承載能力極限狀態設計根本組合。永久作用的設計值效應和可變作用設計值效應相結合，其效應組合表達式為：〔3-1〕式中——承載能力極限狀態下作用根本組合的效應組合設計值——結構的重要性系數，按《通規》表規定的結構設計平安等級采用，對應于設計平安等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0、09；——第i個永久作用效應的分項系數，當永久作用效應對結構承載力不利時取，對結構的承載能力有利時，其分項系數取，其他永久作用效應分享系數見《通規》；——第i個永久作用的標準值；——汽車荷載效應〔含汽車沖擊力、離心力〕的分項系數，??；——汽車荷載效應〔含汽車沖擊力、離心力〕的標準值；——作用效應組合中除汽車荷載效應〔含汽車沖擊力、離心力〕、風荷載外的其他第j個可變作用效應的分項系數，取，但風荷載的分項系數取；——在作用效應組合中除汽車荷載效應〔含汽車沖擊力、離心力〕外的其他第j個可變作用效應的標準值；——在作用效應組合中除汽車荷載效應〔含汽車沖擊力、離心力〕外的其他可變作用效應的組合系數，取值見《通規》第條。根據《通規》第條規定，各種作用的分項系數取值如下結構重要性系數；恒載作用效應的分項系數取〔對結構承載力不利〕，或〔對結構承載力有利〕；根底變位作用效應的分項系數；汽車荷載效應的分項系數?。粶囟茸饔眯姆猪椣禂等?；人群荷載作用效應分項系數和其他可變作用組合的組合系數均?。荒敲闯休d能力極限狀態組合為：對結構承載不利時〔3-2〕對結構承載有利時〔3-3〕按正常使用極限狀態設計〔1〕作用短期效應組合永久作用標準值效應與可變荷載作用頻遇值效應相組合，其效應表達式為：〔3-4〕式中——短期作用組合設計值；——第j個可變作用效應的頻遇值系數。汽車荷載〔不計沖擊力〕；人群荷載；風荷載；溫度梯度作用；其他作用;——第j個可變作用效應的頻遇值；其他符合意義同前。〔2〕作用長期效應組合永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為：〔3-5〕式中——短期作用組合設計值；——第j個可變作用效應的準永久值系數。汽車荷載〔不計沖擊力〕；人群荷載；風荷載；溫度梯度作用；其他作用;——第j個可變作用效應的準永久值；其他符合意義同前。根據《通規》第條規定，各種作用的分項系數取值如下：汽車荷載〔不計沖擊力〕效應的準永久值系數取；溫度作用效應的準永久值系數?。荒敲撮L期作用效應組合為：〔3-6〕組合結果由Midas根據所定義的荷載工況自動生成。3.5預應力鋼束估算及布置預應力混凝土梁應進行承載能力狀態計算和正常使用極限狀態計算，并滿足《公預規》中對不同受力狀態下規定的設計要求〔如承載力、應力、抗裂性和變形等〕，預應力鋼筋截面積估算就是根據這些限值條件進行的。預應力混凝土梁一般以抗裂性〔取按預應力混凝土或A類局部預應力混凝土〕控制設計。在截面尺寸確定以后，結構的抗裂性主要與與預加力的大小有關。因此，預應力混凝土梁鋼筋估算的一般方法是，首先根據結構正截面抗裂性確定預應力鋼筋的數量，然后再由構件承載能力極限狀態要求確定非預應力鋼筋數量。預應力鋼筋數量估算時截面特性可取全截面特性。3.5.1預應力鋼束的估算正截面抗裂應對構件正截面混凝土的拉應力進行驗算，全預應力混凝土構件，在作用〔或荷載〕短期效應組合下，應符合以下要求：〔3-7〕——在作用短期效應組合下構件抗裂驗算邊緣混凝土的法向拉應力——扣除全部預應力損失后的預加力在構件抗裂驗算邊緣產生的混凝土的預壓應力全預應力混凝土梁按作用〔活荷載〕短期效應組合進行正截面抗裂性驗算，計算所得正截面混凝土法向拉應力應滿足上式要求，那么：(3-8)上式稍作變化，即可得到全預應力混凝土梁滿足作用〔或荷載〕短期效應組合抗裂驗算所需的有效預加力，即：(3-9)——使用階段預應力鋼筋永存應力的合力；——按作用〔或荷載〕短期效應組合計算的彎矩值；A——構件混凝土全截面面積；W——構件全截面對抗裂驗算邊緣彈性抵抗矩；——預應力鋼筋合力作用點至截面中心軸的距離。