1、 摘 要 本设计题目为公路预应力混凝土连续梁桥设计，桥梁跨径布置为 5x30m，两车道，上部结构采用先简支后连续的预应力混凝土连续 T 型梁桥。简支转连续是桥梁施工中较为常见的一种方法，该施工方法的主要特点是施工方法简单可行，施工质量可靠，实现了桥梁施工的工厂化、标准化和装配化。目前随着高速公路的发展，为改善桥梁行车的舒适性，简支转连续梁桥在中、小跨径的连续梁桥中得到了广泛地应用。本设计利用 Midas Civil 软件进行结构分析，根据桥梁的尺寸拟定建立桥梁基本模型，然后进行内力分析，计算配筋结果，进行施工各阶段分析及截面验算。同时，必须要考虑混凝土收缩、徐变次内力和温度次内力等因素的影响。
2、本设计主要是预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计，设计中主要进行了桥梁总体布置及结构尺寸拟定、桥梁荷载内力计算、桥梁预应力钢束的估算与布置、桥梁预应力损失及应力的验算、次内力的验算、主梁截面应力验算。最后，经过分析验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。关键词：简支转连续 T 梁 预应力 Midas Civil 钢束 Abstract The design prestressed concrete continuous girder bridge,the bridge span arrangement for the 5x30m,two-lane,the upper str
3、ucture with simply supported Continuous prestressed concrete continuous T-beam bridge.Simply supported continuous construction of the bridge a more common method of construction,the main features of the construction method is simple and feasible,the construction qualit,the factory realized the bridg
4、e construction,and assembly of standardization.With the current high road of development，to improve the driving comfort of the bridge,simply supported continuous beam bridge in the small span continuous bridge has been widely applied.This design using the Midas Civil software analysis the structure,
5、according to the size of the bridge,the basic model establishment bridge worked,then force analysis，calculation results of reinforced，for each phase analysis and construction.At the same time，must consider the concrete shrinkage,Creep force times and temperature resultant times factors.The design of
6、 prestressed concrete continuous girder bridge is mainly the upper structure design，in the design of the main bridge layout and structure size，load calculation，bridge prestressing tendons estimation and layout,the loss of prestress and stress of the bridge,the resultant checked，section stress calcul
7、ation girder.Finally,after analysis shows that the design calculation method of calculating the internal force distribution,reasonable,comply with the design requirements of the task.Key words:simply supported continuous T-beam bridge prestressed Midas Civil the steel beam 目目 录录 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 预
8、应力混凝土连续梁桥的特点.1 1.2 先简支后连续预应力混凝土连续梁桥的发展.2 第第 2 章章 Midas 简介简介.3 2.1 简介.3 2.2 Midas 使用说明.4 2.3 具体参数输入.4 第第 3 章章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定桥跨总体布置及结构尺寸拟定.5 3.1 设计基本资料.5 3.1.1 设计标准.5 3.1.2 主要材料规格.7 3.1.3 设计计算依据.7 3.1.4 基本计算依据.7 3.2 设计要点及结构尺寸拟定.9 3.2.1 设计要点.9 3.2.2 结构尺寸拟定.9 3.2.3 横截面沿跨长的变化.13 3.2.4 横隔梁的设置.13 3.2.5 毛截面几
9、何特性计算.13 第第 4 章章 主梁作用效应计算主梁作用效应计算.17 4.1 结构自重作用效应计算.17 4.2 汽车荷载作用效应计算.25 4.2.1 冲击系数和车道折减系数.26 4.2.2 计算主梁的荷载横向分布系数原理.27 4.2.3 用 Midas Civil 算汽车荷载内力.28 4.3 温差应力计算.32 4.4 支座沉降内力计算.34 4.5 内力组合.35 4.5.1 按承载能力极限状态设计.35 4.5.2 按正常使用极限状态设计.36 4.5.3 计算结果.37 第第 5 章章 钢束预应力筋的设计与布置钢束预应力筋的设计与布置.39 5.1 钢束估算.39 5.1.
