简支预应力混凝土空心板梁桥毕业设计

1、大桥施工图设计目录1 设计说明 .11.1主要技术指标 .11.2材料规格 .11.3设计规范 .11.4施工方式 .12 设计方案 .42.1方案比选原则 .52.2备选方案介绍 .62.3方案比较 .102.4推荐方案 .102.5上部结构尺寸拟定 .112.5.1顺桥向尺寸的拟定 .112.5.2横桥向尺寸的拟定 .113 上部结构内力计算 .123.1截面几何特性计算 .123.2结构离散和截面的定义 .123.3简支梁施工阶段 .123.4永久作用计算 .133.5可变作用效应计算 .153.5.1 冲击系数和横向分布系数 .153.6温度及支座不均匀沉降内力计算 .173.7作用效

2、应组合 .173.7.1作用效应组合原理 .173.7.2承载能力极限状态计算时的作用效应组合 .193.7.3正常使用极限状态效应组合 .214 预应力钢束的估算与布置 .25大桥施工图设计4.1计算原理 .254.2预应力筋估算结果 .274.3预应力筋布置原则 .274.4预应力钢束布置情况 .284.5预应力损失计算 .304.5.1预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的应力损失l1 .314.5.2锚具变形、钢筋回缩引起的应力损失l 2. 314.5.3钢筋与台座间的温差引起的损失l 3 .324.5.4混凝土弹性压缩引起的应力损失l 4 .324.5.5预应力钢筋松弛引起的损失l 5 .3

3、24.5.6混凝土收缩徐变引起的应力损失l 6 .335 普通钢筋的设计计算 .355.1预制段普通配筋设计 .355.2现浇连续段普通配筋设计计算 .375.2.1设计计算原理 .375.2.2钢筋布置 .376 承载能力极限状态截面强度计算与验算 .387 预制空心板应力验算 .397.1抗裂验算 .397.1.1正截面抗裂性验算 .397.1.2斜截面抗裂性验算 .417.2持久状况应力验算 .417.2.1正截面混凝土应力验算 .427.3短暂状况应力验算 .448 抗裂验算 .488.1正截面抗裂验算 .489 短暂状况下应力验算 .549.1施工阶段法向压应力验算 .54大桥施工图

4、设计10挠度验算 .5911施工图设计 .6011.1概述 .6011.2总体布置图 .6011.3空心板一般构造图 .6111.4空心板预应力钢束构造图 .6112桥墩墩柱计算 .6212.1荷载计算 .6212.1.1恒载计算 .6212.1.2汽车荷载计算 .6212.1.3双柱反力横向分布计算（横向分布同盖梁计算）. 6312.1.4荷载组合 .63设计总结. 65参考文献. 66致谢 .67大桥施工图设计1 设计说明1.1 主要技术指标桥型布置： 27.04m 简支预应力混凝土空心板梁桥；桥面净宽： 1.75m （人行道） +20.40m（行车道） +1.75m(人行道 )=23.9

5、m；设计荷载：公路 I 级；桥面纵坡：单向 0.84%；桥面横坡：行车道设± 1.5%的横坡，人行道设置1%的反向横坡；1.2 材料规格空心板块：采用 C55 混凝土，容重为 26.0kN/m3，弹性模量取 3.45 ×107kPa；铰缝：采用 C30 细集料混凝土桥面铺装：采用等厚 10cm 的 C30 沥青混凝土层，容重为 24.0kN/m3；桩基础：采用 C25 混凝土；桥台盖梁、耳背墙：采用C30 混凝土；预应力钢筋束：采用 15.2 s高强度低松弛预应力钢绞线, 标准强 fpk=1860MPa,弹性模量 Ep=1.95*1000000MPa,技术标准应符合预应力混

6、凝土用钢绞线（GB5224）的有关规定；普通钢筋：采用 HRB335和 R235；钢材：采用符合 GB700-88规定的 Q235钢材；其他：桥梁伸缩缝采用浅埋式伸缩缝装置；空心板梁支座采用圆板式橡胶支座；桥面排水采用铸铁泄水管；1.3 设计规范公路工程技术标准（JTG B01-2003）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85 ）1.4 施工方式简支梁桥。空心板梁施工1大桥施工图设计本桥的基本施工方式是采用满堂支架施工，其施工工艺、材料要求及质量检查标准，除按公路桥涵施工

