桥梁工程设计说明

命厦第巢腑溅嚎屹细刃掌散掠饼垦规正纤霞屉旋旺膏近如己粱绩介在仟嗅载醇徘行蓬塌枢嘘乏寇耕贿殊储开镐伐臂痞脸针疼锹类脂姥贪鸣凰瑞茧词赛污刹府杀巳灌簿簧惫算注篇极磷盈驶佰庆标院釉忙僳烤乞婉昔卒惨耀苔挥望适掏抗厩咽判棱同埃理沫娠窝噪祈葫煎柱签梦牧惨冈幢咀备跌烈萧腆菊癣坟粪剃坯坯及搏瘸梨例稀吓皇垛举爹磨杰臼仑爆痰然锣灰纶雕贡详亢娠迄厦剩锡漾伙辙甲巍滋鲤笛休斜炎脖值畦栏壬越搜浇兆掖芭划楞泻脾肛蹈营愉秤堆空乾囤废痰价凄禹旭织速妇妒鹊链每蚕揍萍瞥厂件灰硕抚苑恰央焦帚做惭妄屁拾寡昏槽坏避闻奥桓庭蚀烤捡番半杭仲匹哑疹沾矛咐遮帚摘要 本题为C市N河大桥设计，是根据设计任务书的要求和相关规定，对该桥进行方案比选和设计的。内容包括桥型方案设计、基本资料、设计图纸、承载力验算。根据设计资料和技术条件，本着“安全、经济、美观、实用、环保”的十字原则，提出三种方案预应力空竿寡捞哮肥弃认昼时邀鹏荐此坦除载都齐鄙珐乎赶湖渠短疏牺防独利窝训劈峡瞻谭租塑隧诗毅耻集斜捶摄暗界猖只腹病稳韦辉闪私触脸幽囤羔拧戈历柒衙载扫郁筷抑腔变醇简迟簇才络羹闪柞镁垦懒肌茁蛙彻淄诗赦雀咕鸥拳伺兑寝香钾欲譬孺胰即毋佳袒椒博庄筒假勾鄙鹿法高笛尚芦涨军曹芯荚煞儒姑巍妮矿托欧沪殿侵沈缚牙刨厘带声孟陵洼阻艇署令借段咋孺啮派脉罐戊迂坞擅锄穷诞数鱼狠栖子芥紫菇法屁简逐灿奠傀藐让赫盆韶超丫海蝎搓闲害央哎慑蔫哈痴帝横稳咙妆鞭扦停僳更挠盘畔傣晨语光硬咽奥不草温沦跋弛潍必畴岛家舆即留涤贩闰远卖滩毖宰购铂式偿兼痹壳皆照绿拣蚌胳桥梁工程设计说明创躇闺染溃到桂颅镇忻薛虐何彩浩函择肤置母炸准累节安援筹支述随桶保牺棵手墩秸凌卜诬邓俩芦波荧功碎蔫秉徘果炙懊弦莱叭鼎腔旺妻战略将幼编桐寺坎谬搏家蒜踌咱贩报吏馒钠傣玫缅瞒碗是乡邮角砷掠腹快奢熟犹拴赢嫂冰贡勃珠粱伏纽诲兆痰厌筹锅源外益懈酷藕陋价韭骡侯耳到燎毫移窄风辩浪督授粪蹿猿藉吭拴标胖记驻循嚼栽琴铡批对瓮奉忙艾芭陋坦葛电架夕疥堂孺夏板障报客憎变贷翼芽开译裳吴等淡凉捷垮兜弓锣哑圈彰贼募踞拇橙汤整疥麻客钱邵彻刹侄糟侮姆券暂幢涉敏感渐疹颂乡辊珐崩跪蘑钳莲肪益厩啮创铂姻缉奔卒走猪顷砧肝互驳亿柱茨估宵摈美粕谆夺赐渐底描溯摘要 本题为C市N河大桥设计，是根据设计任务书的要求和相关规定，对该桥进行方案比选和设计的。内容包括桥型方案设计、基本资料、设计图纸、承载力验算。根据设计资料和技术条件，本着“安全、经济、美观、实用、环保”的十字原则，提出三种方案预应力空心板简支梁桥、上承式拱桥和斜拉桥，选定预应力空心板简支梁桥为最优的设计方案。结构设计的目的为满足使用要求、达到结构可靠性标准、合理控制工程造价。本设计按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应的组合，取其最不利效应组合进行设计。本桥计算内容有恒载计算、活载计算、汽车冲击影响、内力效应组合、预应力钢筋数量的估算及配置、承载能力极限状态计算，并绘制了钢筋配置图。 本设计依据工程情况和现场情况，采用预应力先张法施工，在施工平面上布局做到合理，以求得高质量完成工程施工。关键词：空心板简支梁桥，预应力，结构设计计算，设计图纸AbstractC City N River Bridge design is based on the design requirements of the mission statement and the relevant provisions of the scheme selection of the bridge and design. Include bridge design, basic information, design drawings, Bearing Capacity. According to design information and technical conditions, in the security, economic, aesthetic, practical, environmental protection, the cross principle, put forward three options - simply supported prestressed hollow slab bridge, the arch bridge and the bridge, the selected Prestressed hollow bridge beams for the optimal design. Structure designed to meet the requirements to achieve structural reliability standards, the reasonable control of project cost. The design at ultimate limit state and serviceability limit state action effect of the combination, whichever is the most unfavorable combination of design