毕业设计(论文)-绿园桥施工图设计

概述1.1工程概况1．该桥设计车速为80Km/h，起至桩号约为K33+057～K33+183。桥梁位于直线上，桥面纵坡为+2%。经实地调查，该水电站库区地处高山峡谷区，山势挺拔，为较为典型的中高山地形地貌区，历年平均水位69.5m,无通航要求。上部结构为装配式预应力混凝土简支空心板桥。本桥上部结构采用先预制后张拉的施工形式。2．当地建筑材料情况桥梁附近有充足的木材，水泥，钢材市场可供。3．气象情况查阅吉林省当地气象资料。1.2设计标准及规范1.2.1设计标准（1）跨径：预制板标准跨径：；计算跨径：；板长：19.96；（2）桥面净空：净11.0+2×0.5；（3）设计荷载：公路—Ⅰ级；（4）材料：预应力钢筋1×7束直径15.2mm；非预应力钢筋采用HRB335和R235；空心板混凝土采用C50，铰缝为C50细集料混凝土桥面铺装采用C50沥青混凝土栏杆及人行道板为C25混凝土1.2.2设计规范1）公路工程技术标准(JTGB01—2003)2）公路桥涵设计通用规范(JTGD60—2004)3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62—2004）4）公路圬工桥涵设计规范（JTGD61—2005）5）公路工程预算定额6）公路桥涵施工技术规范(JTJ041—2000)7）公路桥梁板式橡胶支座8）邢奋歧.公路工程投资、估算与概预算编制示例9）张树仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理10)公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)11）郑益民.桥梁工程CAD.清华大学出版社.2006.512)肖汝诚.桥梁结构分析及程序系统.20022方案比选2.1桥梁设计原则桥梁设计基本原则主要是适用经济安全美观可持续性，即5E原则。一座桥梁首先应满足其基本功能，就是连接由于天然沟壑屏障隔断的路线，连接两岸保证车辆人群的通畅安全。长远来说，还要满足未来交通流量的增长。随着经济的发展科技的迅猛进步，人类建造桥梁不在只是满足其基本的要求。更加注重其舒适安全性能，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上出项超过要求的震动或者冲击。这就要求桥跨结构及部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。经济性原则一般应占首位，经济性应综合考虑发展远景及将来的养护和维修等费用。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。有的桥型还应该满足美观的要求，给人视觉上的美感。2.2桥型方案比选2.2.1方案初选（拟定桥型图式）根据桥梁设计原则，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期等多方面比选，初步确定梁桥、拱桥、刚架桥三种桥梁形式，见图2.1。2.2.2编制方案编制方案的目的在于提供各个中选图式的经济指标，以便经过相互比较，科学的从中选定最佳方案。这些指标包括：（钢、木、水泥，简称三材）用量、劳动力（包括专业技术工种）数量、全桥总造价（分上、下部结构列出）、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、是否需要特种机具、美观等。为了获得上述的前三项指标，通常可以充分利用已有资料或通过一些简便的近似验算，对每一方案拟定结构主要尺寸，并计算主要工程数量。有了工程数量，乘以相应的材料和劳动定额以及扩大单价，就不难得出每个方案所需的材料和劳动力数量，并估算全桥造价。其他的一些问题，虽难得到数量指标，也应进行适当的概略评价。方案一、预应力混凝土空心板桥方案二、120m上承式拱桥方案三、刚架桥图2.1拟定桥型图1.方案一方案采用等截面预应力混凝土空心板结构，上部结构为装配式预应力空心板,下部结构为双柱式墩，桩基础，轻型薄壁桥台。(1)方案一桥型的技术指标：荷载等级：公路-I级桥面宽度：桥面全宽12m，11+2×0.5m桥孔布置：6x20，桥梁全长126m桥梁结构：采用分离式结构，上部采用预应力混凝土空心板，下部结构采用单排双柱式桥墩(2)方案一桥型的受力特点：方案一的桥梁结构在垂直荷载的作用下，其支座产生竖直反力，而无水平推力，而且能够承受较大的负弯矩，预应力混凝土简支梁桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。(3)方案一桥型的主要特征：预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：①混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；②结构造型灵活，可模性好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；③结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；④结构的整体性好，刚度较大，变形较小；⑤可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；⑥结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；⑦预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；⑧预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围；⑨预应力混凝土梁桥可充分利用材料可塑性的特点，在建筑上有丰富多彩的表现潜力，更易达到与周围环境相协调的简洁而美观的型式，实现经济性和美观的统一。