高速铁路(60+108+60)m预应力混凝土连续梁桥设计 - 图文

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文）

高速铁路(60+108+60)m 预应力混凝土连续梁桥设计

年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师:

2013年 6 月

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第I页

院 系 专 业 年 级 姓 名 题 目 指导教师

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成 绩

答辩委员会主任 (签章)

年 月

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第II页 毕业设计（论文）任务书

班 级 学生姓名 学 号

发题日期：2013年3月 4 日 完成日期：2013年6月19日 题 目 高速铁路(60+108+60)m预应力混凝土连续梁桥设计 1.目的、意义

培养土木工程专业本科毕业生综合应用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，掌握桥梁设计的基本原理和方法，独立完成一座桥梁的设计工作的能力，熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用所做的设计工作应该满足相关规范的要求。设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰。通过设计，提高学生分析问题、解决问题的能力，达到桥梁工程设计人员的初步水平，为将来走上工作岗位打下良好的基础。

2.设计基础资料

(1) 设计标准：高速铁路，双线，设计速度350km/h，按ZK荷载设计；无碴轨道。

(2) 桥面布置：桥面宽度12m。线间距5m。建筑限界按净高为7.25m，双线净宽9.88m。

(3) 桥面线形：平面为直线，纵坡为平坡，中跨桥面跨中高程为500m。桥面横坡：2%。

(4) 设计基准温度20°C，体系温度变化：±20°C。 (5) 基础变位：相邻墩台基础不均沉降1cm。 (6) 基本风压：500Pa。

其它基础资料见提供的附图（电子版）。 3.设计规范

(1) 《铁路技术管理规程》（铁道部令第29号） (2) 《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1－2005） (3) 《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）

(4) 《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）

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第III页 (5) 《铁路桥涵砼和砌体结构设计规范》（TB-10002.4-2005） (6) 《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005） (7) 《高速铁路设计规范》（试行）(TB 10621-2009) (8) 《铁路桥涵施工技术规范》（TB10203-2002） 4.材料规格

(1) 主梁混凝土：C55级混凝土； (2) 主墩混凝土：C50级混凝土；

(3) 预应力钢筋及锚具：预应力钢绞线：符合美国ASTM A416—97A标准，270级高强度低松弛钢绞线，其标准强度fpk=1860Mpa，Ep=1.95×105Mpa，松弛率小于0.035，用于全桥纵向预应力钢束和主桥横桥向预应力钢束及部分竖向预应力钢束。预应力钢筋可选用7-φj15.24、9-φj15.24、12-φj15.24或19-φj15.24高强度低松弛钢绞线(1-φj15.24公称断面面积为140.00mm2)，fpk=1860Mpa；对应锚具分别为YM15-7、YM15-9、YM15-12或YM15-19；对应波纹管直径分别为(内径)φ70、φ80、φ85、φ100mm(外径比内径大7mm)。主梁竖向预应力钢筋采用?32 PSB830钢筋，fpk=830Mpa；对应锚具为M34×3(螺距)；对应孔道直径φ43mm，锚垫板边长a = 140mm，相邻锚板中心距离不小于15cm。

(4) 普通钢筋：

受力主钢筋用HRB335钢筋(?12～28)，fpk=335MPa；非受力钢筋用Q235钢筋(φ8～20)，fpk =235MPa。 5.设计内容 (1) 总体设计

收集资料，了解大跨度连续梁（刚构）桥的发展现状和计算理论。根据题目给定的跨度尺寸和平面横断面图，布置桥跨；在参考已建桥梁的基础上，拟定主梁、桥墩的截面形式和尺寸，进行结构总体设计。

总体设计内容包括：跨度设计、主梁主墩结构尺寸的拟定、横截面尺寸拟定、桥面的布置和相应设计等，完成总体设计图与总体设计说明。 (2) 内力分析

熟悉有限元结构分析计算和设计软件的原理及使用，包括结构计算图式的确定、单元划分、施工阶段的划分及其对应的内力计算、运营阶段内力计算等。根据拟定的结构尺寸，计算结构及杆件的截面特性和恒载，熟悉结构内力分析的基本原

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第IV页 理，采用有限元结构分析计算软件，计算结构的恒载状态。计算ZK荷载、温度效应、静力风荷载作用下的结构最不利内力和变形。对结构在各种荷载作用下的内力进行组合，按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1－2005）进行组合。 (3) 预应力钢束设计

对主梁预应力钢束布置进行设计计算，根据相关设计规范应用具体公式和参数；考虑构造要求；具体的计算分析过程描述和表格化数据罗列。 (4) 结构验算

按照预应力混凝土结构设计原理，根据设计规范具体公式和参数，对结构的强度、抗裂、应力、裂缝宽度、变形、自振频率进行验算。 (5) 编制设计说明、完成毕业设计文档。

设计说明和设计图按规定装订，设计计算说明书的内容包括：桥式方案拟定和比较的基本原则、设计思路以及主要结构尺寸拟定原理的综合叙述和阐述；结构主要施工方法选定的叙述；主要设计计算原理和方法的叙述；结构在主要荷载效应（弯矩、剪力、轴力、位移等）下的计算分析过程及具体计算结果和分析。文整格式一般以设计题目为首，按照设计题目、设计任务书、中文和外文摘要、目录、正文、外文资料翻译（包括外文原文及中文翻译）、毕业设计小结，以及毕业实习报告等顺序组织。设计说明书总字数不少于15000字。 (6) 绘制结构设计图

绘制图形及装订顺序如下：设计说明、全桥工程数量汇总表、桥梁总体布置图。

绘制桥梁结构主要构造图：预应力混凝土连续梁和连续刚构桥主梁、中间墩等立面、平面和横断面图，横隔板构造图，主梁分段预应力钢筋布置图(包括纵向立面、平面和各个横断面布置，以及预应力钢筋要素图表等)，施工程序图、结构工程数量等。要求达到A3幅面图纸不少于16张或A2幅面图纸不少于8张(相当于0#图2张)。最好用用A3幅面图纸绘制。 (7) 外文资料翻译

要求选择一篇外文专业科技文献（外文字符不少于10000个）翻译，写出中英文的毕业设计摘要（不少于500汉字）。 6、设计要求

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第V页 (1) 根据任务书提出完成毕业设计工作计划并报指导教师认可。 (2) 掌握桥梁设计的基本原理和方法。

(3) 熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用。

(4) 设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰；章节编号分明，图、表编号说明清楚；文句通顺，字迹工整，图纸美观；装订成册。 7、参考文献

