預應力混凝土連續(xù)梁畢業(yè)設計（含外文翻譯）

1、<p>　?。?0+40+20）m預應力混凝土連續(xù)梁結構設計</p><p>　　The Construction Design of the (20+40+20)m Prestressed concrete continuous beam </p><p>　　2012 屆 高等技術 學院</p><p>　　專 業(yè) 道路橋梁工程技

2、術</p><p>　　學 號 20095116 </p><p>　　學生姓名 1 2 3 </p><p>　　指導教師 2 2 </p><p>　　完成日期 2012年5月28日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書<

3、/b></p><p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設計主要是關于公路預應力混凝土連續(xù)梁橋上部結構的設計。設計跨度 (20+40+20)m。本設計采用國內著名的有限元分析軟件——邁達斯計算,全橋共分40個單元，41個截面，兩個施工階段。因為連續(xù)

4、梁的內力與其施工方法密切相關，本設計采用滿堂支架法施工。這種施工方法操作比較簡單，相比其他方法從經濟效益上講也比其他方法更有優(yōu)勢，而且施工質量易得到保證。</p><p>　　計算過程中由于涉及到大量的數字運算，采用手算比較繁瑣，并且準確性得不到保證，因此采用計算機輔助設計。設計中使用了邁達斯來計算內力,并且初步估算配筋量和進行初步驗算。但為了提高設計可靠性，最終還會通過以Excel電子表格計算、AutoCAD輔

5、助軟件進行手算，使自己的設計能力有較大的提升。</p><p>　　關鍵詞：預應力混凝土連續(xù)梁橋; 邁達斯; 滿堂支架法 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This graduate design is mainly about the design of the superstructure o

6、f the road prestressed concrete continuous bridge. The span of the bridge is 20m+40m+20m.This design adopts the domestic famous analytical software—MIDAS.The bridge is divided totally into 40units、41 sections and 2 const

7、ruction stages. Because of the internal force of the continuous girder bridge relating to the method of construction closely, the method of construction of this design adopts the full scaffold construction met</p>

8、<p>　　Because this design involving a great deal of numerical calculation, it's too tedious to work by hand and the accuracy assuranced hardly. So it restores to CAD. Many bridge specialized software are applie

9、d, such as MIDAS applied in calculation of internal forces. and the initial estimate amount of reinforcing steel and initial checking. However, in order to improve design reliability, this will eventually be calculated b

10、y the Excel, AutoCAD and other auxiliary software by hand, developing design</p><p>　　Key word: Prestressed Concrete Continuous Bridge, MIDAS , Full Scaffold Construction</p><p><b>　　目錄&l

11、t;/b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2 預應力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展1</p><p>　　1.2.1 國內外預應力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展狀況1</p><p&g

12、t;　　1.2.2預應力混凝土結構的特點3</p><p>　　第2章 橋梁的總體設計概況4</p><p>　　2.1設計基本資料4</p><p>　　2.1.1總體設計4</p><p>　　2.1.2 主要技術標準4</p><p>　　2.1.3 主要材料4</p><p&g

13、t;　　2.1.4 設計依據4</p><p>　　2.2橋型及縱橫斷面布置5</p><p>　　2.2.1橋型布置及孔徑劃分5</p><p>　　2.2.2截面形式與截面尺寸5</p><p>　　第3章 模型建立及結果分析7</p><p>　　3.1 MIDAS的建模說明7</p>

14、<p>　　3.1.1 MIDAS的介紹7</p><p>　　3.1.2 MIDAS的建模步驟7</p><p>　　3.2恒載內力計算11</p><p>　　3.2.1恒載內力計算11</p><p>　　3.2.2活載內力計算12</p><p>　　3.2.3鋼束的布置與計算14&

15、lt;/p><p>　　第4章 預應力損失及有效應力的計算21</p><p>　　4.1預應力損失的計算21</p><p>　　4.1.1摩阻損失21</p><p>　　4.1.2錨具變形損失22</p><p>　　4.1.3混凝土的彈性壓縮22</p><p>　　4.1.4鋼束

16、松弛損失22</p><p>　　4.1.5收縮徐變損失23</p><p>　　4.2有效預應力的計算23</p><p>　　第5章 預加力產生的次內力及內力組合25</p><p><b>　　5.1原理25</b></p><p>　　5.2計算方法26</p>

17、<p>　　5.2.1等效荷載法26</p><p>　　第6章內力組合27</p><p>　　6.1承載能力極限狀態(tài)下的效應組合27</p><p>　　6.2正常使用極限狀態(tài)下的效應組合32</p><p>　　第7章 主梁截面驗算40</p><p>　　7.1正截面抗彎承載力驗算40&

18、lt;/p><p>　　7.2 持久狀況正常使用極限狀態(tài)應力驗算41</p><p>　　7.2.1 正截面抗裂驗算（法向拉應力）41</p><p>　　7.2.2 斜截面抗裂驗算（主拉應力）43</p><p>　　7.2.3 使用階段預應力混凝土受壓區(qū)混凝土最大壓應力驗算44</p><p>　　7.2.4

19、 預應力鋼筋中的拉應力驗算45</p><p>　　7.2.5 混凝土的主壓應力驗算45</p><p>　　7.3 短暫狀況預應力混凝土受彎構件應力驗算45</p><p>　　第8章 結束語47</p><p><b>　　參考文獻48</b></p><p><b>　　

20、致謝49</b></p><p><b>　　附錄50</b></p><p><b>　　外文翻譯50</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p>&

21、lt;p>　　隨著經濟建設的迅速發(fā)展，我國城市交通的橋梁建設也進入迅速發(fā)展時期。</p><p>　　預應力混凝土連續(xù)梁優(yōu)于普通鋼筋混凝土連續(xù)梁的另一重要特點，就是它可以有效地避免混凝土開裂，特別是處于負彎矩區(qū)的橋面板的開裂。</p><p>　　與預應力混凝土T形剛構橋相比，連續(xù)梁橋的下部結構受力和構造簡單，節(jié)省材料，加之它具有變形和緩、伸縮率小、剛度大、行車平穩(wěn)、超載能力大、養(yǎng)護