(4)方案一桥型横截面和桥墩的比选桥梁截面形式考虑了空心板截面、T型梁截面、I型组合梁等可采用的梁型。①T型梁截面简支组合箱梁结构整体性强，适应性强，但从桥下看,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低，但桥面板需现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长，且存在着后期维修养护工作量大的缺点。②空心板截面结构受力明确，设计及施工经验成熟，跨越能力大，结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。施工进度较快。③I型梁截面I型梁形状简单，施工方便，建筑高度小，施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。但是该方案整体稳定性不好，由于梁底部呈网状,景观效果差。同时，其帽梁较其它梁型长，设计时其帽梁也须设计成预应力钢筋混凝土帽梁，且工字型预制件在制作方面也较繁琐。相比之下，T型简支梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。该方案采用先简支安装，然后再浇铸混凝土，待混凝土强度达到95%后再行张拉钢筋。可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响小。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。前沿全桥纵向箱梁的外轮廓保持不变，这就保证了桥型的美观.且单个箱型梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。而且T型截面具有可靠的强度、刚度以及抗裂性能。此种桥梁技术先进，工期短，工艺要求比较严格，所需要设备较少，占用施工场地少，属于静定结构，受力较好，适用范围大。桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。①重力式实体桥墩由于重力式桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，截面尺寸及体积较大，外形粗壮，所以不选此方案。②空心桥墩空心桥墩适用于桥长而谷深的桥梁，这样可减少很大的圬工。对于本桥地质不适合，不选此方案。③柱式桥墩由于这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好，适合本桥情况，所以选此方案。④轻型桥墩由于轻型桥墩适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长不大于20m）的公路桥梁。在此地质不良地段、路基稳定不能保证，不宜采用轻型桥墩。⑤拼装式桥墩因为拼装式桥墩适用于交通较为方便、同类桥墩数量多的长大干线中的中小跨度桥梁工点，所以不适合此地质之下的混凝土工型组合梁桥。综合考虑以上各种桥墩特点，结合连续梁桥的地质资料可确定，柱式桥墩是最合适本桥型的墩型，与本桥的要求相吻合。所以选择双柱式桥墩[14]。2.方案二(1)方案二桥型的技术指标：荷载等级：公路-Ⅰ级桥面宽度：桥面全宽12m，11+2×0.5m桥孔布置：单跨计算跨径120m，计算矢高10.5m上承式拱桥桥，桥梁全长126m桥梁结构：采用分离式结构，上部采用钢筋混凝土箱型拱肋，下部结构采用重力式桥台(2)方案二桥型的受力特点：该桥的主要承重结构是拱圈和或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。同时，水平推力也将显著抵消荷载所引起的在拱圈（或拱肋）内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁桥相比，拱的弯矩和变形要小得多，但其下部结构和地基必须受住很大的水平推力。(3)方案二桥型的主要特征：①跨越能力较大；②能充分就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；③耐久性能好，维修，养护费用少，外形美观，构造较简单；④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，对地基要求高；⑤与梁桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高使桥面标高提高，使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价有对行车不利。3.方案三该方案采用斜腿式刚架桥结构，主梁与斜腿均采用箱形截面，且在斜腿基脚之间采用固结构造，整个结构在钢拱架和万能杆件组拼成的钢桁梁支架上就地浇注混凝土，然后张拉钢束。