学士20米预应力混凝土简支t形梁桥毕业设计

PAGEPAGE86目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 3前言 5第一章桥型方案比选 61.1概述 61.2主要技术指标 61.3桥型方案比较 7第二章设计资料和结构尺寸 92.1设计资料 91.中华人民共和国交通部部标准：《公路工程技术标准》（JTGB01-2003） 107.姚玲森：《桥梁工程》，人民交通出版社，1985 109.公路桥涵设计手册：《基本资料》，人民交通出版社，1991 102.2结构尺寸 102.3、毛截面几何特性 11第三章内力计算 133.1恒载作用内力计算 133.2活载作用内力计算 14第四章预应力钢筋设计 224.1预应力钢筋数量的确定及布置 224.2换算截面几何特性计算 244.3预应力损失计算 25第五章截面强度与应力计算 295.1、按极限状态承载能力的计算 295.2、正常使用极限状态计算 315.3、持久状况应力验算 375.4、短暂状态应力验算 41第六章墩柱桩设计资料 428）.姚玲森：《桥梁工程》，人民交通出版社，1985 4310）公路桥涵设计手册：《桥梁附属构造与支座》，人民交通出版社，1991 4312）.公路桥涵设计手册：《基本资料》，人民交通出版社，1991 43第七章盖梁计算7.1荷载计算 447.2内力计算 547.3截面配筋设计及承载力校核 57第八章桥墩墩柱计算 618.1荷载计算 618.2截面配筋计算及应力验算 63第九章钻孔灌注桩计算 669.1荷载计算 679.2桩长计算 699.3桩的内力计算（m法） 709.4桩身截面配筋与强度验算 729.5墩顶纵向水平位移验算 75第十章埋置式桥台计算 7710.1设计资料 7710.2尺寸拟定 7710.3荷载计算 7910.4荷载组合 8410.5地基承载力验算 8510.6基底偏心距验算 8710.7基础稳定性验算 87结论 89总结与体会 90谢辞 错误！未定义书签。主要参考文献 911.中华人民共和国交通部部标准：《公路工程技术标准》（JTGB01-2003） 919.姚玲森：《桥梁工程》，人民交通出版社，1985 9211.公路桥涵设计手册：《桥梁附属构造与支座》，人民交通出版社，1991 9213.公路桥涵设计手册：《基本资料》，人民交通出版社，1991 9216、范立础、顾安邦：《桥梁工程》（上、下册）人民交通出版社，2004 92附录英文翻译 错误！未定义书签。摘要本设计根据毕业设计任务书给定的设计资料和地质资料，按照有关规范和资料选择2×20m装配式预应力混凝土空心板桥的方案进行设计。桥址区处于构造强烈剥蚀地貌的斜坡地带，地形起伏较大。本设计对该桥梁进行了完整的上部、下部结构计算、验算和施工图设计。关键词：预应力混凝土，空心板，桥墩,桥台，计算

AbstractInthepaper,Ichoosetheschemeof2*20massemblingtypeconcretehollowboardbridgeofprestressingforcetodesign，accordingtodesignmaterialswithdesignateddesignspecificationsofgraduationandgeologicalmaterials.Thelocationdistrictofthebridgeisinthestructureanddegradeintheslopeareaofthegroundformstrongly,thetopographyrisesandfallsrelativelylargly.thetopographyrisesandfallsrelativelylargly.Inthedesign,Icarryontheintacttoptobridgethisoriginally,underpartstructurecalculate,checkingcomputationsanddesignedtheconstrctiondrawing.Keyword:Theconcreteofprestressingforce,hollowboard,thepier,thebidgeabutment,calculate

前言本次毕业设计的目的在于培养学生综合运用所学知识，解决一般桥梁工程设计问题的能力。要求做到以下三点：（1）符合现行有关设计规范；（2）设计尽量采用新技术、新规范；（3）根据方案比较和技术经济计算来确定桥梁结构，使所选方案达到安全、经济、美观。本次毕业设计题目：预应力钢筋混凝土空心板桥设计。该桥单跨20米，共两跨。本设计共分四大部分阐述设计过程和内容。第一部分为桥型方案比选；第二部分为桥梁上部结构计算、设计和验算；第三部分为下部结构的桥墩计算和设计和验算；第四部分为下部结构的桥台计算、设计和验算。通过本次毕业设计，加深了桥梁工程、结构设计原理等基本理论和重要概念的理解，熟悉具体工程设计的计算内容、步骤与方法等等，使理论和实践有了一个有机的结合。在此次毕业设计中，与同学互相交流从他们那得到很大的帮助，在这里表示感谢。由于本人接触实际工程少，无论理论或经验上都很欠缺，设计水平十分有限，设计中还存在不少缺点和错误，恳请各位老师及同学批评指正。2006年6月第Ⅰ部分桥型方案比选第一章桥型方案比选1.1概述该桥位于保山地区，处于某三级公路上桥面净宽7m.。该桥为斜坡旱桥，桥址区内峰峦重迭，谷深坡陡，属构造侵蚀的澜沧江“V”字型峡谷地貌形态，桥址区处于构造强烈剥蚀地貌的斜坡地带，地形起伏较大。桥址区上覆为残坡积碎石土，松散～稍密，厚一般为0.00～10米，容许承载力fk=300～350kPa，岩土工程等级Ⅱ～Ⅲ级。覆盖层与下伏地层呈不整合接触。桥址区下伏为古生界崇山群（Ｐzch）地层，岩性为片岩夹变粒岩。强风化片岩夹变粒岩,节理裂隙很发育，具差异风化，容许承载力fk=400～450kPa，岩土工程等级Ⅲ～Ⅳ级；弱风化片岩夹变粒岩,节理裂隙发育，RQD=21～36%，岩石单轴饱和抗压强度9.9MPa，岩土工程等级Ⅳ～Ⅴ级。桥址区地下水以松散岩类孔隙水为主，基岩裂隙水次之，富水性弱～中等，且地下水位埋藏较深，地下水对墩台基础影响不大。1.2主要技术指标1）设计荷载：公路Ⅱ级2）道路等级：三级公路3）桥面宽度：净—7m，不设人行道，设50cm宽防撞护栏6）地震烈度：按8度设防7）纵坡：0.4%8）横坡：双向坡，2%。