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1、 欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!预应力混凝土连续梁桥的计算原理1 绪论本毕业设计主要是关于大跨度预应力混凝土连续梁桥结构的设计，预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震性能强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。与同等跨径的简支梁桥相比，连续梁桥的截面控制弯距得以减少，同时由于采用平衡悬臂施工方法，使桥梁单跨跨径得以增大，从而在近二十余年来连续梁桥得到广泛的应用。因此，本次毕业设计关于连续梁桥的设计对今后的走上工作单位有着极其重要的意义。本设计主要为渭河特大桥的设计，其中桥梁跨度为40+64+40 ，全长144 ,桥面宽6
2、.9 。设计荷载标准：铁路中-活荷载；桥面纵坡：0% (平坡)；桥面横坡：1.5%；桥轴平面线型：曲线。主梁采用悬臂挂篮对称施工，共划分为五个阶段。第一阶段：在支架上施工中间墩顶0#块和1#块；第二阶段：在0#、1#块上张拉预应力钢筋并安装好挂篮，然后悬臂向外依次浇筑2#块、3#块并张拉预应力钢筋，直到最大悬臂，同时在悬臂浇筑即将完成的时候，在两端搭支架浇筑边跨部位的4个单元；第三阶段：边跨合拢；第四阶段：中跨合拢，拆除挂篮，由边跨向跨中对称进行桥面铺装；第五阶段：竣工验收,交付运营使用阶段。本桥设4个支座，其中第一个支座为固定铰支座，其余为活动铰支座。在本设计过程中我们主要进行了以下几个方面
3、的工作：1、依据设计资料初步拟定主梁截面尺寸；2、进行内力（恒载内力、活载内力）计算；3、力筋的计算与布置；4、预应力损失及有效预应力的计算；5、关于预加力引起的结构次内力讨论；6、主梁截面强度计算；7、主梁抗裂性检算；8、弹性阶段应力的计算与验算。由于本次毕业设计选用的是变截面的连续梁，计算非常烦琐，故在计算时采用电算。设计中所有程序均没有在正文中具体给出，而是直接输出计算结果。另外本次设计的计算数据与桥梁设计软件桥梁博士,计算所有得到的数据进行比较,以检查正确性。2 方案比选及箱梁尺寸拟订2.1设计说明（1）新建时速200公里客货共线路铁路设计占行规定（铁建设函（2003）439号）（2）
4、铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-99）（3）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-99）（4）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-99）2.1.1主要技术指标（1）铁路等级：级（2）线上路线：单线，曲线（3）设计速度：200 （4）牵引类型：电力（5）设计荷载：中活载2.2方案比选方案比选是设计工作者为完成各项设计时，必须进行的十分重要的工作，设计方案即设计人员的构思和设想，这些思想用图纸、计算、说明、综合分析、施工实施步骤、技术经济比较等组成的设计方案。2.2.1方案比选的内容（1）确定桥孔孔径：根据桥位附近的地形，水文条件确定桥位，然后进行
5、桥孔布置。（2）初步拟订桥梁图示：要集思广益，提出45个方案。（3）方案的比较和优选：从材料，施工能力，修复，美观等方面考虑。（4）绘制方案图和编制说明：这是比选的成果。2.2.2方案比选的结果 为减小建筑高度，适当增大跨径并提高线路条件，在设计中采用预应力混凝土变截面连续梁桥。设计要求桥跨的上部结构采用预应力混凝土连续梁，其孔径要求为40 +64 +40 。桥梁的结构计算图式见图2-1。2.3 桥型布置及孔径划分为减小建筑高度，适当增大跨径并提高行车舒适性，在设计中采用预应力混凝土变截面连续梁桥。设计要求桥跨的上部结构采用预应力连续梁，其孔径要求为40 +64 +40 。桥梁的结构计算图式见
