預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋在我國橋梁建筑上占重要的地位，在目前，中小跨徑的永久性橋梁，無論是公路橋梁或者城市橋梁，都在盡量采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋。本設(shè)計(jì)依據(jù)所給的設(shè)計(jì)資料及公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（jtg d62-2004）與公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（jtg d60-2004）等規(guī)范進(jìn)行了橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，包括主梁荷載內(nèi)力計(jì)算、預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置及預(yù)應(yīng)力損失、主梁截面強(qiáng)度與應(yīng)力驗(yàn)算等方面。全橋總長159m，橋面寬度為凈-13+20.5m，設(shè)計(jì)作用為公路-級(jí)。本橋上部結(jié)構(gòu)采用417+23+417m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板橋，主跨凈跨徑23m，計(jì)算跨境22.52m，其余部分凈跨徑

2、17m，計(jì)算跨徑16.56m。橋跨橫截面采用11塊先張法預(yù)應(yīng)力空心板，每塊板的寬122。同時(shí)，本設(shè)計(jì)對(duì)一些重要部位的施工進(jìn)行了說明。關(guān)鍵詞 空心板；預(yù)應(yīng)力；先張法；結(jié)構(gòu)計(jì)算；施工abstractprestressed concrete hollow slab bridge has a most important position in the bridge architecture of china. at the moment, for small and medium-sized span of the permanent bridge, even the highway bridge

3、or city bridges, prestressed concrete hollow slab bridge are wanted as far as possible.the design basis for the design of information and the “code for design of highway reiforce concrete and prestressed concrete briges and culverts”(jtgd622004)， the “general code for highway bridages and culver”(jt

4、gd602004) and so on conducted design and the calculation of the upper structure,which contains load internal force of main girder, the layout of prestressed reinforcement and the prestressing loss calculation, main girder cross section strength and stress calculation, etc.the total lenth is 159m and

5、 the width is net 13+20.5m,design load lever for road .the bridge length is 417+23+417m. the bridge belongs to the prestressed concreted structure which is a simple slab bridge which the standard span of main span is 23m and the calculation of span of main pain is 22.52m and the standard span of oth

6、ers are 17m and the calculation of span of others are 16.56m.the bridge across the cross section with 11 pieces of prestressed hollow slab which the width of every board is 122cm.at the same time, some instructions are added to the design of some important constructions.keywordsslab bridge; prestres

7、sed conctete; pre-tensioning method; structural calculation; construction前言公路橋梁是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平提高的重要基礎(chǔ)性公共設(shè)施，也是衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的重要指標(biāo)。作為一個(gè)畢業(yè)在即的土木人，有義務(wù)把自己所學(xué)融會(huì)貫通，為將來的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。板式橋是公路橋梁中量大、面廣的常用橋型，構(gòu)造簡單、受力明確的特點(diǎn)使其成為中、小跨徑橋梁的首選方案。結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，亦可做成實(shí)心板或空心板，就地現(xiàn)澆可適應(yīng)各種形狀的彎、坡、斜橋，同時(shí)，板式橋可以減低路堤填土高度，少占耕地和節(jié)省土方工程量。全文為

8、x市至p市高速公路k4+103.9處的跨京廣鐵路立交板式橋設(shè)計(jì)方案，共分兩個(gè)部分，第一部分為預(yù)應(yīng)力混凝土板橋設(shè)計(jì)，第二部分為板橋重要部位施工方案說明。在第一部分中，由于時(shí)間和篇幅原因，全設(shè)計(jì)僅進(jìn)行了跨徑為17m的預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)，橋梁全長159m，除主跨外，其余部分單跨17m，共計(jì)8跨，橋?qū)?4m，板寬1.22m，共計(jì)11塊。全設(shè)計(jì)首先根據(jù)規(guī)范擬定橋梁截面尺寸，并通過荷載作用效應(yīng)確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置，下來通過承載能力驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算、主梁變形驗(yàn)算、應(yīng)力驗(yàn)算等的校核，符合規(guī)范規(guī)定。在第二部分中，設(shè)計(jì)僅對(duì)基礎(chǔ)、承臺(tái)、墩臺(tái)、預(yù)應(yīng)力空心板等的施工方法進(jìn)行了簡

9、單說明，由于存在一定限制，僅供參考之用。由于公路橋梁工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，加之本人能力有限，設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)一些錯(cuò)誤和疏漏，敬請(qǐng)各位老師給予批評(píng)指正。目 錄第一部分：先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)資料- 8 -1.1 工程概況- 8 -1.2 跨度和橋面寬度- 8 -1.3 技術(shù)指標(biāo)- 9 -1.4 主要材料- 9 -2. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)- 10 -2.1 方案比選- 10 -2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 11 -2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)- 13 -3. 空心板截面幾何特性計(jì)算- 14 -3.1 截面面積- 14 -3.2 截面重心位置- 14 -3.3 空心板毛截面對(duì)其重心軸的慣性矩計(jì)算

