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1、毕业设计(论文题 目 :学院(系 :专业班级 :学生姓名 :指导老师 :1学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或 撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有 关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授 权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索,可 以采用影印、缩印或

2、扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗,在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。(请在以上相应方框内打“” 作者签名:年 月 日导师签名:年 月 日2目 录摘要 I Abstract II 绪论 1 1 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 4 1.1设计资料 4 1.2尺寸拟定 5 1.3主梁分段与施工阶段的划分 91.4毛截面几何特性 112 荷载内力计算 13 2.1 恒载内力计算 13 2.2 活载内力计算 15 2.3温度及墩台基础沉降次内力计算 19 2.4 承载能力极限状态下的效应组合 24 2.5 正常使用极限状态下的效应组合 292.6 绘制内力包络图 333

3、预应力钢束的估算与布置 36 3.1预应力钢束估算 363.2预应力钢束布置 384 预应力损失及有效应力的计算 41 4.1预应力损失的计算 414.2 有效预应力的计算 465 非预应力钢筋的计算与布置 47 5.1桥面板计算 475.2箱梁截面普通钢筋设计 486 主梁截面验算 4936.1正截面强度计算与验算 496.2截面正应力的计算与验算 527 桥墩盖梁的计算 63

4、和设计规范的规定,毕业设计主要是关于小跨度预应力混凝土连 续梁桥上部结构的设计。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、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本着 “安全、经济、美观、实用”八字原则,对平南高速公路化龙互通 B 匝道桥第九联进行了 设计。该桥分为四跨,每跨 28m ,上部结构为连续梁。桥墩分为两种,一种为薄壁墩,在 该联的两端,另一种为柱式墩。施工方法选为满堂支架就地浇筑施工。第一部分进行上部结构的计算。 拟定箱梁截面, 对 4 28m 跨径进行了很详细的单元划 分,计算恒载内力和活载内力,全桥均采用桥梁博士软件进行了预应力

5、筋束配筋和应力验 算,且按新规范进行了预应力损失的计算。第二部分进行下部结构的计算。主要包括了桥墩盖梁,桥墩墩柱的计算。盖梁活载横 向分布系数在荷载对称布置时采用杠杆法,非对称布置时采用偏心受压法进行计算。桩基 础采用“ m 法” , 墩柱采用偏心受压构件进行了计算。关键词 : 预应力混凝土连续梁桥 桩基础 墩柱 满堂支架施工AbstractAccording to the

其发展:由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点:如过早地出现裂缝,使其不能有效地采用高 强度材料,结构自重必然大,从而使其跨越能力差,并且使得材料利用率低。为了解决这些问题,预应力混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,就是在结 构承担荷载之前,预先对混凝土施

13、加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉 应力。自从预应力结构产生之后,很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的,当时西欧很多国家在战后缺钢的情况 下,为节省钢材,各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的 创伤。 50年代,预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100m 。我国的预应力混凝土结构起步晚,但近年来得到了飞速发展。现在,我国已经有了简 支梁、 带铰或带挂梁的 T 构、 连续梁、 桁架拱、 桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80年。但是,在桥梁结构中,随着预应力理论 的不断成熟和实

14、践的不断发展,预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁作比较:在恒载作用下,连续梁在支点处有负弯矩,由于负弯矩的卸 载作用,跨中正弯矩显著减小,其弯矩与同跨悬臂梁相差不大;但是,在活载作用下,因 主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用,其弯矩分布优于悬臂梁。虽然连续 梁有很多优点,但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者,因为限于当时施工主要 采用满堂支架法,采用连续梁费工费时。到后来,由于悬臂施工方法的应用,连续梁在预 应力混凝土结构中有了飞速的发展。 60年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁中, 应用了 逐跨架设法与顶推法;在较大跨连续梁中,则应用更完善的悬臂施工方

15、法,这就使连续梁 方案重新获得了竞争力,并逐步在 40 120 m范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架 道路、山谷高架栈桥,还是跨河大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了其优势,成为优胜方 案。目前,连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。然而,当跨度很大时,连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面,还是在养护方 面都成为一个难题;而 T 型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来,形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的 一个重要发展,也是未来连续梁发展的主要方向。另外,由于连续梁体系的发展,预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很