10、1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估束.39 5.1.2 按正常使用极限状态截面压应力要求估算.41 5.1.3 按承载能力极限状态的应力要求计算.43 5.1.4 估算结果.44 5.2 钢束布置.45 第第 6 章章 预应力损失及有效预应力计算预应力损失及有效预应力计算.48 6.1 基本理论.48 6.2 预应力损失计算方法.48 6.2.1 后张法由预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失.48 6.2.2 后张法由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值引起的应力损失.49 6.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失.50 6.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值.50
11、6.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失.50 6.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力.52 第第 7 章章 主梁截面验算主梁截面验算.53 7.1 持久状况承载能力极限状态验算.53 7.1.1 正截面抗弯承载力验算.53 7.1.2 使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算.57 7.1.3 预应力钢筋中的拉应力验算.58 7.1.4 使用阶段斜截面抗剪验算.59 7.2 持久状况正常使用极限状态应力验算.62 第第 8 章章 结论和展望结论和展望.65 8.1 结论.65 8.2 展望.66 参考文献参考文献.67 致谢致谢.68 附录附录 I 外文翻译外文翻译.6
12、9 附录 A 外文原文.69 附录 B 译文.73 附录附录 II 图纸图纸.76石家庄铁道大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 预应力混凝土连续梁桥的特点 连续梁桥结构体系具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。因而常常成为高速公路桥梁建设中首选的方案。连续梁桥是具有两跨或两跨以上连续的梁桥，属于超静定体系。连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁的跨中截面承受正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高
13、可以减小，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少。连续梁桥通常是将 35 孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。近几十年，在设计预应力混凝土连续梁时，成功地采用了先简支后连续的施工方法，即先期预制并简支安装具有半成品意义的 T 梁段，预制 T 梁时完成正弯矩预应力施加，并在 T 梁顶板内预留负弯距预应力束孔道；架设安装完成之后，后浇筑钢筋混凝土连续湿接头，达到强度后施加负弯矩预应力，然后解除临时支座，达到整联桥梁连续的目的。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩及存在体系转换，所以构造比较复杂。此外
14、，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此，连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式，由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂，能充分发挥高强材料的特性，促使结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力，它具有接缝少、刚度好、行车平顺舒适等优点，在 30120m 跨度内常是桥型方案比选的优胜者。而横张预应力混凝土技术在 T型梁、箱型梁、空心板桥三座常规跨径简支梁桥中的应用，取得了明显的技术经济效益。为拓宽横张预应力技术的应用范围，将其应用到更大跨度的连续梁桥中就显得尤为必要了。加上这种桥型的设