(1)方案三桥型的设计资料：荷载等级：公路-I级桥面宽度：桥面全宽12m，11+2×0.5m桥孔布置：桥梁全长126m桥梁结构：采用分离式结构，主梁与斜腿均采用箱形截面，且在斜腿基脚之间采用固结构造(2)方案三桥型的受力特点：该桥型主要承重结构是梁和立柱整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处有很大的刚性。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱角处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥和拱桥之间。(3)方案三桥型的主要特征：①主梁的恒重和车辆荷载都是通过主梁与斜腿相交处的横隔板，再经过斜腿传至地基上。这样的单隔板或承三角形的隔板将使此处梁截面产生较大的负弯矩峰值，使得通过此截面的预应力钢筋十分密集，在构造布置上比较复杂。②预应力、徐变、收缩、温度变化以及基础变位等因素都会使斜腿刚架桥产生次内力，受力分析上也相对较复杂。③该方案的斜腿与地面水平线的夹角为36°，使施工难度增加。2.2.3技术经济比较和最佳方案的比选设计方案的评价和比较，是要全面考虑上述各种指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案。有时，占优势的方案还可吸取其它方案的优点进一步加以改善，如果改动较多时，甚至最后中选的方案可能是集聚各方案长处的另一新方案。方案比选1.适用性方案一(1)与航道适应性好，通航净空大，防撞要求底；(2)河床压缩少，有利汛期泄洪；(3)伸缩缝较少，整体性较好。方案二(1)与航道适应性好，通航净空大，防撞要求底；(2)河床压缩多，对汛期泄洪不利；(3)伸缩缝较多，整体性不好。方案三(1)与航道适应性好，通航净空大，防撞要求底；(2)河床压缩多，汛期泄洪能力较差；(3)受力合理，跨越能力大。2.经济性方案一、造价一般；方案二、造价较高；方案三、造价一般。3.安全性方案一(1)主梁采用预制Ｔ形梁，可工厂化预制施工，施工方便质量可靠，工期有保障；(2)下部结构受力和构造简单，并能节省材料，加之它具有变形和缓，伸缩缝少，刚度大，行车平稳，超载能力大；(3)结构整体性好，刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作较少。方案二(1)拱桥跨度适中，拱肋采用箱形截面，刚度较大，施工安全；(2)结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；(3)分段多，不但施工工序较多，接头工作量较大，而且也增加了拱肋的稳定性控制和拱轴线调整的困难。

方案三(1)连续刚构桥施工难度较大，工期较长；(2)上部结采用悬臂施工，预制板，可工厂化预制施工，吊装拼接完成，质量可靠，工期有保障，但需要预制场与吊装设备，且工序复杂；(3)主桥后期营运养护费用少，行车平顺舒适。4.美观性方案一、桥形美观，与周围环境协调较好；方案二、跨径较大，桥墩笨重，耗费圬工，影响桥型美观；方案三、桥梁线形简洁明快，与周围环境协调较好。目前我国中小型桥梁一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁结构与同等跨度的拱桥和刚架桥相比，可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；而其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。

3桥面几何特性3.1桥面总体布置3.1.1桥面总体布置预制板标准跨径：；计算跨径：；板长：19.96m；桥面净空：11+2×0.5=12m；设计荷载：公路—Ⅰ级；3.1.2构造型式及尺寸选定由桥面净宽知，全桥采用12块C50的预制混凝土空心板，每块空心板宽，高84cm，全长1960cm,采用先张法施工工艺。C50混凝土空心板，。全桥空心板横截面布置如图3.2，每块空心板截面尺寸及构造尺寸见图3.3。图3.SEQ图\*ARABIC\s11桥梁半立面示意图（尺寸单位：）图3.2桥面横断面（尺寸单位：）3.3空心板截面尺寸构造（尺寸单位：）3.2空心板毛截面几何特性计算0毛截面面积毛截面重心位置全截面对高度处的静矩：S1/2板高==3106.73；铰缝的面积：毛截面重心对高处的距离：（向下移）铰缝重心对板高处距离：空心板毛截面对中心轴的惯性矩图3.4计算的空心板截面简化图（单位：）空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为：=3.551025×101044作用效应计算4.1永久效应作用计算空心板效应作用计算（第一阶段结构自重）：桥面系自重(第二阶段结构自重)：栏杆重力，参照其他桥梁设计资料，单侧重力取，桥面铺装采用等厚度沥青混凝土。参照已建桥梁取（1.45+1.25）x2=5.4kN/m则全桥宽铺装每延米总重为：；厚的C50防水混凝土重：；上述自重效应是在各空心板形成整体后，再加上板桥上的，为了使计算方便近似按各板平均分担重力效应，则每块空心板分摊到的每延米桥面的重力为：铰缝重力（第二阶段结构自重）：恒载内力计算由此计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表4.1。