10、- 14 -4. 作用效應(yīng)計(jì)算- 16 -4.1 永久作用效應(yīng)計(jì)算- 16 -4.2 可變作用效應(yīng)計(jì)算- 17 -4.3 作用效應(yīng)組合- 27 -5. 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量估算及布置- 28 -5.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算- 28 -5.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置- 30 -5.3 普通鋼筋數(shù)量的估算及布置- 30 -6. 換算截面幾何特性計(jì)算- 33 -6.1 換算截面面積a0- 34 -6.2 換算截面重心位置- 34 -6.3 換算截面慣性矩- 35 -6.4 換算截面彈性抵抗矩- 35 -7. 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算- 36 -7.1 跨中截面正截面抗彎承載力計(jì)算- 36 -7.2 斜截面抗剪承載力

11、計(jì)算- 37 -8. 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算- 41 -8.1 錨具變形、回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l2- 41 -8.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)座之間的溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失l3- 41 -8.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線由于鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失l5- 42 -8.4 混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l4- 42 -8.5 混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失l6- 44 -8.6 預(yù)應(yīng)力損失組合計(jì)算- 47 -9. 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算- 48 -9.1 正截面抗裂性計(jì)算- 48 -9.2 斜截面抗裂性驗(yàn)算- 52 -10. 主梁變形驗(yàn)算- 59 -10.1 正常使用階段的撓度計(jì)算- 59 -10.2 預(yù)加力引起的反拱度計(jì)算及

12、預(yù)拱度的設(shè)置- 60 -11. 持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算- 63 -11.1 跨中截面混凝土正壓應(yīng)力kc的驗(yàn)算- 63 -11.2 跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉應(yīng)力p的驗(yàn)算- 64 -11.3 斜截面主應(yīng)力驗(yàn)算- 64 -12. 短暫狀況應(yīng)力驗(yàn)算- 70 -12.1 跨中截面- 71 -12.2 l/4處截面- 73 -12.3 支點(diǎn)截面- 74 -13. 最小配筋率復(fù)核- 77 -14. 鉸縫計(jì)算- 79 -14.1 鉸縫剪力計(jì)算- 79 -14.2 鉸縫抗剪強(qiáng)度計(jì)算- 82 -第二部分：橋梁重要部位施工說明15. 施工方案說明簡述- 84 -16. 橋梁基礎(chǔ)施工- 85 -17. 鉆孔灌注樁施工- 88

13、 -18. 承臺(tái)施工- 90 -19. 墩臺(tái)施工- 92 -20. 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板施工- 95 -20.1 準(zhǔn)備工作- 95 -20.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線施工- 96 -20.3 混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)- 98 -20.4 鋼絞線放張- 98 -20.5 板的起吊、存放、養(yǎng)護(hù)- 100 -參考文獻(xiàn)- 101 -附錄- 102 -第一部分：先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)資料1.1 工程概況x市-p市高速公路跨京廣鐵路立交橋，位于京廣線許昌至石橋區(qū)間，與京廣上下行線正交，鐵路里程為k769+373，公路里程為k4+103.9，設(shè)計(jì)公路北側(cè)緊鄰劉王村，鐵路兩側(cè)地形平坦開闊，大多為農(nóng)田，鐵路

14、西側(cè)約500米有南北方向縣鄉(xiāng)公路一條，交通狀況一般。該場(chǎng)地為沖積平原系屬第四紀(jì)全新世地質(zhì)構(gòu)造，地形平坦，地層較均勻，表層以下均為亞粘土、粘土互層，地基基本容許承載力160kpa，極限摩阻力50-80kpa，地下水位埋深于地表以下8m左右，該區(qū)為6度地震區(qū)。1.2 跨度和橋面寬度（1）標(biāo)準(zhǔn)跨徑lk：17m（墩中心距）。（2）計(jì)算跨徑l：16.56m。（3）主梁全長：16.96m。（4）橋面寬度（橋面凈寬）：凈13+20.5m（防撞護(hù)欄）。采用混凝土防撞護(hù)欄，線荷載為7.5kn/m。1.3 技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)荷載：公路-級(jí)。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：類環(huán)境。設(shè)計(jì)安全等級(jí)：二級(jí)。1.4 主要材料（1）混凝土空心板采用c5