1.3桥型方案比较桥式方案比较是初步设计阶段的工作重点1构思宗旨(1).符合交通发展规划,满足交通功能要求,分孔跨径符合标准跨径.同时满足地基要求。(2).设计方案力求简洁,力求做到经济.又要保证结构受力合理,技术可靠,施工方便。2方案对比方案一：20米预应力混凝土简支T形梁桥孔径布置本方案选用2跨孔径，单跨标准跨径为20m。2）上部构造横向布置图主梁选用T形梁方案一3）墩台基础选用埋置式重力式桥台，桥墩采用钻孔灌注桩基础。4）施工方案采用整体吊装。预应力钢筋用后张法张拉工艺进行施工。方案二：20米预应力混凝土简支空心板桥1）孔径布置本方案选用2跨孔径，单跨标准跨径为20m。2）上部构造横向布置图主梁选用空心板方案二3）墩台基础选用埋置式重力式桥台，桥墩采用钻孔灌注桩。4）施工方案采用整体吊装。空心板采用先张法制造工艺进行预制施工。3方案点评（1）、从结构的外型看，方案一为梁式结构，方案二为板式结构。（2）、根据构思宗旨，桥型方案应满足结构简单明了、受力合理、技术可靠、施工方便。以上两个方案基本都满足这一要求。（3）、方案二外形比较简单，制作方便，做成装配式的预制构件，重力小，架设方便，又经济。该方案较好的体现了设计构思的思想，结构合理、工艺成熟。方案一虽然也满足结构合理、工艺成熟，但造价较高。(4)从施工难度看，两种方案的差别不大，都是充分利用当地材料，搭设少量支架，进行预制拼装。结语：这两个方案都符合安全、功能、美观的要求，但是方案二工期短、造价低。因此以方案二作为推荐方案，进行设计。第Ⅱ部分公路预应力混凝土空心板桥设计书第二章设计资料和结构尺寸2.1设计资料1）标准跨径：20.00m2）计算跨径：19.60m3）设计荷载：汽车荷载：公路Ⅱ级4）桥面净空：净宽7m，本桥为直线桥，路拱横坡坡度为2.0%。5）桥面纵坡：桥面纵坡取0.4%6）主要材料1、混凝土：空心板、铰接缝，桥面混凝土铺装层C40；防撞护墙为C25；桥面面层为沥青混凝土。混凝土技术指标表表2—1种类设计强度标准强度弹性摸量轴心抗压轴心抗拉轴心抗压轴心抗拉C25（MPa）11.51.2316.71.78C40（MPa）18.41.6526.82.402、预应力钢绞线：预应力钢绞线技术指标表表2—2种类直径弹性模量抗拉设计强度抗压设计强度标准强度MPa1260MPa390MPa1860MPa7）、计算方法：极限状态法。8）、设计依据1.中华人民共和国交通部部标准：《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2.中华人民共和国交通部部标准：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）3.中华人民共和国交通部部标准：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTDD62—2004）4.中华人民共和国交通部部标准：《公路桥位勘测设计规范》(JTJ62-91)5.中华人民共和国交通部部标准：《公路抗震设计规范》(JTJ004-98)6.中华人民共和国交通部部标准：《公路工程勘测桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）7.姚玲森：《桥梁工程》，人民交通出版社，19858.公路桥涵设计手册：《梁桥》（上、下册），人民交通出版社，19919.公路桥涵设计手册：《基本资料》，人民交通出版社，199110.易建国：《桥梁计算示例集》，199111.叶见曙：《结构设计原理》，人民交通出版社，19972.2结构尺寸本桥按三级公路桥梁设计，桥面净宽7米，两侧为防撞护墙。全桥采用8块预制的预应力混凝土空心板，每块板的宽度为0.99米，采用先张法施工。桥梁横断面布置如下图2—1。图2—1桥梁横断面（尺寸单位：cm）2.3、毛截面几何特性1）、毛截面面积板横断面如图2—2所示其中：所以得2）、毛截面重心位置求全断面对1/2板高处的静距：则毛截面重心距板高1/2处的距离为3）、毛截面对重心的惯距图2—2板断面尺寸单位：cm第三章内力计算3.1恒载作用内力计算1、桥面铺装及护拦重力护栏的重力取用两侧共计15KN/m桥面铺装：为简化计算将护栏和桥面铺装的重力平均分配给每块桥板，得：2、铰和接缝重力铰的面积：接缝面积：得：3、行车道板重力恒载总重力：根据恒载集度计算所得恒载内力见表3—1恒载内力表表3—1荷载g(kN/m)L(m)M(kN.m)Q(kN)跨中1/4跨Q支点Q1/4点单块板重10.6219.60509.97382.48104.0852.04全部恒载18.6419.60895.09671.32182.6791.343.2活载作用内力计算对于用现浇混凝土众向企口缝铰接的装配式板桥，可利用交接板法来计算跨中的荷载横向分布，其支点处的荷载横向分布可利用杠杆原理法进行计算。计算刚度参数γ式中：为板截面的抗扭刚度，板的截面简化如图3—1所示。按单箱截面计算：；；其中：图3—1板断面尺寸简化单位：cm2、荷载横向分布影响线根据横向共8块板，，由梁桥（上册）附表（二）“铰接板桥荷载横向分布系数表”，梁8—1至梁8—4，得到1号至4号各块板的横向影响线坐标值如表3—2，并据以绘制成的横向分布影响图如图3—2。影响线竖标值表3—2板号横向影响线坐标载位1号2号3号4号5号6号7号8号1号0.0100.0200.01110.1940.2430.1990.1700.1980.1730.1420.1500.1430.1210.1160.1200.1060.0920.1040.0950.0750.0930.0880.0650.0850.0840.0600.0812号0.0100.0200.01110.1700.1980.1730.1670.1950.1700.1490.1640.1510.1270.1260.1270.1100.1000.1090.0990.0820.0970.0910.0700.0890.0880.0650.0853号0.0100.0200.01110.1420.1500.1430.1490.1640.1510.1510.1710.1530.1380.1480.1390.1200.1160.1200.1070.0950.1060.0990.0820.0970.0950.0750.0934号0.0100.0200.01110.1210.1160.1200.1270.1260.1270.1380.1480.1390.1440.1600.1460.1340.1430.1350.1200.1160.1200.1100.1000.1090.1060.0920.104图3—2各板梁荷载横向分布影响线（尺寸单位：cm）3、计算车道荷载横向分布系数按照《公路桥涵设计通用规范》规定沿横向确定最不利荷载位置后，就可计算各板跨中横向分布系数。