表格4.SEQ表格\*ARABIC\s11永久作用效应汇总表项目荷载种类作用计算跨径作用效应作用效应跨中跨支点跨跨中一期恒载12.419.6595.45446.59121.5260.760二期恒载6.2419.6299.64224.7361.1530.580恒载合计18.6419.6895.09671.32182.6791.3404.2基本可变作用效应计算本设计采用公路—I级汽车荷载，由车道荷载及车辆荷载组成。计算剪力时，集中荷载标准值应乘以1.2的系数，即：按《桥规》车道荷载的均布荷载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于影响线中一个最大影响峰值处。其中双车道荷载横向折减系数取。4.2.1汽车荷载横向分布系数计算空心板跨中和的横向分布系数按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算，支点至之间的荷载横向分布系数按直线内插法求得。（1）、跨中和处横向分布系数计算首先计算空心板的刚度系数 I=Ih=3.551025×1064；b=100；=19.6×102；IT——空心板截面的抗扭刚度（空心板截面构造简化如下图4.2）各板荷载横向分布系数计算如下（参见图4.1）：图4.SEQ图\*ARABIC\s11各板横向分布影响线及横向最不利布载图（尺寸单位：）1号板：两行汽车：（0.164+0.109+0.0.079+0.054）=0.2032号板：两行汽车：（0.163+0.116+.086+.058）=0.228353号板：两行汽车：（0.1465+0.129+0.097+0.065）=0.225174号板：两行汽车：（0.131+0.122+0.095+0.0066）=0.217255号板：两行汽车：（0.112+0.131+0.113+0.085）=0.213236号板：两行汽车：（0.082+0.0.088+0.120+0.082）=0.20883因为1号至6号板与7号至12号板对称，只需由程序分别计算出1号至6号板的横向分布影响线，并按最不利位置布载，求得两车道情况下各板横向分布系数，计算结果汇总于表4.3。 图4.2计算的空心板截面简化图（尺寸单位：cm）表4-2各板可变作用横向分布影响线坐标表1号板2号板3号板4号板5号板6号板1号板0.18810.16150.13070.10610.09650.0712号板0.16150.13960.13690.11110.09060.07443号板0.13070.13770.13770.12140.0990.08134号板0.10610.12140.12140.12560.11210.0925号板0.08650.0990.0990.11210.11860.10716号板0.0710.08130.08130.0920.10710.11547号板0.05890.06740.06740.07630.08880.10568号板0.04960.05670.05670.06420.07480.08889号板0.04260.04870.04870.05520.06420.076310号板0.03760.04310.04310.04870.05670.067411号板0.03440.03940.03940.04460.05190.061712号板0.03290.03760.03760.04260.04960.0589表4.3各板可变作用横向分布系数汇总表1号板2号板3号板4号板5号板6号板跨中_m汽_max0.229330.228350.225170.217250.213230.20883跨中_车辆位置5跨中_车辆列数222222人群位置左右左右左右左右左右左右由表4.3可见，分两行行车时3（或9）号板最不利。为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，同时考虑到人群荷载与汽车荷载效应组合，因此跨中与/4处的荷载横向分布系数：（2）支点处的可变作用横向分布系数计算（杠杆原理法）2号板：，；3号板：，；4号板：，；5号板：，6号板：，（3）、支点到处荷载横向分布系数按直线内插法求得。空心板的荷载横向分布系数汇总于表4.4。表格4.4空心板的荷载横向分布系数汇总表荷载位置荷载种类跨中及处支点汽车荷载0.2180.5004.2.3活载内力计算（1）、均布荷载和内力影响线面积计算表格4.SEQ表格\*ARABIC\s13均布荷载和内力影响线面积计算类型截面公路—Ⅰ级均布荷载（kN/m）影响线面积（㎡或m）影响线图式10.5l/410.51/21/210.53/32=36.0153l/1610.53/4l/410.51（2）、计算汽车荷载冲击系数《桥规》规定汽车荷载的冲击系数的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。按结构基频的不同而不同。式中：——结构计算跨径；——结构材料的弹性模量；——结构跨中截面的截面惯矩；——结构跨中处的单位长度质量；——结构跨中处每延米结构重力。