預應力鋼筋估算結果如下表所示(表3.1)單元位置頂/底Ay(m2)單元位置頂/底Ay(m2)1I[1]底024I[24]底01I[1]頂024I[24]頂0.08012I[2]底0.011825I[25]底02I[2]頂025I[25]頂0.10013I[3]底0.02226I[26]底03I[3]頂026I[26]頂0.10744I[4]底0.030627I[27]底04I[4]頂027I[27]頂0.10385I[5]底0.037728I[28]底05I[5]頂028I[28]頂0.0946I[6]底0.043229I[29]底06I[6]頂029I[29]頂0.08547I[7]底0.047230I[30]底07I[7]頂030I[30]頂0.07638I[8]底0.049531I[31]底08I[8]頂031I[31]頂0.06679I[9]底0.049832I[32]底09I[9]頂032I[32]頂0.056910I[10]底0.048333I[33]底010I[10]頂033I[33]頂0.047611I[11]底0.045134I[34]底011I[11]頂034I[34]頂0.038112I[12]底0.040835I[35]底0.001912I[12]頂035I[35]頂0.028313I[13]底0.036936I[36]底0.01213I[13]頂0.004136I[36]頂0.018514I[14]底0.028537I[37]底0.022414I[14]頂0.009937I[37]頂0.010115I[15]底0.022838I[38]底0.032515I[15]頂0.016538I[38]頂0.003416I[16]底0.017139I[39]底0.042516I[16]頂0.02439I[39]頂017I[17]底0.011240I[40]底0.051317I[17]頂0.031940I[40]頂018I[18]底0.005241I[41]底0.058718I[18]頂0.040141I[41]頂019I[19]底042I[42]底0.064519I[19]頂0.048142I[42]頂020I[20]底043I[43]底0.068620I[20]頂0.055943I[43]頂021I[21]底044I[44]底0.071421I[21]頂0.063444I[44]頂022I[22]底045I[45]底0.072822I[22]頂0.072445I[45]頂023I[23]底023I[23]頂0.0807表3.1預應力鋼束初步估算因為對稱所以只給出45個單元預應力鋼束面積估算的結果。3.5.2預應力鋼束的布置預應力對構件有壓力、彎矩、剪力等作用，在其作用下，構件發生變形。對超靜定結構，這些變形在支承處要受到約束，從而引起附加反力，由附加反力引起的彎矩叫二次彎矩〔次內矩〕。在預應力連續梁中，在不改變預應力筋兩端支承處的位置和各支承間的根本形狀的條件下，改變它在各中間支承處的偏心距；那么，并不會影響其壓力線的位置，這就是預應力鋼筋的線性變換原理。根據這一原理，當壓力線的位置與力筋重心重合時，這樣布置的鋼筋稱為吻合索；此時二次彎矩沒有了，但預應力對結構產生的內力影響仍舊可按等代荷載求得。從這一理論出發，預應力鋼束的布置應盡量與吻合索相近。同時，結合其它施工、受力、經濟等因素，可以得出預應力混凝土橋梁結構的配束原那么如下：〔1〕應選擇適當的預應力束筋的型式與錨具型式,對不同跨徑的橋梁結構,要選用預加力大小恰當的預應力束筋,以到達合理的布置型式。防止造成因預應力束筋與錨具型式選擇不當，而使結構構造尺寸加大?！?〕預應力束筋的布置要考慮施工的方便，也不能如鋼筋混凝土結構中任意切斷鋼筋那樣去切斷預應力束筋，而導致在結構中布置過多的錨具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，這樣錨下應力區受力較復雜，因而必須在構造上加以保證，為此常導致結構構造復雜，而使施工不便。〔3〕預應力束筋的布置，既要符合結構受力的要求，又要注意在超靜定結構體系中防止引起過大的結構次內力?！?〕預應力束筋配置，應考慮材料經濟指標的先進性，這往往與橋梁體系，構造尺寸，施工方法的選擇都有密切關系?！?〕預應力束筋應防止使用屢次反向曲率的連續束，因為這會引起很大摩阻損失，減低預應力束筋的效益。