城際鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)m

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）GRADUATION DESIGN(THESIS)論文題目： 城際鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì) (48+80+48m) 本科生姓名： xxx 學(xué)號(hào)： xxx 指導(dǎo)教師姓名： xxx 職稱： 教授 申請(qǐng)學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士 專業(yè)： 土木工程(橋梁) 設(shè)計(jì)(論文)提交日期： xxx.6.15 答辯日期： xxx.6.17 摘 要本次設(shè)計(jì)為城際鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)，跨徑組成為48+80+48m。線路情況為雙線，線間距為4.24.6m。主梁截面采用單箱單室直腹板形式，梁底曲線按二次拋物線變化，中支點(diǎn)梁高為6.4m，中跨跨中梁高為3.6m。該橋采用懸臂澆筑施工方法，內(nèi)力計(jì)算借

2、助有限元軟件Midas/Civil計(jì)算。擬定主梁細(xì)部尺寸后，利用Midas/Civil軟件，模擬實(shí)際施工過(guò)程，計(jì)算結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力、二期恒載內(nèi)力、ZC活載內(nèi)力及支座沉降次內(nèi)力，并進(jìn)行內(nèi)力組合。根據(jù)梁體上下緣應(yīng)力條件估算預(yù)應(yīng)力鋼束并進(jìn)行布置。中支點(diǎn)截面在頂板及腹板內(nèi)共布置72束，每束均采用12-S15.2鋼絞線；中跨跨中截面在底板內(nèi)布置34束，均采用15-S15.2鋼絞線；邊跨底板內(nèi)布置18束，頂板內(nèi)布置合龍束4束，均采用15-S15.2鋼絞線?？紤]鋼束和混凝土收縮徐變影響，重新模擬施工階段，進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合，以便計(jì)入預(yù)應(yīng)力效應(yīng)和收縮徐變效應(yīng)。最后，基于新的內(nèi)力組合，進(jìn)行正截面與斜截面抗裂性驗(yàn)

3、算、正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、混凝土正應(yīng)力與剪應(yīng)力驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算及撓度驗(yàn)算，各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果均符合鐵路規(guī)范要求。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；連續(xù)箱梁；懸臂澆筑；內(nèi)力組合；截面驗(yàn)算AbstractThis graduation project requires designing a prestressed concrete continuous box girder with span of 48+80+48m on an inter-city railway line. The line spacing of double-line railway through this b

4、ridge varies from 4.2m to 4.6m. Single-cell box with vertical webs is used as cross section of the girder. The variable-depth girder in a form of quadratic parabola is 6.4m deep at the main piers and 3.6m deep at the mid-span of the central span.This bridge is constructed with a case-in-place cantil

5、ever method and internal forces of the girder are calculated with the finite element software Midas/Civil.After detail dimensions of the girder are given, the actual construction process is simulated with the finite element software Midas/Civil to calculate internal force of weight of the structure,

6、 internal force of second dead load, internal force of live load of inter-city train and secondary internal force of bearing settlement. And combination of internal forces follows. According to stress condition at upper and lower edges of cross section of girder, the number of prestressing tendons i

7、s estimated and prestressing tendons are laid out in the girder. There are 72 prestressing tendons composed of 12-S15.2 steel strand placed in the top and bottom slab at the main piers; there are 34 prestressing tendons composed of 15-S15.2 steel strand placed in the bottom slab at the mid-span of t

8、he central span; and there are 18 prestressing tendons and 4 closure prestressing tendons composed of 15-S15.2 steel strand placed separately in the bottom slab and in the bottom slab at the side span. Considering the influence of prestressing tendons and concrete shrinkage and creep, the actual con

9、struction process is simulated again. Then calculate internal forces of the main girder and finish combination of internal forces in order to add prestressing effect and concrete shrinkage-creep effect. Finally, based on new combination of internal forces, the following checking should be finished,

10、including normal section and oblique section crack resistance checking, normal section flexural strength checking, oblique section shear strength checking, normal stress and shear stress checking of concrete, stress checking of prestressing tendons, and deflection checking. The result shows that eac

11、h checking meets the requirement of the code for the railway bridge design.Key Words: Prestressed concrete, Continuous box girder, Cantilever pouring, Combination of internal forces, The section checking目 錄摘 要IAbstractII目 錄III引 言11 設(shè)計(jì)基本資料及設(shè)計(jì)特點(diǎn)21.1 設(shè)計(jì)基本資料21.1.1 概述21.1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)21.1.3 材料規(guī)格21.1.4 設(shè)計(jì)依據(jù)21

12、.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)32 主梁細(xì)部尺寸擬定42.1 跨度42.2 梁高42.3 截面形式42.4 箱梁細(xì)部尺寸42.4.1 頂板厚度42.4.2 底板厚度42.4.3 腹板厚度52.4.4 承托52.5 橫隔板63 主梁內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合（一）73.1 結(jié)構(gòu)有限元模型建立73.2 毛截面幾何特性計(jì)算73.3 恒載內(nèi)力計(jì)算83.3.1 懸臂施工流程圖83.3.2 結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力計(jì)算83.3.3 二期恒載內(nèi)力計(jì)算93.4 活載內(nèi)力計(jì)算103.4.1 活載動(dòng)力系數(shù)計(jì)算103.4.2 活載內(nèi)力影響線及加載圖示113.4.3 活載內(nèi)力計(jì)算153.5 溫度次內(nèi)力計(jì)算163.6 支座沉降次內(nèi)力計(jì)算163.7 內(nèi)力組

