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1、1 方案擬訂與比選1.1 設(shè)計(jì)資料(1)技術(shù)指標(biāo):(2)設(shè)計(jì)洪水頻率:百年一遇 ;(3)通航等級(jí):無(wú) ;(4)地震動(dòng)參數(shù):地震動(dòng)峰值加速度0.05g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s,相當(dāng)于原地震基本烈度VI度。1.2 設(shè)計(jì)方案鑒于展架橋地質(zhì)地形情況,該處地勢(shì)平緩,橋全長(zhǎng)較短,故比選方案主要采用簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋形式。根據(jù)安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的設(shè)計(jì)原則,我初步擬定了兩個(gè)方案。 方案一:預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋本橋上部構(gòu)造為516m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工容易。 本橋采用預(yù)制安裝(先張法)的施工方法:先張法預(yù)制構(gòu)件的制作工藝是在澆筑混凝土之前先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉,并將其臨時(shí)固定在張拉臺(tái)座
2、上,然后按照支立模板鋼筋骨架成型澆筑及振搗混凝土養(yǎng)護(hù)及拆除模板的基本施工工藝,待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度,逐漸將預(yù)應(yīng)力筋松弛,利用力筋回縮和與混凝土之間的黏結(jié)作用,使構(gòu)件獲得預(yù)應(yīng)力。 優(yōu)點(diǎn): 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)通過(guò)高強(qiáng)鋼筋對(duì)混凝土預(yù)壓,不僅充分發(fā)揮了高強(qiáng)材料的特性,而且提高了混凝土的抗裂性,促使結(jié)構(gòu)輕型化,因而預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大得多的跨越能力。 采用空心板截面,減輕了自重,而且能充分利用材料,構(gòu)件外形簡(jiǎn)單,制作方便,方便施工,施工工期短,而且橋型流暢美觀。缺點(diǎn):行車不順,同時(shí)橋梁的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)成本在后期較高。 圖1-1 空心板橋布置圖 方案二:預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁橋跨徑分布:332m 箱形
3、截面整體性好,結(jié)構(gòu)剛度大,變形小,抗震性能好,主梁變形撓曲線平緩,橋面伸縮縫少,行車舒適。 施工采用預(yù)制安裝的施工方法,設(shè)計(jì)施工較成熟,施工質(zhì)量和工期能得到有效控制,該種橋型傳力明確,計(jì)算簡(jiǎn)潔。 箱形截面有較大的抗扭剛度,整體性好。同時(shí)主橋線條明確,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,梁的等截面外形和諧,各比例協(xié)調(diào),造型樸實(shí)。 圖1-2 連續(xù)箱梁布置圖1.3 方案比選表1-1 各方案主要優(yōu)缺點(diǎn)比較表預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁橋 跨徑 516m 332m 安全性自重輕,跨徑合適,施工安全。整體性好,結(jié)構(gòu)剛度大,變形小,抗震性能好。適用性建筑高度小,外形簡(jiǎn)單,制作方便,構(gòu)件質(zhì)量小,方便架設(shè)。能適用各種適用條
4、件,因?yàn)榍豆淘谙淞荷系膽冶郯?,其長(zhǎng)度可以較大幅度變化,并且腹板間距也能放大,箱梁有較大抗扭剛度。美觀性橋型流暢美觀,與周圍環(huán)境和諧。主橋線條簡(jiǎn)明,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,梁的等截面布置外形和諧,個(gè)比例協(xié)調(diào),造型樸實(shí)。經(jīng)濟(jì)性空心板截面可以充分利用材料,經(jīng)濟(jì)合理。箱型截面充分利用材料,節(jié)約材料。施工難易程度采用預(yù)制拼裝的施工方法,工期縮短。采用預(yù)制裝配的施工方法,施工周期短。通過(guò)對(duì)比,從受力合理,安全適用,經(jīng)濟(jì)美觀的角度綜合考慮,方案一:預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋?yàn)樽罴淹扑]方案。此方案,采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省材料,經(jīng)濟(jì)合理;采用預(yù)制裝配的施工方法,施工方便,周期短;而且橋型流暢美觀。 2 毛截面幾何特
5、性計(jì)算2.1 基本資料 主要技術(shù)指標(biāo)橋跨布置:516 m 。標(biāo)準(zhǔn)跨徑:16.00 m 。計(jì)算跨徑:15.56 m 。橋面總寬:9m=7+2×1.0 m(人行道)。設(shè)計(jì)荷載:公路-級(jí) 材料規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼絞線,直徑mm,截面面積139.0mm2 ,彈性摸量=1.95×105 MPa ,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值= 1860 MPa, 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=1260 MPa;普通鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值= 335 MPa, 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=280 MPa=2.0×105 MPa;空心板塊混凝土采用C40, 彈性模量取3.25×104 MPa, 抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值=18.4 MPa, 抗
