中大跨度先簡支后預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 專業(yè) 土木工程 班級 姓名 下發(fā)日期 2012 年 12 月 20 日 題目 楊安鎮(zhèn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 專題 中大跨度先簡支后預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù) t 梁設(shè)計 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 依照本任務(wù)書所提出的條件，遵照有關(guān)設(shè)計規(guī)范，進行楊安鎮(zhèn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 橋的設(shè)計。要求同學(xué)通過本畢業(yè)設(shè)計,掌握橋梁結(jié)構(gòu)荷載的布置方法、掌握主梁的設(shè)計 方法、掌握橋梁支座的計算方法、掌握橋梁墩臺的設(shè)計與計算、掌握橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計與 計算等，并利用 autocad、midas 等軟件進行計算機輔助繪圖和計算設(shè)計。 本設(shè)計要求達到安全可靠、技術(shù)先進和經(jīng)濟合理的目標，設(shè)計方法上有一定的創(chuàng)新。 說明書和計算書要求文理通順、標題明顯、段落分明、數(shù)據(jù)準確和圖文并茂。施工圖紙 要求嚴格按照現(xiàn)行制圖標準進行繪制和編制，所表達的內(nèi)容要正確、標準和完整。 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) (一) 工程概況 該橋位于德濱高速公路樂陵段，橋址場地地質(zhì)相對平坦。橋梁跨徑布置為 32+35+32m，雙向四車道。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，上部結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝 土連續(xù) t 型梁橋，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩、輕型橋臺、鉆孔灌注樁基。 (二) 工程水文地質(zhì)情況 1.地形地貌 橋位處地貌類型為剝蝕殘丘地貌，區(qū)域構(gòu)造背景穩(wěn)定，場地穩(wěn)定性良好。 2.各巖土層分布 根據(jù)勘探資料，場區(qū)內(nèi)的地層自上而下分述如下： (1)素填土：廣泛分布于場區(qū)內(nèi)，黃褐色，松散稍密，稍濕，以粘性土為主，含 量花崗巖風(fēng)化碎屑，加有碎石塊。層厚：1.12.50m。該層主要為磚石屯土，屬欠固結(jié) 土，層厚和力學(xué)性質(zhì)變化大，工程特性不穩(wěn)定，不能用作擬建物的地基持力層。 (2)粉質(zhì)粘土：廣泛分布于場區(qū)內(nèi)，黃褐色，可塑硬塑，濕飽和，松散密實， 級配較差，層厚 1.56.40m。地基承載力特征值 200kpa，壓縮模量 11mpa，極限側(cè)阻力 標準值 100kpa。 (3)粗粒混合土，廣泛分布于場區(qū)內(nèi)，紅褐色，稍濕，中密，以花崗巖風(fēng)化碎屑為 主，層厚:5.510.3m。地基承載力特征值 250kpa，變形模量 22mpa，極限側(cè)阻力標準 值 120kpa。 (4)風(fēng)化花崗巖：廣泛分布于場區(qū)內(nèi)，層厚未透，肉紅色,粗?；◢弾r結(jié)構(gòu)，主要成 分為長石、石英、少量云母，塊狀、柱狀，有裂隙。地基承載力特征值 2000kpa， 彈性 模量 6000mpa，極限端阻力標準值 12000kpa。 3.地下水 場區(qū)地下水在勘察深度范圍內(nèi)未見，地下水對混凝土無侵蝕性。 (三)本工程主要技術(shù)參數(shù) 1.設(shè)計荷載：汽車荷載為公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范中的公路 i 級，人群荷載為 3.5kn/。 2.橋面寬度為分離式雙向四車道，人行道寬度為 3.5m。 3.橋面縱坡：0%。 4.橋面橫坡 1.5%，人行道橫坡 1.5%。 5.跨徑布置：32+35+32m。 (四) 設(shè)計要點 1.結(jié)構(gòu)形式 該橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)t型梁橋，橋面為連續(xù)鋪裝，橋兩端設(shè)伸 縮縫。下部結(jié)構(gòu)：采用柱式橋墩，輕型橋臺，鉆孔灌注樁基。 2.主要材料： （1）橋面鋪裝采用c30防水混凝土。 （2）主梁采用c50混凝土。 （3）蓋梁、系梁、橋頭搭板、橋墩、柱、臺身等均用c30混凝土。 （4）預(yù)應(yīng)力混凝土t型梁采用預(yù)應(yīng)力15.2鋼絞線；普通鋼筋主筋采用hrb400級鋼 筋，其他均用r235級鋼筋。 （5）支座自選。 3.結(jié)構(gòu)尺寸：可參考標準設(shè)計尺寸及其它相關(guān)資料。 進 度 及 完 成 日 期 2013 年 3 月 11 日3 月 17 日 準備資料及橋梁上部結(jié)構(gòu)的尺寸擬定 2013 年 3 月 18 日4 月 14 日 主梁作用效應(yīng)計算和預(yù)應(yīng)力鋼束估算及布置 2013 年 4 月 15 日4 月 21 日 預(yù)應(yīng)力損失及有效預(yù)應(yīng)力計算 2013 年 4 月 22 日4 月 28 日 配束后主梁內(nèi)力計算及內(nèi)力組合和截面強度驗算 2013 年 4 月 29 日5 月 05 日 抗裂驗算 2013 年 5 月 06 日5 月 12 日 持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗算 2013 年 5 月 13 日5 月 19 日 短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗算 2013 年 5 月 20 日5 月 26 日 撓度驗算 2013 年 5 月 27 日6 月 02 日 行車道板的內(nèi)力計算和配筋計算 2013 年 6 月 03 日6 月 09 日 施工圖繪制 2013 年 6 月 10 日6 月 23 日 設(shè)計答辯：公開答辯、小組答辯、二次答辯 3 個環(huán) 節(jié) 系主任簽 字 日期 教研室主任簽字 日期 指導(dǎo)教師簽字 日期 指 導(dǎo) 教 師 評 語 指導(dǎo)教師: 年 月 日 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱意見表 設(shè)計（論文）題 目 楊安鎮(zhèn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋 評 分評價 項目 評價標準（ a 級） 滿分 a b c d e 10 9 8 7 6文獻資料 利用 能力 能獨立地利用多種方式查閱中外文 獻；能正確翻譯外文資料；能正確 有效地利用各種規(guī)范、設(shè)計手冊等。 