重庆三环CK1 795新房子大桥连续刚构方案力学分析毕业论文.doc

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1、第一章 绪 论1.1 研究背景及问题的提出 1.1.1 国内外连续刚构的发展及研究现状国外连续刚构的发展及研究现状 连续刚构桥是在国外首先发展起来的。1953年，原联邦德国建成了主跨跨径为114. 2m的沃伦姆斯桥(Worms)，不仅创造性的引进了先进的悬臂施工法，而且发展了一种预应力混凝土结构的新型体系一T型刚构。1964年原联邦德国又建成了主跨跨径为208m的本道夫(Bendorf)桥，该桥把薄型的主墩与上部连续梁固结，形成了带铰的连续刚构桥。从此以后直至20世纪70年代，T型刚构是预应力混凝土桥:梁的主要桥型。但T型刚构桥存在一些问题，如全桥的伸缩缝过多，引起行车不舒适;当设计不当时，在

2、跨中易产生较大的收缩、徐变、挠度等等。 预应力连续刚构桥就是为解决这些问题而产生的。在T型刚构桥发展过程中，逐步实现了悬臂施工，中间梁体连续，使桥墩的柔度适应上述因素所引起的结构内力，故此对桥墩采用了薄壁结构，利用桥墩的柔度来适应上述原因引起的结构内力，使桥梁从整体上受力更加合理。80年代以后，世界各国相继建成了多座不带铰的连续刚构体系，如原联邦德国的杜塞尔多夫大桥、加拿大多伦多西部的伊丽莎白皇后立交桥、美国旧金山机场桥等。其中，以1985年澳大利亚建成的主跨跨径260m的门道桥(Gateway)和1998年挪威建成的主跨跨径298m的拉托圣德(Raft Sundet)大桥最为著名。国内连续刚

3、构的发展及研究现状 我国在20世纪80年代开始引进连续刚构这种桥型，一开始是在立交桥上修建小型的连续刚构桥，经过20来年的发展、应用，在设计施工上，部分领域已达到国际先进领先水平。 如1990年，我国建成的第一座连续刚构桥一广东洛溪大桥，主跨跨径180m,双薄壁墩。该桥第一次采用大吨位预应力体系和平弯束，大大增强了预应力混凝土桥梁的跨越能力，成为我国大跨径连续刚构桥迅速发展的一个重要开端。 又如1997年建成的当时跨径世界最大的广东虎门辅航道桥，主跨跨径270m,双薄壁箱形桥墩高37m。该桥在设计、施工和科研方面均取得了重要的成果，如上部结构轻型化设计、纵向预应力布束取消弯起束和连续束等，为连

4、续刚构桥的进一步发展座了充分的准备。 自预应力连续刚构桥引人我国以来，经过十多年的应用，在这种桥型的设计及研究方面已经取得了令人瞩目的成就。 同时根据文献的检索结果，我们还可以看出: 1.国内墩高最高的预应力连续刚构桥为墩高100米的南昆铁路喜旧溪大桥，它也是世界上最高的铁路桥梁;国内公路桥中还没有墩高60米、桥高70米的预应力连续刚构桥建成。 2.连续刚构的特柔高墩的稳定性等方面对全结构的影响的复杂问题还没有成熟的资料可遵循，有待进一步研究、探索。因此进行高墩大跨连续刚构桥关键设计技术的研究，为墩高60米以上的连续刚构桥的设计提供理论依据，具有非常现实的意义，将有力推动我国山区桥梁的建设事业

5、。国内外连续刚构桥未来的发展趋势 1.跨径可进一步增大。目前，中国修建连续刚构桥的热潮仍在继续，跨径280m的奉节长江大桥的设计正在进行中。在伶仃洋通道横门东航道桥工程中，己提出了跨径318m的连续刚构方案。可以预计，在不久的将来，跨径300m以上的连续刚构桥必将在中国出现。 2.上部结构不断轻型化。结构的轻型化，可以减少上下部构造的自重和材料用量，可以减轻对挂篮的要求。由于采用大吨位锚具、高强混凝土和轻质混凝土，上部结构不断轻化，这也是连续刚构桥的发展方向。 3.简化预应力束类型。中国连续刚构桥设计中，己有相当多桥取消弯起束和连续束，以竖向预应力和纵向预应力来克服主拉应力，极大的方便了施工，