7、技术规范（JTJ041-2000 ）有关条文办理外，还应特别注意以下事项：1、空心板预制浇筑空心板混凝土前应严格检查伸缩缝、泄水管、护栏、支座等附属设施预埋件是否齐全，确定无误后方可浇筑。施工时，应保证预应力孔道及钢筋位置准确，控制混凝土骨料最大粒径不得大于 20mm。浇筑混凝土时应充分振捣密实，严格控制其质量。为了防止预制板上拱过大，及预制板与桥面现浇层由于龄期差别而差生过大收缩差，存梁期不超过 90d，若累计上拱值超过计算值8mm，应采取控制措施。预制空心板在钢束张拉完成后、 各存梁期跨中上拱度计算值及二期恒载所产生的下挠值如表1-1 所示：钢束张拉完存梁 30d上存梁 60d上存梁 90

8、d上二期恒载产生项目上拱度 (mm)拱度（ mm）拱度（ mm）拱度（ mm）的下挠值（ mm）边板+13.5+16.6+17.5+18.0+9.2中板+10.0+12.1+12.7+13.0+3.1表 1-4-1空心板荷载作用下挠度表表注：正直表示位移向上，负值表示位移向下。空心板预制时，按 1m一道在铰缝的侧模嵌上500mm长的 6钢筋，形成 6mm凹凸不平的粗糙面。空心板预制时，除注意按本册设计图纸预埋钢筋和预埋件外，桥面系、伸缩缝、护栏及其它相关附属构造，均应参照有关图纸施工，护栏预埋钢筋必须预埋在预制空心板内。2、预应力工艺预应力管道的位置必须严格按照坐标定位并用定位钢筋固定，定位钢

9、筋与空心板腹板箍筋点焊接，严防错位和管道下垂，如果管道与钢筋发生碰撞，应保证管道位置不变而适当挪动钢筋位置。浇筑前应检查波纹管时候密封，防止浇筑混凝土时阻塞管道。预制空心板预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到设计混凝土强度等级的85%后，且混凝土龄期不小于 7d，方可张拉。施工单位在条件具备时应适当增加龄期，提高混凝土弹性模量，减少反拱度。预应力钢束采用两端同时张拉，锚下控制应力为0.75fpk=1395MPa。2大桥施工图设计施加预应力应采用张拉力与引伸量双控。当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值误差应控制在6%以内。实际引伸量值应扣除钢束的非弹性变形影响。预应力钢束

10、张拉顺序为：左N1右 N2右 N1左 N2。孔道压浆采用 C50水泥浆，要求压降饱满。3、空心板安装预制空心板采用设吊孔穿束兜板底加扁担的吊装方法。桥梁架设若采用架桥机吊装，必须经过盐酸方可进行，且架桥机的重量必须落在墩台的立柱上。4、其他封锚端混凝土浇筑前须将预制板端部混凝土结合面浮浆清凿干净， 才能浇筑新混凝土。预制空心板顶面应拉毛，锚固端面和铰缝面等新、旧混凝土结合面均应凿毛成凹凸不小于 6mm的粗糙面， 100*100mm面积中不少于 1个点，以利于新旧混凝土良好结合。本设计钢筋长度未考虑折减，实际施工下料时应按照有关施工规范要求进行控制。严格控制支座标高，避免支座脱空。二、墩台帽、支

11、座墩、台帽上支座垫石必须保证平整、整洁，所有支座设置位置准确，支座底必须保持水平，墩、台帽混凝土达到设计强度后才可以安装上部构件。三、基础施工施工时应在充分的准备工作条件下进行，严格按施工技术规范中要求进行，确保成桩质量，桩位、桩径、混凝土标号必须符合设计要求。钻孔桩清孔时，应严格控制沉淀厚度，不大于 15cm。四、台后填土台后填土在桥头设置搭板，搭板下设置不小于 2m厚石灰稳定土或碎砾石垫层，并顺道路方向铺至搭板外 3m。台后填土要求密实，密实度不小于 95%。严格执行公路桥涵施工技术规范（ JTJ 041-2000）及相关的其它技术规范，按图纸施工，质量按有关的质量检验评定标准检评。其他未

12、尽事宜，请按交通部部颁标准公路桥梁施工技术规范办理。3大桥施工图设计2 设计方案4大桥施工图设计2.1 方案比选原则在桥梁设计中要求桥梁技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理。随着和谐社会的提出和公众环保意识的提高，生态环保已经成为一种不可或缺的考虑因素。建设在城市中的桥梁还特别注重美观大方，即遵循我国桥梁设计中还要满足美观、环境保护和可持续发展的原则。由此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案， 只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出最合适的设计方案。在桥梁设计中，基本设计原则如下：（ 1）技术先进桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国