10 1920 1718 1516 1314 12 綜合 運用 能力 研究方案設(shè)計合理；設(shè)計方法科學(xué)； 技術(shù)線路先進可行；理論分析和計 算正確；動手能力強；能獨立完成 設(shè)計（論文）；能綜合運用所學(xué)知 識發(fā)現(xiàn)和解決實際問題；研究結(jié)果 客觀真實。 20 37-40 32-36 28-31 25-27 24設(shè)計（論 文） 質(zhì)量 設(shè)計（論文）結(jié)構(gòu)嚴謹；邏輯性強； 語言文字表準確流暢；格式、圖、 表規(guī)范；有一定的學(xué)術(shù)水平或?qū)嶋H 價值 40 15 13-14 11-12 10 9創(chuàng)新 能力 有較強的創(chuàng)新意識；所做工作有較 大突破；設(shè)計（論文）有獨到見解 15 15 13-14 11-12 10 9工作 量 工作量飽滿；圓滿完成了任務(wù)書所 規(guī)定的各項任務(wù)。 15 總分 是否同意將該設(shè)計（論文）提交答辯：是（ ） 否（ ) 具體評閱及修改意見： 評閱人： 年 月 日 注：1.請按照 a 級標準，評出設(shè)計（論文）各項目的具體得分，并填寫在相應(yīng)項目的評分欄中； 2.計算出總分。若總分1.25esycosyx xycxsyconxakemnke當 時或 當 時 （1）估算邊跨跨中截面下緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁） 。 采用 每根鋼絞線面積 ，抗拉強度標準值 ，5.2j2139ya1860pkfmpa 張拉控制應(yīng)力取 ，預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)0.75.8605conpkf mpa 力的 20%估算。取 。8 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 49 由表 3-16 可知： ； 。取預(yù)應(yīng)力max6309.8smknmin4285.73smknm 鋼筋重心距下緣距離為 0.2m，根據(jù)表 2-1 可求得 ； ；00.64x 。1.3450.2145xe 則根據(jù)式（4-11）可得： 。91.yxn3.8根 根 （2）估算中跨跨中截面下緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋。 由表 3-16 可知： ； 。取預(yù)應(yīng)max65.smknmin4267.901smknm 力鋼筋重心距下緣距離為 0.2m，根據(jù)表 2-1 可求得 ； ；358k.764x 。0.213450.214xey 則根據(jù)式（4-11）可得： 。 90.6yxn35.根 根 3.只在截面上緣布置預(yù)應(yīng)力筋（中梁） 此時，式（4-2）和式（4-3）可寫成： （4-12）max0.80syxsmnke （4-13）in 分別求解可得預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)估算： （4-14） minaxma1.25.1.25esycosys sycnssycosakemnkke當 時或 當 時 估算支點截面上緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁）： 由表 3-16 可知： ； 。取預(yù)max1502.76s nmin3582.716sknm 應(yīng)力鋼筋重心距上緣距離為 0.12m，根據(jù)表 2-1 可求得 ；04k ； ，0.54xk48sey ，3.386071921siwy 。5xm 則根據(jù)式（4-14）可得： 。39.60ysn24.根 根 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 50 4.1.2 按正常使用極限狀態(tài)截面壓應(yīng)力要求估算 根據(jù)公預(yù)規(guī)第 7.1.5 條使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的壓應(yīng)力應(yīng)符合 下面規(guī)定： （4-15）0.5kcptckf 式中： 由作用（或荷載）標準值產(chǎn)生的混凝土受壓緣的法向壓應(yīng)力，kc ；kcmw 由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的混凝土法向拉應(yīng)力；pt 混凝土軸心抗壓強度標準值；ckf 按作用（或荷載）標準值組合計算的彎矩值； 受彎側(cè)的抗彎模量。 由于此處為估算值，所有應(yīng)力計算均可粗略地選用毛截面特性。 與按抗裂要求估算類似，可寫成以下兩個不等式： （4-16）max 0.5kysxysxscksmnekefwa （4-17）in x 式中： 、 按作用（或荷載）標準值組合的計算彎矩最大值、最axkik 小值； 其余各符號同上。 1. 截面上下緣均布置預(yù)應(yīng)力筋 解式（4-16 ） 、式（4-17 ）兩個不等式可得： （4-18） minaxmax x0.5.0.5 eckxkyssyxsckkysxsxyxckskysxsyxfwmnenef kf ee aa當 時或 當 時 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 51 （4-19） maxinmin0.5.0.5 eckskyxys sckxkyxsxsys sckxkyxsxys ssfwmnenef kf ee aa當 時或 當 時 與按抗裂驗算一樣，當上下緣均配筋時，往往已根據(jù)其他控制截面的配筋或 施工方法已確定了其中一側(cè)的預(yù)應(yīng)力配筋，則可以根據(jù)上述兩式估算另一側(cè)配筋。 當然，同樣可按單側(cè)配筋估算，并按式（4-6）分別配置上下緣預(yù)應(yīng)力筋。 2 .