其中，，，，C50混凝土E取3.45×1010N/自振基频：1.5HzHz则（1+）=1.1943（3）、跨中弯矩,跨中剪力计算由于双车道不折减，故，计算如下表：（不计冲击效应时）S汽=，S人=表4.6跨中弯矩与剪力组合表截面荷载类型或qr（kN/m）PK（kN）（1+）mcS（kN·m或kN）SiS公路Ⅰ级10.5238.401.19430.21848.02131.7435.84/4=4.9304.14公路Ⅰ级10.5286.081.19430.2182.456.6943.930.537.24S汽=S人=（4）跨的弯矩与剪力（双车道不折减）表3.7/4跨弯矩与剪力组合表截面荷载类型或qr（kN/m）PK（kN）（1+）mcS（kN·m或kN）SiSMl/4公路Ⅰ级10.5238.41.19430.21836.01598.46326.563/16=3.675228.1人群2.25————0.12836.01510.37Ql/4公路Ⅰ级10.5286.081.19430.2185.51315.0770.930.7555.86人群2.25————0.1285.5131.59（5）、支点的剪力图5.4支点剪力计算简图两行车道荷载横向分布系数变化的区段的长度：m变化区荷载重心处的内力影响线坐标为：=1.1943×1×0.5×286.08×1.0=171.19kN公路I级QO=34.74+171.19=205.93kN2）支点截面人群荷载最大剪力4.3作用效应组合按《桥规》公路桥涵设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用于不同的计算项目。4.3.1按承载能力极限状态组合表格4.8承载能力极限状态组合序号荷载类型弯矩剪力支点截面跨中支点截面跨中=1\*GB3①结构自重0671.32895.09182.6791.340=2\*GB3②汽车荷载0326.52435.41171.1970.9343.93③0805.581074.11219.2109.610=4\*GB3④0457.18609.57205.4399.3061.50=5\*GB3⑤Sud==4\*GB3④+③01274.371699.17427.95210.6962.3式中：——效应组合设计值；——永久作用效应标准值；——汽车荷载效应的标准值；4.3.2正常使用状态效应组合作用长期效应组合：式中：——作用长期效应组合设计值；——不计冲击的汽车荷载效应标准值；其它各符号意义见上面说明。表格4.9正常使用状态长期效应组合序号荷载类型弯矩剪力支点截面跨中支点截面跨中=1\*GB3①结构自重0671.32895.09182.6791.340=2\*GB3②汽车荷载0326.52435.41171.1970.9343.93=3\*GB3③0.4×②0130.62174.1668.4728.3717.57=4\*GB3④==1\*GB3①+=2\*GB3②+=3\*GB3③0806.091074.78252.42120.3517.85表格4.10正常使用状态短期效应组合序号荷载类型弯矩剪力支点截面跨中支点截面跨中=1\*GB3①结构自重0671.32895.09182.6791.340=2\*GB3②汽车荷载0326.52435.41171.1970.9343.93③0228.59304.79119.8349.6530.75=4\*GB3④==1\*GB3①+③+=2\*GB3②0910.281213.71305.49142.5831.46作用短期效应组合：式中：——作用短期效应组合设计值；其它各符号意义见上面说明。 表格4.11标准值效应组合序号荷载类型弯矩剪力支点截面跨中支点截面跨中=1\*GB3①结构自重0671.32895.09182.6791.340=2\*GB3②汽车荷载计u0326.52435.41171.1970.9343.93③==1\*GB3①+=2\*GB3②01008.251344.33356.85163.8644.645钢筋设计5.1预应力钢筋设计5.1.1预应力钢筋截面积的估算本桥采用先张法预应力混凝土空心板形式。设计时要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冗余。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钢筋的数量。本设计以部分预应力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。按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004的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：在短期效应组合的作用下，应满足要求。式中：——在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，可按公式近似计算：式中：——构件毛截面面积及毛截面受拉边缘的弹性抵抗矩；——预应力钢筋对毛截面重心轴的偏心距。代入即可得到满足部分预应力A类构件正截面抗裂性要求所需的有效预加力为：式中：——混凝土抗拉强度标准值。本桥预应力空心板采用C50，=2.65MPa。由表4-11得，空心板毛截面的换算面积：设，则，代入得：则所需的预应力钢筋截面面积为：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%计算。本桥采用股钢绞线作为预应力钢筋，直径15.2，公称截面面积139，，。按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，取，预应力损失总和按20%张拉控制应力来估算，则：采用14根，15.2钢绞线，单根钢绞线公称面积为139，。