6、拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=2.40 MPa; 設(shè)計(jì)規(guī)范(1)JTJ01-1997.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)S.北京:人民交通出版 社,1997 簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)(2)JTG D60-2004.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范S.北京:人民交通出版社,2004.簡(jiǎn)稱橋規(guī)(3)JTG D62-2004.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范S.北京:人民交通出版 社,2004.簡(jiǎn)稱公預(yù)規(guī)(4)JTG D60-1985.公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范S. 北京:人民交通出版社,1985.(5)邵旭東.橋梁工程(上、下冊(cè))M.北京:人民交通出版社,2004.2.2 截面幾何尺寸圖 本橋主梁采用124cm空心板,橋?qū)?m,選用7片主梁5片中板和兩片邊
7、板。橋面橫斷面布置圖圖2.1 橫斷面圖板塊結(jié)構(gòu)幾何尺寸 (a) 中板跨中截面 (b) 邊板跨中截面圖2.2 截面幾何尺寸圖2.3 毛截面幾何特性計(jì)算毛截面面積毛截面重心位置全截面對(duì)1/2板高的靜矩:鉸縫的面積:毛截面重心離1/2板高處的距離:鉸縫重心對(duì)1/2板高處的距離:空心板毛截面對(duì)其重心軸的慣矩空心板的抗扭剛度可簡(jiǎn)化為圖2-3的單箱截面近似計(jì)算:圖2.3 計(jì)算的空心板簡(jiǎn)化圖(尺寸單位:cm)3 主梁內(nèi)力計(jì)算及作用效應(yīng)組合3.1永久作用效應(yīng)計(jì)算 空心板自重(一期恒載) =A×=5539×10×25=13.8475 (kN/m) 橋面系自重(二期恒載)橋面鋪裝采用
8、:5cm的砼防水鋪裝層:0.05×7×25=8.75 (kN/m)10cm瀝青混凝土: 0.1×7×23=16.1(kN/m)人行道采用混凝土,則單側(cè)人行道自重: 1×0.4×24=9.6(kN/m)單側(cè)欄桿:1.52(kN/m)為計(jì)算方便近似各板平均分擔(dān)考慮,則每塊空心板分?jǐn)偟降拿垦用讟蛎嫦抵亓? 鉸縫自重(第二階段結(jié)構(gòu)自重)因?yàn)殂q縫自重采用C40混凝土,因此其自重為:=(529+1×75) ×10×24=1.4496(kN/m)由此得空心板每延米總重力為:=13.8475(kN/m)=6.7271.
9、4496=8.1767(kN/m)=13.84758.1767=22.0242(kN/m)由此可計(jì)算出簡(jiǎn)支空心板的恒載(自重效應(yīng)),計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-1。 表3-1 永久作用效應(yīng)匯總表 項(xiàng)目 作用種類作用gi(kN/m)計(jì)算跨徑(m)作用效應(yīng)(kN/m)作用效應(yīng)(kN)跨中()1/4跨()支點(diǎn)()1/4跨()跨中13.847515.56419.08314.31107.7353.865022.024215.56666.54499.91171.3585.67503.2可變作用效應(yīng)計(jì)算本橋汽車荷載采用公路級(jí)荷載,它由車道荷載和車輛荷載組成。橋規(guī)規(guī)定橋梁結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用車道荷載。公路級(jí)車道荷載由=0.7
10、5×10.5=7.875(kN/m)的平均荷載和集中荷載兩部分組成。而在計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí),集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以1.2的系數(shù),即計(jì)算剪力=1.2=1.2×166.68=200.016(kN/m) 按橋規(guī)車道荷載的均布荷載應(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)值只作用在相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線峰值處。本橋采用雙車道,應(yīng)考慮折減,。1. 汽車荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算跨中和四分點(diǎn)的橫向分布系數(shù)按鉸接板法計(jì)算。支點(diǎn)按杠桿法計(jì)算荷載橫向分布系數(shù);支點(diǎn)到四分點(diǎn)間按直線內(nèi)插求得。(1)跨中和四分點(diǎn)的荷載橫向分布系數(shù):首先計(jì)算空心板的剛度系數(shù):由前面計(jì)算得到:I=3.9883&
11、#215; IT =7.173×b=125mm l=1556mm將以上數(shù)據(jù)代入:r=0.02115 求得剛度系數(shù)后,即可查公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)-梁橋(上冊(cè))(徐光輝,胡明義,主編,人民交通出版社,1996年3月)中7塊板鉸接板橋荷載橫向分布影響線表,由r=0.02及r=0.03內(nèi)插得到r=0.02115時(shí)1號(hào)至4號(hào)板在車道荷載作用下荷載橫向分布系影響線,計(jì)算結(jié)果列表3-2中,由表3-2畫出各板橫向分布影響線圖3-1,并按橫向最不利位置布載圖3-2,求得兩車道情況下各板的橫向分布系數(shù)。由于橋梁橫斷面結(jié)構(gòu)對(duì)稱,所以只需計(jì)算1號(hào)至4號(hào)板的橫向分布影響線坐標(biāo)值。表3-2 各板的橫向分配影響線豎標(biāo)
12、值表荷載作用板號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)1#2#3#4#10.2480.2040.1570.12420.2040.2000.1710.13530.1570.1710.1770.15740.1240.1350.1570.17050.1010.1100.1270.15760.0860.0940.1100.13570.0800.0860.1010.124根據(jù)表3-2作出影響線: (a) 1號(hào)板橫向分布影響線(b) 2號(hào)板橫向分布影響線 (d) 4號(hào)板橫向分布影響線 圖3-1影響線圖及布載位置根據(jù)各板的橫向分布影響線圖,在上加載求得各種作用下的橫向分布系數(shù)如下:汽車荷載作用下:m3=1/2i汽,m=i人板號(hào)1:二列汽車
13、:m2汽=1/2(0.2210.1570.1220.090)=0.295m=0.262+0.078=0.340板號(hào)2:二列汽車:m2汽=1/2(0.1990.1710.1310.100)=0.301m=0.210+0.079=0.289板號(hào)3:二列汽車:m2汽=1/2(0.1700.1730.1500.115)=0.304m=0.151+0.098=0.249板號(hào)4:二列汽車:m2汽=1/2(0.1420.1620.1620.142)=0.304m=0.119+0.119=0.238見(jiàn)表3-3:表3-3 車道荷載作用下的橫向分布系數(shù)表板號(hào)1#2#3#4#m2汽0.2950.3010.3040.