车道荷载横向分布系数按设计车道数，布置车辆荷载进行计算，其中。本桥净宽7米，按规定考虑两车道加载。计算如下：板号1：板号2：板号3：板号4：由计算结果可得，板号3车道荷载横向分布系数最大，。为了设计和施工方便，将各块板设计成同一规格，即以3号板进行设计。4、支点处荷载横向分布系数支点处荷载横向分布系数按杠杆法进行计算，算得。将3号板的荷载横向分布系数汇总如表3—33号板荷载横向分布系数表表3—3荷载跨中—四分点支点两行车0.2640.500计算图见图3—3：图3—33号板支点荷载横向分布影响线（尺寸单位：cm）荷载横向分布系数沿桥跨的变化按跨中到四分点处保持不变的，从四分点到支点处的区段内荷载横向分布系数呈直线变化，如图3—4图3—4沿桥纵向m值的变化（尺寸单位：cm）5、活载作用内力计算（1）弯矩车道荷载作用在一块板上的内力数值，可以按截面内力一般公式计算，即：式中：①为冲击系数；由《公路桥涵设计通用规范》计算得因此，故；②是多车道桥涵的车道荷载横向折减系数，按《桥规》规定横向布置设计车道数为2条时取1.00；③是沿桥跨纵向与荷载位置对应的横向分布系数；④为车道荷载的值；⑤沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值。跨中弯矩计算：图3—5跨中弯矩计算（尺寸单位：cm）1/4跨弯矩计算：图3—61/4跨弯矩计算（尺寸单位：cm）（2）、剪力由车道荷载作用而产生的内力仍可按截面内力的一般公式进行，即跨中剪力：图3—7跨中剪力计算（尺寸单位：cm）1/4跨处的剪力：图3—81/4跨剪力计算（尺寸单位：cm）支点处的剪力：图3—9支点剪力计算（尺寸单位：cm）（3）、内力组合①根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60—2004规定，按承载能力极限状态设计时，查得相关系数从而得如下效应组合式：将以上所得结果列表计算，以便得出控制设计的计算内力，具体计算见表3—4计算内力汇总表表3—4序号荷载类别弯矩（KN﹒m）剪力（KN）跨中L/4点支点跨中L/4点（1）恒载895.09671.32182.67091.34（2）公路Ⅱ级汽车荷载409.03309.04159.8247.4767.67（3）1.2×（1）1074.11805.58219.200109.61（4）1.4×（2）572.64432.66223.7566.4694.74（5）1646.751238.24442.9566.46204.35②根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60—2004规定，公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，分为短期效应组合和长期效应组合两种情形。查得相关系数从而得如下效应组合式：短期效应组合；长期效应组合将以上所得结果列表计算，以便得出控制设计的计算内力，具体计算见表3—5计算内力汇总表表3—5序号荷载类别弯矩（KN﹒m）剪力（KN）跨中L/4点支点跨中L/4点（1）恒载895.09671.32182.67091.34（2）公路Ⅱ级汽车荷载409.03309.04159.8247.4767.67（3）0.7×（2）/237.41179.3892.7627.5539.28（4）0.4×（2）/135.67102.5053.0115.7422.44（5）短期1132.50850.70275.4327.55130.62（6）长期1030.76773.82235.6815.74113.78第四章预应力钢筋设计4.1预应力钢筋数量的确定及布置设计按全预应力混凝土梁进行设计。根据跨中截面正截面的不出现拉应力的要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为Ms为荷载短期效应弯矩组合设计值，由表查得Ms=1132.50kN﹒m；估算钢筋数量时，可近似采用毛截面几何性质：为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离，。假设，则由此得到拟采用钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积-，抗拉强度标准值，张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制预应力的20%估算。所需预应力钢绞线的根数为：，取14根根据计算每块板选用14根钢绞线，供给的预应力钢筋截面积。预应力筋束的布置见图4—1图4—1预应力筋布置图4.2换算截面几何特性计算1、换算截面面积式中：——钢绞线的弹性模量与混凝土弹性模量的比值，2、换算截面重心位置钢绞线换算截面对毛截面重心的静距换算截面重心对毛截面重心的偏离（向下）换算截面重心至截面上、下缘的距离钢绞线重心至换算截面重心的距离3、换算截面的惯矩4、截面抗弯模量4.3预应力损失计算预应力钢绞线控制张拉应力式中：——预应力钢筋抗拉强度标准值1、预应力直线钢筋由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失式中——张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值（mm），由《公预规》按表6.2.3采用；——张拉端至锚固端之间的距离（mm）。这里是先张法台座长，假设为100m。采用无顶压夹片式锚具和环氧树脂砂浆接缝，查表计算得2、加热养护损失式中：——混凝土加热养护时，受拉钢筋的最高温度（）；——张拉钢筋时，制造场地的温度（）。假设则3、先张法预应力混凝土构件，放松钢筋时由混凝土弹性压缩引起的预应力损失式中——在计算截面钢筋重心处，由全部钢筋预加力产生的混凝土法向预应力（MPa）。