只在截面下緣布置預(yù)應(yīng)力筋 與式（4-18 ）推導(dǎo)一樣，得： （4-20） minaxmaxx0.5.0.5eckxkyonsckkyx xyonckskyonfwmaefnkfe當 時或 當 時 （1）估算邊跨跨中截面下緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁） 采用 每根鋼絞線面積 ，抗拉強度標準值 ，5.2j2139ya1860pkfmpa 張拉控制應(yīng)力取 ，預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的 20%0.75865conmpa 估算。混凝土軸心抗壓強度標準值 ，取 。.4ckf 0. 由表 3-16 可知： ； 。取預(yù)應(yīng)max2.3knmin3761kknm 力鋼筋重心距下緣距離為 0.2m,根據(jù)表 2-1 可求得 ； ；.528s .764x ； ； 。1.45xe30.9xw30.658s 則根據(jù)式（4-19）可得：-59.00 根 41.42 根。yxn （2）估算中跨跨中截面下緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁） 由表 3-16 可知： ； 。取預(yù)應(yīng)max8601.34kmknmin5349.20kmknm 力鋼筋重心距下緣距離為 0.2m,根據(jù)表 2-1 可求得 ； ；8s .764x ； ； 。1.45xe3.29xw3.5s 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 52 則根據(jù)式（4-20）可得：-35.18 根 45.57 根。yxn 3 .只在截面上緣布置預(yù)應(yīng)力筋 與式（4-19 ）推導(dǎo)一樣，得： （4-21） maxinmin0.5.0.5eckskyonsckxkys syonsckxksyonsfwmaefnkfe當 時或 當 時 估算支點截面上緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁）： 由表 3-16 可知： ； 。取預(yù)max1502.76smknmin438.09smknm 應(yīng)力鋼筋重心距上緣距離為 0.12m，根據(jù)表 1-2 可求得 ；2k ； ； ； 。0.54xk0.68se3.9sw3.5x 則根據(jù)式（4-21）可得：-54.59 根 72.53 根。yn 4.1.3 按承載能力極限狀態(tài)的應(yīng)力要求計算 預(yù)應(yīng)力梁達到受彎極限狀態(tài)時，受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達到混凝土抗壓設(shè)計強度， 受拉區(qū)鋼筋達到抗拉設(shè)計強度，如圖 4-1 所示。截面的安全性通過計算截面抗彎 安全系數(shù)來保證。在初步估算預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量時，對于 t 形或箱形截面，當中性軸 位于受壓翼緣內(nèi)可按矩形截面計算，當忽略實際上存在的雙筋影響時（受拉區(qū)、 受壓區(qū)都有預(yù)應(yīng)力筋） ，計算結(jié)果偏大，但作為受力筋數(shù)量的估算是允許的。 按破壞階段估算預(yù)應(yīng)力筋的基本公式是： 0xycdnfbxa m002pcxh 聯(lián)立解得： 20cdmxhfba 由此： （4-22）200ycdcdnfbfa 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 53 或 （4-23）200cdypcdfbmnhafba 式中： 按極限承載能力估算得預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量的最小值；y 混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；cdf 預(yù)應(yīng)力筋抗拉強度設(shè)計值；p 橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；0 受壓翼緣寬度；b 截面的有效高度。0h hxfcdbn y0m 圖 4-1 按極限承載能力估算預(yù)應(yīng)力筋計算圖示 當截面承受雙向彎矩時，可分別視為單筋截面，分別計算上下緣所需的受力 筋數(shù)量。 1. 估算邊跨跨中截面下緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁） 采用 ，每根鋼絞線面積 ，預(yù)應(yīng)力筋抗拉強度設(shè)計值15.2j2139yam ?；炷凛S心抗壓強度設(shè)計值 。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)60pdfmpa .4cdfmpa 。0. 由表 3-16 可知： ，取預(yù)應(yīng)力鋼筋重心距下緣距離為 ，9046.7kn 0.2m 則有效高度 ，受壓翼緣寬度 。01.8hm2.0b 則根據(jù)式（4-23）可得： 35yxn根 2 .估算中跨跨中截面下緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁） 由表 3-16 可知： ，取預(yù)應(yīng)力鋼筋重心距下緣距離為106.8mknm ，則有效高度 ，受壓翼緣寬度 。0.m.h2.40b 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 54 則根據(jù)式（4-23）可得： 38.0yxn根 3. 估算支點截面上緣所需預(yù)應(yīng)力鋼筋（中梁） 由表 3-16 可知： ，取預(yù)應(yīng)力鋼筋重心距上緣距離為57.249mknm ，則有效高度 ，受壓翼緣寬度 。0.12m01.8h0.48b 則根據(jù)式（4-23）可得： 。s3.6yn根 4.估算結(jié)果 綜合考慮以上 3 種鋼筋估算方法得出的鋼筋束估算結(jié)果，由鋼束估算結(jié)果 知：中、邊跨和各梁的正彎矩鋼束相差不多，為方便鋼束布置和施工，各梁正彎 矩鋼束都取用 39 股，負彎矩鋼束定為 25 股。具體成束及束號為：正彎矩采用 3 束 鋼絞線（ 錨具） ，分別記為 、 、 ；中支點負彎矩j135.215ovm1n23 束采用 5 束 鋼絞線（ 錨具） ，分別記為： 、 。.j 445n 4.2 鋼束布置 連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力筋束的配置除滿足公預(yù)規(guī)構(gòu)造及受力要求外，還應(yīng)考慮以 下原則： （1）應(yīng)選擇適當?shù)念A(yù)應(yīng)力束筋的布置形式與錨具形式，對不同跨徑的梁橋 結(jié)構(gòu)，要選用預(yù)加力大小適當?shù)念A(yù)應(yīng)力束筋，以達到合理的布置形式。