毕业设计计算书 - 图文

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY

本科生毕业论文(设计)

设计题目 客运专线岩寨水库大桥初步设计

——跨径组合（58+92+58）m

学生姓名 指导老师 学 院 土 木 工 程 学 院 专业班级

2013年6月

中南大学

毕业论文(设计)任务书及成绩评定表

题 目 客运专线岩寨水库大桥初步设计

——跨径组合（58+92+58）m

学生姓名

指导教师

学 院

专业班级

教务处制

中 南 大 学

毕业论文（设计）任务书

毕业论文（设计）题目 客运专线岩寨水客大桥初步设计

——跨径组合（58+92+58）m

题目类型[1] 工程设计 题目来源[2] 生产实际题 毕业论文（设计）时间从 2013-3-1 至 2013-6-7(合计16周) 1. 毕业论文（设计）内容要求：

1.1 桥址概况

岩寨水库大桥位于台江县革一乡排生村境内，桥址处位于岩寨水库库区，水库原名为巴拉河，2009年下旬开始下闸蓄水，水库正常蓄水位为613m，河面宽度约为240m，水流较平缓，径向自南向北，线路与其夹角为80°，下游约5km处为岩寨水电站大坝。 1.2 主要技术标准 （1）设计荷载：

①恒载：自重按26.5KN/m3； 双线二期恒载按184KN/m； 不均匀沉降取2cm或按计算值。

②列车荷载：列车竖向活载采用ZK荷载，列车竖向活载图式如下： 标准活载：

200KN64KN/m200KN200KN200KN64KN/m无限0.81.61.61.60.8无限 特种活载

250KN250KN250KN250KN1.61.61.6③车竖向动力：桥跨结构考虑列车活载动力作用时，应将静活载所产生的竖向效应（弯矩和剪力）乘以动力系数?，动力系数应按下列公式计算： 列车活载作用下：

剪力动力系数： 弯矩动力系数：

?1?

0.996L??0.2?0.913?2? ?0.851L??0.2

1.494式中 Lφ—结构计算跨度。

④横向摇摆力取100 kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢轨顶面。多线桥梁只计算任一线上的横向摇摆力。空车时不考虑横向摇摆力。

⑤风力：按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)办理。 ⑥温度变化影响力：日照温差按顶板升温10度考虑。 （2）桥面布置：

桥梁结构部分全宽13.4m/12.5m。 （3）坡度：结构不设横坡。 （4）截面形式：箱形梁 （5）材料：

①砼： 上部结构采用C50 下部结构采用C30～C25

②钢筋：预应力钢筋Φj15.20钢绞线（极限抗拉强度1860Mpa） 普通钢筋：R235、HRB335钢筋 1.3 基本要求

（1）编写设计说明书，内容包括 ①中英文摘要

②桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案确定 ③选定桥式的内力及变形分析结果

④编制预应力估索程序并校核估算预应力钢筋，进行截面预应力钢筋的布置 ⑤根据配筋结果，对结构进行全面成桥、施工应力检算 ⑥根据配筋结果，进行正常使用极限状态的截面校核。 ⑦设计分析并检算一个主跨的下部结构（要求采用推荐方案） ⑧中英文文献翻译 （２）设计图纸 ①各桥式方案桥型布置图 ②选定方案构造图

③上部结构预应力钢筋布置图 ④普通钢筋布置图 ⑤下部结构构造图 ⑥施工方案图

2. 主要参考资料

（1）王承礼、徐名枢，《铁路桥梁》，中国铁道出版社，1990年

（2）裘伯永、盛兴旺、乔建东、文雨松等，《桥梁工程》，中国铁道出版社，2001年

（3）张士铎，《桥梁设计理论》，人民交通出版社，1984年

（4）范立础，《预应力钢筋混凝土连续梁》，人民交通出版社，1985年 （5）范立础，《桥梁工程》，人民交通出版社，1997年 （6）姚铃森，《桥梁工程》，人民交通出版社，1984年

（7）万国朝译，《现代混凝土公路桥设计》，人民交通出版社，1983年 （8）雷俊卿，《桥梁悬臂施工与设计》，人民交通出版社，1999年 （9）石洞，《桥梁结构电算》，同济大学出版社，1987年 (10)《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）

(11)《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005） (12)《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》

(13)《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002） (14)《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009） (15)《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005） （16）丁皓江，《弹性和塑性力学中的有限单元法》

3. 毕业论文（设计）进度安排 阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 阶 段 内 容 桥式方案比选及工程量计算 箱梁桥结构尺寸优化 施工方案拟定 施工及成桥阶段结构内力计算 预应力钢筋配置及施工及成桥阶段应力、位移时间（周） 1.5 1.0 0.5 1.5 1.5 1.0 4.0 1.0 检算 普通钢筋配置 绘制设计图并编写设计说明书 毕业设计答辩 指导教师（签名） 时间：__________________ 系(所)主任(签名) 时间： 主管院长（签名） 时间：__________________

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毕业论文（设计）成绩评定表（一）

指导教师评语

建议成绩 指导教师 ____年____月____日

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毕业论文（设计）成绩评定表（二）

论文（设计）评阅人评语

论文（设计）

建议成绩 评阅人 ____年____月____日

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毕业论文（设计）成绩评定表（三）

答辩记录及意见

答辩成绩：_________ 答辩委员会（小组）负责人____________ ____年____月____日

学院领导小组审查意见：

成绩评定

负责人 ____年____月____日

目 录

摘 要 ............................................................................................................. III ABSTRACT ............................................................................................................ IV 第1章 基本资料 .................................................................................................. 1 1.1 基本资料 ............................................................................................................. 1

1.1.1飞云江河床断面图及地质剖面图 ............................................................... 1 1.1.2 水文资料及通航要求 .................................................................................. 1 1.1.3 线路资料和车道 .......................................................................................... 2 1.1.4 设计荷载 ...................................................................................................... 2 1.2 设计依据和要求 ................................................................................................. 2 1.2.1 设计依据 ...................................................................................................... 2 1.2.2 设计要求 ...................................................................................................... 3 第2章 桥式方案比选 .......................................................................................... 4 2.1 方案提出

2.1.1 方案比选的意义及任务 .................................................................................. 4 2.1.2 桥梁设计及方案比选的原则 .......................................................................... 4 2.2 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 ............................................................. 5 2.2.1 体系特点 ...................................................................................................... 5 2.2.2 桥型布置 ...................................................................................................... 5 2.2.3 上部结构尺寸拟定 ...................................................................................... 6 2.2.4 下部结构设计 .............................................................................................. 9 2.2.5 材料选用 ...................................................................................................... 9 2.2.6 施工方案拟定 ............................................................................................ 10 2.3 桥式方案二：下承式钢管混凝土拱桥 ........................................................... 14 2.3.1 体系特点 .................................................................................................... 14 2.3.2 上部结构 .................................................................................................... 15 2.3.3 下部结构 .................................................................................................... 15 2.4 桥式方案三：双塔斜拉桥 2.4 施工方案拟定 ............................................................................................... 15 2.5 方案比选 ........................................................................................................... 12 第3章 主梁内力计算 ........................................................................................ 18 3.1 计算内容及使用程序简介 ............................................................................... 18 3.2 结构计算模型 ................................................................................................... 18 3.3 施工阶段模拟 ................................................................................................... 19 3.4 荷载信息及工况组合 ....................................................................................... 20 3.4.1 荷载信息 .................................................................................................... 20 3.4.2 材料信息 .................................................................................................... 21 3.4.3 工况组合 .................................................................................................... 21 3.5 施工阶段内力计算 ........................................................................................... 22 3.6 施工成桥内力计算 ........................................................................................... 23 3.6.1 一期恒载内力 ............................................................................................ 23

