桥梁工程毕业设计：预应力混凝土空心板桥Word格式.docx
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能适用各种适用条件，因为嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大，箱梁有较大抗扭刚度。
美观性
桥型流畅美观，与周围环境和谐。
主桥线条简明，结构稳定，梁的等截面布置外形和谐，个比例协调，造型朴实。
经济性
空心板截面可以充分利用材料，经济合理。
箱型截面充分利用材料，节约材料。
施工难易程度
采用预制拼装的施工方法，工期缩短。
采用预制装配的施工方法，施工周期短。
通过对比，从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案一:
预应力混凝土空心板桥为最佳推荐方案。
此方案，采用预应力混凝土空心板，结构简单，节省材料，经济合理；
采用预制装配的施工方法，施工方便，周期短；
而且桥型流畅美观。
2毛截面几何特性计算
2.1基本资料
2.1.1主要技术指标
桥跨布置:
616m。
标准跨径：
16.00m。
计算跨径：
15.56m。
桥面总宽:
9m=7+2×
1.0m（人行道）。
设计荷载：
2.1.2材料规格
预应力钢筋钢绞线，直径mm,截面面积139.0mm2，弹性摸量=1.95×
105MPa,抗拉强度标准值=1860MPa,抗拉强度设计值=1260MPa;
普通钢筋抗拉强度标准值=335MPa,抗拉强度设计值=280MPa=2.0×
105MPa;
空心板块混凝土采用C40,弹性模量取3.25×
104MPa,抗拉强度标准值=18.4MPa,抗拉强度设计值=2.40MPa;
2.1.3设计规范
（1）JTJ01-1997.公路工程技术标准［S］.北京:
人民交通出版社,1997简称《标准》
（2）JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范［S］.北京:
人民交通出版社,2004.
简称《桥规》
（3）JTGD62-2004.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.简称《公预规》
（4）JTGD60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京:
人民交通出版社,1985.（5）邵旭东.桥梁工程（上、下册）［M］.北京:
2.2截面几何尺寸图
本桥主梁采用124cm空心板，桥宽9m，选用5片主梁和两片边梁。
2.2.1桥面横断面布置图
图2.1横断面图
2.2.2板块结构几何尺寸
（a）中板跨中截面
（b）边板跨中截面
图2.2截面几何尺寸图
2.3毛截面几何特性计算
2.3.1毛截面面积
2.3.2毛截面重心位置
全截面对1/2板高的静矩：
铰缝的面积：
毛截面重心离1/2板高处的距离：
铰缝重心对1/2板高处的距离：
2.3.3空心板毛截面对其重心轴的惯矩
空心板的抗扭刚度可简化为图2-3的单箱截面近似计算：
图2.3计算的空心板简化图（尺寸单位：
cm）
3主梁内力计算及作用效应组合
3.1永久作用效应计算
3.1.1空心板自重（一期恒载）
=A×
ｒ=5539×
10×
25=13.8475（kN/m）
3.1.2桥面系自重（二期恒载）
桥面铺装采用：
5cm的砼防水铺装层:
0.05×
7×
25=8.75（kN/m）
10cm沥青混凝土：
0.1×
23=16.1（kN/m）
人行道采用混凝土，则单侧人行道自重：
1×
0.4×
24=9.6（kN/m）
单侧栏杆：
1.52（kN/m）
为计算方便近似各板平均分担考虑,则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为:
3.1.3铰缝自重（第二阶段结构自重）
因为铰缝自重采用C40混凝土,因此其自重为:
=（529+1×
75）×
24=1.4496（kN/m）
由此得空心板每延米总重力为：
==13.8475（kN/m）
=＋=6.727＋1.4496=8.1767（kN/m）
＝＋=13.8475＋8.1767=22.0242（kN/m）
由此可计算出简支空心板的恒载（自重效应）,计算结果见表3-1。
表3-1永久作用效应汇总表
项目
作用种类
作用gi
（kN/m）
计算跨径（m）
作用效应（kN/m）
作用效应（kN）
跨中（）
1/4跨（）
支点
（）
1/4跨
跨中
13.8475
15.56
419.08
314.31
107.73
53.865
22.0242
666.54
499.91
171.35
85.675
3.2可变作用效应计算
本桥汽车荷载采用公路—Ⅱ级荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。
《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。
公路—Ⅱ级车道荷载由=0.75×
