毕业设计（论文）316m装配式预应力混凝土简支空心板桥

1、目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356227182 第一章 概述 PAGEREF _Toc356227182 h 1 HYPERLINK l _Toc356227183 第二章 方案比较 PAGEREF _Toc356227183 h 1 HYPERLINK l _Toc356227184 2.1方案一：预应力混凝土空心板桥 PAGEREF _Toc356227184 h 1 HYPERLINK l _Toc356227185 2.2方案二：预应力混凝土连续箱型梁桥 PAGEREF _Toc356227185 h 2 HYPERLINK l _Toc356

2、227186 第一部分 上部结构 PAGEREF _Toc356227186 h 2 HYPERLINK l _Toc356227187 第三章 桥梁设计 PAGEREF _Toc356227187 h 3 HYPERLINK l _Toc356227188 3.1桥梁设计资料 PAGEREF _Toc356227188 h 3 HYPERLINK l _Toc356227189 3.1.1设计基本资料 PAGEREF _Toc356227189 h 3 HYPERLINK l _Toc356227190 3.2桥面总体布置 PAGEREF _Toc356227190 h 4 HYPERLIN

3、K l _Toc356227191 3.3构造型式及尺寸选定 PAGEREF _Toc356227191 h 4 HYPERLINK l _Toc356227192 3.3.1构造形式及尺寸 PAGEREF _Toc356227192 h 4 HYPERLINK l _Toc356227193 3.3.2截面抗弯惯性矩计算 PAGEREF _Toc356227193 h 6 HYPERLINK l _Toc356227194 第四章 作用效应计算 PAGEREF _Toc356227194 h 7 HYPERLINK l _Toc356227195 4.1永久作用效应计算 PAGEREF _T

4、oc356227195 h 7 HYPERLINK l _Toc356227196 4.1.1空心板自重：（边板重15.343KN/m）。 PAGEREF _Toc356227196 h 7 HYPERLINK l _Toc356227197 4.1.2桥面铺装、栏杆及铰接缝重力计算 PAGEREF _Toc356227197 h 7 HYPERLINK l _Toc356227198 4.1.3恒载内力计算 PAGEREF _Toc356227198 h 8 HYPERLINK l _Toc356227199 4.2基本可变作用效应计算 PAGEREF _Toc356227199 h 9 H

5、YPERLINK l _Toc356227200 4.2.1基本可变作用横向分布系数 PAGEREF _Toc356227200 h 9 HYPERLINK l _Toc356227201 4.2.2杠杆法计算梁端横向分布系数 PAGEREF _Toc356227201 h 12 HYPERLINK l _Toc356227202 4.2.3活载内力计算 PAGEREF _Toc356227202 h 13 HYPERLINK l _Toc356227203 4.3.1按承载能力极限状态组合（） PAGEREF _Toc356227203 h 17 HYPERLINK l _Toc356227

6、204 4.3.2正常使用状态长期效应组合（） PAGEREF _Toc356227204 h 17 HYPERLINK l _Toc356227205 4.3.3正常使用状态短期效应组合 （） PAGEREF _Toc356227205 h 17 HYPERLINK l _Toc356227206 4.3.4弹性阶段截面应力计算标准值效应组合（） PAGEREF _Toc356227206 h 18 HYPERLINK l _Toc356227207 第五章 预应力钢筋设计 PAGEREF _Toc356227207 h 18 HYPERLINK l _Toc356227208 5.1预应力

7、钢筋数量的估算 PAGEREF _Toc356227208 h 18 HYPERLINK l _Toc356227209 5.2预应力钢筋的布置 PAGEREF _Toc356227209 h 20 HYPERLINK l _Toc356227210 5.3普通钢筋数量的估算及布置 PAGEREF _Toc356227210 h 20 HYPERLINK l _Toc356227211 5.4换算截面几何特性计算 PAGEREF _Toc356227211 h 23 HYPERLINK l _Toc356227212 5.4.1换算截面面积A0 PAGEREF _Toc356227212 h

8、23 HYPERLINK l _Toc356227213 5.4.2换算截面重心位置 PAGEREF _Toc356227213 h 24 HYPERLINK l _Toc356227214 5.4.3换算截面惯性矩 PAGEREF _Toc356227214 h 24 HYPERLINK l _Toc356227215 5.4.4换算截面弹性抵抗矩 PAGEREF _Toc356227215 h 24 HYPERLINK l _Toc356227216 5.5承载能力极限状态计算 PAGEREF _Toc356227216 h 25 HYPERLINK l _Toc356227217 5.5

9、.1跨中截面正截面抗弯承载力计算 PAGEREF _Toc356227217 h 25 HYPERLINK l _Toc356227218 5.6斜截面抗剪承载力计算 PAGEREF _Toc356227218 h 26 HYPERLINK l _Toc356227219 5.6.1截面抗剪强度上、下限复核 PAGEREF _Toc356227219 h 26 HYPERLINK l _Toc356227220 5.6.2斜截面抗剪承载力计算 PAGEREF _Toc356227220 h 28 HYPERLINK l _Toc356227221 第六章 预应力损失计算 PAGEREF _To

