橋梁工程畢業(yè)設計說明書.doc

摘要 本題為C市N河大橋設計，是根據(jù)設計任務書的要求和相關規(guī)定，對該橋進行方案比選和設計的。內(nèi)容包括橋型方案設計、基本資料、設計圖紙、承載力驗算。根據(jù)設計資料和技術條件，本著“安全、經(jīng)濟、美觀、實用、環(huán)?！钡氖衷瓌t，提出三種方案預應力空心板簡支梁橋、上承式拱橋和斜拉橋，選定預應力空心板簡支梁橋為最優(yōu)的設計方案。結構設計的目的為滿足使用要求、達到結構可靠性標準、合理控制工程造價。本設計按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行作用效應的組合，取其最不利效應組合進行設計。本橋計算內(nèi)容有恒載計算、活載計算、汽車沖擊影響、內(nèi)力效應組合、預應力鋼筋數(shù)量的估算及配置、承載能力極限狀態(tài)計算，并繪制了鋼筋配置圖。 本設計依據(jù)工程情況和現(xiàn)場情況，采用預應力先張法施工，在施工平面上布局做到合理，以求得高質量完成工程施工。關鍵詞：空心板簡支梁橋，預應力，結構設計計算，設計圖紙AbstractC City N River Bridge design is based on the design requirements of the mission statement and the relevant provisions of the scheme selection of the bridge and design. Include bridge design, basic information, design drawings, Bearing Capacity. According to design information and technical conditions, in the security, economic, aesthetic, practical, environmental protection, the cross principle, put forward three options - simply supported prestressed hollow slab bridge, the arch bridge and the bridge, the selected Prestressed hollow bridge beams for the optimal design. Structure designed to meet the requirements to achieve structural reliability standards, the reasonable control of project cost. The design at ultimate limit state and serviceability limit state action effect of the combination, whichever is the most unfavorable combination of design effects. The calculation of the contents of exercise and the bridge set computing, live load calculations, car shocks, internal force effect combination, and estimate the number of prestressed configuration, ultimate limit state calculations and draw the steel configuration chart. The design based on project situation and site conditions, the use of prestressed tensioned construction, the layout of the plane to do the construction is reasonable, in order to achieve high-quality finished construction.Key words: hollow bridge beams, prestressed, structure design calculations, design