[1] 强士中.桥梁工程（下册），北京：高等教育出版社，2000 [2] 范立础主编，桥梁工程（上册），北京：人民交通出版社，2001 [3] 范立础主编，预应力混凝土连续梁桥，北京：人民交通出版社，1988 [4] 邹毅松、王银辉, 连续梁桥，北京：人民交通出版社，2009 [5] 邬晓光、邵新鹏、万振江，刚架桥，北京：人民交通出版社，20017 [6] 郑健，中国高速铁路桥梁，北京：高等教育出版社，2001

[7] 黄棠、王效通，结构设计原理（上），北京：中国铁道出版社，1997 8、毕业设计各部分内容及时间分配：（共 15 周）

第一部分 熟悉毕业设计任务、文献阅读、资料收集；熟悉软件使用；桥跨总

体布置选定结构尺寸，确定施工方法； (2周)

第二部分 结构内力计算、自重产生的徐变次内力计算；恒、活载简单组合、

内力包络图； (3周)

第三部分 预应力筋估算和布置、预应力损失计算、预应力弹性次内力、徐变

次内力、温度次内力、支座沉降次内力计算； (3周)

第四部分 荷载组合、截面验算、变形检算、工程数量计算； (2周) 第五部分 编制设计说明书、编制设计图、外文资料翻译； (2周) 第六部分 毕业实习、编制实习报告、设计说明书和图纸的整理； (1周) 第七部分 毕业设计检查、完善、制作答辩PPT，毕业设计审查； (1周)

评阅及答辩 (1周)

备 注：期间有3天在实习 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VI页 摘 要

本设计所设计的是高速铁路预应力混凝土连续梁桥，为双线铁路桥梁，主要设计桥梁的上部结构，设计荷载采用ZK活载。

本设计采用预应力混凝土连续梁桥，其孔径布置为60+108+60m，全长为228m。主梁采用变高度变截面的单箱单室箱型截面，主梁的高度变化曲线采用二次抛物线。桥面宽度为12m，中支座梁高9m，中跨跨中梁高5m。主梁采用对称悬臂施工法，边跨现浇段采用满堂支架施工。

本设计使用midas 软件分析，考虑施工过程体系转换和混凝土收缩徐变因素进行恒载内力计算。计算各控制截面内力影响线，并按最不利情况进行加载，求得活载内力包络图。定义基础沉降组，按最不利组合求得基础沉降引起的最不利内力。依据规范选取截面梯度温差模式，并计算温差引起的结构内力。分别按主力组合和主力附加力进行荷载组合，并得到结构组合内力包络图。根据各控制截面内力进行了估束和配筋计算，并绘制了梁体钢束布置图。最后，对各控制截面进行了强度、抗裂性、应力和变形验算，各项检算均满足规范对全预应力结构的要求。 关键词：连续梁；悬臂施工；内力计算；验算；midas

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VII页 Abstract

This design is a prestressed concrete continuous beam bridge . It is a double line railway . This design mainly designed the superstructure of the bridge. The load for design is the “ZK”live load.

It adopt a prestressed concrete continuous beam bridge with three spans of 60+108+60m ，Its total span is 228m . First , the size of girder is determined；highly variable for the variable beam cross-section single-Box Single girder . And the box girder’s shape likes a second-parabolic curve .The bridge deck is 12m in width , the depth of beam at middle bridge seat is 9m ,and the depth of beam at mid-span is 5m .Balanced cantilever construction method is used in constructing main girder, and the cast-in-situ segment is constructed by full scaffold construction method.

Then the Midas program is used to calculate the internal force caused by dead load of the first stage considering the construction stage ，after imposing the second stage dead load on the complete system . The internal force of the stage is calculated . The internal force influence lines of the control section is calculated ，then the live load is imposed according to the most adverse circumstances to get the Force Envelope .The program is used to determine the most adverse circumstances and calculate the internal force after defining the settlement groups of the basis.The temperature load is imposed consider the shrinkage and creep of the concrete . Then combination of load effects is made acoording to the Main force combination and the Main force plus additional force combination .According to the internal force of control sections the number of per-stressing steel stands is estimated and the per-stressing steel stands are arranged in the bridge . Finally a check is made of the bearing capacity the ability to resist crack and the sterss of the control section ，all the requirements can be met .

Keywords: Continuous beam; balanced cantilever construction; Internal force calculation; Checking computation; Midas

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VIII页 目 录

第1章 绪论 ................................................................................................................................................1 1.1 设计概述 ................................................................................................................................................. 1 1.1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 ......................................................................................................... 1 1.1.2 平衡悬臂施工法特点 ..................................................................................................................... 1 1.1.3 预应力混凝土连续梁的特点 ......................................................................................................... 1 1.2 毕业设计的目的和意义 ......................................................................................................................... 2 1.2.1 毕业设计的目的............................................................................................................................ 2 1.2.2 毕业设计的意义............................................................................................................................ 2 1.3 毕业设计的主要内容 ............................................................................................................................ 2 第2章 桥跨总体布置和结构主要尺寸 ......................................................................................................4 2.1 设计概述 ................................................................................................................................................. 4 2.2 截面尺寸拟定 ......................................................................................................................................... 4 2.2.1主梁梁高 ......................................................................................................................................... 4 2.2.2顶板和底板厚度 ............................................................................................................................. 5 2.2.3腹板厚度 ......................................................................................................................................... 5 2.2.4横隔板 ............................................................................................................................................. 5 2.2.5承托 (梗腋) ..................................................................................................................................... 6 2.3 箱梁底缘曲线方程 ................................................................................................................................. 6 2.4 构造特点 ................................................................................................................................................. 6 2.4.1 零号块 ............................................................................................................................................. 6 2.4.2 挂篮 ................................................................................................................................................. 6 2.4.3 合拢段 ............................................................................................................................................. 7 2.5 主梁分段 ................................................................................................................................................. 7 2.5.1 节段划分 ....................................................................................................................................... 7 2.5.2 计算图示 ......................................................................................................................................... 8 2.6 施工阶段划分 ......................................................................................................................................... 9 2.7 施工注意事项 ....................................................................................................................................... 10 第3章 结构内力计算 ............................................................................................................................... 11 3.1 恒载内力计算 ....................................................................................................................................... 11