10、c356227221 h 30 HYPERLINK l _Toc356227222 6.1锚具变形、回缩引起的应力损失 PAGEREF _Toc356227222 h 30 HYPERLINK l _Toc356227223 6.2加热养护引起的温度损失 PAGEREF _Toc356227223 h 30 HYPERLINK l _Toc356227224 6.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失 PAGEREF _Toc356227224 h 30 HYPERLINK l _Toc356227225 6.4钢筋松弛引起的应力损失 PAGEREF _Toc356227225 h 31 HYPER

11、LINK l _Toc356227226 6.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 PAGEREF _Toc356227226 h 32 HYPERLINK l _Toc356227227 6.6预应力损失组合 PAGEREF _Toc356227227 h 35 HYPERLINK l _Toc356227228 第七章 验算 PAGEREF _Toc356227228 h 35 HYPERLINK l _Toc356227229 7.1正常使用极限状态计算 PAGEREF _Toc356227229 h 35 HYPERLINK l _Toc356227230 7.1.1正截面抗裂性验算 P

12、AGEREF _Toc356227230 h 35 HYPERLINK l _Toc356227231 7.1.2斜截面抗裂性验算 PAGEREF _Toc356227231 h 37 HYPERLINK l _Toc356227232 7.2变形计算 PAGEREF _Toc356227232 h 40 HYPERLINK l _Toc356227233 7.2.1正常使用阶段的挠度计算 PAGEREF _Toc356227233 h 40 HYPERLINK l _Toc356227234 7.2.2预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置 PAGEREF _Toc356227234 h 41

13、 HYPERLINK l _Toc356227235 7.3持久状态应力验算 PAGEREF _Toc356227235 h 43 HYPERLINK l _Toc356227236 7.4短暂状态应力验算 PAGEREF _Toc356227236 h 45 HYPERLINK l _Toc356227237 第八章 最小配筋率复核 PAGEREF _Toc356227237 h 51 HYPERLINK l _Toc356227238 第九章 铰缝的抗剪强度验算 PAGEREF _Toc356227238 h 52 HYPERLINK l _Toc356227239 9.1铰缝剪力影响线

14、PAGEREF _Toc356227239 h 52 HYPERLINK l _Toc356227240 9.2作用在铰缝上的荷载计算 PAGEREF _Toc356227240 h 54 HYPERLINK l _Toc356227241 9.2.1铰缝剪力计算 PAGEREF _Toc356227241 h 54 HYPERLINK l _Toc356227242 9.2.2铰缝抗剪强度计算 PAGEREF _Toc356227242 h 55 HYPERLINK l _Toc356227243 第十章、支座计算 PAGEREF _Toc356227243 h 55 HYPERLINK l

15、 _Toc356227244 10.1选定支座的平面尺寸 PAGEREF _Toc356227244 h 56 HYPERLINK l _Toc356227245 10.2确定支座的厚度 PAGEREF _Toc356227245 h 56 HYPERLINK l _Toc356227246 10.3 验算支座的偏转 PAGEREF _Toc356227246 h 57 HYPERLINK l _Toc356227247 10.4 验算支座的稳定性 PAGEREF _Toc356227247 h 58 HYPERLINK l _Toc356227248 10.5支座的选配 PAGEREF _T

16、oc356227248 h 59 HYPERLINK l _Toc356227249 第二部分 下部结构 PAGEREF _Toc356227249 h 59 HYPERLINK l _Toc356227250 第十一章 设计资料 PAGEREF _Toc356227250 h 59 HYPERLINK l _Toc356227251 第十二章 盖梁计算 PAGEREF _Toc356227251 h 60 HYPERLINK l _Toc356227252 12.1构造型式 PAGEREF _Toc356227252 h 60 HYPERLINK l _Toc356227253 12.2荷载

17、计算 PAGEREF _Toc356227253 h 60 HYPERLINK l _Toc356227254 12.2.1上部结构永久荷载见表4-1 PAGEREF _Toc356227254 h 60 HYPERLINK l _Toc356227255 12.2.2盖梁自重及作用效应计算（计算结果见表2-2） PAGEREF _Toc356227255 h 61 HYPERLINK l _Toc356227256 12.2.3可变荷载计算 PAGEREF _Toc356227256 h 62 HYPERLINK l _Toc356227257 12.2.4双柱反力G计算 PAGEREF _