15、0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(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強(qiáng)度低松弛7絲捻制的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積14mm2,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860mpa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度fpd=1260mpa，彈性模量ep=1.95105mpa。2. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1 方案比選在橋梁方案比選中，主要考慮以下四個(gè)方面：安全、功能、經(jīng)濟(jì)與美觀。其中以安全與經(jīng)濟(jì)為重。安全是指所設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，防撞設(shè)施滿足安全要求。功能要求所設(shè)計(jì)橋型滿足當(dāng)前以及今后規(guī)劃年限內(nèi)的交通流量，橋梁結(jié)構(gòu)在通過設(shè)計(jì)荷載時(shí)不出現(xiàn)過大的變形和過寬的裂縫，下部結(jié)構(gòu)有利于

16、交通和管線的需要。經(jīng)濟(jì)要求橋型的造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用綜合最省，并有利于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。美觀是指橋型不僅外形優(yōu)美，而且空間比例和諧，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。同時(shí)，橋型設(shè)計(jì)及施工應(yīng)盡量采用成熟的新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新材料和新工藝，并不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)，努力創(chuàng)新。橋型設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求。在初始設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到三種方案的比選，一是從橋型角度出發(fā)，做出創(chuàng)新，采用單塔斜拉橋設(shè)計(jì)；二是從主梁截面角度出發(fā)，采用t型截面，即連續(xù)式t梁；三是從經(jīng)濟(jì)適用的角度出發(fā)，采用預(yù)應(yīng)力空心板橋。同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際地形，參考當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件及施工條件，初步擬定主橋部分如下3種方案：預(yù)應(yīng)力混凝土空心板方案、單塔斜拉橋方案和連續(xù)式t

17、型梁橋方案?，F(xiàn)作如下方案比選，見表2-1。表2-1 各方案橋型比選方案預(yù)應(yīng)力混凝土空心板單塔斜拉橋方案連續(xù)式t型梁橋方案經(jīng)濟(jì)型造價(jià)較低造價(jià)較高造價(jià)中等適用性(a)主梁截面采用空心板，減輕自重充分利用材料；(b)建筑高度小，外形簡單，制作方便；(c)構(gòu)件質(zhì)量小，架設(shè)方便。(a)主跨59米，跨度適中，宜跨越溝壑和鐵路；(b)便于無支架施工。(a)主梁截面采用t形截面，穩(wěn)定性高；(b)制造簡單、整體性好、接頭方便。安全性(a)全橋跨度適中，采用預(yù)制安裝法施工，施工方便，質(zhì)量可靠，工期短；(b)全橋后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少；(c)行車平順舒適。(a)全橋跨度適中，用懸臂澆筑法施工，且在施工過程中不需大噸位懸

18、臂吊機(jī)，但是，在澆筑一個(gè)節(jié)段混凝土過程中要分階段調(diào)索，工藝復(fù)雜，且掛籃和斜拉索之間的套管定位難度較大，故施工繁瑣，工期較長；(b)全橋后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高；(c) 行車較平順。(a)全橋跨度適中，用預(yù)制安裝法施工，建橋速度快、工期短、模板支架少；(b)全橋后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少；(c)行車較平順。美觀性全橋線條簡潔明快，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)好。氣勢(shì)宏偉，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)好，橋型美觀，但周圍多為農(nóng)田，觀賞價(jià)值低。全橋線條簡潔明快，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)好。綜合上述比選原則以及該地的實(shí)際情況，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋方案為最佳方案。因此，x市-p市高速公路跨京廣鐵路立交橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板方案。2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）

19、本空心板按部分預(yù)應(yīng)力混凝土a類構(gòu)件設(shè)計(jì)。（2）橋面板橫坡為2%單向橫坡，各板均平置，橫坡由上部橋面鋪裝層調(diào)整。（3）空心板斷面：空心板高度0.8m，寬度1.22m，各板之間留有0.01m的縫隙。（4）橋面鋪裝：上層為0.10m的c30瀝青混凝土，下層為0.12m的c40防水混凝土，兩者之間加設(shè)sbs防水層。（5）施工工藝：預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板采用先張法施工工藝。（6）橋梁橫斷面與構(gòu)造及空心板截面尺寸如圖1-1、圖1-2所示。圖1-1 橋梁橫斷面及構(gòu)造圖(單位:cm)圖1-2 空心板截面細(xì)部尺寸圖(單位:cm)2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)（1）相對(duì)濕度為80%。（2）體系整體均勻升溫25，均勻降溫25。（3）c

20、50混凝土的材料特性：fck=32.4mpa，fcd=22.4mpa，ftk=2.65mpa，ftd=1.83pma。（4）瀝青混凝土重度按23kn/m3,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)重度按26kn/m3,混凝土重度按25kn/m3計(jì)。3. 空心板截面幾何特性計(jì)算3.1 截面面積空心板截面面積為3.2 截面重心位置全截面對(duì)1/2板高處的靜矩為：鉸縫的面積為則毛截面重心離1/2板高的距離為,即毛截面重心離板上緣距離為41.03cm鉸縫重心與1/2板高處的距離為3.3 空心板毛截面對(duì)其重心軸的慣性矩計(jì)算邊長為10cm的等腰直角三角形對(duì)其自身重心軸的慣性矩為：i1=277.78cm4。鉸縫對(duì)其自身重心軸的慣性矩