6、受到施工部门的欢迎。 4.取消边跨合龙的落地支架。采用合适的边、主跨比，在导梁上合龙边跨，或与引桥的悬臂相连接来实现合龙。在高墩的场合下，取消落地支架由一定的经济效益，方便了施工。 5.上部结构连续长度增加。由于行车速度的提高，人们将行车的舒适提高到了重要的位置。国外在桥梁设计中极力增大上部结构的连续长度，因而产生了“少用或不用伸缩逢”的观点。我国的设计者也注意到这一发展趋势，使上部结构连续长度增加到2.16倍。在设计中如果再考虑些措施，在条件适宜的情况下，其连续长度可以发展到1200m-1500m. 东明黄河大桥设计中采用刚构连续梁体系，在墩高仅9. lm的条件下，其连续长度达990m。按照

7、这种体系，在连续梁部分采用滑动支座情况下，其上部连续长度将不受限制。 6.随着我国高速公路建设逐渐由平原微丘区向山岭重丘区发展，连续刚构的桥墩也将越来越高。11.1.2 本文的研究内容本论文题目为重庆三环CK1795新房子大桥连续刚构方案力学分析，研究工作主要包括以下几部分：、用有限元（Midas/civil和桥梁博士 V3.0）建模对比分析新房子大桥主桥受力情况；、根据计算得到的组合设计内力结果，再依据规范进行钢筋的估算和布置（主要是预应力束）；、围绕结构强度、刚度分析（验算），选取控制截面，计算了部分项目（包括：正截面抗弯承载能力、箱梁抗扭承载能力和结构挠度）；、应用通用程序ANSYS建立

8、零号块实体模型，对其位移场和应力场的分布做了分析。1.2 工程概况新房子大桥位于重庆三环高速公路涪陵李渡至南川双河口段，设计为上、下行两座分离的独立桥梁，桥梁中心桩号ck1+795.000，桥梁里程ck1+560ck1+990，本桥为110m+200m+110m三跨高墩预应力砼弯连续刚构桥，ck1+560ck1+870平曲线由圆曲线和缓和曲线组成，回旋线参数A=500。采用挂篮悬臂浇注法施工。1.3 基本资料及技术标准上部构造计算参数：主梁采用单箱单室，三向预应力砼箱型断面，具体尺寸见附录 ，梁高按2次抛物线变化，采用C60砼。预应力用钢绞线施加，钢绞线采用ASTM标准，弹性模量取1.95e5

9、MPa,最小破断力1860MPa，张拉采用破断力的75%，为1395MPa。下部构造计算参数：墩身采用钢筋混凝土薄壁墩，C40混凝土。结构设计主要技术标准：设计荷载：公路级桥面净空：211.0m（行车道）+40.5m（防撞栏杆）+0.5m（中央分隔带）本桥的简化结构体系见图11；本桥箱梁截面等各细部具体尺寸见图1213图 11 结构简化体系图 12 横截面图图 13 立面图第二章 结构有限元分析理论杆系结构矩阵计算是结构有限元法的基础，其矩阵分析理论以杆件为单元、杆单元用结点连接，从而精确地计算出杆端结点的内力。由杆系结构单元刚度矩阵可装配结构的总刚矩阵，从矩阵位移推导的公式，可运用电子计算机

10、方便地计算出各杆端的内力。2.1 结构矩阵计算2.1.1 结构单刚结构在荷载作用下，各个杆单元将产生变形和内力，用单元刚度矩阵反映杆端位移和杆端力之间的关系。平面刚架结构一般杆单元a，如图21所示图 21 直角坐标系杆单元a杆两端结点分别为i和j，且设杆长l、截面面积为A、截面惯性矩为I、弹性模量为E。并设单元坐标系，见图21，远点设在杆i端，轴与杆单元轴线一致，坐标面与刚架平面一致。单元坐标系也称为局部坐标系。在单元坐标系中，杆单元a的i端有三个位移分量、和，相应作用在i杆端力有、和。同理j端的位移为、和，杆端力为、和。符号标识意义：a杆单元号；下标节点号；横线表示单元坐标系；在结构矩阵计算

