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1、2004级毕业设计-150米预应力连续小箱梁桥设计1 绪论1.1原始资料(一)工程地点及内容本课题设计为省道宝平线二级公路上的一座大桥的设计。中心桩号K128+100，全长约160米。(二)沿线自然地理概况（1）地形地貌线路所经地区属冀西北山间盆地与冀北山地分界地带，地貌类型属剥蚀侵蚀构造地貌类和剥蚀堆积地貌类。地势由西北向东南倾斜，山谷狭窄。为山岭重丘区地形。路线所经区域属公路自然区划黄土高原干湿过度区的雁北张宣副区（1a区）。桥位处多为水田、旱地。 （2）气象本地区属大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季凉爽短促，全年多风少雨。年平均气温5.7，一月份平均气温11.5，四月份平均气温7.6，七
2、月份平均气温20.9,十月份平均气温6.7,极端最低气温-25.9，极端最高气温36.6。年平均降雨量420mm，一年之中雨量分布极不均匀，且雨量集中在六至八月份，且多局部暴雨，冰雹。无霜期为120天。本地区风向随季节变化非常明显，夏季多为东南风，其它季节以西到西北风为主，平均每年大风日数达67.4天，年平均风速3.0m/s，年极端最大风速26.0m/s，春秋季本地区的风速最大。（3）地震路线经过地域属华北地震区，位于山西地震带和燕山地震带交汇处，该区域一般发生在较大活动构造边界带与一般活动断裂带的交接并伴有新生代断陷盆地地区，以及活动断裂的交会、拐弯和端点。地震与构造带和断裂带密切相关，也受
3、其控制。地震动峰值加速度系数等于0.05。（4）工程地质条件路线所经地带，地表地层主要是太古界、中生界地层。其岩性为含有角砾岩、粉砂岩。新生界地层，为冲积、洪积、残积、坡积、风积相堆积层。沿线有部分盐碱滩地分布。1.2设计要求（一）工作要求1、分析和整理基本设计资料，如：桥涵水文、地质、气象、施工条件等资料；2、完成结构设计计算；3、完成主要施工图的设计；4、适当提出施工方法建议。（二）步骤：1、桥梁方案拟定2、结构设计（1） 完成上部结构各构件的计算书；（2） 完成其它某些细部构造的设计计算；3、 结构详图的绘制。1.3参数的选取（一）桥梁线形布置：1 平曲线：无，横坡为0%。2 竖曲线：无
4、，纵坡为0%。（二）主要技术标准：1 设计荷载：公路二级。2 标准跨径:25.00；3 计算跨径:边跨24.52m，中跨25.00；4 桥面宽度:全宽12.40净宽11.40；(三)主要材料：（1）混凝土：预应力混凝土预制箱梁、横梁及现浇接头湿接缝混凝土均为C50。6cm调平层混凝土为C40，桥面铺装层采用10cm厚沥青混凝土。（2）钢绞线：采用符合GB/T 5224-1995技术标准的低松弛钢绞线。（3）非预应力钢筋：采用符合新规范的R235,HRB335钢筋。凡钢筋直径12毫米者，采用HRB335(20MnSi)热轧螺纹钢；凡钢筋直径12毫米者，采用R235钢。（4）钢板应符合GB7008
5、8规定的Q235钢板。（5）材料容重：钢筋混凝土=26kN/m3,沥青混凝土=23kN/m3,钢板容重=78.5kN/m3。（6）锚具：GVM15-3、GVM15-4和GVM15-5。以上各种材料特性参数值参见公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。（四）施工方式：简支转连续施工方法。预制梁部分按后张法制作主梁，预留预应力钢丝孔道，由=70mm的预埋波纹管形成。在现场安装完成后现浇湿接头，完成简支转连续结构转换工作。（五）设计规范： 中华人民共和国行业标准（JDG D62-2004）公路桥涵设计通用规范 中华人民共和国行业标准(JDG D60-2004)公路钢筋混
6、凝土及预应力混凝土桥涵设规范。（六）支座位移： 各支座单独沉降0.5mm.(七)温度影响： 主梁上下缘温差：5摄氏度。2桥型及纵，横断面布置2.1 桥形布置及孔径划分： 本设计是公路用大桥。为缩短工期，提高行车舒适性，综合分析比较各类桥型后采用预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为6*25m.施工方法为简支转连续。 考虑伸缩缝的设置，实际桥跨长为149.84m.即在桥的两头各设8cm的伸缩缝，两边孔计算跨径为2442cm，两中孔计算跨径2500cm，连续梁两端至边支座中心线之间的距离为40cm.2.2 截面形式和截面尺寸的拟定 1、截面形式及梁高 采用等高度截面箱梁，梁高1.25m,高跨比H/L=0.
