預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁箱形梁橋設(shè)計計算.doc

煙 臺 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 目錄 煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書i 摘要vi 第1章 方案比選1 1.1 橋梁設(shè)計原則1 1.2 各種橋梁的特點1 1.3 方案比選2 1.4 截面形式比選3 第2章 設(shè)計資料及構(gòu)造布置4 2.1 設(shè)計資料4 2.1.1 橋跨及橋?qū)? 2.1.2 設(shè)計荷載4 2.1.3 材料及工藝4 2.1.4 設(shè)計依據(jù)4 2.2 橫截面布置4 2.2.1 主梁間距與主梁片數(shù)4 2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸擬定5 2.2.3 計算截面幾何特性6 2.2.4 檢驗截面效率指標(biāo)（希望在0.5以上）7 2.3 橫隔梁的設(shè)置8 第3章 主梁作用效應(yīng)計算9 3.1 永久荷載效應(yīng)計算9 3.1.1 永久計算集度9 3.1.2 永久作用效應(yīng)9 3.2 可變作用效應(yīng)計算11 3.2.1 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)11 3.2.2 計算主梁的荷載橫向分布系數(shù)11 3.2.3 車道荷載的取值16 3.2.4 計算可變作用效應(yīng)17 3.2.5 主梁內(nèi)力組合18 第4章 預(yù)應(yīng)力鋼束估算及其布置19 4.1 跨中截面鋼束的估算19 4.1.1 按正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求估算鋼束數(shù)19 4.1.2 按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù)19 4.2 跨中截面及錨固端截面的鋼束位置20 4.3 鋼束起彎角和線形的確定21 4.4 鋼束計算22 4.4.1 計算鋼束起彎點至跨中的距離22 4.5 鋼束長度計算23 第5章 計算主梁截面幾何特征25 5.1 截面面積及慣性計算25 5.1.1 凈截面幾何特性計算25 5.1.2 換算截面幾何特性計算26 第6章 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計算33 6.1 預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失33 6.2 由錨具變形、鋼束回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失34 6.3 分批張拉時混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失35 6.4 由鋼束應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失35 6.5 混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失36 6.6 鋼束預(yù)應(yīng)力損失匯總39 第7章 承載能力極限狀態(tài)計算40 7.1 跨中截面正截面承載力計算40 7.1.1 受壓區(qū)高度x40 7.1.2 正截面承載能力計算40 第8章 持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂行驗算43 8.1 正截面抗裂性驗算43 8.2 斜截面抗裂性驗算44 第9章 持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算50 9.1 正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算50 9.2 預(yù)應(yīng)力筋拉應(yīng)力驗算51 9.3 斜截面混凝土主壓應(yīng)力驗算53第10章 短暫狀況構(gòu)建的應(yīng)力驗算58第11章 主梁端部局部承壓驗算60 11.1 局部承壓區(qū)的截面尺寸驗算60 11.2 局部抗壓承載力驗算61第12章 主梁變形（撓度）驗算62第13章 行車道板64 13.1 行車道板荷載計算64 13.2 行車道板截面強(qiáng)度及配筋計算65第14章 板式橡膠支座的設(shè)計68 14.1 確定支座平面尺寸68 14.2 確定支座的厚度68 14.3 驗算支座的偏轉(zhuǎn)情況69 14.4 驗算支座的抗滑穩(wěn)定性70第15章 蓋梁設(shè)計71第16章 內(nèi)力計算78 16.1 恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力78 16.2 蓋梁內(nèi)力匯總80第17章 截面配筋設(shè)計與承載力校核82 17.1 正截面抗彎承載能力驗算82 17.2 斜截面抗剪承載能力驗算83第18章 橋墩墩柱設(shè)計84 18.1 荷載計算84 18.2 截面配筋計算與應(yīng)力驗算86第19章 鉆孔樁計算88 19.1 荷載計算88 19.2 樁長計算88 19.3 樁的內(nèi)力計算（法）89 19.4 樁身截面配筋與承載力驗算91第20章 附屬設(shè)施設(shè)計95 20.1 橋面鋪裝95 20.2 伸縮縫設(shè)計95 20.3 泄水孔95致謝97參考文獻(xiàn)982煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書院（系）：土木學(xué)院姓名宋本超學(xué)號200928501325畢業(yè)屆別2013專業(yè)路橋畢業(yè)設(shè)計題目多跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱形梁橋設(shè)計(35m)指導(dǎo)教師賀麗學(xué)歷博士研究生職稱講師所學(xué)專業(yè)橋梁工程具體要求(主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等)：一、設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)1. 