I

3.6.2 二期恒载内力 ............................................................................................ 23 3.6.3 温度次内力 ................................................................................................ 23 3.6.4 支座沉降次内力 ........................................................................................ 24 3.6.5 收缩、徐变内力 ........................................................................................ 26 3.6.6 活载内力 .................................................................................................... 26 3.6.7 施工成桥组合内力（内力组合包络图） ................................................ 26 第4章 纵向预应力估索计算 ............................................................................. 30 4.1 配筋估算信息 ................................................................................................... 30 4.2 估索原理 ........................................................................................................... 30 4.2.1 估索的概念 ................................................................................................ 30 4.2.2 按弹性阶段的极限状态（正常使用极限状态）的应力要求估索 ........ 30 4.2.3 按破坏阶段的极限状态（承载能力极限状态）的应力要求估索 ........ 33 4.3 估索结果 ........................................................................................................... 33 4.4 预应力筋的布置 ............................................................................................... 34 4.4.1 布索原则 .................................................................................................... 35 4.4.2 钢束布置 .................................................................................................... 35 4.5 预应力锚具的选择与布置 ............................................................................... 37 第5章 主梁结构验算 ........................................................................................ 38 5.1 概述 ................................................................................................................... 38 5.2 验算标准 ........................................................................................................... 38 5.3 配束后主力内力图 ........................................................................................... 39 5.3.1 收缩、徐变内力 ........................................................................................ 39 5.3.2 恒载和预应力内力 .................................................................................... 40 5.4 强度验算 ........................................................................................................... 40 5.4.1 基本理论 .................................................................................................... 40 5.4.2 验算结果 .................................................................................................... 40 5.5 应力验算 ........................................................................................................... 41 5.5.1 施工阶段应力验算 .................................................................................... 41 5.5.2 使用阶段应力验算 .................................................................................... 43 5.5.3 钢筋应力验算 ............................................................................................ 44 5.6 刚度验算与预拱度设置 ................................................................................... 46 5.6.1 活载作用下的挠度与转角 ........................................................................ 46 5.6.2 恒载挠度及预拱度设置 ............................................................................ 47 5.7 支座反力汇总 ................................................................................................... 48 第6章 工程量统计 ............................................................................................ 50 结束语 ................................................................................................................. 51 参考文献 ............................................................................................................. 52 附录1：设计图纸（目录） ................................................................................ 53 附录2：英文原文及翻译 ...................................................... 错误！未定义书签。

II

摘 要

本文根据岩寨水库大桥的桥址情况和设计要求，拟定出预应力混凝土连续梁桥（58m+92m+58m）、中承式钢管混凝土拱桥（56m+160m+56m)、双塔斜拉桥(60m+160m+60m)三个方案进行比选。本着安全、经济、实用、美观的原则，确定预应力混凝土连续梁桥为最优方案，该桥总长208m，为58m+92m+58m三跨桥梁。

本连续梁桥的设计主要包括结构尺寸拟定；预应力钢筋的估算与配置；主梁强度、应力和刚度的检算三个部分。尺寸拟定参考以往成桥经验进行，并要满足规范规定的结构构造等要求；施工方案设计，预应力钢筋按照施工成桥工况进行估算，并根据实际施工工况进行调整；主梁结构的验算包括破坏阶段的强度验算和弹性阶段的应力、抗裂性、变形验算，均应满足规范要求。本设计不对桥墩、桩基础进行配筋和验算。

在整个设计过程中，主梁部分的计算采用有限元分析软件Dr.Bridge3.0完成。

关键词：方案比选；预应力混凝土连续梁桥；中承式钢管混凝土拱桥；斜拉桥；悬臂施工；验算

III

Abstract

In this paper, according to the Rock Village Reservoir Bridge to the bridge site and the design requirements, prestressed concrete continuous beam bridge(58m+ 92m+58m), half-through CFST arch bridge(56m+160m+56m), double Towers cable- stayed bridge(60m+160m+60m) three plans were compared. In a safe, economic, practical, aesthetic principles, prestressed concrete continuous beam bridge to determine the optimal scheme, the bridge length of 208m,58m+92m+58m for the three-span bridge.

The design of continuous beam bridge include dimensions decision of the whole structure, estimation and layout of the prestressed reinforcement, checking computations of strength, stress and rigidity of the main beam, and checking computation of the infrastructure. Referred to former experience, dimensions decision should meet the structural standard demand. The prestressed reinforcement system is estimated according to the building construction status, and adjusted according to the building-by-steps construction status. The checking computations of main beam include strength at failure stage, stress, crack resistance and deformation at elastic stage. In this paper, prestressed reinforcement design and checking computation of piers and piles are not considered.

In the whole process of design, the calculation of main beam is carried out by the finite element analysis software Dr.Bridge3.0.

Key Words: schemes comparison; prestressed concrete continuous beam bridge; half-through CFST arch bridge; cable- stayed bridge; cantilever construction; checking calculation

IV

第1章 设计基本资料

第1章 基本资料

1.1 基本资料

1.1.1巴拉河河床断面图及地质剖面图

岩寨水库大桥位于台江县革一乡排生村境内，桥址处位于岩寨水库库区，水库原名为巴拉河，2009年下旬开始下闸蓄水，水库正常蓄水位为613m，河面宽度约为240m，水流较平缓，径向自南向北，线路与其夹角为80°，下游约5km处为岩寨水电站大坝。如图1-1所示：

图1-1 巴拉河河床断面和地质剖面图

1.1.2 水文资料及通航要求

巴拉河河道总长216km，流域面积1376km2。本流域径流由降水形成，径流与降水的时空基本相应，平均流量11.35m3/s，平均径流总量3.566亿m3。年内分配不均，5～10月径流量占全年径流量的75%；最小流量一般发生在12月～ 次年1月。本桥位于深山区，沟谷纵横，本桥通航标准为Ⅵ级航道。

本桥处于巴拉河中下游，岩寨水电站上游，距离水库大坝5km，施工受到冬季蓄水、春季发电放水、雨季洪水的三重影响：即冬季为了保持库容，岩寨水电站从10月下旬开始下闸蓄水，一直到次年3月份，在此期间，水位标高保持在正常蓄水位613m（水位标准是浙江省丽水市水利水电勘测设计研究院制定）；每年春季3月份开闸放水发电，一直到10月；雨季（从5月到10月）受巴拉河上游的降水、泄洪和发电放水的相互影响，最高洪水位达到:H1%=613.92m，Q1%=3190m3/s,V1%=0.51m/s；泄洪后死水位达到：590.0m,水位高差达23m多，水位高度及变化成了桩基、承台、垫块和墩身施工的严重制约因素。水库水位变化情况如表1-1所示：

1

第1章 设计基本资料

表1-1 水位变化情况

最新水位冬季蓄水10最高洪水位 项目 泄洪死水位 （2012.3.2月～次年3月 5月～10月 0） 水位 613.0 613.9 590.0 606.0 （m） 1.1.3 线路资料和车道 施工水位 613.0 本设计线路为客专线，平面线型为直线，在纵坡的设置上采用直线坡，不设横坡，为双线铁路。 1.1.4 设计荷载

（1）恒载：①粱体自重26.5kN/m3计； ②双线二期恒载按184kN/m计； ③不均匀沉降取5cm。 （2）活载：ZK活载。

（3）列车竖向动力：桥跨结构考虑列车活载动力作用时，应将静活载所产 生的竖向效应（弯矩和剪力）乘以动力系数。

（4) 横向摇摆力取100 kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向

垂直线路中线作用于钢轨顶面。

（5) 风力：按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)办理。 （6）温度变化影响力：日照温差按顶板升温10度考虑。 （7）荷载组合：按可能的最不利组合情况进行计算。