22、簡便等優(yōu)點，尤其是懸臂施工法、頂推法、逐跨施工法在連續(xù)梁橋中的應用，這種充分應用預應力技術的優(yōu)點使施工設備機械化，生產工廠化，從而提高了施工質量，降低了施工費用。所以在近代橋梁建筑中已得到越來越多的應用。</p><p>　　連續(xù)梁是超靜定結構，基礎不均勻沉降將在結構中產生附加內力，因此，對橋梁基礎要求較高，通常宜用于地基較好的場合。此外，箱梁截面局部溫差，混凝土收縮、徐變及預加應力均會在結構中產生附加內力，增加

23、了設計計算的復雜程度。</p><p>　　本橋段采用滿堂支架法施工，滿堂腳手架又稱作滿堂紅腳手架，是一種搭建腳手架的施工工藝。本橋段是一級公路上一座預應力混凝土等截面連續(xù)梁橋（跨徑同設計題目），橫橋向寬度為12.5m，單箱單室，下部結構采用實體墩，灌注樁基礎。橋梁設計基準期100年，結構設計安全等級一級，A類構件，可變荷載：汽車荷載：公路—Ⅰ。</p><p>　　1.2 預應力混凝土

24、連續(xù)梁橋的發(fā)展</p><p>　　1.2.1 國內外預應力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展狀況</p><p>　　連續(xù)梁是一種古老的結構體系，它具有變形小，結構剛度好、行車平順舒適，伸縮縫少，養(yǎng)護簡易，抗震能力強等優(yōu)點。而在50年代前，預應力混凝土連續(xù)梁雖是常被采用的一種體系，但跨徑均在百米以下。當時主要采用滿堂支架施工，費工費時，限材了它的發(fā)展。50年代后，預應力混凝土橋梁應用懸臂施工方法后，

25、加速了它的發(fā)展步伐。預應力錨具結構的懸臂體系和懸臂施工方法相結合產生了T型剛構，在60年代，跨徑100-200m范圍內，幾乎是大跨預應力混凝土梁橋中的優(yōu)勝方案。早期有典型意義的橋梁便是聯邦德國1953年建造的胡爾姆斯橋和1954年建成的科布倫茨(Koblenz)橋。然而，這種結構，由于中間帶鉸，并對混疑土徐變，收縮變形估計不足，又因溫度影響等因素使結構在鉸處形成明顯折線變形狀態(tài)，對行車不利。因此，對行車條件有利的連續(xù)梁獲得了新的發(fā)展。對

26、中跨預應力混凝土連續(xù)梁，在60年代初期，逐跨架設法與頂推法(F.Leonhardt所創(chuàng)建)的應用，對大跨預應力混凝土連續(xù)梁，各種更完善的懸針施工方法的應用，使連續(xù)梁廢棄了昂貴的滿堂的施工方法而代之以經濟有效的高度機械化施工方法，從而使連續(xù)梁方案獲得新的競爭力，逐步在40-20</p><p>　　無論是城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨越寬闊河流的大橋，預應力混凝土連續(xù)梁都發(fā)揮了它的優(yōu)勢，往往取代其它體系而

27、成為中選的優(yōu)勝方案。</p><p>　　預應力混凝土連續(xù)梁在中等跨徑范圍，它更是千姿百態(tài)。無論在橋跨布置、梁、墩赴面形式，或是在體系上(吸取其它結構的優(yōu)點)不斷改進橋型布置，例如V形墩的連續(xù)梁體系、雙薄壁墩連續(xù)梁體系。值得一提的是法國的SetubedLogoon橋，主跨130m的五跨連續(xù)染，中間墩采用雙薄壁結構，雙壁相距10m，壁厚僅0.5m。</p><p>　　預應力混凝土連續(xù)梁在4

28、0-60m的范圍，已可以說占絕對優(yōu)勢。頂推法、移動模架法、逐孔架設法等施工方法經濟快速，廣泛應用也是關鍵因素。如瑞士的Beckenried高架橋，總長3048m，標準跨徑55m。</p><p>　　連續(xù)梁的橫截面形式在小跨徑的城市高架橋中，為求最小建筑高度，常選用板式或肋板式截面，而在中、大跨徑主要采用箱式截面。但總的發(fā)展趨勢是盡可能加長懸臂橋面板而選用單箱截面，以達到快速施工的目的。在這種單箱截面的錨具結構中

29、，往往采用三向預應力工藝。</p><p>　　預應力混凝土連續(xù)梁用干城市橋梁，為充分利用空間，并改善交通的分道行駛，已建成不少雙層橋面的型式。在這方面的一個突出例子是1980年在維也納市多瑙河上新建的帝國(New Rei-chs)橋。該橋為10跨，主跨為169.61m，橫截面為兩個分離并列的單室箱梁，箱頂面為公路橋面，箱內通過地下鐵道，箱外挑出人行道，地下鐵的車站設在橋上，為方便乘客上下，箱壁在每跨上開有五個大

30、洞。這座橋另一特點是采用部分預應力混凝土設計理論的概念進行設計，在橋軸方向施加有限預應力，在頂板及底板的橫向施加部分預應力。</p><p>　　1.2.2預應力混凝土結構的特點</p><p>　　優(yōu)點：1、抗裂性好，剛度大。由于對構件施加預應力，大大推遲了裂縫的出現，在使用荷載作用下，構件可不出現裂縫，或使裂縫推遲出現，所以提高了構件的剛度，增加了結構的耐久性。2、節(jié)省材料，減小自重。