避免因預(yù) 應(yīng)力束筋與錨具形式選擇不當，而使結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸加大。當預(yù)應(yīng)力束筋截面選擇 過小，造成大跨結(jié)構(gòu)中布束過多，而構(gòu)造尺寸限制布置不下時，則要求增大束筋 截面。 （2）預(yù)應(yīng)力束筋的布置要考慮施工的方便，不能像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中任意 切斷鋼筋那樣去切斷預(yù)應(yīng)力束筋，否則將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中布置過多的錨具。由于每根 束筋都是一巨大的集中力，這樣錨下應(yīng)力區(qū)受力較復(fù)雜，因而必須在構(gòu)造上加以 保證。 （3）預(yù)應(yīng)力束筋的布置，既要符合結(jié)構(gòu)受力的要求，又要注意在超靜定結(jié) 構(gòu)體系中避免引起過大的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。 （4）預(yù)應(yīng)力束筋配置，應(yīng)考慮材料經(jīng)濟指標的先進性，這樣往往與橋梁體 系、構(gòu)造尺寸、施工方法的選擇都有密切關(guān)系。 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 55 （5）預(yù)應(yīng)力束筋應(yīng)避免使用多次反向曲率的連續(xù)束，否則引起很大的摩阻 損失，降低預(yù)應(yīng)力束筋的效益。 （6）預(yù)應(yīng)力束筋的布置，不但要考慮結(jié)構(gòu)在使用階段彈性受力狀態(tài)的需要， 而且要考慮到結(jié)構(gòu)在破壞階段時的需要。 本設(shè)計為簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋，主梁在簡支狀態(tài)下主要承受自重產(chǎn)生的正彎矩和 預(yù)加力作用，因此在正彎矩束布置時應(yīng)滿足簡支狀態(tài)下的受力要求。其次截面上 緣負彎矩的鋼束不僅用來承擔二期恒載、活載負彎矩及結(jié)構(gòu)次內(nèi)力，同時又是結(jié) 構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的有效手段，因此在負彎矩束布置時應(yīng)注意這一點。 x12x3y12 跨徑中線主 梁 邊 緣 線錨 固 點 彎 起 點彎 起 結(jié) 束 點 a0 圖 4-2 鋼束計算圖示 遵循以上原則，結(jié)合本設(shè)計的施工特點，鋼束布置結(jié)果如圖 4-3 所示。 鋼束計算圖示見圖 4-2，鋼束計算表見表 4-1。 表 4-1 鋼束計算表 鋼束號 起彎高 度 y(cm) 1y (cm) 2 (cm) 1x (cm) 2 (cm) 3x (cm) r (cm) (o)1n 124 16.5 107.5 240.0 313.5 1023.5 3000 62 97 27.5 69.5 392.0 522.5 622.5 3000 63 70 27.5 42.5 649.0 522.5 405.5 3000 64 5 3.0 2.0 417.0 65.6 24.5 800 35 5 3.0 2.0 728.0 65.5 24.5 800 3 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 56 8020812 160 261016420 50835302020i i i 1750 i 10261640i i 820350 2756565 i ii i i ir50r50 r30 r50 r50 r30 350275n4n4n4 n5n56565 8512 80 804040n12n3 13101348 131013485083530 n1n32 2020202020 n4n5 n5n4n44820202020 n4 n4 n4 n5 n5 12 8 202020 n5 n5 115154040 i n21n32n1 n4 n5 n3 邊跨ii 邊跨ii 中跨ii 中跨ii ii ii ii8 r=80 頂板負彎矩鋼束 布置圖中跨半 立面 墩中心線背墻前緣線 邊跨半立面 跨中線 跨中線 橋面板 預(yù)留槽a預(yù)留槽b 橋 墩 中 心 線頂板 負彎矩鋼束布置 圖 預(yù)制主梁中心線 或墩中心線 i n12n3 n12n3 r=80 48224 48224 圖 4-3 預(yù)應(yīng)力鋼束布置示意圖（單位：cm） 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 57 4.3 主梁凈、換算截面幾何特性計算 在求得各驗算截面的毛截面特性和鋼束布置的基礎(chǔ)上，即可計算主梁凈截面 和換算截面的面積、慣性矩及靜矩，為主梁在各受力階段的應(yīng)力驗算準備計算數(shù) 據(jù)。計算過程以跨中截面為例，見表 4-2。其他截面計算結(jié)果見表 4-3 和表 4-4。 表 4-2 跨中截面的凈截面和換算截面的幾何特性計算表 截 面 類 別 分塊名稱 分塊面積 (m2)ia ai 重心 至梁頂 距離 yi (m) 對梁頂 邊的面 積矩 iisay (m3) 自身慣 性矩 (m4) siy (m) 2siiiay (m4) 截面慣 性矩 ipi (m4) 毛截面 0.9125 0.6549 0.5976 0.4343 -0.0190 0.0003 預(yù)留管 道面積 -0.0151 1.7800 -0.0269 0.0 -1.1441 -0.0198 凈 截 面 混凝土 凈截面 0.8974 0.6359 0.5709 0.4343 -0.0195 0.4148 鋼束換 算面積 0.0252 1.7800 0.0449 0.0 -1.0948 0.0302 毛截面 0.9125 0.6549 0.5976 0.4343 0.0303 0.0006 換 算 截 面 換算截面面積 0.9377 0.6862 0.6425 0.0310 0.4653 表 4-3 凈截面幾何特性 截面位置 截面積 a(m2) 截面慣性矩 i(m4) 中性軸至梁底的距離 (m) 左邊支點 1.3160 0.5386 1.2512 邊跨左變化點 0.8974 0.4278 1.3560 邊跨 1/4 0.8974 0.3834 1.3617 邊跨跨中 