预应力混凝土先简支后连续小箱梁设计计算书.docx

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预应力混凝土先简支后连续小箱梁设计计算书

XXXXXX公路改建工程

（第二合同段）

XXXX大桥

5-30m预应力混凝土先简支后连续小箱梁

主梁设计计算书

计算：

复核：

审核：

XXXX

2014年10月

一、项目概况

本桥平面分别位于圆曲线（起始桩号:

K168+473.685，终止桩号:

K168+529.544，半径:

1600m，右偏）和直线（起始桩号:

K168+529.544，终止桩号:

K168+632.2）上，桥面横坡为双向1.5%，纵断面纵坡-1.3%。

全桥共1联：

29.967+30.068+30.000+30.000+29.920；上部结构采用装配式预应力箱形连续梁，先简支后连续；下部结构0号桥台采用肋板台，5号桥台采用柱式台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础。

二、主要技术指标

1、道路等级：

高速公路。

2、设计荷载：

公路-II级；

3、桥面宽度：

直线不加宽段0.5m（防撞护栏）+净9.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）=10.0m；曲线加宽段0.5m（防撞护栏）+净9.146m（行车道）+0.5m（防撞护栏）=10.146m。

4、设计安全等级：

Ⅱ级；

5、环境类别：

Ⅱ类

三、计算依据

（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）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

四、计算模型及相关设置

1、计算模型

本计算书主要针对5-30m联进行结构计算。

采用单梁模型计算主梁结构中梁及边梁。

2、主要材料

（1）钢筋

预应力钢束：

φs15.2高强度底松弛钢绞线，fpk＝1860Mpa；

普通钢筋：

HRB400。

表1钢筋弹性模量和强度表

普通钢筋

弹性模量

（MPa）

fsk

（MPa）

fsd

（MPa）

f'sd

（MPa）

HRB400

200000.00

400

330

330

（2）混凝土

小箱梁采用C50混凝土。

表2混凝土弹性模量和强度表

混凝土

Ec（Mpa）

fck（Mpa）

ftk（Mpa）

fcd（Mpa）

ftd（Mpa）

C50

3.45E+04

32.40

2.65

22.40

1.83

3、计算参数

A.设计荷载取值：

1.永久荷载

（1）一期恒载：

梁体本身材料自重；

（2）二期恒载：

包括桥面铺装、防撞护栏、湿接缝等；

边梁桥面铺装、防撞护栏、湿接缝，合计25kN/m，中梁采用22.2kN/m。

2.可变荷载

（1）汽车荷载：

公路-Ⅰ级，考虑横向分布；

（2）局部温差按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中第4.3.10条计算；

（3）支座沉降：

取5mm（自动组合取最不利）；

B.主桥整体纵向计算

整体纵向计算采用平面杆系理论，根据桥梁施工划分结构计算阶段。

根据荷载组合要求的内容进行正常使用极限状态、承载能力极限状态及应力验算。

4、预应力钢束

采用1.6m梁高，预应力钢束布置、钢束规格分别如图1和表3所示。

中跨主梁采用腹板束都N1~N2采用5φs15.2、N3~N4采用4φs15.2，边跨主梁N1~N4均采用5φs15.2，顶板束与30m公路桥涵通用图一致。

图1预应力钢束布置图

表3预应力钢束规格一览表

编号

钢束规格

边跨

中跨

N1

5φs15.2

5φs15.2

N2

5φs15.2

5φs15.2

N3

5φs15.2

4φs15.2

N4

5φs15.2

4φs15.2

5、横向分布系数

表4横向分布系数

主梁

1#

2#

3#

汽车荷载

0.80

0.685

0.80

6、施工阶段划分

计算分为4个阶段，如表5所示

表5施工阶段划分情况

施工阶段

施工内容

CS1

小箱梁预制及架设，张拉主梁腹板钢束

CS2

体系转换，张拉顶板钢束

CS3

施加二期恒载

CS3

计算收缩徐变3650天

图2主梁有限元离散图

CS1结构计算简图

CS2结构计算简图

CS3结构计算简图

CS4结构计算简图

图3各阶段主梁计算简图

五、施工阶段应力验算

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），第7.2.7和7.2.8的规定，需进行施工阶段的应力验算。

规范规定：

预应力受弯构件，在构件自重和预应力等施工荷载的作用下截面边缘法向压应力应满足

，根据法向压应力的包络图可知，最大压应力小于

=18.144MPa，满足规范要求。

同时，对于边缘截面的法向拉应力的验算，可知最小应力小于

MPa，满足规范要求。

拉应力验算

边梁

中梁

压应力验算

边梁

中梁

施工阶段主梁拉应力满足规范要求；

施工阶段主梁压应力满足规范要求；

六、成桥阶段的分析结果

1、正常使用极限状态验算

按照桥规JTGD60-2004和JTGD62-2004的规定。

使用阶段正截面抗裂验算

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），第6.3.1-1和6.3.2的规定，需进行使用阶段正截面抗裂验算。

规范规定：

A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）的短期效应的组合下，浇筑构件需满足

；但在长期荷载作用下要满足

。

根据短期荷载效应组合下截面法向拉应力的包络图可知，各截面拉应力均小于0.7ftk=1.855MPa。

同时，根据长期荷载组合下截面法向拉应力的包络图可知，长期荷载组合下截面处于压应力状态。

短期抗裂

边梁

中梁

长期抗裂

边梁

中梁

在短期荷载组合下，正截面抗裂验算中，由于支点位置采用点支承，中梁墩顶局部点出现突变，实际计算以周围点为准，主梁满足规范应力要求。

在长期荷载组合下，主梁正截面满足规范长期抗裂要求；

使用阶段斜截面抗裂验算

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），第6.3.1-2和6.3.3的规定，需进行使用阶段斜截面抗裂验算。

规范规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）的短期效应的组合下，浇筑构件需要满足

。

边梁

中梁

由上图可知，主梁斜截面满足规范抗裂要求。

使用阶段正截面压应力验算

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），第7.1.3、7.1.4和7.1.5的规定，需进行使用阶段正截面压应力验算。

规范规定，对于未开裂构件，使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土压应力需要满足：

。

边梁

中梁

由上图可知：

在使用阶段，主梁正截面压应力满足规范要求。