21、為空心板截面的抗扭剛度可化簡為如圖1-3所示的箱形截面來近似計(jì)算：圖1-3 截面抗扭剛度簡化計(jì)算圖示(單位：cm)抗扭剛度可按下式計(jì)算：4. 作用效應(yīng)計(jì)算4.1 永久作用效應(yīng)計(jì)算（1）空心板自重（一期結(jié)構(gòu)自重）g1(2) 橋面系自重（二期結(jié)構(gòu)自重）g2：由于是高速公路，沒有人行道及護(hù)欄，只有防撞護(hù)欄，本設(shè)計(jì)采用混凝土防撞護(hù)欄，按單側(cè)7.5kn/m線荷載計(jì)算。 橋面鋪裝上層為10cm厚c30瀝青混凝土，下層為12cm厚c40防水混凝土，則全橋鋪裝層每延長米重力為上述自重效應(yīng)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(yīng)是不相同的。為了計(jì)算方便，近似按各板平均分配橋

22、面鋪裝重量來考慮，則每塊空心板分配到的每延長米橋面重力為（3）鉸縫自重計(jì)算（二期結(jié)構(gòu)自重）g3由上述計(jì)算得空心板每延長米總重力為(一期結(jié)構(gòu)自重)(二期結(jié)構(gòu)自重)由此可計(jì)算出簡支空心板永久作用效應(yīng)，計(jì)算結(jié)構(gòu)見表4-1。表4-1 永久作用效應(yīng)計(jì)算表作用種類作用集度/(kn/m)計(jì)算跨徑 /m作用效應(yīng)-彎矩m(kn/m)作用效應(yīng)-剪力v/kn跨中1/4跨支點(diǎn)1/4跨跨中g(shù)14.31316.56490.6382367.9786118.511659.25580g8.324516.56285.3572214.017968.926834.46340g22.637516.56775.9953581.99651

23、87.438593.719204.2 可變作用效應(yīng)計(jì)算公路-級(jí)車道荷載的均勻荷載標(biāo)準(zhǔn)值為qk和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值pk為qk=10.5kn/m計(jì)算彎矩時(shí)，計(jì)算剪力時(shí)，（1）沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)計(jì)算：結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻f有關(guān)，故應(yīng)先計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻，可計(jì)算的簡支空心板橋的基頻其中：由于1.5hzf14hz，故可有下式計(jì)算出汽車荷載的沖擊系數(shù)當(dāng)車道大于兩車道時(shí)，應(yīng)進(jìn)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(jì)算結(jié)果。為簡化計(jì)算，本設(shè)計(jì)僅按兩車道和四車道布載，分別進(jìn)行計(jì)算，取最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）汽車荷載橫向分布系數(shù)：本設(shè)計(jì)空心板跨中和1/4處的荷載橫向分布系數(shù)按鉸接

24、板法計(jì)算，支點(diǎn)按杠桿原理法計(jì)算，支點(diǎn)至1/4處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1/4處的荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算首先計(jì)算空心板的剛度參數(shù)，由前面計(jì)算知，i=4.033106cm4，it=9.0903106cm4，單板寬b=123cm，計(jì)算跨度l=16.56m=1656cm，代入上式的在求得剛度參數(shù)后，即可依板塊個(gè)數(shù)及所計(jì)算板號(hào)按值查表得各板塊軸線處的影響線坐標(biāo)。由=0.01=0.02內(nèi)插得到=0.01419時(shí)16號(hào)板在車道荷載作用下的荷載橫向分布影響線值，內(nèi)插計(jì)算結(jié)果見表4-2。由表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，求得兩車道及四車道兩種情況下的各

25、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4-1，由于橋梁橫斷面結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故只需計(jì)算16號(hào)板的橫向分布影響線坐標(biāo)值。表4-2 各板橫向分布影響線坐標(biāo)值計(jì)算表板號(hào)123456789101110.2020.1700.1350.1070.0860.0710.0580.0490.0460.0390.03720.1700.1660.1430.1130.0910.0740.0610.0510.0450.0410.03930.1350.1430.1440.1270.1010.0820.0680.0570.0490.0450.04340.1070.1130.1270.1330.1180.0950

26、.0780.0660.0570.0510.04950.0860.0910.1010.1180.1260.1130.0930.0780.0680.0610.05860.0710.0740.0820.0950.1130.1240.1130.0950.0820.0740.071圖4-1 各板的荷載橫向分布系數(shù)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(jì)算見表4-3：計(jì)算公式為： 表4-3 各板荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算表板號(hào)1號(hào)板2號(hào)板3號(hào)板荷載四車道汽車荷載兩車道汽車荷載四車道汽車荷載兩車道汽車荷載四車道汽車荷載兩車道汽車荷載荷載橫向分布系數(shù)0.19890.19890.1698