〔6〕預應力束筋的布置，不但要考慮結構在使用階段的彈性受力狀態的需要，而且也要考慮到結構在破壞階段時的需要。〔7〕當預應力筋要分層布置時，頂板的長束布置在上層，短束布置在下層，底板長束布置在下層，短束布置在上層?！?〕預應力筋布置不要太靠近翼緣兩側，在同一截面上錨固要適當分散。〔9〕在設置孔道時需要預留一定的備用孔道，以便在必要時補充?！?0〕當力筋數量較多時可分層布置，一般來說，先錨固下層力筋，后錨固上層力筋?！?1〕鋼束在橫斷面中布置時直束靠近頂板位置，彎束位于或靠近腹板，便于下彎錨固?！?2〕縱向預應力鋼束為結構的主要受力鋼筋，為了設計和施工的方便，進行對稱布束，錨頭布置盡量靠近壓應力區?！?3〕預應力鋼筋彎起角度：從減小預應力鋼筋預拉時摩阻應力損失出發，彎起角度不宜大于20°，一般在兩端錨固時都不會到達此值，而對于彎出梁頂錨固的鋼筋，那么往往超出20°，常在20°~30°之間。彎起角較大的預應力鋼筋，應注意采取減小摩擦系數值的措施，以減小由此而引起的摩擦應力損失。實際鋼筋布置見施工圖。3.6預應力損失計算根據《公預規》〔JTGD62-2004〕第6.2.1條規定，預應力混凝土構件在正常使用極限狀態計算中，由于施工中預應力束的張拉采用后張法，應考慮由以下因素引起的預應力損失：預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦引起的損失；錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的損失；混凝土的彈性壓縮引起的損失；預應力鋼筋的應力松弛引起的損失；混凝土的收縮和徐變引起的損失；〔1〕預應力鋼筋與管道壁之間摩擦引起的預應力損失預應力筋與管道壁間摩擦引起的應力損失，可按下式計算：(3-10)式中：〔2〕錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的預應力損失錨具變形、鋼筋回縮和拼裝構件的接縫損失，在計算接縫壓縮引起的預應力損失時，認為接縫的第一批鋼束錨固后即完成全部變形量，以后錨固的各批鋼束對該接縫不再產生壓縮。可按下式計算：(3-11)式中〔3〕混凝土彈性壓縮引起的損失在后張法結構中，由于一般預應力筋的數量較多，限于張拉設備等條件的限制，一般都采用分批張拉、錨固預應力筋。在這種情況下，已張拉完畢、錨固的預應力筋，將會在后續分批張拉預應力筋時發生彈性壓縮變形，從而產生應力損失。(3-12)式中：——由于混凝土的彈性壓縮引起的應力損失〔〕；——在計算截面先張拉的預應力鋼筋重心處，由后張拉各批鋼筋而產生的混凝土法向應力；——預應力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值。經推導可按簡化公式進行計算，即：(3-13)式中：——表示預應力筋張拉的總批數；——預應力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值；——全部預應力鋼筋的合力NP在其作用點〔全部預應力鋼筋重心點〕處所產生的混凝土正應力；鋼束重心處混凝土法向應力，式中為自重彎矩。其中：——所有預應力筋預加應力〔扣除相應階段的應力損失和后〕的內力；——預應力筋預加應力的合力至混凝土凈截面形心軸的距離；、——混凝土的凈截面面積和截面慣性矩。注意此時計算時應考慮摩阻損失、錨具變形和鋼筋回縮的影響。預應力損失產生時，預應力孔道還沒壓漿，截面特性取凈截面特性〔即扣除孔道的影響〕。對于懸臂澆筑結構，作如下近似假設，可先使張拉鋼束重心處由后張拉各批鋼束產生的混凝土法向應力計算簡化：1〕每懸臂澆筑一段，相應張拉一批力筋；假設每批張拉與預應力都相同，且都作用在全部預應力重心處；2〕在同一計算截面上，每一懸臂梁段自重所產生的自重彎矩都假設相等。〔4〕預應力筋的應力松弛損失預應力筋的應力松弛損失是指由鋼絞線組成的預應力鋼束，在采用超張拉方法施工中，由鋼絞線松弛引起的損失終極值?？砂聪率接嬎悖?3-14)式中〔5〕由混凝土收縮、徐變引起的損失混凝土收縮徐變終極值引起的受拉區預應力鋼筋損失計算式為：(3-15)式中i--截面回轉半徑,,后張法構件為凈截面慣性矩;對于每一根鋼束在各個施工階段的預應力損失以及最終的有效預應力結果可以再、在Midas程序中查看。