16、多不 同类型,无论在桥跨布置、梁、墩截面形式,或是在体系上都不断改进。在城市预应力混 凝土连续梁中,为充分利用空间,改善交通的分道行驶,甚至已建成不少双层桥面形式。 在我国,预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展,然而,想要在本世纪末赶超国际 先进水平,就必须解决好下面几个课题:1. 发展大吨位的锚固张拉体系,避免配束过多而增大箱梁构造尺寸,否则混凝土保 护层难以保证,密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。2. 在一切适宜的桥址,设计与修建墩梁固结的连续刚构体系,尽可能不采用养护 调换不易的大吨位支座。3. 充分发挥三向预应力的优点,采用长悬臂顶板的单箱截面,既可节约材料减轻

17、结 构自重,又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。另外,在设计预应力连续梁桥时,技术经济指针也是一个很关键的因素,它是设计方 案合理性与经济性的标志。目前,各国都以每平方米桥面的三材(混凝土、预应力钢筋、 普通钢筋用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。但是,桥 梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作,三材指标和造价指标与很多因素 有关,例如:桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条 件;施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时, 一座桥的设计方案完成后,造价指针不能仅仅反应了投资额的大小,而是还应

18、该包括整个 使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、 T 型刚构、连续刚构等箱形截 面上部结构的比较可见:连续刚构体系的技术经济指针较高。因此,从这个角度来看, 连续刚构也是未来连续体系的发展方向。总而言之,一座桥的设计包含许多考虑因素,在具体设计中,要求设计人员综合各种 因素,作分析、判断,得出可行的最佳方案。本次设计为 4 28m 预应力砼连续梁,桥宽为 12m ,设计时只考虑单幅的设计。梁体采 用单箱双室箱型截面,全梁共分 40个单元一般单元长度分为 3.5m 左右,以控制截面作为 分界点。顶板、底板、腹板厚度均不变。由于多跨连续梁桥的受力特点,靠近中间支点附 近承受较大的负弯

19、矩,而跨中则承受正弯矩,则梁高采用变高度梁,按二次抛物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻,还增加了桥梁的美观效果。由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构,手算工作量比较大,且准确性难以保证, 所以桥梁博士进行,这样不仅提高了效率,而且准确度也得以提高。本次设计的预应力混凝土连续梁采用满堂支架法施工。由于本人水平有限,且又是第一次从事这方面的设计,难免出现错误,恳请各位老师 批评指正。1 桥跨总体布置及结构尺寸拟定1.1 设计资料1.1.1设计荷载本桥设计荷载等级确定为汽车荷载(公路 -I 级 。1.1.2 主要技术标准标准跨径:4 28m桥面净空:12m主梁全长:112m1.1.3 主要材料1.

21、1.3.4 钢箱梁钢箱梁采用 Q345C 钢板。1.1.3.5支座采用盆式橡胶支座。1.1.3.6伸缩缝伸缩缝采用毛肋或型钢伸缩缝。1.1.3.7预应力管道预应力管道均采用镀锌金属波纹管。1.1.3.8锚具锚具采用群锚体系 YM 锚或 YM 锚。 建议钢绞线规格采用 75, 以下为常用锚具尺寸供 设计时选用。表 1-1 锚具尺寸表 1.1.4桥面铺装桥面铺装采用 10cm 沥青混凝土,与黄埔大桥引桥一致。对于钢箱梁,其桥面铺装采用 10cm 厚钢筋混凝土(剪力钉 +5cm厚沥青混凝土。1.1.5主桥箱梁施工箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。1.1.6支座强迫位移边支座:下沉 1cm ;中支座

22、:下沉 1.5cm 。1.1.7设计依据公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004 ,以下简称通用规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89公路桥涵地基与基础设计规范 (JTJ024-851.1.8工程概况该项目起于广珠西线南海平洲互通立交,路线向东跨陈村水道进入番禺区,沿现有南 大路(南大干线规划走廊由西向东经过钟村,经大石、南村、新造、化龙镇;在化龙与 黄埔珠江大桥连接线(东二环相交,然后路线转由北转南(番禺规划东部干线走廊 , 经石楼镇的莲花港、跨市桥水道、沙湾水道到东涌镇东部,于南沙区北部顺接东部干线, 全线

