桥梁工程课程设计

题目：（分离式）立交桥结构设计计算。

1 桥梁概况。

k45+024.627 县道011分离式立交桥上跨011县道，与被交路成28°38′55″夹角。全桥由双向六车道分离的两座桥构成，全长86.

12m，左幅桥中心桩号为k45+039.627，右幅桥中心桩号为k45+015.373。

2 设计标准及桥型结构。

设计荷载：公路i级。

**作用：按8度设防。

桥面布置：双幅26m=0.5m墙式护栏+11.5m行车道+2m**分隔带+11.5m行车道+0.5m墙式护栏；

桥孔布置：1）预应力钢筋混凝土连续箱梁建议桥孔布置。

20+24+20m三孔一联预应力钢筋混凝土连续箱梁。桥平面位于直线内，桥面横坡为双向1.50％，由墩台身高度不同来调整。箱梁为等截面，高度为1.60m。

2）拱桥或其它桥型自定。

3预应力钢筋混凝土连续箱梁上构预应力体系。

箱梁采用纵向预应力体系。预应力钢束采用平弯、竖弯相结合的方式布置，两端张拉， rby =1860mpa；预应力钢绞线用ovm型锚具，张拉控制应力为1395 mpa。预应力体系的建立应严格按《公路桥涵施工技术规范》的要求，同时应严格执行张拉过程。

4预应力钢筋混凝土连续箱梁下部构造。

本桥采用独柱墩，桥台采用肋板式桥台，基础均采用钻孔灌注桩。独柱墩基础为2根150cm钻孔灌注桩，桩长为34～35.5米，承台边长750280cm，厚200cm。

桥台基础为4根120cm钻。

孔灌注桩，桩长为32.5～33米。

独柱墩墩身采用φ180cm的圆截面墩柱，墩身高为6m～6.8m，1号墩支座采用gpz15000gd盆式支座，2号墩支座采用gpz15000gx盆式支座。

5 设计计算基本资料。

5.1 主要技术标准。

（1）桥面净宽：行车道净宽 11.5m×2；

（2）荷载标准：公路i级；

3）温度：年平均气温6.2℃，一月平均气温-13.1℃，七月平均气温22℃，冬季最低气温-32.8℃，夏季最高气温38.4℃。

4）**基本烈度：按8度设防。

5.2 主要材料的物理力学指标和设计参数。

1）箱梁采用50号混凝土，按预应力结构设计。

a．混凝土轴心抗压设计强度：28.5 mpa；

b．混凝土抗拉设计强度：2.45 mpa；

c．混凝土轴心抗压标准强度：35 mpa；

d．混凝土抗拉标准强度：3.0 mpa；

e．混凝土容重：26kn/m3；

f．混凝土的弹性模量： mpa；

g．混凝土线膨胀系数：0.00001；

h．混凝土徐变收缩参数。

依周围环境而定的徐变系数：2.0；

收缩速度系数：0.00625；

收缩终极值：0.00015；

2）预应力钢材。

采用高强度低松弛钢绞线，具体要求如下：

规格：采用规格钢绞线；

破断强度：1860 mpa（astma416－90a标准）；

松驰率：＜2.5%（1000小时持荷，70％张拉强度时）

3.5%（1000小时持荷，80％张拉强度时）

预应力钢束锚下控制应力mpa

计算弹性模量： mpa；

3）预应力锚具。

设计按两端张拉计算预应力损失；

预应力管道采用波纹管，管道摩阻系数为：0.55；

预应力管道偏差系数：0.0015；

锚具变形与钢束回缩值（一端）：0.006；

钢束松弛终极值与控制应力比值：0.045。

6 要求完成的主要任务：

（1）建模。

2）恒载内力。

3）活载内力。

4）内力组合。

5）配筋（束）设计、校核。

7 说明书发送邮箱：

8 时间安排：学年学期第周～第周。

指导教师签名年月日。

系主任签名年月日。

采用预应力钢筋混凝土连续箱梁，19.4m+23.4m+19.4m三孔一联。

桥平面位于直线内，桥面横坡为双向1.50％，由墩台身高度不同来调整。箱梁为等截面，高度为1.60m。

已知全桥由双向六车道分离的两座桥构成，桥面布置为：双幅26m=0.5m

墙式护栏+11.5m行车道+2m**分隔带+11.5m行车道+0.5m墙式护栏。

设计横断面为双幅单箱双室截面，横截面布置如图1-1所示。箱梁顶板宽取13m，底板宽9m，顶板厚0.3m，腹板厚0.

6m，底板厚0.3m；箱梁悬臂部分长2m，箱梁顶板翼缘端部厚度为0.4m，翼缘根部厚度为0.