0.8974 0.4148 1.3641 邊跨 3/4 0.8974 0.3834 1.3617 邊跨右變化點 0.8927 0.4258 1.3595 左中支點 1.3041 0.5392 1.2481 中跨左變化點 0.8927 0.4258 1.3595 中跨 1/4 0.8974 0.4169 1.3630 中跨跨中 0.8974 0.4148 1.3641 表 4-4 換算截面幾何特性 截面位置 截面積 a(m2) 截面慣性矩 i(m4) 中性軸至梁底的(m) 左邊支點 1.3563 0.5386 1.2502 邊跨左變化點 0.9377 0.4446 1.3276 邊跨 1/4 0.9377 0.4581 1.3187 邊跨跨中 0.9377 0.4653 1.3148 邊跨 3/4 0.9377 0.4581 1.3187 邊跨右變化點 0.9442 0.5408 1.3608 左中支點 1.3725 0.5395 1.2557 中跨左變化點 0.9442 0.5408 1.3608 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 58 續(xù)上表 截面位置 截面積 a(m2) 截面慣性矩 i(m4) 中性軸至梁底的(m) 中跨 1/4 0.9377 0.4620 1.3165 中跨跨中 0.9377 0.4653 1.3148 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 59 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 60 第 5 章 預(yù)應(yīng)力損失及有效預(yù)應(yīng)力計算 5.1 基本理論 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計計算，需要根據(jù)承受外荷載的情況，確定其本 身預(yù)加應(yīng)力的大小。然而筋束中的預(yù)應(yīng)力往往受施工因素、材料性能及環(huán)境條件 等因素的影響而引起預(yù)應(yīng)力損失。設(shè)計所需的預(yù)應(yīng)力值，應(yīng)是扣除相應(yīng)階段的應(yīng) 力損失后，筋束中實際存在的預(yù)應(yīng)力（即有效預(yù)應(yīng)力 ）值。如筋束張拉時的pe 初始預(yù)應(yīng)力(一般稱為張拉控制應(yīng)力)為 ，相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力損失值為 ，則有效con l 預(yù)應(yīng)力的表達式為： 。peconl 5.2 預(yù)應(yīng)力損失計算 公預(yù)規(guī)規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)計算中，后張法應(yīng) 考慮下列因素引起的預(yù)應(yīng)力損失值： 預(yù)應(yīng)力筋束與管道壁之間的摩擦 1l 錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮 2l 混凝土的彈性壓縮 4l 預(yù)應(yīng)力筋束的應(yīng)力松弛 5l 混凝土的收縮和徐變 6l 5.2.1 后張法由預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道之間摩擦引起的應(yīng)力損失 （ ）1l (5-1)1kxlcone 式中： 張拉鋼筋錨下的控制應(yīng)力， ；con mpa 預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)，按公預(yù)規(guī)表 6.2.2 采用， 取 0.15； 從張拉端至計算截面之間曲線管道部分的夾角之和， ，在本 rad 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 61 設(shè)計中跨跨中截面摩擦應(yīng)力損失計算中取值即表 5-1 中的 ； 從張拉端至計算截面的管道長度，近似可取縱軸上的投影長度，x m； 管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，按公預(yù)規(guī)表 6.2.2 采k 用，取 0.0015； 在本設(shè)計中跨中截面摩擦應(yīng)力損失計算中取值即表 5-1 中的 。123x 中跨跨中摩擦應(yīng)力損失計算見表 5-1，其余截面同跨中，見表 5-2。 表 5-1 中跨跨中摩擦應(yīng)力損失計算 鋼束編 號 (rad)(m)xkx 1kxe(mpa)con(mpa)1l 1 0.1047 0.0209 15.77 0.0237 0.0436 1395 60.8500 2 0.1047 0.0209 15.77 0.0237 0.0436 1395 60.8500 3 0.1047 0.0209 15.77 0.0237 0.0436 1395 60.8500 平均值 60.8500 表 5-2 各控制截面摩擦應(yīng)力損失的平均值 截面 平均值(mpa)1l截面 平均值 (mpa)1l 左邊支點 0.6172 邊跨右變化點 11.4149 邊跨左變化點 11.0205 左中支點 1.1160 邊跨 1/4 21.2970 中跨左變化點 11.4149 邊跨跨中 60.8500 中跨 1/4 30.6503 邊跨 3/4 21.2970 中跨跨中 63.3095 5.2.2 后張法由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失 （ ）2l 2lp le 式中： 錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值，mm，按公預(yù)規(guī)表l 6.2.3 采用，本橋采用夾片錨具，取 6mm； 預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效長度，mm；l 預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量。pe 后張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力曲線鋼筋由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的預(yù)應(yīng)力 損失，應(yīng)考慮錨固后反向摩擦的影響，可參照公預(yù)規(guī)附錄 d 計算如下。 