10.5=7.875（kN/m）的平均荷载和
集中荷载两部分组成。
而在计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘以1.2的系数，即计算剪力=1.2=1.2×
166.68=200.016（kN/m）
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在相应影响线中一个最大影响线峰值处。
本桥采用双车道，应考虑折减，。
1.汽车荷载横向分布系数计算
跨中和四分点的横向分布系数按铰接板法计算。
支点按杠杆法计算荷载横向分布系数；
支点到四分点间按直线内插求得。
（1）跨中和四分点的荷载横向分布系数：
首先计算空心板的刚度系数：
由前面计算得到：
I=3.9883×
IT=7.173×
b=125mml=1556mm
将以上数据代入：
r=0.02115
求得刚度系数后，即可查《公路桥涵设计手册-梁桥（上册）（徐光辉，胡明义，主编，人民交通出版社，1996年3月）中7块板铰接板桥荷载横向分布影响线表，由r=0.02及r=0.03内插得到r=0.02115时1号至4号板在车道荷载作用下荷载横向分布系影响线，计算结果列表3-2中，由表3-2画出各板横向分布影响线图3-1，并按横向最不利位置布载图3-2，求得两车道情况下各板的横向分布系数。
由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。
表3-2各板的横向分配影响线竖标值表
荷载作用板号
节点号
1#
2#
3#
4#
1
0.248
0.204
0.157
0.124
2
0.200
0.171
0.135
3
0.177
4
0.170
5
0.101
0.110
0.127
6
0.086
0.094
7
0.080
根据表3-2作出影响线:
（a）1号板横向分布影响线
（b）2号板横向分布影响线
（d）4号板横向分布影响线
图3-1影响线图及布载位置
根据各板的横向分布影响线图，在上加载求得各种作用下的横向分布系数如下：
汽车荷载作用下：
m3=1/2∑ηi汽，m=∑ηi人
板号1：
二列汽车：
m2汽=1/2（0.221＋0.157＋0.122＋0.090）=0.295
m=0.262+0.078=0.340
板号2：
m2汽=1/2（0.199＋0.171＋0.131＋0.100）=0.301
m=0.210+0.079=0.289
板号3：
m2汽=1/2（0.170＋0.173＋0.150＋0.115）=0.304
m=0.151+0.098=0.249
板号4：
m2汽=1/2（0.142＋0.162＋0.162＋0.142）=0.304
m=0.119+0.119=0.238
见表3-3：
表3-3车道荷载作用下的横向分布系数表
板号
m2汽
0.295
0.301
0.304
m
0.340
0.289
0.249
0.238
由上表可知3，4#板在荷载作用下最为不利，考虑到人群荷载与汽车效应相组合，因此跨中和四分点的荷载横向分布系数偏安全地取下列数据：
m2汽=0.304,m=0.249
（2）支点的荷载横向分布系数，则按杠杆法计算，由图1-4得3-4板的支点荷载横向分布系数如下：
图3.3支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图
m汽=0.5×
1.00=0.50
m=0
（3）支点到四分点处的荷载横向分布系数按内插法求得。
故由以上计算可知，取3号板作为设计板，其荷载横向分布系数如下。
表3-43#板的荷载横向分布系数
作用位置
跨中至L/4处
汽车荷载
0.5
人群荷载
3.2.2汽车荷载冲击系数计算
《桥规》规定汽车荷载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,对于简支板桥:
（3-1）
当时,=0.05;
当时,=0.45;
当时,
.（3-2）
其中：
,I=3.9883×
10m，
=
代入得:
所以,=0.1767㏑-0.0157=0.1767㏑4.9692-0.0157=0.2676
1+=1.2676
3.2.3可变作用效应计算
（1）车道荷载效应
跨中截面（见图3.4）
弯矩:
（不计冲击时）（3-3）
两车道荷载：
不计冲击
kN·
计入冲击
剪力:
（不计冲击时）（3-4）
（kN）
计入冲击
图3.4简支空心板跨中截面内力影响线及加载图
l/4截面（参照图3.5）
（不计冲击时）（3-3）
kN·
（不计冲击时）
不计冲击
=56.08（kN）
=
=71.09（kN）
图3.5简支空心板l/4截面内力影响线及加载图
支点截面剪力
计算支点截面由于车道荷载产生的效应时，考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化，同样均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处，见图3.6。
不计冲（3-4）
代入数据有：
=121.64（kN）