7m。腹板与顶板相接处及腹板与底板相接处均做成20cm20cm承托，以利脱模并减弱转角处的应力集中。

图1.1 半幅横断面布置图（单位：m）

主梁：采用50号混凝土，容重为26kn/m3,弹性模量取3.5×104mpa；

桥面铺装：采用9cm沥青混凝土（重度为23kn/m3）和10cm厚的c50混凝土垫层（重度为26kn/m3）；

防撞护栏：采用20号混凝土，容重为25kn/m3，断面形状为0.5m×0.6m；

由于选用的箱梁为等截面，理论上只有各支撑点位置划分节点，但考虑对上部箱梁进行施工分段，且保证计算软件的精准性，宜将其细分，由于本模型中三跨的跨度均不长（最长的为24.45m），因此可以将每跨的1/4和1/2处再划分节点，由此形成单元划分。

2.1.2划分结果。

根据以上原则采用有限元分析软件midas建模，计算模型中上部结构划分为17个节点，共16个单元，节点坐标如表2-1，模型如图2-2。

表2.1 节点坐标。

图2.2 模型图。

由midas自动生成梁截面特性。

表2.2 毛截面几何特性值。

注：上表中czp:表示单元截面中和轴到截面上边缘的距离；czm:表示单元截面中和轴到截面下边缘的距离；izz：表示对z轴的抗弯惯性矩。

主梁采用c50混凝土：抗压强度标准值f ck =35mpa,抗拉强度标准值f t k =3mpa；抗压强度设计值=28.5mpa，抗拉强度设计值=2.

45mpa；线膨胀系=1.0，弹性模量e c =3.5×mpa，容重=26kn/ 。

可变作用主要考虑汽车荷载。汽车荷载为公路-i级，3车道布置，不考虑横向折减。

表3.1 自重作用下梁的内力。

图3.1 自重作用下的弯矩图(单位：)

图3.2 自重作用下的剪力图(单位：kn)

9cm沥青路面g1=0.09*11.5*23=23.8kn/m

10cmc50混凝土g2=0.09*11.5*26=26.9kn/m

栏杆和人行道g3=5.0*2=10.0kn/m

合计g=g1+g2+g3=23.8+29.9+10.0=60.7kn/m

将桥面系荷载作为二期恒载以均布荷载的形式加在主梁上，结果见表3-2,表 3.2 二期恒载作用下梁产生的内力。

图3.3 二期恒载作下的弯矩图(单位：)

图3.4 二期恒载作下的剪力图(单位：kn)

支座的均匀沉降不会产生次内力，但是不均匀沉降却会产生对结构不利的次内力。

在考虑墩台和支座不均匀沉降时，采用midas软件提供的功能来进行计算，本设计根据《公路桥涵地基与基础设计规范》第3.3.3条规定：

相邻墩台沉降差（不包括施工中的沉降）小于（mm）(l为相邻墩台间的最小跨径长度，以m计)。本设计假定边跨支座或中间墩支座下沉5mm，来考虑这部分的影响。由于墩台的不均匀沉降产生的梁单元弯矩如表3-3。

表3.3：桥台不均匀沉降产生的弯矩。

图3.6 桥台不均匀沉降产生的弯矩图(单位：)

图3.7 桥台不均匀沉降产生的剪力图(单位：kn)

图4.1 汽车荷载作用下的弯矩包络图(单位：)

图4.2汽车荷载作用下的剪力包络图(单位：kn)

表4.1 汽车荷载作用下的弯矩、剪力值。

作用的种类、形式和大小与桥梁结构的安全及建设费用密切相关。我国现行公路桥梁设计规范将作用分为永久作用、可变作用和偶然作用。对于预应力混凝土连续刚构桥的上部结构设计，各类作用又有各自的具体内容。

永久作用是指在结构使用期内，其值随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用，具体包括结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、水的浮力和基础变位作用七种。

可变作用是指在结构使用期间，其量值随时间变化，或其变化值与平均值相比不可忽略的作用。这些作用包括有汽车荷载的冲击力、离心力、制动力及其引起的土侧压力，人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温度作用和支座摩阻力十一种。

偶然作用是指在结构使用期内不一定出现，一旦出现，其值很大，且持续时间很短的荷载，具体可包括**作用、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用。

公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。该设计体系规定了桥涵结构的两种极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。

承载能力极限状态设计体现着重体现桥涵结构的安全性，正常使用极限状态设计则体现实用性和耐久性。对于这两种极限状态，应按相应的作用效应组合规律进行组合：1) 只有在结构上可能同时出现的作用，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。

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