6、图2-1。图2-1 桥梁计算图式(单位：m)2.4 截面形式及梁高为使计算简化，边跨和中跨支座和跨中处尺寸一致，采用变高度箱型截面。箱梁根部高取4.0 ，跨中最小梁高H2取为2.2 ，高跨比为1/32。采用箱型截面的原因是：首先，箱型截面的整体性好、刚度大；其次，箱梁的顶底板可提供足够的面积来布置预应力钢束以承受正、负弯矩；另外箱梁抗扭能力强，同时能提供较大的顶板翼缘悬臂，底板宽度相应较窄，可大幅度减少下部结构工程量。采用变高度主要是适应连续梁内力变化的需要。2.4.1横截面尺寸连续箱梁为单箱单室变高度变截面箱形三向预应力混凝土结构，采用预应力设计。箱梁顶板宽度为6.9 ，箱宽4.5 ，其横截
7、面构造如图2-2所示。箱梁顶面设置2%的双向排水坡。(1) 翼缘板悬臂长度本次设计桥面板宽度为6.9 ，每侧翼缘板悬臂长度取1.2 ，悬臂端部取35 ，跟部取70 。(2)顶板和底板箱型梁截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，本设计中，顶板厚度取35 和底板厚度取40 。(3)腹板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，本设计中两个腹板均取40 。 图22 箱梁构造图2.4.2 箱梁底板厚度及腹板宽度设置整体支架施工的连续梁桥，中承处的负弯矩较大，需要箱梁底板适当加厚，以提供必要的受压面积；同时，跨中正弯矩较大，应避免该区段底板过厚而增加恒载弯矩，因此，就有底板厚
8、度按“中薄边厚”设置的一般规律。底板厚度的变化规律采用直线过渡法。如图2-3所示即为底板厚度变化规律示意图.如图2-4所示即为腹板厚度变化规律示意图：图2-3 底板厚度变化规律示意图从受力方面来讲，连续梁支点附近承受剪力较大，腹板宜增高加宽；各孔跨中区段承受剪力较小，腹板可适当降低减薄。腹板沿跨径方向加宽或减薄的方式一般有台阶型和斜直线过渡型。如图所示图24所示。图2-4 腹板厚度变化规律3主梁内力计算由于采用悬臂施工法，连续梁桥将产生恒载徐变二次内力，且在配置预应力钢筋前尚要计算预加力产生的次内力，因此，当前情况下的主梁内力计算包括：恒载内力计算、活载内力计算、温度内力计算及支座沉降内力计算
9、。3.1恒载内力计算恒载内力包括一期恒载（箱梁自重）及二期恒载（桥面铺装和防撞护栏等桥面系）作用下的内力。对于有悬臂浇筑连续梁桥，考虑建造过程存在体系转换。计算较为繁琐，由于本次设计时间有限，故成桥后恒载内力采用现有通用桥梁设计软件桥梁博士直接计算；对于此变截面的连续梁桥，采用有限元法计算较为方便而且计算结果更加准确。3.1.1单元划分划分单元时，应将支点和桥规（JTJ02385）规定的验算截面位于单元的节点处，同时在截面构造尺寸变化点处也应布置节点。按照有限元原理，将一定长度的计算跨径长度作为一个单元，单元划分越细密，其计算结果越准确。但考虑程序运行速度和设计篇幅，划分的单元数又不能太多。故
10、本桥共划分为36个单元，37个节点。3.1.2恒载集度计算（1）一期恒载集度一期恒载集度包括箱梁及横隔板的集度，也可只考虑箱梁集度而将横隔板作为集中力加在节点。在设计中将箱梁及横隔板一起处理成分段均布集度作用在相应的单元上，计算公式为： (3-1)式中 单元号；号单元一期恒载集度；号单元的毛截面面积，等于该单元两端节点截面积的平均值。本设计在设计计算中为了简化计算将箱梁及横隔板一起处理成分段均布集度作用在相应的单元上。按式(3-1)计算的各单元一期恒载集度见计算报表，将全桥视为对称结构，仅列出半跨的荷载集度，另一半关于跨中对称。（2） 二期恒载集度二期恒载集度为梁上道碴和轨枕及枕木的集度，以及