18、Toc356227257 h 68 HYPERLINK l _Toc356227258 12.3内力计算 PAGEREF _Toc356227258 h 69 HYPERLINK l _Toc356227259 12.3.1弯矩计算 PAGEREF _Toc356227259 h 69 HYPERLINK l _Toc356227260 12.3.2相应与最大弯矩时的剪力计算 PAGEREF _Toc356227260 h 69 HYPERLINK l _Toc356227261 12.3.3盖梁内力汇总 PAGEREF _Toc356227261 h 70 HYPERLINK l _Toc3

19、56227262 第十三章 桥梁墩柱计算 PAGEREF _Toc356227262 h 70 HYPERLINK l _Toc356227263 13.1荷载计算 PAGEREF _Toc356227263 h 71 HYPERLINK l _Toc356227264 13.1.1恒载计算 PAGEREF _Toc356227264 h 71 HYPERLINK l _Toc356227265 13.1.2汽车荷载计算 PAGEREF _Toc356227265 h 71 HYPERLINK l _Toc356227266 13.1.3双柱反力横向分布计算 PAGEREF _Toc35622

20、7266 h 71 HYPERLINK l _Toc356227267 13.1.4荷载组合 PAGEREF _Toc356227267 h 72 HYPERLINK l _Toc356227268 第十四章 钻孔桩计算 PAGEREF _Toc356227268 h 73 HYPERLINK l _Toc356227269 14.1荷载计算 PAGEREF _Toc356227269 h 73 HYPERLINK l _Toc356227270 14.2桩长计算： PAGEREF _Toc356227270 h 743-16m装配式预应力混凝土简支空心板桥第一章 概述50年来，新中国桥梁建设

21、取得了突飞猛进的发展，公路铁路两用桥向着大跨度、重荷载、高时速方向发展。从大桥主跨度上看，武汉长江大桥主跨为128米，而正在建设中的武汉天兴洲长江大桥主跨则达到504米，比2000年修建的世界最大公铁两用桥丹麦厄勒海峡大桥主跨还长14米。从荷载和时速上看，武汉天兴洲长江大桥荷载达到了万吨，而南京大胜关长江大桥设计时速达到了300公里，成为世界上设计运行速度最高的铁路桥梁。与此同时，公路桥梁也在朝着美观、大跨、轻型的方向发展。发展交通事业，实现四通八达的现代化交通，对发展国民经济，巩固国防具有非常重要的作用。在公路、铁路、城市和农村道路交通以及水利等建设中，为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线

22、路）必建各种类型的桥梁与涵洞，因此，桥涵又成为陆路交通中的重要组成部分。第二章 方案比较 为了获得适用、经济和美观的桥梁设计，有关部门进行了深入细致的调查和研究，并结合有关方面的要求综合考虑，满足使用、经济、结构尺寸、构造、施工、美观上的要求，做出几种方案，最后通过技术、经济等方面的综合比较获得最优设计。2.1方案一：预应力混凝土空心板桥本桥上部构造为316m的预应力混凝土空心板，结构简单，施工容易。 本桥采用预制安装（先张法）的施工方法：先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉，并将其临时固定在张拉台座上，然后按照支立模板钢筋骨架成型浇筑及振捣混凝土养护及拆除模板的基本

23、施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。 优点： 预应力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。 采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。缺点：行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。2.2方案二：预应力混凝土连续箱型梁桥跨径分布：224m 。 箱形截面整体性好，结构刚度大，变形小，抗震性能好，主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒

24、适。 施工采用预制安装的施工方法，设计施工较成熟，施工质量和工期能得到有效控制，该种桥型传力明确，计算简洁。 箱形截面有较大的抗扭刚度，整体性好。同时主桥线条明确，结构稳定，梁的等截面外形和谐，各比例协调，造型朴实。表2-1 方案比较表序号 方案类比 别较项目第一方案第二方案预应力混凝土连续箱型梁桥（224m）预应力混凝土简支板桥（316m）1工艺技术要求技术先进，工艺要求严格，所需设备较少，占用施工场地少。技术较先进，工艺要求严格，施工方便，制造工艺简单。2使用效果属于超静定结构，受力较好，主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好，养护也容易。主桥线条简明，结构稳定，梁的等截面布置外形和谐，个比例

25、协调，造型朴实。属于静定结构，受力不如超静定结构好，但其结构质量安全可靠，耐劳性好，计算简便。桥型流畅美观，与周围环境和谐。3造价及用材箱型截面充分利用材料，节约材料。钢材用量大，造价也大。空心板截面可以充分利用材料，经济合理。钢材用量小，造价低。通过以上三种方案比较，从使用效果、造价、材料等诸多方面看，第二方案优点最多。第一方案由于“利民桥”属于城市桥梁且桥跨较小，造价较高不宜采用；第三方案由于在城市施工，施工场地不宜占大且土方来源困难，不宜采用。所以第二方案最为合理。第一部分 上部结构第三章 桥梁设计3.1桥梁设计资料3.1.1设计基本资料（1）跨径：标准跨径16m，计算跨径：15.6m；