式中：——先张法构件的预应力钢筋和普通钢筋的合力；——换算截面重心至预应力钢筋和普通钢筋合力点的距离；——换算截面重心至计算纤维处的距离。其中、——受拉区、受压区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，，；、——受拉区、受压区预应力钢筋的截面面积；、——受拉区、受压区普通钢筋的截面面积；、——受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处由混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值。本设计中采用全预应力混凝土设计，取，，得所以=13.75MPa因此得4、钢绞线松弛损失式中——张拉系数，超次张拉时，，本设计采用超张拉；——钢筋松弛系数，Ⅱ级松弛，，本设计采用Ⅱ级松弛；——传力锚固时的钢筋应力，对先张法构件，。因此：取，得所以5、由混凝土收缩、徐变引起的预应力钢筋的预应力损失式中：——构件受拉区全部纵向钢筋配筋率；——构件受拉区预应力钢筋和普通钢筋截面重心至构件截面重心轴的距离；——构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处由预应力产生的混凝土法向压应力；——预应力传力锚固龄期为，计算龄期为t时的混凝土收缩应变；——加载龄期为，计算龄期为t时的混凝土徐变系数。设混凝土传力锚固龄期及加载龄期均为28天，计算时间，桥梁所处环境的年平均相对湿度为75%，计算理论厚度h如下：查《公预规》JTGD62—2004的表6.2.7得：对先张法构件：，因此得：5、永存预应力值总的预应力损失为：永存预应力值为：第五章截面强度与应力计算5.1、按极限状态承载能力的计算1、跨中正截面强度计算（1）受压区高度跨中截面有预应力钢绞线14根，，；受压区混凝土抗压强度取C40号混凝土强度，，由此得：得说明受压区位于顶板范围内，强度计算可以按矩形截面进行。（2）截面强度计算满足要求截面抗弯承载力为：计算结果表明，跨中截面的抗弯承载力满足要求。2、斜截面抗剪强度计算由《公预规》JTGD62—2004，5.2.10得，对板式受弯构件，当符合下列条件时可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按《公预规》9.3.13条构造要求布置箍筋。式中：，——计量单位为mm——混凝土抗拉强度设计值——预应力提高系数，板式受弯可取为1.25——桥梁结构的重要性系数，本桥设计为安全等级为二级，因此取所以本设计不需进行斜截面抗剪承载力的演算，只需按构造要求进行箍筋配置。5.2、正常使用极限状态计算1、全预应力混凝土构件抗裂性验算（1）正截面抗裂性验算正截面抗裂性验算以跨中截面受拉边的正应力控制。对于全预应力预制混凝土构件，在荷载短期效应组合作用下应满足：式中：——在荷载短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，，为按作用短期效应组合计算的弯矩值；——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混凝土预压，应力，=2268.45KN所以计算结果表明，正截面抗裂性满足要求。（2）斜截面抗裂性验算斜截面抗裂性验算以主拉应力控制，对于全预应力预制混凝土构件，在短期效应组合下主拉应力应满足于式预应力混凝土受弯构件由短期效应组合作用下的的混凝土主拉应力应按下列公式计算式中：——在计算主应力点，由预加力和按短期效应组合计算的弯矩产生的混凝土法向应力；——在计算主应力点，由预应力弯起钢筋的预加力和按荷载短期效应组合计算的剪力产生的混凝土剪应力。——纵向预应力弯起钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力；——计算主应力点以上（或以下）部分换算截面面积对换算截面重心轴的面积矩；——计算主应力点以上（或以下）部分净截面面积对净截面重心轴的面积矩；——扣除全部预应力损失后的纵向预加力产生的混凝土法向预压应力；——换算截面重心轴至计算主应力点的距离；——为对应的所求主应力点的薄壁宽。经计算，支点剪力最大，因此截面主拉应力验算以支点截面控制，计算如下对于先张法构件计算如下：=2109.11KN①计算支点截面形心轴的主拉应力（位于换算截面重心轴的上侧）所以本设计不考虑纵向预应力弯起钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力：截面形心轴以上对换算截面重心轴的静距经计算得，所以，满足规范要求②计算支点截面最小壁厚处主拉应力本设计采用的空心板最小壁厚处即1/2板高处（位于换算截面重心轴的上侧）所以1/2板高截面以上对换算截面重心轴的静距经计算得，所以，满足规范要求计算结果表明，1/2板高处主拉应力最大，其数值为，小于规范规定的限值2、变形计算（1）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，并考虑挠度长期影响系数，对C40混凝土，，对全预应力混凝土构件，其全截面的抗弯刚度。预应力混凝土简支梁的挠度计算，截面刚度可按跨中截面尺寸及配筋情况确定，即取荷载短期效应组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算：式中，，。自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算：消除自重产生的挠度，并考虑挠度长期影响系数后，使用阶段挠度值为《公预规》JTGD62—2004规定，预应力混凝土受弯构件考虑长期增长系数后计算的长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后，梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600。计算结果表明，使用阶段的挠度值满足规范要求。（2）预加力引起的反拱计算，由《公预归》，可用结构力学方法按刚度进行计算，并乘以长期增长系数。计算使用阶段预加力反拱值时，预应力钢筋的预加力应口除全部预应力损失，长期增长系数取用。本设计中，截面刚度按跨中截面净截面确定，即取：预加力引起的跨中挠度为：式中：——所求变形点作用竖向单位力引起的弯矩图；——预加力引起的弯矩图。