13、内外的新结构、新材料、新工艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、 减少劳动强度、 加快施工进度、 提高施工效率、保证工程质量和施工安全。充分利用最新科学技术成就，把学习和创新结合起来，淘汰和摒弃原来落后和不合理的东西，只有这样才能提高我国的桥梁建设水平，赶超世界先进水平。（ 2）安全可靠对于设计的桥梁结构在强度和稳定方面应有足够的安全储备；防撞栏杆应有足够的高度和强度，人与车流之间应做好防护栏、 防止车辆撞入人行道或破坏栏杆而落入桥梁；对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸；对于修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防撞措施，

14、对于河床易变迁的河道，应设计好导流措施，防止桥梁基础底部被过度的冲刷等。对于该桥在设计上选用的是新泽西防撞栏杆、双菱形人行道栏杆；不在地震区，故不需要考虑抗震要求；不需要考虑桥梁基础被冲刷的要求。（ 3）适用耐久桥上应保证桥梁在 100 年的设计基准期内正常使用； 桥面宽度满足当前以及今后规划年限内的交通流量；桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝；应考虑不同的环境类别对桥梁耐久性的影响；在选择材料、保护层厚度、阻锈等方面满足耐久性的要求；桥跨结构下面有利于泄洪、通航等要求。具体到本高速公路跨线桥，无泄洪、通航要求。（ 4）经济5大桥施工图设计桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方

15、便施工的原则，经济的桥型应该是造价和使用年限内养护费用综合最省的桥型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能的不中断交通、或中断交通的时间最短。（ 5）美观一座桥梁应具有优美的外形，结构布置必须精炼，并在空间上有和谐的比例。桥型应与周围的环境相协调，城市桥梁和旅游区的桥梁，可比较对多的考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布置和轮廓是美观的主要因素，结构细部的美学处理十分重要，另外，施工质量对桥梁的美观也有影响。（ 6）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，包括生态、水、空气、噪音等方面，应从桥位布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等方面全

16、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，将不利影响减至最小。在跨线桥设计时，应遵循以下原则：（ 1）与周围环境协调。并根据高速公路建设地区的总体规划、环境特征、现状条件、道路性质、人行状况等因素进行分析研究，贯彻因地制宜的原则。（ 2）项目工程性质与建桥目的和功能要一致，符合交通发展和地方发展的需要，并满足适用、经济、安全及美观的要求。当高速公路上跨其他道路和铁路时，为尽量降低跨线桥两侧的路基填土高度，应采用建筑高度较小的上部结构。（ 3）考虑跨线桥工程规模、建设特点、施工等对周围建筑及现有交通的影响规划中的交通工程设施与跨线桥工程的相互影响并考虑施工条件、施工期限及施

17、工技术力量，尽可能采用适合当地的新材料、新工艺和新技术。同时考虑资金到位情况，以确保交通体系实施的可能性。2.2 备选方案介绍（ 1）方案一： 27.04m 预应力混凝土简支空心板梁桥本桥跨径布置为 27.04m。本图的结构体系为简支结构，按部分预应力A类构件设计，具体尺寸如图及所示。设计计算采用平面杆系结构计算软件计算，桥面现浇层参与结构受力，荷载横向分配系数按铰接板发计算，并采用空间结构计算软件校核。6大桥施工图设计图简支梁预应力混凝土空心板桥立面图（单位： mm）（单位： mm）7大桥施工图设计（单位： mm）图简支梁预应力混凝土空心板桥横截面图本桥上部结构采用先预制后拼装的形式。预应力

18、结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。预应力混凝土简支梁桥是一种以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的结构。它在荷载作用下，支点截面的负弯矩为零，适用于桥基良好的场合。预应力混凝土简支梁桥适用于各种结构体系 , 而且还在不断创新出体现预应力技术特点的新型结构体系 , 因而它的适用范围大 , 竞争力强。预应力混凝土简支梁桥可充分利用材料可塑的特点 , 在建筑上有丰富多彩的表现潜力。（ 2）方案二： 27.04m预应力混凝土简支 T梁本桥上部结构为 27.04m预应力混凝土简

19、支 T梁，横截面具体尺寸见图，全桥立面图如图。8大桥施工图设计a ）预应力简支梁立面图b ）预应力简支梁横断面图9大桥施工图设计平面图c ）预应力简支梁平面图图预应力简支 T 梁横截面图优点：装配式 T形梁桥是使用最普遍的结构形式，其优点是制造简单、适应性强、整体性好、接头也方便。预应力混凝土梁桥更兼有降低梁高和跨越能力大的长处。缺点：当跨径较大时候，简支T梁已不能满足受力要求。适用范围：钢筋混凝土简支T梁适用跨径为 8m-20m，预应力混凝土简支 T梁适用跨径为20m-50m。本桥所采用的施工方法为先预置后拼装。2.3 方案比较方案一27.04m 预应力混凝土简支空心板梁桥适用性桥梁一般采用