23、 50.026公里。全线共设互通立交 14处,特大桥、大桥、高架桥 61座。1.2尺寸拟定本设计方案采用四跨一联预应力混凝土等截面连续梁结构,全长 112m 。1.2.1桥孔分跨连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的,也有做成多跨一联的,但一般不超过六跨。对 于桥孔分跨,往往要受到如下因素的影响:桥址地形、地质与水文条件,通航要求以及墩 台、基础及支座构造,力学要求,美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置,一般边跨长 度可取为中跨的 0.5-0.8倍,这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩,此外, 边跨跨长与中跨 跨长之比还与施工方法有着密切的联系,对于采用现场浇筑的桥梁,边跨长度取为中跨长 度的 0.8倍

24、是经济合理的。但是若采用悬臂施工法,则不然。本设计跨度,主要根据设计 任务书来确定,其跨度为:4 28m 。基本符合以上原理要求。1.2.2 截面形式1.2.2.1纵截面从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析,连续梁的立面应采取等高度布置为宜;在 恒、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,等高度梁的优点是:结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、 施工方便。一般用于如下情况:1. 桥梁为中等跨径,以 28米为主。采用等截面布置使桥梁构造简单,施工迅速。由 于跨径不大,梁的各截面内力差异不大,可采用构造措施予以调节。2. 等截面布置以等跨布

25、置为宜,由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时,也以等截面为宜。3. 采用有支架施工,逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采用 等截面布置。双层桥梁在无需做大跨径的情况下,选用等截面布置可使结构构造简化。 结合以上的叙述,所以本设计中采用满堂支架施工方法,等截面的梁。 1.2.2.1 横截面梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式,包括主梁截面形式、主梁间距、主 梁各部尺寸;它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用 料等等因素都有关系。当横截面的核心距较大时,轴向压力的偏心可以愈大,也就是预应力钢筋合力的力臂 愈大,可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是

26、这样的一种截面。此外,箱形截面这种 闭合薄壁截面抗扭刚度很大,对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利;同时,因其都具 有较大的面积,所以能够有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋要求;箱形截面具有良好的动 力特性;再者它收缩变形数值较小,因而也受到了人们的重视。总之,箱形截面是大、中 跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。常见的箱形截面形式有:单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。 单箱单室截面的优点是受力明确, 施工方便, 节省材料用量。 拿单箱单室和单箱双室比较, 两者对截面底板的尺寸影响都不大,对腹板的影响也不致改变对方案的取舍;但是,由框 架分析可知:两者对顶板厚度的影响显著不同,双

27、室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别 减少 70%和 50%。 由于双室式腹板总厚度增加, 主拉应力和剪应力数值不大, 且布束容易, 这是单箱双室的优点;但是双室式也存在一些缺点:施工比较困难,腹板自重弯矩所占恒 载弯矩比例增大等等。本设计是一座公路连续箱形梁,采用的横截面形式为单箱双室。1.2.3 梁高根据经验确定,预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在 1/15-1/25之间, 而跨中梁高与主跨之比一般为 1/40 1/50之间。 当建筑高度不受限制时, 增大梁高往往是较经济的方案, 因为增大梁高只是增加腹板高度, 而混凝土用量增加不多, 却能显著节省预应力钢束用量。连续梁在

顶板与底板箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求 和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应力,一般来讲:变截面的底版厚 度也随梁高变化,墩顶处底板为梁高的 1/10-1/12,跨中处底板一般为 20

29、0-250。底板厚最 小应有 120。箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。本设计中采用双面配筋,且底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处 设计为实心箱型截面 , 在跨中厚 20cm ,顶板厚 22cm 。 1.2.4.1 腹板和其它细部结构1. 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中,因 为弯束对外剪力的抵消作用,所以剪应力和主拉应力的值比较小,腹板不必设得太大;同 时,腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求,其设计经验为: (1 腹板内无预应力筋时,采用 200mm 。 (2 腹板内有预应力筋管道时,采用 250-300m