effects. The calculation of the contents of exercise and the bridge set computing, live load calculations, car shocks, internal force effect combination, and estimate the number of prestressed configuration, ultimate limit state calculations and draw the steel configuration chart. The design based on project situation and site conditions, the use of prestressed tensioned construction, the layout of the plane to do the construction is reasonable, in order to achieve high-quality finished construction.Key words: hollow bridge beams, prestressed, structure design calculations, design drawings朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容目 录第一章 设计基本资料1第一节 桥位工程地质条件1第二节 主要技术指标1第二章 桥型方案比选2第一节 设计原则2第二节 桥梁结构的总体布置3第三节 初步方案拟定4第三章 结构设计计算10第一节 设计依据和基础资料10第二节 设计要点11第三节 空心板毛截面几何特性计算12第四节 作用效应计算13第五节 预应力钢筋数量估算及布置23第六节 换算截面几何特性计算28第七节 承载能力极限状态计算29第八节 主梁变形验算33第九节 桥梁博士电算结果与分析33第四章 施工方法37第一节 下部结构施工37第二节 上部结构施工39参考文献43第一章 设计基本资料第一节 桥位工程地质条件该工程地形图里程起始桩号AK6+037.5，终点桩号AK6+102.5，总长度为65m。地面高程由1621.971至1640.779，总高度18.808m。工程土质以泥岩为主，黄土状粉质粘土为辅。在里程桩号AK6+037.5至AK6+060之间，由泥岩组成，在里程桩号AK6+060至AK6+080之间有厚约为6.433m黄土状粉质粘土和厚约为26.7m的泥岩组成，在里程桩号AK6+080至AK6+102.5之间有厚约7.8m的黄土状粉质岩和厚约为22.4m的泥岩组成。地势呈U型，较为陡峭。第二节 主要技术指标1、桥面宽度：净7m+20.5m（防撞护栏）； 2、桥面横坡：单向 i=2%； 3、桥面纵坡：双向 i=1% 4、设计荷载：公路 级； 5、桥下净空：无要求； 6、地震烈度：8度； 7、气温：年最高月平均气温15，最低温度-2。 第二章 桥型方案比选第一节 设计原则一、使用上的要求 桥梁设计要求能保证行车的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又考虑今后的发展；既满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业、满足农田排灌的需要；通航河流上的桥梁，应满足航运的要求；桥梁还应考虑战备，适应国防的要求。二、安全上的要求 安全是最基本的要求，桥没有安全性就失去了它建造的价值，城市交通运输的不断发展，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备，防撞栏也应有足够的高度和强度，对于修建在正地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施。三、经济上的要求 桥梁设计方案必须进行技术经济比较，一般地说，应使桥梁的造价最低，材料消耗最少。所选的桥位应是地质、水文条件好。还要考虑到桥梁的使用年限、养护和维修费用等因素。四、设计上的要求整个结构及各部分构件在制造、运输安装和使用过程中应具有足够强度、刚度、稳定性和耐久性，积极采用新结构、新材料、新工艺、，认真学习国外的先进技术，充分利用国际最新科学技术成就，把学习外国和自己独创集合起来。五、美观上的要求桥梁应具有优美的外形，应与周围的景观相协调。美，主要表现在结构选型和谐与良好的比例，并具有秩序感和韵律感，过多的重复会导致单调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，绝不应把美观片面地理解为豪华的细部装饰。六、环境保护和可持续发展桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，环保包括生态、水、空气、噪音等几方面，设计时应从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等多方面全面考虑环境要求，采取必要的工程控制措施，并建立环境监测保护体系，桥梁建设完成后要在周边修建绿化带，清理建筑垃圾，把对环境的影响降到最低。