3.1.1 材料特性 ....................................................................................................................................... 11 3.1.2 单元特性 ....................................................................................................................................... 12 3.1.3 施工荷载 ....................................................................................................................................... 12 3.1.4 二期恒载 ....................................................................................................................................... 12 3.1.5 计算模型 ....................................................................................................................................... 12 3.1.6 恒载计算结果 ............................................................................................................................... 13 3.2 活载内力计算 ....................................................................................................................................... 16 3.2.1计算方法 ....................................................................................................................................... 16 3.2.2 活载动力系数的计算 ................................................................................................................... 16 第4章 预应力钢束设计 ........................................................................................................................... 19 4.1 预应力钢束估算 ................................................................................................................................... 19

4.1.1 计算原理 ....................................................................................................................................... 19 4.1.2 预应力钢束估算 ........................................................................................................................... 23 4.2 纵向向预应力钢束布置 ....................................................................................................................... 24 4.2.1 纵向预应力钢束的受力特点 ....................................................................................................... 24 4.2.2 纵向预应力钢束布置原则 ........................................................................................................... 25

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第IX页 4.2.3 纵向预应力束的布置 ................................................................................................................... 25 4.3 竖向预应力钢束布置 ........................................................................................................................... 26 4.4 横向预应力钢束布置 ........................................................................................................................... 26 4.5 普通钢筋的布置 ................................................................................................................................... 27 第5章 截面特性计算 ............................................................................................................................... 28 5.1 计算原理 ............................................................................................................................................... 28

5.1.1 净截面几何特性 ........................................................................................................................... 28 5.1.2 换算截面几何特性 ....................................................................................................................... 29 5.2 截面几何特性计算 ............................................................................................................................... 30 第6 章 预应力损失及有效应力 ................................................................................................................ 32 6.1 管道摩阻损失 ....................................................................................................................................... 32 6.2 锚具变形损失 ....................................................................................................................................... 33 6.3 混凝土弹性压缩损失 ........................................................................................................................... 33 6.4 预应力钢筋应力松弛损失 ................................................................................................................... 33 6.5 混凝土的收缩徐变损失 ....................................................................................................................... 34 6.6 关键截面预应力损失计算 ................................................................................................................... 35 第7章 次内力计算 .................................................................................................................................. 38 7.1 预加力次内力计算 ............................................................................................................................... 38 7.3 混凝土徐变次内力计算 ....................................................................................................................... 42 7.4 温度次内力计算 ................................................................................................................................... 43 7.4.1 温度对结构的影响 ....................................................................................................................... 43 7.4.2 结构温度场的确定 ....................................................................................................................... 43 7.5 基础沉降次内力计算 ........................................................................................................................... 45 第8章 内力组合计算 ............................................................................................................................... 47 8.1 荷载的分类 ........................................................................................................................................... 47 8.2 荷载分项系数 ....................................................................................................................................... 47 8.3 主力组合 ............................................................................................................................................... 47 8.4 主力+附加力 ......................................................................................................................................... 50 第9章 主梁截面验算 ............................................................................................................................... 52 9.1 强度验算 ............................................................................................................................................... 52

9.1.1 正截面强度验算 ........................................................................................................................... 52 9.1.2 斜截面强度验算 ........................................................................................................................... 54 9.2 抗裂验算 ............................................................................................................................................... 56 9.2.1 正截面抗裂验算 ........................................................................................................................... 56 9.2.2 斜截面抗裂验算 ........................................................................................................................... 58 9.3 应力验算 ............................................................................................................................................... 59 9.3.1 施工阶段应力 ............................................................................................................................... 59 9.3.2 预应力钢筋应力验算 ................................................................................................................... 60 9.3.3 运营阶段应力验算 ....................................................................................................................... 60 9.4 刚度验算 ............................................................................................................................................... 63 9.4.1 竖向挠度验算 ............................................................................................................................... 63 9.4.2 横向挠度验算 ............................................................................................................................... 64 9.4.3 梁端转角验算 ............................................................................................................................... 64 9.4.4自振频率验算 ............................................................................................................................... 64 毕业设计总结 ........................................................................................................................................... 66 致谢 .......................................................................................................................................................... 68 参考文献 ................................................................................................................................................... 69

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第1页 第1章 绪论

1.1 设计概述

1.1.1 预应力混凝土连续梁桥概述

连续梁是一种古老的结构体系，它具有变形小、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。在20世纪50年代以前，预应力混凝土连系梁虽然是常被采用的一种体系，但跨径均在百米以下。当时主要采用满堂支架施工，费工费时，限制了它的发展。50年代后，预应力混凝土桥梁采用平衡悬臂施工方法后，加速了它的发展步伐，跨度开始突破100米。虽然跨径太大时是用预应力结构并不总比其它结构好，但是在实际过程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥常常为优胜方案。

1.1.2 平衡悬臂施工法特点

大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法，梁体从墩上平衡向两边悬臂现浇伸出。为保持梁体在施工过程中的稳定，梁体临时锚固于墩上或在墩旁立临时支架增设支承点，然后现浇合拢段转换成最后的结构体系。其优点是：施工支架和临时设备少，施工时不影响桥下通航、通车，也不受季节、河道水位的影响。

1.1.3 预应力混凝土连续梁的特点

(1)预应力混凝土充分发挥高强度材料的特性，具有可靠的强度、刚度及抗裂性能。结构在车辆运行中噪音小，维修工作量少。

(2)预应力混凝土连续梁桥的施工方法已经达到相当先进的水平，现代化技术的应用已使它的施工周期大大缩短，显示出巨大的经济效益。

(3)预应力混凝土桥梁适用于各种结构体系，而且还在不断创造出体现预应力技术特点的新型结构体系，因而它的适用范围大，竞争力强。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第2页 (4)预应力混凝土连续梁桥可充分利用材料可塑性的特点，在建筑上有丰富多彩的表现潜力，更易达到与周围环境相协调的简洁而美观的型式，实现经济和美观的统一。

1.2 毕业设计的目的和意义

1.2.1 毕业设计的目的

毕业设计是高等工科院校本科培养计划中的最后一个教学环节，是对本科四年所学知识的运用与总结。

(1)运用学的基础理论和专业知识，结合工程实例，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其它参考资料，独立地完成预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计工作；

(2)同时初步掌握桥梁设计的步骤、方法，培养分析问题 、解决问题 的能力，为以后 的继续学习和工作奠定基础。

1.2.2 毕业设计的意义

(1)在老师的指导下，独立完成一座三跨铁路预应力混凝土连续梁桥上部结的设计，基本掌握该工程设计的全部过程，巩固已学专业知识。

(2)增强考虑问题、分析问题和解决问题的能力，其实践性和综合性无以取代， 为以后继续学习打下了良好的基础。

(3)采用midas桥梁计算程序进行内力分析，这样不仅提高了效率，而且准度也得以提高。同时也更加熟练了计算机辅助设计软件 Auto CAD 和 Excel 等的使用.