计入冲击（3-5）
=154.19（kN）
图3.6简支空心板支点截面内力影响线及加载图
（2）人群荷载效应
人群荷载是一个均布荷载，当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为3.0kN/m，人行道板宽为净宽1m，因此q=1×
3=3kN/m。
跨中截面：
弯矩：
m=0.249×
3×
30.2642=22.61kN/m
剪力：
V=0.249×
1.945=1.45kN/m
四分点截面：
22.698=16.96kN/m
剪力：
4.376=3.27kN/m
支点截面：
剪力：
7.78-×
×
（0.249-0）×
（+）=4.36KN
可变作用效应汇总表3-5中：
表3-5可变作用效应汇总表
跨中弯矩M（）
剪力V（kN）
L/4处
车道
荷载
两行
汽车
不计冲击系数
269.56
202.30
35.06
56.08
121.64
计入冲击系数
341.70
256.43
44.44
71.09
154.19
22.61
16.96
1.45
3.27
4.36
3.3作用效应组合
按《桥规》公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用不同的计算项目。
3.3.1承载能力极限状态
按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为：
（3-6）
式中：
——结构重要性系数，本桥属大桥，=1.0；
——效应组合设计值；
——永久作用效应标准值；
——汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。
——人群荷载效应的标准值
3.3.2正常使用极限状态
按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合:
作用短期效应组合表达式：
（3-7）
——作用短期效应组合设计值；
——不计冲击的汽车荷载效应标准值。
——人群荷载效应的标准值
作用长期效应组合表达式：
（3-8）
各符号意义见上面说明。
《桥规》还规定结构构件当需要弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为：
（3-9）
——标准值效应组合设计值；
，——永久作用效应，汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。
根据计算得到的作用效应，按《桥规》各种组合表达式可求得各效应组合设计值，现将计算汇总于表3-6中。
表3-6空心板作用效应组合计算汇总表
序号
弯矩M（kNm）
L/4
作用效应标准值
永久作用效应
85.68
可变作用效应
车道荷载
不计冲击
人群荷载S
承载能力极限状态
基本组合
（1）
799.85
599.89
102.81
205.62
（2）
478.38
359.00
62.22
99.53
215.87
0.8×
1.4S（3）
25.32
19.00
1.62
3.66
4.88
=
（1）+
（2）+（3）
1303.55
977.89
63.84
206
426.37
正常使用极限状态
作用短期效应组合
（4）
（5）
188.69
141.61
24.54
39.26
85.15
S（6）
=（4）+（5）+（6）
877.84
658.48
25.99
128.21
260.86
使用长期效应组合
（7）
66.54
（8）
107.82
80.92
14.02
22.43
48.66
0.4S（9）
9.04
6.78
0.58
1.31
1.74
=（7）+（8）+（9）
783.4
587.61
14.60
109.42
221.75
弹性阶段截面应力计算
标准值效应组合
（10）
（11）
S（12）
=（10）+（11）+（12）
1030.85
773.3
45.89
160.04
329.9
4预应力钢束的估算及布置
4.1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：
（4-1）
（4-2）
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：
（4-3）
——混凝土抗拉强度标准值。
本预应力空心板桥采用C40，=2.4Mpa,由表3-6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：
（4-4）
——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1×
7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1015.2钢绞线，单根钢绞线公称面积139mm2,则=10×
139=1390mm2满足要求。
4.2预应力钢筋的布置
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