31、其結構由于必須采用高強度材料，因此可減少鋼筋用量和構件截面尺寸，節(jié)省鋼材和混凝土，降低結構自重，對大跨度和重荷載結構有著明顯的優(yōu)越性。3、提高構件的抗剪能力。試驗表明，縱向預應力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著構件斜裂縫的出現與開展，又由于預應力混凝土梁的曲線鋼筋（束）合力的豎向分力將部分地抵消剪力。4、提高受壓構件的穩(wěn)定性。當受壓構件長細比較大時，在受到一定的壓力后便容易被壓彎，以致喪失穩(wěn)定而破壞。如果對鋼筋混凝土柱施加預應力，使縱向受力鋼

32、筋張拉得很緊，不但預應力鋼筋本身不容易壓彎，而且可以幫助周圍的混凝土提高抵抗壓彎的能力。5、提高構件的耐疲勞性能。因為具有強大預應力的鋼筋，在使用階段因加荷或卸荷所引起的應力變化幅度相對較小，故此可提高抗疲勞強度，這對承受動荷載的結構來說是很有利的。</p><p>　　缺點：1、工藝較復雜，對質量要求高，因而需要配備一支技術較熟練的專業(yè)隊伍。2、需要有一定的專門設備，如張拉機具、灌漿設備等。3、預應力混凝土結構

33、的開工費用較大，對構件數量少的工程成本較高。</p><p>　　第2章 橋梁的總體設計概況</p><p><b>　　2.1設計基本資料</b></p><p><b>　　2.1.1總體設計</b></p><p>　　本橋為等截面預應力混凝土連續(xù)梁橋（20m+40m+20m），橫橋向寬度為

34、12.5m，單箱單室，下部結構采用實體墩，灌注樁基礎。</p><p>　　2.1.2 主要技術標準</p><p>　　1）橋梁設計基準期100年；</p><p>　　2）結構設計安全等級一級，A類構件；</p><p>　　3）可變荷載：汽車荷載：公路—Ⅰ級</p><p>　　2.1.3 主要材料</p&

35、gt;<p>　　1）、混凝土：主梁采用：C60混凝土；橋面鋪裝：C55鋼纖維混凝土及瀝青混凝土；墩身、蓋梁：C40混凝土；承臺：C35混凝土。樁基礎：C30 混凝土。</p><p>　　2）、鋼筋：預應力鋼筋采用φS15.2低松弛高強度鋼絞線；普通鋼筋：受力鋼筋采用HRB335鋼筋，構造鋼筋采用HPB235鋼筋；鋼材：鋼板為Q235鋼，錨頭及附件采用定型產品。</p><p&

36、gt;　　2.1.4 設計依據</p><p>　　1．《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2004)；</p><p>　　2．《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)； </p><p>　　3．《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）；</p><p>　　4．《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》

37、（JTJ 024—85）；</p><p>　　5．《公路工程抗震設計規(guī)范》（JTJ 004—89）；</p><p>　　6．范立礎主編：《預應力混凝土連續(xù)梁橋》.北京:人民交通出版社，1988；</p><p>　　7．廖元裳主編：《鋼筋混凝土橋》.北京:，中國鐵道出版社，1990；</p><p>　　8．徐岳等編著：《預應力混凝土連續(xù)

38、梁橋設計》.北京:人民交通出版社，2000；</p><p>　　9．邵容光主編：《結構設計原理》.北京:人民交通出版社,1996；</p><p>　　10．李廉錕主編：《結構力學》-3版.北京:人民交通出版社,1996；</p><p>　　11．姚玲森主編：《橋梁工程》.北京人民交通出版社，2002。</p><p>　　2.2橋型及縱

39、橫斷面布置</p><p>　　2.2.1橋型布置及孔徑劃分</p><p>　　此橋為（20+40+20）m。</p><p>　　圖2-1橋梁跨徑示意圖</p><p>　　2.2.2截面形式與截面尺寸</p><p>　　界面采用單箱單室。梁高2m,高跨比，橋面全寬為12.5m。采用滿堂支架發(fā)施工。為了滿足施工要

40、求，截面箱梁頂板厚度d1=0.305m,箱梁底板厚度d2=0.26m,腹板厚度為0.5m。</p><p>　　第3章 模型建立及結果分析</p><p>　　3.1 MIDAS的建模說明</p><p>　　3.1.1 MIDAS的介紹</p><p>　　在當今的結構計算中采用的通用軟件比較多，如ANSYS，SAP2000等，橋梁專用

41、軟件有MIDAS CIVIL、BSAS以及橋博等，它們在結構計算中各有其特點。</p><p>　　MIDAS/Civil是個通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結構、地下結構、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等分析與設計。特別是針對橋梁結構，MIDAS/Civil結合國內的規(guī)范與習慣，在建筑、分析、后處理、設計等方面提供了很多便利的功能。MIDAS/Civil的主要特點如下：提供菜單、表格、文本、導入CAD和部分

42、其他程序文件等靈活多樣的建模功能，從而使用戶的工作效率達到最高。提供剛構橋、板型橋、暗箱暗渠、頂推法橋梁、懸臂法橋梁、移動支架/滿堂支架法橋梁、懸索橋、斜拉橋的建模助手。在后處理中，可以根據設計規(guī)范自動生成荷載組合，也可以添加和修改荷載組合?？梢暂敵龈鞣N反力、位移、內力和應力的圖形、表格和文本。用MIDAS進行結構內力計算時，充分考慮了結構的空間性，并且能準確的模擬桿件間的剛性連接、溫度效應對結構的影響以及支座沉降對結構影響等，采用有限

43、元分析軟件能更加準確、更加快捷的計算結構的內力?？稍谶M行結構分析后對多種形式的梁、桿截面進行設計和驗算。</p><p>　　3.1.2 MIDAS的建模步驟</p><p>　　3.1.2.1 選取結構類型及材料的定義</p><p>　　橋跨結構是一個空間結構，所以在建模時采用了3-D結構類型。在MIDAS中定義材料的方法主要有調用數據庫資料和用戶直接輸入材