1.3 毕业设计的主要内容

(1)预应力混凝土连续梁桥的构造尺寸、结构形式及其结构静力计算，包括计 算恒载内力、活载内力、温度内力、支座沉降引起的内力，混凝土收缩徐变引起的内 力等，并进行截面的作用效应组合；

(2)纵向预应力钢筋的估算，布置，调整，优化； (3)纵向预应力损失计算；

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第3页 (4)次内力的计算；

(5)施工阶段截面强度，应力的控制验算；

(6)运营阶段截面强度验算，截面应力验算,变形验算； (7)主要工程数量计算。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第4页 第2章 桥跨总体布置和结构主要尺寸

2.1 设计概述

本设计为高速铁路预应力混凝土连续梁桥上部结构设计， 设计跨度60+108+60m。双线，桥面宽度为12m，线间距5m，桥面纵坡为平坡，桥面横坡 2%，；桥轴平面线型为直线。 主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿桥纵向呈二次抛物线变化。

2.2 截面尺寸拟定

2.2.1主梁梁高

铁路桥桥变截面梁的高跨比H/L，支点截面可取1/12～1/16。支点截面梁高与跨中截面梁高之比可取1.5~2.0。本桥主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿桥纵向呈二次抛物线变化。中跨墩顶梁高9m，高跨比为1/12；中跨跨中梁高 5m，支点截面梁高与跨中截面梁高之比为1.8。箱型截面横断面图见下图（左边为中跨支座截面，右边为跨中截面）：

图2-1 箱梁横断面图

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第5页 2.2.2顶板和底板厚度

箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯炬的主要工作部位。当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面将承受很大的压应力。箱形截面的底板应提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯短的截面中，顶板和底板也都应各自发挥承压的作用。

底板除承受自身荷载外，还受一定的施工荷裁。当采用悬臂施工法时，箱梁底板还承受挂篮底模粱后吊点的反力，设计时应考虑该力对底板和腹板的作用。

箱梁底板厚度随箱粱负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜使中和轴保持在底板以内，并有适当的富裕，一般约为墩顶梁高的1/10~1/12。本桥跨中底板厚度取为40cm，支点处截面底板厚度取为90cm。顶板厚度在全桥范围内均取40cm。

2.2.3腹板厚度

箱梁腹板主要承受结构的弯曲剪应力和扭转剪应力所引起的主拉应力，设计中腹板厚度还应考虑预应力管道布置、钢束锚固、锚下局部应力的分散及混凝土浇筑的要求。大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用30cm~60cm，甚至可以达到1m左右。本桥中支座处腹板厚度取80cm，跨中腹板厚度取40cm。

2.2.4横隔板

箱梁横隔板的基本作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。在支承处的横隔板还担负着承受和分布较大支承反力的作用。箱型截面由于具有很大的抗扭刚度，所以横隔板的布置可以比一般肋式梁桥少一些。目前许多国家认为可以减少或不设置中间横隔板。从受力角度来分析，中间横隔板对纵向应力和横向弯矩的分布影响很小，活载横向弯矩的增加很少超过8%，而恒载应力又不受横隔板的影响，因此单从结构上来考虑，中间横隔板的作用可以用局部加强腹板的办法来代替。因此，本设计中只在四个支座位置设置横隔板，中支座处的横隔板厚度取4m，边支座处横隔板厚度取1.5m。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第6页 2.2.5承托 (梗腋)

在顶板与腹板接头处设置承托很有必要。承托提高了截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变应力。桥面板在腹板支承出的刚度增大后，可以吸收负弯矩，从而减少了桥面板的跨中弯矩。此外，承托使力线过度比较缓和，减少了次应力。从构造上考虑，利用承托所提供的空间布置纵向预应力筋，这也为减薄底板和顶板的厚度提供了构造上的保证。本设计在顶板与腹板交接处设置40cm×120cm 的水平承托；在底板与腹板交接处设置60cm×30cm 的竖向梗腋。

2.3 箱梁底缘曲线方程

变截面的底板变化规律可采用圆弧线、抛物线或折线。其中抛物线与连续梁的弯 矩变化最接近。本次设计箱梁底板按二次抛物线变化，其方程为

y?4?42x 24012.4 构造特点

2.4.1 零号块

零号块是悬臂挠筑施工的中心块体，又是体系转换的控制块体。梁体的受力经零号块通过支座向墩身传递，零号块受力非常复杂，且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地，故其顶扳、底板、腹板尺寸都取得较大。零号块已不能处理为一般的杆系，对重要桥梁都要进行零号块空间应力分析。从国内施工来看，零号块时有开裂，故其施工工艺及结构构造是很值得研究的问题。

2.4.2 挂篮

挂篮是悬臂施工中的主要设备，按结构形式可分为桁架式、斜拉式、型钢式及混合式4种。根据混凝土悬臂施工工艺要求及设计图纸对挂篮的要求，综合比较各种形式挂篮特点、重量、采用钢材类型、施工工艺等；挂篮设计原则：自重轻、结

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第7页 构简单、坚固稳定、前移和装拆方便、具有较强的可重复利用性，受力后变形小等特点，并且挂篮下空间充足，可提供较大施工作业面，利于钢筋模板施工操作。

2.4.3 合拢段

合拢段的施工是桥梁施工的重要环节。在合拢段施工过程中，由于温度变化、混凝土早期收缩、己完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热，以及结构体系变化和施工荷载等因素，对尚未达到强度的合拢段混凝土有直接影响，故必须重视合拢段的构造措施，使合拢段与两侧梁体保持变形协调，并在施工过程中能传递内力。合拢段的长度在满足施工要求的情况下，应尽量缩短，以便于构造处理，一般取1.5~3m。合拢段的构造处理有以下几种：