drawings朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典詳細內(nèi)容目 錄第一章 設計基本資料1第一節(jié) 橋位工程地質條件1第二節(jié) 主要技術指標1第二章 橋型方案比選2第一節(jié) 設計原則2第二節(jié) 橋梁結構的總體布置3第三節(jié) 初步方案擬定4第三章 結構設計計算10第一節(jié) 設計依據(jù)和基礎資料10第二節(jié) 設計要點11第三節(jié) 空心板毛截面幾何特性計算12第四節(jié) 作用效應計算13第五節(jié) 預應力鋼筋數(shù)量估算及布置23第六節(jié) 換算截面幾何特性計算28第七節(jié) 承載能力極限狀態(tài)計算29第八節(jié) 主梁變形驗算33第九節(jié) 橋梁博士電算結果與分析33第四章 施工方法37第一節(jié) 下部結構施工37第二節(jié) 上部結構施工39參考文獻43第一章 設計基本資料第一節(jié) 橋位工程地質條件該工程地形圖里程起始樁號AK6+037.5，終點樁號AK6+102.5，總長度為65m。地面高程由1621.971至1640.779，總高度18.808m。工程土質以泥巖為主，黃土狀粉質粘土為輔。在里程樁號AK6+037.5至AK6+060之間，由泥巖組成，在里程樁號AK6+060至AK6+080之間有厚約為6.433m黃土狀粉質粘土和厚約為26.7m的泥巖組成，在里程樁號AK6+080至AK6+102.5之間有厚約7.8m的黃土狀粉質巖和厚約為22.4m的泥巖組成。地勢呈U型，較為陡峭。第二節(jié) 主要技術指標1、橋面寬度：凈7m+20.5m（防撞護欄）； 2、橋面橫坡：單向 i=2%； 3、橋面縱坡：雙向 i=1% 4、設計荷載：公路 級； 5、橋下凈空：無要求； 6、地震烈度：8度； 7、氣溫：年最高月平均氣溫15，最低溫度-2。 第二章 橋型方案比選第一節(jié) 設計原則一、使用上的要求 橋梁設計要求能保證行車的暢通、舒適和安全；既滿足當前的需要，又考慮今后的發(fā)展；既滿足交通運輸本身的需要，也要考慮到支援農(nóng)業(yè)、滿足農(nóng)田排灌的需要；通航河流上的橋梁，應滿足航運的要求；橋梁還應考慮戰(zhàn)備，適應國防的要求。二、安全上的要求 安全是最基本的要求，橋沒有安全性就失去了它建造的價值，城市交通運輸?shù)牟粩喟l(fā)展，橋梁結構不光要求結構自身的受力安全，而且要求橋梁構造的安全。所設計的橋梁結構在強度、穩(wěn)定和耐久性方面應有足夠的安全儲備，防撞欄也應有足夠的高度和強度，對于修建在正地震區(qū)的橋梁，應按抗震要求采取防震措施。三、經(jīng)濟上的要求 橋梁設計方案必須進行技術經(jīng)濟比較，一般地說，應使橋梁的造價最低，材料消耗最少。所選的橋位應是地質、水文條件好。還要考慮到橋梁的使用年限、養(yǎng)護和維修費用等因素。四、設計上的要求整個結構及各部分構件在制造、運輸安裝和使用過程中應具有足夠強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，積極采用新結構、新材料、新工藝、，認真學習國外的先進技術，充分利用國際最新科學技術成就，把學習外國和自己獨創(chuàng)集合起來。五、美觀上的要求橋梁應具有優(yōu)美的外形，應與周圍的景觀相協(xié)調(diào)。美，主要表現(xiàn)在結構選型和諧與良好的比例，并具有秩序感和韻律感，過多的重復會導致單調(diào)。合理的結構布局和輪廓是美觀的主要因素，絕不應把美觀片面地理解為豪華的細部裝飾。六、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展橋梁設計必須考慮環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求，環(huán)保包括生態(tài)、水、空氣、噪音等幾方面，設計時應從橋位選擇、橋跨布置、基礎方案、墩身外形、上部結構施工方法、施工組織設計等多方面全面考慮環(huán)境要求，采取必要的工程控制措施，并建立環(huán)境監(jiān)測保護體系，橋梁建設完成后要在周邊修建綠化帶，清理建筑垃圾，把對環(huán)境的影響降到最低。也就是說，要從根本上防止污染，節(jié)約資源和能源，關鍵在于設計與制造，不能等產(chǎn)品產(chǎn)生了不良的環(huán)境后果再采取防治措施，要預先設法防止產(chǎn)品及工藝對環(huán)境產(chǎn)生的負作用然后再制造。