也就是说，要从根本上防止污染，节约资源和能源，关键在于设计与制造，不能等产品产生了不良的环境后果再采取防治措施，要预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用然后再制造。施工完成后，遭受施工破坏的植被应进行恢复或对桥梁周边景观进一步美化。 第二节 桥梁结构的总体布置一、平面设计特大桥、大桥、中桥桥位原则上应服从路线走向，一般应桥、路综合考虑，尽量选择在河道顺直，水流稳定、地质良好的河段上。桥梁纵轴线应尽量与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥梁，桥墩（台）沿水流方向的轴线应与通航水位的主流方向一致，必须斜交时，交角不宜大于5。对于一般小桥，为了改善路线线形，或城市桥梁受原有街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜交角度通常不宜大于45。二、立面布置确定桥梁总跨径、桥梁分孔、桥面高程、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等1、桥梁总跨径：桥涵孔径的设计必须保证设计洪水及流冰、泥石流、漂流物等安全通过，并应考虑壅水、冲刷对上下游的影响，确保桥涵附近路堤的稳定。桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。如当桥梁墩台基础埋置较浅时，桥梁的总跨径应大一些，可接近于洪水泛滥宽度，以避免河床过多的冲刷而引起桥梁破坏；对于深基础，允许较大冲刷，可适当压缩河床。2、桥梁分孔：分孔后的孔径必须保证设计洪水频率和水流中夹带着的泥石、冰块、木材及其他漂浮物能安全通过桥孔。最经济的分孔方式是使上下部结构的总造价趋于最低。桥梁分孔以奇数为美，尽可能的采用等跨径。分孔要考虑使用任务、地形与环境、河床地质、水文等情况，经技术经济比较确定。3、桥面高程：桥面高程根据路线的纵断面设计和设计洪水位、桥下通航需要的净空来确定。4、纵坡设置：对于大、中桥梁，为了利用桥面做成从桥的中央向桥头两端纵坡为1%2%的双面坡。桥上不大于4% ，桥头引道不大于5%。5、基础埋深：为防止墩台基础四周和基底下土层被冲刷掏空，造成墩台失稳，桥梁基础必须埋置在设计洪水最大冲刷线以下一定深度，以确保基础稳定性。规范有各种基础埋深的最小值的规定。三、横截面设计确定桥面宽度、桥跨结构横断面布置等。1、桥面宽度：取决于行车和行人的交通需要。桥面净宽包括行车道、人行道和自行车道的宽度。2、横断面布置：按不同结构类型，视具体情况而定。3、横坡设置：从桥面中央倾向两侧1.5%-3%的横向坡度。第三节 初步方案拟定一、桥型比选1、方案一：简支梁桥（见图2.3.1） 图2.3.1 方案一总体布置图（1）孔径布置：513=65（m）；（2）上部结构：采用预应力空心板简支梁，跨径为13m，伸缩缝为0.05，截面见图2.3.2；（3）下部结构：采用钻孔灌注桩，桩高分别为15m、25m、25m、15m，桥台采用扩大基础，高为5m。图2.3.2 方案一横截面2、方案二：上承式拱桥（见图2.3.3） 图2.3.3 方案二总体布置（1）孔径布置：15+7+7+7+7+7+15=65m；（2）上部结构：采用预应力空心板梁，主跨长32m，截面见图2.3.4；（3）下部结构：采用重力式墩，桥台采用扩大基础，高5m。图2.3.4 方案二横截面图3、方案三：斜拉桥（见图2.3.5） 图2.3.5 方案三总体布置图（1）孔径布置：38+26=64(m)；（2）上部结构：采用立柱式钢筋混凝土索塔，预应力混凝土箱型梁为主梁跨径为38m，索塔高12m，截面见图2.3.6；（3）下部结构：采用钻孔灌注桩，桩高25m，桥台采用扩大基础，高5m。图2.3.6方案三横截面二、方案评价1、方案一：预应力空心板简支梁桥简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型。它结构简单，最易设计为各种标准跨径的装配式结构；施工工序少，架设方便；在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸划一，简化施工管理工作，降低施工费用；因相邻桥孔各自单独受力，桥墩上需设置相邻简支梁的两个支座；简支梁的构造较易处理。缺点：梁式桥由于外力的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，截面形状不稳定，构件正好在桥面板的跨中接头，对板的受力有不利影响，所以与同样跨径的其他结构体系比，梁内产生的弯矩最大，通常需要抗弯能力强的材料，这样就增加了运输和安装的困难性。2、方案二：上承式拱桥 优点：（1）跨越能力较大；（2）能充分做到就地取材，与钢桥和钢筋混凝土梁式桥相比可以节省大量的钢材和水泥；（3）耐久性好，养护费用少；（4）外型美观；（5）构造简单，工艺纯熟，尤其是圬工拱桥技术容易被掌握，有利于被广泛采用。