11、中，所有的杆端位移和杆端力均应严格执行下列规定：和与轴正方向一致为正；和与轴正方向一致为正；和与轴方向一致为正，即逆时针方向为正。由于弹性刚架结构在小的变形情况下，一般可忽略轴向受力状态和弯曲受力状态之间的相互影响，由此根据位移法可方便地求出等截面直杆的转角位移方程。用单元坐标系符号规定，不考虑平面刚架的轴向力和轴向变形，其杆端弯矩、和杆端剪力和可写成： （21） （22）写成矩阵形式则为： （23）上式也可简写成： （24）式中： 表示杆单元a的杆端力向量； ，表示杆单元a的杆端位移向量；即为杆件a的单元刚度矩阵。单元刚度矩阵有两个特性：一个是对称矩阵，另一个是奇异矩阵。后者说明单元刚度矩阵

12、不存在逆矩阵，也就是当单元杆端位移已知时，可通过方便地计算出杆端力，且是唯一解。但当杆端力已知时，却无法求出杆端位移的唯一解。2.1.2 单元刚度矩阵的坐标变形建立单元刚度矩阵采用的是局部坐标，且以每根杆件的轴线轴的坐标系。为了便于实际结构整体分析，必须建立整体坐标系统，以计算节点的位移和力。在局部坐标系中，分别以和表示单元杆端位移向量和杆端力向量；在整体坐标系中，则以和分别表示杆端位移向量和杆端力向量。在整体坐标系xoy中一杆单元a，其局部坐标系，设x轴到轴的夹角为，且以逆时针转向为正。且假设、为局部坐标系的杆端力，、为整体坐标系中的杆端力，两坐标系中杆端力之间的变换关系为： （25）将上式

13、写成矩阵形式为： (26）还可用分块矩阵表示为： （27）其中： 令 ，称为单元坐标变换矩阵则分块矩阵可以进一步缩写成： （28）经过矩阵计算分析得： （29）式中：，2.1.3 结构总刚根据各节点的平衡条件和变形连续条件，把各杆的单元刚度矩阵组装成结构总刚矩阵。例如，节点号为1、2、3、4，相应单元号为、，结构位移向量用表示，它由各节点的位移向量i按编号次序构成，即： （210）式中：其中ui、vi、i为节点i沿整体坐标系xoy中x方向的位移、y方向的位移和转角。同样，结构结点荷载向量用p表示，它由各节点荷载向量pi按编号次序构成，即： （211）式中： Xi、Yi、Mi为节点i沿整体坐标系

14、x方向、y方向的外力和外力矩。 根据各节点的力平衡方程X=0、Y=0、M=0，再根据节点处的变形连续条件，杆端位移值与对应的节点位移值相等，可得到各节点力合节点位移的关系式分别为： （212）上述四式按顺序组合，可写成矩阵形式为： （213）上式建立了结构的结点荷载与结点位移之间的关系，它还可以缩写成为： p=k (214）其中，k称为结构的总刚度矩阵。2.1.4 刚构桥约束条件的处理2 由于推导总刚矩阵方程时把整个刚架当作无支座约束的自由体系，平面刚架可做整体的刚体运动，所以结点位移是不确定的，因此结构总刚矩阵是奇异的，无法从刚度方程中直接计算结点位移。为了可以求出结点位移，必须对约束条件加

15、以处理，修改总刚矩阵，使其转化为非奇异矩阵。常用的处理方法有两种：即乘大数法和划行划列法。限于篇幅，下面仅介绍乘大数法。设p为广义力，它可以是轴力N，剪力Q，也可以是弯矩M；A是广义位移，它可以表示为u、v或，且设结构一般形式的总刚矩阵方程为： （215）如果第i个位移i被约束，其值为0或已知值d，可用一个充分大的数乘总刚矩阵中的第i个主系数Kii，并且用NKiidi代替荷载向量中对应的pi，则： Ki11+Ki22+Kiii+Knnn=pi （216）变为： Ki11+Ki22+NKiii+Knnn=NKiidi （217）上式中除包括N的等式左右两项外，其余各项相对小得可以忽略不计，于是可