13、合（一）174 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)184.1 預(yù)應(yīng)力鋼束估算184.1.1 估束方法184.1.2 預(yù)應(yīng)力筋估算194.2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置214.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼束的布置原則214.2.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置214.2.3 橫、豎向預(yù)應(yīng)力筋布置234.3 配筋后實(shí)際狀態(tài)下的懸臂施工過(guò)程235 預(yù)應(yīng)力損失及有效應(yīng)力265.1 凈、換算截面幾何特性265.1.1 計(jì)算原理265.1.2 凈截面幾何特性265.1.3 換算截面幾何特性275.2 預(yù)應(yīng)力損失及有效應(yīng)力285.2.1 鋼束與管道壁間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失285.2.2 錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失285.2.3 混凝土彈性壓縮引

14、起的預(yù)應(yīng)力損失295.2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失295.2.5 混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失295.2.6 有效應(yīng)力306 鋼束、混凝土收縮徐變次內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合（二）316.1 鋼束次內(nèi)力計(jì)算316.2 混凝土收縮徐變次內(nèi)力計(jì)算326.3 內(nèi)力組合（二）337 主梁截面驗(yàn)算347.1 抗裂性驗(yàn)算35 正截面抗裂性驗(yàn)算357.1.2 斜截面抗裂性驗(yàn)算387.2 強(qiáng)度驗(yàn)算447.2.1 正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算457.2.2 斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算497.3 應(yīng)力驗(yàn)算537.3.1 混凝土正應(yīng)力驗(yàn)算537.3.2 混凝土剪應(yīng)力驗(yàn)算577.3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算577.4 撓度驗(yàn)

15、算59結(jié)束語(yǔ)60致 謝62參考文獻(xiàn)63引 言隨著國(guó)內(nèi)外梁橋的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋因其能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度且受力合理，已經(jīng)在中大跨徑梁橋中得到廣泛應(yīng)用。特別是懸臂施工 工藝的問(wèn)世以來(lái)，建設(shè)步伐大大加快，跨徑由原來(lái)的幾十米發(fā)展到現(xiàn)在的二百多米。另外，箱梁的截面形式能很好的承受列車(chē)的偏載作用，且動(dòng)力性好，噪音小，因此，本次設(shè)計(jì)的城際鐵路主梁形式采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。本次設(shè)計(jì)的主要目的包括：(1) 通過(guò)設(shè)計(jì)中所參考的規(guī)范條例，能夠加深對(duì)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的理解。(2) 經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，熟練橋梁設(shè)計(jì)的基本流程。鞏固本科期間所學(xué)專業(yè)知識(shí)，鍛煉獨(dú)立分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。(3) 掌握利用有限元軟件Mi

16、das/Civil（以下簡(jiǎn)稱Midas軟件）分析結(jié)構(gòu)的方法，能夠熟練建立結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算。(4) 培養(yǎng)自己嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度，樹(shù)立腳踏實(shí)地，刻苦鉆研，積極進(jìn)取的作風(fēng)。本次設(shè)計(jì)的主要意義包括：(1) 將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)課題認(rèn)真分析、全面理解、深刻領(lǐng)會(huì)以達(dá)到學(xué)以致用的地步。(2) 學(xué)會(huì)借助相關(guān)軟件分析與解決實(shí)際問(wèn)題，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠做到觸類旁通，舉一反三。如今，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，各院校和設(shè)計(jì)單位已經(jīng)做了大量工作，擁有了堅(jiān)實(shí)的理論支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成了一個(gè)完整而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。另外，Midas軟件為各種類型的橋梁提供了建模助手，

17、對(duì)于熟練而有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員而言，利用建模助手可以快速地建立各種橋跨模型；對(duì)于初學(xué)者而言，為了加深理解和掌握建模的關(guān)鍵步驟和要點(diǎn)，應(yīng)該從基礎(chǔ)做起，通過(guò)建立節(jié)點(diǎn)、單元、邊界條件、荷載情況及施工階段形成橋跨模型，進(jìn)而進(jìn)行分析計(jì)算。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：主梁細(xì)部尺寸擬定，毛截面幾何特性計(jì)算，恒載、活載及各項(xiàng)次內(nèi)力計(jì)算與內(nèi)力組合，估算鋼束及布置，凈截面和換算截面幾何特性計(jì)算，預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算及各項(xiàng)驗(yàn)算（抗裂性、強(qiáng)度、應(yīng)力和撓度）。1 設(shè)計(jì)基本資料及設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.1 設(shè)計(jì)基本資料1.1.1 概述本橋處于新建城際鐵路廣佛環(huán)線佛山西站至廣州南站段，橋型為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，跨徑組成為48+80+48

18、m，采用后張法懸臂澆筑施工。1.1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計(jì)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括：(1) 設(shè)計(jì)時(shí)速：200km/h。(2) 設(shè)計(jì)活載：ZC活載。(3) 線路情況：雙線，線間距4.24.6m，直線及R=1000m的緩和曲線。(4) 軌道形式：有砟軌道，采用60kg/m鋼軌。(5) 設(shè)計(jì)使用年限：100年。(6) 地震烈度：級(jí)，動(dòng)峰值加速度，場(chǎng)地特征周期。1.1.3 材料規(guī)格本設(shè)計(jì)采用的材料規(guī)格列于表1.1。表1.1 材料規(guī)格表材料類別相關(guān)參數(shù)及說(shuō)明混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C55，容重取，軸心抗拉、壓極限強(qiáng)度：、，彈性模量：。預(yù)應(yīng)力鋼絞線S15.2鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：，抗拉、壓計(jì)算強(qiáng)度：、，彈性模量：。普