反摩擦影響長度 可按下式計算：fl 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 62 （5-2）f pd lle 0l 式中： 單位長度由管道摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失；d 張拉端錨下控制應(yīng)力，按 公預(yù)規(guī)第 6.1.3 條的規(guī)定采用；0 預(yù)應(yīng)力鋼筋扣除沿途摩擦損失后錨固端應(yīng)力；l 張拉端到錨固端的距離。 當 時，預(yù)應(yīng)力鋼筋離張拉端 處考慮反摩擦后的預(yù)應(yīng)力損失 ，flx 2xl 可按下列公式計算： （5-3）2fxll （5-4 ）df 式中， 當 時在 影響范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力鋼筋考慮反摩擦后在張拉端錨下的flfl 預(yù)應(yīng)力損失值；如 ，表示 處預(yù)應(yīng)力鋼筋不受反摩擦的影響。fxx 中跨跨中錨具變形損失計算見表 5-3，其余截面計算方法同跨中，見表 5-4。 表 5-3 中跨跨中錨具變形損失 鋼束 束數(shù) x(m) (m)l(mpa/m)d(m)l(mpa)pe(m)fl(mpa)2l 1 1 17.50 34.6 1.8587 0.006 1.95 10525.09 28.2125 2 1 17.50 34.6 1.8587 0.006 1.95 105 25.09 28.2125 3 1 17.50 34.6 1.8587 0.006 1.95 105 25.09 28.2125 平均值 28.2125 表 5-4 各控制截面錨具變形損失的平均值 截面 平均值(mpa)2l截面 平均值(mpa)2l 左邊支點 9.5415 邊跨右變化點 37.0578 邊跨左變化點 37.0578 左中支點 12.8161 邊跨 1/4 45.4705 中跨左變化點 35.9925 邊跨跨中 34.1971 中跨 1/4 47.9042 邊跨 3/4 45.4705 中跨跨中 28.2125 5.2.3 后張法由混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失（ ）4l (5-5)pcepl4 式中： 在計算截面先張拉的鋼筋重心處，由后張拉各批鋼筋產(chǎn)生pc 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 63 的混凝土法向應(yīng)力， ；mpa 預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，取 5.65。ep 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，當同一截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋逐束張拉時，由混凝土 彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失，可按簡化公式計算： (5-6)412lepcm 式中： 預(yù)應(yīng)力鋼筋的束數(shù)。m 在計算截面的全部鋼筋重心處，由張拉一束預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生的混凝pc 土法向壓應(yīng)力，取各束的平均值。 （5-7）1ppnpcnneymai peconl6ppelspepapennyn 中跨跨中由混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失計算見表 5-5,其余截面同跨中， 見表 5-6。 表 5-5 中跨跨中由混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失 鋼 束 編 號 1m1l(mpa) 2l(mpa) pa2m（pn）310kpc（mpa） 4l(mpa) 1 2 64.3095 28.2125 5.421 37.0607 27.3428 51.4955 2 1 64.3095 28.2125 5.421 7.0607 27.3428 38.6216 3 0 64.3095 28.2125 5.421 107.0607 27.3428 0.0 平均值 30.0390 表 5-6 各控制截面由混凝彈性壓縮引起的應(yīng)力損失的平均值 截面 平均值(mpa)4l截面 平均值(mpa)4l 左邊支點 7.0603 邊跨右變化點 27.0655 邊跨左變化點 21.3620 左中支點 14.1443 邊跨 1/4 29.5642 中跨左變化點 27.0655 邊跨跨中 29.9808 中跨 1/4 29.3378 邊跨 3/4 29.5642 中跨跨中 30.039 5.2.4 后張法由鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失終極值（ ）5l （5-8）50.2.6pel pekf 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 64 式中： 張拉系數(shù)，一次張拉時， =1.0；超張拉時， =0.9，取 =1.0； 鋼筋松弛系數(shù)，i 級松弛 =1.0，ii 級松弛 =0.3，取 =0.3； 傳力錨固時的鋼筋應(yīng)力，對后張法構(gòu)件 = - - - 。pe pecon1l2l4l 中跨跨中由鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失計算見表 5-7，其余截面同跨中，見 表 5-8。 表 5-7 中跨跨中由鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失 束號 （mpa）1l（mpa）2l （mpa）4l（mpa）pe（mpa）5l 1 64.3095 28.2125 51.4955 1250.9835 33.6780 2 64.3095 28.2125 38.6216 1263.8564 35.3891 3 64.3095 28.2125 0.0 1302.4780 40.6895 束號 （mpa）1l （mpa）2l （mpa）4l （mpa）pe（mpa）5l 平均值 36.5855 表 5-8 各控制截面由鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失的平均值 截面 平均值（mpa）5l截面 平均值（mpa）5l 左邊支點 51.7459 邊跨右變化點 43.1185 邊跨左變化點 43.9866 左中支點 50.1001 邊跨 1/4 40.2172 中跨左變化點 43.3214 邊跨跨中 36.2517 中跨 1/4 38.5544 邊跨 3/4 40.1721 中跨跨中 