16、得到i=di。大数N可根据计算机的容量适当地选取。在计算机容量允许的条件下尽量选大数值，以保证计算结果的精度。2.1.5 方程求解3经过边界约束条件处理后的结构刚度矩阵是一个线性方程组，必然存在未知的结点位移向量的唯一解。因此结点位移计算到最后成为一个求解线性方程组的问题。线性方程组的求解方法很多，如高斯消去法、列主元高斯约当主元消去法、正对称方程组的平方根法、正对称方程组的改进平方根法、大型稀疏正对称方程组法、三对角线性方程组的追赶法以及解线性方程组的迭代法等。实际结构分析中无论是力法典型方程、位移法典型方程，还是矩阵位移法的矩阵方程，可根据方程的性质合理选择求解线性方程组的方法。各种线性方

17、程组的解法均有实用的计算机求解程序，在此不再赘述。2.2 内力计算3杆件某一截面上的内力由两部分组成：一部分是由节点位移引起的内力；另一部分是单元荷载产生的单元固端力。求得结构坐标系内的节点位移后，根据杆件两端的节点序号可以求得杆端的位移列阵e，然后通过坐标转换得到单元坐标系中的单元位移列阵，e，最后由： S，=K，e，e （218）可以得到节点位移引起的杆端力。单元荷载产生的固端力在计算单元荷载时已被保存下来，可以直接引用，并与位移引起的内力进行叠加。第三章 结构有限元程序（Midas/桥梁博士）对比计算3.1 计算流程框图不计预应力进行施工过程分析得到恒载内力 附加荷载内力计算 活载内力计

18、算 正常使用极限状态内力组合 承载能力极限状态内力组合根据正常使用极限状态下的截面应力配置预应力束及普通钢筋承载能力极限状态强度验算计入预应力进行施工过程分析得到施工过程状态桥面板计算、锚下局部应力计算等其它内力、应力计算成桥状态正常使用极限状态组合施工过程应力验算 正常使用极限状态应力、变形、抗裂性验算 结 束 图 31 计算流程框图3.2 计算图式的确定新房子大桥设计为上、下行分离的独立桥梁，所以仅取其中之一来计算。另外，根据公路工程技术规范的线型要求，掌握“弯梁直做”这样一种设计计算方法具有相当广泛的实用意义。加拿大安大略省公路桥梁设计规范（简称OHBDC）是采用L2/bR1.0作为是否

19、可以将曲梁桥按直线梁桥计算的判别条件，其中，L为桥梁轴线长度，R为曲梁桥的曲率半径，b为桥梁的半宽。本大桥根据回旋线参数反算出其圆曲线半径为1250m大于规范规定的“弯梁直做”的半径要求（500m），所以，在进行力学行为分析时按直线桥梁计算。43.3 结构节点、单元划分对于单元的划分一般遵从以下原则：5对于所关心截面设定单元分界线，即编制节点号构件的起点和终点以及变截面的起点和终点编制节点号；不同构件的交点或同一构件的折点处编制节点号；施工分界线设定单元分界线，即编制节点号；当施工分界线的两侧位移不同时，应设置两个不同的节点，利用主从约束关系考虑该节点处的连接方式；边界或支承处应设置节点；不同

20、号单元的同号节点的坐标可以不同，节点不重合系统形成刚臂；对桥面单元的划分不宜太长或太短，应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度统筹兼顾。因为活载的计算是根据桥面单元的划分，记录桥面节点处位移影响线，进而得到各单元的内力影响线经动态规划加载计算其最值效应。对于索单元一根索应只设置一个单元。本桥划分189个节点，186个单元。 Midas/civil中的计算模型如图： 图 32 Midas/civil中计算模型全桥的施工过程采用32个阶段来模拟悬浇过程，包括墩及0#块的浇注、边跨合拢、中跨合拢、上二期恒载。3.4 边界条件本桥在墩底固结，在Midas/civil中用一般支撑来模拟；对于最边上的满

21、堂支架现浇的两个梁段，在边跨未合拢时，最边上是活动铰支座，次最边上为固定铰支座；边跨合拢后就钝化两次最边上的固定铰支座。具体的一般支撑见表 。 表 3.1 节点DxDyDzRxRyRz组1011101最边4111101次最边132111101次最边135011101最边151111111墩及0#块163111111墩及0#块176111111墩及0#块189111111墩及0#块 对于0#块的刚臂在桥博中有刚臂单元来模拟；在Midas/civil中就用弹性连接来模拟。如表 表 3.2节点1节点2类型角度SDxSDySDzSRxSRySRz33136刚性连接1800.00.000.000.000