15、计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在 150m 左右，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。石家庄铁道大学毕业设计 2 1.2 先简支后连续预应力混凝土连续梁桥的发展 简支转连续是连续梁桥施工中较为常见的一种方法。一般先架设预制主梁，形成简支梁状态；进而再将主梁在墩顶连成整体，最终形成连续梁体系。该施工方法的主要特点是施工方法简单可行，施工质量可靠，实现了桥梁施工的工厂化、标准化和装配化。概括地讲简支转连续施工法是采用简支梁的施工工艺，却可达到建造连续梁桥的目的。目前随着高等级公路的发展，为改善桥梁行车
16、的舒适性，简支转连续梁桥在中、小跨径的连续梁桥中得到了广泛的应用。在简支转连续连续梁桥中由简支状态转化为连续梁状态的常见方法有以下几种：(1)将主梁内的普通钢筋在墩顶连续；(2)将主梁内纵向预应力钢束在墩顶采用特殊的连接器进行连续；(3)在墩顶两侧一定范围内的主梁上部布设局部预应力短束来实现连续。第一种方法虽然简单易行，但常在墩顶负弯矩区内发生横向裂缝，影响桥梁的正常使用。方法二的效果最好，但施工很困难，故一般不采用。第三种方法不仅施工可行，并且具有方法二的优点，同时又克服了仅采用普通钢筋连续的开裂问题。所以一般简支转连续梁桥多采用墩顶短束与普通钢筋连续这样的构造处理来实现简支转连续。由于简支
17、转连续梁桥在施工过程中常存在体系转换，那么必须依据具体的施工过程来分析结构的受力。施工的第一阶段是形成简支梁，此阶段主梁承受一期横载自重产生的内力及在简支梁上施加的预应力；第二阶段首先浇筑墩顶连续段混凝土，待混凝土达到要求的强度后张拉墩顶负弯矩束（局部短束），最终形成连续梁。连续梁成桥状态主要承受二期横载、活载、温度、支座沉降产生的内力以及负弯矩束的预加力、预加力的二次矩、徐变二次矩等。由上面的分析可知，简支转连续梁桥跨中正弯矩要比现浇一次落架大，而支点负弯矩要比现浇一次落架小。因此，在主梁内要配置足够数量的正弯矩束筋，以满足连续梁状态的承载要求和简支状态下承受结构自重和施工荷载的要求。简支转
18、连续梁桥施工程序对结构内力也有一定影响。目前施工有两种做法：一种是先将每片简支梁转换为连续梁后，再进行横向整体化；另外一种做法是先将简支梁横向整体化后，再进行结构的体系转换。前者按平面结构进行计算分析较为合理；而后者体系转换后已属空间结构，要进行较为精确分析，较为复杂。石家庄铁道大学毕业设计 3 第 2 章 Midas 简介 2.1 简介 Midas Civil 世界一流的桥梁结构分析软件，Midas Civil 是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，Midas Civil 结合国内的规范与习惯，在建模、分
19、析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。Midas Civil 的主要特点如下：(1)提供菜单、表格、文本、导入 CAD 和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能，并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到最高。(2)提供刚构桥、板型桥、箱型暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架/满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手。(3)提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本、韩国等国家的材料和截面数据库，以及混凝土收缩和徐变规范和移动何在规范。(4)提供桁架、一般梁/边截面梁、平面应力/平面应变、只受拉/只受压、间隙、钩、索、加劲板轴
20、对称、板(厚板/薄板、面内/面外厚度、正交各向异向)、实体单元(六面体、楔形、四面体)等工程实际时所需的各种有限元模型。(5)提供静力分析(线形静力分析、热应力分析)、动力分析(自由振动分析、反应谱分析、时程分析)、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线形分析、几何非线形分析(P-delta 分析、大位移分析)、优化索力、屈曲分析、移动荷载分析(影响线/影响面分析)、支座沉降分析、热传导分析(热传导、热对流、热辐射)、水化热分析(温度应力、管冷)、施工阶段分析、联合截面施工阶段分析等功能。(6)在后处理中，可以根据设计规范自动生成荷载组合，也可以添加和修改荷载组合。(7)可以输出各种反力