组合Ⅰ（主）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载 组合Ⅱ（主+附）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载+温度变化

1.2 设计依据和要求 1.2.1 设计依据

1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）

2） 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005） 3）《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》 4）《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002） 5）《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009） 6）《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）

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第1章 设计基本资料

1.2.2 设计要求

（1）编写设计说明书，内容包括 1）中英文摘要

2）桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案确定 3）选定桥式的内力及变形分析结果

4）编制预应力估索程序并校核估算预应力钢筋，进行截面预应力钢筋

的布置

5）根据配筋结果，对结构进行全面成桥、施工应力检算 6）根据配筋结果，进行正常使用极限状态的截面校核。 7）设计分析并检算一个主跨的下部结构（要求采用推荐方案） 8）中英文文献翻译 （2）设计图纸

1）各桥式方案桥型布置图 2）选定方案构造图

3）上部结构预应力钢筋布置图 4）普通钢筋布置图 5）下部结构构造图 6）施工方案图

3

第2章 桥式方案比选

第2章 桥式方案比选

2.1 方案提出

2.1.1 方案比选的意义及任务

随着桥梁理论的不断成熟，对桥梁设计的要求不断提高。在桥梁设计中，要求桥梁经济适用、安全舒适、外形美观、技术合理。对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过使用、技术、经济等方面的综合比较才能得到最优的设计方案。

桥型方案比选是初步设计的工作重点，它对以后的设计工作起着至关重要的作用。一个好的桥梁设计方案可以节约造价、缩短工期。在桥型方案比选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。其中以安全与经济最为重要；以往的设计往往对桥梁功能重视度不够；现在由于各种交通量的发展，需要重视桥下净空与行车舒适性；至于桥梁美观，要视经济性而定。因此根据地形地质、水文和河段特征等条件，本着技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的原则，选择合理的设计方案有重大的意义。

桥式方案比选主要有三项任务：①拟定桥梁图式；②编制桥式方案；③桥梁技术经济比较和最优方案的选定。 2.1.2 方案比选的原则 （1）适用性

修建桥梁的目的在于交通运输，因此适用性极为重要。桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维修。 （2）安全性

桥梁的安全至关重要，它要求整个桥跨结构及其各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。设计应考虑各种可能的不利因素，特别是施工的条件等，保证足够的安全系数，确保安全。 （3）舒适性

现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的属相与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。 （4）经济性

4

第2章 桥式方案比选

桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑的因素。设计必须经过技术经济比较，使桥梁在建造时消耗的材料、工期和劳动力尽量少，在使用期间的养护、维修费用尽量少。 （5）美观性

在使用、安全和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调。 2.1.3 待选桥式方案

在对本桥的设计中，通过对基本资料的分析，初步确定下面三种桥式方案进行比选：

桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 桥式方案二：中承式钢管混凝土拱桥 桥式方案三：双塔斜拉桥

2.2 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 2.2.1 体系特点

预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、刚度大、强度高、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强、抗裂性能好等而成为最富竞争力的桥型之一。

由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩很大幅度减小，跨越能力强，但该超静定结构受温度变化、混凝土收缩徐变、地基不均匀沉降影响显著，对地基要求高，适应于中等以上跨径桥梁。 2.2.2 桥型布置

连续梁桥跨径的布置一般采用变截面不等跨的形式，边跨跨径取中跨的0.5 ~0.8，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若边跨过长，会削弱边跨的刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增加预应力束筋数量；若边跨过短，边跨桥台支座将会产生负反力，支座与桥台必须采用相应抗拔措施或边梁压重来解决。另外，对悬臂法施工的连续梁，为减小支架及现浇段长度，边跨长度以取不超过中跨长度的0.65倍为宜。

本方案中主桥全长208m，设计成58m+92m+58m三跨预应力混凝土连续梁桥（如图2-1所示），边跨与主跨的跨径之比为0.63。

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第2章 桥式方案比选

图2-1 预应力混凝土连续梁桥方案全桥布置图

2.2.3 上部结构尺寸拟定 （1）梁高

从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面宜采用变高度的方式进行布置。连续梁桥在恒载、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。同时，采用悬臂法施工的连续梁，变高度梁又与施工的内力状态相吻合。另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。特别是跨度超越60m的大、中跨度连续梁桥，采用变高度布置是十分经济的。

本方案根据成桥经验确定变高度梁的截面高度（见表2-1），截面变化采用圆曲线，与连续梁的弯矩变化规律相近。箱梁底板底面圆曲线半径R=30000m，箱梁底板顶面圆曲线半径R=30000m。

表2-1 变高度连续梁梁高设置

位置 支点梁高H支 跨中梁高H中 注：L为中跨跨度。 （2）横截面形式

经验值 (1/12?1/16)L (1/1.5?1/2.0)H支 实际值 1/14.8L 1/1.96H支 梁高 6.4m 3.5m 设计桥面宽13.4m，采用单箱单室截面（如图2-2所示）。

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第2章 桥式方案比选

图2-2 截面尺寸拟定（单位:cm）

（3）顶板尺寸

箱梁顶板除参与主梁抗弯、承受主梁弯曲的拉或压应力外，还是桥面板的受力部位，承受较大的横向内力，处于复杂的空间受力状态。箱梁顶板的厚度主要由横向受力和布筋构造要求确定。对于铁路桥梁，桥面宽度和箱梁腹板间距的变化量很小，一般顶板厚度在0.30-0.35m范围内取值。本方案取顶板厚55cm，全

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第2章 桥式方案比选

桥一致。 （4）底板

底板在负弯矩区特别是在靠近桥墩的界面，承受较大的压应力，由于底板的宽度比顶板小得多，底板的厚度要比顶板大。对于悬臂施工的变截面梁，底板厚度随负弯矩的增加而增大，跨中最小，在墩部最大，墩顶底板厚度一般取梁高的1/10~1/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内；跨中底板厚度一般要满足构造要求，取0.20-0.30m。底板沿纵向厚度变化与底板线一致。本方案支点底板厚100cm，跨中底板厚60cm。 （5）腹板

腹板厚由受力和构造两方面综合控制。受力方面，腹板必须满足抗剪、抗主拉应力和稳定性的最小厚度要求。腹板内锚固有预应力钢筋时，还须满足局部应力要求。依据剪力的分布规律，大跨度桥的腹板亦采用变厚度形式。构造方面，考虑钢筋、锚具布置和混凝土浇筑要求，腹板最小厚度由构造控制如下：无预应力钢筋管道时，为25cm；有单束预应力钢筋管道时，为25cm+管道直径；有单束钢筋锚固时为35cm。腹板在支点处的厚度最大约为30-60cm。本方案支点处腹板厚度110cm，跨中腹板厚60cm，通过两个节段以直线变化过渡。 （6）悬臂板

悬臂板长度是调节板内弯矩的重要参数，无横向预应力钢筋时，悬臂长度不宜过大，一般在1.4~2.5m之间。悬臂板沿横向常为变厚，其端部一般按最小构造要求取值。本方案悬臂板长度为3.35m，端部厚20cm，根部厚65cm。 （7）梗胁尺寸

梗胁是箱梁的重要组成部分。梗胁提供预应力的布置空间，有利于混凝土的浇筑及脱模；有利于剪力传递，改善剪力滞后效应影响，克服应力集中现象。箱梁顶板梗胁高宽比一般为1:2-1:4之间，底板梗胁的高宽比一般为1:1-1:2之间。本方案顶板梗胁采用30cm×105cm，底板梗胁采用30cm×60cm。 （8）横隔板