22、.000.0039137刚性连接1800.00.000.000.000.000.0097138刚性连接1800.00.000.000.000.000.00103139刚性连接1800.00.000.000.000.000.00桥梁博士中的计算模型如图 图 33 桥梁博士中计算模型3.5 计算结果的提取由于后续工作需要对结构的控制截面进行预应力和普通钢筋的估算，就需要提出结果中几个截面的内力值，这里主要是要组合后的截面弯矩。33、38、39、6669、96、102、103单元的内力结果列入下表所示：3.5.1 桥梁博士结果*正常使用极限状态组合内力结果* 表 3.3单元号= 33 左节点号= 3

23、3内力性质 最大弯矩 最小弯矩弯矩 -1.764e+006 -2.042e+006单元号=33 右节点号=34内力性质 最大弯矩 最小弯矩弯矩 -1.764e+006 -2.020e+006单元号=38 左节点号=38内力性质 最大弯矩 最小弯矩弯矩 -1.746e+006 -1.936e+006单元号=38 右节点号=39内力性质 最大弯矩 最小弯矩弯矩 -1.727e+006 -1.943e+006单元号 = 39 左节点号 = 39内力性质 最大弯矩 最小弯矩弯矩 -1.734e+006-1.954e+006单元号 = 39 右节点号 = 40内力性质 最大弯矩 最小弯矩弯矩 -1.69

24、0e+006-1.906e+0063.5.2 Midas/civil结果正常使用极限状态短期效应组合内力结果 表 3.4单元位置 最大弯矩-y (kN*m)最小弯矩-y (kN*m)33I33-1702774.27-2041614.9133J34-1711400.58-20029392.5338I38-1718212.4-1926473.5138J39-1707128.03-1942450.5539I39-1724317.07-1959079.9539J40-1684692.11-1915758.76注：本桥在进行结构有限元计算中考虑的主要荷载有：自重、二期恒载、温度荷载、混凝土的收缩徐变、支

25、座沉降、汽车荷载。计算结果中提取的数据是通过程序自动根据公桥规D62 2004进行荷载组合后的正常使用极限状态短期效应组合值。3.5.3 内力包络图如沿梁的各个截面处，将所采用的控制设计内力值按适当的比例尺绘成纵坐标，连接这些坐标点而绘成的曲线称为内力包络图。图34、35、36和37分别表示的即是本结构在桥梁博士 V 3.0中的弯矩包络图、剪力包络图和Midas/civil中的弯矩包络图、剪力包络图。内力包络图主要为在主梁中配置预应力束筋、纵向主筋、斜筋和箍筋提供设计依据，并进行各种验算。6-38.96e3kN43.87e3kN0.089MPaMPa图 35 桥博中剪力包络图图 34 桥博中弯

26、矩包络图-1.764MPa 图 36 Midas/civil中弯矩包络图-40e3kN44e3kN 图 37 Midas/civil中剪力包络图3.6 小结分别用桥梁博士和 Midas/civil对桥梁进行了分析，33、38和39单元最大弯矩结果对比如下：正常使用极限状态短暂效应最大弯矩单元位置Midas桥梁博士相差33左-1.70277427-1.7643.74%右-1.71140058-1.7462.00%38左-1.7182124-1.7461.60%右-1.70712803-1.7271.10%39左-1.72431707-1.7340.60%右-1.68469211-1.690.30

27、%注：表中单位：e6 kN/m通过对33、38和39单元结果的对比，误差不大，结果具有可靠性；结构弯矩包络图显示，在墩顶的负弯矩特别大，在布置预应力筋时应该特别注 意，另外，可单独建立实体模型进行应力分析；第四章 钢束估算 预应力混凝土梁钢筋数量估算的一般方法是：首先根据结构正截面抗裂性确定预应力钢筋的数量，然后再由构件承载能力极限状态要求确定非预应力钢筋数量。预应力钢筋数量估算时截面特性可取全截面特性。74.1 钢束截面积估算从第三章的内力表格结果和内力包络图都可以看出，在0#块附近内力比较大，且比较集中，是薄弱截面，因此，选择负弯矩最大的截面（33单元左截面）和正弯矩较大的截面（67单元右