施工完成后，遭受施工破壞的植被應進行恢復或對橋梁周邊景觀進一步美化。 第二節(jié) 橋梁結構的總體布置一、平面設計特大橋、大橋、中橋橋位原則上應服從路線走向，一般應橋、路綜合考慮，盡量選擇在河道順直，水流穩(wěn)定、地質良好的河段上。橋梁縱軸線應盡量與洪水主流流向正交。對通航河流上的橋梁，橋墩（臺）沿水流方向的軸線應與通航水位的主流方向一致，必須斜交時，交角不宜大于5。對于一般小橋，為了改善路線線形，或城市橋梁受原有街道的制約時，也允許修建斜交橋，斜交角度通常不宜大于45。二、立面布置確定橋梁總跨徑、橋梁分孔、橋面高程、橋上和橋頭引道的縱坡以及基礎的埋置深度等1、橋梁總跨徑：橋涵孔徑的設計必須保證設計洪水及流冰、泥石流、漂流物等安全通過，并應考慮壅水、沖刷對上下游的影響，確保橋涵附近路堤的穩(wěn)定。橋梁的總跨徑一般根據(jù)水文計算確定。如當橋梁墩臺基礎埋置較淺時，橋梁的總跨徑應大一些，可接近于洪水泛濫寬度，以避免河床過多的沖刷而引起橋梁破壞；對于深基礎，允許較大沖刷，可適當壓縮河床。2、橋梁分孔：分孔后的孔徑必須保證設計洪水頻率和水流中夾帶著的泥石、冰塊、木材及其他漂浮物能安全通過橋孔。最經(jīng)濟的分孔方式是使上下部結構的總造價趨于最低。橋梁分孔以奇數(shù)為美，盡可能的采用等跨徑。分孔要考慮使用任務、地形與環(huán)境、河床地質、水文等情況，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。3、橋面高程：橋面高程根據(jù)路線的縱斷面設計和設計洪水位、橋下通航需要的凈空來確定。4、縱坡設置：對于大、中橋梁，為了利用橋面做成從橋的中央向橋頭兩端縱坡為1%2%的雙面坡。橋上不大于4% ，橋頭引道不大于5%。5、基礎埋深：為防止墩臺基礎四周和基底下土層被沖刷掏空，造成墩臺失穩(wěn)，橋梁基礎必須埋置在設計洪水最大沖刷線以下一定深度，以確保基礎穩(wěn)定性。規(guī)范有各種基礎埋深的最小值的規(guī)定。三、橫截面設計確定橋面寬度、橋跨結構橫斷面布置等。1、橋面寬度：取決于行車和行人的交通需要。橋面凈寬包括行車道、人行道和自行車道的寬度。2、橫斷面布置：按不同結構類型，視具體情況而定。3、橫坡設置：從橋面中央傾向兩側1.5%-3%的橫向坡度。第三節(jié) 初步方案擬定一、橋型比選1、方案一：簡支梁橋（見圖2.3.1） 圖2.3.1 方案一總體布置圖（1）孔徑布置：513=65（m）；（2）上部結構：采用預應力空心板簡支梁，跨徑為13m，伸縮縫為0.05，截面見圖2.3.2；（3）下部結構：采用鉆孔灌注樁，樁高分別為15m、25m、25m、15m，橋臺采用擴大基礎，高為5m。圖2.3.2 方案一橫截面2、方案二：上承式拱橋（見圖2.3.3） 圖2.3.3 方案二總體布置（1）孔徑布置：15+7+7+7+7+7+15=65m；（2）上部結構：采用預應力空心板梁，主跨長32m，截面見圖2.3.4；（3）下部結構：采用重力式墩，橋臺采用擴大基礎，高5m。圖2.3.4 方案二橫截面圖3、方案三：斜拉橋（見圖2.3.5） 圖2.3.5 方案三總體布置圖（1）孔徑布置：38+26=64(m)；（2）上部結構：采用立柱式鋼筋混凝土索塔，預應力混凝土箱型梁為主梁跨徑為38m，索塔高12m，截面見圖2.3.6；（3）下部結構：采用鉆孔灌注樁，樁高25m，橋臺采用擴大基礎，高5m。圖2.3.6方案三橫截面二、方案評價1、方案一：預應力空心板簡支梁橋簡支梁橋是梁式橋中應用最早，使用最廣泛的一種橋型。它結構簡單，最易設計為各種標準跨徑的裝配式結構；施工工序少，架設方便；在多孔簡支梁橋中，由于各跨構造和尺寸劃一，簡化施工管理工作，降低施工費用；因相鄰橋孔各自單獨受力，橋墩上需設置相鄰簡支梁的兩個支座；簡支梁的構造較易處理。缺點：梁式橋由于外力的作用方向與承重結構的軸線接近垂直，截面形狀不穩(wěn)定，構件正好在橋面板的跨中接頭，對板的受力有不利影響，所以與同樣跨徑的其他結構體系比，梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，通常需要抗彎能力強的材料，這樣就增加了運輸和安裝的困難性。2、方案二：上承式拱橋 優(yōu)點：（1）跨越能力較大；（2）能充分做到就地取材，與鋼橋和鋼筋混凝土梁式橋相比可以節(jié)省大量的鋼材和水泥；（3）耐久性好，養(yǎng)護費用少；（4）外型美觀；（5）構造簡單，工藝純熟，尤其是圬工拱橋技術容易被掌握，有利于被廣泛采用。