20、小跨径，这样可使主梁构造简单、施工快捷。经济性施工难易程度美观性在小跨径桥梁这类桥梁可采桥梁简洁，美中，采用空心用悬臂浇注、观，能充分的板截面，它不悬臂拼装和满融合到环境之仅能减轻自堂支架施工，中。重，而且能充其周期相当分利用材料。快，并且简洁。方案二（ 5*40m预应力混凝土简支T 梁）装配式 T 形梁 建桥速度快、桥是使用最普 工期短、模板遍的结构形支架少。能就式，制造简单、 地取材、工业适应性强、整 化施工、耐久体性好、接头 性好。也方便。预应力混凝土梁桥更兼有降低梁高和跨越能力大的长处。这类桥梁可采 全桥线条简洁用整体现浇和 明快，与周围预知拼装两种 环境协调好，不同的方式进 因此，桥

21、型美行施工。观。2.4 推荐方案10大桥施工图设计从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案一为最佳推荐方案，即27.04m预应力混凝土简支空心板梁桥。2.5 上部结构尺寸拟定顺桥向尺寸的拟定顺桥向按 27.04m 跨径布置，结构无体系转换，如图所示。横桥向尺寸的拟定横截面形式为空心板，桥面全宽23.90 m ，预制部分采用 18 片宽幅式预制空心板，其中中板板宽为 1. 24 m ，边板板宽为 1.945 m ，板梁高度为 0. 95 m ，如图所示。空心板支点附近加宽，详见施工图纸所示。11大桥施工图设计3 上部结构内力计算3.1 截面几何特性计算毛截面几何特性是计算结构内力、配预

22、应力钢筋、普通钢筋及变形计算的前提。在工程设计中，毛截面的几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式为全截面面积：A= A（ i3 1)全截面重心至梁顶的距离：yuAi yi(32)A全截面对重心轴的惯性矩：I =I x+I i(33)式中 Ai分块面积；yi分块面积的重心至梁顶边的距离；Ii分块面积对其自身重心轴的惯性矩；Ix分块面积对重心轴的惯性矩表 3-1-1跨中截面几何特性表节点号基准弹性模量面积 A抗弯惯性矩截面高度（MPa）( m2 )I( m4 )（m）213.25 ×1040.55510.11170.953.2 结构离散和截面的定义为了保证结构在计算时的准确性，不宜将

23、结构单元划分得太少。本跨线桥全长为19.96m，本设计中以每 1 米为一个单元进行划分，共20个单元， 21个节点。支座节点为1、 21。在迈达斯中采用从 CAD里面导入截面的方法进行单元的划分和截面的定义。3.3 简支梁施工阶段（ 1）预制并安装预制空心板。（ 2）现浇阶段。（ 3）二期恒载的模拟。12大桥施工图设计（ 4）收缩徐变。3.4 永久作用计算（ 1）空心板自重（第一阶段结构自重）g1在迈达斯中只需定义好截面的尺寸和材料，其自重由软件计算。（ 2）桥面系自重（第二阶段结构自重）g2人行道及栏杆重力单侧按12.0KN/m 计算。桥面铺装采用等厚度 10cm 的 C30 沥青混凝土，则

24、全桥宽铺装每延米重力为：0.1 × 23.9 × 24=57.36（KN/m）上述自重效应是在各空心板形成整体后，再加至板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不相同的，为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则中空心板分摊到的每延米桥面系重力为：g2=（ 12×2+57.36 ）÷ 18=4.25KN/m计算所得各控制截面恒载内力见表3-4-1 。表 3-4-1 恒载内力表单元荷载位置轴向 (kN)剪力 -z (kN)弯矩 -y (kN*m)1自重I10.66-144.0401自重J20.66-129.63136.562自重I20.