21、、位移、内力和应力的图形、表格和文本。提供静力和动力分析的动画文件；提供移动荷载追踪器的功能，可找出指定单元发生最大内力(位移等)时，移动荷载作用的位置；提供局部方向内力的合力功能，可将板单元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。石家庄铁道大学毕业设计 4 (8)可在进行结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计和验算。2.2 Midas 使用说明 下面简要介绍一下此次用 Midas Civil 建立连续梁模型的步骤和方法：(1)定义材料和截面(2)建立结构模型(3)输入荷载：恒荷载，钢束特性和形状、钢束预应力荷载。(4)输入移动荷载数据：选择移动荷载规范，定义车道，定义车辆移动荷载工况。(5
22、)定义施工阶段。(6)运行结构分析并查看分析结果。(7)PSC 设计(预应力混凝土梁)：PSC 设计参数确定，运行设计，查看设计结果表格和图形。2.3 具体参数输入(1)使用的材料 混凝土：主梁采用 JTG04(RC)规范的 C50 混凝土，钢材：采用 JTG04(S)规范，在数据库中选 Strand1860。(2)荷载 恒荷载：自重，在程序中按自重输入，由程序自动计算。预应力：钢束 1(15.2 mm9)，截面面积：A=1260mm2，孔道直径:80mm；钢束 2(15.2 mm5)，截面面积：A=700mm2，孔道直径:50mm，钢筋松弛系数(开)，选择 JTG04 和 0.3(低松弛)，
23、超张拉(开)，预应力钢筋抗拉强度标准值(fpk)：1860N/mm2，预应力钢筋与管道壁的摩擦系数:0.25，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：0.0025(1/mm)，锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值：开始点：6mm、结束点：6mm，张拉力：抗拉强度标准值的 75%，张拉控制应力 1395MPa。移动荷载：公路工程技术标准(JTG B01-2003)，公路级，车道荷载，即 CH-CD。(3)徐变和收缩 条件：水泥种类系数(Bsc)：5(5 代表普通硅酸盐水泥)，28 天龄期混凝土立方体抗压强度标准值，即标号强度(fcu，f)：50N/mm2，长期荷载作用时混凝土的材龄：0t=5 天，混凝土与大
24、气接触时的材龄：st 3 天，相对湿度：%70RH。(4)构件理论厚度：程序计算。石家庄铁道大学毕业设计 5 第 3 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 3.1 设计基本资料 3.1.1 设计标准（1）设计荷载：公路级（2）跨径：530m，施工方法为简支转连续；桥梁布置图立面图见图 3-1（3）行车道宽度：桥梁净宽 12.25m 桥梁宽度：0.5m（防撞护栏）+1.5m(人行道)+3.752（行车道）+0.75m（分隔带）+1.5m(人行道)+0.5m（防撞护栏）=12.25m；桥梁布置横断面见图 3-2（4）主梁片数：单幅，5 片 T 梁（5）地震烈度：基本烈度为六级（6）设计最大风速：11.7
25、m/s（7）结构重要性系数：1.1（8）温度：梁截面温度变化如下图 石家庄铁道大学毕业设计 6 图 3-1 桥跨总体布置立面图（尺寸单位：cm）图 3-2 桥跨总体布置横断面图（尺寸单位：cm）石家庄铁道大学毕业设计 7 3.1.2 主要材料规格（1）混凝土：预制梁、现浇接缝、封锚、支座垫石的混凝土采用 C50 混凝土，混凝土弹性计算模量 E=3.45 104Mpa；防撞护栏采用 C30 混凝土（2）预应力钢材：预应力锚具技术标准必须符合国标预应力筋用锚具、夹具和联结器（GB/T14370-1993），产品均须抽样检测，检验标准应符合国标及国际预应力协会后张法预应力体系验收和应用建议（FIB-
26、1991）要求。预应力钢绞线采用 15.2mm，低松驰预应力钢绞线，其抗拉标准强度标准强度 Rby=1860MPa，弹性模量 Ey=1.9x105MPa。（3）普通钢筋：普通钢筋R235、HPB335必须符合“GB149998”和“GB1301391”标准的规定，其中钢筋直径D12mm全部采用级钢筋，抗拉标准强度Rbg=340MPa；钢筋直径 D12mm 全部采用级钢筋，抗拉标准强度 Rbg=240MPa。（4）预应力锚具：所使用的预应力锚具可采用 OVM15 和 BM15 符合国家GB/T14370-2000D（预应力筋用锚具、夹具和连接器）的锚具及其相应的配套设备。施工时可采用其他厂家的产