道路等級：二級公路（遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)）； 2. 孔跨布置（自己根據(jù)要求和橋址資料確定）； 3. 設(shè)計荷載：公路級； 4. 橋面坡度：不設(shè)縱坡，車行道雙向橫坡為2%； 5. 橋面橫向布置：0.5m（欄桿）+8m（車道）0.5m（欄桿）6. 橋軸平面線形：直線。二、設(shè)計參考規(guī)范 1. 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTJB01-2003） 2. 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004） 3. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004） 4. 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTG D63-2007） 5. 公路工程抗震設(shè)計規(guī)范（JTJ004-89）三、主要參考書目1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 （人民交通出版社，邵容光編） 2. 橋梁工程（上冊）（人民交通出版社，范力礎(chǔ)編）3. 橋梁計算示例集 （人民交通出版社，易建國編） 4. 公路橋涵設(shè)計手冊，梁橋（上冊）（人民交通出版社，徐光輝等編）5. 公路橋涵設(shè)計手冊，墩臺與基礎(chǔ) （人民交通出版社，江祖銘等編）四、設(shè)計內(nèi)容要求1. 根據(jù)所選題目要求和提供的橋址資料完成橋跨布置工作，并根據(jù)最終的設(shè)計內(nèi)容完善橋跨布置。2. 設(shè)計的計算工作(1) 上部結(jié)構(gòu)計算 根據(jù)教師指導(dǎo)確定主梁和橫隔梁的具體結(jié)構(gòu)形式，計算恒載和活載內(nèi)力，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的荷載組合。 預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計計算，估算所需預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積，確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的具體布置形式。 控制截面的強(qiáng)度驗算和應(yīng)力計算。 變形驗算。 (2) 下部結(jié)構(gòu)計算 根據(jù)教師指導(dǎo)確定下部結(jié)構(gòu)（墩臺基礎(chǔ)）的具體形式，計算恒載和活載內(nèi)力，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的荷載組合。 配筋設(shè)計 變形驗算。3. 設(shè)計出圖（A3幅面設(shè)計圖，每人完成10張，具體內(nèi)容可參考下面說明（供參考）(1) 橋跨布置圖（一）（反映立面和平面的總體布置圖）(2) 橋跨布置圖（二）（反映橫向的總體布置圖）(3) 主梁一般構(gòu)造圖（跨中）(4) 主梁一般構(gòu)造圖（支點）(5) 跨中鋼筋構(gòu)造圖(6) 支點鋼筋構(gòu)造圖 (7) 主梁預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)造圖 (8) 主梁橫隔板構(gòu)造圖(9) 搭板一般構(gòu)造圖 (10) 搭板鋼筋構(gòu)造圖 (11) 橋墩一般構(gòu)造圖(12) 橋墩樁柱鋼筋構(gòu)造圖(13) 橋墩蓋梁鋼筋構(gòu)造 (14) 橋臺一般構(gòu)造 (15) 橋臺蓋梁鋼筋構(gòu)造 (16) 錐坡一般構(gòu)造4. 論文工作除設(shè)計圖紙外，畢業(yè)論文應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：(1) 設(shè)計任務(wù)、基本資料(2) 與設(shè)計題目相關(guān)的設(shè)計理論和技術(shù)的簡況(3) 詳細(xì)的計算、設(shè)計過程說明，包括計算公式、數(shù)據(jù)及必要的圖表等(4) 輔助設(shè)計內(nèi)容（任選一項）：欄桿設(shè)計、支座設(shè)計、施工組織設(shè)計、工程概預(yù)算。(5) 對本次設(shè)計的總結(jié)，包括自己的收獲、感想及畢業(yè)設(shè)計中存在的問題等內(nèi)容。進(jìn)度安排：本屆畢業(yè)設(shè)計總時間為15周，具體安排如下：周次內(nèi)容安排1畢業(yè)設(shè)計實習(xí)2畢業(yè)設(shè)計實習(xí)3畢業(yè)設(shè)計開題：布置設(shè)計任務(wù)，開始橋跨布置工作4上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，恒活載內(nèi)力計算和內(nèi)力組合5下部結(jié)構(gòu)設(shè)計，內(nèi)力計算6上、下部結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行配筋計算7進(jìn)行各項驗算8輔助設(shè)計9開始論文整理、圖紙繪制工作10論文整理、圖紙繪制工作11論文整理、圖紙繪制工作12論文整理、圖紙繪制工作13指導(dǎo)教師審核畢業(yè)設(shè)計，提出修改意見14畢業(yè)設(shè)計學(xué)院統(tǒng)一審查及修改15畢業(yè)設(shè)計答辯指導(dǎo)教師簽字：院（系）意見： 教學(xué)院長（主任）簽字： 年 月 日附注：年 月 日iii摘 要高疃鎮(zhèn)西宋州大橋設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)跨徑35的4跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱形梁橋。