44、料有關特性值兩種。這里定義的材料是采用調用數據庫的方法，定義混凝土材料：首先選擇混凝土，然后選擇規(guī)范JTG04（RC），最后在數據庫中選擇C60，這樣混凝土材料的定義就完成了(如圖3-1)。</p><p>　　3.1.2.2 截面數據的輸入</p><p>　　根據設計的截面，通過用戶選項，把各項數值輸入進去。界面采用PSC-數值，從PSC中導入截面，填入相應的設計參T1=30.5cmT

45、2=26cm,BT=600cm,HT=171.75cm,驗算用扭轉厚為50cm，z1=110cm，z3=71cm。（如圖3-3）</p><p>　　3.1.1.3 使用節(jié)點和單元建立模型</p><p>　　在MIDAS中選擇節(jié)點建立，根據設計的橋梁概況對應的距離建立節(jié)點，同時也采用了捕捉柵格網、鏡像、復制已有節(jié)點等方法來完成節(jié)點的建立。然后利用節(jié)點建立單元，分別采用了連接已有節(jié)點建立

46、單元，對已有單元進行復制，擴展已有節(jié)點等方法建立新的單元。全橋概圖如圖3-3。</p><p><b>　　圖3-3橋梁模型</b></p><p>　　3.1.1.4 邊界條件的建立</p><p>　　本橋跨包括4個支座：采用一般支撐，第一三四個支座限制yz方向的平動以及xz方向的轉動。第二個支座限制xyz方向的平動以及xz方向的轉動。（

47、如圖3-4）</p><p><b>　　圖3-4支座示意圖</b></p><p>　　3.1.1.5 輸入靜力荷載</p><p>　　MIDAS/Civil 對結構的自重荷載可以通過程序來自動計算。程序計算自重的依據是材料的容重、截面面積、單元構件長度、自重系數來自動計算結構自重。在定義自重時，首先要定義自重荷載的荷載工況名稱，并定義自

48、重所屬的荷載組，然后輸入自重系數即可。對于荷載系數，通常在Z方向輸入-1即可，因為通?？紤]的模型的重力作用方向都是豎直向下，而程序默認的整體坐標系Z的正方向是豎直向上的。如果自重作用時考慮結構的容重與材料定義時的容重不同，這里自重系數只要輸入計算自重時要考慮的容重與材料定義的容重之比就可以了。</p><p>　　圖3-5輸入靜力荷載</p><p>　　3.1.1.6 輸入汽車活載&l

49、t;/p><p>　　(1)定義規(guī)范：移動荷載規(guī)范（china）。</p><p>　　(2)定義車道：本設計為雙向車道，設計時使荷載加載在系梁梁上，選擇車道單元，分配給系梁單元。</p><p>　　(3)定義車輛：選擇公路工程技術標準，添加標準荷載。</p><p>　　3.1.2.7 溫度荷載的施加</p><p>

50、　　橋梁結構當要考慮溫度作用時，應根據當地的具體情況、結構物使用的材料和施工條件等因素計算由溫度作用引起的結構效應。計算橋梁結構因均勻溫度作用引起的變形時，應從受到約束時的結構溫度開始，考慮溫度的作用效應。本設計在考慮橋跨結構由溫度梯度引起的荷載效應時，只考慮了梁上下截面溫差為-0.5℃。</p><p><b>　　3.2恒載內力計算</b></p><p>　　3

51、.2.1恒載內力計算</p><p>　　連續(xù)梁恒載內力，包括主梁自重（前期橫在）引起的內力和后期恒載（如橋面鋪裝或道砟和線路上部重、人行道、欄桿、燈柱等）引起主梁后期恒載內力。</p><p>　　主梁自重是在結構逐步形成的過程中作用于橋上的，他的計算與施工方法有密切關系對施工過程中有體系轉換的連續(xù)梁，其自重內力應考慮體系轉換的影響。本橋采用支架法施工不存在體系轉換。</p>

52、<p>　　圖3-6梁結構自重圖</p><p>　　3.2.2活載內力計算</p><p>　　活載作用于橋上時，橋梁已經成為最終的結構體系，其產生的內力可有內力影響線按最不利位置布置荷載，計算步驟與簡支梁基本相同。</p><p>　　3.2.2.1計算方法</p><p>　　活載內力計算為基本可變荷載(公路一Ⅰ級)在橋梁

53、使用階段所產生的結構內力。采用影響線最不利進行加載計算。</p><p>　　3.2.2.2車道橫向折減</p><p>　　荷載橫向分布指的是作用在橋上的車輛荷載如何在各主梁之間進行分配，或者說各主梁如何分擔車輛荷載。本設計按一片梁二車道進行設計的，橫向分布系數取車道數與車道橫向折減系數的積。</p><p>　　3.2.2.3沖擊系數的計算</p>

54、<p>　　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、結構類型是否有差別，也不管結構尺寸與跨徑是否有差別，只要橋梁結構的基頻相同，在同樣條件的汽車荷載下，就能得到基本相同的沖擊系數。</p><p>　　橋梁的自振頻率（基頻）宜采用有限元方法計算，將荷載轉化為質量：模型，質量，將荷載轉化為質量，確認。將自重轉化為質量：模

55、型，結構類型，確認。特性值分析控制：分析，特性值分析控制（振型數量：50），確認。查看頻率值：結果，周期與振型</p><p><b>　　圖3-7自振頻率</b></p><p>　　對于連續(xù)梁結構，當無更精確方法計算時，也可采用下列公式估算：</p><p>　?。?-1） </p><p>　

56、?。?-2） </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——結構的計算跨徑（m）；</p><p>　　——結構材料的彈性模量（N/m2）；</p><p>　　——結構跨中截面的截面慣矩（m4）；</p><p>　　——結構跨中處