36.5855 5.2.5 后張法由混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失（ ）6l （5-9）006.9(,)(,)()15pcseppcl sttta （5-006.,pcspcl sttt 10） psapsa 21pspsei21pssei spspepspse gkcppnnmaii 式中： 、 構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)全部縱向鋼筋截面重心處由混凝6()lt6()lt 土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失； 、 構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)全部縱向鋼筋截面重心處由預(yù)應(yīng)pc 力產(chǎn)生的混凝土法向壓應(yīng)力，mpb，按公預(yù)規(guī)第 6.1.5 條和第 6.1.6 條規(guī)定計算； 預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋的彈性模量，取 = mpa；pepe51.90 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 65 預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，取ep =5.65； 、 構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)全部縱向鋼筋配筋率； 構(gòu)件截面面積，對后張法構(gòu)件為凈截面面積；a 截面回轉(zhuǎn)半徑， =i/a，后張法均取凈截面；i 2i 、 構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋截面重心至構(gòu)件截面pe 重心距離； 、 構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)縱向普通鋼筋截面重心至構(gòu)件截s 面重心距離； 、 構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋截面重心pse 至構(gòu)件截面重心軸的距離； 預(yù)應(yīng)力鋼筋傳力錨固齡期為 ，計算考慮的齡期為0(,)cst 0t t 時的混凝土收縮應(yīng)變，其終極值按公預(yù)規(guī)表 6.2.7 取用； 加載齡期為 ，計算考慮的齡期為 時的徐變系數(shù)，0(,)t0t t 其終極值按公預(yù)規(guī)表 6.2.7 取用。 設(shè)混凝土傳力錨固齡期加載齡期均為 7d，計算時間 = ，橋梁所處環(huán)境的t 年平均相對濕度為 60%，各截面的理論厚度 ,a 為構(gòu)件截面面積， 為2/ha 構(gòu)件與大氣接觸的周邊長度，則厚度 為 738mm。 據(jù)厚度 查公預(yù)規(guī)表 6.2.7 得： =0.25， =2.39。h0(,)cst310(,)t 各控制截面由混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失計算見表 5-9。 5-9 各控制截面由混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失截 面 ps （mpa ）pc（ mpa）6l 左邊支點 4.1193 10-34.8251 6.4266 93.96 邊跨左變化點 6.0408 10-3 4.7954 18.9539 169.9 續(xù)上表 邊跨 1/4 6.0408 10-3 5.2349 20.2544 186.0 邊跨跨中 6.0408 10-3 4.9143 24.7435 238.4 邊跨 3/4 6.0408 10-35.2349 20.2544 186.0 邊跨右變化點 7.6297 10-3 4.7932 21.5642 197.6 左中支點 4.6079 10-3 4.7863 13.8085 156.6 中跨左變化點 7.6297 10-3 4.7932 21.5642 197.6 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 66 中跨 1/4 6.0408 10-34.8946 20.2544 200.9 中跨跨中 6.0408 10-3 4.9143 10.1681 115.9 5.2.6 截面預(yù)應(yīng)力損失合計和有效預(yù)應(yīng)力 對于后張法構(gòu)件：傳力錨固時的損失（第一批） l124lll 傳力錨固后的損失（第二批） 56lll 列出邊跨 1 號鋼束各截面的預(yù)應(yīng)力損失和有效預(yù)應(yīng)力，因 1 號鋼束相對邊跨 跨中左右對稱，所以給出半跨即可，見表 5-10。 表 5-10 各截面的預(yù)應(yīng)力損失和有效預(yù)應(yīng)力 項目 預(yù)加應(yīng)力階段 （mpal124lll ） 使用階段 （m56lll pa） 鋼束有效預(yù)應(yīng)力 （mpa） 截面 1l2l4ll5l6ll預(yù)加應(yīng)力階段 pconl 使用階段pconll 左邊 支點 0.617 9.542 7.060 17.22 51.75 93.96 145.7 1377.8 1232.1 邊跨 左變 化點 11.02 37.06 21.36 69.44 43.99 169.9 213.9 1325.6 1111.7 邊跨 1/4 21.30 45.47 29.56 96.33 40.22 186.0 226.2 1298.7 1072.5 邊跨 跨中 60.85 34.20 29.98 125.0 36.25 238.4 274.7 1270.0 995.3 邊跨 3/4 21.30 45.47 29.56 96.33 40.17 186.0 226.2 1298.7 1072.5 邊跨 右變 化點 11.41 37.06 27.07 75.54 43.1 197.6 240.7 1319.5 1078.8 左中 支點 1.116 12.82 14.14 28.07 50.10 156.6 206.7 1366.9 1160.3 中跨 左變 化點 11.41 35.99 27.07 74.47 43.32 197.6 240.9 1320.5 1079.6 中跨 1/4 30.65 47.90 29.34 107.9 38.55 200.9 239.5 1287.1 1047.6 續(xù)上表 項目 預(yù)加應(yīng)力階段 （mpal124lll ） 使用階段 （m56lll pa） 