7、05 2、横截面尺寸每幅桥面全宽为12.4米。采用简支转连续的施工方法，考虑施工因素，将桥做成四个单箱单室的组合截面。其中，预制中梁顶板宽240cm，底板宽100cm；预制边梁顶板宽290cm，底板宽100cm；预制主梁间采用60cm的湿接缝，从而减少主梁的吊装质量。边，中梁均采用斜腹板，以减轻主梁的自重。为满足顶板负弯矩普通钢筋的布置及轮载的局部作用，箱梁顶板取等厚度15cm。同时为防止应力集中和便于脱模，在腹板与顶板交界处设置20cm10cm的承托。 主梁横断构造如图所示。图2-1 主梁横断构造 （单位：cm）3、箱梁底板厚度及腹板宽度设置（1）箱梁底板厚度设置简支转连续施工的连续梁桥跨中
8、正弯矩较大，因此底板不宜过厚；同时支点也存在负弯矩，需要底板要有一定的厚度来提供受压面积。从而将底板厚度在跨内大部分区域设为15cm，仅在距边支点160cm、中支点220cm处加厚，加厚区段长度都为150cm，且底板逐渐加厚至25cm。箱梁底板厚度变化如图所示。图2-2 箱梁底板厚度变化示意（单位：cm）（2）腹板宽度设置根据连续梁剪力变化规律，兼顾施工方便性，腹板宽度除在支点附近区域加宽外，其余均为15cm。加宽方式同底板厚度加厚设置，详图见下图所示：图2-3 箱梁腹板厚度变化示意（单位：cm）4、横隔梁（板）设置为保证支座处传力的可靠性，因此在边永久（临时）支承处，设一道厚为20cm的端横
9、隔梁，中永久支承处为35cm的中横隔梁，此外在中临时支承处设10cm厚的箱内隔板，见下图：图2-4 横隔梁设置示意（单位：cm）3. 毛截面几何特性 采用CAD中面域查询的方法求得各毛截面几何特性：- 预制中梁支点 -面积: 10906.2500周长: 992.7145边界框: X: -120.0000 - 120.0000 Y: -72.1051 - 52.8949质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 20112791.0747 Y: 34373699.5443惯性积: XY: 0.0000旋转半径: X: 42.9436 Y: 56.1404主力矩与质心的 X-Y
10、方向: I: 20112791.0747 沿 1.0000 0.0000 J: 34373699.5443 沿 0.0000 1.0000- 预制中梁跨中 -面积: 8406.2500周长: 1048.3300边界框: X: -120.0000 - 120.0000 Y: -77.9901 - 47.0099质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 16587785.6322 Y: 30354376.6276惯性积: XY: 0.0000旋转半径: X: 44.4215 Y: 60.0910主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 16587785.6322 沿 1.0000
11、0.0000 J: 30354376.6276 沿 0.0000 1.0000 - 预制边梁支点 -面积: 11656.2500周长: 1092.7145边界框: X: -160.6702 - 129.3298 Y: -75.0259 - 49.9741质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 21572934.8795 Y: 49284088.2842惯性积: XY: -4619056.6354旋转半径: X: 43.0205 Y: 65.0240主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 20823283.4099 沿 0.9871 -0.1602 J: 50033739.7
12、538 沿 0.1602 0.9871- 预制边梁跨中 -面积: 9156.2500周长: 1148.3300边界框: X: -158.1228 - 131.8772 Y: -81.2264 - 43.7736质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 17676723.4132 Y: 44987738.4024惯性积: XY: -3944754.6928旋转半径: X: 43.9382 Y: 70.0952主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 17118365.3350 沿 0.9901 -0.1401 J: 45546096.4806 沿 0.1401 0.9901 -
13、成桥后中梁跨中 -面积: 9393.9628周长: 1166.4834边界框: X: -150.0000 - 150.0000 Y: -81.6307 - 43.3693质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 17972092.3714 Y: 47040049.4284惯性积: XY: 0.0000旋转半径: X: 43.7396 Y: 70.7635主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 17972092.3714 沿 1.0000 0.0000 J: 47040049.4284 沿 0.0000 1.0000- 成桥后中梁支点 -面积: 11937.0497周长: 11