5.1.2预应力钢筋的布置先张法预应应力钢筋的构造布置应满足《公预规》的要求，取预应力钢筋净保护层为3㎝，得钢筋重心离板底边缘距离为：㎝，取4cm。14根钢铰线在板横截面中呈不均匀分布，预应力钢筋在截面中的分布见下图：图5.SEQ图\*ARABIC\s11空心板截面预应力钢筋布置（尺寸单位：）5.2普通钢筋数量的估算及布置在预应力钢筋数量确定之后，可由正截面承载力极限状态要求的条件来确定普通钢筋的数量，暂不考虑在受压区配置预应力钢筋，也不考虑普通钢筋的影响。为了简化计算将空心板截面换算成等效的工字型截面来考虑，“等效”即：两截面的面积、惯性矩、和中心高度相同。换算成工字型截面时，由：得把代入，求得：，。则得等效工字形截面的上翼缘板厚度：得等效工字形截面的下翼缘板厚度：得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图5.2空心板换算等效工字型截面（尺寸单位：cm）设预应力钢筋布置在空心板下部一排，空心板跨中截面，并假定预应力钢筋重心距下板边缘距离为，取，则板的有效高度。估算普通钢筋时，可先假定，则由下列可求得受压区的高度，根据公式：由《公预规》可得：，，，，代入上式： 解得：，且。说明中和轴在翼缘板内，可由下式求的普通钢筋面积为：拟采用，按《公预规》，，普通钢筋514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，钢筋重心至板下缘处，即。5.3换算截面几何特性计算根据前面已经计算出的空心板毛截面的几何特性可知，毛截面面积，毛截面重心轴线到1/2板高的距离，毛截面对其中心轴的惯性矩。换算截面面积式中：——钢筋弹性模量和混凝土弹性模量之比；，，代入得：

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截面重心的距离为：（向下）则换算截面重心至空心板截面下缘的距离为：换算截面重心至空心板截面上缘的距离为：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距离为：换算截面惯性矩换算截面的弹性抵抗矩下缘：上缘：6空心板强度计算6.1正截面强度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力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，参见图4.2，上翼缘厚度，上翼缘工作宽度，肋宽。首先按公式判断截面类型：所以属于第一类T型截面，应按宽度的矩形截面计算抗弯承载力。由计算混凝土受压区高度：当代入下列公式计算出跨中截面的抗弯承载力：计算结果表明，正截面抗弯承力满足要求。6.2斜截面强度计算复核主梁截面尺寸：根据《公预规》5.2.9条，矩形，T形和I形截面的受弯构件，其抗剪截面应符合下列要求：式中：——验算界面处由作用（或荷载）产生的剪力组合设计值，由表3-8得到支点处剪力和跨中剪力，内插得到距支点处的截面剪力：

——截面有效高度，由于本桥预应力筋和普通钢筋都是直线配置，有效高度与跨中截面相同，；——边长为150的混凝土立方体抗压强度，空心板C50,则；——等效工字形截面的腹板宽度，。代人上述公式：计算结果表明空心板截面尺寸符合要求。6.3箍筋设计6.3.1核算是否需要根据计算配置箍筋按《公预规》第5.2.10条：式中，=1.0,1.25是按《公预规》第5.2.10条，板式受弯构件可乘以1.25提高系数。由于，则沿跨中各截面的控制剪力组合设计值。而，故在L/4至支点的部分区段内应按计算要求配置抗剪箍筋，其它区段可按构造要求配置箍筋，为了构造方便和便于施工，本桥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及箍筋承受，则斜截面抗剪承载力按下列计算：式中，各系数值按《公预规》第5.2.7条规定取用：——异号弯矩影响系数，简支梁；——预应力提高系数，本桥为部分预应力A类构件，偏安全取；——受压翼缘的影响系数，取；——等效工字形截面的肋宽及有效高度，，——纵向钢筋的配筋率，——箍筋配筋率，，箍筋选用双肢，，则写出箍筋间距的计算式为：=取箍筋间距，按《公预规》要求，在支座中心向跨中方向不小于一倍梁高范围内，箍筋间距取。配箍率（按《公预规》9.3.13条规定，）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取，则由此求得构造配箍间距：。经比较和综合考虑，箍筋沿空心板跨长布置如图6.1。图6.1空心板箍筋布置图（尺寸单位：cm）由距板端3cm开始往跨中方向，在范围内设置15跟，间距，在153-598这345cm范围内设置23根，间距15cm，剩余部分设置25根，间距20cm。6.3.4截面抗剪强度验算由《公预规》第5.2.7条知，斜截面抗剪承载力计算应满足下式规定：由于剪力全部由混凝土和箍筋共同承担，故：选择演算截面的起点位置（1）距支座中心处：=787.55kN>451.97kN抗剪承载力满足要求。（2）距跨中距离500㎝处（箍筋间距变化处）：=681.72kN>241.32kN抗剪承载力满足要求综上所述，空心板各截面抗剪强度均满足要求，空心板的预应力钢筋没有在跨间截断或减少，故斜截面抗弯强度可不验算。7预应力损失计算本桥预应力钢筋采用先张法，选用直径为15.2mm的股钢绞线，，，控制应力取。