27、品，且外形尺寸与 OVM 锚具相同。（5）预应力管道：纵向预应力钢束管道采用 SBG 塑料波纹管成型。（6）伸缩缝及支座：伸缩缝及支座都必须符合国家有关标准，并要求伸缩缝供货商在边跨现浇段施工时提供图纸，以便进行调整。主桥的伸缩缝采用 SSF80A 型大变位伸缩缝；支座根据设置部位的不同，分别采用 GYZ、CYZF4 板式橡胶支座，其技术性能应符合公路桥梁板式橡胶支座（JT/T4-93）的要求。3.1.3 设计计算依据（1）公路工程技术标准 JTGB01-2003（2）公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004(以下简称通规)（3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D60-
28、2004（4）公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ02485（5）公路砖石及混凝土桥涵设计规范 JTG D61-2005（6）公路桥涵施工技术规范 JTG041-89.3.1.4 基本计算依据 根据公预规中各条规定，混凝土、钢绞线和钢筋的各项基本数据以及各阶段石家庄铁道大学毕业设计 8 的容许值，如表 3-1 所列。表 3-1 基本计算数据 名称 项目 符号 单位 数据 主 梁 混 凝 土 立方体强度标准值 弹性模量 轴心抗压强度标准值 轴心抗拉强度标准值 轴心抗压强度设计值 轴心抗拉强度设计值 fcu,k Ec fck ftk fcd ftd MPa MPa MPa MPa MPa MPa 5
29、0 3.45 104 32.4 2.65 22.4 1.83 短暂 状态 极限压应力 极限拉应力 0.7fck 0.7fck MPa MPa 20.72 1.757 持久 状 态 压应力极限值 极限压应力 极限主压应力 拉应力极限值 短期效应组合极限拉应力 短期效应组合极限主拉应力 长期效应组合极限拉应力 0.5fck 0.6fck st-pc0.7ftk 0.7ftk lt-pc MPa MPa MPa MPa MPa 16.2 19.44 1.855 1.855 0 15.2 钢 绞 线 标准强度 弹性模量 抗拉设计轻度 最大控制应力 con 持久状态应力 标准荷载组合 fpk Ep fp
30、d 0.7fpk 0.65 fpk 0.65fpk MPa MPa MPa MPa MPa MPa 1860 1.95 105 1260 1395 1209 1209 材料 重度 钢筋混凝土 沥青混凝土 钢绞线 1 2 3 kN/m kN/m kN/m 25.0 23.0 78.5 钢绞线与混凝土的弹性模量比 EP 无量纲 5.65 注：、分别为刚输张拉是混凝土轴心抗压、抗拉强度标准值，要考虑混凝土强度达到设计强度的 90%时开始张拉预应力钢束，即混凝土强度等级为 C45 时开始张拉钢束，因此fck=29.6MPa,ftk=2.51MPa。石家庄铁道大学毕业设计 9 3.2 设计要点及结构尺寸
31、拟定 3.2.1 设计要点 本桥上部结构为 5 跨预应力混凝土连续梁桥，采用先简支后连续的施工方法，即采用如下施工方法：（1）预制简支 T 梁，吊装到位（2）浇筑墩顶连续段接头混凝土，达到设计强度后，张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆（3）再拆除临时支座，完成体系转换（4）完成主梁横向接缝浇筑（5）最后进行防撞护栏及桥面铺装施工 预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到设计强度等级的 90%后（且龄期不小于4dd），方可张拉。预制梁内正弯矩钢束采用梁端同时张拉，锚下控制应力为0.75=1395MPa；墩顶桥面现浇层负弯矩钢束采用单端张拉，锚下控制应力为0.72=1339.2MPa，未计入预应力钢筋
32、与锚圈口之间的摩擦损失。主梁按部分预应力混凝土 A 类构件设计。3.2.2 结构尺寸拟定 本设计方案采用五跨一联预应力混凝土等截面连续梁结构，全长 150m。设计为等跨 30m。1 桥孔分跨 连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造，力学要求，美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的 0.50.8 倍，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系，对于采用现场浇筑的桥梁，边跨长度取为中跨长度的 0.8