27、0.16980.13610.13610.15060.15060.15350.15350.14420.14420.11830.11830.12510.12510.13390.13390.08520.08520.07290.07290.10020.10020.06920.07290.08080.05300.05580.06190.04750.04770.05260.03870.04080.0452m汽0.38070.27650.36920.26070.37700.2572板號(hào)4號(hào)板5號(hào)板6號(hào)板荷載四車道汽車荷載兩車道汽車荷載四車道汽車荷載兩車道汽車荷載四車道汽車荷載兩車道汽車荷載荷載橫向分布系數(shù)0

28、.10840.11070.08700.09650.07140.08910.12130.12630.09730.11740.07930.11290.13090.13320.11200.12680.09090.12480.11650.10790.12580.10460.11480.10550.09340.11110.12330.07120.08460.10300.06060.07180.08730.05160.06130.0743m汽0.37700.23900.37540.22300.37210.2162由表4-3結(jié)果可知：四車道和兩車道布載時(shí)，均為1號(hào)板的橫向分布系數(shù)為最不利，因此取跨中和1/4

29、處的荷載橫向分布系數(shù)值：m4汽=0.381，m2汽=0.277。2）支點(diǎn)處荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算：支點(diǎn)處的荷載橫向分布系數(shù)按杠桿原理法計(jì)算。由圖4-2,1號(hào)板的橫向分布系數(shù)計(jì)算如下 m4汽=m2汽=0.878/2=0.43圖4-2 支點(diǎn)處荷載橫向分布系數(shù)影響線及最不利布載圖(尺寸單位:cm)3） 支點(diǎn)到1/4處的荷載橫向分布系數(shù)按直線內(nèi)插求得?？招陌鍣M向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4-4。表4-4 空心板的荷載橫向分布系數(shù)作用位置跨中至l/4處支點(diǎn)支點(diǎn)至l/4處四車道汽車荷載0.3810.439直線內(nèi)插兩車道汽車荷載0.2770.439（3）車道荷載效應(yīng)計(jì)算：計(jì)算車道荷載引起的空心板跨中及l(fā)/4處截面的

30、效應(yīng)時(shí)，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk應(yīng)滿布于使空心板產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值pk只作用于影響線中一個(gè)最大影響線峰值處，如圖4-3、4-4所示。圖4-3 空心板跨中內(nèi)力影響線及加載圖式(尺寸單位：cm)圖4-4 空心板l/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： 兩車道布載：不計(jì)沖擊：m汽=10.277(10.534.2792+226.244.14)=359.14knm計(jì)沖擊：m汽=1.2480.277（10.534.2792226.244.14）=448.21knm四車道布載：不計(jì)沖擊：m汽=0.670.381(10.534.2792+226.24 4.14)

31、=330.97knm計(jì)沖擊：m汽=1.2480.670.381(10.534.2792+226.244.14)=413.05knm剪力： 兩車道布載：不計(jì)沖擊：v汽=10.277(10.52.07+271.4880.5)=43.62kn計(jì)沖擊：v汽=1.2480.277(10.52.07+271.4880.5)=54.43kn四車道布載：不計(jì)沖擊：v汽=0.670.381(10.52.07+271.4880.5)=40.19kn計(jì)沖擊：v汽=1.2480.670.381(10.52.07+271.4880.5)=50.16kn 2）l/4處截面彎矩： 兩車道布載：不計(jì)沖擊：m汽=10.277(

32、10.525.7094+226.243.105)=269.36knm計(jì)沖擊：m汽=1.2480.277(10.525.7094+226.243.105)=336.16knm四車道布載：不計(jì)沖擊：m汽=0.670.381(10.525.7094+226.243.105)=248.23knm計(jì)沖擊：m汽=1.2480.670.381(10.525.7094+226.243.105)=309.79knm剪力： 兩車道布載：不計(jì)沖擊：v汽=10.277(10.54.6575+271.4880.75)=69.94kn計(jì)沖擊：v汽=1.2480.277(10.54.6575+271.4880.75)=87

33、.28kn四車道布載;不計(jì)沖擊：v汽=0.670.381(10.54.6575+271.4880.75)=64.46kn計(jì)沖擊：v汽=1.2480.670.381(10.54.6575+271.4880.75)=80.44kn3）支點(diǎn)截面剪力支點(diǎn)截面由于車道荷載產(chǎn)生的效應(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線的峰值處，如圖4-5所示。兩車道荷載：不計(jì)沖擊: 計(jì)沖擊：圖4-5 支點(diǎn)截面剪力計(jì)算圖式(尺寸單位：cm)四車道布載：不計(jì)沖擊： 計(jì)沖擊：可變作用效應(yīng)（汽車）匯總于表4-5中，由此