26、桥梁全长163=48m；分为3跨；主梁全长：15.96m；双幅路，每幅路两车道。（2）荷载：公路级，安全等级为一级。（3）桥面布置形式：0.5+10.75+1+1+10.75+0.5=24.5m。（4）主要材料：钢筋：主钢筋用级钢筋，其他钢筋用级钢筋，其技术指标见表3-1。表3-1种类弹性模量Es抗拉强度标准值sk抗拉强度设计值sdR235钢筋2.1105MPa235 MPa195MPaHRB335钢筋2.0105MPa335 MPa280MPa混凝土：C50，其技术指标见表3-2表3-2强度等级弹性模量Ec轴心抗压强度设计值cd轴心抗拉强度设计值td轴心抗拉强度标准值tk轴心抗拉强度标准值c

27、kC503.45104MPa 22.4 MPa1.83MPa2.65MPa32.4MPa（5）设计计算内容 拟定桥梁纵横断面结构尺寸；主梁内力、配筋计算；主梁配筋图；桥梁下部结构墩台计算；出图。（6）设计依据：叶见曙.结构设计原理(第二版)M.北京:人民交通出版社,2005.JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.北京:人民交通出版社,2004.JTG D61-2005.公路圬工桥涵设计规范S.北京:人民交通出版社，2005JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范S.北京:人民交通出版社,2004.JTG D60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范S. 北京:人

28、民交通出版社,1985.张健仁、朱剑桥编M.钢筋混凝土与砖石结构。邵旭东.桥梁工程（上、下册）M.北京:人民交通出版社,2004.颜东煌，李学文.桥梁电算M.长沙:湖南大学出版社,1999.李传习，夏桂云.大跨度桥梁结构计算理论M.北京:人民交通出版社,2002.周念先.桥梁方案比选M.上海:同济大学出版社,1997.3.2桥面总体布置预制板标准跨径：；计算跨径：；板长：15.96；桥宽：0.5+10.75+1=12.25；公路-级，双幅路，每幅路两车道。图3-1 桥梁立面示意图3.3构造型式及尺寸选定3.3.1构造形式及尺寸桥宽为：0.5+10.75+1=12.25；全桥宽采用18块预制预应

29、力空心板，每块空心板宽124，空心板全长15.96。图3-2 空心板截面边板构造及尺寸（尺寸单位）图3-3 空心板截面中板构造及尺寸（尺寸单位）图3-4 空心板标准横断面图（尺寸单位）3.3.2截面抗弯惯性矩计算以空心板中板截面为例。构造尺寸如图3-3：（1）毛截面面积Ah=1240800-250500.52+5050+58050+0.558030-(400760+2801500.5+2801200.5)=992000-85400-325600=581000mm2=58102（边板为6137cm2）。（2）毛截面重心位置全截面对1/2板高处（即离板上缘400mm处）的静矩为：S1/2板高=20

30、.55050（400-50/3）+60050（400-600/2）-0.530550（400-200-1/3550）-0.58050（400-2/380）=2888.3333；铰缝的面积为：A铰=9342；毛截面重心离1/2板高的距离为：d= S1/2板高/Ah=2888.333/5810=0.5cm(即毛截面重心离板上缘距离为40.5cm)；铰缝重心对1/2板高处的距离为：d铰= S1/2板高/A铰=2888.333/934=3.092cm；（3）毛截面惯性矩计算饺缝对自身重心轴的惯性矩为I1=3514194；空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为：I=124803+124800.52-35141

31、9-2934(3.092+0.5)2-(76563/12+76560.52)+21283/36+21280.5(28.5-8/3)2+21583/36+21580.5(27.5-8/3)2=4.0821064（边板为4.7561064）。第四章 作用效应计算4.1永久作用效应计算4.1.1空心板自重：（边板重15.343KN/m）。4.1.2桥面铺装、栏杆及铰接缝重力计算桥面铺装采用4cm厚度沥青混凝土抗滑层+6cm厚中粒式沥青混凝土+10cm厚C50桥面现浇混凝土。（1）则全桥宽铺装每延米总重： g2=0.12310.75=24.725；（2）10cm厚的C40防水混凝土重：g3=0.110

32、.7525=26.875；图4-1栏杆图(尺寸单位)（3）栏杆重：g4=25 (0.209+0.238)0.2890.5+(0.238+0.45)0.5(0.983-0.289-0.366)+0.480.366+0.790.39-0.50.1580.124+0.840.069=0.709367525=17.734；图4-2空心板间铰接缝图(尺寸单位)（4）铰接缝：g5=258(0.11+21)0.050.5+(0.11+0.17)0.50.55+（0.01+0.17）0.080.5+0.080.12=2.5458=20.36；。由此得空心板的每延米的恒载：；4.1.3恒载内力计算表4-1 恒载