30、m 。 (3 腹板内有锚头时,采用 250-300mm 。大跨度预应力混凝土箱梁桥,腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽,以承受支点处交大 的剪力,一般采用 300-600mm ,甚至可达到 1m 左右。本设计支座处腹板厚取 45cm ,跨中腹板厚取 45cm 。 2. 横隔梁横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布,同时还可以限制畸变;支承处的横 隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大,一般可以比其它 截面的桥梁少设置横隔梁,甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本 设计没有加以考虑,而且由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小,在内力计算中也可 不作考虑。截

31、面示意图如图 1-2所示: 图 1-1 箱梁截面(单位为 cm 图 1-2 横隔板设置(单位为 cm 1.3主梁分段与施工阶段的划分1.3.1分段原则主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时, 分段越细, 计算结果的内力越接近真实值, 并且兼顾施工中的实施。但也要考虑桥梁博士的不足及限制的地方,所以本设计分为 40个单元。1.3.2具体分段本桥全长 112m ,全梁共分 40个梁段,一般梁段长度分成 3.5m 。1.3.3单元划分拆分单元时, 以将支点和 桥规 (JTJ023-04 规定的验算界面位于单元的节点处,同时在截面构造尺寸变化点处布置节点为原则。考虑到本设计桥跨较小(4×28m

32、 ,将每孔 计算跨径的 8等分作为一个单元,另外,为便于中支点剪力计算,在 B 、 C 、 D 支点两边及 边支点以外分别增加 0.75m 的小单元(即 10、 11、 20、 21、 30、 31六个小单元 ,全桥共 计 40个单元, 41个节点。具体如下图所示: 图 1-3 单元划分 1.3.4 主梁施工方法主梁施工方法:主梁采用满堂支架法施工,箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。1.4 毛截面几何特性计算1.4.1 毛截面面积毛截面尺寸见图2cmA =-= (空心152cmA =-+÷

33、+= (实心1.4.2 毛截面几何特性全截面对顶板板高处的静矩,计算结果见下表: 具体分块信息见下图所示 : 图 1-4 截面分块示意图2 荷载内力计算2.1 恒载内力计算计算按全桥宽进行。 1. 一期恒载集度一期恒载集度包括横梁及横隔板的集度,也可只考虑箱梁集度而将横隔板作为集中力 加在节点。本设计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:125ii q A = 6..3kN/m其中: i单元号1iq i 单元号一期恒载集度i A i 号单元的毛截面, i A 等于该单元两端节点截面积的平均值。 按上式计算的各单元一期恒载集度见下表 : 2. 二

34、期恒载集度为桥面铺装集度和防撞护栏集度之和,即:2q =桥面铺装集度 +防撞护栏集度 = (0.111 25+0.30125 = 35.025(KN/M上式中桥面铺装厚按 10cm 计算, 普装层宽为 15cm ; 护栏以每 10米 3.013m 混凝土计, 混凝土容重按 25kN/3m 计。主梁恒载内力,包括自重引起的主梁自重(一期恒载内力 S g1和二期恒载(如铺装、 栏杆等引起的主梁后期恒载内力 S g2。主梁的自重内力计算方法可分为两类:在施工过程 中结构不发生体系转换 , 如在满堂支架现浇等,如果主梁为等截面,可按均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算;在施工过程中有结构体系转换时,应该

35、分阶段计算内力。本设计 采用满堂支架法 , 二期恒载 (又称后期恒载 集度为 :Q2=35.025kN/m根据单元划分、各单元(节点几何特性及相应的恒载集度,可方便地求出一期恒载 内力和一、二期恒载内力,其中恒载弯矩分别如下图所示,剪力将在以后的内力组合一并 给出。 图 2-1 施工阶段弯矩图 (单位 :kN m 图 2-2 使用阶段恒载弯矩图 (单位 : kN m 图 2-3 恒载弯矩包络图 (单位 :kN m 图 2-4 恒载剪力图 (单位 :kN 2.2 活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载 (公路 I 级 在桥梁使用阶段所产生的结构内力。2.2.1 横向分布系数的考虑荷载横向分布指的