34、可看出，車道荷載以兩車道布載控制設(shè)計(jì)。表4-5 可變作用效應(yīng)匯總表彎矩m/(knm)剪力v/kn跨中l(wèi)/4跨中l(wèi)/4支點(diǎn)車道荷載兩車道不計(jì)沖擊359.14269.3643.6269.94146.78計(jì)沖擊448.21336.1654.4387.28183.18四車道不計(jì)沖擊330.97248.2340.1964.46102.89計(jì)沖擊413.05309.7950.1680.44128.404.3 作用效應(yīng)組合據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用效應(yīng)應(yīng)選擇了四種最不利效應(yīng)組合：短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合、標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合和承載能力極限轉(zhuǎn)臺(tái)基本組合，見表4-6。表4-6 作用效應(yīng)組合表序號(hào)荷載類別跨中截面四分店截面支

35、點(diǎn)截面mmaxvmaxmmaxvmaxvmaxknmknknmknkn第一期永久作用490.680.00367.9759.25118.51第二期永久作用285.350.00214.0134.4668.92總永久作用（=+）776.030.00581.9893.71187.43可變作用（不計(jì)沖擊）359.1443.62269.3669.94146.78可變作用（計(jì)沖擊）448.2154.43336.1687.28183.18標(biāo)準(zhǔn)組合（=+）1224.2454.43918.14180.99370.61短期組合（=+0.7）1027.4230.53770.53142.66290.176極限組合（=1

36、.2+1.4）1558.7376.201169.00234.64481.36長期組合（=+0.4）919.6817.44689.72121.68246.145. 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量估算及布置5.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算本設(shè)計(jì)采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板構(gòu)造形式。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量，然后根據(jù)構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)要求確定普通鋼筋的數(shù)量。本設(shè)計(jì)為部分a類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，先根據(jù)正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性確定有效預(yù)加力npe。對(duì)于a類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用（或荷載）短期效應(yīng)作用下，應(yīng)滿足st-pc0.7ftk的要求。式中，st

37、為在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合ms作用下，構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力；pc為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)加力在構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣產(chǎn)生的混凝土預(yù)壓應(yīng)力。在設(shè)計(jì)時(shí)，st和pc的值可按下式進(jìn)行計(jì)算式中 a、w構(gòu)件毛截面面積及其對(duì)毛截面受拉邊緣的彈性抵抗矩； ep預(yù)應(yīng)力鋼筋重心對(duì)毛截面重心軸的偏心距，ep=y-ap，ap可預(yù)先假定； ms按作用短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值。代入st-pc0.7ftk，可求得滿足部分預(yù)應(yīng)力混凝土a類構(gòu)件正截面抗裂性要求所需的最小有效預(yù)加力為本設(shè)計(jì)中，ms=1027.42knm=1027.42106nmm，預(yù)應(yīng)力空心板采用c50，ftk=2.65mpa，空心板毛截面面積為a

38、=5505102mm2，彈性抵抗矩為假設(shè)ap=4.5cm，ep=y-ap =40-1.06-4.5=34.44cm=344.4mm把數(shù)據(jù)代入上式得所需預(yù)應(yīng)力鋼束截面面積按下式計(jì)算式中 con預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力； l全部預(yù)應(yīng)力損失值本設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度低松弛7絲捻制的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積140mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1860mpa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度fpd=1260mpa，彈性模量ep=1.95105mpa。根據(jù)規(guī)范，con0.75fpk，本設(shè)計(jì)中取con=0.65fpk，預(yù)應(yīng)力損失總和l近似假定為20%的張拉控制應(yīng)力，則采用12根s15.2鋼絞線，鋼絞線面積ap=121.

39、4=16.8cm216.21cm25.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置本設(shè)計(jì)采用12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ap=4.5cm，見圖5-1。先張法混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼絞線之間的凈距，對(duì)七股鋼絞線不應(yīng)小于25mm，在構(gòu)件端部10倍預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑范圍內(nèi)，設(shè)置35片鋼筋網(wǎng)。圖5-1 跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖(單位：cm)5.3 普通鋼筋數(shù)量的估算及布置前面根據(jù)正截面抗裂性要求確定了預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量，下面可由正截面承載能力極限狀態(tài)要求來確定普通鋼筋數(shù)量。空心板截面可換算成等效工字形截面來考慮（見圖5-2）：圖5-2 空心板等效工字形截面(單位：cm)由以及上兩式中