33、内力计算组合(括号内为边板数据) 项目荷载种类g（kN/m）l（m）M（kNm）Q(kN)跨中一期恒载14.525(15.343)15.60441.85(466.734)331.39(350.053)113.3(119.681)56.65(59.84)二期恒载9.96615.60303.17227.3777.7438.87恒载合计24.491(25.309)15.60745.02(769.904)558.76(577.423)191.03(197.421)95.52(98.71)4.2基本可变作用效应计算4.2.1基本可变作用横向分布系数空心板的可变作用横向分布系数跨中和处按铰接板法计算，支点

34、处按杠杆原理法计算，支点到之间按直线内插求得。（1）计算截面抗扭惯性矩空心板的截面具体尺寸如下图4-3中所示的形式。图4-3空心板简化形式图(尺寸单位)其中t1=120mm, t2=120mm, t3=240mm, b=1040mm,h=550mm,空心板截面图4-3中所示的薄壁矩形闭合截面截面来计算，则有：（2）计算刚度参数（3）计算跨中荷载横向分布影响线根据值，查闫志刚钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计丛书附表A，在之间插值求得时各块板轴线处的影响线坐标值如下表(表4-2)表4-2 影响线纵坐标值（10-3）板号R单位荷载作用位置（第i号板中心）12345678910.02234 1

35、92 146 111 85 66 52 43 37 0.04306 232 155 103 69 47 32 23 18 0.0251250 202 148 109 81 62 48 39 33 20.02192 188 157 120 92 71 56 46 40 0.04232 229 181 121 81 55 18 18 18 0.0251202 198 163 120 89 67 46 39 34 30.02146 157 162 138 106 82 65 54 46 0.04155 181 195 158 106 72 49 35 27 0.0251148 163 170 143

36、 106 79 61 49 41 40.02111 120 138 148 129 100 80 65 56 0.04103 121 158 180 149 101 69 49 38 0.0251109 120 143 156 134 100 77 61 51 50.0285 92 106 129 142 126 100 82 71 0.0469 81 106 149 175 146 101 72 55 0.025181 89 106 134 150 131 100 79 67 （4）计算弯矩及L/4截面至跨中截面剪力的mc 影响线纵坐标图 图4-4荷载对应影响线竖标值(10-4)计算荷载横向

37、分布系数结合老师所给要求及上述布置车道情况，汽车设计车道为2，计算荷载横向分布系数。1号板：汽车荷载：；2号板：汽车荷载：；3号板：汽车荷载：；4号板：汽车荷载：；5号板：汽车荷载：；表4-3 各板可变作用横向分布系数汇总表 板号横向分布系数12345m汽0.3220.3120.2950.2640.222由此可见，分两行行车时1号板最不利。因此，跨中与/4处的荷载分布系数：。4.2.2杠杆法计算梁端横向分布系数用杠杆法计算，各块板的影响线、布置最不利汽车荷载位置如下图(图4-5)所示。图4-5 支点处影响线纵坐标图(10-4)由图上可知边板梁端的。 中板梁端的。 空心板横向分布系数汇总见表4-

38、4。表4-4空心板的可变作用横向分布系数梁号荷载位置公路级备注空心板跨中mc0.322按“铰结板法”计算支点mo0.5按“杠杆法”计算1/4点m1/40.322按“铰结板法”计算4.2.3活载内力计算（1）均布荷载和内力影响线面积计算表4-5 均布荷载和内力影响线面积计算截面类型公路级均布荷载（KN/m）影响线面积（m2或m）影响线距离m影响线图式10.53.910.50.510.52.92510.50.75（2）冲击系数计算根据公路桥涵设计通用规范，简支梁桥的自振频率（基频）可采用下式计算：式中：。；，将上列数据代入公式；可知自振基频为：；根据公路桥涵设计通用规范(JTG D602004)，

39、有：则；跨中荷载横向分布系数：（铰接板法）；跨中荷载横向分布系数：（杠杆原理法）；（3）公路级中集中荷载计算，由教材表1-11查出：计算弯矩效应时：；计算剪力效应时：；（4）跨中及跨弯矩、和剪力Ql/2、Ql/4计算由于双车道不折减，故 Si= ，计算如下表：表4-6 跨中弯矩与剪力组合表截面荷载类型（kN/m）PK（kN）（1+）mc或miS（kNm或kN）SiSML/2公路I级10.5222.41.3090.32230.42134.63500.22/4=3.9365.59QL/2266.881.958.6364.870.556.24Ml/4222.422.815100.97375.163/

40、16=2.925274.19Ql/4266.884.387519.42103.790.7584.37（5）计算支点截面汽车荷载最大剪力图4-6 支点剪力计算简图m变化区荷载重心处的内力影响线坐标为：；支点剪力：4.3作用效应组合4.3.1按承载能力极限状态组合（）表4-7 承载能力极限状态组合序号荷 载类 型弯矩（kNm）剪力（kN）支点/4截面跨中支点/4截面跨中 = 1 * GB3 结构自重0558.76745.02191.0395.520 = 2 * GB3 汽车荷载0375.16500.22213.57103.7964.871.2 = 1 * GB3 0670.512894.02422