19、通箍筋采用HRB335，抗拉計(jì)算強(qiáng)度：。預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋圓形塑料波紋管成型，管道內(nèi)徑：。錨具采用夾片式錨具，型號(hào)有OVM15-12和OVM15-15。其他方面擋碴墻、豎墻、人行道欄桿、電纜槽及接觸網(wǎng)支柱等參照相關(guān)規(guī)定。1.1.4 設(shè)計(jì)依據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（TB10002.1-2005）鐵路橋涵鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.3-2005）高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）（TB10621-2009）1.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)本橋采用懸臂澆筑方法施工，由于施工過(guò)程中存在體系轉(zhuǎn)換，預(yù)應(yīng)力效應(yīng)和混凝土收縮徐變效應(yīng)的計(jì)算非常復(fù)雜，因而借助Midas軟件進(jìn)行分析計(jì)算。本次設(shè)計(jì)時(shí)的基本步驟如下：首

20、先，根據(jù)以往設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行截面尺寸擬定，利用Midas軟件創(chuàng)建結(jié)構(gòu)組、邊界組及荷載組，模擬實(shí)際施工過(guò)程，計(jì)算結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力、二期恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力及支座沉降次內(nèi)力，并進(jìn)行內(nèi)力的第一次組合；根據(jù)組合結(jié)果進(jìn)行估算鋼束，布置鋼束，然后考慮預(yù)加力和混凝土收縮徐變的影響，重新模擬施工階段，進(jìn)行內(nèi)力的第二次組合。由第二次內(nèi)力組合結(jié)果進(jìn)行主梁的各項(xiàng)驗(yàn)算（抗裂性、強(qiáng)度、應(yīng)力和撓度）。若各項(xiàng)驗(yàn)算均通過(guò)，則完成設(shè)計(jì)；否則需要調(diào)整鋼束數(shù)量、布置形狀甚至修改截面尺寸，以確保各項(xiàng)驗(yàn)算均滿足鐵路規(guī)范要求。受力方面，該橋施工過(guò)程從前到后經(jīng)歷了T型剛構(gòu)、單懸臂梁到連續(xù)梁，成橋后在恒載和活載共同作用下，中支點(diǎn)處負(fù)彎矩較大，中跨

21、跨中處正彎矩相對(duì)較小。因此擬定截面尺寸時(shí)要考慮主梁的受力特點(diǎn)。其他方面，墩梁臨時(shí)固結(jié)措施常采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線或預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，為方便體系轉(zhuǎn)換，墩梁臨時(shí)支承處常采用硫磺水泥砂漿塊或砂筒，當(dāng)采用高溫熔化硫磺水泥砂漿塊時(shí)，應(yīng)該在支承塊之間設(shè)置一些必要的隔熱措施，以免對(duì)支座造成破壞。合龍段施工時(shí)應(yīng)該設(shè)置臨時(shí)鎖定措施，通常采用的是勁性型鋼骨架。2 主梁細(xì)部尺寸擬定2.1 跨度對(duì)于3跨連續(xù)梁橋，一般為0.50.8。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁取偏小值較合理，本橋主跨采用80m，邊跨取。因此，跨徑組成為48+80+48m。2.2 梁高本橋梁底曲線形式采用二次拋物線，以適應(yīng)主梁的內(nèi)力分布規(guī)律。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，變截面連續(xù)梁支點(diǎn)

22、梁高，跨中梁高。本橋取，。以左邊跨為例，將梁底距端支點(diǎn)13m位置處設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸以水平指向中支點(diǎn)方向?yàn)檎?，軸以豎直向下為正，則梁底曲線方程可表示為。梁底形狀變化曲線左半橋跨結(jié)構(gòu)關(guān)于中支點(diǎn)對(duì)稱，全橋梁底形狀變化關(guān)于中跨跨中對(duì)稱。2.3 截面形式本橋設(shè)計(jì)為雙線城際鐵路橋，由于箱型截面抗扭剛度大，整體性好，設(shè)計(jì)時(shí)采用單箱單室直腹板箱型截面，受力明確，施工方便?？紤]到橋面線路情況、擋碴墻及接觸網(wǎng)支柱等要求，取橋面寬度為11.7m，箱梁外懸臂長(zhǎng)度為2.65m，底板寬度為6.4m。2.4 箱梁細(xì)部尺寸2.4.1 頂板厚度頂板厚度由頂板受力及構(gòu)造要求等因素確定，受力方面主要滿足橋面板橫向彎矩的要求；構(gòu)造

23、方面主要考慮縱、橫向預(yù)應(yīng)力束的布置情況。對(duì)于鐵路橋，橋面寬度和箱梁腹板間距變化量很小，一般頂板厚度取值范圍為3035cm，設(shè)計(jì)中傾向于取較厚的頂板以保證抗裂要求。本橋除從距邊支點(diǎn)1m到4m范圍內(nèi)頂板厚度由80cm線性變化至35cm，以滿足頂板內(nèi)鋼束下彎至梁端錨固要求外，其余頂板厚度統(tǒng)一取為35cm。2.4.2 底板厚度懸臂施工3跨預(yù)應(yīng)力箱梁時(shí)，負(fù)彎矩向中支點(diǎn)附近逐漸增大，底板厚度也應(yīng)隨之增大，以滿足負(fù)彎矩區(qū)段底板承壓要求。一般而言，底板厚度在跨中最小，中支點(diǎn)處最大。其中中支點(diǎn)處底板厚度取，跨中底板厚度主要考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋的布置情況，依據(jù)配筋要求一般取2030cm或（取箱梁腹板內(nèi)側(cè)凈距）