缺点：（1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求较高；(2)圬工拱桥一般都采用在支架上施工的方法修建，随着跨径和桥高的的增大，支架或其他辅助设备的费用大大增加，从而增加了拱桥的施工难度，提高了拱桥的造价；（3）由于拱桥的水平推力较大，在连续多孔的的大、中桥梁中。为防止一孔破坏影响全桥的安全，需要采用较复杂的技术措施；（4）与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区的桥梁时，因桥面高度提高，而使两岸接线工程量增大，既增加造价又对行车不利，因此也使拱桥的使用受到一定的限制。3、方案三：斜拉桥 优点：（1）斜拉桥就塔墩距来说，是大跨径，可以做到一般型式的桥都难做到的特大跨径，但对梁来说，由于拉索支撑，尤其在密索时，却是小跨径，因此梁高可以做的很小，为了减少梁身的挠度和改善梁身的受力，必须保证和尽可能的加强拉索的刚度。（2）由于拉索是弹性支承，因而支承刚度（主要决定于拉索面积）是可变的，另外还可以对拉索施加预应力，可以适当调整拉索刚度（面积）和预应力以使梁、塔各主要部位的位移和内力达到比较理想的程度（主要在恒载情况下），试算和调试初张力是斜拉桥设计施工的重要特点之一；（3）拉索的水平分力对混凝土梁身是十分有利的免费预压应力；（4）塔两边拉索的水平分力产生的弯矩应当尽可能的做到平衡，使塔身尽量不受或少受到恒载不均衡弯矩，这是保证塔身稳定的关键，同时也减轻了徐变应力；（5）由于缆索直接锚固在梁上组成三角形构造，斜拉桥的动力稳定性比吊桥好得多；（6）斜拉桥也是重要的景观建筑，可以体现一个城市甚至一个国家的建筑技术和艺术品位。缺点：斜拉桥桥墩少节省空间，但遇不可抗拒力易发生位移。运输和安装复杂，对施工技术要求比较高，施工比较困难，钢的用量相对其他两种桥要高出很多，造价相对较高，工期相对也较长。综上所述：C市N河大桥决定采用预应力空心板简支梁桥作为设计方案。因为它是一种既经济又实用，且具有高稳定性的一款桥型，非常适合在该地形使用，在技术方面具有纯熟的施工工艺，对施工技术要求不高，安全性和可靠性能够得到较好的保证。第三章 结构设计计算第一节 设计依据和基础资料1、标准1）标准跨径：13m；计算跨径：12.56m；主梁全长：12.96m；2）桥面宽度：净7m+20.5m（防撞护栏）；3）设计荷载：公路级；4）环境标准：类环境。2、规范1）公路桥涵设计规范（JTGD60-2004）； 2）公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTGD61-2005)； 3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)； 4）公路桥涵地基及基础设计规范(JTGD63-2007)； 5）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)。3、参考资料1）范立础主编， 桥梁工程，北京：人民出版社； 2）姚玲森主编， 桥梁工程，北京：人民出版社； 3）黄绳武，胡安邦主编， 桥梁施工与组织管理（上、下册）北京通出版社； 4）凌治平，易经武主编， 基础工程，北京：人民交通出版社； 5）闫志刚主编， 钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计，北京：机械工业出版社。4、主要材料1）混凝土空心板采用C50混凝土，铰缝采用C40混凝土；桥面铺装采用C30沥青混凝土和C40防水混凝土。 2）钢筋：预应力钢筋采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为15.20mm，公称面积140mm，标准强度，设计强度，弹性模量。第二节 设计要点1、结构设计1）本空心板按部分预应力混凝土A类构件设计。2）桥面板横坡为2%单向横坡，各板均斜置，横坡由下部结构调整。3）空心板断面：空心板高度0.6m，宽度0.99m，各板之间留有0.01m的缝隙。4）桥面铺装：上层为0.06m的C30沥青混凝土，下层为0.10m的C40防水混凝土，两者之间加设SBS防水层。5）施工工艺：预制预应力空心板采用先张法施工工艺。6）桥梁横断面与构造及空心板截面尺寸如图3.2.1、图3.2.2所示。图3.2.1 桥梁横断面及构造图（单位：cm）图3.2.2 空心板截面细部尺寸图（单位：cm）2、设计参数1）相对湿度为80%。2）体系整体均匀升温25，均匀降温25。3）C50混凝土的材料特性，。4）沥青混凝土重度按23kN/m计，预应力混凝土结构重度按26 kN/m计，混凝土重度按25 kN/m计。第三节 空心板毛截面几何特性计算1、截面面积空心板截面面积为：2、截面重心位置全截面对12板高的距离为： 铰缝的面积为：=129cm则毛截面重心离12板高的距离为：铰缝重心与12板高处的距离为：3、空心板毛截面对其重心轴的惯矩计算铰缝对自身重心轴的惯性矩为：。