7.1预应力损失7.1.1锚具变形引起的应力损失预应力钢绞线的有效长度为张拉台座的长度，设台座长，采用一端张拉及夹片式锚具，由《公预规》得，则：7.1.2钢筋与台座间的温差引起的应力损失为减少温差引起的预应力损失，采用分阶段养护措施。设控制应力钢绞线与台座之间的最大温差，则：7.1.3钢筋松弛损失式中，代入得：7.1.4混凝土弹性压缩引起的预应力损失对于先张法的预应力构件，由《公预规》第6.2.8条可得：=（1302-15.6-30-19.23）×17.766=2197.97kN由前面计算空心板换算截面面积：，，，则：∴7.1.5混凝土收缩徐变引起的应力损失根据《公预规》第6.2.7条，混凝土收缩、徐变引起的构件受拉区预应力钢筋的预应力损失按以下公式计算：式中：——受拉区全部纵向钢筋截面重心处的预应力损失值；——构件受拉区全部纵向钢筋重心处，由预应力和结构自重产生的混凝土法向压应力，按照《公预规》第6.1.5和第6.1.6条规定计算；——预应力钢筋的弹性模量；——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，此处；——受拉区全部纵向钢筋配筋率：；——构件的截面面积，此处；——截面的回转半径，，此处；——构件受拉区纵向普通钢筋截面重心至构件重心的距离；——构件受拉区预应力钢筋截面重心至构件重心的距离；——构件受拉区纵向预应力钢筋和普通钢筋截面重心至构件重心的距离；——预应力钢筋船里锚固龄期为，计算考虑的龄期为时的混凝土收缩应变；——加载龄期为，计算考虑的龄期为时的徐变系数。=5.65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，空心板跨中截面全部永久作用弯矩由表3-9查得·m，在全部钢筋重心处由自重产生应力为：跨中截面：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》6.2.7条规定，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=30,0.5=15，则跨中，截面，支点截面全部钢筋重心处的压应力3.38﹑4.158﹑9.5，均小于15，满足要求。设传力锚固的龄期，该桥所处大气环境的相对湿度为75%，由前面的计算可得构件毛截面面积，空心板截面与大气接触的周边长度大致为：理论厚度查《公预规》表6.2.7直线内插得到：把各值代入计算式中，得：跨中：截面：支点截面：7.2预应力损失组合预加应力阶段，第一批损失的应力：传力锚固后预应力损失总和：跨中截面：截面：支点截面：各截面的有效预应力：跨中截面：0截面：支点截面：8应力验算8.1短暂状态应力验算预应力混凝土结构按短暂状态设计时，应计算构件在制造、运输及安装等施工阶段，由预加力、构件自重及及其它施工荷载引起的截面应力。上缘混凝土边缘应力：==5.087MPa下缘混凝土边缘应力：==12.43MPaMPa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。8.2持久状况应力验算按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，尚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，计算时作用取其标准值，不计分项系数。8.2.1跨中混凝土截面法向正应力验算跨中截面的有效预应力：跨中截面有效预加应力：标准值效应组合则：8.2.2跨中截面预应力钢绞线拉应力验算；；式中：——按荷载效应标准值计算的预应力钢绞线重心处混凝土法向拉应力；有效预应力：则预应力钢绞线中的拉应力为：8.2.3斜截面的主压应力计算一般情况下，取变截面分别计算截面型心轴处在标准值效应组合作用下的主压应力，应满足，本次设计取支点处。式中：——主应力点的混凝土法向压应力——换算截面面积对其截面重心轴的面积矩：计算结果表明，使用阶段正截面混凝土法向应力、预应力钢筋拉应力和斜截面主压应力均满足规范要求。8.3正常使用极限状态应力验算8.3.1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，在荷载短期组合效应作用下满足：。——在荷载短期效应组合作用下截面受拉边的应力；——截面下边缘的有效预应力；∴计算结果表明，正截面抗裂性满足规范要求。8.3.2斜截面抗裂性验算斜截面的抗裂性是通过斜截面混凝土的主拉应力来控制，全预应力混凝土构件在荷载短期效应组合作用下应满足：。——在作用短期效应组合下构件抗裂性验算截面混凝土的主拉应力；——混凝土抗拉强度标准值（）（为压应力）所以斜截面主要出现压应力，所以斜截面抗裂性满足要求。8.3.3预施应力截面上缘拉应力计算先张法预应力板集中梁端某一区段内应力集中区，考虑到应力集中区长度的不确切性，放松预应力钢筋时的冲击及其对支点可能不在设计位置等原因，验算支点附近上缘拉应力时，偏安全考虑，不计板的自重对上缘拉应力的卸载作用，且预应力采用最大值。MPa（受拉）设混凝土强度达到35号时放松预应力筋，按《公预规》第5.3.4条规定，拉应力的限值为：预拉区不配非预应力钢筋时：预压力同时在上缘配的二级非预应力筋：毛截面的几何特性计算：（向下）截面惯矩：=2147881.51cm4混凝土的应力：上缘：下缘：=2.916所以，上缘配的二级非预应力筋满足上部抗拉要求。