24、。此外，懸臂施工箱梁時(shí)，應(yīng)考慮底板厚度受掛籃底模梁后吊點(diǎn)的影響。尺寸擬定時(shí)注意到鐵路橋梁底板厚度取值較經(jīng)驗(yàn)值偏大，因此，本橋中支點(diǎn)處取100cm，跨中處取40cm。在邊支點(diǎn)附近，由于底板內(nèi)的一些鋼束上彎至梁端錨固，所以，從距邊支點(diǎn)1m到4m范圍內(nèi)，取底板厚度由80cm線性變化至40cm。全橋沿縱向底板上緣曲線變化情況與梁底線形相似，取坐標(biāo)軸與梁底曲線方程一致，則底板上緣曲線方程可表示為：。2.4.3 腹板厚度腹板厚度的確定受多種因素的影響：腹板所受剪力，混凝土澆筑質(zhì)量與預(yù)應(yīng)力筋的錨固要求及局部應(yīng)力分散要求等。就構(gòu)造要求而言，當(dāng)腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，腹板厚度可取2530cm；當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋錨固在腹板上

25、時(shí)，腹板厚度可取3540cm。本橋?yàn)榇罂缍辱F路橋，從跨中到支點(diǎn)，腹板厚度采用分段線性變厚形式。變化規(guī)律如圖2.1。圖2.1 腹板厚度沿橋跨變化圖示（對(duì)稱結(jié)構(gòu)取1/2橋跨考慮）2.4.4 承托一般而言，箱梁頂板與腹板相交處的承托高寬比可取為1:21:4；底板與腹板相交處的承托高寬比可取為1:11:2。本橋頂板處承托高寬比采用30cm90cm；底板處承托高寬比采用30cm60cm。根據(jù)以上箱梁細(xì)部尺寸擬定情況，畫(huà)出主梁關(guān)鍵截面剖面圖如圖2.2。圖2.2 1/2中支點(diǎn)和1/2中跨跨中截面剖面圖（單位：cm）根據(jù)以上主梁細(xì)部尺寸擬定情況，列出主梁各特征截面（截面變化處及懸臂澆筑各節(jié)段相接處）主要尺寸如

26、表2.1。表2.1 各特征截面主要尺寸表（單位：cm）截面距邊支點(diǎn)距離頂板厚腹板厚底板厚梁高截面距邊支點(diǎn)距離頂板厚腹板厚底板厚梁高1100808080.0360.016480035100100.0640.02400354840.0360.017500035100100.0640.03700354840.0360.01854003510086.3576.24900354840.0360.01956503510078.7540.651300354840.0360.02059003510071.7508.161700354840.9364.12161503510065.5478.9721003548

27、43.5376.5226450357058.9448.082450357047.3394.0236800357052.4417.992800357052.4417.9247150357047.3394.0103150357058.9448.0257500354843.5376.51134503510065.5478.9267900354840.9364.11237003510071.7508.1278300354840.0360.01339503510078.7540.6288700354840.0360.01442003510086.3576.2298800354840.0360.01546

28、0035100100.0640.02.5 橫隔板設(shè)置橫隔梁的主要作用是增加箱梁的橫向剛度，限制箱梁的畸變。本橋主跨較大，除在各支點(diǎn)位置上設(shè)置橫隔板外，主跨跨中也設(shè)置一道橫隔板。全橋共設(shè)置5道橫隔板，其中邊支點(diǎn)處板厚取145cm，中支點(diǎn)處板厚300cm，主跨跨中處板厚60cm，橫隔板中部均開(kāi)設(shè)過(guò)人洞。3 主梁內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合（一）3.1 結(jié)構(gòu)有限元模型建立借助Midas軟件，根據(jù)懸臂澆筑施工時(shí)節(jié)段的劃分情況，將主梁劃分為58個(gè)單元，共59個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中變截面部分梁底曲線采用以直代曲，建模時(shí)不考慮橫隔板與縱橫坡，全橋模型如下圖3.1。圖3.1 橋跨模型圖示3.2 毛截面幾何特性計(jì)算在建立主梁模型時(shí)

29、，參照實(shí)際施工情況對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了劃分，因而，選擇控制截面時(shí)，控制截面位置與節(jié)點(diǎn)位置并不完全是一一對(duì)應(yīng)的，這里，選取控制截面位置附近的節(jié)點(diǎn)代替控制截面進(jìn)行分析計(jì)算。為了方便預(yù)應(yīng)力鋼束的估束計(jì)算，需計(jì)算出控制截面的毛截面幾何特性，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，因此只需計(jì)算一半結(jié)構(gòu)。利用Midas軟件中的截面特性計(jì)算器功能，將各控制截面毛截面幾何特性的計(jì)算結(jié)果列于表3.1。表3.1 毛截面幾何特性計(jì)算結(jié)果控制截面選取節(jié)點(diǎn)梁高(m)面積(m2)形心慣距(m4)形心到下緣距離(m)下核心距(m)上核心距(m)邊支點(diǎn)13.6001/4邊跨63.6001/2邊跨93.9403/4邊跨135.081中支點(diǎn)176.4001/8中