本设计为等截面梁，对等截面梁可不进行上式的积分计算，其变形值由图乘法确定，在预加力作用下，跨中截面的反拱可按下式计算：为跨中截面作用单位力时，所产生的图在半跨范围内的面积：为半跨范围图重心（距支点L/3处）所对应的预加力引起的弯炬图的纵坐标为有效预加力，，其中，近似取L/4截面的损失值：；为距支点L/3处的预应力束偏心距，本设计中，。由预加力产生的跨中反拱为将预加力引起的反拱与按荷载短期效应影响产生的长期挠度值相比较可知由于预加力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度值，所以可不设预拱度。5.3、持久状况应力验算由《公预规》，按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向应力、受拉钢筋的拉应力及斜截面的主压应力。计算时作用（或荷载）取其标准值，不计分项系数，汽车荷载应考虑冲击系数。1、跨中截面混凝土法向正应力验算全预应力混凝土受弯构件，由作用（或荷载）标准值产生的混凝土法向压应力，采用下列公式计算：由预加力产生的正截面混凝土压应力，采用下列公式计算：=2268.45KN所以满足规范要求2、跨中截面预应力钢筋拉应力验算全预应力混凝土受弯构件，由作用（或荷载）标准值产生的预应力钢筋应力，采用下列公式计算：全预应力混凝土受弯构件，受拉区预应力钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力计算如下所以，满足规范要求3、斜截面主应力验算由《公预规》知，预应力混凝土受弯构件由作用（或荷载）标准值和预加力产生的混凝土主压应力，应按下式计算；式中：——在计算主应力点，由预加力和按作用（或荷载）标准值计算的弯矩产生的混凝土法向应力；——在计算主应力点，由预应力弯起钢筋的预加力和按作用（或荷载）标准值计算的剪力产生的混凝土剪应力。——纵向预应力弯起钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力；——计算主应力点以上（或以下）部分换算截面面积对换算截面重心轴的面积矩；——计算主应力点以上（或以下）部分净截面面积对净截面重心轴的面积矩；——扣除全部预应力损失后的纵向预加力产生的混凝土法向预压应力；——换算截面重心轴至计算主应力点的距离；——为对应的所求主应力点的薄壁宽。经计算，支点剪力最大，因此截面主应力验算以支点截面控制，计算如下对于先张法构件计算如下：=2109.11KN①计算支点截面形心轴的主拉应力（位于换算截面重心轴的上侧）所以本设计不考虑纵向预应力弯起钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力：截面形心轴以上对换算截面重心轴的静距经计算得，得得，满足规范要求②计算支点截面最小壁厚处主拉应力本设计采用的空心板最小壁厚处即1/2板高处（位于换算截面重心轴的上侧）所以1/2板高截面以上对换算截面重心轴的静距经计算得，得得，满足规范要求因此，综上所得结果，由《公预规》得当时，箍筋可仅按构造要求设置；混凝土主压应力满足规范要求。5.4、短暂状态应力验算预应力混凝土结构按短状状态设计时，应计算构件在制造、运输及安装等施工阶段，由预加力（扣除相应的应力损失）、构件自重及其他施工荷载引起的截面应力。对简支梁，以跨中截面上、下缘混凝土正应力控制。（1）上缘混凝土应力=2268.45KN所以求得上缘混凝土应力如下，不出现拉应力（上缘）由《公预规》JTGD62—2004，当时，预拉区应配置的纵向钢筋配筋率按0.2%与0.4%的两者直线内插取用，取时的配筋率为0.2%，时为0.4%。纵向钢筋配筋率应不小于如下计算值对于先张法构件：应计入令式中为预拉区普通钢筋截面面积通过上式求得当0时，因此预拉区纵向钢筋可根据构造要求来布置。（2）下缘混凝土应力=2268.45KN所以求得下缘混凝土应力如下符合规范要求计算结果表明，在预施应力阶段，梁的上缘不出现拉应力，下缘混凝土的压应力满足规范要求。第Ⅲ部分钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算第六章墩柱桩设计资料1设计标准及上部构造：设计荷载：公路-Ⅱ级桥面净空：净-7附2*0.5M防撞护栏标准跨径：，梁长19.96m;上部构造：预应力混凝土空心板。2、地质条件全桥附近以卵石、碎石土、亚粘土、细砂岩、石英砂岩为主，在桩基地面线15米下有弱风化砂岩层。3、材料钢筋：盖梁主筋用Ⅱ级钢筋，其他使用Ⅰ级钢筋；混凝土：盖梁采用30号，墩柱采用25号，管桩用25号混凝土。4、计算方法：容许应力法。5、桥墩尺寸如图7-1所示6.设计依据：1）《公路桥涵设计设计通用规范》（JTGD60—2004）；2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）。3）.中华人民共和国交通部部标准：《公路桥位勘测设计规范》(JTJ62-91)4）.中华人民共和国交通部部标准：《公路抗震设计规范》(JTJ004-98)5）.中华人民共和国交通部部标准：《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)6）.中华人民共和国交通部部标准：《公路工程勘测桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）7）.中华人民共和国交通部部标准：《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTJ024—85）8）.姚玲森：《桥梁工程》，人民交通出版社，19859）.公路桥涵设计手册：《墩台与基础》，人民交通出版社，199110）公路桥涵设计手册：《桥梁附属构造与支座》，人民交通出版社，199111）.公路桥涵设计手册：《梁桥》（上、下册），人民交通出版社，199112）.公路桥涵设计手册：《基本资料》，人民交通出版社，199113）易建国：《桥梁计算示例集》，199114）.