上部為裝配式全預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱形梁。預(yù)制箱梁高2.0，主梁間距4.3。為降低主梁高度，充分利用鋼筋，改善橋梁的使用性能，預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁采用后張法，在設(shè)計荷載下按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。錨具為與鋼絞線配套的XM錨具，錨具變形鋼筋回縮按6計。預(yù)制件在張拉鋼絞線時混凝土的強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時方可張拉。下部橋墩為鋼筋混凝土圓形墩，墩柱直徑1.0；橋墩基礎(chǔ)為單排雙列鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.2，間距3.5。橋墩蓋梁，按簡支梁計算內(nèi)力及墩柱頂豎向反力。關(guān)鍵詞：箱形梁；簡支；后張法；鉆孔灌注樁；預(yù)應(yīng)力混凝土。第1章 方案比選橋梁是公路、鐵路和城市道路的重要組成部分，特別是大、中橋的建設(shè)對當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)、文化、國防等意義重大。因此，橋梁工程必須遵照“安全、使用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的基本原則進(jìn)行設(shè)計，同時充分技術(shù)的先進(jìn)性以及環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的要求。1. 1 橋梁設(shè)計原則 1. 安全性整個橋梁結(jié)構(gòu)及各部分構(gòu)件，在制造、運輸、安裝、安裝和使用過程中應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，并且具有適當(dāng)?shù)陌踩珒?。在地震區(qū)修建橋梁時，在計算和構(gòu)造上還要滿足抵御地震破壞力的要求。同時，根據(jù)橋上車輛交通和行人的情況，橋面應(yīng)考慮合理的設(shè)置人行道、護(hù)欄、欄桿等附屬設(shè)施，以保證行人和行車的安全。 2. 適用性橋上的行車道和人行道應(yīng)滿足車輛和人群在規(guī)劃設(shè)計年限內(nèi)的交通流量要求，并應(yīng)滿足將來交通量增長的需要。橋下應(yīng)滿足泄洪、安全通航、通行等要求。建成的橋梁應(yīng)保證使用年限，并便于檢查和維修。 3. 經(jīng)濟(jì)性橋梁的設(shè)計應(yīng)該體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性。設(shè)計中應(yīng)依照因地制宜、就地取材、和方便施工的原則，合理選用適當(dāng)?shù)臉蛐?。綜合考慮發(fā)展遠(yuǎn)景和將來的養(yǎng)護(hù)維修，通過詳細(xì)周密的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，盡量使建設(shè)總造價和養(yǎng)護(hù)維修的費用綜合最省。 4. 先進(jìn)性橋梁設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設(shè)的新技術(shù)。應(yīng)便于制造和架設(shè)，應(yīng)盡量采用先進(jìn)工藝技術(shù)和施工機(jī)械、設(shè)備，以利于減少勞動強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量和施工安全。 5. 美觀一座橋梁應(yīng)該具有優(yōu)美的外形，并與周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)。尤其是城市橋梁和旅游區(qū)的橋梁，更應(yīng)該重視橋梁美學(xué)方面的要求。公路上的特殊大橋應(yīng)該進(jìn)行專門的景觀設(shè)計。合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是美觀的主要因素，決不應(yīng)把美觀片面的理解為豪華的裝飾。此外施工質(zhì)量的優(yōu)劣，也會影響橋梁的美觀性。6. 環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展 隨著社會的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展必須得到充分的考慮。應(yīng)從橋位選擇、橋跨布置、基礎(chǔ)方案、蹲身外形、上部結(jié)構(gòu)施工方法、施工組織設(shè)計等方面全面進(jìn)行考慮環(huán)境的要求，采取必要的工程控制措施，并建了環(huán)境保護(hù)體系，將不利影響降至最低。應(yīng)根據(jù)上述原則，對橋梁作出綜合評估。1.2 各種橋梁的特點1. 