14、304m0.3400.2890.2490.238由上表可知3,4#板在荷載作用下最為不利,考慮到人群荷載與汽車效應(yīng)相組合,因此跨中和四分點(diǎn)的荷載橫向分布系數(shù)偏安全地取下列數(shù)據(jù):m2汽=0.304, m=0.249(2)支點(diǎn)的荷載橫向分布系數(shù),則按杠桿法計(jì)算,由圖1-4得3-4板的支點(diǎn)荷載橫向分布系數(shù)如下: 圖3.3 支點(diǎn)處荷載橫向分布影響線及最不利布載圖 m汽=0.5×1.00=0.50m=0(3)支點(diǎn)到四分點(diǎn)處的荷載橫向分布系數(shù)按內(nèi)插法求得。故由以上計(jì)算可知,取3號(hào)板作為設(shè)計(jì)板,其荷載橫向分布系數(shù)如下。表3-4 3#板的荷載橫向分布系數(shù) 作用位置跨中至L/4處支點(diǎn)汽車荷載0.304
15、0.5人群荷載0.2490 汽車荷載沖擊系數(shù)計(jì)算橋規(guī)規(guī)定汽車荷載的沖擊力標(biāo)準(zhǔn)值為汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)。按結(jié)構(gòu)基頻的不同而不同,對(duì)于簡(jiǎn)支板橋: (3-1)當(dāng)時(shí), =0.05;當(dāng)時(shí), =0.45;當(dāng)時(shí),. (3-2)其中:,I=3.9883×10m,=代入得: 所以, =0.1767-0.0157=0.17674.9692-0.0157=0.2676 1+=1.2676 可變作用效應(yīng)計(jì)算(1)車道荷載效應(yīng)跨中截面(見(jiàn)圖3.4)彎矩: (不計(jì)沖擊時(shí)) (3-3)兩車道荷載:不計(jì)沖擊 kN·m 計(jì)入沖擊 kN·m剪力: (不計(jì)沖擊時(shí)) (3-4)兩車道荷載:不計(jì)沖擊
16、 (kN)計(jì)入沖擊 (kN)圖3.4簡(jiǎn)支空心板跨中截面內(nèi)力影響線及加載圖 l/4截面(參照?qǐng)D3.5)彎矩: (不計(jì)沖擊時(shí)) (3-3)兩車道荷載:不計(jì)沖擊 kN·m 計(jì)入沖擊 kN·m剪力: (不計(jì)沖擊時(shí)) 兩車道荷載:不計(jì)沖擊 = 56.08(kN)計(jì)入沖擊 = =71.09(kN) 圖3.5簡(jiǎn)支空心板l/4截面內(nèi)力影響線及加載圖支點(diǎn)截面剪力計(jì)算支點(diǎn)截面由于車道荷載產(chǎn)生的效應(yīng)時(shí),考慮橫向分布系數(shù)沿空心板跨長(zhǎng)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,見(jiàn)圖3.6。兩車道荷載:不計(jì)沖 (3-4)代
17、入數(shù)據(jù)有: =121.64(kN)計(jì)入沖擊 (3-5)代入數(shù)據(jù)有: =154.19( kN) 圖3.6 簡(jiǎn)支空心板支點(diǎn)截面內(nèi)力影響線及加載圖(2)人群荷載效應(yīng) 人群荷載是一個(gè)均布荷載,當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑小于或等于50m時(shí),人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.0 kN/ m,人行道板寬為凈寬1m,因此q=1×3=3kN/m??缰薪孛妫簭澗兀簃=0.249×3×30.2642=22.61 kN/m 剪力:V=0.249×3×1.945=1.45 kN/m四分點(diǎn)截面:彎矩:m=0.249×3×22.698=16.96 kN/m 剪力:V=0.249&
18、#215;3×4.376=3.27 kN/m支點(diǎn)截面:剪力:V=0.249×3×7.78-××(0.249-0)×3×(+)=4.36KN可變作用效應(yīng)匯總表3-5中:表3-5 可變作用效應(yīng)匯總表 跨中彎矩M()剪力V(kN)跨中L/4處跨中L/4處支點(diǎn)車道荷載兩行汽車不計(jì)沖擊系數(shù)269.56202.3035.0656.08121.64計(jì)入沖擊系數(shù)341.70256.4344.4471.09154.19人群荷載22.6116.961.453.274.363.3作用效應(yīng)組合按橋規(guī)公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限
19、狀態(tài)進(jìn)行效應(yīng)組合,并用不同的計(jì)算項(xiàng)目。 承載能力極限狀態(tài)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的基本組合表達(dá)式為: (3-6)式中: 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),本橋?qū)俅髽颍?1.0; 效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值;永久作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值; 汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力)的標(biāo)準(zhǔn)值。 人群荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值 正常使用極限狀態(tài) 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,采用以下兩種效應(yīng)組合:作用短期效應(yīng)組合表達(dá)式: (3-7)式中: 作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值;永久作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值; 不計(jì)沖擊的汽車荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。 人群荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合表達(dá)式: (3-8)式中:各符號(hào)意義見(jiàn)上面說(shuō)明。橋規(guī)還規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件當(dāng)需要彈性階段截面應(yīng)力計(jì)算時(shí)