(1)用劲性钢管作为合拢段的预应力套管；

(2)加强配筋将混凝土强度提高一个等级；采用早强、高强、少收缩混凝土； 加强混凝土的养护；

(3)用临时劲性钢杆锁定； (4)压柱支撑。

合拢段施工应注意以下几点：

(1)合拢段应采用早强、高强、少收缩混凝土；

(2)合拢段混凝土浇筑时间应选在一天中温度较低时，并使混凝土挠筑后温度开始缓慢上升为宜；

(3)加强混凝土的养护。

2.5 主梁分段

2.5.1 节段划分

箱梁施工节段的划分主要考虑以下几个因素：

(1)零号块托架施工，工作条件相对较好， 考虑到施工机 具，临时物 品堆放等因素，可适当划分长一些。

(2)挂篮的承载能力与抗倾覆性。本设计挂篮承载能力 1800kN，梁段划分长度不宜超过 5m。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第8页 (3)梁段划分不宜过短，要满足预应力管道弯曲半径的要求。 (4)梁段划分的规格尽量减少，以利于施工。

本桥全长228m，共分76个梁段。零号块长度13m，悬臂浇注梁段为3m 、3.5m和4m；中跨合拢段长2m，边跨合拢段2m；边跨满堂支架施工长度为 5m；最大梁段重为172.65t。

表2-1 各悬臂段几何要素

单元号 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 i端节点号 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 截面面积 m2 12.06 12.10 12.22 12.43 12.72 15.00 15.49 16.05 16.69 17.40 20.69 21.57 22.51 长度 m 4 4 4 4 4 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3 3 3 体积 m3 48.32 48.65 49.31 50.30 55.45 53.36 55.18 57.28 59.65 66.66 63.39 66.12 69.06 重量 kN 1208.06 1216.29 1232.76 1257.47 1386.14 1333.97 1379.60 1432.03 1491.26 1666.58 1584.81 1653.11 1726.46

2.5.2 计算图示

结构离散化是结构有限元分析的重要环节，必须遵守以下原则：

(1)保证体系的不变性。施工过程要注意不能少约束，更不能存在多余约束。 (2)计算模型是对原结构的简化，但是应尽量符合受力特点和构造特点。对零号块，横隔板，支座的处理尤其重要。

(3)单元的划分太粗略，将影响计算结果精度。因此可以将一些重要部位单元划分的短一些。

表2-2 各截面几何要素

截面号 1 2 3 主梁高度（cm） 500.0 500.0 500.0 顶板厚度（cm） 40 40 40 底板厚度（cm） 40.0 40.0 40.0 腹板厚度（cm） 40 40 40 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第9页 截面号 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 主梁高度（cm） 500.0 500.0 500.0 502.7 510.7 524.0 542.6 566.6 592.0 621.4 655.0 692.6 734.3 773.3 815.2 860.2 900.0 900.0 900.0 顶板厚度（cm） 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 底板厚度（cm） 40.0 40.0 40.0 40.3 41.3 43.0 45.3 48.3 51.5 55.2 59.4 64.1 69.3 74.2 79.4 85.0 90.0 90.0 90.0 腹板厚度（cm） 40 40 40 40 40 40 40 60 60 60 60 60 80 80 80 80 80 80 80 2.6 施工阶段划分

施工方法及单元划分确定之后，就可以模拟实际的施工过程。预应力混凝土连续刚构采用悬臂施工法经过一系列的施工阶段而逐步形成最终的连续刚构体系。

挂篮悬臂现浇施工的施工程序如下：

阶段 1：零号梁段现浇。架设主墩墩顶支架和托架，安装支座，并将活动支座，绑扎钢筋，浇注零号块梁段。

阶段 2：悬臂浇筑 1#段。在零号段上对称架设挂篮 4 个（每个桥墩上假设两个），立模板，绑扎钢筋，预埋预应力管道，做好混凝土浇筑的准备工作。浇筑混凝土，养护至规定龄期或强度达到设计值，张拉顶板束及腹板下弯束。

阶段 3：拆除模板，挂篮前移至新的位置锚固。绑扎钢筋，预埋预应力管道，做好混凝土浇筑前的准备工作。

阶段 4：重复 2-3 阶段的工作，直至梁体达到最大双悬臂状态。

阶段 5：安装边跨现浇段满堂支架，激活边跨的支座，铺设模板，绑扎钢筋，浇筑混凝土。养护混凝土至相应龄期，张拉预应力钢束。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第10页 阶段 6：拆除边跨满堂支架，拆除中跨悬臂挂篮，安装中跨合拢段模板和吊篮。现浇中跨合拢段。张拉预应力，拆除吊篮与模板，

阶段 7：施加二期恒载。

其中，悬臂现浇施工每一个梁段可模拟为以下五个阶段：

(1)、挂篮前移。每一次移动，均要先拆除 挂篮在原来临时锚固点的一对集中力（方向相反，形成力偶），然后在移动到位后的新锚固点加载一对集中力。

(2)、铺设钢筋网。该阶段需在挂篮锚固点增加因钢筋网的重量而产生的力。 (3)、浇筑混凝土。该阶段需在挂篮锚固点增加因混凝土重量而产生的力。 (4)、混凝土养护。该阶段梁段上的施工荷载保持不变。

(5)、张拉预应力筋。近似忽略静定束的作 用，该阶段梁段上的施工荷载保持不变。 每个梁段的悬浇工期为 9 天，其中混凝土浇注及养生用 3 天（达到混凝土设计强度的 85％），张拉预应力钢束 1 天，移动挂篮 5 天。

2.7 施工注意事项

1、梁段悬臂浇注时，与前段混凝土结合面应予凿毛，并清洗干净，纵向非预应力钢筋采用搭接。

2、各合拢段混凝土浇注，应选择非温度急剧变化日或夜间气温最低时进行。为切实保证灌注质量，在中跨合拢段两端截面间设钢支撑，并于顶、底板上各张拉四根临时钢索，以锁定合拢段两侧梁部。

3、悬灌施工时，两端施工设备的重量要保持平衡，并注意无左右偏载。 4、安装盆式橡胶支座前应注意将支座的相 对滑动面和其他部分用丙酮或酒精擦洗干净，安装支座标高应符合设计要求，其四角高差不得大于 1mm，活动支座的四氟板必需搁置在盆中，使支座能充分发挥其受力和位移功能。

5、为使主梁施工达到高质量、高精度和高安全度，除要求混凝土强度达到 85%以后方可施加预应力外，对已灌注的梁段，要求通过以下三个方面的检查校核后，方可进行下一梁段的施工：

(1) 混凝土强度必须达到或超过设计标号。

(2) 箱梁截面各部尺寸以及中线误差必须满足施工规范要求。 (3) 实测挠度值与设计值相符。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 表6-3 中支点截面预应力损失

