【正文】 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋計(jì)算書橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 1ABSTRACT 2 緒論 1 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與意義 3第一章 設(shè)計(jì)原始資料…4第二章 橋跨總體布置及結(jié)構(gòu)尺寸擬定 6 尺寸擬定 9 橋孔分跨 9 截面形式 9 梁高 10 細(xì)部尺寸 11 主梁分段與施工階段的劃分 12 分段原則 12 具體分段 12 主梁施工方法及注意事項(xiàng) 13第三章 作用效應(yīng)計(jì)算 15 16 正常使用極限狀態(tài)長期作用效應(yīng)組合 23 正常使用極限狀態(tài)短期作用效應(yīng)組合 28第四章 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算與布置 33 計(jì)算原理 33 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算 36 41第五章 預(yù)應(yīng)力損失及有效應(yīng)力的計(jì)算 41 預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算 42 42. 錨具變形損失 43. 混凝土的彈性壓縮 46 49 50 有效預(yù)應(yīng)力的計(jì)算 54第六章 次內(nèi)力的計(jì)算 55 徐變次內(nèi)力的計(jì)算 55 預(yù)加力引起的二次力矩 55 溫度次內(nèi)力的計(jì)算 56第七章 內(nèi)力組合 59 內(nèi)力組合原則 59 承載能力極限狀態(tài)下的效應(yīng)組合63 正常使用極限狀態(tài)下的效應(yīng)組合第八章 主梁截面驗(yàn)算 66 截面強(qiáng)度驗(yàn)算 69 截面應(yīng)力驗(yàn)算 71 正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算 71 法向拉應(yīng)力 72 主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力 73 使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力驗(yàn)算 77 預(yù)應(yīng)力鋼筋中的拉應(yīng)力 79 83 83第九章 施工方法要點(diǎn)及注意事項(xiàng) 85 材料設(shè)備及施工程序 85 支架及模板 87 87 混凝土工程 87 張拉和壓漿 88畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 91致 謝 92參考文獻(xiàn) 93附錄1：實(shí)習(xí)報(bào)告 94附錄2 外文文獻(xiàn)翻譯 94第一章 設(shè)計(jì)原始資料一、工程概況：1工程概況：芳世灣大橋位于三峽工程試驗(yàn)壩陸水水庫（三峽工程試驗(yàn)壩）赤壁市陸水湖辦事處芳世灣村，橫跨陸水水庫（三峽工程試驗(yàn)壩）連接官塘林場紅林山村及官塘驛鎮(zhèn)葛仙山村，橋面總寬12m，，主橋?yàn)?跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，引橋?yàn)?7跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，跨徑組成為1730m+50m+90m+50m,橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩采用實(shí)體板墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，左岸橋臺采用輕型橋臺，樁基礎(chǔ)，右岸橋臺采用“U”型橋臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)汽車荷載等級為公路Ⅰ級；接線為二級公路。設(shè)計(jì)行車速度：60㎞/h。投資額：約4900萬元。2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)三峽庫區(qū)交通設(shè)施建設(shè)與完善專題規(guī)劃報(bào)告并結(jié)合實(shí)際情況，，設(shè)計(jì)汽車荷載等級為公路—Ⅰ級；接線為二級公路。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。（2）工程安全等級：二級。（3）公路等級：二級公路，雙向兩車道。（4）橋面布置：（人行道） +（行車道）＋（人行道）=。（5）設(shè)計(jì)行車速度：60km/h。（6）設(shè)計(jì)荷載：公路Ⅰ級。 （7）橋上最大縱坡：0%。（8）道路橫坡：%（雙向）。（9）設(shè)計(jì)水位：(1985國家高程基準(zhǔn))。