41、9.236114.62401.4 = 2 * GB3 0525.224700.308298.998145.30690.818Sud=+01195.7361594.332528.234259.9390.8184.3.2正常使用状态长期效应组合（）表4-8 正常使用状态长期效应组合序号荷 载类 型弯矩（kNm）剪力（kN）支点/4截面跨中支点/4截面跨中 = 1 * GB3 结构自重0558.762745.016191.0395.5150 = 2 * GB3 汽车荷载（不计冲击力）0286.601382.139163.15579.2949.5570.4 = 2 * GB3 0114.64152.8

42、5665.26231.71619.823 = 4 * GB3 SSD= = 1 * GB3 +0673.4897.876256.292127.23619.8234.3.3正常使用状态短期效应组合 （）表4-9 正常使用状态短期效应组合序号荷 载类 型弯矩（kNm）剪力（kN）支点/4截面跨中支点/4截面跨中 = 1 * GB3 结构自重0558.762745.016191.0395.5150 = 2 * GB3 汽车荷载（不计冲击力）0286.601382.139163.15579.2949.557 = 3 * GB3 0.7 = 2 * GB3 0200.620267.497114.2095

43、5.50334.69 = 4 * GB3 SSD= = 1 * GB3 + = 3 * GB3 0759.381012.517305.239151.02334.694.3.4弹性阶段截面应力计算标准值效应组合（）表4-10 正常使用状态短期效应组合序号荷 载类 型弯矩（kNm）剪力（kN）支点/4截面跨中支点/4截面跨中 = 1 * GB3 结构自重0558.762745.016191.0395.5150 = 2 * GB3 汽车荷载0375.16500.22213.57103.7964.87 = 3 * GB3 SSD= = 1 * GB3 + = 2 * GB3 0933.921245.2

44、4404.6199.3164.87第五章 预应力钢筋设计5.1预应力钢筋数量的估算 本桥设计时它应满足不同设计状况下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，在由构件的承载能力极限状态要求确定普通纲纪的数量。本桥以部分预应力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

45、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，应满足要求。式中: 在作用短期效应组合作用下，构件抗裂性验算边缘混凝土的法向拉应力；在初步设计时，和可按公式近似计算： (5-1) (5-2)式中: A,W构件毛截面面积及对毛截面受拉边缘的弹性抵抗矩； 预应力钢筋重心对毛截面重心轴的偏心矩，,可预先假定。代入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有效预加力为： (5-3)式中：混凝土抗拉强度标准值。本预应力空心板桥采用C50，=2.65Mpa,由第四章可得：空心板的毛截面换算面积：假设，则代入得： 则所需的预应力钢筋截面面积Ap为： (5-4)

46、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。本桥采用17股钢绞线作为预应力钢筋,直径15.2mm,公称截面面积139mm,=1860Mpa,=1260Mpa,=Mpa。按公预规,现取=0.70,预应力损失总和近似假定为20%张拉控制应力来估算,则采用4根4-15.2钢绞线，单根钢绞线公称面积139mm2,则=44139=2224mm2大于Ap=1702.52,满足要求。5.2预应力钢筋的布置预应力空心板选用4根4-15.2钢束布置在空心板两侧，具体布置图见图5-1, 和预应力钢筋布置应满足公预规的要求，钢绞线净距不小于25mm,端部设置长度不小于150mm

47、的螺旋钢筋等。图5-1 空心板中板跨中截面预应力钢筋的布置（单位：mm）5.3普通钢筋数量的估算及布置在预应力钢筋数量已经确定的情况下，可由正截面承载能力极限状态要求的条件确定普通钢筋的数量，暂不考虑在受压区配置预应力钢筋，也暂不考虑普通钢筋的影响。空心板截面根据惯性矩相等和面积相等可换算成等效工字形截面来考虑:取空心板受压翼缘计算宽度=124，且忽略铰缝。将空心板截面换算成工字形截面来考虑。换算原则是面积相等、惯性矩相同。由2=7656-(158+128) =4040cm2；得； =(76563/12+76560.52)-21283/36-21280.5(28.5-8/3)2-21583/3

48、6-21580.5(27.5-8/3)2=417811.3335cm4； 得 ， ；则等效工字形截面的上翼缘板厚度：；等效工字形截面的下翼缘板厚度：；等效工字形截面的肋板厚度：；等效工字形截面尺寸见下图：图5-2 空心板换算等效工字形截面（单位：cm）估算普通钢筋时，计算简图见图 5-3。图5-3 普通钢筋计算简图可先假定,则由下列可求得受压区的高度，设；由公预规，高速公路桥梁安全等级取一级, .由表3-9,跨中，查结构设计原理叶见曙版表3-2得知钢筋种类为HRB335的C50混凝土的相对界限受压区高度；代入上式得: 整理得: ,且；说明中和轴在翼缘板内,可用下式求得普通钢筋面积（普通钢筋选用