57、的單位長度質量（kg/m）；</p><p>　　——結構跨中處延米結構重力（N/m）；</p><p>　　——重力加速度，g=9.81m/s2；</p><p>　　3.2.3鋼束的布置與計算</p><p>　　3.2.3.1計算原理</p><p>　　全預應力混凝土連續(xù)梁在預加力和荷載的共同作用下應力狀態(tài)應滿

58、足的基本條件是：截面上的預壓應力應大于荷載引起的拉應力，預壓應力與荷載引起的壓應力之和應小于混凝土的允許壓應力，或為在任意階段，全截面承壓，截面上不出現拉應力，同時截面上最大應力小于允許壓應力。</p><p>　　圖3－8 截面受力狀態(tài)</p><p>　　對于截面上緣寫成計算式為：</p><p><b>　　（3-3）</b></p

59、><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　對于截面下緣</b></p><p><b>　?。?-5） </b></p><p>　?。?-6） </p><p><b>

60、;　　其中</b></p><p>　　——由預應力產生的應力；</p><p>　　——截面上下抗彎模量；</p><p>　　——混凝土軸心抗壓強度標準值，取。</p><p>　　、項的符號當為正彎矩時取正值，當為負彎矩時取負值，且按代數值取大小。</p><p>　　一般情況下，由于梁截面較高，受壓

61、區(qū)面積較大，上緣和下緣的壓應力不是控制因素，為簡便計，可只考慮上緣和下緣的拉應力的這個限制條件。</p><p>　　公式（3-5）變?yōu)?（3-7）</p><p>　　公式（3-7）變?yōu)?（3-8）</p><p>　　由預應力

62、鋼束產生的截面上緣應力和截面下緣應力分為三種情況討論：</p><p>　　(1)截面上下緣均配有力筋Ny上和Ny下以抵抗正負彎矩</p><p>　　由力筋Ny上和Ny下在截面上、下緣產生的壓應力分別為：</p><p>　　（3-9） </p><p><b>　?。?-10）</b>&l

63、t;/p><p>　　將式（3-7）、（3-8）分別代入式（3-7）(3-8)，解聯立方程后得到</p><p><b>　　(3-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　令 </b></p><p

64、>　　代入式（3-10）（3-11）中得到</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　將式（3-3）、（3-5）分別代入式（3-13）（3-14）即可得按截面上下緣混凝土不出現拉應力所需的預應力鋼筋數目，顯然該值為截面的最小配筋值，分別記為

65、NSmin、NXmin，則為</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　同理，將式（3-4）、（3-6）分別代入式（3-13）、（3-14）可得截面上下緣混凝土不致壓碎所需的預應力鋼筋數目，顯然，該值為截面的最大配筋值。</p>&

66、lt;p><b>　　式中：</b></p><p>　　——每束預應力筋的面積；</p><p>　　——預應力筋的永存應力；</p><p>　　——預應力力筋重心離開截面重心的距離；</p><p>　　A——混凝土截面面積，可取毛截面計算；</p><p>　　n——截面邊緣預應力鋼

67、筋的數目；</p><p>　　K——截面的核心距； </p><p>　　(2)只在截面下緣布置預應力鋼筋</p><p>　　由下緣預應力鋼筋在截面上、下緣產生的應力分別為：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　?。?-18）</b&g

68、t;</p><p>　　將式（3-3）代入式（3-15）、（3-16）分別解得：</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　（3-20）</b></p><p>　　可求出當上下緣不出現拉應力時截面下緣所需的預應力鋼筋數量，記為Nx，則有： </p&g

69、t;<p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　(3)只在截面上緣布置預應力筋</p><p>　　由上緣預應力鋼筋在截面上、下產生的應力分別為：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　?。?-23）</b>

70、</p><p>　　將式（3-1）代入式（3-13）、（3-14）分別解得：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>　　可求出當上下緣不出現拉應力時截面下緣所需的預應力鋼筋數量，記為NS，則有： </p>

71、<p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　3.2.2.3預應力鋼束估算</p><p>　　根據正截面抗裂要求，確定預應力鋼筋數量。為滿足抗裂要求，所需有效預加力為：</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p><b>　?。?-28）&

72、lt;/b></p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　采用有限元軟件分析，用邁達斯截面特性計算器查詢上式中各個數值。最終帶入數值求得所需預應力鋼絞線的面積為7376。</p><p><b>　　圖3-8截面特性</b></p><p>　　3.2.2.4縱向預應

73、力鋼筋布置</p><p>　　縱向預應力鋼束受力特點：預應力鋼筋布置主要根據成橋和施工階段的受力狀態(tài)確定，同時考慮截面的構造，施工工藝和方法等?？v向預應力鋼筋是主要受力鋼筋，既要考慮結構的整體受力，也要考慮受力的局部影響，還要考慮施工和操作的方便。在箱形截面內縱向預應力筋可以布置在頂板內承受負彎矩；布置在底板內承受正彎矩；在分段施工和分段配筋中，有頂板束在頂板內平彎后通過腹板下彎錨固，以承受截面的主拉應力。在邊

74、跨現澆段可以布置底板束起彎進入腹板錨固在梁端上，以承受梁端腹板截面的主拉應力</p><p>　　縱向預應力鋼束布置原則：連續(xù)梁預應力鋼束的配置不僅要滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62-2004)構造要求，還應考慮以下原則：</p><p>　　(1)應選擇適當的預應力束的型式與錨具型式。對不同跨徑的梁橋結構，要選用預加力大小恰當的預應力束，以達到合理的布置型

75、式。</p><p>　　(2)應力束的布置要考慮施工的方便，也不能像鋼筋混凝土結構中任意切斷鋼筋那樣去切斷預應力束，而導致在結構中布置過多的錨具。</p><p>　　(3)預應力束的布置，既要符合結構受力的要求，又要注意在超靜定結構體系中避免引起過大的結構次內力。</p><p>　　(4)預應力束的布置，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、