30、跨215.0811/4中跨244.179續(xù)表 3.1控制截面選取節(jié)點(diǎn)梁高(m)面積(m2)形心慣距(m4)形心到下緣距離(m)下核心距(m)上核心距(m)3/8中跨273.6411/2中跨303.6003.3 恒載內(nèi)力計(jì)算3.3.1 懸臂施工流程圖結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力的計(jì)算與施工方法緊密相關(guān)，不同的施工方法其成橋后的恒載內(nèi)力有明顯差別。根據(jù)該橋的施工過(guò)程，畫(huà)出懸臂施工流程圖如圖3.2。邊跨現(xiàn)澆段與10#塊施工邊跨合攏中跨合攏解除墩梁臨時(shí)固結(jié)并拆除滿堂支架懸澆至9#塊搭設(shè)滿堂支架墩梁臨時(shí)固結(jié)0#塊施工掛籃安裝及預(yù)壓掛籃前移立模、鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力管道安裝混凝土澆筑預(yù)應(yīng)力束張拉、壓漿、錨固循環(huán)施工下一懸澆段

31、圖3.2 該橋懸臂施工流程圖3.3.2 結(jié)構(gòu)自重內(nèi)力計(jì)算利用Midas軟件，按照?qǐng)D3.2的施工步驟建立施工階段，最后形成橋跨模型。設(shè)計(jì)時(shí)取混凝土容重為26.5kNm，而Midas軟件中C55混凝土容重為25kNm，因此在施加結(jié)構(gòu)自重恒載時(shí)將自重系數(shù)設(shè)為1.06。計(jì)算得結(jié)構(gòu)自重作用下各控制截面內(nèi)力如表3.2，彎矩和剪力圖（Midas軟件中剪力的正方向與材料力學(xué)中剪力的正方向的定義相反，但不影響分析結(jié)果。）如圖3.3和圖3.4。表3.2 結(jié)構(gòu)自重作用下各控制截面內(nèi)力值控制截面彎矩(kNm)剪力(kN)控制截面彎矩(kNm)剪力(kN)邊支點(diǎn)0.00-2291.84中支點(diǎn)（右）-232025.41-

32、14033.361/4邊跨4394.071326.281/8中跨-108327.79-8638.821/2邊跨-27678.494329.921/4中跨-46261.06-5336.283/4邊跨-107484.808709.863/8中跨-5292.24-2253.78中支點(diǎn)（左）-232025.4114109.991/2中跨 4836.01 0.00圖3.3 結(jié)構(gòu)自重作用下的彎矩圖(kNm)圖3.4 結(jié)構(gòu)自重作用下的剪力圖(kN)3.3.3 二期恒載內(nèi)力計(jì)算根據(jù)線路情況，二期恒載集度取q=145kNm，二期恒載作用下各控制截面內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表3.3，對(duì)應(yīng)彎矩和剪力圖如圖3.5和圖3.6。表

33、3.3 二期恒載作用下各控制截面內(nèi)力值控制截面彎矩(kNm)剪力(kN)控制截面彎矩(kNm)剪力(kN)邊支點(diǎn)0.00-1675.37中支點(diǎn)（右）-86622.03-5800.001/4邊跨9527.37209.621/8中跨-31594.53-4194.811/2邊跨-2471.451875.471/4中跨377.97-2897.443/4邊跨-37263.653678.403/8中跨23505.47-1304.97中支點(diǎn)（左）-86622.035284.631/2中跨29377.970.00圖3.5 二期恒載作用下的彎矩圖(kNm)圖3.6 二期恒載作用下的剪力圖(kN)3.4 活載內(nèi)力

34、計(jì)算列車(chē)豎向活載計(jì)算采用ZC活載，ZC活載大小取0.6UIC（UIC是指國(guó)際鐵路聯(lián)盟所推薦的列車(chē)基本活載），ZC標(biāo)準(zhǔn)活載如圖3.7。圖3.7 ZC標(biāo)準(zhǔn)活載圖示3.4.1 活載動(dòng)力系數(shù)計(jì)算依據(jù)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）（TB10621-2009）規(guī)定，進(jìn)行活載動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用式(3.1)。(3.1)式中：L0.5列車(chē)加載長(zhǎng)度（m），當(dāng)L0.53.61時(shí)按3.61m計(jì)；簡(jiǎn)支梁時(shí)取梁的跨度；n跨連續(xù)梁時(shí)取平均跨度乘以相應(yīng)系數(shù)：當(dāng)n=2、3、4時(shí)，系數(shù)相應(yīng)取1.20、1.30、1.40；當(dāng)n5時(shí)，系數(shù)取1.50，當(dāng)L小于最大跨度時(shí)取最大跨度。式(3.1)中，當(dāng)計(jì)算(1+)1.0時(shí)，取1+=1.