49、HRB335, ）:0；说明按受力计算不需要配置纵向普通钢筋，现按照构造要求配置：普通钢筋选用HRB335, 。由公预规,，普通钢筋选用。普通钢筋布置在空心板下缘一带(截面受拉边缘),沿空心板跨长直线布置。钢筋重心至板下缘40mm处,即，见图 5-4。图5-4 普通钢筋布置图（单位：mm）5.4换算截面几何特性计算由前面计算已知空心板毛截面的几何特性，毛截面面积,毛截面重心轴至1/2板高的距离,毛截面对其重心轴惯性。5.4.1换算截面面积A0 (5-5) (5-6) (5-7)代入得5.4.2换算截面重心位置所有钢筋换算截面对毛截面重心的静矩为：；换算截面重心至空心板毛截面重心的距离为：（向下

50、移）；则换算截面重心至空心板毛截面下缘的距离为：；则换算截面重心至空心板毛截面上缘的距离为：；换算截面重心至预应力钢筋重心的距离为：；换算截面重心至普通钢筋重心的距离为：；5.4.3换算截面惯性矩 5.4.4换算截面弹性抵抗矩下缘： ；上缘： ；5.5承载能力极限状态计算5.5.1跨中截面正截面抗弯承载力计算预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离，普通钢筋离截面底边的距离，则预应力钢筋和普通钢筋的合理作用点到截面底边的距离为。；采用换算等效工字形截面来计算，上翼缘厚度，上翼缘工作宽度，肋宽b=429mm.首先按公式来判断截面类型：；所以属于第一类T型，应按宽度的矩形截面来计算其抗弯承载力。由计

51、算混泥土受压区高度x: (5-8) ；将代入下式计算出跨中截面的抗弯承载力： =；计算结果表明，跨中截面抗弯承载力满足要求。5.6斜截面抗剪承载力计算5.6.1截面抗剪强度上、下限复核选取距支点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5.首先进行抗剪强度上、下限复核,按公预规5.2.9条： (5-9)式中:-验算截面处的剪力组合设计值(KN),由表3-9得支点处剪力及跨中截面剪力,内插得到的距支点=400mm处的截面剪力:；代入数据得：；计算结果表明空心板截面尺寸符合要求。按公预规5.2.10 条 由于，并对照表3-911沿跨长各截面的控制剪力组合设计值，在L/5至支点的部分区段

52、内按计算要求配置抗剪钢筋，其他区段可按构造要求配置箍筋。为了构造方便和便于施工，本设计预应力混凝土空心板不设弯起钢筋，计算剪力全部由混凝土和箍筋承受，则斜截面抗剪承载力按下式计算： (5-10) 式中，各系数按公预规5.2.7条规定采用：,；，箍筋采用双股，则写出箍筋间距的计算式为：=；,箍筋采用HRB335，则；取箍筋间距150mm，并按公预规要求，在支左中心向跨中方向不小于一倍梁高范围内，箍筋间距取100mm。故箍筋间距取100mm。配箍率：（按公预规9.3.13条规定，HRB335，）。在组合设计剪力值的部分梁段，可只按构造要求配置箍筋，设箍筋仍选用双肢，配筋率，则可求得构造配筋的箍筋间

53、距；取经过综合考虑和比较，箍筋沿空心板跨长布置如图6.1。 图5-1 空心板箍筋布置图（单位：cm）5.6.2斜截面抗剪承载力计算由图5-1，我们选取以下两个位置进行空心板斜截面抗剪承载力计算：距支左中心处截面，距跨中位置；距跨中位置处截面，（箍筋间距变化处）；计算截面的剪力组合设计值，可按表4-1由跨中和支点的设计枝内插得到,计算结果见表5-1。表5-1 各计算截面剪力组合设计值截面位置跨中剪力528.234414.984344.88690.818（1）支左中心处截面，由于是直线配筋，故此截面有效高度取与跨中近似相同，由于不设弯起钢筋，因此,斜截面抗剪承载力按下式计算：；此处,箍筋间距；抗剪

54、承载力满足要求。（2）距跨中位置处此处，箍筋间距，； 以上计算均表明满足斜截面抗剪承载力要求。第六章 预应力损失计算 预应力损失与施工工艺、材料性能及环境影响等有关，影响因素复杂。在无可靠试验资料的情况下，则按公路桥规的规定估算。本桥采用先张法施工。本桥预应力钢筋采用直径为15.2mm的17股钢绞线, ，控制应力取。6.1锚具变形、回缩引起的应力损失预应力钢绞线的有效长度取为张拉台座的长度，设台座长,采用一端张拉及夹片式锚具，有顶压时，则 (6-1) 6.2加热养护引起的温度损失 先张法预应力混凝土空心板采用加热养护的方法，为减少温度引起的预应力损失，采用分阶段养护措施。设控制预应力钢绞线与台

