道橋畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目 錄1 方案比選11.1 方案比選的主要標(biāo)準(zhǔn)11.2 方案編制11.3 方案評(píng)選32 橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算42.1 設(shè)計(jì)資料42.2 橫截面布置52.3 橫截面沿跨長的變化102.4 橫隔梁的設(shè)置103 主梁作用效應(yīng)計(jì)算113.1 永久作用效應(yīng)計(jì)算113.1.1 永久作用集度113.1.2 永久作用效應(yīng)123.2 可變作用效應(yīng)計(jì)算（偏心壓力法）13車道荷載的取值17計(jì)算可變作用效應(yīng)174 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及其布置245 計(jì)算主梁截面幾何特性276 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算276.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉（錨下）控制力276.2 鋼束應(yīng)力損失277 主梁截面承載力與應(yīng)力驗(yàn)算277.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)承

2、載力驗(yàn)算277.2 應(yīng)力驗(yàn)算277.3 抗裂性驗(yàn)算278 行車道板計(jì)算279 支座計(jì)算27參考文獻(xiàn)27致謝271 方案比選1.1 方案比選的主要標(biāo)準(zhǔn) 橋梁方案比選有四項(xiàng)主要標(biāo)準(zhǔn)：安全，功能，經(jīng)濟(jì)與美觀，其中以安全與經(jīng)濟(jì)為重。過去對(duì)橋下結(jié)構(gòu)的功能重視不夠，現(xiàn)在航運(yùn)事業(yè)飛速發(fā)展，橋下凈空往往成為運(yùn)輸瓶頸。至于橋梁美觀，要視經(jīng)濟(jì)與環(huán)境條件而定。由于所給標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30米，屬于中橋范疇，本設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土，單孔橋跨結(jié)構(gòu)形式，不在河道中設(shè)置橋墩，直接將橋跨上部結(jié)構(gòu)置于左右兩橋臺(tái)上，而橋臺(tái)則通過伸縮縫與兩邊的路堤相連。1.2 方案編制因此，擬定了三種橋式方案進(jìn)行比選：方案一：橋跨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形

3、截面簡支梁；方案二：橋跨結(jié)構(gòu)采用上承式實(shí)腹圬工拱橋；方案三：橋跨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱型截面簡支梁。a） 方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋單跨預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋，橋長20m，主梁采用T形截面，梁高為等高度，主梁采用預(yù)制裝配的施工方法。圖1-1 立面圖圖1-2 橋梁半截面圖b） 上承實(shí)腹圬工拱橋單跨上承式圬工拱橋，橋長20米，拱上建筑采用實(shí)腹式，采用有支架施工。圖1-4 立面圖圖1-5 橋梁半斷面圖c） 預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面簡支梁橋方案單跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面簡支梁橋，橋長20米，主梁采用箱形截面，梁高為等高度。主梁采用懸臂澆筑施工。圖1-7 立面圖圖1-9 橫斷面圖1.3 方案評(píng)

4、選以上三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1-1表1-1 方案比選圖序號(hào)方案比較方案方案一方案二方案三預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁上承式實(shí)腹圬工拱橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面簡支梁1工藝技術(shù)要求技術(shù)較先進(jìn)，采用預(yù)制裝配施工工藝成熟，但需大量支架及吊裝設(shè)備采用大箱梁截面形式運(yùn)輸較困難，且預(yù)應(yīng)力鋼筋布置復(fù)雜2施工難易程度節(jié)省大量器材，施工簡便速度快占用施工場地大，勞動(dòng)力多施工難度大3美觀效果外觀中規(guī)中矩外觀美麗外觀簡樸4安全性靜定結(jié)構(gòu)受力較好，養(yǎng)護(hù)容易，安全可靠，對(duì)地基承載力要求不高，適用范圍廣超靜定結(jié)構(gòu)，溫度變化，收縮徐變，特別是墩臺(tái)位移會(huì)在拱內(nèi)產(chǎn)生較大附加內(nèi)力靜定結(jié)構(gòu)，抗扭剛度大，且整體性較好5經(jīng)濟(jì)性造價(jià)合適，鋼

5、材及水泥材料用量適度，且便于使用當(dāng)?shù)夭牧?，性價(jià)比高雖不用鋼材，但支架費(fèi)用及模板費(fèi)用較大。澆筑混凝土量也較大造價(jià)較高，采用單片大箱梁運(yùn)輸費(fèi)用大，吊裝安裝費(fèi)用大，用于簡支梁不經(jīng)濟(jì)綜上所述，此橋?yàn)閱慰?，采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋既能滿足功能要求，施工又簡單，造價(jià)也較低，所以采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋方案。2 橋梁的設(shè)計(jì)計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)本科教學(xué)最后一個(gè)綜合性、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，主要目的是引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，把課堂上學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，學(xué)會(huì)如何將書本知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。密切學(xué)生和社會(huì)、工程之間關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決工程實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力，是工程師基本