33、 倍是经济合理的。但是若采用简支转连续施工法，则适于等跨布置。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为：5 30m。基本符合以上原理要求。桥跨布置见图 3-1。2.截面形式(1)立截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；石家庄铁道大学毕业设计 10 在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。但采用先简支后连续施工的预应力混凝土连续梁桥一般采用等高度的主梁。所以本设计中采用等高度的梁。(2
34、)横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。3.主梁片数与主梁间距 主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼缘板对提高主梁截面效率指标 很有效，故在许可条件下应适当的加宽 T 梁的翼缘板。主梁內梁翼缘板宽度为 245cm，外梁翼缘板宽度也为 245cm，由于宽度较大，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。因此主梁的工作截面有两种：预制应力、运输、吊装阶段的小截面（内梁翼缘板宽 150cm，外梁翼缘板宽 197.5cm），二期
35、恒载施工以及运营阶段的大截面。桥面宽为 12.250m，选用 5 片 T 梁，横断面布置如图 3-3 所示 图 3-3 主梁横断面布置图（尺寸单位：mm）4梁高 根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/401/50 之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用石家庄铁道大学毕业设计 11 量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。连续梁在支点和跨中的梁估算值：等高度梁：，常用 变高度(曲线)梁：支点处：，跨中 变高度(直线)梁：支点处：，跨中 而此设计采用等高度
36、的直线梁，梁高为 2m。5主梁截面细部尺寸 T 梁翼板的厚度取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑是否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计预制 T 梁的翼板厚度取用 20cm，翼板根部加厚到 40cm，以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内因主拉应力甚小，腹板厚度一般由布置制孔管的构造决定，同时从腹板本身的条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的 1/15。因此 T 梁腹板厚度均取 20cm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的 10%-20%为合适。初拟马蹄宽度 48cm 高度 40cm。6.最终尺寸的拟定 主梁采用 T 形截面，梁
37、高为 2m，高跨比为 H/L=1/15。T 梁截面尺寸如图 3-4 所示 （跨中）（梁端）中梁 图 3-4a 中梁预制 T 梁断面图（尺寸单位：mm）11H=1530l（）11H=()1820l11H=()3050l11H=()1620l11H=()1620l11H=()2228l石家庄铁道大学毕业设计 12 （跨中）（梁端）边梁 图 3-4b 边梁预制 T 梁断面图（尺寸单位：mm）本桥上部结构为 5 跨预应力混凝土连续梁桥，采用先简支后连续，考虑伸缩缝的设置，实际桥跨长度为 149.84m，即在桥的两头各设 8cm 的伸缩缝，主梁立面与平面构造如图3-5所示。预制安装时，边跨和中跨预制梁长
38、为29.60m，计算跨径均为28.95m。简支变连续后边跨计算跨径为 29.475m，中跨计算跨径为 30m。图 3-5 主梁构造平面图和立面图 石家庄铁道大学毕业设计 13 3.2.3 横截面沿跨长的变化 如图3-5所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼缘板厚度沿跨长不变。两端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端 2000mm 范围内将腹板加厚到与马蹄同宽，同时马蹄宽度亦从 480mm 变到600mm，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点附近（第二道横隔梁处）开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时，腹板宽度亦开始变化。3.2.4 横隔梁的设置 模型试验