缺點：（1）自重較大，相應的水平推力也較大，增加了下部結構的工程量，當采用無鉸拱時，對地基條件要求較高；(2)圬工拱橋一般都采用在支架上施工的方法修建，隨著跨徑和橋高的的增大，支架或其他輔助設備的費用大大增加，從而增加了拱橋的施工難度，提高了拱橋的造價；（3）由于拱橋的水平推力較大，在連續(xù)多孔的的大、中橋梁中。為防止一孔破壞影響全橋的安全，需要采用較復雜的技術措施；（4）與梁式橋相比，上承式拱橋的建筑高度較高，當用于城市立交及平原地區(qū)的橋梁時，因橋面高度提高，而使兩岸接線工程量增大，既增加造價又對行車不利，因此也使拱橋的使用受到一定的限制。3、方案三：斜拉橋 優(yōu)點：（1）斜拉橋就塔墩距來說，是大跨徑，可以做到一般型式的橋都難做到的特大跨徑，但對梁來說，由于拉索支撐，尤其在密索時，卻是小跨徑，因此梁高可以做的很小，為了減少梁身的撓度和改善梁身的受力，必須保證和盡可能的加強拉索的剛度。（2）由于拉索是彈性支承，因而支承剛度（主要決定于拉索面積）是可變的，另外還可以對拉索施加預應力，可以適當調(diào)整拉索剛度（面積）和預應力以使梁、塔各主要部位的位移和內(nèi)力達到比較理想的程度（主要在恒載情況下），試算和調(diào)試初張力是斜拉橋設計施工的重要特點之一；（3）拉索的水平分力對混凝土梁身是十分有利的免費預壓應力；（4）塔兩邊拉索的水平分力產(chǎn)生的彎矩應當盡可能的做到平衡，使塔身盡量不受或少受到恒載不均衡彎矩，這是保證塔身穩(wěn)定的關鍵，同時也減輕了徐變應力；（5）由于纜索直接錨固在梁上組成三角形構造，斜拉橋的動力穩(wěn)定性比吊橋好得多；（6）斜拉橋也是重要的景觀建筑，可以體現(xiàn)一個城市甚至一個國家的建筑技術和藝術品位。缺點：斜拉橋橋墩少節(jié)省空間，但遇不可抗拒力易發(fā)生位移。運輸和安裝復雜，對施工技術要求比較高，施工比較困難，鋼的用量相對其他兩種橋要高出很多，造價相對較高，工期相對也較長。綜上所述：C市N河大橋決定采用預應力空心板簡支梁橋作為設計方案。因為它是一種既經(jīng)濟又實用，且具有高穩(wěn)定性的一款橋型，非常適合在該地形使用，在技術方面具有純熟的施工工藝，對施工技術要求不高，安全性和可靠性能夠得到較好的保證。第三章 結構設計計算第一節(jié) 設計依據(jù)和基礎資料1、標準1）標準跨徑：13m；計算跨徑：12.56m；主梁全長：12.96m；2）橋面寬度：凈7m+20.5m（防撞護欄）；3）設計荷載：公路級；4）環(huán)境標準：類環(huán)境。2、規(guī)范1）公路橋涵設計規(guī)范（JTGD60-2004）； 2）公路磚石及混凝土橋涵設計規(guī)范(JTGD61-2005)； 3）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTGD62-2004)； 4）公路橋涵地基及基礎設計規(guī)范(JTGD63-2007)； 5）公路橋涵施工技術規(guī)范(JTJ041-2000)。3、參考資料1）范立礎主編， 橋梁工程，北京：人民出版社； 2）姚玲森主編， 橋梁工程，北京：人民出版社； 3）黃繩武，胡安邦主編， 橋梁施工與組織管理（上、下冊）北京通出版社； 4）凌治平，易經(jīng)武主編， 基礎工程，北京：人民交通出版社； 5）閆志剛主編， 鋼筋混凝土及預應力混凝土簡支梁橋結構設計，北京：機械工業(yè)出版社。4、主要材料1）混凝土空心板采用C50混凝土，鉸縫采用C40混凝土；橋面鋪裝采用C30瀝青混凝土和C40防水混凝土。 2）鋼筋：預應力鋼筋采用高強度低松弛7絲捻制的預應力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積140mm，標準強度，設計強度，彈性模量。第二節(jié) 設計要點1、結構設計1）本空心板按部分預應力混凝土A類構件設計。2）橋面板橫坡為2%單向橫坡，各板均斜置，橫坡由下部結構調(diào)整。3）空心板斷面：空心板高度0.6m，寬度0.99m，各板之間留有0.01m的縫隙。4）橋面鋪裝：上層為0.06m的C30瀝青混凝土，下層為0.10m的C40防水混凝土，兩者之間加設SBS防水層。5）施工工藝：預制預應力空心板采用先張法施工工藝。6）橋梁橫斷面與構造及空心板截面尺寸如圖3.2.1、圖3.2.2所示。圖3.2.1 橋梁橫斷面及構造圖（單位：cm）圖3.2.2 空心板截面細部尺寸圖（單位：cm）2、設計參數(shù)1）相對濕度為80%。2）體系整體均勻升溫25，均勻降溫25。3）C50混凝土的材料特性，。4）瀝青混凝土重度按23kN/m計，預應力混凝土結構重度按26 kN/m計，混凝土重度按25 kN/m計。