6、訓(xùn)練的重要組成部分。培養(yǎng)學(xué)生求真、務(wù)實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作作風(fēng)。學(xué)生應(yīng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、選修課及專業(yè)實(shí)習(xí)所積累的理論與實(shí)踐知識(shí)，遵循橋梁設(shè)計(jì)規(guī)程要求，在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成常用橋梁工程設(shè)計(jì)。2.1 設(shè)計(jì)資料a) 橋梁跨徑及橋?qū)挊?biāo)準(zhǔn)跨徑：30m主梁預(yù)制長度：29.96m，伸縮縫采用4cm計(jì)算跨徑：28.66m橋面凈空：凈-9m+21.5m=12mb) 結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁。c) 設(shè)計(jì)荷載公路級(jí)，設(shè)計(jì)車道數(shù)為3車道。人群荷載：3.0KN/。d) 氣象資料橋位溫差為26攝氏度，平均溫度15.7度，最低氣溫2.4攝氏度，最高氣溫28.4攝氏度。e) 材料及特性上部

7、結(jié)構(gòu)材料：主梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50；預(yù)應(yīng)力筋采用ASTM A41697a標(biāo)準(zhǔn)的低松弛鋼絞線（17標(biāo)準(zhǔn)型），標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度：1860MPa；彈性模量1.9510MPa。后張法施工并采用TD雙作用千斤頂兩端同時(shí)張拉過程雙控；其它鋼筋直徑12mm的用級(jí)鋼，其余用級(jí)鋼。立柱，蓋梁及橋頭搭板采用C30混凝土，基樁采用C25混凝土。f) 橋面鋪裝橋面鋪裝采用8cm厚瀝青混凝土、三涂FYT-1改進(jìn)型防水層和6cm厚水泥混凝土找平層。g) 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)本橋的重要性程度一般，取結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0=1.0。h) 設(shè)計(jì)依據(jù)交通部頒公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B012003），簡稱標(biāo)準(zhǔn)；交通部頒公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG

8、D602004），簡稱橋規(guī)；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(jì)規(guī)范（JTG D622004），簡稱公預(yù)規(guī)。i) 基本計(jì)算數(shù)據(jù)（見表2-1）表2-1 基本計(jì)算數(shù)據(jù)名 稱項(xiàng) 目符 號(hào)單 位數(shù) 據(jù)混 凝 土立方強(qiáng)度MPa50彈性模量MPa3.45104軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度MPa32.4軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度MPa2.65軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度MPa22.4軸心抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度MPa1.83短暫狀態(tài)容許壓應(yīng)力MPa20.72容許拉應(yīng)力MPa1.757持久狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)荷載組合:容許壓應(yīng)力MPa16.2容許主壓應(yīng)力MPa19.44短期效應(yīng)組合:容許拉應(yīng)力MPa0容許主拉應(yīng)力MPa1.59ASTM A41697a 鋼 絞

9、 線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度MPa1860彈性模量MPa1.95105抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度MPa1260最大控制應(yīng)力conMPa1395持久狀態(tài)應(yīng)力:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)組合MPa1209材料重度預(yù)應(yīng)力混凝土KN/325.0瀝青混凝土KN/323.0鋼絞線KN/378.5鋼束與混凝土的彈性模量比無綱量5.65注：考慮混凝土強(qiáng)度達(dá)到C45時(shí)開始張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。和分別表示鋼束張拉時(shí)混凝土的抗壓、抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，則=29.6Mpa， =2.51Mpa。2.2 橫截面布置A. 主梁間距與主梁片數(shù)主梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的增大而加寬為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)加寬翼板對(duì)提高主梁截面效率指標(biāo)很有效，故在許可條件下應(yīng)適當(dāng)加寬T梁翼板,宜在1.8m2.5m之間

10、，則采用主梁間距為2.2m，考慮人行道可適當(dāng)挑出，對(duì)設(shè)計(jì)資料給定的橋面凈寬選用5片主梁。B. 主梁跨中截面主要尺寸擬訂a) 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1/151/25，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中高跨比約在1/181/19。當(dāng)建筑高度有受限制時(shí)，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樵龃罅焊呖梢怨?jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量，同時(shí)梁高加大一般只是腹板加寬，而混凝土用量增加不多。綜上所述，本設(shè)計(jì)中取用1800mm的主梁高度是比較合適的。b) 主梁截面細(xì)部尺寸T梁翼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(shí)上翼板受壓的強(qiáng)度要求。本設(shè)計(jì)預(yù)制T梁的翼板厚度取用180mm，翼板

11、根部加厚到300mm以抵抗翼緣根部較大的彎矩。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(shí)從腹板本身的穩(wěn)定條件出發(fā)，腹板厚度不宜小于其高度的1/15，即120mm。本設(shè)計(jì)中腹板厚度取200mm。馬蹄尺寸基本由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定的，設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，馬蹄面積占截面總面積的10%20%為合適。同時(shí)還根據(jù)公預(yù)規(guī)條對(duì)鋼束間距及預(yù)留管道的構(gòu)造要求，初擬馬蹄寬度為400mm，高度為200mm，馬蹄與腹板交接處作三角形63.40過渡，高度為200mm，以減小局部應(yīng)力。按照以上擬訂的外形尺寸，就可繪出預(yù)制梁的跨中截面圖（見圖2-3）。圖2-1 結(jié)構(gòu)尺寸圖（尺寸單位：mm）