鋼束有效預(yù)應(yīng)力 （mpa） 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 67 項目 預(yù)加應(yīng)力階段 （mpal124lll ） 使用階段 （m56lll pa） 鋼束有效預(yù)應(yīng)力 （mpa） 截面 1l2l4ll5l6ll預(yù)加應(yīng)力階段 pconl 使用階段pconll 中跨 跨中 63.31 28.21 30.04 121.6 36.59 115.9 152.4 1273.4 1121.0 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 68 第 6 章 配束后主梁內(nèi)力計算及內(nèi)力組合 本設(shè)計采用先簡支后連續(xù)的施工方法，主梁預(yù)制安裝形成簡支體系，然后澆 注接頭混凝土，并張拉頂板預(yù)應(yīng)力束，完成體系轉(zhuǎn)換，形成連續(xù)梁，由此將形成 主梁內(nèi)力重分布，頂板預(yù)加力將在主梁內(nèi)產(chǎn)生次內(nèi)力。預(yù)加力產(chǎn)生的次預(yù)矩及次 內(nèi)力計算如下，計算圖示見圖 6-1。l1l2l3x1 x21=原 結(jié) 構(gòu)基 本 結(jié) 構(gòu)m1圖 2圖p1圖mp2圖1x2 圖 6-1 預(yù)加力產(chǎn)生的次預(yù)矩計算圖示 圖中 1 圖為 3n4 預(yù)應(yīng)力作用梁體的彎矩圖， 圖為 2n5 預(yù)應(yīng)力筋作用梁pmp2 體的彎矩圖。 3n4 預(yù)應(yīng)力筋贅余力計算。力法方程為： 121220px 由圖乘法可求得各系數(shù)和自由項： = 11212)ei33lllei（ 1226li 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 69 313950.713920.1.50942pei （ ） 53.074ei 由對稱性知： = ， = ， = ；21p 解得： = = = - ；1x21p212 .7(3)6eil 在此階段， =31.475m; =35m;1l2l 得 =-904.8589 。12knm 同理可得 2n5 預(yù)應(yīng)力筋贅余力為： =-1028.248712xknm 則 3n4 和 2n5 預(yù)應(yīng)力筋總贅余力為： =-1933.1076 預(yù)應(yīng)力筋次預(yù)矩為： 12ma 考慮預(yù)應(yīng)力次效應(yīng)后的荷載組合計算見表 6-1。 表 6-1 考慮預(yù)應(yīng)力次效應(yīng)后的荷載組合 配預(yù)應(yīng)力筋前荷載組合 配預(yù)應(yīng)力筋后荷載組合 承載能 力極限 狀態(tài)組 合 短期作 用 長期作 用 預(yù)應(yīng)力 筋次內(nèi) 力 荷載項目 承載能 力極限 狀態(tài)組 合（不 利） （+ ） 承載能 力極限 狀態(tài)組 合（有 利） （+1 .2 ） 短期作 用組合 （ + ） 長期作 用組合 （+ ） 最大彎 矩(kn m)a 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 最小彎矩 (kn m) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 最大剪力 （kn） 655.7 546.4 546.4 -61.4 594.3 485.0 485.0 左邊 支點 最小剪力 (kn) 739.0 589.9 570.7 -61.4 677.6 528.4 509.2 最大彎 矩(kn m)a 4872.0 3596.7 2965.3 -290.0 4582.1 3306.7 2675.4 最小彎矩 (kn m) 2587.4 2153.9 2153.9 -290.0 2297.5 1864.0 1864.0 最大剪力 （kn） 454.7 378.9 378.9 -61.4 -61.4 393.3 317.5 317.5 邊跨 左變 化點 最小剪力 (kn) 598.2 452.7 420.4 536.8 391.3 359.0 青 島 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 70 續(xù)上表 配預(yù)應(yīng)力筋前荷載組合 配預(yù)應(yīng)力筋后荷載組合 承載能 力極限 狀態(tài)組 合 短期作 用 長期作 用 預(yù)應(yīng)力 筋次內(nèi) 力 荷載項目 承載能 力極限 狀態(tài)組 合（不 利） （+ ） 承載能 力極限 狀態(tài)組 合（有 利） （+1 .2 ） 短期作 用組合 （ + ） 長期作 用組合 （+ ） 最大彎 矩(kn m)a 8120.5 5418.4 4465.2 -483.3 7637.2 4935.1 3981.9 最小彎矩 (kn m) 3896.9 3243.7 3243.7 -483.3 3413.7 2760.4 2760.4 最大剪力 （kn） 310.0 258.4 258.4 -61.4 248.6 196.9 196.9 邊跨 111/ 4 最小剪力 (kn) 544.5 378.2 326.0 -61.4 483.1 316.8 264.6 最大彎 矩(kn m)a 9046.7 6309.1 5461.4 -966.6 8080.1 5342.5 4449.8 最小彎矩 (kn m) 5161.0 4285.7 4285.7 -966.6 4194.4 3319.2 3319.2 最大剪力 （kn） -375.7 -222.8 -157.5 -61.4 -449.4 -284.2 -218.9 邊跨 跨中 最小剪力 (kn) 584.3 264.2 115.7 -61.4 522.9 202.8 54.2 最大彎 矩(kn m)a 6498.1 4458.6 3781.0 -1499.8 5048.2 3008.8 2331.2 最小彎矩 (kn m) 3513.5 2916.6 2916.6 -1499.8 2063.6 1466.8 1466.8 最大剪力 （kn） -561.3 -434.6 -408.2 -61.4 -635.0 -496.0 -469.6 邊跨 3/4 最小剪力 (kn) -444.7 -374.4 -374.4 -61.4 -518.4 -435.9 -435.9 最大彎 矩(kn m)a 3683.8 2542.1 2168.4 -1643.1 2040.7 899.0 525.2 最小彎矩 (kn m) 2047.9 1685.9 1693.8 -1643.1 404.8 42.7 50.7 最大剪力 （kn） -650.8