9铰缝的抗剪强度验算9.1铰缝剪力影响线铰缝剪力近似按荷载横向分布理论计算。设铰缝剪力沿空心板跨长方向按半波正弦曲线分布，则由铰接板横向分布系数计算，可求得铰缝剪力影响线。铰缝剪力影响线的表达式为：当单位荷载P=1作用在铰缝以左时，铰缝处的剪力；当单位力P=1作用在铰缝以右时，铰缝处的剪力。式中：——铰缝以左各板的荷载横向分布影响线竖标值之和。经查询《公路桥涵设计手册—梁桥（上册）》的第一篇附录（二）中12块板的铰接板荷载横向分布影响线表可得，铰缝剪力影响线各坐标值。考虑空心板桥横截面的结构对称性，只需计算铰缝1—6号板的剪力影响线，计算结果列于表9-1。9.2作用在铰缝上的荷载计算9.2.1铰缝剪力影响线荷载按跨中接缝剪力最不利布置图图9.1V6剪力影响线及横向最不利加载图(尺寸单位：cm；竖标为×10-3)经试算比较，最不利。现画出影响线如上图9.1。，并在其上布置汽车荷载，得铰缝的横向分布系数：9.2.2铰缝剪力公路一I级车道荷载中的均布荷载沿板桥纵向展开成半波正弦荷载时，其表达式为：车道荷载中的集中荷载展开成半波正弦荷载时其表达式为：计算铰缝剪力时，沿纵向取1m长铰缝考虑，并考虑汽车冲击系数及车道折减系数。按承载能力极限状态设计时的基本组合，其铰缝剪力效应组合设计值为：。近似设，则：9.2.3铰缝抗剪强度验算剪力效应影响值123456789101112η10.1920.1640.1300.1040.0840.0680.0560.0460.0390.0330.0290.027η1+η20.3560.3240.2670.2150.1730.1400.1140.0940.0790.0680.0600.055η1+η2+η30.4870.4610.4070.3360.2710.2200.1790.1470.1240.1060.0940.086η1+…+η40.5910.5720.5280.4630.3820.3100.2530.2080.1740.1490.1320.120η1+…+η50.6750.6610.6260.5750.5010.4170.3390.2790.2340.2000.1760.161η1+…+η60.7440.7330.7050.6650.6080.5320.4430.3640.3050.2610.2290.209V10.808-0.164-0.13-0.104-0.084-0.068-0.056-0.046-0.039-0.033-0.029-0.027V20.6440.676-0.267-0.215-0.173-0.14-0.114-0.094-0.079-0.068-0.06-0.055V30.5130.5390.593-0.336-0.271-0.22-0.179-0.147-0.124-0.106-0.094-0.086V40.4090.4280.4720.537-0.382-0.31-0.253-0.208-0.174-0.149-0.132-0.12V50.3250.3390.3740.4250.499-0.417-0.339-0.279-0.234-0.2-0.176-0.161V60.2560.2670.2950.3350.3920.468-0.443-0.364-0.305-0.261-0.229-0.209表9.1铰缝剪力影响线值按《圬工规范》4.0.13条，混凝土构件直接受剪时，按下列公式计算：（9.1）铰缝采用C40混凝土,，其相关数据如下：代人式子（9.1）中，可得：铰缝抗剪承载力满足《圬工规范》要求

参考文献：[1]公路桥涵设计手册—梁桥（上册），徐光辉，人民交通出版社[2]公路桥涵设计手册—梁桥（下册），刘效尧，人民交通出版社[3]公路桥涵设计手册—桥位设计，高东光，人民交通出版社[4]桥梁设计手册—桥梁附属构造与支座，金吉寅，人民交通出版社[5]桥梁工程，姚玲森编，人民交通出版社，1990年[6]简支梁桥示例集，易建国编，人民交通出版社，2000年[7]公路桥涵通用设计规范（JTJ021--2004），人民交通出版社[8]公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ011--2004），人民交通出版社[9]公路桥涵通用规范（JTJD60-2004），人民交通出版社[10]公路工程技术标准（JTJB01-2003），人民交通出版社[11]公路小桥涵设计实例，刘培文，人民交通出版社[12]混凝土结构设计原理，程文襄，中国建筑工业出版社[13]道路勘测与设计，张金水，同济大学出版社[14]公路圬工桥涵设计规范（JTGD61-2005），人民交通出版社[15]桥梁工程（上），葛俊颖，中国铁道出版社

致谢在此次设计中，有幸得到了付聪老师指导，并在她的大力支持下克服了设计中的种种问题，使我对桥梁设计有了进一步的了解，桥梁的设计过程同时也是我积累知识、增强信心、增长见识的过程，没有老师的悉心指导与帮助就难以完成本次毕业设计，更不会从中获得书本上难以获得的知识。在此，对老师表示衷心的感谢和深深的敬意！同时感谢我周围同学给予我极大的帮助，最后还要感谢院系领导，正是由于他们的精心组织，才使此次设计得以顺利完成，对他们的帮助再次表示由衷的感谢！此致敬礼！基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究HYPERLINK"/detail.htm?36