梁橋 梁式橋是指其結(jié)構(gòu)在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力的橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋受力明確，理論計算較簡單，設(shè)計和施工的方法日臻完善和成熟。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋具有以下主要特征：a） 混凝土材料以砂、石為主，可就地取材，成本較低；b） 結(jié)構(gòu)造型靈活，可塑性好，可根據(jù)使用要求澆鑄成各種形狀的結(jié)構(gòu)；c） 結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性較好，建成后維修費用較少；d） 結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度較大，變性較??；e） 可采用預(yù)制方式建造，將橋梁的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；f） 結(jié)構(gòu)自重較大，自重耗掉大部分材料的強(qiáng)度，因而大大限制其跨越能力；g） 預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋可有效利用高強(qiáng)度材料，并明顯降低自重所占全部設(shè)計荷載的比重，既節(jié)省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲勞的能力；h） 預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋所采用的預(yù)應(yīng)力技術(shù)為橋梁裝配式結(jié)構(gòu)提供了最有效的拼裝手段，通過施加縱向、橫向預(yù)應(yīng)力，使裝配式結(jié)構(gòu)集成整體，進(jìn)一步擴(kuò)大了裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。 2. 拱橋拱橋的靜力特點是，在豎直荷載作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平反力。由于水平反力的作用，拱的彎矩大大減少。設(shè)計得合理的拱軸，使橋梁主要承受壓力，彎矩、剪力均較小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而可以充分利用抗拉性能較差、抗壓性能較好的石料，混凝土等來建造。石拱對石料的要求較高，石料加工、開采與砌筑費工，現(xiàn)在已很少采用。由墩、臺承受水平推力，要求支撐拱的墩臺和地基必須承受拱端的強(qiáng)大推力，因而修建拱橋要求有良好的地基。對于多跨連續(xù)拱橋，為防止其中一跨破壞而影響全橋，還要采取特殊的措施，或設(shè)置單向推力墩以承受不平衡的推力。所以暫不考慮拱橋的形式。1.3 方案比選簡支梁受力明確，特殊力的影響小，設(shè)計施工易標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化。從環(huán)境美學(xué)效果來看，簡支箱梁造型輕巧、平整、線路流暢，將給城市爭色不少。而今由于材料性能的不斷改進(jìn)，設(shè)計理論日趨完善，施工工藝的革新創(chuàng)造，使得預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的地位日益重要。其上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型及適用情況見下表1.1：表1.1 方案比選比較項目第一方案第二方案主橋跨橋型預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁（4孔35)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁（4孔35）主橋跨結(jié)構(gòu)特點預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力。結(jié)構(gòu)抗扭剛度較大，約為相應(yīng)T梁截面的十幾倍至幾十倍，在橫向偏心荷載作用下，各梁的受力比T梁均勻的多。同等跨徑條件下梁高比T梁小，穩(wěn)定性較好在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無水平推力。結(jié)構(gòu)造型靈活，整體性好，剛度較大，其跨徑較?。磺液喼Я毫焊咻^大，截面形狀不穩(wěn)定，運輸和安裝較復(fù)雜； 構(gòu)件正好在橋面板的接頭處，對梁板的受力不利建筑造型側(cè)面上看線條明晰，顯得美觀大方跨徑一般，線條明晰，但比較單調(diào)，與景觀配合很不協(xié)調(diào)施工技術(shù)預(yù)制箱型型構(gòu)件，運至施工地點，采用混凝土現(xiàn)澆，將箱型梁連接，其特點外型簡單、制造方便，整體性好預(yù)制T型構(gòu)件，運至施工地點，采用混凝土現(xiàn)澆，將T型梁連接，其特點外型簡單、制造方便，整體性好工 期較 短較短1.4 截面形式比選截面形式考慮了箱形梁、T形梁。結(jié)合工程特點和施工條件及箱形梁抗扭剛度大，橫向抗彎剛度大和動力穩(wěn)定性能好，外觀簡潔，適應(yīng)性強(qiáng)，在直線、曲線、折返線及過渡線等區(qū)間段均可采用，且施工技術(shù)成熟，造價適中。最終，選擇預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋。主梁間距430，共用兩片箱梁，頂板預(yù)制寬度410，為保證橋梁的整體受力性能，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭。 第2章 設(shè)計資料及構(gòu)造布置2.1 設(shè)計資料2.1.1 橋跨及橋?qū)?