12、圖2-2 跨中截面（-）尺寸圖（尺寸單位：mm）圖2-3 變化點(diǎn)截面（-）尺寸圖（尺寸單位：mm）圖2-4 支點(diǎn)截面（-）尺寸圖（尺寸單位：mm）c) 計(jì)算截面幾何特征見表2-2圖2-5 截面分塊尺寸示意圖（尺寸單位：mm）表2-2 大截面截面幾何特征表分塊號(hào)分塊面積90454220324800-2561533-9891700-1156合計(jì)表2-2 小截面截面幾何特征表分塊號(hào)分塊面積90494220364800-2161533-9491700-1116合計(jì)d) 檢驗(yàn)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中截面是合理的。f） 受壓翼緣有效寬度的計(jì)算按公路橋

13、梁規(guī)定，T型截面梁受壓翼緣有效寬度，取下列三者中的最小值：簡支梁計(jì)算跨徑的，即=2/3=9553mm；相鄰兩梁的平均間距，對(duì)于中梁為2200mm；，式中b為梁腹板寬度，為承托長度，這里=0，為受壓翼緣懸出板的厚度，可取跨中截面翼板厚度的平均值。即。所以有所以，受壓翼緣的有效寬度取。2.3 橫截面沿跨長的變化如圖2-1所示，本設(shè)計(jì)主梁采用等高形式，橫截面的T梁翼板厚度沿跨長不變。梁端部區(qū)段由于錨頭集中力的作用引起較大的局部應(yīng)力，也為布置錨具的需要，馬蹄和腹板部分為配合鋼束彎起而從四分點(diǎn)開始到距支點(diǎn)截面3700mm處，馬蹄逐漸抬高，腹板逐漸加寬。2.4 橫隔梁的設(shè)置為了增強(qiáng)主梁間的橫向連接剛度，除

14、設(shè)置端橫隔梁外，還設(shè)置3片中橫隔梁，間距為47.165m，共5片，為了計(jì)算方便，五道橫隔梁的厚度取相同的值，為0.16m（延高度不變）。3 主梁作用效應(yīng)計(jì)算主梁的作用效應(yīng)計(jì)算包括永久作用效應(yīng)和可變作用效應(yīng)。根據(jù)梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，計(jì)算可變作用下荷載橫向分布系數(shù)，求出各主梁控制截面（取跨中、四分點(diǎn)、變化點(diǎn)截面及支點(diǎn)截面）的永久作用和最大可變效應(yīng)，再進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合（標(biāo)注組合、短期組合和極限組合）。3.1 永久作用效應(yīng)計(jì)算 永久作用集度A. 預(yù)制梁自重a) 跨中截面段主梁自重（四分點(diǎn)至跨中10.63m）b) 馬蹄抬高與腹板變寬段梁的自重近似計(jì)算（長2.7m） 主梁端部截面面積為支點(diǎn)段梁的

15、自重（長1m）cmc) 主梁的橫隔梁中橫隔梁體積為：端橫隔梁體積為：故半跨內(nèi)橫隔梁重量主梁永久作用集度B. 二期永久作用a) 翼緣板中間濕接縫集度b) 邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁一片中橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：一片端橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：故c) 橋面鋪裝層6cm水泥混凝土找平層：8cm瀝青混凝土鋪裝層：若將橋面鋪裝均攤給五片主梁，則： d) 人行道：（采用非懸壁式人行道）e) 欄桿一側(cè)欄桿1.52 kN/m將人行道和欄桿重量均分給五片主梁，則邊梁二期永久作用集度 永久作用效應(yīng)如圖3-1所示，設(shè)為計(jì)算截面離左支座的距離，并令。圖3-1 永久作用效應(yīng)計(jì)算圖永久作用效應(yīng)計(jì)算公式：支點(diǎn)彎矩： 支點(diǎn)剪力： （3

16、-1）變截面處彎矩 變截面處剪力 （3-2）處彎矩 處剪力 （3-3）跨中彎矩： 跨中剪力 （3-4）表3-1 邊梁（1號(hào)梁）永久作用效應(yīng)截面位置距支點(diǎn)截面的距離一期恒載二期恒載彎矩剪力彎矩剪力彎矩剪力支點(diǎn)00.00301.070.00146.480.00301.07變截面3700970.16223.34472.01108.661442.17332.0071651617.89150.54787.1573.242405.04223.78跨中143302157.190.001049.330.003205.520.003.2 可變作用效應(yīng)計(jì)算（偏心壓力法） 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)沖擊系數(shù)和車道折減系

17、數(shù)計(jì)算：結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻有關(guān)，故應(yīng)先計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻，簡支梁的基頻可按下式計(jì)算其中，,由于，故可由下式計(jì)算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為:當(dāng)車道大于兩車道時(shí)，應(yīng)進(jìn)行車道折減，三車道折減22%，但由于折減后不得小于兩車道布載的計(jì)算結(jié)果。 計(jì)算主梁的荷載橫向分布系數(shù)本橋跨內(nèi)設(shè)有三道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)結(jié)，而且承重結(jié)構(gòu)的長寬比為：所以可按修正的剛性橫梁法萊繪制橫向影響線和計(jì)算橫向分布系數(shù)。A. 計(jì)算主梁抗扭慣性矩對(duì)于T形梁截面，抗扭慣性矩可近似按下式計(jì)算： （3-5）式中、相應(yīng)為單個(gè)矩形截面的寬度和高度； 矩形截面抗扭剛度系數(shù)，可按下式計(jì)算 （3-6） 梁截面劃分成單個(gè)矩形截面的個(gè)數(shù)對(duì)于跨中截面