第三節(jié) 空心板毛截面幾何特性計算1、截面面積空心板截面面積為：2、截面重心位置全截面對12板高的距離為： 鉸縫的面積為：=129cm則毛截面重心離12板高的距離為：鉸縫重心與12板高處的距離為：3、空心板毛截面對其重心軸的慣矩計算鉸縫對自身重心軸的慣性矩為：。空心板毛截面對其重心軸的慣性矩為： 空心板截面的抗扭剛度可簡化為如圖3.3.1所示的箱型截面來近似計算；圖3.3.1 截面抗扭剛度簡化計算圖式(單位：cm)根據(jù)公式，抗扭剛度可按下式計算：第四節(jié) 作用效應計算一、永久作用效應計算1、空心板自重（一期結構自重）2、橋面系自重（二期結構自重）由于是高速公路，沒有人行道及欄桿，只有防撞護欄，本設計采用混凝土防撞護欄，按單側7.5kN/m線荷載計算。橋面鋪裝上層為6cm厚C30瀝青混凝土，下層為10cm厚C40防水混凝土，則全橋寬鋪裝層每延長米重力為：（0.0623+0.125）7kN/m=27.16kN/m上述自重效應是在各空心板形成整體后再加至橋上的，由于橋梁橫向彎曲變形，各板分配到的自重效應是不相同的。為了計算方便，近似按各板平均分配橋面鋪裝重量來考慮，則每塊空心板分配到的每延長米橋面系重力為：3、鉸縫自重計算（二期結構自重）由上述計算得空心板每延長米總重力為：=11.435kN/m(一期結構自重)=+=(5.27+0.4725)kN/m=5.7425 kN/m=+=(11.435+5.7425)kN/m=17.18 kN/m由此可計算出簡支空心板永久作用效應，計算結果見表3.4.1。永久作用效應匯總表表3.4.1項目作用種類作用gi(kN/m)計算跨徑(m)作用效應M(kNm)作用效應V(kN)跨中()跨()支點()跨()跨中11.43512.56225.4891169.116871.811835.905905.742512.56113.237584.928136.062918.0315017.177512.56338.7266254.0449107.874753.93740二、可變作用效應計算公路級車道荷載的均布荷載標準值為和集中荷載標準值Pk為：=10.50.75=7.875kN/m計算彎矩時，計算剪力時，1、沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)計算：結構的沖擊系數(shù)與結構的基頻有關，故應先計算結構的基頻，根據(jù)公式，可計算簡支梁橋的基頻：其中：由于，故可由下式計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)：當車道大于兩車道時，應進行車道折減，四車道折減33%，但折減后不得小于用兩車道汽車荷載布載的計算結果。為簡化計算，本算例僅按兩車道布載，進行計算，取最不利情況進行設計。2、汽車荷載橫向分布系數(shù)：本算例空心板跨中和/4處的荷載橫向分布系數(shù)按鉸接板法計算，支點按杠桿原理法計算，支點至/4點之間截面的荷載橫向分布系數(shù)通過直線內(nèi)插求得。1）跨中及/4處的荷載橫向分布系數(shù)計算首先計算空心板的剛度參數(shù)，根據(jù)公式得：由前面計算知：，單板寬b=100cm，計算跨度=12.56cm=1256cm，代入上式得：在求得剛度參數(shù)后，即可依板塊個數(shù)及所計算板號按值查表得各板塊軸線處的影響線坐標。由=0.02=0.03內(nèi)插得到=0.02054時14號板在車道荷載作用下的荷載橫向分布影響線值，內(nèi)插計算結果見表3.4.2。由表3.4.2的數(shù)據(jù)畫出各板的橫向分布影響線，并按橫向最不利位置布載，求得兩車道的各板橫向分布系數(shù)。各板的橫向分布影響線及橫向最不利布載見圖3.4.1，由于橋梁橫斷面結構對稱，故只需計算14號板的橫向分布影響線坐標值。表3.4.2 各板橫向分布影響線坐標值計算表板號1234567810.24510.19920.15020.11570.09150.07440.06440.059420.19910.19610.16460.12590.09960.08140.06940.064430.15020.16460.17180.14840.11590.09470.08160.074640.11570.12590.14840.16080.14340.11580.09940.0913圖3.4.1 各板的荷載橫向分布影響線及橫向最不利荷載布置圖（尺寸單位：cm）各板的荷載橫向分布系數(shù)計算見表3.4.3：計算公式為：表3.4.3 各板荷載橫向分布系數(shù)計算表板號1號板2號板3號板4號板荷載兩車道汽車荷載兩車道汽車荷載兩車道汽車荷載兩車道汽車荷載荷載橫向分布系0.23270.19760.15740.12080.15940.15300.16480.15210.11980.11010.12890.15040.08120.07660.08950.10920.2970.2690.2700.266由表3.4.3結果可知：兩車道布載時，為1號板的橫向分布系數(shù)為最不利，因此取跨中和/4處的荷載橫向分布系數(shù)之：=0.2972）支點處荷載橫向分布系數(shù)計算：支點處的荷載橫向分布系數(shù)按杠桿原理法計算。