標(biāo)準(zhǔn)跨徑: 計算跨徑:橋面凈空：凈一0.5m（欄桿）+8m（車道）0.5m（欄桿）9m2.1.2 設(shè)計荷載:路一級。2.1.3 材料及工藝: 混凝土：主梁用，欄桿及橋面鋪裝用。預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)采用公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTGD62-2004）的15.7鋼絞線，每束7根。抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。公稱面積。彈性模量；錨具采用夾板式群錨。規(guī)范中規(guī)定，鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋宜選用熱軋R235、HRB335、HRB400及KL400鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的箍筋應(yīng)該選擇帶肋鋼筋；按照構(gòu)造配置的箍筋網(wǎng)可采用冷軋帶肋鋼筋。按后張法施工工藝制作橋梁，預(yù)制主梁時，預(yù)留孔道采用預(yù)埋金屬波紋管成型，鋼絞線采用TD雙作用千斤頂兩端同時張拉，主梁安裝就位后現(xiàn)澆寬的濕接縫。最后施工厚的瀝青橋面鋪裝層。2.1.4 設(shè)計依據(jù)a). 交通部頒公路工程技術(shù)指標(biāo)（JTG B01-2003）b). 交通部頒公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）c). 交通部頒公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004)2.2 橫截面布置2.2.1 主梁間距與主梁片數(shù) 梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的增大而加寬,這樣會比較經(jīng)濟(jì)，同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標(biāo)很有效，故在許可條件下適當(dāng)加寬箱梁翼板。本設(shè)計中翼板寬度為，由于寬度較大，為保證橋梁的整體受力性能，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭。凈(欄桿)(車道）(欄桿）。本橋選用兩片主梁，如圖2.12.2 半跨支截面 半跨中截面圖2.1 橫截面示意圖（尺寸單位：） 圖2.2 橋梁縱斷面圖示意圖（尺寸單位：）2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸擬定 1. 主梁高度 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/15-1/25之間，本設(shè)計暫取1/17.5，采用2000的主梁高度。 2. 主梁截面細(xì)部尺寸 箱梁橋板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求，還應(yīng)考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的要求，這里取預(yù)制箱梁的翼板邊緣厚度為200，上頂板厚度為200,下底板厚度為200。為抵抗翼緣根部較大的彎矩和避免應(yīng)力集中,翼板根部設(shè)承托，加厚到400。 在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中腹板內(nèi)主拉應(yīng)力較小，腹板厚度一般由布置預(yù)制孔管的構(gòu)造決定。同時從腹板本身的穩(wěn)定性條件出發(fā)，腹板厚度不宜小于其高度的1/15，因此取腹板厚度為200(水平距離)，靠近支點適當(dāng)加厚以適應(yīng)鋼筋錨固。 按照以上擬定的外形尺寸，就可以繪出預(yù)應(yīng)力梁的跨中截面圖（見圖2.3） 圖2.3 跨中截面尺寸圖（尺寸單位：）2.2.3 計算截面幾何特性 先把整個橫截面分成12個小塊,分別計算面積.分割圖形如圖2.4圖2.4 圖形分割圖（尺寸單位：） 預(yù)制截面面積為: 使用截面跨中截面面積為: 求截面形心位置:不妨設(shè)下邊緣為軸，其中線為軸，計算如下: 形心距離下邊緣: 形心距離上邊緣距離為: 將主梁跨中截面劃分成12個規(guī)則圖形小單元，截面幾何特性列表計算，見表2.1表 2.1 截面幾何特性名稱分塊面積（1）分塊面積的自身慣性矩（2）分塊面積形心到形心的豎向距離 (3)分塊面積對截面形心慣性矩（4）=n（1）（3）2（5） =（2）+（4） ()下橫板矩形2400.080000125.010568188.837580000下橫板三角形7548000/36115+20/311102082223750腹板280054880000/1245.01306627.220486666.7承托三角形600.0480000/3625+40/3881666.73580000承托矩形400.0160000/1235.04900001006666.7上橫板和翼緣8200.03280000/1255.02480500025078333.319550.089955416.72.2.4 檢驗截面效率指標(biāo)（希望在0.5以上） 上核心距： 下核心距： 截面效率指標(biāo)： 表明以上初擬的主梁跨中截面是合理的。2.3 橫隔梁的設(shè)置 為減小對主梁設(shè)計起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設(shè)置一道橫隔梁。另外，本設(shè)計在橋端部和四分點各設(shè)置1道橫隔梁，其間距為8.75，端橫隔梁高度為1800。中橫隔梁高為1500，橫隔梁上部寬度為160，下部寬度為140。詳見圖2.1。