20、,應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合,即此時(shí)效應(yīng)組合表達(dá)式為: (3-9)式中: 標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值; ,永久作用效應(yīng),汽車荷載效應(yīng)(含汽車沖擊力)的標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)計(jì)算得到的作用效應(yīng),按橋規(guī)各種組合表達(dá)式可求得各效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值,現(xiàn)將計(jì)算匯總于表3-6中。表3-6 空心板作用效應(yīng)組合計(jì)算匯總表序號(hào)作用種類彎矩M(kNm)剪力V(kN)跨中L/4跨中L/4支點(diǎn)作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值永久作用效應(yīng)419.08314.31053.865107.73666.54499.91085.68171.35可變作用效應(yīng)車道荷載不計(jì)沖擊269.56202.3035.0656.08121.64341.70256.4344.4471.0915
21、4.19人群荷載S22.6116.961.453.274.36承載能力極限狀態(tài)基本組合 (1)799.85599.890102.81205.62 (2)478.38359.0062.2299.53215.870.8×1.4 S (3)25.3219.001.623.664.88=(1)+ (2)+(3)1303.55977.8963.84206426.37正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合 (4)666.54499.91085.68171.35 (5)188.69141.6124.5439.2685.15S (6)22.6116.961.453.274.36=(4)+ (5)+(6)8
22、77.84658.4825.99128.21260.86使用長(zhǎng)期效應(yīng)組合 (7)6 6.54499.91085.68171.35 (8)107.8280.9214.0222.4348.660.4S (9)9.046.780.581.311.74=(7)+ (8)+(9)783.4587.6114.60109.42221.75彈性階段截面應(yīng)力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合 (10)666.54499.91085.68171.35 (11)341.70256.4344.4471.09154.19S (12)22.6116.961.453.274.36=(10)+ (11)+(12)1030.85773.345
23、.89160.04329.94 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及布置4.1預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算 本橋設(shè)計(jì)時(shí)它應(yīng)滿足不同設(shè)計(jì)狀況下規(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(yīng)力等要求。在這些控制條件中,最重要的是滿足結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的使用性能要求和保證結(jié)構(gòu)在達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)具有一定的安全儲(chǔ)備。因此,預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí),一般情況下,首先根據(jù)結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性或裂縫寬度限值確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量,在由構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)要求確定普通綱紀(jì)的數(shù)量。本橋以部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì),首先按正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性確定有效預(yù)加力Npe。按公預(yù)規(guī)條,A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件正
24、截面抗裂性是控制混凝土的法向拉應(yīng)力,并符合以下條件:在作用短期效應(yīng)組合下,應(yīng)滿足要求。式中: 在作用短期效應(yīng)組合作用下,構(gòu)件抗裂性驗(yàn)算邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力;在初步設(shè)計(jì)時(shí),和可按公式近似計(jì)算: (4-1) (4-2)式中: A,W構(gòu)件毛截面面積及對(duì)毛截面受拉邊緣的彈性抵抗矩; 預(yù)應(yīng)力鋼筋重心對(duì)毛截面重心軸的偏心矩,,可預(yù)先假定。代入即可求得滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件正截面抗裂性要求所需的有效預(yù)加力為: (4-3)式中:混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。本預(yù)應(yīng)力空心板橋采用C40,=2.4Mpa,由表3-6得,空心板的毛截面換算面積 假設(shè),則代入得: 則所需的預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積Ap為: (4-4)式中: 預(yù)應(yīng)力