11、人行道板的荷载。，本次设计关于恒载内力计算是根据桥梁博士计算，以下是计算结果：3.2.活载内力计算 按铁路桥涵洞设计基本规范：铁路列车竖向静活载必须采用中华人民共和国铁路标准活载即中活载标准活载的计算图式见图33 中活加载图3.2.1火车荷载偏载是的增大系数 按铁路桥涵基本设计规范列车竖向活载包括列车竖向动力作用时该列车竖向活载本桥是双线铁路的设计取偏载是的增大系数为2.43.2.2冲击系数计算按铁路桥涵基本设计规范列车竖向活载包括列车竖向动力作用时该列车竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数其动力系数应按 下列公式计算： 本次设计计算得3.2.3绘制弯距图（中活加载） 这部分采用桥梁博士计算
12、 ，计算结果详见计算报表： 3.3温度温差引起的附加力桥梁结构由自然条件而引起的温差效应，主要归结为年温度变化、日照、降温等原因。年温度变化影响，指气温随季节发生周期性变化时对结构物所引起的作用，一般假定温度沿结构截面高度方向以均值变化，它对无水平约束的简支梁，连续梁等只会导致桥梁的纵向位移，一般通过桥面伸缩缝、支座位移等构造措施相协调，并不导致结构温度次内力和温度应力。日照、降温属于局部温差影响，它将导致结构的次内力。计算温度次内力时，温度梯度采用线形变化。3.3.1计算数据（1）长年平均温度变化与温度差对连续梁只引起轴向变形但是不引起附加弯矩（2）板面由于日照或骤冷所引起的温度按，混凝土线
13、膨胀系数3.3.2计算方法在各截面中由于桥面积板伸长而引起的拉力: 其中： E混凝土弹性模量 混凝土线膨胀系数3.3.3.桥面板温度差对全断面一起二次力矩桥面板温度差对全断面引起的初力矩始桥面板中心到 全断面中心的偏心矩3.4基础沉降次内力计算当超静定结构中某些支座发生位移时，结构将相应产生变形，但这种变形受到其它支座的约束不能自由变形；因此，将在桥梁中产生内力从而引起整个桥梁结构内力及支座反力都将随之发生变化。根据结构力学中力法原理即可计算出由于支座沉降引起的结构内力，但是采用手算计算过程复杂而且容易出错；因此，在计算时采用桥梁博士程序直接输出支座沉降所产生的结构内力，计算的具体原理见结构力
14、学（上）；在本次设计中利用程序计算由各支座沉降所产生的次内力，计算时考虑三种最不利情况 4 预应力钢筋估算及布置4.1计算原则在预应力混凝土连续梁中，预应力钢筋共计有三种，分别为纵向、横向和竖向预应力筋。其中纵向预应力筋根据梁的弯矩包络图计算并布置，由于任务紧张，横向预应力筋及箍筋不予计算，只计算主筋。4.2计算原理及方法在预应力混凝土连续梁中，预应力钢筋共计有三种，分别为纵向、横向和竖向预应力筋。其中纵向预应力筋根据梁的弯矩包络图计算并布置。对连续梁体系，或凡是预应力混凝土超静定结构，在初步计算预应力钢筋数量时，必须计及各项次内力的影响。然而，一些次内力形的计算恰与预应力筋的数量与布置有关。因此，在初步估算预应力时，只能以预估值来考虑，工程上取用结构最大控制设计弯矩值的。预应力混凝土构件在预加应力阶段及使用荷载阶段，截面上、下缘的应力应满足容许应力的要求.在估算预应力钢筋数量时,假设混凝土抗拉强度.根据铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TBJ10002.1-99）6.3.10之规定因此有： 式