第3章 主梁作用效應(yīng)計算 根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱橫截面的布置，并通過可變荷載作用下的梁橋荷載橫向分布計算，可分別求出各主梁控制截面（一般取跨中，四分點，變化點截面和支點截面）的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，然后再進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合。3.1 永久荷載效應(yīng)計算3.1.1 永久計算集度 1. 預(yù)制梁自重 1）跨中截面段主梁的自重 2）橫隔板梁(中橫隔梁和端橫隔梁尺寸差距不大,按端橫隔梁計算) 2. 二期永久作用 1）現(xiàn)澆箱梁翼板集度： 2）鋪裝 8厚的防水混凝土： 8瀝青鋪裝： 若將橋面鋪裝均攤給2片梁，則： 3. 欄桿一側(cè)防撞欄按8.53.1.2 永久作用效應(yīng)如圖3.1所示，設(shè)為計算截面離左支座距離，并令圖3.1 永久作用效應(yīng)計算圖 主梁的永久作用效應(yīng)計算表見表3.1和表3.2 表 3.1 荷載匯總荷載第一期恒載()第二期恒載()總和()梁49.93520.8670.8 表 3-2 荷載效應(yīng)項目()()L/2L/4L/8L/4L/8支點144.5108.463.28.512.817第一期恒載7215.65413.03155.9424.5639.2848.9第二期恒載3014.32261.21318.4177.3267.1354.7總和G10230.67674.24474.3601.8806.31203.63.2 可變作用效應(yīng)計算 采用直接加載求汽車荷載內(nèi)力，計算公式為： 式中： 所求截面的彎矩或剪力； 汽車荷載的沖擊系數(shù)； 多車道橋涵的汽車荷載折減系數(shù)； ，汽車和人群的跨中荷載橫向分布系數(shù)； 集中荷載作用處的橫向分布系數(shù)； ， 車道荷載中均布荷載及人群荷載； 車道荷載和集中荷載； 剪力或彎矩影響線的面積； 車道荷載的集中荷載對應(yīng)的影響線豎標(biāo)值；3.2.1 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)按橋規(guī)4.3.2條規(guī)定，結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻有關(guān)，因此要先計算結(jié)構(gòu)的基頻。簡支梁的基頻可采用下列公式計算：式中： 結(jié)構(gòu)計算跨徑； 結(jié)構(gòu)材料的彈性模量； 截面跨中截面的截面慣性矩； 結(jié)構(gòu)跨中的單位長度質(zhì)量；根據(jù)橋梁規(guī)范，本橋的基頻滿足：，可計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為：。3.2.2 計算主梁的荷載橫向分布系數(shù)1. 跨中的荷載橫向分布系數(shù)如前所述，本設(shè)計橋跨內(nèi)設(shè)五道橫隔板，具有可靠的橫向聯(lián)系，且橋的寬跨比，并且本橋有兩片主梁。所以可按偏心壓力法和修正后的偏心壓力法和杠桿原理法來繪制橫向影響線和計算橫向分布系數(shù)。（1）修正后的偏心壓力法 1）計算主梁抗扭慣性矩 對于單箱單室薄壁箱型截面，其抗扭慣性矩表達(dá)式如下： 2）計算抗扭修正系數(shù) 對于本設(shè)計主梁的間距相同，并將主梁計算看成等截面，則有：3）按修正的剛性橫梁法計算橫向影響線豎坐標(biāo)值： 梁數(shù)n=2，梁間距為4.5，則： 由于橫向影響線為直線,故只需求兩點坐標(biāo)即可。(代表引起反力梁號,代表作用位置) 計算所得的值列于表3.3內(nèi)表3.3 值梁號1 102 01 4）計算荷載橫向分布系數(shù)： 1號梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖3.2所示 由和繪制1號梁橫向影響線，如圖3.2所示。 零點位置已知后，就可求出各類荷載相應(yīng)于各個荷載位置的橫向影響線豎標(biāo)值，圖3.2 1號梁橫向影響線 (尺寸單位：)汽車荷載經(jīng)過比較,明顯兩列車道最為不利.二車道故可變作用（汽車）的橫向分布系數(shù)為：（2）偏心壓力法 梁數(shù)n=2，梁間距為4.5，則：由于橫向影響線為直線,故只需求兩點坐標(biāo)即可。(代表引起反力梁號,代表作用位置) 計算所得的值列于表3.4內(nèi)表3.4 值梁號1 102 01 計算荷載橫向分布系數(shù)：1號梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖3.3所示由和繪制1號梁橫向影響線，如圖3.3所示。 零點位置已知后，就可求出各類荷載相應(yīng)于各個荷載位置的橫向影響線豎標(biāo)值，圖3.3 1號梁橫向影響線 (尺寸單位：) 汽車荷載 ：經(jīng)過比較,明顯兩列車道最為不利. 二車道 故可變作用（汽車）的橫向分布系數(shù)為：（3）杠桿原理法圖3.4 1號梁橫向影響線 (尺寸單位：)汽車荷載：經(jīng)過比較,明顯兩列車道最為不利.二車道故可變作用（汽車）的橫向分別系數(shù)為：由上面三種計算方法我們可以得出一個結(jié)論,兩片主梁的情況下,抗扭是否考慮,對橫向分布系數(shù)的結(jié)果影響很小。綜上可知： 2. 支點截面的荷載橫向分布系數(shù)如圖3.5所示，按杠桿原理法繪制荷載橫向分布影響線并進(jìn)行布載：1號梁可變作用的橫向分布系數(shù)可計算如下：圖3.5 1號梁橫向影響線 (尺寸單位：)汽車荷載：經(jīng)過比較,明顯兩列車道最為不利.二車道故可變作用（汽車）的橫向分布系數(shù)為：3.2.3 車道荷載的取值根據(jù)橋規(guī)，公路級的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：均布荷載：集中荷載：計算剪力效應(yīng)時應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。