第36页 钢束号 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N16 N17 N18 N19 N20 N21 N22 N23 N24 N25 ?l1??l2 ?l4 I ?pe?l5 ?l6 II ?pe（MPa） （MPa） （MPa） （MPa） （MPa） （MPa） 98.13 15.62 1098.26 35.25 29.71 1033.30 78.65 10.07 1123.28 35.25 25.93 1062.11 69.17 7.37 1135.45 35.25 24.98 1075.22 63.80 4.87 1143.33 35.25 23.95 1084.13 57.60 2.65 1151.76 35.25 22.92 1093.59 51.43 0.53 1160.04 35.25 21.89 1102.90 55.06 -1.98 1158.91 35.25 20.88 1102.79 61.12 -3.86 1154.74 35.25 19.86 1099.63 67.15 -5.57 1150.42 35.25 18.87 1096.31 74.00 -6.96 1144.96 35.25 17.94 1091.77 80.81 -8.29 1139.48 35.25 17.06 1087.18 87.57 -8.19 1132.62 35.25 16.22 1081.15 94.30 -7.89 1125.59 35.25 15.70 1074.63 100.98 -7.34 1118.36 35.25 15.29 1067.82 119.41 11.74 1080.85 35.25 24.83 1020.77 113.13 9.48 1089.39 35.25 24.21 1029.93 108.13 7.19 1096.68 35.25 23.46 1037.97 101.55 4.95 1105.49 35.25 22.65 1047.59 107.37 2.69 1101.94 35.25 21.78 1044.91 113.15 0.40 1098.45 35.25 20.88 1042.31 118.91 -1.82 1094.92 35.25 19.95 1039.72 124.63 -3.96 1091.33 35.25 18.99 1037.09 125.29 -5.87 1092.57 35.25 18.06 1039.27 131.79 -7.73 1087.94 35.25 17.13 1035.56 表6-4 中跨1/4截面预应力损失

钢束号 ?l1??l2 （MPa） 92.51 86.24 79.25 72.17 65.14 58.14 56.80 186.21 114.85 101.96 95.40 152.60 149.97 ?l4 （MPa） 26.64 18.32 10.90 4.18 1.40 -0.70 -2.05 25.31 18.54 11.51 4.66 5.17 5.17 I ?pe（MPa） N8 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N22 N23 N24 N25 N42 N43 1092.86 1107.44 1121.85 1135.65 1145.46 1154.56 1157.25 1000.48 1078.61 1098.52 1111.94 1054.22 1056.85 II ?pe（MPa） （MPa） （MPa） 35.25 85.98 971.63 35.25 81.42 990.77 35.25 76.99 1009.60 35.25 72.78 1027.61 35.25 68.81 1041.40 35.25 66.08 1053.23 35.25 63.54 1058.46 35.25 78.58 886.65 35.25 78.05 965.30 35.25 75.00 988.27 35.25 71.90 1004.78 35.25 40.03 978.94 35.25 40.03 981.57 ?l5 ?l6 西南交通大学本科毕业设计（论文） 表6-5 中跨跨中截面预应力损失

第37页 钢束号 N35 N36 N37 N38 N39 N40 N41 N42 N43 ?l1??l2 ?l4 I ?pe?l5 ?l6 II ?pe（MPa） （MPa） 132.76 -0.18 116.56 -2.60 127.19 -2.72 104.34 -2.72 100.58 -2.72 108.84 -2.72 121.70 -2.72 134.07 -2.72 146.87 -2.72 （MPa） 1079.42 1098.04 1087.53 1110.38 1114.14 1105.88 1093.02 1080.65 1067.85 （MPa） （MPa） （MPa） 35.25 52.45 991.72 35.25 73.75 989.04 35.25 74.79 977.49 35.25 74.79 1000.34 35.25 74.79 1004.10 35.25 74.79 995.84 35.25 74.79 982.98 35.25 74.79 970.61 35.25 74.79 957.81

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第38页 第7章 次内力计算

桥梁结构在各种内外因素的影响下，可能会受到强迫的挠曲变形或轴向的伸缩变形影响。对于静定结构来说，这种变形是自由的，因此不会产生影响力；而对于超静定结构来说，在多余的约束处将会产生多余的约束力，从而就会产生桥梁结构的附加内力，这种内力就称为结构的次内力。可能会使结构产生次内力的因素有预加力、混凝土收缩徐变、基础变位以及温度变化等等。

7.1 预加力次内力计算

在超静定结构中，预加力除产生处预矩外，还因结构的超静定特性产生次内力。在简支梁中，由于预加力的偏心作用，梁体将自由上拱，生初预矩。但若在简支梁中部增加一个支点，形成两跨连续梁，则在张拉预应力钢筋时，由于支点的存在，必然产生一个向下的反力拽住梁体，约束其自由上拱变形。显然，这一反力导致简支梁两端支点产生次反力，并引起结构内力变化，产生次力矩。预加力引起的总弯矩等于初预矩和次力矩之和。

尽管实际桥梁结构的型式以及预应力筋布置更为复杂，但基本概念和原理是一样的。目前常采用等效荷载法来求解预加力的中预矩。预应力混凝土结构是一种预加力与混凝土压力相互作用的自平衡体系，因此可以把预应力筋和混凝土视为相互独立的脱离体，把预加力对混凝土的作用以外加荷载的形式等效替代。例如，在简支梁中布置的偏心直筋，就可以用两个水平力替代。只要求得不同配筋情况下的等效荷载，就可采用结构力学方法求出由预加力产生的内力。但需要注意的是，用等效荷载法求出的弯矩中已经包括了预加力引起的次力矩，因此求得的弯矩就是种预矩。

本设计建模采用Midas软件，根据软件的计算，预应力次内力的计算结果即为软件中荷载工况为钢束二次的结果，如表 7-1 和图 7-3 所示：

西南交通大学本科毕业设计（论文） 表7-1 预应力次内力

第39页 节点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 二次剪力kN 0 -871.98 -870.43 -871.98 -872 -872 -871.95 -871.92 -871.73 -870.98 -871.35 -871.07 -870.66 -870.28 -869.45 -869.56 -869.14 -868.69 -868.21 -872 二次弯矩kN?m 0 -0.11 653.71 3705.22 4359.21 6103.2 9591.2 13079.14 16567.28 20055.47 23543.69 26595.88 29648.07 32700.07 35752.08 38804.09 41420.09 44036.1 46652.1 48832.11 节点 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 二次剪力kN -872 -1.26 -1.26 -1.25 -1.25 -1.25 -1.25 -1.25 -1.28 -1.28 -1.28 -1.28 -1.29 -1.3 -1.29 -1.25 -1.26 -1.26 -1.26 二次弯矩kN?m 50576.11 52320.12 52322.63 52325.14 52328.29 52332.06 52335.83 52339.6 52344 52348.48 52352.97 52357.45 52361.93 52367.08 52372.26 52377.43 52382.43 52387.46 52388.72