14、09.6368边界框: X: -150.0000 - 150.0000 Y: -75.4772 - 49.5228质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 21930084.4879 Y: 51058633.6697惯性积: XY: 0.0000旋转半径: X: 42.8619 Y: 65.4013主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 21930084.4879 沿 1.0000 0.0000 J: 51058633.6697 沿 0.0000 1.0000- 成桥后边梁支点 -面积: 12237.0497周长: 1149.6368边界框: X: -166.0775 - 1
15、53.9225 Y: -76.5074 - 48.4926质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 22452496.9650 Y: 58560352.9933惯性积: XY: -1967644.9702旋转半径: X: 42.8345 Y: 69.1773主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 22345589.5505 沿 0.9985 -0.0543 J: 58667260.4079 沿 0.0543 0.9985- 成桥后边梁跨中 -面积: 9693.9628周长: 1206.4834边界框: X: -165.0485 - 154.9515 Y: -82.7408 -
16、 42.2592质心: X: 0.0000 Y: 0.0000惯性矩: X: 18351753.3363 Y: 54492375.7280惯性积: XY: -1668441.6977旋转半径: X: 43.5099 Y: 74.9751主力矩与质心的 X-Y 方向: I: 18274892.7301 沿 0.9989 -0.0460 J: 54569236.3342 沿 0.0460 0.9989最后结果：截面位置截面积（m2）I（m4）中性轴（中性轴至粮底距离）（m）预置中梁跨中0.8410.16590.780 支点1.0910.20110.721预置边梁跨中0.9160.17120.812
17、支点1.1660.20820.750成桥后中梁跨中0.93940.17970.816支点1.1940.21930.755成桥后边梁跨中0.96940.1830.827支点1.224 0.22350.7654、结构内力计算单元划分：本设计结合施工，使用中结构的受力特性及预应力钢筋的布置，将全桥划分为48个单元，49个节点节点号 1234567控制截面梁左端永久支点变化点L1/4跨中3L/4变化点x坐标(m)00.42.07.7756.5318.7922.72节点号891011121314控制截面临时支点永久支点临时支点变化点L1/4跨中3L/4x坐标(m)24.4224.9225.4227.62
18、31.1737.4243.67节点号15161718192021控制截面变化点临支点永久支点临时支点变化点L1/4跨中x坐标(m)47.7249.4249.9250.4252.1256.1762.42节点号22232425控制截面L3/4变化点临时支点永久支点x坐标(m)68.6772.7274.4274.9241 恒载内力计算4.1.1 施工阶段划分本设计将施工过程划分为四个阶段，第一施工阶段：预制主梁，待混凝土达到设计强度100后张拉正弯矩区预应力钢筋，并压注水泥浆，再将各跨预制箱梁安装就位，形成由临时支座支承的简支梁状态；第二施工阶段：浇筑各预制梁间的连续段接头混凝土，达到设计强度后张拉
19、负弯矩区预应力钢筋并压注水泥浆，形成6跨连续梁；第三施工阶段：拆除全桥的临时支座，主梁支承在永久支座上，完成体系转换，再完成主梁横向接缝，最终形成6跨连续梁；第四施工阶段：进行防护栏以及桥面铺装施工。第五施工阶段为徐变阶段。由施工过程可知结构恒载是分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期恒载集度()，成桥后箱梁一期恒载集度()，二期恒载集度()。图4-1 施工阶段示意图4.1.2 桓载集度1、预制箱梁一期恒载集度()：预制中梁一期恒载集度（KN/m）区段变化点前变化段两变化点之间集度29.027.62526.25预制边梁一期恒载集度（KN/m）区段变化点前变化段两变化点之间集度32.17530.7
20、87529.42、成桥后箱梁一期恒载集度()：成桥后中梁一期恒载集度（KN/m）区段变化点前变化段两变化点之间集度29.84326.66423.485成桥后边梁一期恒载集度（KN/m）区段变化点前变化段两变化点之间集度30.59327.41424.2353、二期恒载集度()：本设计桥面铺装采用桥面铺装：10cm沥青混凝土，混凝土调平层 6cm50号混凝土，铺装层宽为11.4m,调平混凝土容重23KN/M3, 沥青混凝土容重23KN/M3。护栏一侧每延米按0.301m3计，混凝土容重按25 KN/M3计.混凝土按每片梁承担全部二期恒载的四分之一.。=(0.1611.423+0.301225)/4