35、0。對(duì)于本橋n=3，L=(80+482)1.3/3=76.27m80m，所以取L=80m，代入式(3.1)得1+=0.981.0，因此，取動(dòng)力系數(shù)1+=1.0。3.4.2 活載內(nèi)力影響線及加載圖示 限于篇幅，這里僅以1/4邊跨、中支點(diǎn)和1/2中跨截面為例進(jìn)行說(shuō)明。作出各自的彎矩與剪力影響線圖及活載內(nèi)力最大和最小時(shí)的加載圖示，如圖3.83.28。進(jìn)行影響線加載時(shí)，以下僅表示ZC活載的單線加載形式，實(shí)際狀態(tài)下雙線加載的活載內(nèi)力值為單線加載的兩倍。(1) 彎矩影響線及加載圖示 1/4邊跨截面圖3.8 1/4邊跨截面彎矩影響線（單位：m）圖3.9 1/4邊跨截面彎矩最大時(shí)的活載加載圖示圖3.10 1/

36、4邊跨截面彎矩最小時(shí)的活載加載圖示 中支點(diǎn)截面圖3.11 中支點(diǎn)截面彎矩影響線（單位：m）圖3.12 中支點(diǎn)截面彎矩最大時(shí)的活載加載圖示圖3.13 中支點(diǎn)截面彎矩最小時(shí)的活載加載圖示 1/2中跨截面圖3.14 1/2中跨截面彎矩影響線（單位：m）圖3.15 1/2中跨截面彎矩最大時(shí)的活載加載圖示圖3.16 1/2中跨截面彎矩最小時(shí)的活載加載圖示(2) 剪力影響線及加載形式 1/4邊跨截面圖3.17 1/4邊跨截面剪力影響線圖3.18 1/4邊跨截面剪力最大時(shí)的活載加載圖示圖3.19 1/4邊跨截面剪力最小時(shí)的活載加載圖示 中支點(diǎn)（左）截面圖3.20 中支點(diǎn)（左）截面剪力影響線圖3.21 中支點(diǎn)

37、（左）截面剪力最大時(shí)的活載加載圖示圖3.22 中支點(diǎn)（左）截面剪力最小時(shí)的活載加載圖示 中支點(diǎn)（右）截面圖3.23 中支點(diǎn)（右）截面剪力影響線圖3.24 中支點(diǎn)（右）截面剪力最大時(shí)的活載加載圖示圖3.25 中支點(diǎn)（右）截面剪力最小時(shí)的活載加載圖示 1/2中跨截面圖3.26 1/2中跨截面剪力影響線圖3.27 1/2中跨截面剪力最大時(shí)的活載加載圖示圖3.28 1/2中跨截面剪力最小時(shí)的活載加載圖示3.4.3 活載內(nèi)力計(jì)算根據(jù)以上活載按影響線加載的結(jié)果，可得活載作用下各控制截面內(nèi)力如表3.4，彎矩與剪力的最大和最小圖如圖3.29和圖3.30。表3.4 活載作用下各控制截面內(nèi)力值控制截面彎矩(kNm

38、)剪力(kN)邊支點(diǎn)0.000.001150.04-2751.071/4邊跨24106.99-14950.521437.36-1495.831/2邊跨28298.31-28175.982163.31-763.613/4邊跨16063.70-42688.143198.47-308.54中支點(diǎn)8583.92-70872.734291.34（左）-178.83（左）342.04（右）-4777.06（右）1/8中跨9528.81-31097.58387.65-3694.151/4中跨16154.92-14265.64562.99-2887.723/8中跨29078.65-9860.92945.25-

39、2007.471/2中跨33379.29-9351.401409.18-1409.18圖3.29 活載作用下彎矩最大和最小圖(kNm)圖3.30 活載作用下彎矩最大和最小圖(kN)3.5 溫度次內(nèi)力計(jì)算對(duì)于整體升溫與降溫問(wèn)題，等截面連續(xù)梁只引起軸向伸縮變形，不影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力，變截面連續(xù)梁由于梁高的變化引起的次內(nèi)力值與總內(nèi)力值相比很小，可以忽略不計(jì)，因此本橋設(shè)計(jì)時(shí)將其不參與荷載組合。對(duì)于溫度梯度問(wèn)題，依據(jù)鐵路橋涵鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.3-2005）（以下簡(jiǎn)稱鐵預(yù)規(guī)）附錄B混凝土箱梁溫差應(yīng)力計(jì)算，有砟軌道僅考慮沿梁寬方向的溫差荷載，而該荷載將引起梁體橫向扭轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)不

40、分析梁體的橫向作用，因此不考慮溫差荷載。3.6 支座沉降次內(nèi)力計(jì)算對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)，支座沉降會(huì)引起次內(nèi)力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮并參與荷載組合。本橋取支座沉降值。支座沉降下各控制截面內(nèi)力如表3.5，彎矩與剪力的最大和最小圖如圖3.31和圖3.32。表3.5 支座沉降作用下各控制截面次內(nèi)力值控制截面彎矩(kNm)剪力(kN)邊支點(diǎn)0.000.00208.38-208.381/4邊跨2708.95-2708.95208.38-208.381/2邊跨5105.32-5105.32208.20-208.203/4邊跨7710.08-7710.08207.75-207.75中支點(diǎn)10002.27-10002.272

41、08.38（左）-208.38（左）250.06（右）-250.06（右）1/8中跨7251.64-7251.64249.45-249.451/4中跨5001.13-5001.13249.84-249.843/8中跨2711.83-2711.83250.05-250.051/2中跨2329.21-2329.21250.06-250.06圖3.31 支座沉降作用下彎矩最大和最小圖(kNm)圖3.32 支座沉降作用下剪力最大和最小圖(kN)3.7 內(nèi)力組合（一）由于設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮溫度作用，因此內(nèi)力組合僅有主力組合（結(jié)構(gòu)自重+二期恒載+活載+支座沉降），主力組合下各控制截面內(nèi)力如表3.6，彎矩和剪力