36、是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配,或者说各主 梁如何分担车辆荷载。单箱双室,桥面净宽度 W =12.0m ,车辆单向行驶, 145. 10<W ,桥涵的设计车道数 为 3车道。该桥设有刚度强大的横隔梁,且承重结构的垮宽比为:27.42.32211.8l B => 故可按偏心压力法来计算横向分布系数 m c ,其步骤如下: (1求荷载横向分布系数影响线竖标本桥各根主梁的恒截面均相等,梁数 n=3,梁间距为 3.275m ,则:.725(3.275 21.45ii aa a a =+=+-=1号梁在两个边主梁处的横向分布系数的横向影响线的竖标值为:

1号梁位的距离为 x ,可按比例关系求得: 6.55; 0.x x-=解得 x=5.46m. 并据此计算出对应各荷载点的影响线竖标 r qi gi 、 和 。 (3计算荷载横向分布系数 m 。1号梁的

38、活载横向分布系数分别计算如下: 汽车荷载( .617.264.52.71.40.41.73.5 1.cq q q q q q q q q q m =+=+-=求得 1号梁的各种荷载横向分布系数以后,就可得到各类荷载分布至该梁的最大荷载 值。在桥梁博士中输入单元信息及施工信息以后,使用信息里面对活荷载进行描述,输入 上面计算的荷载分布系数,通过桥博计算得到活载内力。具体见下图: 图 2-6 汽车弯矩图 (单位 :kN m 图 2-7 汽车剪力包络图(单位:kN 2-2 2.3温度及墩台基础沉降次内力计算2.3.1计算方法温度及墩基础沉降次

39、内力采用有限元计算。其中,计算温度次内力时,温度梯度采用 线性变化,具体由规范查得;墩基础沉降分别按两种工况考虑,即 2号节点和 40号节点 沉降 1cm , 11号节点、 21号节点、 31号节点沉降 1.5cm 。2.3.2计算结果2.3.2.1温度次内力 19 .2.2 墩台基础沉降次内力2号节点 (边支座 下沉 1cm 及 11号节点下沉 1.5cm 的次弯矩 Z M 及次剪力 Z Q 见下表: 23 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用,按承载能力极限状态和正常使 用极限状态进行作用效应组合,取其最不利效应组合进行设计:1 只有在结构上可能同时出现的作用

40、,才进行其效应组合。当结构或结构构件需做不 同受力方向的验算时,则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。2 当可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时,该作用不应参与组合。 3 施工阶段作用效应的组合,应按计算需要及结构所处条件而定,结构上的施工人员 和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。4 多个偶然作用不同时参与组合。2.4 承载能力极限状态效应组合公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时,应采用以下两种作用效应组合:基本组合 和偶然组合,由于本设计不考虑偶然作用的影响,故只采用基本组合。基本组合是永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合,其效应组合表达式 为:001112( m

42、心力的分项系数,取 1Q =1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时,则该作用取代汽车荷载,其 分项系数应采用汽车荷载的分项系数;对专为承受某作用而设置的结构或装 置,设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值;计算人行道板和人行道栏 杆的局部荷载,其分项系数也与汽车荷载取同值;1Q k S 、 1Q d S 汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力的标准值和设计值;Qj 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力 、风荷载外的其他第 j 个可变作用效应的分项系数,取 Qj =1.4,但风荷载的分项系数取Qj =1.1;Qjk S 、 Qjd S 在作用效应组合中除汽车荷载效应

43、(含汽车冲击力、离心力外的其他第 j 个可变作用效应的标准值和设计值;c 在作用效应组合中除汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力外的其他可 变作用效应的组合系数,当永久作用与汽车荷载和人群荷载(或其他一种可变作用组合 时,人群荷载(或其他一种可变作用的组合系数取 c =0.80;当除汽车荷载效应(含汽 车冲击力、离心力外尚有两种其他可变作用参与组合时,其组合系数取 c =0.70;尚有 三种可变作用参与组合时,其组合系数取 c =0.60;尚有四种及多于四种的可变作用参与 组合时,取 c =0.50。 2.5 正常使用极限状态效应组合公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时,应根据不同的设计要求,采

44、用以下两种效 应组合:1作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用频率值效应相组合,其效应组 合表达式为:111m nsd Gik j Qjk i j S S S =+式中 sd S 作用短期效应组合设计值;1j 第 j 个可变作用效应的频率值系数,汽车荷载(不计冲击力 1=0.7,人群荷载 1=1.0,风荷载 1=0.75,温度梯度作用 1=0.8,其他作用 1=1.0;1j Qjk S 第 j 个可变作用效应的频率值。2 作用长期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合,其效应 组合表达式为:211m nld Gik j Qjk i j S S S =+式中 ld S