横隔板能够增加截面的横向刚度，限制畸变应力。箱形截面梁的抗弯及抗扭刚度较大，除在支点设置横隔梁以满足支座布置及承受支座反力需要外，可设置少量中横隔梁。对于单箱单室截面，目前的趋势为不设中横隔梁。本方案在桥台支座处设2m厚的横隔梁，其中间设1.0m×1.8m的过人洞；在跨中处设0.6m厚

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第2章 桥式方案比选

的横隔梁，其中间设1.0m×1.8m的过人洞；桥墩支点处设3m厚横隔梁，其中间设1.8m×1.8m的过人洞。 （9）伸缩缝

连续梁沿纵向两端部各设20cm的伸缩缝。 2.2.4 下部结构设计

本方案采用钢筋混凝土重力式桥墩和群桩基础。桩基基础可节约不少材料和开挖基坑的土方量，具有承载力高，沉降量小，且均匀，能承受较大的垂直和水平荷载等特点。 （1）桥墩

采用钢筋混凝土圆端形桥墩，沿线路方向编号分别1#、2#、3#、4#。 （2）承台

采用厚板式的独立承台，桩与承台板的连接方式为主筋伸入式。 （3）基础

采用?3m的钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。 2.2.5 材料选用 （1）混凝土

混凝土的种类很多，在预应力钢筋混凝土中一般采用以水泥为胶结料的混凝土。预应力混凝土连续梁桥对混凝土的基本要求是：高强度、低收缩徐变、缓凝早强、高弹性模量等。采用与高强预应力钢筋匹配的高强混凝土，可以充分发挥材料的强度，从而有效减小构件截面尺寸和自重，以利于适应大跨径的要求。 我国《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3 -2005）[以下简称《桥规》（TB 10002.3 -2005）]规定：钢筋混凝土桥跨结构的混凝土强度等级不得低于C30；预应力混凝土桥跨结构的混凝土强度等级不得低于C40。本设计箱梁结构采用C50混凝土，临时锚固和下部结构采用C30混凝土。 （2）钢筋

预应力混凝土梁桥使用的钢筋分为预应力钢筋和普通钢筋两大类。预应力钢筋作为预应力混凝土的预加应力和主要的受力材料，预应力混凝土梁中对钢筋的基本要求是：高强度、良好的塑性、低松弛、耐锈蚀等。

本方案采用15?7?5的高强度低松弛钢绞线，标准强度为fpk?1860MPa，

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第2章 桥式方案比选

张拉控制应力?con?0.651fpk?1210MPa，两端“双控”张拉，张拉时混凝土强度要达到85%的设计强度，且龄期不小于3天。普通钢筋采用20MnSi螺纹钢筋。 （3）锚具及管道

预应力钢束锚具选用基本要求：受力可靠，锚具本身具有足够的强度和刚度；预应力损失小；构造简单，便于机械加工制作；张拉设备轻便简单，张拉方便迅速；用材省，价格低。本方案纵向预应力钢束选用OVM15?15群锚锚具，

YCW350B千斤顶张拉，相应的锚垫板尺寸为300mm?240mm?170mm，相应的

金属波纹管直径为?90mm。 2.2.6 施工方案拟定 （1）施工方案的选择

预应力钢筋混凝土连续梁桥可就地浇筑、悬臂施工、顶推施工等。本方案采用轻型挂篮分段悬臂浇筑法施工。悬臂浇筑法以移动挂篮作为主要的施工设备，以桥墩为中心，从块开0#始，对称向两岸逐段浇筑混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力钢筋，再向前移动挂篮，进行下一节段的施工，利用已浇梁段将梁体自重和施工荷载传递到桥墩、基础上。采用挂篮悬臂浇筑法施工，不需要大量施工支架和临时设备，不影响桥下通航、通车，施工不受季节、河道水位的影响，施工周期短，结构整体性好。

除0#块、边跨现浇段和合拢段之外，其余节段均由挂篮立模现浇。现浇节段的施工质量直接关系到全桥的合拢，是连续梁体系转换的关键。本施工方案采用先中跨后边跨的合拢方式。 （2）挂篮设计

挂篮种类很多，常用的有梁式挂篮、斜拉式挂篮和组合式斜拉挂篮等，挂篮的结构设计应遵循如下原则：结构简单、受力明确、稳定性好、自重轻、行走和装拆安全方便，充分利用常备构件。

本方案采用菱形桁架式挂篮，具有结构简单、受力合理和一次移动到位等优点。其上部结构为菱形，前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台及侧模前移的滑道，其菱形结构后端锚固于主梁顶板上，无平衡压重，而且结构简单，大大减轻了自身的荷载。

本方案混凝土悬浇最大节段重量为2020kN，挂篮设计必须满足使用要求和安全要求，挂篮安装完毕后应全面进行检测，确保施工安全。

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第2章 桥式方案比选

（3）施工步骤设计

根据挂篮的承载能力和施工周期的要求，将悬臂浇筑段的梁体划分成14个节段（如图2-3），长度在3?4m之间。悬臂施工时，两个主墩同时进行，施工完墩顶0#块后，对称地向两侧进行下一节段的浇筑。具体施工步骤如表2-2所示。对于悬臂浇筑法施工，需要特别注意以下几个方面：0#块及临时支座施工；挂篮的设计、制作以及各工况下的受力和稳定的计算问题；悬臂施工时悬臂端预压等措施；边跨和中跨合拢时合拢段长度和合拢温度等条件的选择等等。

悬臂浇筑法施工控制是一个关键性的工艺，也是施工中的一个重点。其目的是使得成桥结构的线形和受力状态与设计吻合。如控制不好，到合拢时，两悬臂 端的高程差会大大超出容许范围，导致必须采取措施进行调平处理，既对结构受力不利，也影响结构的线性和美观，形成永久性缺陷。

图2-3 悬臂段划分（单位：cm）

表2-2 预应力连续梁桥方案施工步骤

施工步骤 1.基础桥墩施工； 施工工序 2.安装主墩（2#、3#）临时托架，并进行预压； 一 3.立模板，绑扎钢筋，浇筑墩顶0#节段，并使其与墩身临时固结； 4.待混凝土达85%设计强度且不小于7天龄期后，依次张拉0#节段顶板、腹板预应力钢束； 5.拆除主墩旁临时托架。 1.在主墩的0#节段上安装挂篮； 二 2.立模板，绑扎钢筋，对称悬臂安装1#节段； 3.待混凝土达85%设计强度且不小于7天龄期后，依次张拉1#节段顶板、腹板预应力钢束。

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第2章 桥式方案比选

1.移动主墩挂篮到1#节段； 2.立模板，绑扎钢筋，对称悬臂安装2#节段； 三 3.待混凝土达85%设计强度且不小于7天龄期后，依次张拉2#节段顶板、腹板预应力钢束； 4.重复1-3，直到12#节段悬臂施工完成。 1.中跨进行压重； 2.进行中跨合拢，立模板，绑扎钢筋，浇筑13#中跨合拢段； 四 3.待混凝土达85%设计强度且不小于7天龄期后，依次张拉合拢段顶板、底板预应力钢束； 3.解除主墩临时约束。 1.移动边跨挂篮到12#节段； 2.立模板，绑扎钢筋，悬臂安装14#节段； 五 3.待混凝土达85%设计强度且不小于7天龄期后，依次张拉边跨顶板、底板预应力钢束； 4.重复1-3，至15#节段悬臂施工完成。 六 1.安装边墩（2#、4#桥墩）旁的临时支架； 2.立模板，绑扎钢筋，浇筑边跨17#节段。 1.进行边跨合拢，立模板，绑扎钢筋，浇筑16#边跨合拢段； 七 2.待混凝土达85%设计强度且不小于7天龄期后，依次张拉边跨合拢段顶板、底板预应力钢束； 3.拆除边墩临时支架。 八 1.拆除挂篮； 2.进行桥面铺装等施工。