3.7主梁截面驗算預應力混凝土梁從預加力開始到承載破壞，需經受預加應力、使用荷載作用、裂縫出現和破壞等四個受力階段，為保證主梁受力可靠并予以控制，應對控制截面進行各階段的驗算。3.7.1持久狀況承載能力極限狀態驗算預應力混凝土受彎構件持久狀況承載能力極限狀態計算包括正截面承載能力計算和斜截面承載力計算,作用效應采用標準組合。〔1〕正截面抗彎承載力驗算翼緣位于受壓區的T形截面或I形截面受彎構件，箱形截面受彎構件的正截面承載能力可參照T形截面計算，由于本設計未考慮普通鋼筋，故其正截面抗彎承載能力按以下規定進行計算時不需考慮普通鋼筋的影響，所以有：1〕當符合以下條件時〔3.17〕應以寬度為的矩形截面按下面公式計算正截面抗彎承載力：〔3.18〕混凝土受壓區高度應按下式計算：〔3.19〕截面受壓區高度應符合以下要求：〔3.20〕當受壓區配有縱向普通鋼筋和預應力鋼筋，且預應力鋼筋受壓即〔〕為正時〔3.21〕當受壓區僅配縱向普通鋼筋或配普通鋼筋和預應力鋼筋，且預應力鋼筋受拉即〔〕為負時〔3.22〕2〕當不符合公式〔-1〕的條件時，計算中應考慮截面腹板受壓的作用，其正截面抗彎承載力應按以下規定計算：〔3.23〕此時，受壓區高度應按以下公式計算，應符合〔3.20〕、〔3.21〕、〔3.22〕的要求?！?.24〕式中—橋梁結構的重要性系數，按《預規》JTGD62-2004第5.1.5條的規定采用，本設計為二級，取=1.0；—彎矩組合設計值；—混凝土軸心抗壓強度設計值，按《公預規》表3.1.4采用；—縱向預應力鋼筋的抗拉強度設計值，按《公預規》表3.2.3-2采用；—受拉區縱向預應力鋼筋的截面面積；—矩形截面寬度或T形截面腹板寬度，本設計應為箱形截面腹板總寬度；—截面有效高度，，此處為截面全高；、—受拉區、受壓區普通鋼筋和預應力鋼筋的合力點至受拉區邊緣、受壓區邊緣的距離；—受壓區普通鋼筋合力點至受壓區邊緣的距離；—T形或I形截面受壓翼緣厚度；—T形或I形截面受壓翼緣的有效寬度，按《公預規》第4.1.2的規定采用。Midas主梁正截面抗彎驗算結果如下表所示：表3.2正截面抗彎承載能力驗算詳細計算表格單元位置最大/最小組合名稱類型驗算rMuMn1I最大cLCB1FX-MINOK0.0043353.091I最小cLCB17FX-MAXOK0.0043353.091J最大cLCB9FX-MAXOK13932.6570268.551J最小cLCB28FX-MINOK2003.6570268.552I最大cLCB9MY-MAXOK13932.6584501.022I最小cLCB28MY-MINOK2003.6584501.022J最大cLCB9MY-MAXOK24585.7792435.642J最小cLCB28MY-MINOK1873.8492435.643I最大cLCB9MY-MAXOK24585.77102977.973I最小cLCB28MY-MINOK1873.84102977.973J最大cLCB9MY-MAXOK31970.42108485.723J最小cLCB28MY-MINOK-389.42167561.564I最大cLCB9MY-MAXOK31970.4285489.284I最小cLCB28MY-MINOK-389.42169349.444J最大cLCB9MY-MAXOK36105.0393246.934J最小cLCB28MY-MINOK-4786.12157677.975I最大cLCB9MY-MAXOK36105.0395640.405I最小cLCB28MY-MINOK-4786.12127735.885J最大cLCB9MY-MAXOK37015.4699235.075J最小cLCB28MY-MINOK-11316.28125981.686I最大cLCB9MY-MAXOK37015.46109868.756I最小cLCB28MY-MINOK-11316.28128003.756J最大cLCB25MY-MAXOK35269.32114813.856J最小cLCB12MY-MINOK-20514.32125731.517I最大cLCB25MY-MAXOK35269.32114813.897I最小cLCB12MY