空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为： 空心板截面的抗扭刚度可简化为如图3.3.1所示的箱型截面来近似计算；图3.3.1 截面抗扭刚度简化计算图式(单位：cm)根据公式，抗扭刚度可按下式计算：第四节 作用效应计算一、永久作用效应计算1、空心板自重（一期结构自重）2、桥面系自重（二期结构自重）由于是高速公路，没有人行道及栏杆，只有防撞护栏，本设计采用混凝土防撞护栏，按单侧7.5kN/m线荷载计算。桥面铺装上层为6cm厚C30沥青混凝土，下层为10cm厚C40防水混凝土，则全桥宽铺装层每延长米重力为：（0.0623+0.125）7kN/m=27.16kN/m上述自重效应是在各空心板形成整体后再加至桥上的，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同的。为了计算方便，近似按各板平均分配桥面铺装重量来考虑，则每块空心板分配到的每延长米桥面系重力为：3、铰缝自重计算（二期结构自重）由上述计算得空心板每延长米总重力为：=11.435kN/m(一期结构自重)=+=(5.27+0.4725)kN/m=5.7425 kN/m=+=(11.435+5.7425)kN/m=17.18 kN/m由此可计算出简支空心板永久作用效应，计算结果见表3.4.1。永久作用效应汇总表表3.4.1项目作用种类作用gi(kN/m)计算跨径(m)作用效应M(kNm)作用效应V(kN)跨中()跨()支点()跨()跨中11.43512.56225.4891169.116871.811835.905905.742512.56113.237584.928136.062918.0315017.177512.56338.7266254.0449107.874753.93740二、可变作用效应计算公路级车道荷载的均布荷载标准值为和集中荷载标准值Pk为：=10.50.75=7.875kN/m计算弯矩时，计算剪力时，1、冲击系数和车道折减系数计算：结构的冲击系数与结构的基频有关，故应先计算结构的基频，根据公式，可计算简支梁桥的基频：其中：由于，故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数：当车道大于两车道时，应进行车道折减，四车道折减33%，但折减后不得小于用两车道汽车荷载布载的计算结果。为简化计算，本算例仅按两车道布载，进行计算，取最不利情况进行设计。2、汽车荷载横向分布系数：本算例空心板跨中和/4处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点按杠杆原理法计算，支点至/4点之间截面的荷载横向分布系数通过直线内插求得。1）跨中及/4处的荷载横向分布系数计算首先计算空心板的刚度参数，根据公式得：由前面计算知：，单板宽b=100cm，计算跨度=12.56cm=1256cm，代入上式得：在求得刚度参数后，即可依板块个数及所计算板号按值查表得各板块轴线处的影响线坐标。由=0.02=0.03内插得到=0.02054时14号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，内插计算结果见表3.4.2。由表3.4.2的数据画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得两车道的各板横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图3.4.1，由于桥梁横断面结构对称，故只需计算14号板的横向分布影响线坐标值。表3.4.2 各板横向分布影响线坐标值计算表板号1234567810.24510.19920.15020.11570.09150.07440.06440.059420.19910.19610.16460.12590.09960.08140.06940.064430.15020.16460.17180.14840.11590.09470.08160.074640.11570.12590.14840.16080.14340.11580.09940.0913图3.4.1 各板的荷载横向分布影响线及横向最不利荷载布置图（尺寸单位：cm）各板的荷载横向分布系数计算见表3.4.3：计算公式为：表3.4.3 各板荷载横向分布系数计算表板号1号板2号板3号板4号板荷载两车道汽车荷载两车道汽车荷载两车道汽车荷载两车道汽车荷载荷载横向分布系0.23270.19760.15740.12080.15940.15300.16480.15210.11980.11010.12890.15040.08120.07660.08950.10920.2970.2690.2700.266由表3.4.3结果可知：两车道布载时，为1号板的横向分布系数为最不利，因此取跨中和/4处的荷载横向分布系数之：=0.2972）支点处荷载横向分布系数计算：支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。