55、座之间的最大温差；则： =2。6.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失对于先张拉法构件， (6-2) ；由公预规6.2.8条，先张法构件传力锚固时的损失为： ；=0.31（0.521379.4/1860-0.26）1379.4=51.99MPa；,；则6.4钢筋松弛引起的应力损失 (6-3)式中， ；代入得,6.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 (6-4) ；， 为全部纵向钢筋截面重心至构件换算截面重心轴的距离，构件受拉区全部纵向钢筋重心处，由预应力（扣除相应阶段的预应力损失）和结构自重产生的混凝土法向压应力，其值为： (6-5) ； 预应力钢筋传力锚固龄期，计算龄期为t时的混凝土收缩应变 ，加

56、载龄期为，计算考虑的龄期为t时的徐变系数。 ；考虑自重的影响,由于收缩徐变持续时间较长，采用全部永久作用，查表3-6得空心板全部永久作用弯矩,，在全部钢筋重心处由自重产生的拉应力为:跨中截面：；： ；支点截面：；则全部纵向钢筋重心处的压应力为：跨中截面： ；： ；支点截面： ；公预规规定，不得大于传力锚固时混凝土立方体抗压强度的0.5倍，设传力锚固时，混凝土达到C30，则=30MP，0.5=15MP，则跨中、四分点、支点截面全部钢筋重心处的压应力为5.42MPa，7.138MPa，11.327MPa，均小于15 MPa，满足要求。设传力锚固龄期为7d，计算龄期为混凝土终极值tu，设桥梁所处环境

57、的大气相对湿度为75%，由前面计算知，空心板毛截面面积A=581000，空心板与大气接触的周边长度为u，u=2（71+551+113+120）+1240+1040+2（170+144+400）+460+520=6398mm理论厚度h=181.62；查公预规表6.2.7直线内插得到: 把各项数据代入计算公式得:跨中截面：；： ；支点截面：；6.6预应力损失组合传力锚固时第一批损失：；传力锚固后预应力损失总和:跨中截面：支点截面：各截面的有效预应力：。跨中截面：；： ；支点截面：；第七章 验算7.1正常使用极限状态计算7.1.1正截面抗裂性验算正截面抗裂性计算是对构件跨中截面混凝土的拉应力进行计算

58、，并满足公预规6.3条要求。对于部分预应力A类构件，应满足两个要求：第一，在作用短期效应组合下，；第二，在作用长期效应组合下，即不出现拉应力。为在作用短期效应组合下，空心板抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力空心板跨中截面弯矩，换算截面下缘抵抗矩；为扣除全部预应力损失后的预加力，在构件抗裂验算边缘产生的预压应力， (7-1)； ； (7-2) ；为在作用长期效应组合下，空心板抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力空心板跨中截面弯矩，换算截面下缘抵抗矩； ； ；符合公预规对A类构件的规定。7.1.2斜截面抗裂性验算部分预应力A类构件斜截面抗裂性验算是以主拉应力控制，采用作用的短期效应组合。选用支点截面，分别计

59、算支点截面A-A纤维（空洞顶面），B-B纤维（空心板换算截面），C-C纤维（空洞底面）处主拉应力，对于部分预应力A类构件应满足：；为混凝土的抗拉强度标准值，C50， ；验算主拉应力（1） A-A纤维： ( ) (7-3)为支点截面短期组合效应剪力设计值；为计算主拉应力处截面腹板的宽度480mm；为空心板A-A纤维以上截面对空心板换算截面重心轴的静矩：； ； (7-4)为竖向荷载产生的弯矩，在支点。； ；负值表示拉应力。预应力混凝土A类构件，在短期效应组合下，预制构件应符合；现A-A纤维：符合要求。（2）B-B纤维：；S=1240120（413.57-120/2）+240（413.57-120）

60、（413.57-120）/2=73.310mm； ； 为竖向荷载产生的弯矩，在支点， ； ； 负值表示拉应力。B-B纤维，符合公预规对部分预应力A类构件斜截面抗裂性要求。（3） C-C纤维： ；为竖向荷载产生的弯矩，在支点， ；B-B纤维上述结果表明，本桥空心板满足公预规对部分预应力A类构件斜截面抗裂性要求。7.2变形计算7.2.1正常使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期增长系数，对于C50混凝土，桥梁工程叶见曙版第三章第四节可知关于的取值：当采用C40C80混凝土时，取为1.451.35，中间强度等级可按直线内插取用。计算预应力混凝土简支梁预加力反拱时，