18、，翼緣板的換算平均厚度馬蹄部分的換算平均厚度圖3-2 計(jì)算圖式將計(jì)算匯總于表3-2。表3-2 計(jì)算見下表分塊名稱翼緣板22022.80.1040.31150.00812242腹板127.2200.1570.30040.00305687馬蹄40300.7500.17990.001942920.01312221B. 計(jì)算抗扭修正系數(shù)a) 主梁的間距相同，主梁近似看成等截面，則得： （3-7）式中：與主梁片數(shù)有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)時(shí)，。，代入得：b) 按修正的剛性橫梁法計(jì)算橫向影響線豎坐標(biāo)值： （3-8）式中：，則：表3-3 計(jì)算所得的值列于下表梁號(hào)14.40.560360.01982-0.1603622.

19、20.380180.109910.01982300.20.20.2C. 計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)a) 跨中的橫向分布系數(shù)1、2、3號(hào)主梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖3-3所示。對(duì)于1號(hào)梁：圖3-2 跨中最不利布載圖式圖3-3 一號(hào)梁橫向分布系數(shù)圖3-4 二號(hào)梁橫向分布系數(shù)圖3-5 三號(hào)梁橫向分布系數(shù)汽車 人群 b) 支點(diǎn)的橫向分布系數(shù)如圖3-6所示，按杠桿原理法繪制荷載橫向影響線并進(jìn)行布載，1號(hào)梁活載的橫向分布系數(shù)可計(jì)算如下：圖3-6 支點(diǎn)最不利布載圖式 圖3-7 各號(hào)梁橫向分布系數(shù)汽車 人群 表3-4 橫向分布系數(shù)匯總荷載類別續(xù)表3-4汽車0.653890.4091人群0.629981.38

20、64車道荷載的取值在活載內(nèi)力計(jì)算中，對(duì)于橫向分布系數(shù)的取值作如下考慮：計(jì)算主梁活載彎矩時(shí)，均采用全跨統(tǒng)一的橫向分布系數(shù)，鑒于跨中和四分點(diǎn)和剪力影響線的較大坐標(biāo)位于橋跨中部，故也按不變化的來計(jì)算。求支點(diǎn)和變化點(diǎn)截面活載剪力時(shí)，由于主要荷重集中在支點(diǎn)附近而應(yīng)考慮支撐條件的影響，按橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化曲線取值，即從支點(diǎn)到之間，橫向分布系數(shù)用與值直線插入，其余區(qū)段均取值。由于是設(shè)計(jì)三車道，車道折減系數(shù)為；汽車荷載等級(jí)為公路II級(jí)；所以：車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：計(jì)算可變作用效應(yīng)在可變作用效應(yīng)計(jì)算中，對(duì)于橫向分布系數(shù)和取值作如下考慮：支點(diǎn)處橫向分布系數(shù)取m0，從支點(diǎn)至第一根橫梁

21、段（四分點(diǎn)處），橫向分布系數(shù)從m0直線過渡到mc，其余梁段均取mc。a) 求跨中截面汽車荷載的最大彎矩： 計(jì)算跨中截面最大彎矩和最大剪力采用直接加載求可變作用效應(yīng)，圖3-8示出跨中截面作用效應(yīng)計(jì)算圖示，計(jì)算公式為：S=（1+） （39）式中： S 所求截面的彎矩或剪力；qk 車道均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Pk 車道集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 影響線上同號(hào)區(qū)段的面積；Y 影響線上最大坐標(biāo)值。圖3-8 跨中截面彎矩計(jì)算圖式使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線面積為：所加載影響線中一個(gè)最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：b) 計(jì)算人群荷載的跨中彎矩:c) 計(jì)算跨中截面車道活載最大剪力:圖3-9 跨中截面剪力計(jì)算圖式鑒于跨中剪

22、力影響線的較大坐標(biāo)位于跨中部分，故也采用全跨統(tǒng)一的荷載橫向分布系數(shù)來計(jì)算。的影響線面積：故得d) 計(jì)算跨中截面人群荷載最大剪力e) 計(jì)算支點(diǎn)截面車道荷載最大剪力作荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化圖形和支點(diǎn)剪力影響線，如圖3-10所示圖3-10 跨中截面車道剪力計(jì)算圖式橫向分布系數(shù)變化區(qū)段長度：對(duì)應(yīng)于支點(diǎn)剪力影響線的荷載布置，如圖3-10所示。影響線面積為：。因此，支點(diǎn)剪力為：附加三角形荷載重心處的影響線坐標(biāo)為：則：故公路II級(jí)荷載的支點(diǎn)剪力為：f) 計(jì)算支點(diǎn)截面人群荷載最大剪力人群荷載的橫向分布系數(shù)，如圖3-10所示。則可得人群荷載的支點(diǎn)剪力為：g) 計(jì)算四分點(diǎn)截面汽車荷載的彎矩圖3-11 四分點(diǎn)