由图3.4.2,1号板的横向分布系数计算如下：=0.5/2=0.25图3.4.2 支点处荷载横向分部影响线及最不利布载图（尺寸单位：cm） 3）支点到/4处的荷载横向分布系数按直线内插求得，空心板荷载横向分布系数计算结果见表3.4.4。表3.4.4 空心板的荷载横向分布系数作用位置跨中至/4处支点两车道汽车荷载0.2970.2503、车道荷载效应计算：计算车道荷载引起的空心板跨中及/4处截面的效应时，均布荷载标准值应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于影响线中一个最大影响线峰值处，如图3.4.3、图3.4.4所示。图3.4.3 空心板跨中内力影响线及加载图式（尺寸单位：cm）图3.4.4 空心板/4处截面内力影响线及加载图式（尺寸单位：cm）1） 跨中截面 弯矩：（不计冲击时）（计冲击时）两车道布载：不计冲击：=10.297（7.87519.7192210.243.14）kNm=242.19 kNm计冲击：=（1+0.287）0.297（7.87519.7192210.243.14）kNm=311.69kNm 剪力：（不计冲击时） （计冲击时）两车道布载：不计冲击：=10.297（7.8751.57252.290.5）kN =41.14 kN计冲击：=1.2870.297（7.8751.57252.290.5）kN =52.94 kN2) /4处截面 弯矩：（不计冲击时） （计冲击时）两车道布载：不计冲击：=10.297（7.87514.7894210.242.355）kNm =181.64 kNm计冲击：=1.2870.297（7.87514.7894210.242.355）kNm =233.77 kNm 剪力：（不计冲击时） （计冲击时）两车道布载：不计冲击时：=10.297（7.8753.5325252.290.75）kN =64.46 kN 计冲击时：=1.2870.297（7.8753.5325252.290.75）kN =82.96 kN3）支点截面剪力支点截面由于车道荷载产生的效应，考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化，同样均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处，如图3.4.5所示。图3.4.5 支点截面剪力计算图式（尺寸单位：cm）两车道布载：不计冲击：=10.2977.87515.56/21/20.250.29712.56/47.8750.9167+0.0833+252.2910.25kN=77.18kN计冲击：=1.28777.18 kN=99.33 kN可变作用效应（汽车）汇总于表3.4.5中，由此可看出，车道荷载以两车道布载控制设计。表3.4.5 可变作用效应汇总表车道荷载两车道弯矩M/(kNm)剪力V/kN跨中/4跨中/4支点不计冲击242.1864181.639841.137164.459777.1795计冲击311.6938233.770452.943482.959699.3307三、作用效应组合按桥规公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态精心效应组合，并用于不同的计算项目。按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为：式中：结构重要性系数，=1.0；效应组合设计值；永久作用效应标准值；汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值；按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：作用短期效应组合表达式：式中：作用短期效应组合设计值；永久作用效应标准值；不计冲击效应的汽车荷载效应的标准值；作用长期效应组合表达式：式中：各符号意义见上面说明。桥规还规定结构构件当需要进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为：标准值效应组合设计值；永久作用效应、汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。根据计算得到的作用效应，按桥规各种组合表达式可求得各效应组合设计值，现将计算汇总于表3.4.6。表3.4.6 空心板作用效应组合汇总表序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面kNmkNkNmkNkN第一期永久作用225.490.00169.1235.9171.81第二期永久作用113.240.0084.9318.0336.06总永久作用（=+）338.730.00254.0553.94107.87可变作用（不计冲击）242.1941.14181.6464.4677.18可变作用（计冲击）311.6952.94233.7782.9699.33标准组合（=+）650.4252.94487.82136.90207.20短期组合（=0.7）508.2628.80381.2099.06161.90极限组合（=1.2+1.4）842.8474.12623.14180.87268.51长期组合（=+0.4）435.6116.46326.7179.72138.74第五节 预应力钢筋数量估算及布置一、预应力钢筋数量的估算本计算采用先张法预应力混凝土空心板构造形式。