21、=14.25（kN/m）4.1.3 恒载内力计算由施工过程可知，g1适用于主梁第1，2施工阶段恒载内力计算，g1适用于第3施工阶段恒载内力计算，g1 + g2 适用于第4施工阶段恒载内力计算。用结构力学求解器得如下结果：（以半桥长为例，弯矩关于中跨L/2对称，剪力关于中跨L/2反对称。）下面以预制中梁的计算为例：截面号布置图：图4-2 单元划分图在第一施工阶段的恒载内力中梁边梁截面号剪力(KN/m)弯矩（KN.m）截面号剪力(KN/m)弯矩（KN.m）10.0000.00010.0000.0002左-10.906-2.1812左-11.656-2.3312右207.332-2.1812右225
22、.403-2.3313168.706298.6493183.777325.013473.504847.254480.081922.6525-55.324902.9745-60.241983.4626-184.152168.9776-200.563184.1007-266.745-717.0377-290.524-780.8868-307.785-1205.3888-334.751-1312.3709左-321.418-1362.6899左-349.322-1483.3899右285.908-1362.6899右310.530-1483.38910272.275-1223.14310295.96
23、0-1331.76611219.164-682.56111238.724-743.61412144.558-36.95412157.461-40.3841313.208456.0611314.393496.66014-118.142128.14014-128.676139.52415-203.257-522.69515-221.385-569.34916-244.297-903.11616-265.612-983.29617左-257.930-1028.67317左-280.182-1119.74517右266.727-1028.67317右289.769-1119.74518253.094-
24、898.71718275.199-978.50319212.054-503.34119230.972-548.25820126.939183.12120138.263199.44321-4.411566.02321-4.806616.49722-135.761127.98822-147.874139.37223-220.875-594.20023-240.583-647.25424-261.915-1004.57224-284.810-1093.38325-275.548-1138.93725-299.381-1239.886在第三施工阶段的恒载内力中梁边梁截面号剪力(KN/m)弯矩（KN.m
25、）截面号剪力(KN/m)弯矩（KN.m）10.0000.00010.0000.0002左-11.937-2.3872左-12.240-2.4482右231.210-2.3872右238.445-2.4483188.548333.4193194.576343.969482.161946.575484.792976.7375-61.8021008.9755-63.7691041.1716-205.765188.8816-212.329194.9307-298.061-801.1377-307.573-826.6798-343.390-1346.3718-354.184-1389.1729左-358
26、.311-1521.7969左-369.484-1570.0899右318.502-1521.7969右328.363-1570.08910303.581-1366.27610313.063-1409.73011244.920-762.92511252.744-787.34412161.548-41.44512166.709-42.8151314.767509.5391315.241525.77914-132.014143.14014-136.228147.69415-227.129-584.12515-234.380-602.78716-272.458-1008.77416-280.990-
27、1040.85217左-287.379-1148.73317左-296.290-1185.17217右297.215-1148.73317右306.443-1185.17218282.294-1003.85618291.143-1035.77519236.965-562.48619244.532-580.45220141.851204.61620146.380211.14521-4.930632.49221-5.088652.68222-151.712142.98522-156.557147.53923-246.826-664.05323-254.709-685.27524-292.155-1
28、122.18724-301.32-1157.89925-307.076-1271.99525-316.620-1312.384 + 在第四施工阶段的恒载内力中梁边梁截面号剪力(KN/m)弯矩（KN.m）截面号剪力(KN/m)弯矩（KN.m）10.0000.00010.0000.0002左-17.638-3.5282左-17.940-3.5882右368.979-3.5282右375.785-3.5883303.516534.4683309.117544.3344132.5771522.2184134.7801549.7585-98.7391625.9315-101.1341652.8836-3