23、截面彎矩影響線使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線面積為：所加載影響線中一個(gè)最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：h) 計(jì)算四分點(diǎn)截面汽車荷載的剪力圖3-12 四分點(diǎn)截面剪力影響線使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線面積為：所加載影響線中一個(gè)最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：i) 計(jì)算變化點(diǎn)截面汽車荷載的彎矩圖3-13 變化點(diǎn)截面彎矩影響線使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線面積為：所加載影響線中一個(gè)最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：j) 計(jì)算變化點(diǎn)截面汽車截面的剪力使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線面積為：所加載影響線中一個(gè)最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：m) 計(jì)算四分點(diǎn)截面人群荷載的彎矩n）計(jì)算四分點(diǎn)截面

24、人群荷載的剪力o）計(jì)算變化點(diǎn)截面人群荷載的彎矩p) 計(jì)算變化點(diǎn)截面人群荷載的剪力將各截面車道與人群荷載作用效應(yīng)匯總于表3-5表3-5 活載作用效應(yīng)匯總截面位置距支點(diǎn)截面距離車道荷載人群荷載最大彎矩最大剪力最大彎矩最大剪力支點(diǎn)00161.906043.108變截面3700645.195179.191130.90529.22271651075.965156.285218.30515.234跨中143301434.61895.331291.07210.1563.3 主梁作用效應(yīng)組合按橋規(guī)條規(guī)定，根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用效應(yīng)選擇了四種最不理效應(yīng)組合：承載能力極限狀態(tài)基本組合、短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合和

25、標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合，見表3-6。內(nèi)力組合（1）基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算） （3-10）其中計(jì)入沖擊系數(shù)(2) 短期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計(jì)算） （3-11）(3) 長期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計(jì)算） （3-12）將各截面的效應(yīng)組合匯總于表3-6表3-6 主梁作用效應(yīng)匯總截面位置基本組合短期組合長期組合支點(diǎn)0.00622.440.00436.220.00370.91變截面2738.60672.651939.87463.091704.13388.864567.04499.523235.04327.862841.90280.64跨中6087.95141.594312.1764.353788

26、.0035.034 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及其布置4.1 鋼筋面積的估算及鋼束布置 預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積估算按構(gòu)件正截面抗裂性要求估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，根據(jù)跨中截面抗裂要求，可知跨中截面所需的有效預(yù)加力為：式中的為正常使用極限狀態(tài)按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合的彎矩值；由表查得；為混凝土允許名義拉應(yīng)力。根據(jù)容許裂縫寬度，查表得。計(jì)入高度修正系數(shù)，并假設(shè)普通鋼筋的配筋率為，則修正后的名義拉應(yīng)力為：、為估算鋼筋數(shù)量時(shí)，可近似采用毛截面幾何性質(zhì)。按圖給出的截面尺寸計(jì)算：，；設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋截面重心距截面下緣為，則預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點(diǎn)至截面重心軸的距離為；所以得：預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力為，

27、預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的20%估算，則可得需要預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積為采用3束615.24鋼絞線，預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積為。采用夾片式群錨，70金屬波紋管成孔。4.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋布置 跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋布置后張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力管道布置應(yīng)符合公路橋規(guī)中的有關(guān)構(gòu)造要求。參考已有的設(shè)計(jì)圖紙并按公路橋規(guī)中的構(gòu)造要求，對(duì)跨中的預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行初步布置，如圖4-1。a) 預(yù)制梁端部b) 鋼束在端部的錨固位置c) 跨中截面鋼束位置圖4-1 端部及跨中預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖（尺寸單位：mm） 錨固面鋼束布置為了使施工方便，全部3束預(yù)應(yīng)力鋼筋均錨于梁端(圖4-1a、b)。這樣布置符合均勻分散的原則，不僅能滿足張拉

28、的要求，而且N1、N2在梁端均彎起較高，可以提供較大的預(yù)剪力。 其他截面鋼束位置及傾角計(jì)算a) 鋼束彎起形狀、彎起角及其彎曲半徑采用直線段中接圓弧曲線段的方式彎曲；為使預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)加力垂直作用于錨墊板，N1、N2和N3、彎起角均??；各鋼束的彎曲半徑為：；。b) 鋼束各控制點(diǎn)位置的確定以N3號(hào)鋼束為例，其彎起布置如圖4-2所示。圖4-2 曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋計(jì)算圖（尺寸單位：mm）由確定導(dǎo)線點(diǎn)距錨固點(diǎn)的水平距離由確定導(dǎo)線點(diǎn)距錨固點(diǎn)的水平距離所以彎起點(diǎn)至錨固點(diǎn)的水平距離為則彎起點(diǎn)至跨中截面的水平距離為根據(jù)圓弧切線的性質(zhì)，圖中彎止點(diǎn)沿切線方向至導(dǎo)線點(diǎn)的距離與彎起點(diǎn)至導(dǎo)線點(diǎn)的水平距離相等，所以彎止點(diǎn)至導(dǎo)線