叶见曙：《结构设计原理》，人民交通出版社，1997第七章盖梁计算7.1荷载计算上部构造恒载见表7-1上部构造恒载表表7-1每块板自重（kN/m）一孔上部构造总重（kN）每个支座恒载反力（kN）18.642922.75182.672、盖梁自重及内力计算图7-2见表7-2图7-2图7-1盖梁自重及产生的弯矩、剪力计算表7-2截面编号自重（kN）弯矩（kN.m）剪力（kN）Q左Q右1-1-16.09-16.092-2-39.6-39.63-3-59.469.304-452.8052.805-500活载计算支点处活载横向分布系数计算，荷载对称布置时用杠杆原理法，非对称布置时用偏心压力法。1）公路Ⅱ级单列车，对称布置（图7-3）时2)双列车对称布置（图7-4）时单列车，非对称布置（图7-5）时：由已知n=8,e=2.10则4）双列车，非对称布置（图7-5）时：已知n=8,e=0.55,则（2）按顺桥向活载移动情况，求得支座活载反力的最大值。1）公路Ⅱ级：①单孔荷载（图7-6）图7—6单列车时：当为两列车时：②双孔荷载（图7-7）图7-7单列车时：当为两列车时：各梁支点反力计算表表7-3荷载分布情况公路Ⅱ级（KN）计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔BR1BR1对称布置单列行车292.42369.84双列行车292.42369.84非对称布置单列行车292.42369.84双列行车584.84739.68（3）、活载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为）（4）、各梁恒载、活载反力组合:按承载能力极限状态进行效益组合，计算见表7-4。表中均取用各梁的最大值。其冲击系数为：（上部结构计算中已求得）各梁恒载、活载反力组合计算表（单位：KN）表7-4编号荷载情况1#梁R12#梁R23#梁R34#梁R45#梁R56#梁R67#梁R78#梁R8①恒载365.34365.34365.34365.34365.34365.34365.34365.34②公路Ⅱ级双列车对称0211.8644.60189.56189.5644.60211.860③公路Ⅱ级双列车非对称152.55140.95129.34117.75106.1593.6782.0770.47④1.2×①+1.4×②438.41735.01500.85703.79703.79500.85735.01438.41⑤1.2×①+1.4×③651.98635.74619.48603.26587.02569.55553.31537.07影响线长度按双孔计，即为2×19.6=39.2米。且表中汽车荷载项已计入冲击系数。4。双柱反力Gi计算（图7-8），所引用的各梁反力见表7-5双柱反力Gi计算表7-5荷载组合情况计算式反力Gi（KN）组合4公路Ⅱ级双列对称2378.06组合5公路Ⅱ级双列非对称2543.29由表2-5可知，偏载左边的立柱反力最大（即G1）G2），并由组合5控制设计。7.2内力计算1、恒载加活载作用下各截面的内力（1）弯矩计算（图7-8）：截面位置见图。为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置是数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。图7-8按图7-8给出的截面位置，各截面弯矩计算式为：各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表7-6。注意的是，表中内力计算未考虑施工荷载的影响。各截面弯矩计算表7-6荷载组合情况墩柱反力KN梁的反力KN各截面弯矩KN.mG1R1R2R3R42——23——34——45——5组合4公路Ⅱ级双列对称2378.06438.41735.01500.85703.79-350.73-907.78-305.46518.80组合5公路Ⅱ级双列非对称2543.29651.98635.74619.48603.26-521.58-1167.07-539.28238.78（2）相应于最大弯矩时的剪力计算。一般计算公式为：截面1-1：V左=0，V右=0截面2-2:V左=V右=-R1截面3-3：V左=-（R1+R2），V右=G1-（R1+R2）截面4-4：V左=G1-（R1+R2）V右=G1-R1-R2截面5-5：V左=G1-（R1+R2+R3+R4）V右=G1-（R1+R2+R3+R4）计算值见表7—7各截面剪力计算（单位：KN）表7—7荷载组合情况墩柱反力KNG1梁的反力KN各截面剪力KNR1R2R3R4１——１2——23——34——45——5Q左Q右Q左Q右Q左Q右Q左Q右Q左Q右组合4公路Ⅱ级2378.06438.41735.01500.85703.7900-438.41-438.41-1173.421204.641204.641204.6400组合5公路Ⅱ级2543.29651.98635.74619.48603.2600-651.98-651.98-1287.721255.571255.571255.5732.8332.832、盖梁内力汇总（表7—8）表中各截面内力均取表7—6、7—7中的最大值。按表7—8可绘制内力计算值的包络图。盖梁内力汇总表表7—8截面号内力1——12——23——34——45——5弯矩KN.mM自重-6.13-28.59-58.29-27.7614.48M荷载0-521.58-1167.07-539.28518.80-6.13550.17-1225.36-567.04533.28剪力KNV自重左-16.09-39.6-59.452.80右-16.09-39.669.352.80V荷载左0-651.98-1287.721255.5732.83右0-651.981255.571255.5732.83计算左-16.09-691.58-1347.121308.3732.83右-16.09-691.581324.871308.3732.837.3截面配筋设计及承载力校核由《公预规》JTGD62—2004，8.2.2条规定得，当简支梁当时，钢筋混凝土盖梁按8.2节规定计算。本设计中，故应按8.2节规定计算。采用30号混凝土，主筋用25Ⅱ级钢筋，保护层用5cm(钢筋中心至混凝土边缘）。一根25钢筋的面积查“公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范”得到1、弯矩作用时配筋计算各截面所需钢筋量，见表7—9。实际配筋量见图7—9。对比可知：原有标准图（灌注桩双柱式桥墩，跨径20m，公路Ⅱ级，净）的墩帽钢筋用量是足够的，均大于计算值。