25、鋼筋的張拉控制應(yīng)力; 全部預(yù)應(yīng)力損失值,按張拉控制應(yīng)力的20%估算。本橋采用1×7股鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力鋼筋,直徑15.2mm,公稱截面面積139mm,=1860Mpa,=1260Mpa,=Mpa。按公預(yù)規(guī),現(xiàn)取=0.70,預(yù)應(yīng)力損失總和近似假定為20%張拉控制應(yīng)力來(lái)估算,則采用1015.2鋼絞線,單根鋼絞線公稱面積139mm2,則=10×139=1390mm2滿足要求。4.2預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置預(yù)應(yīng)力空心板選用1015.2鋼絞線布置在空心板下緣, =40mm,沿空心板跨長(zhǎng)直線布置 ,即沿跨長(zhǎng)=40mm保持不變,見(jiàn)圖4.1.預(yù)應(yīng)力鋼筋布置應(yīng)滿足公預(yù)規(guī)的要求,鋼絞線凈距不小于25mm
26、,端部設(shè)置長(zhǎng)度不小于150mm的螺旋鋼筋等。 圖4.1 空心板中板跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置4.3普通鋼筋數(shù)量的估算及布置在預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量已經(jīng)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的數(shù)量,暫不考慮在受壓區(qū)配置預(yù)應(yīng)力鋼筋,也暫不考慮普通鋼筋的影響??招陌褰孛娓鶕?jù)慣性矩相等和面積相等可換算成等效工字形截面來(lái)考慮:由 cm2 bh=×16×55+×23×9+×23×46+×23×46×()=226331.1111求得cm,=39.4cm則得到等效工字形截面的上翼緣板厚度:=cm等效工字形截
27、面的下翼緣板厚度:=cm等效工字形截面的肋板厚度b: b=b-2b=124-2×39.4=45.2cm等效工字形截面尺寸見(jiàn)圖4.2:圖4.2 空心板換算等效工字形截面(尺寸單位:cm)估算普通鋼筋時(shí),計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 4.3圖4.3 普通鋼筋計(jì)算簡(jiǎn)圖可先假定,則由下列可求得受壓區(qū)的高度,設(shè) 由公預(yù)規(guī), .由表3-6,跨中,代入上式得: 整理得: ,且說(shuō)明中和軸在翼緣板內(nèi),可用下式求得普通鋼筋面積: 0說(shuō)明按受力計(jì)算不需要配置縱向普通鋼筋,現(xiàn)按照構(gòu)造要求配置。普通鋼筋選用HRB335, .由公預(yù)規(guī),普通鋼筋選用普通鋼筋布置在空心板下緣一帶(截面受拉邊緣),沿空心板跨長(zhǎng)直線布置。鋼筋重心至板
28、下緣40mm處,即,見(jiàn)圖 4.3。圖4.4 普通鋼筋布置圖5 換算截面幾何特性計(jì)算由前面計(jì)算已知空心板毛截面的幾何特性,毛截面面積,毛截面重心軸至1/2板高的距離,毛截面對(duì)其重心軸慣性5.1 換算截面面積A0 (5-1) (5-2) (5-3)代入得5.2 換算截面重心位置所有鋼筋換算截面對(duì)毛截面重心的靜矩為:換算截面重心至空心板毛截面重心的距離為:(向下移)則換算截面重心至空心板毛截面下緣的距離為:則換算截面重心至空心板毛截面上緣的距離為:換算截面重心至預(yù)應(yīng)力鋼筋重心的距離為:換算截面重心至普通鋼筋重心的距離為:5.3 換算截面慣性矩5.4 換算截面彈性抵抗矩 下緣: 上緣: 6 承載能力極
29、限狀態(tài)計(jì)算6.1 跨中截面正截面抗彎承載力計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼絞線合力作用點(diǎn)到截面底邊的距離,普通鋼筋離截面底邊的距離,則預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋的合理作用點(diǎn)到截面底邊的距離為。采用換算等效工字形截面來(lái)計(jì)算,上翼緣厚度,上翼緣工作寬度,肋寬b=452mm.首先按公式來(lái)判斷截面類型:所以屬于第一類T型,應(yīng)按寬度的矩形截面來(lái)計(jì)算其抗彎承載力。由計(jì)算混泥土受壓區(qū)高度x: (6-1) 將代入下式計(jì)算出跨中截面的抗彎承載力 =計(jì)算結(jié)果表明,跨中截面抗彎承載力滿足要求。 6.2 斜截面抗剪承載力計(jì)算 截面抗剪強(qiáng)度上.下限復(fù)核 選取距支點(diǎn)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(jiàn)圖5.首先進(jìn)行抗剪強(qiáng)度上、下限
30、復(fù)核,按公預(yù)規(guī)條: (6-2)式中:-驗(yàn)算截面處的剪力組合設(shè)計(jì)值(KN),由表2-7得支點(diǎn)處剪力及跨中截面剪力,內(nèi)插得到的距支點(diǎn)=375mm處的截面剪力: 代入數(shù)據(jù)得: 計(jì)算結(jié)果表明空心板截面尺寸符合要求。 按公預(yù)規(guī) 條 由于 并對(duì)照表3-6沿跨長(zhǎng)各截面的控制剪力組合設(shè)計(jì)值,在L/5至支點(diǎn)的部分區(qū)段內(nèi)按計(jì)算要求配置抗剪鋼筋,其他區(qū)段可按構(gòu)造要求配置箍筋。 為了構(gòu)造方便和便于施工,本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板不設(shè)彎起鋼筋,計(jì)算剪力全部由混凝土和箍筋承受,則斜截面抗剪承載力按下式計(jì)算: (6-3) 式中,各系數(shù)按公預(yù)規(guī)條規(guī)定采用:,,箍筋采用雙股,則寫出箍筋間距的計(jì)算式為: = =,箍筋采用HRB33
31、5,則 取箍筋間距150mm,并按公預(yù)規(guī)要求,在支左中心向跨中方向不小于一倍梁高范圍內(nèi),箍筋間距取100mm。故箍筋間距取100mm。配箍率 (按公預(yù)規(guī)條規(guī)定,HRB335,) 在組合設(shè)計(jì)剪力值的部分梁段,可只按構(gòu)造要求配置箍筋,設(shè)箍筋仍選用雙肢,配筋率,則可求得構(gòu)造配筋的箍筋間距 取經(jīng)過(guò)綜合考慮和比較,箍筋沿空心板跨長(zhǎng)布置如圖6.1。 圖6.1 空心板箍筋布置圖(單位:cm) 斜截面抗剪承載力計(jì)算 由圖7-1,我們選取以下三個(gè)位置進(jìn)行空心板斜截面抗剪承載力計(jì)算: 距支左中心處截面,; 距跨中位置處截面,(箍筋間距變化處); 距跨中位置處,(箍筋間距變化處);計(jì)算截面的剪力組合設(shè)計(jì)值,可按表4