29、30.055311.6796-337.047309.8617-478.353-1276.8427-488.293-1311.9308-547.907-2149.1638-559.128-2202.2389左-569.954-2428.6289左-581.553-2487.4089右502.129-2428.6289右515.495-2487.40810480.082-2183.07610493.070-2235.26711390.071-1225.90811401.401-1251.34912257.390-76.66612264.779-68.8811323.796802.0391324.2
30、48834.32614-209.798220.78214-216.284234.21315-361.167-935.42115-372.148-957.36216-430.720-1608.52516-442.984-1650.22317左-452.768-1829.39717左-465.409-1877.32117右471.757-1829.39717右481.565-1877.32118449.709-1599.03118459.140-1642.14519380.155-893.64619388.305-921.81720227.329336.50820232.441335.19221-
31、8.5151020.30021-8.0911036.28622-244.359230.06822-248.622234.05823-397.186-1069.06023-404.486-1088.48624-466.740-1803.39724-475.322-1836.32325-488.787-2042.27825-497.747-2079.5904.2 活载内力计算4.2.1 横向分布系数计算本设计为六跨连续箱梁桥，边跨和中跨之比为L1/L2=24.92/25=1,即可将此桥作为六跨连续桥来分析，计算跨径取25m.且按常截面箱梁桥来考虑，这样带来的误差是很小的，满足工程需要。查资料知，对
32、等跨常截面连续梁桥等效简支梁抗弯惯矩换算系数为：边跨：1.432，中跨：1.86。抗扭惯矩换算系数为：边中均为1。1、边跨横向分布系数：（1）边跨抗弯、抗扭惯矩计算： 图4-3 主梁抗扭惯矩计算简化图 单位：cm由对等跨常截面连续梁桥等效简支梁抗弯惯矩换算系数为：边跨：1.432，中跨：1.86。抗扭惯矩换算系数为：边中均为1。则边跨的等刚度常截面简支梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为：=1.432 0.183=0.262=10.211=0.211（2）比例参数和计算：（3）荷载横向分布影响线计算：查公路桥梁荷载横向分布计算所列刚接板、梁桥荷载横向分布影响线表中的三梁式的表，在0.03、=0.06和
33、0.05、0.1之间按内插法得，绘制影响线：梁号P=1位置123410.03270.10370.4530.2870.1590.10120.03270.10370.2870.3190.2360.15930.03270.10370.1590.2360.3190.28740.03270.10370.1010.1590.2870.4531号梁荷载横向分布影响线2号梁荷载横向分布影响线图4-4（4）荷载横向分布系数的计算：梁号荷载横向分布系数 公路二级10.87920.8072、中跨横向分布系数：（1）中跨抗弯、抗扭惯矩计算： 由对等跨常截面连续梁桥等效简支梁抗弯惯矩换算系数为：边跨：1.432，中跨：
34、1.86。抗扭惯矩换算系数为：边中均为1。则边跨的等刚度常截面简支梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩分别为：= =10.211=0.211（2）比例参数和计算：（3）荷载横向分布影响线计算：查公路桥梁荷载横向分布计算所列刚接板、梁桥荷载横向分布影响线表中的三梁式的表，在0.03、=0.06和0.05、0.1之间按内插法得，绘制影响线：梁号P1位置（主梁轴线）123410.04170.13230.4880.2900.1420.08020.04170.13230.2900.3340.2340.14230.04170.13230.1420.2340.3340.29040.04170.13230.0800.142
35、0.2900.4881号梁荷载横向分布影响线图4-5 2号梁荷载横向分布影响线（4）荷载横向分布系数的计算：梁号荷载横向分布系数公路二级10.889620.825为了简化连续梁的活载内力计算，偏安全地全桥统一取用中跨1号梁荷载横向分布系数0.8896。4.2.2 冲击系数和车道折减系数1、求冲击系数：=2.394对于正弯矩效应；桥梁自振频率 =3.0735当时， =0.183, 1.183对于负弯矩效应：桥梁自振频率=5.3387当时，=0.281 , 1.2812、车道折减系数：按桥规二车道不折减，故折减系数为：14.2.3 活载内力计算主梁活载横向分布系数确定后，将活载乘以相应横向分布系数后，在主梁内力影响线上最不利布载，可求得主梁最大