2.3 桥式方案三：双塔斜拉桥 2.3.1 体系特点

斜拉索两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的活载和桥面活荷载传递至索塔，再通过索塔传至基础。斜拉索只承受拉力，斜拉索在主梁锚固处的拉力可分解成一个向上的垂直分力和指向索塔的水平分力，其中向上的垂直分力，对主梁

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第2章 桥式方案比选

起到支承的作用，因而主梁在斜拉索的各点支承作用下，使主梁的弯矩值大大减少。这样可以使主梁的梁高大大减少，从而使主梁结构的自重显著减轻，既节省材料，又大幅度提高斜拉桥的跨越能力。

根据以上成桥经验数据，结合该处地质、水文情况及通航、线路标高等要求，拟定第三方案为双塔斜拉桥，采用跨度为60m?160m?60m的双塔斜拉桥。其布置图如图2-5所示：

图2-4 双塔斜拉桥方案全桥布置图

2.3.2 上部结构 （1）索塔

主塔顺桥向的布置形式为单柱式，横桥向的布置形式为H型。

主塔对整个斜拉桥结构的刚度、经济性都存在影响，一般塔高与中跨之比H/L中=1/4-1/7比较合适。本桥采用的塔高与中跨之比为1/3.48。 （2）拉索

本桥索面为平行双索面，有利于主梁抗扭，并且具有良好的抗风稳定性。 索面形状为扇形，对主梁提供的竖向支撑力大，可节省用钢量，降低拉索的造价。 （3）主粱

采用混凝土箱形截面主梁，具有良好的抗弯与抗扭刚度，能适应不同形式的布置情况。 2.3.3 下部结构

主墩、次主墩及边墩均采用3m钻孔灌注桩。桥墩、承台、钻孔桩均采用C30混凝土。

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第2章 桥式方案比选

2.3.4 施工方案拟定

表2-5 斜拉桥方案施工步骤

施工步骤 一 二 三 四 五 施工工序 采用钢板桩围堰筑岛施工下部结构 塔柱施工 在塔柱区现浇一段放置起吊设备的起始梁段 用起吊设备从塔柱两侧依次对称安装预制梁端，同时逐渐安装斜拉索，使悬臂不断伸长直至合拢 施工桥面系等附属工程 2.4 桥式方案二：中承式钢管混凝土拱桥 2.4.1 体系特点

钢管混凝土拱桥是近年发展起来的一种新型材料拱桥，是以钢管和混凝土组合材料为主拱断面的一种拱桥，由于其较好地发挥了混凝土的受压性能和钢管在无支架施工中的劲性骨架作用，从而解决了拱桥在建造过程中的材料与施工两大难题，为拱桥跨径向前推进注入了新的生机和活力。钢管混凝土拱桥按结构体系可分为简单体系拱桥、拱梁组合体系拱桥与钢架系杆拱桥。其中，钢架体系的钢管混凝土拱桥又分为下承式和中承式两种。

国内钢管混凝土拱桥的一些成桥经验数据见表2-3。

表2-3 国内钢管混凝土拱桥部分参数表

拱圈 桥名 拱轴线型 高度管径×壁（m） 厚（mm） 关东高明大桥 100 1/4 m=1.756悬链线 中承式 2.0 750×10 福建福清玉融大桥 76 1/4 二次抛物线 中承式 1.9 800×10 江西景德镇瓷都大桥 150 1/5 四次抛物线 中承式 2.5 1000×14 浙江铜瓦门大桥 238 1/4 修正二次抛物线 中承式 4.65 1150×12 广东东莞水道特大桥 280 1/5 m=1.5悬链线 中承式 5.5 1000×16 四川旺苍东河大桥 115 1/6 m=1.347悬链线 下承式 2.0 800×10 天津彩虹桥 160 1/5 m=1.41悬链线 下承式 3.75 1500×16 青藏拉萨河大桥 108 1/5.4 二次抛物线 下承式 1.8 900×10 根据以上成桥经验数据，结合该处地质、水文情况及通航、线路标高等要求，跨径矢跨（m） 比 结构型式 拟定第二方案为下承式钢管混凝土拱桥，采用跨度为56m?160m?56m的一拱连续梁钢管拱组合结构体系。其布置图如图2-4所示。

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第2章 桥式方案比选

图2-4 中承式钢管混凝土拱桥方案全桥布置图

2.4.2 上部结构 （1）预应力主梁

上部结构为连续梁钢管混凝土拱组合体系，预应力混凝土主纵梁采用箱形截面形式。

梁部采用C50混凝土，预应力筋采用1860MPa的高强低松弛钢绞线。 （2）拱肋

拱肋线均采用二次抛物线，配置有箱形加劲粱，以加劲粱强大的抗扭刚度抵消偏载影响。拱矢高36m，矢跨比1/7.56。

拱肋内灌筑C50微膨胀混凝土。拱肋钢材采用Q345qD。 （3）横向联接系

中孔拱肋和20cm都设7道一字形横撑，横撑钢管管径?800mm。横向联接系钢材采用Q235qD。 （4）吊杆

中孔拱每片拱肋设置18对吊杆，边孔拱每片拱肋设置5对吊杆，全桥共设46根吊杆，吊杆间距均采用4m。每根吊杆由Ry=1670MPa的73根7mm低松弛预应力钢丝组成，采用PE双护层防护。吊杆上下端均采用冷铸镦头锚进行锚固。 2.4.3 下部结构

主墩、次主墩及边墩均采用3m钻孔灌注桩。桥墩、承台、钻孔桩均采用C30混凝土。

2.4.4 施工方案拟定

表2-4 拱桥方案施工步骤

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第2章 桥式方案比选

施工步骤 一 二 三 四 五 施工工序 采用薄壁混凝土沉井围堰施工下部结构。 梁部采用支架现浇法，将主梁划分为现浇梁段和后浇段。后浇段的施工顺序由主跨向边跨依次进行。 安装拱肋支架，施工拱肋及相应横撑。分段灌筑拱肋内混凝土。 安装吊杆，对吊杆施加初张力。拆除支架，张拉主纵梁剩余预应力钢束。 施工桥面系等附属工程。

2.5 方案比选

表2-6 方案比选

项目 桥型 跨径方案一 预应力混凝土连续梁桥 (58?92?58)m 方案二 下承式钢管混凝土拱桥 (56?160?56)m 方案三 双塔斜拉桥 (60?160?60)m 布置 截面形式 单箱单室箱形截面 结构变形小，刚度大，使用效果 行车舒适，抗裂性能构造、受力复杂，横向单箱单室箱形截面 单箱单室箱形截面 梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大，受桥下净空和桥面标高的限制少 好，抗震能力强，易于刚度较差，成桥之后维养护，成桥后维护费用低 护费用较高 工程量 钢筋用量较少，施工方钢材用量大，施工过程设计计算复杂，施工中法成熟，工期短，总体复杂，工期长，总体费高空作业较多，且施工费用较低 用较高。 复杂，费用高 美观效果 一般 美观 美观 16