76、施工方法的選擇都有密切關系。</p><p>　　(5)預應力束應避免合用多次反向曲率的連續(xù)束，因為這會引起很大的摩阻損失，降低預應力束的效益。</p><p>　　(6)預應力束的布置，不但要考慮結構在使用階段的彈性力狀態(tài)的需要，而且也要考慮到結構在破壞階段時的需要。</p><p>　　(7)預應力束筋布置應滿足構造要求，如孔道中心最小距離，錨具中心最小距離，最

77、小曲線半徑等。</p><p>　　(8)注意鋼束平、豎彎曲線的配合及鋼束之間的空間位置，鋼束一般應盡量早地平彎，在錨固前豎彎。特別應注意豎彎段上、下層鋼束不要沖突，還應滿足孔道凈距的要求。</p><p>　　(9)鋼束應盡量靠近腹板布置，這樣可使預應力以較短的傳力路線分布在全截面上，有利于降低預應力傳遞過程中局部應力的不利影響；能減小鋼束的平彎長度，能減小橫向內力；能充分利用承托布束，

78、有利于截面的輕型化。</p><p>　　(10)鋼束的線形種類盡量減少，以便于計算和施工。</p><p>　　(11)盡量加大曲線半徑，以便于穿束和壓漿。</p><p>　　(12)分層布束時，應使管道上下對齊，這樣有利于混凝土澆筑與振搗，不可利用梅花形布置。</p><p>　　(13)盡量以S型曲線錨固于設計位置，以消除錨固點產生的

79、橫向力；</p><p>　　(14)頂板束的布置還應遵循以下原則：</p><p>　　①鋼束應盡量靠截面上緣布置，以極大發(fā)揮其力學效應；</p><p>　　②分層布束時，應使長束布置在上層。首先，因為先錨固短束，后錨固長束，只有這樣布置才不會發(fā)生干擾；其次，長束通過的梁段多，放在頂層能充分發(fā)揮其力學效應；再次，較長束在施工中管道出現質量問題的機率較高，放在頂層

80、處理比較容易些。</p><p>　　圖3-9預應力鋼束縱向布置圖</p><p>　　豎向與橫向預應力鋼筋的設置原則：（1）豎向預應力鋼筋：豎向預應力鋼筋的布置主要是為了提高截面的抗剪能力。豎向預應力鋼筋主要布置在箱梁截面的腹板內，盡可能沿腹板的中軸布置。豎向預應力鋼筋一般采用高強精軋螺紋粗鋼筋，豎向直線配置。也可以將預應力鋼筋和鋼絞線作為豎向預應力，在預留孔道內按后張法張拉。豎向預應力

81、順橋向間距布置不僅取決于使用階段和施工階段的結構內力，而且與選用的施工方法有關，在施工中?？紤]利用豎向預應力筋作為懸臂掛籃的后錨裝置。（2）橫向預應力鋼筋：對于梁較寬，頂板翼緣伸臂較長時，必須進行橫向計算,進行橫向預應力筋的布置。橫向預應力一般施加在截面的頂板內或橫隔板內。箱梁橫向預應力采用平行鋼絲或鋼絞線，采用直線或曲線布筋，根據受力需要和構造情況而定。為了減小頂板的厚度，可在頂板內采用扁錨體系?？紤]到橫隔板對橋面預應力的約束影響，也

82、可在橫隔板內施加預應力以補償橫隔板約束影響。</p><p>　　第4章 預應力損失及有效應力的計算</p><p>　　根據《橋規(guī)》（JTG D62-2004）第6.2.1條規(guī)定，預應力混凝土構件在正常使用極限狀態(tài)計算中，應考慮由下列因素引起的預應力損失：</p><p>　　預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦 σl4</p>

83、<p>　　錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮 σl2</p><p>　　預應力鋼筋與臺座之間的溫差 σl3</p><p>　　混凝土的彈性壓縮 σl4</p><p>　　預應力鋼筋的應力松弛

84、 σl5</p><p>　　混凝土的收縮和徐變 σl6</p><p>　　4.1預應力損失的計算</p><p>　　預應力損失包括： 摩阻損失、錨具變形及鋼筋回縮、混凝土的彈性壓縮、預應力筋的應力松弛、混凝土的收縮與徐變等5項。</p><p><b>　　4.1.1摩阻損失&

85、lt;/b></p><p>　　預應力鋼筋與管道之間摩擦引起的應力損失可按下式計算：</p><p><b>　　(4.1.1-1)</b></p><p>　　σcon——張拉鋼筋時錨下的控制應力（=0.75）,</p><p>　　μ——預應力鋼筋與管道壁的摩擦系數，對金屬波紋管，取0.2</p>

86、<p>　　θ——從張拉端至計算截面曲線管道部分切線的夾角之和，以rad計，</p><p>　　k——管道每米局部偏差對摩擦的影響系數，取0.0015</p><p>　　x——從張拉端至計算截面的管道長度,以米計。</p><p><b>　　表4-1摩擦系數表</b></p><p>　　4.1.2錨

87、具變形損失</p><p>　　由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失，可按下式計算：</p><p><b>　　(4.1.2-1)</b></p><p>　　l——錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值；統(tǒng)一取6mm.</p><p>　　L——預應力鋼筋的有效長度；</p><p>　　EP

88、——預應力鋼筋的彈性模量。取195GPa。</p><p>　　4.1.3混凝土的彈性壓縮</p><p>　　后張預應力砼構件的預應力鋼筋采用分批張拉時，先張拉的鋼筋由于張拉后批鋼筋所產生的砼彈性壓縮引起的應力損失，可按下式計算</p><p><b>　　(4.1.3-1)</b></p><p>　　——在先張拉鋼