3.2.4 計算可變作用效應(yīng) 下面計算1號梁各截面的彎矩和剪力 1. 跨中截面1） 彎矩跨中截面彎矩影響線面積： 跨中彎矩：2) 剪力跨中剪力截面影響線面積： 跨中剪力： 2. 截面 1)彎矩： 截面彎矩影響線面積： 截面彎矩： 1） 剪力：截面剪力影響線面積： 截面剪力： 3. 支點截面支點截面剪力影響線面積： 支點截面剪力 3.2.5 主梁內(nèi)力組合表3.6 主梁荷載效應(yīng)組合值序號荷載類別彎矩()剪力()支點1恒載7624.2 10230.6 1203.6 601.8 0.0 2汽車荷載4317.7 5018.4 751.4 412.7 354.2 31.2恒載9149.0 12276.7 1444.3 722.2 0.0 41.4汽車荷載6044.8 7025.8 1052.0 577.8 495.9 5承載能力極限設(shè)計值（4+3）15193.8 19302.5 2496.3 1299.9 495.9 60.7汽車荷載/1.32324.9 2702.2 404.6 222.2 190.7 70.4汽車荷載/1.31328.5 1544.1 231.2 127.0 109.0 8短期效應(yīng)（1+6）9949.1 12932.8 1608.2 824.0 190.7 9長期荷載（1+7）8952.7 11774.7 1434.8 728.8 109.0 第4章 預(yù)應(yīng)力鋼束估算及其布置4.1 跨中截面鋼束的估算根據(jù)公預(yù)規(guī)規(guī)定，預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)滿足正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度要求。以下就跨中截面在各種作用效應(yīng)組合下，分別按照上述要求對主梁所需的鋼束數(shù)進(jìn)行估算，并且按這些估算的鋼束數(shù)的多少確定主梁的鋼束數(shù)。4.1.1 按正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求估算鋼束數(shù)對于預(yù)應(yīng)力混凝土箱形簡支梁橋，當(dāng)截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時，則得到鋼束數(shù)的估算公式：式中： 持久狀態(tài)使用荷載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)組合值； 與荷載有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，對于公路II級，取用0.565； 股鋼絞線截面面積，一股鋼絞線的截面面積為，故； 在檢驗截面效率指標(biāo)中，已知計算出，估算，則鋼束偏心距為：； 1號梁：4.1.2 按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù) 根據(jù)極限狀態(tài)的應(yīng)力計算圖式，受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度，應(yīng)力圖式呈矩形，同時預(yù)應(yīng)力鋼束也達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，則鋼束數(shù)的估算公式為：式中： 承載能力極限狀態(tài)的跨中最大彎矩； 經(jīng)驗系數(shù)，一般取，本設(shè)計取； 預(yù)應(yīng)力鋼絞線的設(shè)計強(qiáng)度； 1號梁：對于全預(yù)應(yīng)力梁，我們希望梁能在彈性階段工作。兩片主梁所需的鋼束數(shù)相同，為方便鋼束布置和施工，各主梁統(tǒng)一確定為10束，采用夾片式群錨.預(yù)埋管為內(nèi)直徑為70，外直徑為77的金屬波紋管孔。4.2 跨中截面及錨固端截面的鋼束位置 對于跨中截面，在保證布置預(yù)留管道構(gòu)造要求的前提下，盡可能使鋼束群重心的偏心距大些。本設(shè)計采用內(nèi)經(jīng)70、外徑77的預(yù)埋鐵皮波紋管，根據(jù)公預(yù)規(guī)9.1.1條規(guī)定，管道至梁底和梁側(cè)凈距不應(yīng)小于3及管道直徑的1/2.。根據(jù)公預(yù)規(guī)9.4.9條規(guī)定，水平凈距不應(yīng)小于4及管道直徑的0.6倍，在豎直方向可疊置。根據(jù)以上規(guī)定，跨中截面的細(xì)部構(gòu)造如圖4.1所示。圖4.1 鋼束未彎起前布置 (尺寸單位：) 由此可直接得出鋼束群重心至梁底距離為： 對于錨固端截面，鋼束布置通?？紤]下述兩個方面：一是預(yù)應(yīng)力鋼束合力重心盡可能靠近截面形心，使截面均勻受壓；二是考慮錨頭布置的可能性，以滿足張拉操作方便的要求。按照上述錨頭布置的“均勻”、“分散”原則，錨固端截面所布置的鋼束如圖4.2所示。圖4.2 鋼束未彎起后布置 (尺寸單位：)鋼束群重心至梁底距離為： 為驗核上述布置的鋼束群重心位置，需計算錨固端截面幾何特性。 毛截面截面特性： 形心到下緣的距離 故計算得： 下核心距： 截面效率指標(biāo)： 說明鋼束群重心處于截面的核心范圍內(nèi)。4.3 鋼束起彎角和線形的確定確定鋼束起彎角時，既要照顧到由其彎起產(chǎn)生足夠的豎向預(yù)剪力，又要考慮到所引起的摩擦預(yù)應(yīng)力損失不宜過大。為此，本設(shè)計將錨固端截面分成幾個位置，鋼束的彎起角分別為12、10、8、6。