图7-1 预应力初预矩弯矩图

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第40页

图7-2 预应力总预矩弯矩图

图7-3 预应力次内力弯矩图

7.2 混凝土收缩次内力计算

混凝土收缩变形是指混凝土构件在没有任何荷载作用的情况下，随着时间变化而缓慢发生的变形，主要是由于干燥过程中的水分蒸发和碳化过程中的体积变化所引起的，由于干燥和碳化总是从混凝土表面开始的，因此，收缩变形实际上是不均匀的。而当这些变形发生在超静定结构中时，在多余的约束处就会产生多余的约束力，从而也就产生了次内力。

根据软件的计算，混凝土收缩次内力的计算结果即为软件中徐变二次荷载工况的结果，如表 7-2 和图 7-4 所示：

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第11页 第3章 结构内力计算

3.1 恒载内力计算

预应力混凝土连续梁桥恒载内力计算与所采用的施工方法有着直接的关系。主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力和二期恒载（如铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。本设计采用 midas 桥梁计算程序计算恒载内力。

3.1.1 材料特性

(1) C55 级混凝土： 弹性模量：Ec＝36000MPa；

轴心抗压强度极限值：fc＝37.0MPa； 轴心抗拉强度极限值：fct＝3.3Pa； 轴心抗压强度标准值：fck＝35.5MPa； 轴心抗拉强度标准值：ftk＝2.74MPa； 容重：26.5kN/m (2) C50 级混凝土： 弹性模量：Ec＝35500MPa；

轴心抗压强度设计值：fc＝33.5MPa； 轴心抗拉强度设计值：fct＝3.10MPa； 轴心抗压强度标准值：fck＝32.4MPa； 轴心抗拉强度标准值：ftk＝2.65MPa； 容重：26kN/m (3) 钢绞线：

弹性模量：Ep＝195000MPa；

轴心抗拉强度标准值：fpk＝1860MPa； 张拉控制应力：σcon＝0.715 fpk＝1330MPa； (4) 普通钢筋

受力主钢筋用HRB335 钢筋(?12～28)，fpk=335MPa；非受力钢筋用Q235 钢筋

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第12页 (?8～20)，fpk =235MPa。

3.1.2 单元特性

全桥共分22 个截面类型，悬臂施工阶段梁段单元长度分别为3m、3.5m 和4m，中间合拢段长2m。各截面和单元特性见表2-1和表2-2。

3.1.3 施工荷载

施工荷载考虑在施工过程的设备、机具、临时放置的材料、施工人员等的最大可能的重力标准值之和作为构件上的总活荷载。计算时还要与构件自重进行组合。本设计中简化为作用于挂篮锚固点的一对集中力。集中力大小根据各施工阶段的混凝土重量、挂篮自重、钢筋网重量等计算得到，并适当考虑由于各梁段长度不同而导致的荷载重心位置的变化。

本设计中的施工荷载的取值：挂篮、机具、人群等施工荷载按800kN 计。当施工梁段达到一定强度后，挂篮前移开始浇筑下一梁段。此时作用于先前两个锚固点的施工荷载应解除，在midas中即使钝化前一阶段的挂篮荷载，并在新的锚固位置上施加施工荷载。

3.1.4 二期恒载

本设计高速铁路桥梁为无砟轨道，二期恒载主要有钢轨、轨枕、扣件、垫板、防水层、保护层、电缆槽、人行道栏杆、接触网支架。二期恒载的设计值为110kN/m。

3.1.5 计算模型

悬臂现浇法不同施工阶段对应不同计算模型，由于涉及结构体系转换，支座条件也会相应发生改变，具体参看 midas 程序。运营阶段计算模型如图 3-2 所示。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第13页

图3-1 计算模型图

3.1.6 恒载计算结果

表3-1 恒载计算结果

阶段 最大悬臂 弯矩 剪力 单元 kN?m kN 1 0.00 -97.36 2 -182.52 -154.68 3 -322.05 -998.01 4 429.44 454.16 5 0.00 0 6 0.00 0 7 -2522.11 2011.64 8 -13105.88 3281.6 9 -28807.24 4570.31 10 -49721.71 5883.59 11 -76122.96 7344.01 12 -104302.34 8748.63 13 -137497.57 10201.95 14 -175894.65 11709.12 15 -219701.51 13273.49 16 -269285.63 15030.91 17 -317006.32 16695.09 18 -369866.00 18428.93 19 -428089.91 20237.74 20 -480880.96 21914.35 21 -526002.16 -3283.33 22 -522660.38 -58.45 中跨合拢 弯矩 剪力 kN?m kN 0.00 0 -256.60 -2737.22 1539.72 -2049.41 5953.80 -585.62 6303.13 -345.92 6355.79 293.25 1130.20 2320.11 -10717.97 3605.27 -27741.12 4907.38 -50026.53 6231.17 -77831.70 7697.4 -107253.03 9104.01 -141695.10 10557.86 -181339.82 12064.88 -226394.31 13628.91 -277226.08 15386.38 -326016.17 17050.39 -379945.26 18784.04 -439238.57 20592.66 -492920.79 22270.82 -538754.92 23563.31 -589106.42 -26814.27 运营阶段 弯矩 剪力 kN?m kN 0.00 0 -287.54 -3773.51 2255.06 -3001.61 9333.75 -1154.46 10078.78 -832.27 10884.14 26.91 7343.93 1743.8 -3078.86 3468.95 -20436.60 5210.93 -44816.55 6973.91 -76476.21 8880.07 -110713.90 10670.85 -151319.71 12508.42 -198475.55 14398.8 -252388.57 16344.43 -313426.34 18486.22 -372036.93 20477.62 -436776.40 22538.19 -507869.97 24673.25 -572141.90 26644.18 -626942.76 28156.68 -686700.98 -32003.94