89、筋重心處，由后張拉各批鋼筋而產生的混凝土法向應力；</p><p>　　——預應力鋼筋與混凝土彈性模量比。</p><p>　　若逐一計算的值則甚為繁瑣，可采用下列近似計算公式</p><p><b>　　(4.1.3-2)</b></p><p>　　N——計算截面的分批張拉的鋼束批數.</p><

90、p>　　鋼束重心處混凝土法向應力： </p><p>　　式中M1為自重彎矩。</p><p>　　注意此時計算Np時應考慮摩阻損失、錨具變形及鋼筋回縮的影響。預應力損失產生時，預應力孔道還沒壓漿，截面特性取靜截面特性（即扣除孔道部他的影響）。</p><p>　　4.1.4鋼束松弛損失</p><p&

91、gt;　　鋼束松弛（徐變）引起的應力損失（）</p><p>　　此項應力損失可根據〈〈公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范〉〉JTG D62—2004 表6.2.6 條的規(guī)定，按下列公式計算。</p><p>　　對于鋼絲、鋼絞線，本設計中采用</p><p>　　=ψ·ξ（MPa） （4.1.4-1）</p><p&g

92、t;　　式中：ψ——張拉系數，一次張拉時，ψ=1.0；超張拉時，ψ=0.9；</p><p>　　ξ——鋼筋松弛系數，I級松弛（普通松弛），ξ=1.0；II級松弛（低松弛），ξ=0.3；</p><p>　　——傳力錨固時的鋼筋應力，對后張法構件 =---；對先張法構件，=-。</p><p>　　4.1.5收縮徐變損失</p><p>　　

93、由混凝土收縮和徐變引起的預應力鋼筋應力損失</p><p><b>　?。?.1.5-1）</b></p><p><b>　　（4.1.5-2）</b></p><p><b>　?。?.1.5-3）</b></p><p><b>　　（4.1.5-4）</

94、b></p><p>　　式中：、——構件受拉、受壓全部縱向鋼筋截面重心處由混凝土收縮、徐變引起的預應力損失；</p><p>　　、——構件受拉、受壓全部縱向鋼筋截面重心處由預習應力產生的混凝土法向應力；</p><p>　　——截面回轉半徑，，后張法采用凈截面特性</p><p>　　、——構件受拉區(qū)、受壓區(qū)縱向普通鋼筋截面重心至構

95、件截面重心的距離；</p><p>　　——預應力鋼筋傳力錨固齡期為，計算考慮的齡期為t時的混凝土收縮、徐變，其終極值可按〈〈公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范〉〉JTG D62—2004 中表6.2.7取用；</p><p>　　——加載齡期為，計算考慮的齡期為t時的徐變系數，可按〈公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范〉〉JTG D62—2004 中表6.2.7取用.</

96、p><p>　　4.2有效預應力的計算</p><p>　　預應力損失的最后結果應列表給出各個截面的各項預應力損失、張拉錨固階段和使用階段的有效預應力以及使用階段扣除全部損失的有效預應力值。</p><p>　?。ㄊ褂秒A段扣除全部損失的有效預應力值）</p><p>　?。◤埨^固階段的有效預應力）</p><p>　　第

97、5章 預加力產生的次內力及內力組合</p><p><b>　　5.1原理</b></p><p>　　對于簡支梁，由于預加力的偏心作用，梁體將上拱，這種變形是自由的。</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　但是，如果在梁中部加上一個支點，把簡支梁轉化為兩跨連續(xù)梁，則在

98、張拉預應力鋼筋時，由于支座B的存在，必然產生一個向下的反力拉拽住梁，約束了預加力產生的上拱位移，以滿足支座B處的變形協(xié)調條件。產生了二次力矩</p><p><b>　　圖5-2</b></p><p><b>　　因此梁體的總預矩</b></p><p><b>　　圖5-3</b></p&g

99、t;<p><b>　　其中</b></p><p><b>　　初預矩——</b></p><p><b>　　二次矩——M</b></p><p><b>　　5.2計算方法</b></p><p>　　5.2.1等效荷載法</p&

100、gt;<p>　　預應力混凝土結構，是一種預加力和混凝土承壓相互作用并取得平衡的自錨體系。為此可把預應力束筋混凝土視為相互獨立的個體，把預加力對混凝土的作用的形式代替。只要求得不同配筋情況下的等效荷載，就可用有限元法或影響線加載法等方法求超靜定梁由預加力產生的內力。應注意的是，用等效荷載法求得的梁的內力中已經包括了預加力引起的次內力，因此求得的內力就是總預矩。</p><p>　　計算等效荷載首先應

101、明確哪些預應力鋼束能使連續(xù)梁橋所產生次內力。一般地，只有在超靜定結構施加的預應力鋼束才產生次內力。本設計為滿堂支架施工，所有預應力鋼束均為連續(xù)梁體系形成后張拉錨固，因此，這些鋼束均使該橋產生次內力。</p><p><b>　　第6章內力組合</b></p><p>　　公路橋涵結構設計應考慮結構上可能同時出現的作用，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行作用效應組

102、合，取其最不利效應組合進行設計：</p><p>　　1、 只有在結構上可能同時出現的作用，才進行其效應組合。當結構或結構構件需做不同受力方向的驗算時，則應以不同方向的最不利的作用效應進行組合。</p><p>　　2 、當可變作用的出現對結構或結構構件產生有利影響時，該作用不應參與組合。</p><p>　　3 、施工階段作用效應的組合，應按計算需要及結構所處條件

103、而定，結構上的施工人員和施工機具設備均應作為臨時荷載加以考慮。</p><p>　　4 、多個偶然作用不同時參與組合。</p><p>　　6.1承載能力極限狀態(tài)下的效應組合</p><p>　　公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用以下兩種作用效應組合：基本組合和偶然組合，由于本設計不考慮偶然作用的影響，故只采用基本組合。</p><p&