39、结果表明，在荷载作用下是主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则，荷载直接作用下的主梁弯矩就很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁。跨度较大时应设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中心、四分点和支点处设置 5 道横隔梁，间距为 7.5m 和 6.975m。详见图 3-5。3.2.5 毛截面几何特性计算 毛截面几何特性是结构内力、配束及变形计算的前提。由于梯形分块法是目前各种商用桥梁电算软件的最常用的方法（即节线法），所以本例也采用梯形分块法计算毛截面的几何特性。1.计算原理 桥梁中的 T 形、工字形和箱形断面都可分割成许多梯形，设其中任一梯形见图3-6 所示，
40、其上底、下底和高分别为a、b和h。它的几何特性为:面积：A=(a+b)h/2 形心位置：yc=b+2a3(a+b)h 对形心轴的惯性矩：Ic=h3(b2+4ba+2)36(b+a)当0a或者0b时，梯形就变成了三角形，上述公式仍适用。顺序排列梯形分块法 考虑如图 3-7 所示的截面，它可以剖分成若干个梯形从下至上顺序连续排列。对于 这种情况，我们可以用节线(分割梯形的线段)处的宽度和高度(节线的纵坐标)来描述，设：石家庄铁道大学毕业设计 14 N：节线总条数；B(N)：节线宽度数组；H(N)：节线高度数组。任意截面计算示意图梯形集合要素示意图 图 3-6 任意梯形截面示意图 图 3-7 中，N
41、=6，由 5 个梯形组成，对于第i个梯形，其下底宽)(iBb，上底宽)1(iBa，高)1(iHh)(iH，代入几何特性计算公式可得：面积iA、形心iyc(至i号梯形下底边的距离)和惯性矩ciI。图 3-7 标准 T 型梁截面顺序排列梯形分块法分块图 对x轴的面积矩为：)(ciixiiHyAS 根据惯性矩的移轴原理，iA对x轴的惯性矩为：i2cicixi)(AiHyII 将各个梯形的iA，xiS和xiI迭加起来即可得到整个截面的面积A、对x轴的面积矩xS和惯性矩xI：石家庄铁道大学毕业设计 15 11xi11xix11i,nixniniIISSAA 整个截面的形心轴至x轴的距离为：ASHxx 整
42、个截面对形心轴的惯性矩为：AHII2xxc 2截面几何特性计算结果 本设计主梁截面变化不大，其预制中梁、边梁的跨中与端部以及成桥后的中梁、边梁的跨中与端部的截面集合特性计算结果见表 3-2。表 3-2 截面几何特性计算结果 名称 面积(m2)Ixx(m4)Iyy(m4)Izz(m4)Cyp(m)Cym(m)Czp(m)Czm(m)预制边梁跨中 0.9965 0.0308 0.4348 0.1723 0.8865 1.0885 0.6347 1.3653 预制边梁梁端 1.5926 0.1459 0.6173 0.2131 0.8382 1.1368 0.7905 1.2095 预制中梁跨中 0
43、.834 0.0235 0.3912 0.0664 0.75 0.75 0.7253 1.2747 预制中梁梁端 1.4301 0.1354 0.5459 0.0962 0.75 0.75 0.8611 1.1389 成桥中梁跨中 1.034 0.0855 0.4535 0.2571 1.225 1.225 0.606 1.394 成桥中梁梁端 1.6301 0.2506 0.6462 0.2874 1.225 1.225 0.7688 1.2312 成桥边梁跨中 1.0965 0.1312 0.4604 0.2847 1.1884 1.2616 0.5867 1.4133 成桥边梁梁端 1.
44、6926 0.2987 0.6615 0.3199 1.1988 1.2512 0.7502 1.2498 注：表中所列为毛截面值 Ixx：对单元局部坐标系 x 轴的扭转惯性距(Torsional Resistance)。Iyy：对单元局部坐标系 y 轴的惯性距(Moment of Inertia)。Izz：对单元局部坐标系 z 轴的惯性距(Moment of Inertia)。Cyp：沿单元局部坐标系+y 轴方向，单元截面中和轴到边缘纤维的距离。Cym：沿单元局部坐标系-y 轴方向，单元截面中和轴到边缘纤维的距离。Czp：沿单元局部坐标系+z 轴方向，单元截面中和轴到边缘纤维的距离。Czm：