45、作用长期效应组合设计值;2j 第 j 个可变作用效应的准永久值系数,汽车荷载(不计冲击力 2=0.4,人群荷载 2=0.4,风荷载 2=0.75,温度梯度作用 2=0.8,其他作用 2=1.0;2j Qjk S 第 j 个可变作用效应的准永久值。此外,对于正常使用极限状态还应考虑作用标准效应组合,现将正常使用极限状态下 控制截面的效应组合值列于下表中。 2.6 绘制内力包络图根据上面提供的弯矩、剪力组合结果可绘制出包络图。2.6.1弯矩包络图 图 2-8 承载能力组合一 (单位 :kN m 图 2-9 正常使用组合一 (单位 :kN m 图 2-10 正常使用组合二 (单位 :kN m 2.6

46、.2剪力包络图 图 2-11 承载能力组合一 (单位 :kN 图 2-12 正常使用组合一 (单位 :kN 图 2-13 正常使用组合二 (单位 :kN 说明:内力包络图中虽然给出了各种组合状况下的剪力和弯矩包络图,但是在后面的 配筋计算中,只在给出的组合中挑选最大、最小值进行计算。弯矩包络图不仅是截面配筋 计算的基本素材,而且也是预应力钢筋立面布置的有力工具。3 预应力钢束的估算与布置3.1 预应力钢束估算3.1.1计算原理根据预规 (JTG D62-2004规定,预应力梁应满足弹性阶段(即使用阶段的应 力要求和塑性阶段(即承载能力极限状态的正截面强度要求。根据包络图可知,支座处的弯矩绝对值

,由此来确定钢筋可下移的最大位移。( 16742h -解得: 0787.2h mm 此刻四号预应力钢筋高度为 1230mm , 八号预应力钢筋高度为 1380mm , 十二号预应力 钢筋高度为 1530mm ,二十号预应力钢筋高度为 1680mm

50、 满足要求。 其钢筋配置图如下图: 图 3-2 跨中截面预应力筋3.2预应力钢束布置连续梁预应力钢束的配置不仅要满足公路桥规构造要求,还应考虑以下原则: 1、应选择适当的预应力束的型式与锚具型式,对不同跨径的梁桥结构,要选用预加 力大小恰当的预应力束,以达到合理的布置型式。2、应力束的布置要考虑施工的方便,也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样 去切断预应力束,而导致在结构中布置过多的锚具。3、预应力束的布置,既要符合结构受力的要求,又要注意在超静定结构体系中避免 引起过大的结构次内力。4、预应力束的布置,应考虑材料经济指标的先进性,这往往与桥梁体系、构造尺寸、 施工方法的选择都有密切关系。

51、5、预应力束应避免合用多次反向曲率的连续束,因为这会引起很大的摩阻损失,降 低预应力束的效益。6、预应力束的布置,不但要考虑结构在使用阶段的弹性力状态的需要,而且也要考 虑到结构在破坏阶段时的需要。7、预应力筋应尽量对称布置8、应留有一定数量的备用管道,一般占总数的 1%。9、 锚距的最小间距的要求。 参考上面预应力估算结果,确定出钢束的布置范围,再参考已有的工程实例和规范, 再加上设计经验进行预应力钢束的布置。预应力钢束立面布置图如图所示: 图 3-3 箱梁立面图墩顶截面钢筋配置图如下图: 图 3-4 墩顶截面图跨中截面钢筋配置图如下图: 图 3-5 跨中截面梁端截面钢筋配置图如下图: 图 3-6 梁端截面锚固接长截面钢筋

OpenBridge是Bentley公司桥梁分析系列下的产品，包括OpenBridgeModeler、RMBridge和OpenBridgeDesinger。使用OpenBridgeModeler可以创建和导入路线工程数据，通过可视化结构模块参数化设计桥梁模型，生成详细报表，在模型中执行桥梁碰撞检测来减少冲突降低风险。模型完成后可连接到ProStrctures进行钢筋的设计，连接到LEAPBridge和RMBridge进行结构分析和规范验证。