29、點(diǎn)的水平距離為故彎止點(diǎn)至跨中截面的水平距離為同理可以計(jì)算N1、N2的控制點(diǎn)位置，將各鋼束的控制參數(shù)匯總于表4-1中。表4-1 各鋼束彎曲控制要素鋼束號(hào)升高值彎起角彎起半徑R(mm)支點(diǎn)至錨固點(diǎn)的水平距離d(mm)彎起點(diǎn)距跨中截面水平距離彎止點(diǎn)距跨中截面水平距離（mm）N116108450001565956858N2900830000256679610972N35008150003121074712835c) 各截面鋼束位置及傾角計(jì)算以N3號(hào)鋼束為例，計(jì)算鋼束上任一點(diǎn)離梁底距離及該點(diǎn)處鋼束的傾角，式中為鋼束彎起前其重心至梁底的距離，；為點(diǎn)所在計(jì)算截面處鋼束位置的升高值。計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)判斷出點(diǎn)所在

30、的區(qū)段，然后計(jì)算及，即當(dāng)時(shí)，點(diǎn)位于直線段還未彎起，故；當(dāng)時(shí)，點(diǎn)位于圓弧彎曲段，及按下式計(jì)算，即當(dāng)時(shí)，點(diǎn)位于靠近錨固的直線段，此時(shí)，按下式計(jì)算，即將各截面鋼束位置及傾角計(jì)算值祥見表4-2表4-2 各截面鋼束位置（）及其傾角（）計(jì)算表計(jì)算截面鋼束編號(hào)跨中截面（I-I）N15956263為負(fù)值，鋼束尚未彎起00100N267964176N3107472088截面N159562638481581N2679641760.7052102N3107472088為負(fù)值，鋼束尚未彎起00100變化點(diǎn)截面（II-II）N1595626389681068N2679641767.342246346N310747208

31、8為負(fù)值，鋼束尚未彎起00100支點(diǎn)截面N15956263814881588N2679641768764864N31074720888356456d) 鋼束平彎段的位置及平彎角N1、N2、N3三束預(yù)應(yīng)力鋼絞線在跨中截面布置在同一水平面上，而在錨固段三束鋼絞線則都在肋板中心線上，為實(shí)現(xiàn)鋼束的這種布筋方式，N2、N3在主梁肋板中必須從兩側(cè)平彎到肋板中心線上，為了便于施工中布置預(yù)應(yīng)力管道，N2、N3在梁中的平彎采用相同的形式，其平彎位置如圖所示。平彎段有兩段曲線弧，每段曲線弧的彎曲角為。圖4-3 鋼束平彎示意圖（尺寸單位：mm） 非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面估算及布置按構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)估算非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量：

32、設(shè)預(yù)應(yīng)力筋束河普通鋼筋的合力點(diǎn)到截面底邊的距離為，則由公式得：解得 則采用5根20mm的HRB400鋼筋，提供鋼筋截面面積為。在梁底布置成一排，其間距為75mm，鋼筋重心距底邊距離為。圖4-4 非預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖（尺寸單位：mm）5 計(jì)算主梁截面幾何特性本節(jié)在求得各驗(yàn)算截面的毛截面特性和鋼束位置的基礎(chǔ)上，計(jì)算主梁凈截面和換算截面的面積、慣性矩及梁截面分別對(duì)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(yàn)算準(zhǔn)備計(jì)算數(shù)據(jù)?，F(xiàn)說明其計(jì)算方法，在表5-2中示出所有截面特性值的計(jì)算結(jié)果。5.1 主梁的受力階段后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁主梁截面幾何特性應(yīng)根據(jù)不同的受力階段分別計(jì)算。T

33、形梁從施工到運(yùn)營經(jīng)歷了如下三個(gè)階段：（1） 主梁預(yù)制并張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋主梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的張拉，此時(shí)管道尚未壓漿，所以其截面特性為計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋影響（將非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土）的凈截面，該截面的截面特性計(jì)算中應(yīng)扣除預(yù)應(yīng)力管道的影響，T梁翼板寬度為1800mm。（2） 灌漿封錨，主梁吊裝就位并現(xiàn)澆400mm濕接縫預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成并進(jìn)行管道壓漿、封錨后，預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠參與截面受力。主梁吊裝就位后現(xiàn)澆400mm濕接縫，但濕接縫還沒有參與截面受力，所以此時(shí)的截面特性計(jì)算應(yīng)采用計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面，T梁翼板依然為1800mm（3） 橋面、欄桿及人行道施工和營

34、運(yùn)階段橋面濕接縫結(jié)硬后，主梁即為全截面參與工作，此時(shí)截面特性計(jì)算計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面，T梁翼板有效寬度為2200mm。截面幾何特性的計(jì)算可以列表進(jìn)行，以第一階段中截面為例列于下表中。同理，可求得其它受力階段控制截面幾何特性如表5-1所示。表5-1 第一階段跨中截面幾何特性計(jì)算表分塊名稱分塊面積重心至梁頂距離對(duì)梁頂邊的面積距自身慣性矩截面慣性矩混凝土全截面5842非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算截面1755預(yù)留管道面積1700凈截面面積5.2 各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總將各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總于表5-2表5-2 各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總表受力階段計(jì)算截面