4.4 鋼束計算4.4.1 計算鋼束起彎點至跨中的距離錨固點到支座中心線的水平距離為： 圖4.3 封錨端混凝土塊尺寸 (尺寸單位：) 圖4.3為鋼束計算圖示，鋼束起彎點至跨中的距離列于表4.1中圖4.4 鋼束計算圖示表4.1 彎起鋼筋詳表 鋼 束 號起彎高度 y()()Cos()sin()R()（） N7(N8)4560.99450.10458181.8884.3N5(N6)7580.99030.13927732.0663.9N3（N4）105100.98480.17366907.9541.3N1（N2）135120.97810.20796164.4459.64.5 鋼束長度計算一根鋼束的長度為曲線長度、直線長度與梁端工作長度之和，其中鋼束的曲線長度可按圓弧半徑與彎起角度進(jìn)行計算。通過每根鋼束長度計算，就可得出一片主梁和一孔橋所需鋼束的總長度，以利備料和施工。計算結(jié)果見表4.2表4.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋長度計算鋼束號（）鋼束彎起角度曲線長度（）直線長度（cm）有效長度 鋼束預(yù)留長度（）鋼束長度（）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）N7(N8)8181.86856.4884.33481.41403621.4*2N5(N6)7732.081079.1663.93486.01403626.0*2N3(N4)6907.9101205.1541.33492.81403632.8*2N1(N2)6164.4121290.4459.63500.01403640.0*2N9(N10)000174834961403636.0*2第5章 計算主梁截面幾何特征 本節(jié)在求得各驗算截面的毛截面特性和鋼束位置的基礎(chǔ)上，計算主梁凈截面和換算截面的面積、慣性矩及梁截面分別對重心軸、上梗肋與下梗肋的靜矩，最后匯總成截面特性值總表，為各受力階段的應(yīng)力驗算準(zhǔn)備計算數(shù)據(jù)?，F(xiàn)以跨中截面為例，說明其計算方法，在表5.1中亦示出其他截面特性值的計算結(jié)果。5.1 截面面積及慣性計算5.1.1 凈截面幾何特性計算 在預(yù)加應(yīng)力階段，只需要計算小截面的幾何特性。計算公式如下：截面積 ： 截面慣矩 ： 計算結(jié)果見表 5.1表5.1 跨中翼緣全寬截面面積和慣性矩計算表截面分塊名稱分塊面分塊面積重心至上緣距離分塊面積對上緣靜全截面重心到上緣距離分塊面積的自身慣矩b1=410cm凈截面毛截面195506512707506489955416.7-11955089237342.7扣管道面積-465.66103.8-48335略-39.8-73762419084122241589955416.7-718074計算數(shù)據(jù) 根 截面分塊名稱分塊面 分塊面積重心至上緣距離（）分塊面積對上緣靜（）全截面重心到上緣距離（）分塊面積的自身慣矩()()()()b1=430cm換算截面毛截面1995064127680064.291223411.30.279891340416.3鋼束換算面積79.221038159.7略-38.3116207200029.21284959.791223411.3117005計算數(shù)據(jù) 根 5.1.2 換算截面幾何特性計算 1. 整體截面幾何特性計算在使用階段需要計算大截面（結(jié)構(gòu)整體化以后的截面）的幾何特性，計算公式如下：截面積： 截面慣矩： 式中： 混凝土毛截面面積和慣性矩； 根管道截面積； 凈截面和換算截面重心到主梁上緣的距離； 分塊面積重心到主梁上緣的距離； 計算面積內(nèi)所含的管道數(shù)（鋼束數(shù)）； 預(yù)應(yīng)力鋼束與混凝土的彈性模量之比，即5.65 2. 有效分布寬度內(nèi)截面幾何特性計算根據(jù)公預(yù)規(guī)4.2.2條，預(yù)應(yīng)力混凝土梁在計算預(yù)應(yīng)力引起的混凝土應(yīng)力時，預(yù)加力作為軸向力產(chǎn)生的應(yīng)力按實際翼緣全寬計算，由預(yù)加力偏心引起的彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力按翼緣有效寬度計算。由于采用有效寬度方法計算的等效法向應(yīng)力體積和原全寬內(nèi)實際的法向應(yīng)力體積是相等的，因此用有效寬度截面計算等代法向應(yīng)力時，中性軸應(yīng)取原全寬截面的中性軸。由于截面寬度不折減，截面的抗彎慣性矩也不需折減，取全寬截面值。3. 截面凈距計算預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土在張拉階段和使用階段都要產(chǎn)生剪應(yīng)力，這兩個階段的剪應(yīng)力應(yīng)該疊加。在每個階段中，凡是中性軸位置和面積突變處的剪應(yīng)力，都需要計算，在張拉階段和使用階段應(yīng)計算得截面為：圖5.1 靜矩計算圖式(1)在張拉階段，凈截面的中性軸（稱凈軸）位置產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力，應(yīng)該與使用階段在凈軸位置產(chǎn)生的剪應(yīng)力疊加。(2)在使用階段，換算截面的中性軸（稱換軸）位置產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力，應(yīng)該與張拉階段在換軸位置產(chǎn)生的剪應(yīng)力疊加。故對每一個荷載作用階段，需要計算四個位置的剪應(yīng)力，即需要計算下面幾種情況的靜距：1)a-a 線以上（或以下）的截面對中性軸（凈軸和換軸）的靜矩2)b-b線以上（或以下）的面積對中性軸（兩個）的靜矩；3)凈軸（oo）以上（或以下）的面積對中性軸（兩個）的靜矩；4)換軸（nn）以上（或以下）的面積對中性軸（兩個）的靜矩計算結(jié)果見表5.25.4表5.2 跨中截面對重心軸靜矩計算表 分塊名稱及序號已知：,靜矩類別及序號分塊面積分塊面積重心至全截面重心距離對靜軸靜矩翼板1翼緣部分對靜軸靜矩820055451000承托2160037.560000_511000底板4底板部分