钢筋混凝土盖梁的正截面抗弯承载力应满足关系式：其中，故本设计中，而因此——桥梁结构的重要性系数，本桥设计为安全等级为二级，因此取对Ⅱ级钢筋，由公预规表5.2.1得，本设计中各截面钢筋量计算表7—9截面号）所需根数实用25钢筋根数1-1-50.050.300.06629.450.3272-2553.4220.234.12839.270.3123-3-1225.361.21.057.7846.019.371049.090.3904-4-567.041.21.053.5220.824.24839.270.3125-5533.281.21.053.3119.583.991049.090.390注：本桥涵设计安全等级为二级，故取表中所求值均满足的要求剪力作用时配筋计算斜筋、箍筋的配置钢筋混凝土盖梁的抗剪截面应符合下列要求故由前面计算的知，恒满足要求。钢筋混凝土盖梁的斜截面抗剪承载力按下列规定计算本设计中截面1—1，5—5抗剪承载力满足要求，只需按构造配箍筋。其余截面，取，箍筋采用Ⅰ级圆筋，其相关参数如下所示。且接近墩柱中心线在在1.1m内，故由构造要求，均取，得。截面承载力验算表表7—10截面号（KN）（KN.m）(m)(m)（KN）1-1-16.09-529.450.3270.3270.18/-16.092-2-691.585539.270.3120.3120.251553.06-691.583-3-1347.12-1225.361.21.0549.090.3900.3900.251566.381324.874-41308.37-567.041.21.0539.270.3120.3120.251549.871308.375-532.83533.281.21.0549.090.3900.3900.18/32.83，由上表计算，知钢筋混凝土盖梁满足如下要求图7—9第八章桥墩墩柱计算8.1荷载计算墩柱一般尺寸见图7—1，墩柱直径为100cm,用25号混凝土，Ⅰ级钢筋。1、恒荷载计算：由前计算得（1）上部构造恒载，一孔重2922.75kN（2）盖梁自重（半根盖梁）128.7KN（3）墩柱自重3.1416××5.5×25=108.00KN（4）横系梁重1.00×0.7×3.2×25=56kN2、活载计算：荷载布置及行驶情况见图7—6、7—7，由盖梁计算得知（1）公路Ⅱ级〖1〗单孔荷载：单列车时B=292.42KN相应的制动力：T=（7.9×19.6+179）×0.1=33.38KN＜90KN，故取T=90KN〖2〗双孔荷载：单列车时B=369.84KN相应的制动力：T=（7.9×19.6×2+179）×0.1=48.68KN＜90KN，故取T=90KN3、双柱反力横向分布计算（活载位置见图8—1）单列双列（1）公路Ⅱ级单列车时：双列车时：4、荷载组合（1）最大最小垂直反力时，计算见表8—1。活载组合垂直反力计算（双孔）表8—1编号荷载情况最大垂直反力KN最小垂直反力KN横向分布B横向分布B1公路Ⅱ级单列车1446.03002双列车0.631562.890.369329.17表中公路Ⅱ级项内冲击系数：=1.206。（2）最大弯矩时，计算见表8—2活载组合最大弯矩计算（单孔）表8—2编号荷载情况墩柱顶反力计算式垂直力KN水平力H（KN）对柱顶中心弯矩+×0.25H×1.141上部构造与盖梁恒载//1590.08/002公路Ⅱ级单孔双列车445.060445.0630111.2734.2表内水平力由两墩柱平均分配。8.2截面配筋计算及应力验算1、作用于墩柱顶的外力（图8—2）图8—2（1）垂直力最大垂直力：Nmax汽=1590.08＋562.89=2152.97KN最小垂直力：Nmin=1590.08＋445.06=2035.14KN（2）水平力H=30KN（3）弯矩Mmax=111.27+34.2=145.47KN·m2、作用于墩柱底的外力Nmax=2152.97+108=2260.97KNNmin=2035.14+108=2143.14KNMmax=145.47+30×5.5=310.47KN.m3、截面配筋计算（截面1—1，见图8—2）已知墩柱用25号混凝土，按照《公预规》，计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比的构件，应考率构件在作用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响。此时应将轴向力对截面的重心轴的偏心距乘以偏心距增大系数。本设计中，故不计偏心弯矩的增大系数。（1）双孔荷载最大垂直反力时，墩柱按轴心受压构件计算。式中：m钢筋屈服强度与混凝土轴心抗压极限强度的比值，按Ⅰ级钢筋与25号混凝土可查表得m=18。故（2）单孔荷载最大弯矩时，墩柱按小偏心受压构件验算。按圆形钢筋混凝土截面杆件强度计算公式上式中T’、S可查有关表格，亦可按下式求得：代入后，得到压应力：钢筋应力：混凝土拉应力小于容许应力，表明墩柱不会出现裂缝，按小偏心构件计算可行。墩柱配筋满足规范要求。箍筋可按构件要求配置。第九章钻孔灌注桩计算钻孔灌注桩直径为1.20m，用25号混凝土，16I级钢筋。灌注按m法计算，m值为软塑粘土。桩身混凝土受压弹性模量9.1荷载计算1、两孔恒载反力（图9—1）N1=0.5×2922.75=1461.38KN2、盖梁恒载反力N2=128.7KN3、系梁恒重反力N3=0.5×56=28KN4、一根墩柱恒重N4=108.00KN作用于桩顶的恒载反力N恒为:N恒=N1＋N2＋N3＋N4=1726.08KN图9—15、灌注桩每延米自重6、活载反力（1）两跨活载反力：N5=562.89KN（公路Ⅱ级、双列车）（2）单跨活载反力：N6=445.06KN（公路Ⅱ级、双列车）（3）制动力T，作用点在支座中心，距桩顶距离为（0.5×0.042+1.1+5.5）=6.621米（4）纵向风力：由《公路桥涵设计通用规范》桥墩上顺桥向可按横桥向风压的70%乘以桥墩迎风面积计算。，本设计桥地处保山，可以查附表A，取50年一遇的横向基本风压300Pa作为设计风压，则0.7×300=210Pa则由盖梁引起的风力：W1=1/2×1.802=0.901KN，对桩顶的力臂为1.1×0.5+5.5=6.05m。墩柱引起的风力W2=2.18KN，对桩顶的力臂为0.5×5.5=2.75m。横向风力因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。