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第14页

图3-2 最大悬臂阶段恒载弯矩图

图3-3 最大悬臂阶段恒载剪力图

图3-4 跨中合拢阶段恒载弯矩图

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第15页

图3-5 跨中合拢阶段恒载剪力图

图3-6 运营阶段恒载弯矩图

图3-7 运营阶段恒载剪力图

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第26页 中心距第一层孔道中心为215mm；腹板束20束，编号为N16—N25，孔道中心距腹板外边缘200mm；其中N15为备用束。无底板束。

中跨跨中39号截面共配置预应力筋18束，其中顶板束2束，编号为N35，其两端锚固在设置于顶板内壁的锯齿块上，锚具中心距顶板边缘 200mm，锚具中心间距400mm；底板束 12 束，编号为N38—N43，分一层均布置于底板内，孔道中心距底板边缘 200mm，孔道净距21.5mm；腹板束4束，编号为N36—N37，孔道中心距腹外边缘 200mm，具体布置见设计图纸。

4.3 竖向预应力钢束布置

竖向预应力钢筋的布置主要是为了提高截面的抗剪能力。竖向预应力钢筋主要布置在箱梁截面的腹板内，尽可能沿腹板的中轴布置。竖向预应力钢筋一般采用高强精轧螺纹粗钢筋，竖向直线配置。也可以将预应力钢筋和钢绞线作为竖向预应力，在预留孔道内按后张法张拉。

竖向预应力顺桥向间距布置不仅取决于使用阶段和施工阶段的结构内力，而且与选用的施工方法有关，在施工中常考虑利用竖向预应力筋作为悬臂挂篮的后锚装置。

本设计未进行竖向预应力束配置。

4.4 横向预应力钢束布置

对于梁较宽、顶板翼缘伸臂较长时，必须进行横向计算,进行横向预应力筋的布置。横向预应力一般施加在截面的顶板内或横隔板内。

(1) 箱梁横向预应力采用平行钢丝或钢绞线，采用直线或曲线布筋，根据受力需要和构造情况而定。为了减小顶板的厚度，可在顶板内采用扁锚体系。

(2) 考虑到横隔板对桥面预应力的约束影响，也可在横隔板内施加预应力以补偿横隔板约束影响。

横隔板中设置横向预应力有时不仅仅是为了补偿桥面横向预应力的需要，而是为了隔板受力的需要，尤其是在考虑了温度变化和混凝土收缩徐变影响下适当预应力可以限制裂缝的发展。一般应进行横隔板局部应力分析进行配筋。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第27页 本设计不考虑横向预应力设计。

4.5 普通钢筋的布置

本设计只考虑箍筋抵抗截面剪力的作用，而不设计受力钢筋。因靠近支点处剪力比较大，20、23、54和57号单元箍筋采用采用十肢?16mmQ235，其余单元采用8肢?12mmQ235。箍筋间距都为100mm。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第28页 第5章 截面特性计算

截面特性是指任意截面的几何性质，包括截面面积、质心、静矩、抗弯惯性矩、抗扭惯性矩等几何参数。截面几何性质计算是桥梁结构内力和应力计算的重要环节。

后张法预应力混凝土梁的截面特性与所验算的阶段密切相关。在张拉锚固阶段，预应力筋管道内尚未灌浆，由预加力引起的的截面应力只能由净截面承担；而在使用阶段，管道内一般已经灌浆(无粘结预应力混凝土构件除外)，且可认为钢束与混凝土结合良好，二者共同受力，根据弹性体及平截面假定，应将截面内受拉区纵向受拉钢筋面积换算成假想的能承受拉应力的混凝土面积，即需要按照换算截面的特性来进行相关计算。

根据规范规定，后张法构件，当计算由作用引起的应力时，管道压浆前采用净截面，预应力筋与混凝土粘结后采用换算截面；当计算由预加力引起的应力时，除指明外应采用净截面。

5.1 计算原理

毛截面几何特性由midas 软件自动生成，然后由材料力学移轴公式计算净截面和换算截面几何特性。为计算方便，忽略孔道及换算混凝土对自身形心轴的惯性矩。

5.1.1 净截面几何特性

所所谓净截面，即在毛截面的基础上扣除预应力管道的影响。根据材料力学知识可知：

净截面面积： An?A?Ak 净截面重心轴距截面下缘： yn下=A下?Akyk An净截面抗弯惯性矩： In?I+A(y?yn下)2+Ak(yn下?yk)2 式中 A——毛截面面积

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第29页 I——毛截面对毛截面重心轴的惯性矩；

Ak——预应力钢束孔道面积；

y下——毛截面重心轴至截面下缘距离； yk——孔道重心轴至截面下缘距离。

5.1.2 换算截面几何特性

所谓换算截面，即在净截面的基础上考虑预应力筋管道内后期压浆混凝土与钢筋的变形协调关系。其基本思路是：在符合弹性体及平截面假定的前提下，将截面内受拉区纵向受拉钢筋面积换算成假想的能承受拉应力的混凝土面积。这种换算基于以下三个原则：

1)、虚拟混凝土仍居于钢筋的重心处且二者应变相同；

?ct??s

2)、虚拟混凝土与钢筋承担的内力相同；

?ctAct??sAs

3)、二者均符合弹性体假定，即满足虎克定律。

?ct?Ec??ct

?s?Es??s

联立以上四式，可得：

Act?EsAs Ec式中 ?ct、?ct、Act——混凝土应力、应变和面积； ?s、?s、As——钢筋应力、应变和面积。

根据以上假定，由图5-2 可得：

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第30页

换算截面面积： A0?An?EsAp EcAn?yn下+换算截面重心轴距截面下缘： y0下=EsAp?ykEc

A0Es?Ap(y0下?yk)2 Ec换算截面抗弯惯性矩： I0?In?An(yn下?y0下)2+式中 Ap——截面预应力钢束面积。

此次毛截面的截面特性直接从midas 软件中得到。

5.2 截面几何特性计算

基于以上原理，并充分利用AUTOCAD 软件的相关功能，可以直接得出净截面的几何特性值。本设计选取9个关键截面进行截面特性计算。具体的截面特性见下表。

表5-1 换算截面特性表

截面 边支 边跨1/4 边跨1/2 边跨3/4 位置 2[i] 8[i] 12[i] 16[i] A0( m2) 34.458 12.241 15.534 20.857 I0(m4) 81.812 47.559 78.379 157.731 y0上（m） 2.349 2.034 2.560 3.378 y0下（m） 2.651 3.073 3.360 3.965

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