由圖3.4.2,1號板的橫向分布系數(shù)計算如下：=0.5/2=0.25圖3.4.2 支點處荷載橫向分部影響線及最不利布載圖（尺寸單位：cm） 3）支點到/4處的荷載橫向分布系數(shù)按直線內(nèi)插求得，空心板荷載橫向分布系數(shù)計算結果見表3.4.4。表3.4.4 空心板的荷載橫向分布系數(shù)作用位置跨中至/4處支點兩車道汽車荷載0.2970.2503、車道荷載效應計算：計算車道荷載引起的空心板跨中及/4處截面的效應時，均布荷載標準值應滿布于使空心板產(chǎn)生最不利效應的同號影響線上，集中荷載標準值只作用于影響線中一個最大影響線峰值處，如圖3.4.3、圖3.4.4所示。圖3.4.3 空心板跨中內(nèi)力影響線及加載圖式（尺寸單位：cm）圖3.4.4 空心板/4處截面內(nèi)力影響線及加載圖式（尺寸單位：cm）1） 跨中截面 彎矩：（不計沖擊時）（計沖擊時）兩車道布載：不計沖擊：=10.297（7.87519.7192210.243.14）kNm=242.19 kNm計沖擊：=（1+0.287）0.297（7.87519.7192210.243.14）kNm=311.69kNm 剪力：（不計沖擊時） （計沖擊時）兩車道布載：不計沖擊：=10.297（7.8751.57252.290.5）kN =41.14 kN計沖擊：=1.2870.297（7.8751.57252.290.5）kN =52.94 kN2) /4處截面 彎矩：（不計沖擊時） （計沖擊時）兩車道布載：不計沖擊：=10.297（7.87514.7894210.242.355）kNm =181.64 kNm計沖擊：=1.2870.297（7.87514.7894210.242.355）kNm =233.77 kNm 剪力：（不計沖擊時） （計沖擊時）兩車道布載：不計沖擊時：=10.297（7.8753.5325252.290.75）kN =64.46 kN 計沖擊時：=1.2870.297（7.8753.5325252.290.75）kN =82.96 kN3）支點截面剪力支點截面由于車道荷載產(chǎn)生的效應，考慮橫向分布系數(shù)沿空心板跨長的變化，同樣均布荷載標準值應滿布于使結構產(chǎn)生最不利效應的同號影響線上，集中荷載標準值只作用于相應影響線中一個最大影響線的峰值處，如圖3.4.5所示。圖3.4.5 支點截面剪力計算圖式（尺寸單位：cm）兩車道布載：不計沖擊：=10.2977.87515.56/21/20.250.29712.56/47.8750.9167+0.0833+252.2910.25kN=77.18kN計沖擊：=1.28777.18 kN=99.33 kN可變作用效應（汽車）匯總于表3.4.5中，由此可看出，車道荷載以兩車道布載控制設計。表3.4.5 可變作用效應匯總表車道荷載兩車道彎矩M/(kNm)剪力V/kN跨中/4跨中/4支點不計沖擊242.1864181.639841.137164.459777.1795計沖擊311.6938233.770452.943482.959699.3307三、作用效應組合按橋規(guī)公路橋涵結構設計應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)精心效應組合，并用于不同的計算項目。按承載能力極限狀態(tài)設計時的基本組合表達式為：式中：結構重要性系數(shù)，=1.0；效應組合設計值；永久作用效應標準值；汽車荷載效應（含汽車沖擊力）的標準值；按正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據(jù)不同的設計要求，采用以下兩種效應組合：作用短期效應組合表達式：式中：作用短期效應組合設計值；永久作用效應標準值；不計沖擊效應的汽車荷載效應的標準值；作用長期效應組合表達式：式中：各符號意義見上面說明。