7、作用于桩顶的外力图9—2图9—2Nmax=1726.08+562.89=2288.97kN（双孔）Nmin=1726.08+445.06=2171.14kN(单孔)H=30+0.901+2.18=33.08KNM=N6×0.25+T×6.621+W1×6.05+W2×2.75=111.27+198.63+5.45+6.00=321.35KN·M（单跨活载时）8、作用于地面处桩顶上的外力Nmax=2288.97+28.27=2317.24KNNmin=2171.14+28.27=2199.41KNHo=33.08KNMo=111.27+228.63+5.45++6.00+0.901+2.18=354.43KN·M9.2桩长计算由于假定土层是单一的，可用确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则式中：U——桩周长，考虑旋转式钻孔，成孔直径增大5cm,则——桩臂极限摩阻力，按表值取为70KPa——土层深度——考虑桩如图深度影响的修正系数，取为0.70；——考虑孔底沉淀层厚度的清底系数，取为0.80；——桩底截面积，——桩底土层容许承载力，取=300KPa——深度修正系数，取=1.5；——土的容重，取=18KN/；——一般冲刷线以下深度。代入得：桩底最大垂直力为即故h=15.06m取h=16m，即地面以下桩长为16.50m。由上式反求，可知桩的轴向承载力满足要求。9.3桩的内力计算（m法）1、确定桩的计算宽度b1：b1=式中：=0.9，，2、桩的变形系数a式中：按弹性桩计算。3、地面以下深度Z处桩身截面上的弯矩Mz与水平压力的计算已知作用于地面处桩顶上的外力为：（1）桩身弯矩Mz式中的无量纲系数、可由表格查得，计算见表9—1，其结果示于图9—3。桩身弯矩Mz计算（单位：KN·m）表9—1ZAmBm0.09960+0.999748.22354.34362.560.500.24.00.196960.9980616.25353.74369.991.000.44.00.377390.9861731.13349.53380.661.500.64.00.529380.9586143.67339.76383.432.000.84.00.645610.9132453.26323.68376.942.491.04.00.723050.8508959.65301.5834.00.767610.7316163.32259.30322.623.741.54.00.754660.6869462.25243.47305.724.992.04.00.614130.4065850.66144.10194.70.398960.1476332.9152.3285.237.483.04.00.193050.0759515.9326.9242.858.733.54.00.050810.013544.194.808.999.984.04.00.000050.000090.0040.0320.036图9.3(2)计算到最大冲刷线以下深度之处的水平压力（见表2—14）。其结果示于图2—14。表7-6桥墩下桩基水平应力计算表（kPa）00//0000.500.22.117991.290882.847.4310.271.000.41.802731.000644.8311.5216.351.750.71.360240.638856.3812.871.093610.444816.5911.5218.112.741.10.854410.286066.309.0615.363.741.50.466140.062884.682.717.394.992.00.14696-0.075721.97-4.36-2.397.483.0-0.08741-0.09471-1.76-8.18-9.949.984.0-0.10788-0.01487-2.89-1.71-4.609.4桩身截面配筋与强度验算（1）、根据《公预规》第5.3.9条：“沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其正截面抗压承载力应符合下列规定：式中：——轴向力的偏心距，，应乘以偏心增大系数；上式中：——荷载偏心率对截面曲率的影响系数，；——构件长细比对截面曲率的影响系数，；——构件的计算长度；——截面的有效高度，；——截面高度；对圆形截面取；、——有关混凝土承载力的计算系数，由公预规附录C，表C.0.2查得；、——有关纵向钢筋承载力的计算系数，由公预规附录C，表C.0.2查得；——圆形截面的半径；——纵向钢筋所在圆周的半径与圆截面半径之比；——纵向钢筋配筋率，。（2）、计算如下验算最大弯矩(处)截面强度,该处弯矩为。桩看作为一端固定，一端为不移动的铰，取，，取1.266∴根据公式：式中：——混凝土抗压设计强度；——钢筋抗压设计强度；桩内竖向钢筋若按含筋率0.2%配置，则选用1216钢筋，，现假设。（查表得：A=1.8420；B=0.6483；C=1.1876；D=1.4045）最近似符合实际桩身材料足够安全，桩身裂缝宽不进行验算。均满足规范要求，灌注桩主筋配置见图9—4图9—49.5墩顶纵向水平位移验算1、桩在地面处的水平位移和转角计算以上计算均满足m法计算要求2、墩顶纵向水平位移验算所以已知：，墩顶的水平位移公式：其中：因此得墩顶容许的纵向水平位移符合规范要求。第Ⅳ部分桥台计算第十章埋置式桥台计算10.1设计资料1、上部构造装配式预应力钢筋混凝土空心板，标准跨径，板厚0.85m；桥面净宽：。2、设计荷载：公路Ⅱ级车辆荷载3、材料台帽、耳墙及截面A—A以上均用20号钢筋混凝土，；台身（自截面A—A以下）用10号浆砌块石，；基础用15号素混凝土浇筑，，台后及溜坡填土4、其他计算数据地基为岩石地基，地基容许承载力；土的内摩擦角；10.2尺寸拟定基础分两层，每层厚为0.50m，襟边和台阶宽度相等，取0.4m。基础用15号混凝土，混凝土的刚性角。现基础扩散角为满足要求其具体尺寸，见图10—1所示图10—110.3荷载计算1、上部构造恒载反力及桥台台身、基础上土重计算，其值列于下表恒载计算表表10—1序号计算式竖直力P（kN）对基底中心轴偏心距e（m）弯矩M（kN.m）备注1214.401.35289.44弯矩逆时针方向取“—”号；顺时针方向取“+”号。2135.001.075145