42、包絡(luò)圖如圖3.33和圖3.34。表3.6 主力組合下各控制截面的內(nèi)力控制截面彎矩(kNm)剪力(kN)邊支點(diǎn)0.000.00-2608.80-6926.671/4邊跨40737.37-3738.033181.64-168.301/2邊跨3253.69-63431.258576.895233.583/4邊跨-120974.67-195146.6715794.4811871.98中支點(diǎn)-300061.25-399522.4323894.34（左）19007.41（左）-19241.27（右）-24860.48（右）1/8中跨-123141.87-178271.55-12196.53-16777.2

43、31/4中跨-24727.04-65149.87-7420.89-11371.273/8中跨50003.725640.49-2363.45-5816.281/2中跨69922.4822533.371659.23-1659.23圖3.33 主力組合下彎矩包絡(luò)圖(kNm)圖3.34 主力組合下剪力包絡(luò)圖(kN)4 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)4.1 預(yù)應(yīng)力鋼束估算4.1.1 估束方法在預(yù)加力和運(yùn)營(yíng)荷載的共同作用下，全預(yù)應(yīng)力混凝土梁應(yīng)滿足的應(yīng)力條件：截面上、下緣均不產(chǎn)生拉應(yīng)力，同時(shí)上、下緣混凝土均不被壓碎。按照梁體布置鋼束的一般形式考慮，即截面重心軸上下側(cè)均布置鋼束，應(yīng)力情況（以壓為正、以拉為負(fù)）如圖4.1。圖4

44、.1 截面重心軸上下側(cè)均布置鋼束的應(yīng)力圖截面上緣 ：(4.1)(4.2)截面下緣 ：(4.3)(4.4)截面所承受的最大與最小彎矩（與）按實(shí)際符號(hào)代入計(jì)算。令，其中，代表預(yù)應(yīng)力鋼筋的永存預(yù)應(yīng)力。將和代入上式(4.1)(4.4)中，可得截面重心軸上下側(cè)所需的鋼束數(shù)量和的范圍。截面重心軸上側(cè)所需鋼束數(shù)量：(4.5)(4.6)截面重心軸下側(cè)所需鋼束數(shù)量：(4.7)(4.8)4.1.2 預(yù)應(yīng)力筋估算(1) 預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力依據(jù)鐵預(yù)規(guī)規(guī)定，預(yù)加應(yīng)力過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨下控制應(yīng)力不能超過(guò)，本橋鋼絞線的錨下控制應(yīng)力取。根據(jù)以往估束經(jīng)驗(yàn)，近似取預(yù)應(yīng)力損失值為，得。(2) 鋼束材料特性值的選擇主梁所用縱

45、筋統(tǒng)一采用S15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，其中每根S15.2鋼絞線面積為140mm2。頂板和腹板鋼束均采用12-S15.2鋼絞線，每束面積；頂板合攏束和底板鋼束采用15-S15.2鋼絞線，每束面積。(3) 預(yù)應(yīng)力鋼束估算以1/4邊跨、中支點(diǎn)和1/2中跨截面為例進(jìn)行計(jì)算， 1/4邊跨截面由表3.1知：， ，。，取，。將數(shù)據(jù)代入式(4.5)和式(4.6)中得：代入式(4.7)和式(4.8)中得：因此，；。初步擬定：截面重心軸上側(cè)取8束，全部布置在頂板內(nèi)；截面重心軸下側(cè)取18束，全部布置在底板內(nèi)。 中支點(diǎn)截面由表3.1知：，。，取，。將以上數(shù)據(jù)代入式(4.5)和式(4.6)中得：；代入式(4.7)和式

46、(4.8)中得：。初步擬定：截面重心軸上側(cè)鋼束取72束，其中頂板布置44束，腹板布置28束；截面重心軸下側(cè)不布置鋼束。 1/2中跨截面由表3.1知：，。，取，。將以上數(shù)據(jù)代入式(4.5)和式(4.6)中得：；代入式(4.7)和式(4.8)中得：。本橋初步擬定：截面重心軸下側(cè)鋼束取34束，全部布置在底板內(nèi)；截面重心軸上側(cè)不布置鋼束；表4.1 各控制截面配束情況表控制截面所需配束實(shí)際配束截面重心軸上側(cè)截面重心軸下側(cè)最少最多最少最多頂板束腹板束底板束1/4邊跨3.5462.697.9838.5280181/2邊跨16.0680.053.0640.3716616續(xù)表 4.1控制截面所需配束實(shí)際配束截面

47、重心軸上側(cè)截面重心軸下側(cè)最少最多最少最多頂板束腹板束底板束3/4邊跨31.76125.19-10.3257.0832168中支點(diǎn)48.57158.95-22.5067.44442801/8中跨28.25126.64-11.3959.7932681/4中跨12.4175.96-0.8556.34208203/8中跨1.6061.299.3740.6782321/2中跨-1.5856.6112.7842.670034邊跨合龍束與底板束一端錨固于邊支點(diǎn)截面處，且該截面彎矩為零，布置鋼束時(shí)邊支點(diǎn)截面僅需滿足鋼束錨固要求，不需進(jìn)行鋼束的估算。將其他控制截面估算結(jié)果與實(shí)際配束情況列于上表4.1。4.2 預(yù)