    OBM可以创建的桥梁类型有预应力混凝土/钢筋混凝土梁桥（装配式）、钢混组合梁、钢筋混凝土板（整体式）、现浇混凝土箱梁和节段施工梁桥。本文以现浇混凝土箱梁为例介绍OBM的使用方法。主要包括上部结构现浇箱梁的创建、下部结构参数化桥墩的创建及支座的布置。

    在创建桥梁前首先可以将路线、超高及地形参考到模型中，使用参考功能的优点是设计中当路线和地形等参数发生变化时模型可以自动更新。

    在主页选项卡下桥梁设置面板中添加桥梁的信息，包括桥梁的名称，一般以施工方法分类，如现浇混凝土箱梁，每一联的名称默认从unit1开始。设置好后选择桥梁的平面线形确认。

    然后进行布跨线即桥墩中心线的创建，参数中“斜交角”控制桥梁的走向，正交桥梁斜交角默认为0°。“长度”为模型中桥墩中心线的长度。桥梁的分跨可以通过“跨径距离”、“起点桩号”、“终点桩号”和布跨线数来控制，对于不等跨的连续梁，可以设置先一个跨径，然后在后面的表格中进行修改，如把中跨改为42m。

    OBM为上部结构箱梁的创建提供了一些常用的模板，通过这些模板可以很方便的确定主梁的形状和尺寸，模板主要有板式截面、多箱式截面（四箱）、参数化节段箱梁（单箱）、AASHTO美国国家公路运输协会标准的悬臂法施工截面（单箱）和逐孔施工截面（单箱）。

    模板中已经确定了截面上各点的约束关系，有水平、垂直、坡度、偏移、角度和距离，利用这些约束建立了workpoint与各点及点与点之间的关系。通过对这些约束赋值来调整截面的尺寸，还可以对约束的值添加变量，调整变量值实现截面的参数化。

对于模板库中没有的截面形式，可以自行创建。利用microstation的绘图功能打开精确绘图绘制截面的轮廓，或者将已有的图形直接复制过来。模板创建成功后在点详图里设置各点之间的约束关系和变量名称。然后还要设置关键点的位置，有左上、右上、左下和右下四个点，分别对应箱梁截面的顶板最大悬臂端点和底板左右两点，自定义模板一般左下和右下会捕捉到顶板下缘点，所以需要手动调整为底板左右两点。桥墩墩顶的位置便是以左下和右下两关键点确定的。

    模板确定好后通过主页选项卡的放置桥面板创建上部结构，根据伸缩缝的长度设置起始桩号偏移值和终点桩号偏移值，选择布跨线完成一联箱梁的创建。对于等截面箱梁，其顶板、底板和腹板在支点处有加厚，截面倒角也有变化，对于变截面梁，其主梁高度和顶底板的宽度也会发生变化，所以还需对箱梁截面进行参数化调整，在箱梁属性里变量约束处点击“选择以编辑”打开实体约束定义。

    在实体约束定义里可以对之前截面模板中创建的参数进行赋值，截面尺寸变化的位置通过到布跨线的距离确定，数值变化的类型有线性、抛物线和圆曲线，将每个参数都设置好以后完成上部结构的创建。

    OBM为下部结构的桥墩桥台也提供了一系列常用的模板，桥墩有单柱式、双柱式、多柱式和桩柱一体式等多种，桥台有结构较简单的轻型桥台。在模板中可以对桥墩的盖梁、挡块、墩柱、系梁、承台和桩的类型及尺寸等参数进行详细设置。

    上述的墩台模板在创建下部结构时虽然很方便，但是其模板构造类型在国内较少使用，进行下部结构设计时需要自建模板。为此OBM提供了参数化cell建模功能。

    OBM创建实体的方法有拉伸（通过线性拉伸构造轮廓元素创建实体）、沿此对象拉伸构造（通过沿路径拉伸构造轮廓元素创建实体）、增厚（通过增厚现有曲面来创建实体）、旋转构造（通过绕轴旋转构造轮廓来创建实体）。一般的桥墩可以通过上述几种方法的组合来实现。