40、bk、hk的含義見圖5-2。由以上兩式聯(lián)立求得： hk=54.1cm，bk=37.5cm。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 等效工字形截面的腹板厚度為 假設(shè)截面受壓區(qū)高度xhf，設(shè)有效高度h0=h-ap=80-4.5=75.5cm，因此，正截面承載力為式中 0橋梁結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，本設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)，故取為1.0； fcd混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本設(shè)計(jì)為c50，則fcd =22.4mpa； md承載能力極限狀態(tài)的跨中最大彎矩，可查表4-6。代入相關(guān)參數(shù)值，則上式為 整理得：解得：x=79.75mmhf=129.5mm,故假設(shè)正確且滿足 x=79.75mm

41、bh0=0.4755=302mm上述計(jì)算說明中和軸位于翼緣板內(nèi)，因此可計(jì)算普通鋼筋面積as；此說明按受力計(jì)算需要配置縱向普通鋼筋。普通鋼筋選用hrb335鋼筋，其材料參數(shù)為fsd=280mpa，es=2105mpa，根據(jù)規(guī)范要求as0.3%bh0=0.003470755mm2=1064.55mm2因此普通鋼筋采用10根直徑為12mm的hrb335鋼筋，則圖5-3 普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖(尺寸單位：cm)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as=4.5cm。普通鋼筋布置見圖5-3。6. 換算截面幾何特性計(jì)算在配置了預(yù)應(yīng)力鋼

42、筋和普通鋼筋之后，需要計(jì)算換算截面的幾何特性。6.1 換算截面面積a0而 把以上數(shù)據(jù)代入得a0=5505+(5.65-1)16.8+(5.80-1)11.31=5637.41cm26.2 換算截面重心位置預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋換算截面對(duì)空心板毛截面重心軸的靜矩為s01=（ep-1）ap(400-10.6-45）+（es-1）as(400-10.6-45） =(5.65-1)1680344.4+(5.80-1) 1131344.4=4560132mm3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y01x=400-10.6-8.09=381.3mmy01s

43、=400+10.6+8.09=418.7mm換算截面重心至預(yù)應(yīng)力鋼筋重心及普通鋼筋重心的距離分別為e01p=381.3-45=336.3mme01s=381.3-45=336.3mm6.3 換算截面慣性矩6.4 換算截面彈性抵抗矩下緣：上緣：7. 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算7.1 跨中截面正截面抗彎承載力計(jì)算跨中截面構(gòu)造尺寸及配筋見圖5-3。預(yù)應(yīng)力鋼絞線合力作用點(diǎn)到截面底邊的距離ap=45mm，普通鋼筋合力作用點(diǎn)到截面底邊的距離為ap=45mm，則預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋的合力作用點(diǎn)至空心板截面底邊的距離為則跨中截面有效高度h0=h-aps=800-45=755mm采用等效工字形截面來計(jì)算，見圖5-2。

44、上翼緣厚度為hf=129.5mm,上翼緣有效寬度為bf=1220mm，肋寬b=470mm。截面類型：fsdas+fpdap=2801131+12601680=2433480nfcdhfbf=22.41220129.5=3538976n所以fsdas+fpdapfcdhfbf，屬于第一類t形截面，應(yīng)按寬度bf=1220mm的矩形截面來計(jì)算其正截面抗彎承載力?；炷两孛媸軌簠^(qū)高度x為x=89.05mmhf=129.5mm，且x=89.05mmbh0=0.4755=302mm將x=89.05mm代入下式可計(jì)算出跨中截面的抗彎承載力mud =1728.98knm0md=1.01414.93=1414.

45、93knm因此，跨中截面正截面抗彎承載力滿足要求。7.2 斜截面抗剪承載力計(jì)算(1)截面抗剪強(qiáng)度上、下限校核：選取距支點(diǎn)h/2處截面進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算。截面構(gòu)造尺寸及配筋見圖5-3。先進(jìn)行抗剪強(qiáng)度上、下限復(fù)核，截面尺寸要求應(yīng)滿足式中 vd驗(yàn)算截面處由作用（或荷載）產(chǎn)生的剪力組合設(shè)計(jì)值（kn），由表4-6的支點(diǎn)處剪力及l(fā)/4截面剪力，內(nèi)插得距支點(diǎn)h/2=400mm處的截面剪力vd：b 相應(yīng)于剪力組合設(shè)計(jì)值處的等效工字形截面腹板寬度，即b=470mm；h0相應(yīng)于剪力組合設(shè)計(jì)值處的截面有效高度，由于本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋及普通鋼筋都是直線布置，因此有效高度h0與跨中相同，為h0=755mm; fcu