第2章 桥式方案比选

综合比较，三个方案都符合安全、功能的要求，斜拉桥桥型美观，但设计计算、施工复杂，使用费用高，不经济；拱桥桥型美观，但造价过高，不经济，且整体性较差；预应力混凝土连续梁桥的应用比较多，悬臂浇筑施工工艺的应用较为成熟，并且工程造价方面占绝对优势，后期养护费用低。综上所述，本设计采用的最终方案为方案一：预应力混凝土连续梁桥。

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第3章 主梁内力计算

第3章 主梁内力计算

3.1 计算内容及使用程序简介

在对桥梁结构进行初步尺寸拟定和材料选择以后，就可以对结构进行纵向受力分析、配筋计算等工作。首先建立结构的计算模型，然后在各种荷载组合情况下进行内力计算，从而估算出结构所需要配置的预应力筋面积。

本设计中，结构的计算通过Dr.Bridge 3.0来完成。桥梁博士是桥梁工程中普遍使用的一个有限元计算软件。它是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助于一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。系统的编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现代计算机技术，符合设计人员的习惯。Dr.Bridge 3.0将桥梁结构简化为杆件系统进行建模，对连续梁桥的计算尤为适用，计算精确，使用方便。

通常，连续梁桥的计算流程是：施工成桥内力计算；考虑施工阶段的配筋估算；配筋后施工和成桥结构验算。 3.2 结构计算模型

在使用有限元软件进行计算之前，必须对全桥结构进行离散化，建立结构计算模式。结构离散化是结构分析重要的一环，必须遵循以下原则：

（1）保证体系的几何不变性。这一点在较复杂的施工体系转换中尤其应注意，同时也应避免与结构受力不符的多余约束；

（2）计算模型应尽量符合结构的构造特点和受力特点 ，对于0#块的处理、支座的处理、基础的模拟等应慎重考虑；

（3）在合理模拟保证精度的前提下，减少节点数目，以缩小计算规模。 离散时，一般在以下位置应划分节点： （1）构件的转折点和截面的变化点； （2）施工分界点、边界点、及支座处； （3）需验算或求位移的截面处；

（4）当出现位移不连续的情况时，例如相邻的两个单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式。

本设计方案在单元划分时，每一个悬臂浇筑施工节段自然划分为一个单元（有2.5m、3.0m、3.5m三种规格），每个合拢段（2.0m）设为两个单元。这样，

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第3章 主梁内力计算

便于施工过程的模拟，并且这些截面也正是需要验算的截面。同时，0#块、支座处、边跨直线现浇段以及一些构造变化的位置增设了几个单元，使得关键受力部位的计算更加精确。全桥按照从左到右的顺序共划分为74个单元，相应的有75个节点。

用桥博建立的全桥三维模型和主梁单元划分别如图3-1和图3-2所示。

图3-1 全桥三维模型

图3-2 主梁单元划分

3.3 施工阶段模拟

施工阶段及单元划分确定后，就可以模拟实际施工过程，计算出各阶段内力，再将各阶段内力累加即得到桥梁的最终恒载内力。

根据实际施工步骤，列出主梁内力计算和估索计算时的施工阶段（见表3-1）。

表3-1 施工阶段划分

施工阶段号 施工周期 施工内容 1 30 0#块浇筑 2 2 张拉0#块预应力钢束 3 2 安装挂篮 4 10 悬臂浇筑1#块 5 2 张拉1#块预应力钢束 6 2 移动挂篮 7-38 14×11 重复步骤4-6，悬臂安装2#块-12#块及张拉2#块-12#

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第3章 主梁内力计算

39 40 41 42-43 44-49 50 51 52-53 54 55 56 10 10 5 4 14×2 20 10 12 2 60 1000 块的预应力钢束 中跨加吊篮压重 中跨合拢 安装永久支座，解除临时约束 张拉合拢跨钢束 重复步骤4-6，悬臂安装13#块、14#块及张拉13#块、14#块的预应力钢束 安装满堂支架，浇筑16#块 边跨合拢，即安装15#块 张拉预应力钢束 拆除支架和挂篮 桥面铺装 收缩徐变 3.4 荷载信息及工况组合 3.4.1 荷载信息

本桥在设计计算中，考虑了恒载、活载、温度荷载、不均匀沉降、收缩徐变等荷载。在估算配筋阶段，主要考虑了恒载、活载和收缩徐变的影响，而在结构验算阶段则全面考虑了以上五种荷载的组合。 （1）一期恒载

即结构自重，程序根据截面尺寸信息自动将梁体自重计为均布荷载。 （2）二期恒载

包括桥面铺装、道碴自重及线路设备等，按184kN/m考虑。 （3）设计活载

本设计中活载采用的是ZK活载，其形式与UIC活载一致，集中力和均布荷载的取值均为UIC活载的0.8倍。

桥跨结构在ZK活载的作用下，考虑列车活载竖向动力作用时，列车竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数1??，1??按下列公式计算：

1???1?1.44/L?0.5?0.2?0.18

????式中，L?为加载长度（m），其中L??3.61m时按3.61m计；简支梁时为梁的跨度；n跨连续梁时取平均跨度乘以下列系数：

n?2 1.20

n?3 1.30

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第3章 主梁内力计算

n?4 1.40 n?5 1.50

当计算L?小于最大跨度时，取最大跨度。1??计算值小于1.0时取1.0。 本设计中L??58?2?92?1.3?90m?92m，代入1??的计算式中，得到31???0.975?1，故取1???1.0

（4）温度变化影响

按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)办理。整体升温20℃，降温20℃，并考虑梯度温度正温差和反温差作用。 （5）基础不均匀沉降

考虑支座处沉降5cm，按最不利情况进行组合。 3.4.2 材料信息 （1）混凝土

梁体采用中铁C50混凝土，容重取26.5kN/m3，弹性模量Ec?3.55?104MPa，轴心抗压强度fc?33.5MPa，轴心抗拉强度fct?3.10MPa。

（2）预应力钢束

纵向预应力钢束采用15?7?5高强度低松弛钢绞线，公称直径?j15.2，弹性模量Ep?2.10?104MPa，抗拉强度标准值fpk?1860MPa。张拉时控制应力取

?con?0.651fpk?1210MPa。 （3）预应力管道

采用金属波纹管，直径有?90mm两种。管道摩阻系数??0.23，局部偏差系数K?0.0015，钢束预应力损失松弛率2.5%，锚具变形与钢束回缩值(一端)为6mm。 3.4.3 工况组合

桥涵结构设计应根据结构的特性，按荷载可能的最不利组合情况进行计算。根据各种结构的不同荷载组合，材料基本容许应力应该乘以不同的提高系数。对于预应力混凝土结构中的强度及抗裂性计算，应采用不同的安全系数。 （1）组合Ⅰ（主）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载 （2）组合Ⅱ（主+附）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载