（10）地震烈度：。（11）通航等級：芳世灣大橋按Ⅳ級航道雙線通航孔設(shè)計(jì)，航寬80m，航高10m。3 建設(shè)條件（一）水文氣象根據(jù)收集資料顯示，本區(qū)屬典型的亞熱帶季，氣候溫和，降水充沛，日照充足，四季分明，無霜期長。℃，℃，℃。，年平均無霜期為245～258天。冬季盛行偏北風(fēng)，偏冷干燥；夏季盛行偏南風(fēng)，高溫多雨。雨季集中在春末夏初。降雨較多，集流快，水情變化較大，水位每小時(shí)上漲可達(dá)2m。植被保存較差，水土流失較嚴(yán)重，下游河床淤高，易泛濫。主要災(zāi)害性天氣有倒春寒、大暴雨、水災(zāi)、洪澇及夏旱、伏旱等。（二）地形地貌 橋址位于陸水水庫（三峽工程試驗(yàn)壩）上游庫尾地帶，河道走向約35176。，河谷呈不對稱“U” 形寬谷，橋軸線處河面寬約148m。主河床位于右側(cè)，寬約165m，～；左岸為灘，寬約240m，灘面高程46～55m。場地主要地貌形態(tài)為中低山～低山丘陵。左岸丘陵呈半島狀伸入陸水河中，半島長約1000m，寬度30～300m，平均坡度約20176。，崗頂高程約75m；右岸為低山地貌、基巖裸露，岸坡較陡，傾向河谷，坡度30176?！?0176。，橋臺一帶平臺地面高程58～86m。（三）地層巖性擬建橋址區(qū)出露及揭露地層為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、第四系全新統(tǒng)沖坡積層（Q4al+dl）、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Q3 al+pl）、第四系殘坡積層（Qel+dl）、二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r及石炭系上統(tǒng)黃龍組（C2h）白云質(zhì)灰?guī)r。（四）地質(zhì)構(gòu)造與地震根據(jù)歷史地震記載，以陸水水庫（三峽工程試驗(yàn)壩）主壩為中心半徑200km范圍內(nèi)，自公元前159年至公元1980年的2139年間共發(fā)生有感地震77次，其中具破壞性（M≥）的強(qiáng)震16次，主要分布于鐘祥、仙桃、麻城、黃崗、長沙、常德等地；，震中距主壩約15km，震中烈度為Ⅵ度，震源深度8km，影響到壩址區(qū)地震烈度小于Ⅵ度。由此表明本區(qū)近期屬弱震環(huán)境。1976年12月國家地震局武漢地震大隊(duì)對陸水蒲圻水利樞紐水庫地震基本烈度進(jìn)行了復(fù)核，認(rèn)為建庫時(shí)將水庫地震基本烈度定為VI度是合適的。根據(jù)國家地震局《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》（GB183062001）之規(guī)定，相應(yīng)地震基本烈度為VI度。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB500212001（2009年版）)，工程區(qū)地震基本烈度為VI度，可以不考慮砂土液化的問題。（五）水文地質(zhì)測區(qū)內(nèi)最主要的地表水為陸水水庫（三峽工程試驗(yàn)壩）區(qū)水體，其余僅為一些人工開挖的小型水塘、溝渠。測區(qū)內(nèi)沖溝不甚發(fā)育，未見經(jīng)常性水流，僅排泄季節(jié)性暫時(shí)水流。根據(jù)橋位處河水水質(zhì)分析成果，本區(qū)地表水屬HCO3Ca型水，呈弱堿性，依據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》Ⅱ類環(huán)境水判定：天然水對混凝土無結(jié)晶類腐蝕，無分解類腐蝕，無復(fù)合類腐蝕，所以天然水對混凝土無腐蝕性。4主要規(guī)程及規(guī)范（1）《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）；（2）《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D202006）；（3）《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004）；（4）《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）；（5）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63—2007）；（6）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T/F502011）； （7）《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02012008）。（8）《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D6001—2004）；（9）《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB501392004）。