橋規(guī)還規(guī)定結構構件當需要進行彈性階段截面應力計算時，應采用標準值效應組合，即此時效應組合表達式為：標準值效應組合設計值；永久作用效應、汽車荷載效應（含汽車沖擊力）的標準值。根據(jù)計算得到的作用效應，按橋規(guī)各種組合表達式可求得各效應組合設計值，現(xiàn)將計算匯總于表3.4.6。表3.4.6 空心板作用效應組合匯總表序號荷載類別跨中截面四分點截面支點截面kNmkNkNmkNkN第一期永久作用225.490.00169.1235.9171.81第二期永久作用113.240.0084.9318.0336.06總永久作用（=+）338.730.00254.0553.94107.87可變作用（不計沖擊）242.1941.14181.6464.4677.18可變作用（計沖擊）311.6952.94233.7782.9699.33標準組合（=+）650.4252.94487.82136.90207.20短期組合（=0.7）508.2628.80381.2099.06161.90極限組合（=1.2+1.4）842.8474.12623.14180.87268.51長期組合（=+0.4）435.6116.46326.7179.72138.74第五節(jié) 預應力鋼筋數(shù)量估算及布置一、預應力鋼筋數(shù)量的估算本計算采用先張法預應力混凝土空心板構造形式。設計時它應滿足不同設計狀況下的規(guī)范規(guī)定的控制條件要求，例如承載力、抗裂性、裂縫寬度、變形及應力等要求。在這些控制條件中，最重要的是滿足結構在正常使用極限狀態(tài)下的使用性能要求和保證結構在達到承載能力極限狀態(tài)時具有一定的安全儲備。因此預應力混凝土橋梁設計時，一般情況下，首先根據(jù)結構在正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性或裂縫寬度限值確定預應力鋼筋的數(shù)量，再由構件的承載能力極限狀態(tài)要求確定普通鋼筋的數(shù)量。本計算以部分A類構件設計，首先按正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性確定有效預加力Npe。按公預規(guī)6.3.1條，A類預應力混凝土構件正截面抗裂性是控制混凝土的法向拉應力，并符合以下條件：在作用短期效應組合下，應滿足st-pc0.70ftk要求。式中：st在作用短期效應組合下Msd作用下，構件抗裂性驗算邊緣混凝土的法向應力；pc構件抗裂驗算邊緣混凝土的有效預加應力。在初步設計時，st和pc可按下列公式近似計算：式中：A、W構件毛截面面積及毛截面受拉邊緣的彈性抵抗據(jù)； ep預應力鋼筋重心對毛截面重心軸的偏心距，ep=y-ap，ap可預先假定。代入st-pc0.70ftk即可求得滿足部分預應力A類構件正截面抗裂性要求所需的最小有效預加力為：式中：混凝土抗拉強度標準值。本計算，預應力空心板采用C50，=2.65MPa，由表3.4.6得=508.26kNm=508.26106Nmm，空心板毛截面換算面積A=彈性抵抗矩為W=假設ap取4.5cm，則ep=y-ap=(30-0.68-4.5)cm=24.82cm=248.2mm把數(shù)據(jù)代入得：則所需預應力鋼束截面面積按下式計算：Ap=式中：預應力鋼筋的張拉控制應力；全部預應力損失值，按張拉控制應力的20%估算。本計算采用高強度低松弛7絲捻制的預應力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積140mm2，標準強度為fpk=1860MPa，設計強度為fpd=1260MPa，彈性模量EP=1.95105MPa。按公預規(guī)con0.75fpk，本算例中取con=0.65 fpk ，預應力損失總和近似假定為20%的張拉控制應力，則Ap=采用9根s15.2鋼絞線，鋼絞線面積Ap=91.4=12.6cm 11.37cm 二、預應力鋼筋的布置本算例采用9根s15.2鋼絞線布置在空心板下緣，沿空心板跨長直線布置，鋼絞線重心距下緣的距離=4.5cm。先張法混凝土構件預應力鋼絞線之間的凈距，對七股鋼絞線不應小于25mm，在構件端部10倍預應力鋼筋直徑范圍內(nèi)，設置35片鋼筋網(wǎng)。三、普通鋼筋數(shù)量的估算及布置在預應力鋼筋數(shù)量已確定的情況下，可由正截面承載能力極限狀態(tài)要求的條件確定普通鋼筋數(shù)量，暫不考慮在受壓區(qū)配置的預應力鋼筋，也暫不考慮普通鋼筋的影響。空心板截面可換算成等效工字形截面來考慮（見圖3.5.1）由2bkhk=（215 ）cm =1413cm 以及上兩式中、的含義見圖3.5.1。