32、-1由跨中和支點(diǎn)的設(shè)計(jì)枝內(nèi)插得到,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6-1。表6-1 各計(jì)算截面剪力組合設(shè)計(jì)值截面位置跨中剪力426.37408.90369.05250.2363.84距支左中心處截面,由于是直線配筋,故此截面有效高度取與跨中近似相同,由于不設(shè)彎起鋼筋,因此,斜截面抗剪承載力按下式計(jì)算:此處,箍筋間距抗剪承載力滿足要求.距跨中截面處截面 此處,箍筋間距,斜截面抗剪承載力滿足要求。距跨中位置處 此處,箍筋間距,以上計(jì)算均表明滿足斜截面抗剪承載力要求。7 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算 預(yù)應(yīng)力損失與施工工藝、材料性能及環(huán)境影響等有關(guān),影響因素復(fù)雜。在無(wú)可靠試驗(yàn)資料的情況下,則按公路橋規(guī)的規(guī)定估算。本橋采用先張法施工。本
33、橋預(yù)應(yīng)力鋼筋采用直徑為15.2mm的17股鋼絞線, ,控制應(yīng)力取。7.1 錨具變形、回縮引起的應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效長(zhǎng)度取為張拉臺(tái)座的長(zhǎng)度,設(shè)臺(tái)座長(zhǎng),采用一端張拉及夾片式錨具,有頂壓時(shí),則 (7-1) 7.2 加熱養(yǎng)護(hù)引起的溫度損失 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板采用加熱養(yǎng)護(hù)的方法,為減少溫度引起的預(yù)應(yīng)力損失,采用分階段養(yǎng)護(hù)措施。設(shè)控制預(yù)應(yīng)力鋼絞線與臺(tái)座之間的最大溫差,則: =27.3 混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)于先張拉法構(gòu)件, (7-2) 由公預(yù)規(guī)條,先張法構(gòu)件傳力錨固時(shí)的損失為: ,則,則7.4 鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失 (7-3)式中, 代入得,7.5 混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失
34、 (7-4) ,構(gòu)件受拉區(qū)全部縱向鋼筋重心處,由預(yù)應(yīng)力(扣除相應(yīng)階段的預(yù)應(yīng)力損失)和結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的混凝土法向壓應(yīng)力,其值為 (7-5) 預(yù)應(yīng)力鋼筋傳力錨固齡期,計(jì)算齡期為t時(shí)的混凝土收縮應(yīng)變 ,加載齡期為,計(jì)算考慮的齡期為t時(shí)的徐變系數(shù)??紤]自重的影響,由于收縮徐變持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),采用全部永久作用,查表3-6得空心板全部永久作用彎矩,,在全部鋼筋重心處由自重產(chǎn)生的拉應(yīng)力為:跨中截面: 支點(diǎn)截面:則全部縱向鋼筋重心處的壓應(yīng)力為:跨中截面: : 支點(diǎn)截面: 公預(yù)規(guī)規(guī)定,不得大于傳力錨固時(shí)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的0.5倍,設(shè)傳力錨固時(shí),混凝土達(dá)到C,則=30MP,0.5=15MP,則跨中、四分點(diǎn)、支點(diǎn)截
35、面全部鋼筋重心處的壓應(yīng)力為2.95MPa,4.05 MPa,7.36 MPa,均小于15 MPa,滿足要求。設(shè)傳力錨固齡期為7d,計(jì)算齡期為混凝土終極值t,設(shè)橋梁所處環(huán)境的大氣相對(duì)濕度為75%,由前面計(jì)算知,空心板毛截面面積A=553900 ,空心板與大氣接觸的周邊長(zhǎng)度為u,u=2 ×1240+2×750+2×320+2×90+4××23=4930.1mm 理論厚度h=224.7查公預(yù)規(guī)表直線內(nèi)插得到: 把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得:跨中截面: : 支點(diǎn)截面: 7.6 預(yù)應(yīng)力損失組合傳力錨固時(shí)第一批損失傳力錨固后預(yù)應(yīng)力損失總和:跨中截面:
36、 : 支點(diǎn)截面: 各截面的有效預(yù)應(yīng)力:??缰薪孛妫?支點(diǎn)截面:8 驗(yàn)算8.1正常使用極限狀態(tài)計(jì)算正截面抗裂性驗(yàn)算正截面抗裂性計(jì)算是對(duì)構(gòu)件跨中截面混凝土的拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,并滿足公預(yù)規(guī)6.3條要求。對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件,應(yīng)滿足兩個(gè)要求:第一,在作用短期效應(yīng)組合下,;第二,在作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合下,即不出現(xiàn)拉應(yīng)力。為在作用短期效應(yīng)組合下,空心板抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土法向拉應(yīng)力空心板跨中截面彎矩,換算截面下緣抵抗矩為扣除全部預(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)生的預(yù)壓應(yīng)力, (8-1) (8-2)為在作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合下,空心板抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土法向拉應(yīng)力空心板跨中截面彎矩,換算截面下緣抵抗矩符合公