35、階段1：孔道壓漿前跨中截面577.01223.01123.0截面579.31220.7959.7變化點(diǎn)截面582.91217.1712.4支點(diǎn)截面657.11142.9173.6階段2：管道結(jié)硬后至濕接縫結(jié)硬前跨中截面608.81191.21091.2截面606.51193.5932.5變化點(diǎn)截面603.01197.0692.3支點(diǎn)截面660.81139.2169.9階段3：濕接縫結(jié)硬后跨中截面567.41232.61132.6截面565.31234.7973.7變化點(diǎn)截面562.11237.9733.2支點(diǎn)截面625.01175.0205.76 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算根據(jù)公預(yù)規(guī)條規(guī)定，當(dāng)計(jì)算主梁

36、截面應(yīng)力和確定鋼束的控制應(yīng)力時(shí)，應(yīng)計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值。后張法梁的預(yù)應(yīng)力包括前期預(yù)應(yīng)力損失（鋼束與管道壁的摩擦損失，錨具變形、鋼束回縮引起的損失，分批張拉混凝土彈性壓縮引起的損失）和后期預(yù)應(yīng)力損失（鋼絞線應(yīng)力松弛、混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力損失），而梁內(nèi)鋼束的錨固應(yīng)力和有效應(yīng)力（永存應(yīng)力）分別等于張拉應(yīng)力扣除相應(yīng)階段的預(yù)應(yīng)力損失。6.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉（錨下）控制力按公路橋規(guī)規(guī)定采用6.2 鋼束應(yīng)力損失 預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失按公預(yù)規(guī)條規(guī)定，計(jì)算公式為： （6-1）對(duì)于跨中截面：為錨固點(diǎn)到支點(diǎn)中心線的水平距離（圖4-2）；、分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道的摩擦系數(shù)及管道每米局部偏差對(duì)摩擦的

37、影響系數(shù)，采用預(yù)埋金屬波紋管成型時(shí)，由附表2-5查得、；為張拉端到跨中截面間，管道平面轉(zhuǎn)到的角度：這里N1只有彎矩，其角度為:N2和N3不僅有豎彎還有平彎（圖4-3），其角度應(yīng)為管道轉(zhuǎn)過的空間角度;其中豎彎角度為:平彎角度為:所以空間轉(zhuǎn)角為：跨中截面各鋼束摩擦應(yīng)力損失值見表6-1表6-1 跨中截面各鋼束摩擦應(yīng)力損失值計(jì)算鋼束編號(hào)弧度N180.13960.034914.4860.02170.0550129576.73N212.1450.21200.053014.5860.02190.07221295100.72續(xù)表6-1N312.1450.21200.053014.6420.02200.0723

38、1395100.86平均值92.77同理可計(jì)算出其他控制截面處的值。各截面摩擦應(yīng)力損失值的平均值的計(jì)算結(jié)果，列于表6-2。表6-2 各控制截面平均值截面跨中變化點(diǎn)支點(diǎn)平均值（MPa）92.7754.0625.040.506.2.2 錨具變形、鋼絲回縮引起的應(yīng)力損失（）計(jì)算錨具變形、鋼筋回縮引起的應(yīng)力損失，后張法曲線布筋的構(gòu)件應(yīng)考慮錨固后反摩阻的影響。首先計(jì)算反摩阻影響長度，即 (6-2)式中的為張拉端錨具變形值，查表得夾片錨具頂壓張拉時(shí)為4mm；為單位長度由管道摩阻引起的預(yù)應(yīng)力損失，；為張拉端錨下張拉控制應(yīng)力，為扣除沿途管道摩擦損失后錨固端預(yù)拉應(yīng)力，；為張拉端至錨固端的距離，這里錨固端為跨中截

39、面。將各束預(yù)應(yīng)力鋼筋的反摩阻影響長度計(jì)算于下表6-3中。表6-3 反摩阻影響長度計(jì)算鋼束編號(hào)N1139576.731318.27144860.00529712135N21395100.721294.82125860.00690510628N31395100.861294.14146420.0088810641求得后可知三束預(yù)應(yīng)力鋼絞線均滿足，所以距張拉端為處的截面由錨具變形和鋼筋回縮引起的考慮反摩阻后的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算得： (6-3)式中的為張拉端由錨具變形引起的考慮反摩阻后的預(yù)應(yīng)力損失，。若，則表示該截面不受反摩阻影響。將各控制截面的計(jì)算列于下表6-4中。表6-4 錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算

40、表截面鋼束編號(hào)各控制截面平均值（MPa）續(xù)表6-4跨中截面N11448612135128.56截面不受反摩阻影響0N21458610628146.77N31464210641146.59截面N1732112135128.5651.0046.29N2742110628146.7744.29N3747710641146.5943.59變化點(diǎn)截面N1385612135128.5687.7190.39N2395610628146.7792.14N3401210641146.5991.32支點(diǎn)截面N115612135128.56126.91137.48N225610628146.77143.24N331