-MINOK-20514.32125731.557J最大cLCB25MY-MAXOK31422.34115823.567J最小cLCB12MY-MINOK-32894.48126146.728I最大cLCB25MY-MAXOK31422.34115823.688I最小cLCB12MY-MINOK-32894.48126146.508J最大cLCB25MY-MAXOK24894.99116412.298J最小cLCB12MY-MINOK-47839.71128653.709I最大cLCB25MY-MAXOK24894.99124439.699I最小cLCB12MY-MINOK-47839.71199865.889J最大cLCB25MY-MAXOK15728.67117353.139J最小cLCB12MY-MINOK-65361.08223218.0410I最大cLCB25MY-MAXOK15728.67117353.6210I最小cLCB12MY-MINOK-65361.08223212.5510J最大cLCB25MY-MAXOK3959.57117125.4910J最小cLCB12MY-MINOK-85477.07236166.1611I最大cLCB25MY-MAXOK3959.57117125.8211I最小cLCB12MY-MINOK-85477.07236163.1911J最大cLCB25MY-MAXOK-10382.94262983.8911J最小cLCB12MY-MINOK-108213.55262983.8912I最大cLCB25MY-MAXOK-10382.94253219.6612I最小cLCB12MY-MINOK-108213.55253219.6612J最大cLCB25MY-MAXOK-27278.52279498.5912J最小cLCB12MY-MINOK-133603.77279498.5913I最大cLCB25MY-MAXOK-27278.52271611.1413I最小cLCB12MY-MINOK-133603.77271611.1413J最大cLCB20FX-MAXOK-44975.24298967.4513J最小cLCB12MY-MINOK-161688.36298967.4514I最大cLCB20FX-MAXOK-44975.24312901.3414I最小cLCB12MY-MINOK-161688.36312901.3414J最大cLCB20FX-MAXOK-63759.40382327.4814J最小cLCB12MY-MINOK-192726.40382327.4815I最大cLCB20FX-MAXOK-63759.40357593.1115I最小cLCB12MY-MINOK-192726.40357593.1115J最大cLCB20FX-MAXOK-84875.04422209.9715J最小cLCB12MY-MINOK-226970.22422209.9716I最大cLCB20FX-MAXOK-84875.04453933.9816I最小cLCB12MY-MINOK-226970.22453933.9816J最大cLCB20FX-MAXOK-108374.54456738.0716J最小cLCB12MY-MINOK-265000.01456738.0717I最大cLCB20FX-MAXOK-108374.54413214.7917I最小cLCB12MY-MINOK-265000.01413214.7917J最大cLCB20FX-MAXOK-134316.41452373.8017J最小cLCB12MY-MINOK-307397.29452373.8018I最大cLCB20FX-MAXOK-134316.41455361.1718I最小cLCB12MY-MINOK-307397.29455361.1718J最大cLCB20FX-MAXOK-162765.27518658.3618J最小cLCB12MY-MINOK-353273.57518658.3619I最大cLCB20FX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