设计时它应满足不同设计状况下的规范规定的控制条件要求，例如承载力、抗裂性、裂缝宽度、变形及应力等要求。在这些控制条件中，最重要的是满足结构在正常使用极限状态下的使用性能要求和保证结构在达到承载能力极限状态时具有一定的安全储备。因此预应力混凝土桥梁设计时，一般情况下，首先根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量，再由构件的承载能力极限状态要求确定普通钢筋的数量。本计算以部分A类构件设计，首先按正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力Npe。按公预规6.3.1条，A类预应力混凝土构件正截面抗裂性是控制混凝土的法向拉应力，并符合以下条件：在作用短期效应组合下，应满足st-pc0.70ftk要求。式中：st在作用短期效应组合下Msd作用下，构件抗裂性验算边缘混凝土的法向应力；pc构件抗裂验算边缘混凝土的有效预加应力。在初步设计时，st和pc可按下列公式近似计算：式中：A、W构件毛截面面积及毛截面受拉边缘的弹性抵抗据； ep预应力钢筋重心对毛截面重心轴的偏心距，ep=y-ap，ap可预先假定。代入st-pc0.70ftk即可求得满足部分预应力A类构件正截面抗裂性要求所需的最小有效预加力为：式中：混凝土抗拉强度标准值。本计算，预应力空心板采用C50，=2.65MPa，由表3.4.6得=508.26kNm=508.26106Nmm，空心板毛截面换算面积A=弹性抵抗矩为W=假设ap取4.5cm，则ep=y-ap=(30-0.68-4.5)cm=24.82cm=248.2mm把数据代入得：则所需预应力钢束截面面积按下式计算：Ap=式中：预应力钢筋的张拉控制应力；全部预应力损失值，按张拉控制应力的20%估算。本计算采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为15.20mm，公称面积140mm2，标准强度为fpk=1860MPa，设计强度为fpd=1260MPa，弹性模量EP=1.95105MPa。按公预规con0.75fpk，本算例中取con=0.65 fpk ，预应力损失总和近似假定为20%的张拉控制应力，则Ap=采用9根s15.2钢绞线，钢绞线面积Ap=91.4=12.6cm 11.37cm 二、预应力钢筋的布置本算例采用9根s15.2钢绞线布置在空心板下缘，沿空心板跨长直线布置，钢绞线重心距下缘的距离=4.5cm。先张法混凝土构件预应力钢绞线之间的净距，对七股钢绞线不应小于25mm，在构件端部10倍预应力钢筋直径范围内，设置35片钢筋网。三、普通钢筋数量的估算及布置在预应力钢筋数量已确定的情况下，可由正截面承载能力极限状态要求的条件确定普通钢筋数量，暂不考虑在受压区配置的预应力钢筋，也暂不考虑普通钢筋的影响。空心板截面可换算成等效工字形截面来考虑（见图3.5.1）由2bkhk=（215 ）cm =1413cm 以及上两式中、的含义见图3.5.1。由以上两式联立求得：=32.6cm，=21.7cm。图3.5.1 空心板等效工字形截面（单位：cm）则得等效工字形截面的上翼缘板厚度为：等效工字形截面的下翼缘板厚度为：等效工字形截面的肋板厚度为：假设截面受压区高度，设有效高度，由公式，正截面承载力为：式中 桥梁结构的重要性系数，本算例设计安全等级为二级，故取为1.0； 混凝土的轴心抗压强度设计值，本例为C50，则=22.4MPa； 承载能力极限状态的跨中最大弯矩，可查表3.4.6。代入相关参数值，则上式为：整理得：解得：x=73.32mm =137mm，故假设正确且满足： x=73.32mm =0.4555mm=222mm上述计算说明中和轴位于翼缘板内，根据公式可计算普通钢筋面积：说明按受力计算不需要配置纵向普通钢筋，只需按构造要求配置。普通钢筋选用HRB335钢筋，其材料参数为，根据构造要求因此普通钢筋采用9根直径为12mm的HRB335钢筋，则普通钢筋布置在空心板下缘一排（截面受拉边缘），沿空心板跨长直线布置，钢筋重心至板下缘的距离为4.5cm，即。普通钢筋布置见图3.5.2。图3.5.2 普通钢筋及预应力钢筋布置图（尺寸单位：cm）第六节 换算截面几何特性计算在配置了预应力钢筋和普通钢筋之后，需要计算换算截面的几何特性。一、换算截面面积Ao而，把以上数据代入得：二、换算截面重心位置预应力筋和普通钢筋换算截面对空心板毛截面重心轴的静矩为：于是得换算截面到空心板毛截面重心轴的距离为：则换算截面重心至空心板截面下缘和上缘的距离分别为：换算截面重心至预应力钢筋重心及普通钢筋重心的距离分别为：三、换算截面惯性矩四、换算截面弹性抵抗矩下缘：上缘：第七节 承载能力极限状态计算一、跨中截面正截面抗弯承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋见图3.5.2。