28、截面）作为控制截面，进行配束。4.1.1 预应力钢筋的估算按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量全预应力混凝土梁按作用（荷载）短期效应组合进行正截面抗裂性验算，计算所得的正截面混凝土法向拉应力应满足式（41）的要求: st0.85pc0 (41）式中：pc预加力作用下受弯构件抗裂验算边缘砼的预压应力；st由作用（或荷载）短期效应产生的构件抗裂验算边缘砼法向拉应力。由式（41）可得到： (42)式中：MS为短期效应弯矩组合设计值；Npe使用阶段预应力钢筋永存应力的合力；A构件混凝土全截面面积；W构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；ep预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离。上式稍作变化，即可

29、得到全预应力混凝土梁满足作用（或荷载）短期效应组合抗裂验算所需的有效预加力，即 （43）式中：MS为短期效应弯矩组合设计值；A构件混凝土全截面面积；W构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；ep预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离。9拟定本桥预应力体系应用大吨位锚头，选用高强钢绞线，本桥纵横向钢束选用美国标准ASTM270级钢绞线。纵向预应力钢束采用20根j15.24的钢绞线，=1860MPa,张拉控制应力k=0.75，施工时均应超张拉3%。顶底板纵向预应力钢束均为两端张拉，顶板钢束（T）锚固于箱肋和腹板处，底板钢束(B)均需设置下齿板锚固。（1）33单元左截面预应力钢筋的布置由表（34）得该

30、截面的短期效应弯矩组合设计值MS=1.764e6 kN*m，设预应力钢筋截面重心距截面上缘为ap=100 mm，则预应力钢筋的合力作用点距截面重心轴的距离为 ep=ybap (44)则ep=5285.4887100=5185.4887 mm通过Midas/civil软件的截面特性计算器，求得该截面面积A=22077500 mm2全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩 式中：Ix=3.9786e14 mm4 yb=5285.4887 mm将以上数据代入式（43）得：Npe=0.24184e6预应力钢筋的张拉控制应力为：con=0.75fpk=0.75*1860=1395 MPa预应力损失按张拉控制应力

31、的20%估算，则可得到需要预应力钢筋的面积为：代入数据得：Ap=216700 mm2 则由此计算得钢束束数为 n=78则该截面的钢束布置图如图 41 ：图 41 33单元1/2左截面钢束布置图（2）67单元(中跨跨中)右截面预应力钢筋的布置：由表（34）得该截面的短期效应弯矩组合设计值MS=1.849 e5 kN*m，设预应力钢筋截面重心距截面上缘为ap=100 mm，则预应力钢筋的合力作用点距截面重心轴的距离为，代入式（44）得则ep=2593.4679100=2493.4679 mm通过Midas/civil软件的截面特性计算器，求得该截面面积A=11527500 mm2全截面对抗裂验算边

32、缘的弹性抵抗矩W=0.9247e10 mm3将以上数据代入式（43）得：Npe=0.562e5预应力钢筋的张拉控制应力为：con=0.75fpk=0.75*1860=1395 MPa预应力损失按张拉控制应力的20%估算，则由式（46）可得到需要预应力钢筋的面积为：代入数据得：Ap=50358.4 mm2 则由此计算得钢束束数为 n=18则该截面的钢束布置图如图 42 ：图 42 67单元右截面钢束布置图全桥的其它截面参考电算（桥梁博士 V3.0 ）的估算截面配筋面积结果进行预应力钢筋的估算。（具体的各截面的建议配筋面积，限于篇幅，该部分从略）。4.1.2 非预应力钢筋的面积估算按构件承载能力极

33、限状态要求估算非预应力钢筋数量在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。同样，本桥所有构件参考电算（桥梁博士 V 3.0）的建议配筋面积结果进行非预应力钢筋的面积估算，（限于篇幅，本部分略）。4.2 预应力钢筋布置4.2.1 预应力钢筋布置的具体要求对于连续梁或连续刚构等超静定结构，预应力引起的压力线与预应力束的重心线不再重合，因此，简支梁中的束界概念不能简单地照搬到超静定结构中。可以考虑直接用压力线和压力线限制区指导调索。预应力梁中的压力线是指预应力合力的线形。它的性质是：起伏形状与预应力束一致；移动方向与预应力束一致。压力线限制区是指为满足梁的上、下缘应力