5 構(gòu)思宗旨（1）符合城市發(fā)展規(guī)劃，滿足交通功能需要。（2）橋梁結(jié)構(gòu)造型簡潔，輕巧，反映新科技成就，體現(xiàn)人民智慧。（3）設(shè)計(jì)方案力求結(jié)構(gòu)新穎，保證結(jié)構(gòu)受力合理，技術(shù)可靠，施工方便。（4）與高速公路的等級和周邊環(huán)境相宜。（5）學(xué)習(xí)等截面梁橋的設(shè)計(jì)過程。第二章 橋跨總體布置及結(jié)構(gòu)尺寸擬定 尺寸擬定本設(shè)計(jì)方案采用三跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，全長190m。設(shè)計(jì)主跨為90m。 橋孔分跨連續(xù)梁橋有做成三跨或者四跨一聯(lián)的，也有做成多跨一聯(lián)的，但一般不超過六跨。對于橋孔分跨，往往要受到如下因素的影響：橋址地形、地質(zhì)與水文條件，通航要求以及墩臺、基礎(chǔ)及支座構(gòu)造，力學(xué)要求，美學(xué)要求等。若采用三跨不等的橋孔布置，—，這樣可使中跨跨中不致產(chǎn)生異號彎矩，此外，邊跨跨長與中跨跨長之比還與施工方法有著密切的聯(lián)系，對于采用現(xiàn)場澆筑的橋梁。但是若采用懸臂施工法，則不然。本設(shè)計(jì)跨度，主要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書來確定，其跨度組合為：(50+90+50)米?；痉弦陨显硪?。 截面形式一、 立截面 從預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的受力特點(diǎn)來分析，連續(xù)梁的立面應(yīng)采取變高度的布置為宜。連續(xù)梁在恒、活載作用下，支點(diǎn)截面的負(fù)彎矩往往大于跨中正彎矩，因此采用變高度梁能較好的符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律。同時(shí)，采用懸臂法施工的連續(xù)梁，變高度梁又與施工時(shí)的內(nèi)力狀況相吻合。另外，變高度梁使梁體外形和諧，節(jié)省材料并增大橋下凈空。所以從已建橋梁統(tǒng)計(jì)資料分析，跨徑大于100m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋有90%以上是選用變高度梁。再者在恒、活載作用下，支點(diǎn)截面將出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩，從絕對值來看，支點(diǎn)截面的負(fù)彎矩往往大于跨中截面的正彎矩，因此，采用變高度梁能較好地符合梁的內(nèi)力分布規(guī)律，另外，變高度梁使梁體外形和諧，節(jié)省材料并增大橋下凈空變高度與等高度相比較，等高度梁的缺點(diǎn)是：在支點(diǎn)上不能利用增加梁高而只能增加預(yù)應(yīng)力束筋用量來抵抗較大的負(fù)彎矩，材料用量多。綜上所述，推薦方案采用的是變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋，其中箱梁根部梁高6m，跨中梁高3m。梁截面采用二次拋物線形，二次拋物線的變化規(guī)律與連續(xù)梁的彎矩變化規(guī)律基本相近。二、 橫截面 梁式橋橫截面的設(shè)計(jì)主要是確定橫截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁間距、主梁各部尺寸；它與梁式橋體系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美觀要求以及經(jīng)濟(jì)用料等等因素都有關(guān)系。當(dāng)橫截面的核心距較大時(shí)，軸向壓力的偏心可以愈大，也就是預(yù)應(yīng)力鋼筋合力的力臂愈大，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用。箱形截面就是這樣的一種截面。此外，箱形截面這種閉合薄壁截面抗扭剛度很大，對于彎橋和采用懸臂施工的橋梁尤為有利；同時(shí)，因其都具有較大的面積，所以能夠有效地抵抗正負(fù)彎矩，并滿足配筋要求；箱形截面具有良好的動力特性；再者它收縮變形數(shù)值較小，因而也受到了人們的重視?？傊湫谓孛媸谴?、中跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁最適宜的橫截面形式。常見的箱形截面形式有：單箱單室、單箱雙室、雙箱單室、單箱多室、雙箱多室等等。單箱單室截面的優(yōu)點(diǎn)是受力明確，施工方便，節(jié)省材料用量。拿單箱單室和單箱雙室比較，兩者對截面底板的尺寸影響都不大，對腹板的影響也不致改變對方案的取舍。本設(shè)計(jì)是一座公路連續(xù)箱形梁，采用的橫截面形式為單箱單室。 梁高根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的中支點(diǎn)主梁高度與其跨徑之比通常在1/15—1/25之間，而跨中梁高與主跨之比一般為1/40—1/50之間。