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第3章 主梁内力计算

＋温度变化

3.5 施工阶段内力计算

图3-3 最大悬臂阶段剪力图（kN）

图3-4 最大悬臂阶段弯矩图（kN·m）

图3-5 中跨合拢阶段剪力图（kN）

图3-6 中跨合拢阶段弯矩图（kN·m）

图3-7 边跨合拢阶段剪力图（kN）

图3-8 边跨合拢阶段弯矩图（kN·m）

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第3章 主梁内力计算

计算结果表明，在施工过程中发生结构体系转换时，先期结构恒载内力由于混凝土徐变作用将不断引起次内力，使先期结构的受力状况向后着期结构的受力状况进行转化。

3.6 施工成桥内力计算

施工成桥内力分析包括恒载内力（一期恒载和二期恒载）计算、活载内力计算、温度次内力计算、支座沉降次内力计算和组合内力计算。 3.6.1 一期恒载内力

图3-9 一期恒载剪力图（kN）

图3-10 一期恒载弯矩图（kN·m）

3.6.2 二期恒载内力

二期恒载采用Q??184kN/m。

图3-11 二期恒载剪力图（kN）

图3-12 二期恒载弯矩图（kN·m）

3.6.3 温度次内力

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第3章 主梁内力计算

图3-13 升温温差次内力剪力图（kN）

图3-14 升温温差次内力弯矩图（kN·m）

图3-15 降温温差次内力剪力图（kN）

图3-16 降温温差次内力弯矩图（kN·m）

3.6.4 支座沉降次内力

1）1#墩隔墩沉降5cm下的内力图

图3-17 1#墩隔墩基础沉降剪力图（kN）

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第3章 主梁内力计算

图3-18 1#墩隔墩基础沉降弯矩图（kN·m）

2）2#墩隔墩沉降5cm下的内力图

图3-19 2#墩隔墩基础沉降剪力图（kN）

图3-20 2#墩隔墩基础沉降弯矩图（kN·m）

3）3#墩隔墩沉降5cm下的内力图

图3-17 3#墩隔墩基础沉降剪力图（kN）

图3-18 3#墩隔墩基础沉降弯矩图（kN·m）

4）4#墩隔墩沉降5cm下的内力图

图3-19 4#墩隔墩基础沉降剪力图（kN）

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第3章 主梁内力计算

图3-20 4#墩隔墩基础沉降弯矩图（kN·m）

3.6.5 收缩、徐变内力

图3-21 混凝土收缩、徐变下弯矩图（kN·m）

图3-22 混凝土收缩、徐变下剪力图（kN）

3.6.6 活载内力

图3-23 活载内力剪力图（kN）

图3-24 活载内力弯矩图（kN·m）

计算结果表明，对于连续梁超静定结构，温度变化和支座沉降引起的结构次内力不容忽视。

3.6.7 施工成桥组合内力（内力组合包络图）

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第3章 主梁内力计算

结构内力是荷载效应的必然结果。根据《桥规》（TB 10002.3 -2005），预应力混凝土铁路桥梁按照弹性阶段进行应力、变形计算，按照破坏阶段进行强度计算，所以在进行内力计算时，应按正常使用和承载能力两种极限状态分别考虑。另外，对于预应力混凝土连续梁桥，同一截面因不同荷载作用所产生的内力可能同号，也可能异号，因此应考虑不同的荷载组合进行内力计算。综上，对正常使用极限状态荷载组合Ⅰ和组合Ⅱ、承载能力极限状态荷载组合Ⅰ和组合Ⅱ的主梁进行结构内力计算。

1）正常使用极限状态荷载组合Ⅰ下内力

图3-25 正常使用极限状态荷载组合Ⅰ剪力包络图（kN）

图3-26 正常使用极限状态荷载组合Ⅰ弯矩包络图（kN·m）

2）正常使用极限状态荷载组合Ⅱ下内力

图3-27 正常使用极限状态荷载组合Ⅱ剪力包络图（kN）

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第3章 主梁内力计算

图3-28 正常使用极限状态荷载组合Ⅱ弯矩包络图（kN·m）

3）承载能力极限状态荷载组合Ⅰ下内力

图3-29 承载能力极限状态荷载组合Ⅰ剪力包络图（kN）

图3-30 承载能力极限状态荷载组合Ⅰ弯矩包络图（kN·m）

4）承载能力极限状态荷载组合Ⅱ下内力

图3-31 承载能力极限状态荷载组合Ⅱ剪力包络图（kN）

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第3章 主梁内力计算

图3-32 承载能力极限状态荷载组合Ⅱ弯矩包络图（kN·m）

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第4章 纵向预应力估索计算

第4章 纵向预应力估索计算

4.1 配筋估算信息

预应力混凝土梁桥一般采用钢绞线作为纵向预应力筋。本设计中纵向预应力钢束采用15?7?5高强度低松弛钢绞线，公称直径d?15.2mm，公称面积

A?140.0mm2，弹性模量Ep?2.1?105MPa，预应力钢绞线抗拉强度标准值为fpk?1860MPa。预应力损失估算为20%。

4.2 估索原理 4.2.1 估索的概念

确定钢束需要知道各截面的计算内力，而布置好钢束前又不可能求得桥梁的真实受力状态，故只能称为“估算”。此时与真实受力状态的差异主要由以下几方面引起：未考虑预加力的作用；未考虑预加力对徐变、收缩的影响；未考虑钢束孔道的影响；各钢束的预应力损失值只能根据经验事先拟定。

预应力混凝土截面配筋应分别根据弹性阶段的极限状态（对应Dr.Bridge 3.0中的正常使用极限状态）和破坏阶段的极限状态（对应Dr.Bridge 3.0中的承载能力极限状态），确定截面受力的性质，分别按照相应的钢筋估算公式进行计算。 4.2.2 按弹性阶段的极限状态（正常使用极限状态）的应力要求估索

对于全预应力混凝土梁结构，在预加应力和使用荷载等作用下的应力应满足：截面上、下缘均不出现拉应力，且上、下缘混凝土均不被压碎。即：

?y上?MminM?0，即 ?y上??min （4-1） W上W上MmaxM?0，即 ?y下?max （4-2） W下W下MmaxM?[?W]，即 ?y上?[?W]?max （4-3） W上W上MminM?[?W]，即 ?y下?[?W]?min （4-4） W下W下?y下??y上??y下?式中：?y上、?y下为由预加力在截面上缘和下缘所产生的应力；W上、W下为分别为截面上、下缘的抗弯模量（可按毛截面考虑）；Mmax、Mmin为荷载最不利组合时的计算截面内力，当为正弯矩时取正值；[?W]为混凝土抗压应力极限值。

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第4章 纵向预应力估索计算

根据截面受力情况，其配筋不外乎有三种形式：（1）截面上、下缘均布置力筋以抵抗正、负弯矩；（2）仅在截面下缘布力筋以抵抗正弯矩；（3）仅在上缘布置力筋以抵抗负弯矩。 （1）截面上、下缘均布置力筋

由力筋N上及N下在截面上、下缘产生的应力分别为：

?y上??y下?N上N上e上N下N下e下??? （4-5） AW上AW上N上N上e上N下N下e下??? （4-6） AW下AW下 N上?n上fy?y N下?n下fy?y