41、210641146.59142.29 預(yù)應(yīng)力鋼筋分批張拉時(shí)混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失（）混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失取按應(yīng)力計(jì)算需要控制的截面進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于簡支梁可取截面進(jìn)行計(jì)算，并以其計(jì)算結(jié)果作為全梁各截面預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力損失的平均值。即： (6-4)式中 張拉批數(shù)， 預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，按張拉時(shí)混凝土的實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算；假定為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%，即，查表得：，故全部預(yù)應(yīng)力鋼筋（批）的合力在其作用點(diǎn)（全部預(yù)應(yīng)力鋼筋重心點(diǎn)）處所產(chǎn)生的混凝土正壓力，截面特性按表13-10中第一階段取用；其中所以 鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失（）對(duì)于采用超張拉工藝的低松弛級(jí)鋼絞線，由鋼筋松弛引起的

42、預(yù)應(yīng)力損失按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理式（13-64）計(jì)算，即 (6-5)式中：張拉系數(shù)，采用超張拉，取鋼筋松弛系數(shù)，對(duì)于低松弛鋼絞線，取傳力錨固時(shí)的鋼筋應(yīng)力，這里仍采用截面的應(yīng)力值作為全梁的平均值計(jì)算，故有所以 混凝土收縮、徐變引起的損失（）混凝土收縮、徐變終極值引起的受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力損失可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理式（13-65）計(jì)算，即 (6-6)式中：、加載齡期為時(shí)混凝土收縮應(yīng)變終極值和徐變系數(shù)終極值；加載齡期，即達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度為90%的齡期，近似按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件計(jì)算則有：，則可得；對(duì)于二期恒載的加載齡期，假定為。該梁所屬的橋位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，平均相對(duì)濕度為77，其構(gòu)件理論厚度由圖（2-2）中截面可得，由

43、此可查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表12-3并插值得相應(yīng)的徐變系數(shù)終極值為、；混凝土收縮應(yīng)變終極值為。為傳力錨固時(shí)在跨中和截面的全部受力鋼筋（包括預(yù)應(yīng)力鋼筋和縱向非預(yù)應(yīng)力受力鋼筋，為簡化計(jì)算不計(jì)構(gòu)造鋼筋影響）截面重心處，由、所引起的混凝土正應(yīng)力的平均值?？紤]到加載齡期不同，按徐變系數(shù)變小乘以折減系數(shù)。計(jì)算和引起的應(yīng)力時(shí)采用第一階段截面特性，計(jì)算引起的應(yīng)力時(shí)采用第三階段截面特性?？缰薪孛?截面所以（未計(jì)構(gòu)造鋼筋影響），取跨中與截面的平均值計(jì)算，則有跨中截面 截面所以將以上各項(xiàng)代入即得現(xiàn)將各截面鋼束應(yīng)力損失平均值及有效預(yù)應(yīng)力匯總于下表6-5中。表6-5 各截面鋼束預(yù)應(yīng)力損失平均值及有效預(yù)應(yīng)力匯總表工作階段預(yù)加應(yīng)力

44、階段使用階段鋼束有效應(yīng)力應(yīng)力損失項(xiàng)目預(yù)加應(yīng)力階段使用階段計(jì)算截面跨中截面92.77028.56121.3332.1262.6294.741273.671178.93L/4截面54.0646.2928.56128.9132.1262.6294.741266.091171.35變化截面25.0490.3928.56143.9932.1262.6294.741251.011156.27支點(diǎn)截面0.50137.4828.56166.5432.1262.6294.741228.461133.727 主梁截面承載力與應(yīng)力驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力混凝土梁從預(yù)加力開始到受荷破壞，需經(jīng)受預(yù)加應(yīng)力、使用荷載作用，裂縫出現(xiàn)和破壞

45、等四個(gè)受力階段，為保證主梁受力可靠并予以控制。應(yīng)對(duì)控制截面進(jìn)行各個(gè)階段的驗(yàn)算。在以下內(nèi)容中，先進(jìn)行持久狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載力驗(yàn)算，再分別驗(yàn)算持久狀態(tài)抗裂驗(yàn)算和應(yīng)力驗(yàn)算，最后進(jìn)行短暫狀態(tài)構(gòu)件的截面應(yīng)力驗(yàn)算。對(duì)于抗裂驗(yàn)算，公預(yù)規(guī)根據(jù)公路簡支標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于全預(yù)應(yīng)力梁在使用階段短期效應(yīng)組合作用下，只要截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力就可滿足。7.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)承載力驗(yàn)算在承載能力極限狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力混凝土梁沿正截面和斜截面都有可能破壞，下面驗(yàn)算這兩類截面的承載力。 正截面承載力驗(yàn)算一般取彎矩最大的跨中截面進(jìn)行正截面承載了計(jì)算a) 求受壓區(qū)高度先按第一類T形截面梁，略去構(gòu)造鋼筋的影響，計(jì)算混凝土受壓區(qū)高度，即受壓區(qū)全部位于翼緣板內(nèi)，說明確實(shí)是第一類T形截面梁。b) 正截面承載了計(jì)算跨中截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置見圖4-1和見圖4-2，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點(diǎn)到截面底邊距離（）為所以從表可知:梁跨中截面彎矩組合設(shè)計(jì)值。則截面抗彎承載力為雖然，但是兩者相差1.3%5%故跨中截面正截面承載力滿足要求。7.1.2 斜截面承載力驗(yàn)算A. 斜截面抗