104、gt;　　基本組合是永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為：</p><p><b>　　(6.1-1)</b></p><p>　　或 (6.1-2)</p><p>　　式中 —承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合設計值；</p><p&g

105、t;　　—結構重要性系數，按《通規(guī)》JTG D60-2004表1.0.9規(guī)定的結構設計安全等級采用，對應于設計安全等級一級、二級和三級分別取1.1、1.0和0.9；</p><p>　　—第個永久作用效應的分項系數，應按《通規(guī)》JTG D60-2004表4.1.6的規(guī)定采用；</p><p>　　、—第個永久作用效應的標準值和設計值；</p><p>　　—汽車荷載

106、效應（含汽車沖擊力、離心力）的分項系數，取=1.4。當某個可變作用在效應組合中其值超過汽車荷載效應時，則該作用取代汽車荷載，其分項系數應采用汽車荷載的分項系數；對專為承受某作用而設置的結構或裝置，設計時該作用的分項系數取與汽車荷載同值；計算人行道板和人行道欄桿的局部荷載，其分項系數也與汽車荷載取同值；</p><p>　　、—汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的標準值和設計值；</p><p

107、>　　—在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）、風荷載外的其他第個可變作用效應的分項系數，取=1.4，但風荷載的分項系數取=1.1；</p><p>　　、—在作用效應組合中除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第個可變作用效應的標準值和設計值；</p><p>　　—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，當永久

108、作用與汽車荷載和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時，人群荷載（或其他一種可變作用）的組合系數取=0.80；當除汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）外尚有兩種其他可變作用參與組合時，其組合系數取=0.70；尚有三種可變作用參與組合時，其組合系數取=0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時，取=0.50。</p><p>　　圖6-1梁單元內力圖</p><p>　　支座處y向彎矩值

109、為，跨中y向彎矩值為-，最大彎矩值在跨中部分，注意跨中的設計彎矩抵抗值。</p><p>　　圖6-2結構最大反力圖</p><p>　　如圖可知，結構最大反力在結構第二個支座處Fz=KN，符合實際情況，在施工階段應注意支座的承載力。</p><p>　　圖6-3基本組合作用下的應力圖</p><p>　　由圖可知支座處彎矩值為跨中彎矩值為，

110、最大彎矩在跨中部分，注意跨中的設計彎矩抵抗值。</p><p>　　圖6-4基本組合作用下的結構最大反力</p><p>　　如表可知，結構最大反力在結構支座處，符合實際情況，在施工階段應注意支座的承載力。</p><p>　　圖6-5基本組合作用下的剪力</p><p>　　如圖可知，剪力最大值分布在第一個支座處，最大值為KN。</p

111、><p>　　圖6-6基本組合作用下的彎矩</p><p>　　支座處彎矩值為跨中彎矩值為，所以最大彎矩值在跨中部分，注意跨中的設計彎矩抵抗值。圖6-7基本組合作用下的變形</p><p>　　由圖可知第一個支座變形值為0，跨中變形值最大為cm，施工時注意控制跨中位置的變形。</p><p>　　6.2正常使用極限狀態(tài)下的效應組合</p&g

112、t;<p>　　公路橋涵結構按正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據不同的設計要求，采用以下兩種效應組合：</p><p>　　1 作用短期效應組合。永久作用標準值效應與可變作用頻率值效應相組合，其效應組合表達式為：</p><p><b>　?。?.2-1）</b></p><p>　　式中 —作用短期效應組合設計值；</p&

113、gt;<p>　　—第個可變作用效應的頻率值系數，汽車荷載（不計沖擊力）=0.7，人群荷載=1.0，風荷載=0.75，溫度梯度作用=0.8，其他作用=1.0；</p><p>　　—第個可變作用效應的頻率值。</p><p>　　圖6-8短期組合作用下的最大反力</p><p>　　由圖可知短期組合作用下最大反力在第一個支座處，最大反力值為KN，符合實

114、際情況，在施工階段應注意支座的承載力。</p><p>　　圖6-9短期組合作用下的軸力</p><p>　　由圖可知短期組合作用下端部軸力值為-KN，跨中位置軸力值為-KN，可知軸力值最大處在跨中。</p><p>　　圖6-10短期組合作用下的剪力</p><p>　　如圖可知，短期組合作用下剪力最大值為9.8KN，最大值分布在第一個支座

115、處。</p><p>　　圖6-11短期組合作用下的彎矩</p><p>　　由圖可知，短期組合作用下支座處彎矩值為，跨中位置處彎矩值為-5.9，注意跨中的設計彎矩抵抗值。</p><p>　　圖6-12短期組合下的扭矩</p><p>　　短期組合作用下端部扭矩值為-1.0，跨中部分扭矩值為-7,0，所以扭矩值最大在端部。</p>

116、;<p>　　圖6-13短期組合下的結構變形</p><p>　　由圖可知變形最大處在跨中位置，結構最大變形值為cm，施工時注意控制跨中位置的變形。</p><p>　　圖6-14短期組合作用下的結構應力</p><p>　　由圖可知，短期組合作用下結構應力最大分布在跨中位置，最大值為-2.6.KN</p><p>　　2

117、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：</p><p><b>　?。?.2-2）</b></p><p>　　式中 —作用長期效應組合設計值；</p><p>　　—第個可變作用效應的準永久值系數，汽車荷載（不計沖擊力）=0.4，人群荷載=0.4，風荷載=0.75，溫度梯度作用=0.8，其他作

118、用=1.0；</p><p>　　—第個可變作用效應的準永久值。</p><p>　　圖6-15長期組合作用下的結構最大反力</p><p>　　由圖可知長期組合作用下最大反力在第一個支座處，最大反力值為-KN，符合實際情況，在施工階段應注意支座的承載力。</p><p>　　圖6-16長期組合作用下的軸力</p><p&