由以上兩式聯(lián)立求得：=32.6cm，=21.7cm。圖3.5.1 空心板等效工字形截面（單位：cm）則得等效工字形截面的上翼緣板厚度為：等效工字形截面的下翼緣板厚度為：等效工字形截面的肋板厚度為：假設截面受壓區(qū)高度，設有效高度，由公式，正截面承載力為：式中 橋梁結構的重要性系數(shù)，本算例設計安全等級為二級，故取為1.0； 混凝土的軸心抗壓強度設計值，本例為C50，則=22.4MPa； 承載能力極限狀態(tài)的跨中最大彎矩，可查表3.4.6。代入相關參數(shù)值，則上式為：整理得：解得：x=73.32mm =137mm，故假設正確且滿足： x=73.32mm =0.4555mm=222mm上述計算說明中和軸位于翼緣板內(nèi)，根據(jù)公式可計算普通鋼筋面積：說明按受力計算不需要配置縱向普通鋼筋，只需按構造要求配置。普通鋼筋選用HRB335鋼筋，其材料參數(shù)為，根據(jù)構造要求因此普通鋼筋采用9根直徑為12mm的HRB335鋼筋，則普通鋼筋布置在空心板下緣一排（截面受拉邊緣），沿空心板跨長直線布置，鋼筋重心至板下緣的距離為4.5cm，即。普通鋼筋布置見圖3.5.2。圖3.5.2 普通鋼筋及預應力鋼筋布置圖（尺寸單位：cm）第六節(jié) 換算截面幾何特性計算在配置了預應力鋼筋和普通鋼筋之后，需要計算換算截面的幾何特性。一、換算截面面積Ao而，把以上數(shù)據(jù)代入得：二、換算截面重心位置預應力筋和普通鋼筋換算截面對空心板毛截面重心軸的靜矩為：于是得換算截面到空心板毛截面重心軸的距離為：則換算截面重心至空心板截面下緣和上緣的距離分別為：換算截面重心至預應力鋼筋重心及普通鋼筋重心的距離分別為：三、換算截面慣性矩四、換算截面彈性抵抗矩下緣：上緣：第七節(jié) 承載能力極限狀態(tài)計算一、跨中截面正截面抗彎承載力計算跨中截面構造尺寸及配筋見圖3.5.2。預應力鋼絞線合力作用點到截面底邊的距離，普通鋼筋合力作用點到截面底邊的距離為，則預應力鋼筋和普通鋼筋的合力作用點至空心板截面底邊的距離為：則跨中截面有效高度采用等效工字形截面來計算，見圖3.5.1。上翼緣厚度為，上翼緣有效寬度為，肋寬b=556mm。根據(jù)公式來判斷截面類型：所以，屬于第一類T形截面，應按寬度的矩形截面來計算其正截面抗彎承載力。根據(jù)公式，混凝土截面受壓區(qū)高度x為：，且。將x=108.30mm代入下式可計算出跨中截面的抗彎承載力因此，跨中截面正截面抗彎承載力滿足要求。二、斜截面抗剪承載力計算1、截面抗剪強度上、下限校核：選取距支點h/2處截面進行斜截面抗剪承載力計算。截面構造尺寸及配筋見圖3.5.2。先進行抗剪強度上、下限復核，根據(jù)公式，截面尺寸要求應滿足：式中 驗算截面處由作用（或荷載）產(chǎn)生的剪力組合設計值（kN），由表3.4.6的支點處剪力及/4截面剪力，內(nèi)插得距支點h/2=300mm處的截面剪力： b相應于剪力組合設計值處的等效工字形截面腹板寬度，即b=556mm；相應于剪力組合設計值處的截面有效高度，由于本例預應力鋼筋及普通鋼筋都是直線布置，因此有效高度與跨中相同，為=555mm 混凝土強度等級（MPa），空心板為C50，=50MPa。故空心板距支點h/2處截面尺寸滿足抗剪要求。當滿足公式時，可不進行斜截面抗剪承載力計算：式中 混凝土抗拉強度設計值，對C50，根據(jù)要求，取1.83MPa 預應力提高系數(shù)，對預應力混凝土受彎構件，取1.25。上式中右側1.25為板式受彎構件承載力的提高系數(shù)。代入上式得：，因此，不需要進行斜截面抗剪承載力計算，梁體可按構造要求配置箍筋即可。參考構造要求，在支座中心向跨中方向不小于1倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距不應大于100mm，故在支座中心到跨中0.93m范圍內(nèi)箍筋間距取為100mm，其它梁段箍筋間距取為200mm，箍筋布置見圖3.7.1。圖3.7.1 空心板箍筋布置圖（尺寸單位：cm）跨中部分箍筋配筋率為滿足最小配筋率的要求。2、斜截面抗剪承載力計算選取以下兩處截面進行空心板斜截面抗剪承載力計算：1） 距支座中心h/2=300mm處截面，距跨中距離為x=5980mm；2） 距支座中心0.93m處截面（箍筋間距變化處），距跨中距離為x=5350mm。計算上述各處截面的剪力組合設計值，可按表3.4.6的支點處剪力及跨中截面剪力，內(nèi)插得到，計算結果見3.7.1。表3.7.1 各計算截面剪力組合設計值截面位置(距跨中