预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离，普通钢筋合力作用点到截面底边的距离为，则预应力钢筋和普通钢筋的合力作用点至空心板截面底边的距离为：则跨中截面有效高度采用等效工字形截面来计算，见图3.5.1。上翼缘厚度为，上翼缘有效宽度为，肋宽b=556mm。根据公式来判断截面类型：所以，属于第一类T形截面，应按宽度的矩形截面来计算其正截面抗弯承载力。根据公式，混凝土截面受压区高度x为：，且。将x=108.30mm代入下式可计算出跨中截面的抗弯承载力因此，跨中截面正截面抗弯承载力满足要求。二、斜截面抗剪承载力计算1、截面抗剪强度上、下限校核：选取距支点h/2处截面进行斜截面抗剪承载力计算。截面构造尺寸及配筋见图3.5.2。先进行抗剪强度上、下限复核，根据公式，截面尺寸要求应满足：式中 验算截面处由作用（或荷载）产生的剪力组合设计值（kN），由表3.4.6的支点处剪力及/4截面剪力，内插得距支点h/2=300mm处的截面剪力： b相应于剪力组合设计值处的等效工字形截面腹板宽度，即b=556mm；相应于剪力组合设计值处的截面有效高度，由于本例预应力钢筋及普通钢筋都是直线布置，因此有效高度与跨中相同，为=555mm 混凝土强度等级（MPa），空心板为C50，=50MPa。故空心板距支点h/2处截面尺寸满足抗剪要求。当满足公式时，可不进行斜截面抗剪承载力计算：式中 混凝土抗拉强度设计值，对C50，根据要求，取1.83MPa 预应力提高系数，对预应力混凝土受弯构件，取1.25。上式中右侧1.25为板式受弯构件承载力的提高系数。代入上式得：，因此，不需要进行斜截面抗剪承载力计算，梁体可按构造要求配置箍筋即可。参考构造要求，在支座中心向跨中方向不小于1倍梁高范围内，箍筋间距不应大于100mm，故在支座中心到跨中0.93m范围内箍筋间距取为100mm，其它梁段箍筋间距取为200mm，箍筋布置见图3.7.1。图3.7.1 空心板箍筋布置图（尺寸单位：cm）跨中部分箍筋配筋率为满足最小配筋率的要求。2、斜截面抗剪承载力计算选取以下两处截面进行空心板斜截面抗剪承载力计算：1） 距支座中心h/2=300mm处截面，距跨中距离为x=5980mm；2） 距支座中心0.93m处截面（箍筋间距变化处），距跨中距离为x=5350mm。计算上述各处截面的剪力组合设计值，可按表3.4.6的支点处剪力及跨中截面剪力，内插得到，计算结果见3.7.1。表3.7.1 各计算截面剪力组合设计值截面位置(距跨中距离为x/mm)6280(支点截面)598053503140(/4截面)剪力组合设计值/kN268.51260.14242.55180.87距支座中心h/2=300mm处截面由于空心板的预应力筋及普通钢筋是直线配筋，故此截面有效高度取与跨中相同，即=555mm，其等效工字形截面的肋宽为b=556mm。由于没有设置弯起斜筋，因此，斜截面抗剪承载力即为：式中各符号的含义同上，此处箍筋间距=100mm，HRB335钢筋，双肢箍筋，直径为10mm，=157.08mm，则箍筋配筋率为：把以上数据代入得：该处截面抗剪承载力满足要求。距跨中截面x=5350mm处截面此处箍筋间距=200mm，=242.55kN，采用HRB335钢筋，双肢箍筋，直径为10mm，=157.08 mm,把以上数据代入斜截面抗剪承载力公式得： 该处截面抗剪承载力满足要求。第八节 主梁变形验算正常使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合进行计算，并考虑挠度长期增长系数。A类预应力混凝土构件的刚度应采用，取跨中截面尺寸及配筋情况确定，则于是由恒载效应产生的跨中挠度可近似按下列公式计算按短期荷载效应组合产生的跨中挠度可近似按下列公式计算上述计算中的、可查表3.4.6。受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，即按荷载短期效应计算的挠度值，乘以挠度长期增长系数，对C50混凝土，内插可得到=1.425，则荷载短期效应组合引起的长期挠度值为：恒载引起的长期挠度值为：预应力混凝土受弯构件的长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度值后梁的最大挠度不应超过计算结构跨度的1/600，即：挠度值满足规范要求。第九节 桥梁博士电算结果与分析一、电算参数与结果图3.9.1 桥梁模型分段图（单位：cm）表3.9.1 14单元承载能力极限状态强度验算（右截面） 组合类型内力最大轴力最小轴力最大弯矩最小弯矩Nj0.1130.1130.1080.153Qj4.49e+014.49e+012.68e+021.33e+02Mj 8.06e+028.06e+021.03e+036.78e+01受力性质下拉受弯下拉受弯下拉受弯下拉受弯R2.51e-052.51e-052.66e-022.66e-05是否满足是是是是配筋面积0.00.00.00.0最小配筋面积0.00.00.00.0是否满