48、應(yīng)力鋼束布置4.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼束的布置原則鋼束布置時(shí)除滿足鐵預(yù)規(guī)中的相關(guān)構(gòu)造要求外，尚需重視以下原則：(1) 選擇合適的鋼束材料及對(duì)應(yīng)的錨具型式。(2) 鋼束在布置時(shí)不能隨意切斷，以避免使用過(guò)多錨具，造成錨下受力復(fù)雜，且不利于施工。(3) 超靜定結(jié)構(gòu)中，鋼束布置應(yīng)盡量避免使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的次內(nèi)力。(4) 鋼束的布置應(yīng)考慮材料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性。(5) 為避免過(guò)大的摩阻損失降低力筋的預(yù)應(yīng)力效果，鋼束的布置形狀應(yīng)避免出現(xiàn)多次反向曲率。(6) 鋼束的布置，既要考慮主梁在使用階段的彈性受力狀態(tài)的需要，又要考慮到破壞階段時(shí)的需要。4.2.2 縱向預(yù)應(yīng)力筋布置懸臂施工過(guò)程中，為承受結(jié)構(gòu)自重和施工臨時(shí)荷載，需

49、在中支點(diǎn)截面上部布置必要的懸臂束。在成橋后為了抵抗跨中列車(chē)活載及次內(nèi)力產(chǎn)生的正彎矩，需在支架現(xiàn)澆段與中跨合攏段附近下部布置必要的連續(xù)束?？v向預(yù)應(yīng)力筋的布置情況可描述為：(1) 中支點(diǎn)處主梁截面頂板內(nèi)共布置44束，編號(hào)為T(mén)1T11；腹板內(nèi)共布置28束，編號(hào)為F1F14。頂板和底板內(nèi)鋼束均采用12-S15.2鋼絞線，分別在相應(yīng)懸臂施工節(jié)段上對(duì)稱錨固。(2) 中跨跨中處主梁截面底板內(nèi)共布置34束，編號(hào)為B1B9，均采用15-S15.2鋼絞線，分別對(duì)稱錨固在箱內(nèi)鋸齒形錨固塊上；頂板內(nèi)設(shè)置2束中跨合龍臨時(shí)鋼束，編號(hào)為T(mén)12，采用15-S15.2鋼絞線，在中跨合攏后拆除。(3) 邊跨處主梁截面頂板內(nèi)布置了

50、4束編號(hào)為T(mén)13的邊跨合龍束，均采用15-S15.2鋼絞線；底板內(nèi)共布置18束，編號(hào)為B10B16，均采用15-S15.2鋼絞線，底板束一端由底板上彎在梁端錨固，一端在箱內(nèi)錨固。圖4.2 半中支點(diǎn)截面布筋圖（單位：cm）圖4.3 半中跨跨中和半1/4邊跨截面布筋圖（單位：cm）中支點(diǎn)與中跨跨中及1/4邊跨處截面布筋情況如上圖4.2和圖4.3，其他截面布筋情況見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙（圖號(hào)GYW-2）。4.2.3 橫、豎向預(yù)應(yīng)力筋布置在箱梁頂板和外懸臂板內(nèi)布置一定數(shù)量的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束主要是考慮到腹板間距較大或外懸臂較長(zhǎng)的情況，本次設(shè)計(jì)中不考慮橫向預(yù)應(yīng)力鋼束的作用。考慮到本橋主梁內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力鋼束彎起較多，能有效

51、地給截面提供預(yù)剪應(yīng)力，因此設(shè)計(jì)時(shí)不考慮豎向預(yù)應(yīng)力鋼束的作用。4.3 配筋后實(shí)際狀態(tài)下的懸臂施工過(guò)程(1) 第一施工階段，在2號(hào)與3號(hào)主墩上設(shè)臨時(shí)固結(jié)措施，現(xiàn)澆零號(hào)塊并張拉錨固鋼束T1、F1和F2，如圖4.4。圖4.4 第一施工階段示意圖(2) 第二施工階段，在零號(hào)塊上安裝掛籃，在掛籃上懸臂澆筑1、1號(hào)塊，張拉錨固鋼束T2、F3和F4，如圖4.5。圖4.5 第二施工階段示意圖(3) 第三施工階段，分別以2、3號(hào)墩為對(duì)稱線同時(shí)移動(dòng)掛籃至下一節(jié)段，在掛籃上懸臂澆筑2、2號(hào)塊，張拉錨固鋼束T3、F5和F6，如圖4.6。圖4.6 第三施工階段示意圖(4) 第四施工階段，懸臂澆筑3、3號(hào)塊，張拉錨固鋼束T4、F7和F8，如圖4.7。圖4.7 第四施工階段示意圖(5) 第五施工階段，懸臂澆筑4、4號(hào)塊，張拉錨固鋼束T5、F9，如圖4.8。圖4.8 第五施工階段示意圖(6) 第六施工階段，懸臂澆筑5、5號(hào)塊，張拉錨固鋼束T6、F10，如圖4.9。圖4.9 第六施工階段示意圖(7) 第七施工階段，懸臂澆筑6、6號(hào)塊，張拉錨固鋼束T7、F11，如圖4.10。圖4.10 第七施工階段示意圖(8) 第八施工階段，懸臂澆筑7、7號(hào)塊，張拉錨固鋼束T8、F12，如圖4.11。圖4.11 第八施工階段示意圖(9)