當(dāng)建筑高度不受限制時(shí)，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樵龃罅焊咧皇窃黾痈拱甯叨?，而混凝土用量增加不多，卻能顯著節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量。連續(xù)梁在支點(diǎn)和跨中的梁估算值：等高度梁： H=（～）l，常用H=（～）l變高度（曲線）梁：支點(diǎn)處：H=（～）l，跨中H=（～）l變高度（直線）梁：支點(diǎn)處：H=（～）l，跨中H=（～）l而此設(shè)計(jì)采用變高度的直線梁，支點(diǎn)處梁高為6米，跨中梁高為3米。 細(xì)部尺寸一、 頂板與底板 箱形截面的頂板和底板是結(jié)構(gòu)承受正負(fù)彎矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和構(gòu)造兩個(gè)方面的控制。支墩處底版還要承受很大的壓應(yīng)力，一般來講：變截面的底版厚度也隨梁高變化，墩頂處底板為梁高的1/101/12，跨中處底板一般為200底板厚最小應(yīng)有120。箱梁頂板厚度應(yīng)滿足橫向彎矩的要求和布置縱向預(yù)應(yīng)力筋的要求。本設(shè)計(jì)中采用雙面配筋，且底板由支點(diǎn)處以拋物線的形式向跨中變化。底板在支點(diǎn)處設(shè)計(jì)為實(shí)心箱型截面,。二、 腹板和其它細(xì)部結(jié)構(gòu)1. 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力梁中，因?yàn)閺澥鴮ν饧袅Φ牡窒饔茫约魬?yīng)力和主拉應(yīng)力的值比較小，腹板不必設(shè)得太大；同時(shí)，腹板的最小厚度應(yīng)考慮力筋的布置和混凝土澆筑要求，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為：（1） 腹板內(nèi)無預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，采用200mm。（2） 腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋管道時(shí)，采用250—300mm。（3） 腹板內(nèi)有錨頭時(shí)，采用250—300mm。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，腹板厚度可從跨中逐步向支點(diǎn)加寬，以承受支點(diǎn)處交大的剪力，一般采用300—600mm，甚至可達(dá)到1m左右。腹板厚度：0號梁段及1～6號梁段為70cm， 8號梁段由70cm線性變化至40cm， 9～11號梁段及邊跨現(xiàn)澆段為40cm。2. 橫隔梁橫隔梁可以增強(qiáng)橋梁的整體性和良好的橫向分布，同時(shí)還可以限制畸變；支承處的橫隔梁還起著承擔(dān)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(shè)置橫隔梁，甚至不設(shè)置中間橫隔梁而只在支座處設(shè)置支承橫隔梁。因此本設(shè)計(jì)沒有加以考慮，而且由于中間橫隔梁的尺寸及對內(nèi)力的影響較小，在內(nèi)力計(jì)算中也可不作考慮?？缰薪孛婕爸兄c(diǎn)截面示意圖如下所示：（單位為cm） 跨中處 主梁分段與施工階段的劃分主梁的分段應(yīng)該考慮有限元在分析桿件時(shí)，分段越細(xì)，計(jì)算結(jié)果的內(nèi)力越接近真實(shí)值，并且兼顧施工中的實(shí)施，所以本橋博的設(shè)計(jì)分為196個(gè)單元。主梁施工方法 ：主梁采用懸臂澆筑法施工，箱梁均采用懸臂澆筑、泵送現(xiàn)澆砼施工。 全橋橋博建模簡圖 第三章 作用效應(yīng)計(jì)算公路橋涵設(shè)計(jì)采用的作用分為永久作用、可變作用、偶然作用，本例主梁作用效應(yīng)僅考慮永久作用和可變作用，不考慮偶然作用效應(yīng)。配置預(yù)應(yīng)力鋼束之前，各種作用內(nèi)力均按毛截面計(jì)算?；谟谰米饔眯?yīng)（1結(jié)構(gòu)自重2收縮徐變次內(nèi)力3基礎(chǔ)變位作用次內(nèi)力）、和可變作用效應(yīng)（1汽車荷載內(nèi)力2溫度作用次內(nèi)力）進(jìn)行效應(yīng)組合得出以下表格和內(nèi)力圖承載能力極限狀態(tài)荷載組合I內(nèi)力結(jié)果:單元號 = 1, 左節(jié)點(diǎn)號 = 1內(nèi)力性質(zhì) 最大軸力(KN) 最小軸力(KN) 最大剪力(KN) 最小剪力(KN) 最大彎矩()最小彎矩()軸力 +000 +000 +000 +000 +000 +000剪力 +000 +000 +000 +003 +000 +000彎矩 +000 +000 +000 +000 +000 +000單元號 = 1, 右節(jié)點(diǎn)號 = 2內(nèi)力性質(zhì)