37、預(yù)規(guī)對(duì)A類構(gòu)件的規(guī)定。斜截面抗裂性驗(yàn)算部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件斜截面抗裂性驗(yàn)算是以主拉應(yīng)力控制,采用作用的短期效應(yīng)組合。選用支點(diǎn)截面,分別計(jì)算支點(diǎn)截面A-A纖維(空洞頂面),B-B纖維(空心板換算截面),C-C纖維(空洞底面)處主拉應(yīng)力,對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件應(yīng)滿足:為混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,C40,;主拉應(yīng)力8.1.2.1 A-A纖維: ( ) (8-3) 為支點(diǎn)截面短期組合效應(yīng)剪力設(shè)計(jì)值為計(jì)算主拉應(yīng)力出處截面腹板的寬度,為空心板A-A纖維以上截面對(duì)空心伴換算截面重心軸的靜矩 (8-4) (8-5) 為豎向荷載產(chǎn)生的彎矩,在支點(diǎn)。負(fù)值表示拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件,在短期效應(yīng)組合下,預(yù)制構(gòu)件應(yīng)符
38、合現(xiàn)A-A纖維:符合要求。.2 B-B纖維: S=1240×397.97×-2××230×(397.97-100-)-230×320×(397.97-100-)-780×(397.97-330)×=82.64×10mm為豎向荷載產(chǎn)生的彎矩,在支點(diǎn), B-B纖維,符合公預(yù)規(guī)對(duì)部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件斜截面抗裂性要求。8.1.2.3 C-C纖維:為豎向荷載產(chǎn)生的彎矩,在支點(diǎn), B-B纖維上述結(jié)果表明,本橋空心板滿足公預(yù)規(guī)對(duì)部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件斜截面抗裂性要求。8.2 變形計(jì)算 正常使用階段的撓度計(jì)算使用階段
39、的撓度值,按短期荷載效應(yīng)組合計(jì)算,并考慮撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù),對(duì)于C40混凝土,對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件,使用階段的撓度計(jì)算時(shí),抗彎剛度。取跨中截面尺寸及配筋情況確定:短期荷載組合作用下的撓度值,可簡(jiǎn)化為按等效均布荷載作用情況計(jì)算: (8-6)自重產(chǎn)生的撓度值按等效均布荷載作用情況計(jì)算:()消除自重產(chǎn)生的撓度,并考慮長(zhǎng)期影響系數(shù)后,正常使用階段的撓度值為:計(jì)算結(jié)果表明,使用階段的撓度值滿足公預(yù)規(guī)要求。 預(yù)加力引起的反拱度計(jì)算及預(yù)拱度的設(shè)置.1 預(yù)加力引起的反拱度計(jì)算空心板當(dāng)放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)跨中產(chǎn)生反拱度,設(shè)這時(shí)空心板混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30。預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱度計(jì)算按跨中截面尺寸及配筋計(jì)算,并考慮反拱長(zhǎng)
40、期增長(zhǎng)系數(shù)。此時(shí)的抗彎剛度:??招陌瀹?dāng)放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)設(shè)空心板混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30,換算截面面積: 所有鋼筋截面換算面積對(duì)毛截面重心的靜矩為:換算截面重心至毛截面重心的距離: (向下移)換算截面重心至空心板下緣的距離: y=-16.14-7.5=351.36mm換算截面重心至空心板上緣的距離:預(yù)應(yīng)力鋼絞線至換算截面重心的距離:普通鋼筋至換算截面重心的距離:換算截面慣矩:換算截面的彈性抵抗矩:下緣上緣空心板換算截面幾何特性匯總于表8-1。 表8-1 空心板換算截面幾何特性匯總表 項(xiàng)目符號(hào)單位換算截面面積567273.5566026換算截面重心至截面下緣距離351.36352.03換算截面重心至
41、截面上緣距離398.64397.97預(yù)應(yīng)力鋼筋至截面重心軸距離311.36312.03普通鋼筋至截面重心軸距離311.36312.03換算截面慣矩 換算截面彈性抵抗矩由8.1計(jì)算得扣除預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)加力為:則由預(yù)加力產(chǎn)生的跨中反拱度,并乘反拱長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù),得:.2 預(yù)拱度的設(shè)置由公預(yù)規(guī)條,當(dāng)預(yù)加應(yīng)力的長(zhǎng)期反拱值小于按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的長(zhǎng)期撓度時(shí),應(yīng)設(shè)預(yù)拱度,其值按該荷載的撓度值與預(yù)加應(yīng)力長(zhǎng)期反拱值之差采用。,應(yīng)設(shè)預(yù)拱度??缰蓄A(yù)拱度,支點(diǎn),預(yù)拱度值沿順橋向做成平順的曲線。8.3 持久狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算持久狀態(tài)應(yīng)力計(jì)算應(yīng)計(jì)算使用階段正截面混凝土的法向壓應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力、斜截面的主壓應(yīng)力。計(jì)