46、,k混凝土強(qiáng)度等級(jí)（mpa），空心板為c50，fcu,k =50mpa。 故空心板距支點(diǎn)h/2處截面尺寸滿足抗剪要求。若滿足下式，可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算：式中 ftd混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)c50，取1.83mpa； 2預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，取1.25。上式中右側(cè)1.25為板式受彎構(gòu)件承載力的提高系數(shù)。代入上式得1.250.510-32ftdbh0=1.250.510-31.251.83470755=507.32kn0vd=1.0457.52=457.52kn0vd1.250.510-32ftdbh0，因此，不需要進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算，梁體可按構(gòu)造要求配置箍筋，采用

47、雙肢10鋼筋，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(yīng)大于100mm，故在支座中心到跨中1.03m范圍內(nèi)箍筋間距取為100mm，其他梁段箍筋間距取為250mm，箍筋布置如圖7-1?？缰胁糠止拷钆浣盥蕿闈M足最小配筋率的要求。圖7-1 空心板箍筋布置圖(尺寸單位：cm)(2)斜截面抗剪承載力計(jì)算根據(jù)要求選取以下兩處截面進(jìn)行空心板斜截面承載力計(jì)算：距支座中心h/2=400mm處截面，距跨中距離為x=7880mm；距支座中心1.03m處截面（箍筋間距變化處），距跨中距離為x=7250mm。計(jì)算上述各處截面的剪力組合設(shè)計(jì)值，可按表4-6的支點(diǎn)處剪力及跨中截面剪力，內(nèi)插得到，計(jì)算結(jié)果見表7-

48、1。表7-1 各計(jì)算截面剪力組合設(shè)計(jì)值截面位置（距跨中距離為x/mm）8280（支點(diǎn)截面）788072504140（l/4截面）剪力組合設(shè)計(jì)值vd/kn481.36457.52419.97234.641）距支座中心h/2=400mm處截面由于空心板的預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋是直線配置，故此截面有效高度取與跨中相同，即h0=755mm，其等效工字形截面的肋寬為b=470mm。由于沒有設(shè)置彎起鋼筋，因此，斜截面抗剪承載力即為：式中各符號(hào)的含義同上，此處箍筋間距sv=100mm，hrb335鋼筋，雙肢箍筋，直徑為10mm，asv=157.08mm2，則箍筋配筋率為：把以上數(shù)據(jù)代入得： 該截面抗剪承載力滿足

49、要求。2）距跨中截面x=6750mm處截面此處箍筋間距sv=250mm，vd=419.97kn，采用hrb335鋼筋，雙肢箍筋，直徑為10mm，asv=157.08mm2，把以上數(shù)據(jù)代入斜截面抗剪承載力公式得： 該截面抗剪承載力滿足要求。8. 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算本設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度低松弛7絲捻制的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，公稱直徑為15.20mm，公稱面積140mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1860mpa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為fpd=1260mpa，彈性模量ep=1.95105mpa。張拉控制應(yīng)力取為con=0.65fpk=0.651860=1209mpa，則各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算如下。8.1 錨具變形、回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l2預(yù)

50、應(yīng)力鋼絞線的有效長度取為張拉臺(tái)座的長度，設(shè)臺(tái)座長l=50m，采用一端張拉及夾片式錨具，根據(jù)規(guī)范要求，有頂壓時(shí)，張拉端錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值l取為4mm，則可計(jì)算得：8.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)座之間的溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失l3根據(jù)要求，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件采用加熱養(yǎng)護(hù)的方法時(shí)，為減少溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失，可采取分階段的養(yǎng)護(hù)措施。設(shè)控制預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)座之間的最大溫差t=t2-t1=15，則由鋼筋與臺(tái)座之間的溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失可計(jì)算得：8.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線由于鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失l5預(yù)應(yīng)力鋼絞線由于鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失值可按下式計(jì)算式中 張拉系數(shù)，本設(shè)計(jì)采用一次性張拉，取=1.0； 鋼

51、筋松弛系數(shù)，對(duì)低松弛鋼絞線，取為=0.3； fpk預(yù)應(yīng)力鋼絞線的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，fpk=1860mpa； pe傳力錨固時(shí)的鋼筋應(yīng)力，對(duì)先張法構(gòu)件，pe=con-l2=1209-15.6=1193.4mpa把以上數(shù)據(jù)代入可計(jì)算得：l5=1.00.3（0.521193.4/1860-0.26）1193.4=26.36mpa8.4 混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l4預(yù)應(yīng)力鋼筋由于混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失可按下式計(jì)算式中 ep預(yù)應(yīng)力鋼筋模量與混凝土彈性模量的比值 pc在計(jì)算截面鋼束重心時(shí)，由全部鋼筋預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力，可依下式計(jì)算式中 ep0換算截面重心至預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋合力點(diǎn)的距離： y0換算截面重心至計(jì)算截面處的距離，本設(shè)計(jì)為336.3mm； l預(yù)應(yīng)力鋼筋傳力錨固時(shí)的全部預(yù)應(yīng)力損失，先張法構(gòu)件傳力