25、5-129.63136.562自重J30.5-115.23258.753自重I30.34-115.23258.753自重J40.34-100.83366.564自重I40.16-100.83366.564自重J50.16-86.424605自重I50.01-86.424605自重J60.01-72.02539.066自重I60-72.02539.066自重J70-57.61603.757自重I70-57.61603.757自重J80-43.21654.068自重I80-43.21654.068自重J90-28.816909自重I90-28.816909自重J100-14.4711.5610自重

26、I100-14.4711.5610自重J1100718.7511自重I1100718.75续上表13大桥施工图设计11自重J12014.4711.5612自重I12014.4711.5612自重J13028.8169013自重I13028.8169013自重J14043.21654.0614自重I14043.21654.0614自重J15057.61603.7515自重I15057.61603.7515自重J16072.02539.0616自重I160.0172.02539.0616自重J170.0186.4246017自重I170.1686.4246017自重J180.16100.83366

27、.5618自重I180.34100.83366.5618自重J190.34115.23258.7519自重I190.51115.23258.7519自重J200.51129.63136.5620自重I200.66129.63136.5620自重J210.66144.0403.2恒载内力图图结构自重弯矩图14大桥施工图设计图结构自重剪力图3.5 可变作用效应计算冲击系数和横向分布系数(1) 冲击系数计算在迈达斯的软件当中，在移动荷载分析中输入梁长L=19.96m，截面惯矩Ic=0.1117 m4 单位长度质量 mc=51896KN/m，基准弹性模量 E=3.25* 1010 Pa，冲击系数将会自

28、动生成。（ 2）横向分布系数计算在本桥，采用铰接板法算出横向分布系数。在算出单片梁的惯性矩、 抗扭和抗弯后，同过 Matlab 的计算软件可算出每一片梁的横向分布系数。最后可取汽车为 0.235 ；人群为 0.105 ；（因此在迈达斯中取最不利荷载下的单片梁进行计算）。计算活载内力汽车荷载作用下的内力计算公式:Sq=(1+ )mcq(qk+pkyi)(34)人群荷载作用下的计算公式：Sr= mcrqcr（35)由迈达斯计算所得公路一级汽车荷载作用下，各控制截面的内力值如表3-5-3 示：表 3-5-3汽车荷载内力表荷载位置轴向 (kN)剪力 (kN)弯(kN*m)1车载(全部)I11.32-2

29、89.1201车载(全部)J21.32-273.37272.822车载(全部)I21.06-273.37272.82续上表15大桥施工图设计2车载(全部)J31.06-257.62514.213车载(全部)I30.77-257.62514.213车载(全部)J40.77-241.87724.154车载(全部)I40.39-241.87724.154车载(全部)J50.39-226.12902.665车载(全部)I50.03-226.12902.665车载(全部)J60.03-210.371049.746车载(全部)I60-210.371049.746车载(全部)J70-194.621165.3

30、77车载(全部)I70-194.621165.377车载(全部)J80-178.871249.578车载(全部)I80-178.871249.578车载(全部)J90-163.121302.349车载(全部)I90-163.121302.349车载(全部)J100-147.371345.7110车载(全部)I100-147.371345.7110车载(全部)J110-131.621357.6511车载(全部)I110-131.621357.6511车载(全部)J120147.371345.7112车载(全部)I120147.371345.7112车载(全部)J130163.121302.341

31、3车载(全部)I130163.121302.3413车载(全部)J140178.871249.5714车载(全部)I140178.871249.5714车载(全部)J150194.621165.3715车载(全部)I150194.621165.3715车载(全部)J160210.371049.7416车载(全部)I160.03210.371049.7416车载(全部)J170.03226.12902.6617车载(全部)I170.39226.12902.6617车载(全部)J180.39241.87724.1518车载(全部)I180.77241.87724.1518车载(全部)J190.77

32、257.62514.2119车载(全部)I191.06257.62514.2119车载(全部)J201.06273.37272.8220车载(全部)I201.31273.37272.8220车载(全部)J211.31289.12016大桥施工图设计a） 汽车荷载弯矩包络图b）汽车荷载剪力包络图汽车荷载包络图3.6 温度及支座不均匀沉降内力计算本跨线桥地质条件良好，忽略墩台基础的不均匀沉降影响，故不考虑支座不均匀沉降引起的次内力。本桥由于是简支梁桥，属于静定结构，在温度变化时不会产生次应力，所以不需考虑温度的变化而产生的次内力。3.7 作用效应组合作用效应组合原理17大桥施工图设计公路桥涵结构设

33、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，作用效应组合原则如下：（ 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。实际不可能同时出现的作用或同时参与组合概率很小的作用，不考虑其作用效应的组合。（ 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。迈达斯会自动计算承载能力极限状态和正常使用极限状态的作用效应组合，其对组合效应的解释如下：（ 1） 承载能力极限状态组合：组合 I ：基本组合，按规范 JTG D60-2004 第条规定。组合 IV ：撞击组合，按规范 JTG D60-2004 第条规定。组合：地震组合。其余组合不用。（ 2）正常使用极限状态内力组合：组合 I ：长期效应组合，按规范JTG D60-2004 第条规定。组合 II ：短期效应组合，按规范JTG D60-200