45、沿单元局部坐标系-z 轴方向，单元截面中和轴到边缘纤维的距。3.检验截面效率指标 石家庄铁道大学毕业设计 16 （1）对于中梁跨中截面：上核心距：Sc0.4350.3180.997 1.365IKAym 下核心距：xs0.4350.7250.997(2 1.365)IkAym；截面效率指标：xs0.3180.725=0.52150.52kkh。（2）对于边梁跨中截面：上核心距：sc0.46040.3071.0965 1.25IkAym；下核心距：xs0.46040.7111.0965(2 1.25)IkAym；截面效率指标：xs0.3070.7110.510.52kkh。表明以上初拟的跨中截面
46、是合理的。石家庄铁道大学毕业设计 17 第 4 章 主梁作用效应计算 4.1 结构自重作用效应计算 在结构自重作用效应计算之前，简要介绍本示例施工过程。如图 4-1 所示，全桥施工过程可分以下 5 个阶段。第一施工阶段，为预制主梁，待混凝土达到设计强度的 90%后张拉正弯矩区预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制主梁安装就位，形成由临时支座支承的简支梁状态；第二施工阶段，首先浇筑第、跨及第、跨连续段接头混凝土，达到设计强度后，张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆，严格讲此阶段形成了两联连续梁，且每联为 3 跨连续；第三施工阶段，是先浇筑第、跨及第、跨连续段接头混凝土，达到设计强度后，再张拉负弯矩
47、区预应力钢束并压注水泥浆，此阶段形成了九跨连续梁（五大跨四小跨）；第四施工阶段，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，最终形成五跨连续梁；第五施工阶段，进行防护栏及桥面铺装施工。第 1 施工阶段 第 2 施工阶段 第 3 施工阶段 石家庄铁道大学毕业设计 18 第 4 施工阶段 第 5 施工阶段 图 4-1 施工阶段示意图 由施工过程可知，结构自重作用效应是分阶段形成的，主要包括：预制 T 梁一期结构自重作用荷载集度（g1），成桥后 T 梁一期结构自重作用荷载集度增量（g1），二期结构自重作用荷载增量（g2）。针对本设计横断面的具体构造特点，将空间桥跨结构
48、简化为平面结构进行计算，即只对由单片 T 梁构成的五跨简支转连续梁桥进行结构分析，在汽车荷载作用效应计算时考虑荷载横向分布系数，结构自重作用空间效应按每片梁均分计算。1.结构自重作用荷载集度计算（1）预制 T 梁自重作用荷载集度（g1）1）预制 T 梁边梁一期结构自重作用荷载集度：12 1.593 22 2.4(1.5930.959)/20.959 21.20.9843 0.2 5 2529.6g =28.474kN/m 2）预制 T 梁中梁一期结构自重作用荷载集度：12 1.43 22 2.4(1.430.824)/20.824 21.22 0.9843 0.2 5 2529.6g =25.
49、817kN/m（2）成桥后 T 梁一期结构自重作用荷载集度增量（g1）预制梁计入每片梁间现浇桥面板及横隔梁湿接缝混凝土后的结果自重作用荷载集度即为成桥后 T 梁一期结构自重作用荷载集度增量。石家庄铁道大学毕业设计 19 1）预制 T 梁边梁一期结构自重作用荷载集度增量：10.2 0.475 29.6 1.6 0.475 0.2 52529.6g（）=3.017kN/m 2）预制 T 梁中梁一期结构自重作用荷载集度增量：13.017 26.034gkN/m （3）二期结构自重作用荷载集度（g2）二期结构自重作用荷载集度为桥面铺装和护栏自重集度之和。桥面铺装采用 11cm 沥青混凝土铺装，且铺装层
50、宽为 11.5m，沥青混凝土的重度为24kN/m3，一侧护栏按每延米0.3m3混凝土重度按25kN/m3.因桥横向由5片梁组成，则每片梁承担全部二期永久作用效应的 1/5 2(0.11 11 242 0.3 25)/58.8g kN/m 2.内力计算 本桥为先简支后连续的连续梁桥，施工过程中包含了结构体系的转换，所以结构自重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来，然后进行内力叠加。第一施工阶段，结构体系为简支梁结构，自重作用荷载为 g1。第二、三施工阶段，由于两跨间接头较短，混凝土中梁较小，其产生的内力较小，且会减小跨中弯矩，故忽略不计。第四施工阶段，结构体系已转换为连续梁，因
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