34、规定，压力线不得越出的区域。它的性质是：必须有一定的高度；如果上下边界交叉，表示此范围内预应力不足；如果限制区将压力线全部包围仍有较大宽度富裕，表示此范围预应力可以减少一些。这样，在实际设计中，预应力束的配置是多还是少，预应力束形状如何调整，在压力线和限制区图上一目了然，极大地简化了设计。另外，采用电算，可以在桥梁博士中进行调索，极为方便。8本桥预应力束参考其它工程经验进行布置，主要参考包括：虎门大桥工程 第四册 主跨270 m 连续刚构和红石梁大桥工程 110+200+110 高墩大跨连续刚构等工程的预应力布置图纸进行预应力束的三向布置。4.2.2 横向预应力钢束8横向预应力束采用154及相

35、应的扁锚系列，每束张拉力750 kN，采用一段张拉方式，沿箱梁轴线两侧交叉进行。4.2.3 竖向预应力钢筋8竖向预应力钢筋采用32SI2MnMoV 精扎螺纹粗钢筋，竖向预应力在梁顶一端张拉，相应的预应力锚具及连接器为YGM型，每根张拉力543kN ，纵向间距50cm，沿箱梁梁肋的不同位置分单双排布置。最终的部分钢束布置图如图4344所示：图 43 钢束纵向布置图图 44 0#块钢束图4.3 调束桥梁博士 V3.0调束工具性能特点： 可以在调整钢束的同时，看到预应力混凝土结构由此产生的应力变化的过程。 原来需要反复修改钢束座标、重新计算，并查看效应图的过程大大简化，从而缩短了设计时间。在预应力混

36、凝土结构的计算中，确定预应力钢束的数量与位置，使结构在施工与使用阶段处于合理的受力状态是一项重要的内容，但在实际的钢束调整过程中仍然存在很多的困难。由于辅助调束工具的欠缺，只能根据工程经验或是对结构的理解来调整钢束，每次调整的效果是不明确的，调束的结果往往对结构不能兼顾，这样钢束的调整过程就成了一个反复微调、凑试的过程。特别是在公路04规范中明确考虑了截面的有效分布宽度，全预应力构件抗裂验算中有效预应力打折，同时严格控制压应力指标的条件下，钢束调整的难度更是大大增加。调束过程中微量调整与反复计算的过程是不可避免的，为此桥博3.0中提供了一个交互式的调束工具，通过这个工具用户可以在调整钢束的同时

37、，看到预应力混凝土结构由此产生的内力、应力与位移变化，将原来需要反复修改钢束座标、重新计算，并查看效应图的过程大大简化，从而缩短了设计时间。第五章 结构验算95.1 强度验算 5.1.1 箱梁正截面抗弯承载能力验算仍然取33单元的左截面进行正截面抗弯承载能力验算。由预加力产生的混凝土法向压应力pc为： （51）式中：Npo=236.2e6 N，Ao=22.1 m2, epo=1.1 m， Io=198.9 m4， y0=4 m代入上式得：则预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力钢筋应力 （52）式中：con受压区预应力钢筋的张拉控制应力； l受压区相应阶段的预应力损失值； 预应力钢筋

38、弹性模量与混凝土弹性模量的比值；在该截面处，l=372e6, con=1395MPa, =1.95e5/3.60e4=5.42将以上数据代入得：受压区高度x应按下列公式计算 (53）式中：hf受压翼缘厚度； bf受压翼缘有效宽度；在本截面各值取： fcd=26.5MPa, bf=10m, b=1m, hf=0.8m, fsd=330MPa, As=0.426m2, fpd=390MPa, po=936.66MPa, Ap=0.5m2代入数据得：解得：x=8.46m则正截面抗弯承载力应按下列规定计算 （54）式中：ro桥梁结构的重要性系数； Md弯矩组合设计值； fcd混凝土轴心抗压强度设计值； fsd纵向普通钢筋抗拉强度设计值； fpd纵向预应力钢筋抗拉强度设计值； As、As受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积； Ap、Ap受拉区、受压区纵向预应力钢筋的截面面积； ho截面有效高度，ho=h-a； b箱梁腹板宽度； As、ap受压区普通钢筋合力点、预应力钢筋合力点至受压区边缘的距离； Bf