（4-7）

（4-8）

将式（4-7）、(4-8)分别代入式（4-5）、（4-6）联立方程可得：

n上?Afy?yAfy?y??y上K下(K上?e下)??y下K上(K下?e下)(K上?K下)(e上?e下) （4-9）

n下???y下K上(K下?e上)??y上K下(K上?e上)(K上?K下)(e上?e下) （4-10）

式中：e上、e下分别为上、下缘预应力钢筋重心距截面重心的距离； A为混凝土截面积，可按毛截面计算；n上、n下分别为截面上、下缘预应力钢筋的数目；K上、

K下分别为截面上、下缘核心距；fy为每束预应力钢筋的截面积；?y为预应力

钢筋的永存应力，估算力筋时可取?y?(0.5?0.6)fpk，其中fpk为预应力钢筋的抗拉强度标准值。

将式（4-1）、式（4-2）分别代入（4-9）、（4-10）即可按截面上、下缘不出现拉应力所需要的预应力钢筋数目，显然，该值为截面的最小配筋值，分别记为

NSmin、NXmin，则有

NSmin?Afy?yAfy?y?(?MminW上)K下(K上?e下)?(MmaxW下)K上(K上?e下) （4-11）

(K上?K下)(e上?e下)(MmaxW下)K上(K上?e上)?(MminW上)K下(K上?e上) （4-12）

(K上?K下)(e上?e下)NXmin??同理，将式（4-3）、式（4-4）分别代入（4-11）、（4-12）可得截面上、下

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第4章 纵向预应力估索计算

缘混凝土不被压碎所需要的预应力钢筋数目，显然，该值为截面的最大配筋值，分别记为NSmax、NXmax，详细表达式推导略。 （2）只在截面下缘布置预应力钢筋

由下缘预应力钢筋在截面上、下缘产生的应力分别为：

?y上??y下?N下N下e下? （4-13） AW上N下N下e下? （4-14） AW下将式（4-8）分别代入式（4-13）、（4-14）解得：

n下?Afy?yAfy?y??y上K下K下?e下 （4-15）

n下???y下K上K上?e下 （4-16）

将式（4-1）代入式（4-15）可求出当上缘不出现拉应力时截面下缘所需的预应力钢筋数量，记NXsl为，则有：

（4-17）

类似地，可得到下缘不出现拉应力时下缘所需的力筋数NXxl，上缘混凝土不被压碎时下缘所需的力筋数NXsy和下缘混凝土不被压碎时下缘所需的力筋数

NXxy（计NXsl?Afy?y?(?MminW上)K下算表达式略）。

K下?e下（3）仅在上缘布置预应力钢筋

由上缘预应力钢筋在截面上、下缘产生的应力分别为：

?y上??y下N上N上e上? （4-18） AW上N上N上e上?? （4-19） AW下将式（4-7）分别代入式（4-18）、式（4-19）分别解得：

n上?Afy?y??y上K下K下?e上 （4-20）

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第4章 纵向预应力估索计算

n上?Afy?y??y下K上K上?e上 （4-21）

将式（4-1）代入式（4-20）可求出当上缘不出现拉应力时截面上缘所需的预应力钢筋数量，记NSsl为，则有：

NSsl?Afy?y?(?MminW上)K下 （4-22）

K下?e上类似地，可得到下缘不出现拉应力时上缘所需的力筋数NSxl，上缘混凝土不被压碎时上缘所需的力筋数NSsy和下缘混凝土不被压碎时上缘所需的力筋数

NSxy（计算表达式略）。

（4）上、下缘配筋的判别条件

预应力混凝土受弯构件截面配筋的数量不仅与截面承受的弯矩有关，且还需考虑截面几何特性的影响。因此，在截面配筋程序设计时，不应认为只有当截面承受正、负弯矩共同作用时才在上、下缘配筋，而应当以式（4-9）、式（4-10）为依据，推导出配筋的判别条件。

对于式（4-9）令n上?0，则可得只在下缘配筋的条件：

?y上K下(K上?e下)??y下K上(K下?e上) （4-23）

对于式（4-10）取n下?0。则可得出只在上缘布筋的条件：

?y下K上(K下?e上)

预应力梁在弯矩Mp作用下达到受弯极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度。截面的安全性是通过计算截面抗弯安全系数K来保证的（具体计算公式略）。

在初步估算预应力筋数量时，T形或箱形截面，当中性轴位于受压翼缘可按照矩形截面计算，但是当忽略实际上存在的双筋影响时（受拉区、受压区都有预应力筋）计算结果偏大，作为力筋数量的估算是允许的。 4.3 估索结果

在进行桥梁设计，一般采用施工成桥工况的内力包络图进行预应力筋估索，然后再根据各个施工阶段的应力进行调索。

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第4章 纵向预应力估索计算

估算出各截面的最小配筋面积后，根据拟定的钢绞线类型，考虑适当的调整，可以定出每个截面所需钢束数。悬臂施工的连续梁桥一般采用大吨位的预应力群锚体系，再考虑到对称受力的需要，对本设计单箱单室截面每个断面的锚固束只能是双数。故可能需要根据构造要求对钢束作较大调整。

本桥采用15-7φ5预应力钢绞线，锚垫板尺寸300×240×170mm，金属波纹管直径为90mm。在承载力极限状态和正常极限状态下的最小配筋面积如图4-1和图4-2所示：

图4-1承载力极限状态下配束面积图（m）

2图4-2正常使用极限状态下配束面积图（m）

2

表4-1 典型截面上缘估索与配索结果（面积单位：mm）

2节点号 节点位置 22 54 正常使用极限状态 估索面积 估索束数 主墩支座处 166300 79.2 主墩支座处 166300 79.2 承载能力极限状态 实际配筋 估索面积 估索束数 面积 束数 165400 78.8 201600 96 165400 78.8 201600 96 2表4-2 典型截面下缘估索与配索结果（面积单位：mm）

节点号 节点位置 正常使用极限状态 承载能力极限状态 实际配筋 估索面积 估索束数 估索面积 估索束数 面积 束数 8 边跨跨中 28500 13.6 31000 14.8 29400 14 38 中跨跨中 40600 19.3 45600 21.7 50400 24 68 边跨跨中 28500 13.6 31000 14.8 29400 14 注：按照方案拟定，所配预应力筋张拉控制应力按?con?0.651fpk?1210MPa。 4.4 预应力筋的布置

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第4章 纵向预应力估索计算

4.4.1 布索原则

纵向预应力钢筋在箱梁截面上的布置应遵循以下原则：

（1）应满足构造要求，如孔道中心最小距离，锚孔中心最小距离，最小曲率半径，最小扩孔长度等。例如，《桥规》（TB10002.3-2005）规定：后张法中曲线布置的预应力钢筋，钢丝直径等于或小于5mm时，曲率半径不宜小于4m；钢丝直径大于5mm时，曲率半径不宜小于6m。预应力钢筋管道净距，当管道直径等于或小于55mm时，不应小于40mm；当管道直径大于55mm时，不应小于管道外径。预应力钢筋或管道表面与结构表面之间的保护层厚度，在结构顶面和侧面均不应小于1倍管道直径，并不小于50mm；在结构底面不应小于60mm。

（2）为避免梁体产生横向弯曲，力筋在截面上应对称布置，各施工阶段也要满足对称布置的原则。注意钢束平、竖弯曲线的配合及钢束之间的空间位置。钢束一般尽早地平弯，在锚固前竖弯。特别应注意竖弯段上、下层钢束不要冲突，还应满足孔道净距的要求。

（3）顶、底板力筋应集中在腹板及梗胁等混凝土较厚的位置，而不宜采用均匀分散布置的方式。这样可使预应力以较短的传力路线分布在全截面上，有利于降低预应力传递过程中局部应力的不利影响；能减小钢束的平弯长度；能减小横向内力；能充分利用梗腋布束，有利于截面的轻型化。

（4）为满足布置要求，预应力钢筋可以平弯和竖弯，但要尽量减少或避免平弯，以简化构造和减小预应力损失，更要避免平弯和竖弯的叠加。平弯和竖弯的角度不宜大于20°，应尽量加大曲线半径，以便于穿束和压浆。

（5）钢束的线形种类尽量减少，以便于计算和施工。

（6）分层布束时应使长束布置在上层，短束布置在下层。应使管道上下对齐，这样有利于混凝土浇筑与振捣，不可采用梅花形布置。 4.4.2 钢束布置

所谓“布置”就是对典型截面进行横截面布索，在间距满足规范要求的前提下，确定截面尺寸拟定、索型选择是否合适。同时，钢束的布置应满足锚固时锚垫板、齿板等的布置要求。

本设计最终的布索结果为：中跨跨中底板布置24根，顶板布置2根合拢束；边跨底板布置14根，顶板布置6根合拢束；主墩支点截面布置96根。横截面布置具体情况如图4-3所示。

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第4章 纵向预应力估索计算

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