    建立桥墩模型时应首先确定参考坐标轴，坐标轴需要自己创建，可以作三条通过原点且相互垂直的直线，类型定义为构造，为了与后续建模的线条区别，可将坐标轴直线单独定义图层设置颜色。

坐标轴创建完成后还需对其进行约束，即固定其在空间的位置，以便后续建模时线条以其为参照。OBM提供了强大的约束功能，可使用二维约束中的“固定的”命令将线条约束到空间指定位置。另外的自动约束（自动向元素应用一组几何约束）、平行（将两个线性实体约束为相互平行）、垂直（将两个线性实体约束为相互垂直）、一致（约束两个实体以共用同一位置）、相切（将两个实体约束为相切）、同心（约束两段弧以共用同一圆心）和等于（将两个实体约束为同一长度）都会在后续的建模中使用。

    除了二维约束外，OBM还有三维约束包括平行、垂直、一致、相切、固定的、同心、三维尺寸标注（将两个实体约束到设定的距离）、操作三维约束（操作几何图形以测试系统的约束行为）和三维角度（将两个面设定到一个角度）。这些约束为模型提供了强大的三维绘图能力。

    利用二维和三维的约束确定好模型的空间位置后，就可以通过尺寸标注来实现模型的参数化，使用fx定义本地变量，各个变量之间可以相互独立，也可以通过公式相关联。

    利用上述的二维约束、三维约束及尺寸标注功能，依次创建墩柱、系梁、承台和桩基，合理的定义约束实现桥墩的参数化。

    在实体选项卡内，OBM还提供了强大的特征命令，有剪切、圆角、倒角、孔、突出、壳体、延展边界、压印、渐变面和自旋面。这些命令大大的提高了模型的创建的效率。如在墩身和系梁处的圆倒角可以直接使用圆角命令生成。

桥墩模型创建完成如果直接使用，那在后续统计工程量时会将桥墩作为一个整体，所以还需使用AssignTags功能对其添加标签，以区分桥墩的各个部分墩身、系梁、承台和桩基等。此外还可以使用VariableMappingVariables即参数映射功能将建模时自定义的本地参数与OBM的系统参数关联起来。这两个功能属于参数化单元（ParametricCell）选项卡，在最新的英文版中添加了此功能，而中文版中尚未更新。

    自定义桥墩创建完成后，将dgn文件后缀改为cel后放到ProgramData内指定文件夹就可以载入到软件中。点击放置自定义桥墩，在模板里选择相应的自定义模型，对墩身与布跨线角度、缩放比例、水平偏移、竖直偏移、与布跨线偏移、盖梁长度自动调整等参数及材质与建造顺序进行设置后，放置到相应的布跨线上。

    桥墩默认放置到主梁截面左下与右下关键点所确定的连线上，在后续设置了支座后，桥墩的位置可以根据支座的高度自动调整。此外，由于是参数化建模，可以对各个桥墩的细部尺寸及基础埋深等参数进行设置，这样桥墩高程也就随着路线的变化而变化。

    支座系统一般由支座、支座垫石和调平块组成，可以对这三部分分别进行设置，包括支座系统横桥向和纵桥向的位置，支座的形状（圆形、矩形和自定义），支座、支座垫石和调平块的方向和尺寸等。

    支座布置时还应注意支座横向位置是以主梁底板中点为中心向两侧偏移的，对于路线中心不在截面中心的桥梁，支座的位置还应根据底板尺寸进行调整。另外由于桥梁纵横坡的存在，支座系统在两侧的支座与垫石参数一般并不相同，而现有的OBM版本暂时不支持对每个支座进行单独调整。

OBM提供了参数化的上部结构和下部结构模板，可以实现桥梁的快速化参数化精细化建模。对于更复杂的结构形式，还可以自定义创建模板，通过其强大的功能模块实现各种形体的创建。此外，在OBM完成模型创建后还可以直接导入RM进行结构分析，其结构自动离散为单元，支座转化为约束。OpenBridge是一款以正向设计开发的桥梁BIM软件，这种思想体现在软件的各个功能里，随着使用的深入体会的会更加清晰。

    致谢：本模型系南京李家凹上下匝道桥主桥1-9联桥梁工程，感谢南京交通建设项目管理有限责任公司提供的支持。

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