42、算時(shí)作用取標(biāo)準(zhǔn)值,不計(jì)分項(xiàng)系數(shù),汽車荷載考慮沖擊系數(shù)??缰薪孛婊炷恋姆ㄏ驂簯?yīng)力驗(yàn)算跨中截面的有效預(yù)應(yīng)力: 跨中截面的有效預(yù)加力: 標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合: (8-7) 跨中預(yù)應(yīng)力鋼絞線的拉應(yīng)力驗(yàn)算 (8-8)為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的預(yù)應(yīng)力鋼絞線重心處混凝土法向拉應(yīng)力:預(yù)應(yīng)力鋼絞線中的拉應(yīng)力為: 斜截面主應(yīng)力驗(yàn)算斜截面主應(yīng)力計(jì)算選取支點(diǎn)截面的A-A纖維、B-B纖維、C-C纖維在標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)和預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的主壓應(yīng)力和主拉應(yīng)力驗(yàn)算,并滿足的要求。 (8-9) (8-10) (8-11) 8.3.3.1 A-A纖維,符合公預(yù)規(guī)要求。.2 B-B纖維,符合公預(yù)規(guī)要求。8.3.3.3 C-C纖維,符合公預(yù)規(guī)要
43、求。8.4短暫狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件按短暫狀態(tài)計(jì)算時(shí),應(yīng)計(jì)算構(gòu)件在制造、運(yùn)輸及安裝等施工階段,由預(yù)加力(扣除相應(yīng)的應(yīng)力損失)、構(gòu)件自重及其它施工荷載引起的截面應(yīng)力,并滿足公預(yù)規(guī)要求。為此,對(duì)本橋應(yīng)計(jì)算在放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)預(yù)制空心板的板底壓應(yīng)力和板頂拉應(yīng)力。設(shè)預(yù)制空心板當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30時(shí),放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線,這時(shí),空心板處于初始預(yù)加力及空心板自重共同作用下,計(jì)算空心板板頂(上緣)、板底(下緣)法向應(yīng)力。由此計(jì)算空心板截面的幾何特性,見(jiàn)表1-9。放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí),空心板截面法向應(yīng)力計(jì)算取跨中、L/4、支點(diǎn)三個(gè)截面,計(jì)算如下。 跨中截面.1由預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力由公預(yù)規(guī)條: (
44、8-13)式中:先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋的合力,其值為 (8-14) (8-15) 其中 放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)預(yù)應(yīng)力損失值,由公預(yù)規(guī)條對(duì)先張法構(gòu)件,則 =1395-15.6-30-0.5×45.85=1326.48MP.2由板自重產(chǎn)生的板截面上、下緣應(yīng)力由表3-6,空心板跨中截面板自重彎矩由板自重產(chǎn)生的截面法向應(yīng)力為:放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí),由預(yù)加力及板自重共同作用,空心板上下緣產(chǎn)生的法向應(yīng)力為: 截面上下緣均為壓應(yīng)力,且小于,符合公預(yù)規(guī)要求。 截面=1326.48MPa由表2-6,L/4截面板自重彎矩,由板自重產(chǎn)生的截面法向應(yīng)力為:放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí),由預(yù)加力及板自重共同作用下板上下緣
45、應(yīng)力為:板上下緣應(yīng)力為壓應(yīng)力,且小于,符合公預(yù)規(guī)要求。支點(diǎn)截面預(yù)加力產(chǎn)生的支點(diǎn)截面上下緣的法向應(yīng)力為: (8-16) =1326.48MPa板自重在支點(diǎn)截面產(chǎn)生的彎矩為0,因此,支點(diǎn)截面跨中法向應(yīng)力為:下緣壓應(yīng)力,符合公預(yù)規(guī)要求。跨中、L/4、支點(diǎn)三個(gè)截面在放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí)板上下緣應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總于表8-2。表8-2 短暫狀態(tài)空心板截面正應(yīng)力匯總表截 面跨中截面L/4截面支點(diǎn)截面應(yīng)力位置項(xiàng)目作用種類預(yù)加力-2.217.84-2.217.80-2.147.59板自重4.05-3.573.04-2.6800總應(yīng)力值1.844.270.835.12-2.147.59壓應(yīng)力限值14.0714.0714.0714.0714.07表中負(fù)值為拉應(yīng)力,正值為壓應(yīng)力,壓應(yīng)力均滿足公預(yù)規(guī)要求。由上述計(jì)算,在放松預(yù)應(yīng)力鋼絞線時(shí),支點(diǎn)截面上緣拉應(yīng)力為:按公預(yù)規(guī)條,預(yù)拉區(qū)(截面上緣)應(yīng)配置縱向鋼筋,并按以下原則配置:當(dāng)時(shí),預(yù)拉區(qū)應(yīng)配置其配筋率不小于0.2%的縱向鋼筋;當(dāng)時(shí),預(yù)拉區(qū)應(yīng)配置其配筋率不小于0.4%的縱向鋼筋;當(dāng)時(shí),預(yù)拉區(qū)應(yīng)配置的縱向鋼筋其配筋率按以上兩者直線內(nèi)插取得。上述配筋率為,為預(yù)拉區(qū)普通鋼筋截面積,為截面毛截面A=553900mm2。則:時(shí)的縱向鋼筋配筋率為0.0037866, 。預(yù)拉區(qū)的縱向鋼筋宜采用帶肋鋼筋,其直徑不宜大于14mm,現(xiàn)采用HRB335鋼筋,1414,則,
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