學士一級公路某公路橋設(shè)計

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-9-HYPERLINK第二部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 -12-HYPERLINK第三部分施工方法設(shè)計 -67-HYPERLINK結(jié)束語 -77-致謝 -78-參考文獻 -79-附錄一 -80-HYPERLINK附錄二 -94-HYPERLINK\l"_Toc137639281"分批張拉預應(yīng)力損失具體計算表 -94-附錄三圖紙第一部分方案比選說明書1編制方案的根據(jù)與原則1.1基本原則通航等級為V-(3)級航道，通航凈高8，凈寬29.0。在符合路線基本走向的同時，力求接線順暢，路線短捷，橋梁較短，盡量降低工程造價。在滿足使用功能的前提下，力求橋型結(jié)構(gòu)實用、經(jīng)濟、安全、美觀，有利于環(huán)保。同時要根據(jù)橋位區(qū)的地形、地貌、氣象、水文、地質(zhì)、地震等條件，選用技術(shù)先進可靠、施工工藝成熟、便于后期養(yǎng)護的橋型方案。橋孔布置應(yīng)滿足通航要求。1.2參考資料《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)，人民交通出版社，2004年；《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004），人民交通出版社，2004年；《公路工程技術(shù)標準》（JTGB01—2003），人民交通出版社，2004年；《橋梁工程》姚玲森主編，人民交通出版社，2003年；《橋梁工程（上冊）》范立礎(chǔ)主編，人民交通出版社，2004年；《土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南橋梁工程分冊》陳忠延等編著，中國水利水電出版社，2000年；《鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》張樹仁、黃僑、鮑衛(wèi)剛等編著，人民交通出版社，2004年；2橋型方案的比選 根據(jù)橋位處河流的通航要求，結(jié)合橋位處的地形地貌、地質(zhì)等條件，并著重考慮施工的方便性，對三跨預應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋、三跨預應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)橋、三跨預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋等橋式方案進行比選。2.1簡支梁橋方案 （20＋40＋20）三跨預應(yīng)力混凝土簡支梁橋，橋長80。主梁采用T形截面，梁高為等高度，主梁采用預制裝配的施工方法。橋墩均采用雙柱式橋墩，橋臺為框架式橋臺，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。簡圖如圖1.3.1所示：圖1.3.1簡支梁橋方案簡圖（單位：）2.2T形剛構(gòu)橋方案（16＋50＋16）三跨預應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)橋，中間掛梁跨徑為18，橋長82。主梁采用箱形截面，梁高為等高度，主梁采用懸臂澆筑施工方法。橋墩均采用雙柱式橋墩，邊跨靠近路堤處需設(shè)平衡重，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。簡圖如圖1.3.2所示：圖1.3.2T形剛構(gòu)橋方案簡圖（單位：）2.3連續(xù)梁橋方案（24＋40＋24）三跨預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋長88。主梁采用箱形截面，梁高為等高度，主梁采用懸臂澆筑施工。橋墩均采用雙柱式橋墩，橋臺為框架式橋臺，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。簡圖如圖1.3.3所示：圖1.3.3連續(xù)梁橋方案簡圖（單位：）2.4方案比較以上三個方案的優(yōu)缺點比較如表1.3.1所示：表1.3.1方案比較表方案簡支梁橋方案（20+40+20）T形剛構(gòu)方案(16+50+16)連續(xù)梁橋方案(24+40+24)施工階段施工方案要點及難易度采用預制裝配施工，由于橋梁跨徑不大，節(jié)省了大量施工器材，改善了生產(chǎn)條件，施工簡便，施工速度快。采用懸臂拼裝法施工，雖然施工階段的受力與結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)下的受力一致，但是掛梁的預制、運輸和安裝以及邊跨平衡重的設(shè)置使得橋梁的施工邊得相對復雜。采用懸臂澆筑法施工，施工過程中需采取臨時墩梁固結(jié)措施，邊跨的一部分采用懸臂施工外，剩余的一部分邊跨需要在腳手架上施工，施工機具多，相對復雜。工期工期短工期相對較長工期相對較長營運階段航運和跨越條件航道寬敞，滿足通航要求航道寬敞，滿足通航要求航道寬敞，滿足通航要求抗震性能靜定結(jié)構(gòu)，抗震性能好靜定結(jié)構(gòu)，有較好的抗震性能超靜定結(jié)構(gòu)，抗震性能不如其他兩種方案養(yǎng)護和維修運營混凝土結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護和維修費用低混凝土結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護和維修費用低混凝土結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護和維修費用低修復簡支結(jié)構(gòu)，修復容易設(shè)有中間掛梁，修復較難修復難美觀一般一般一般綜上所述，此橋跨徑不大，采用簡支梁橋既能滿足功能要求，施工又簡單，造價也低，所以采用簡支梁橋方案。第二部分結(jié)構(gòu)設(shè)計圖2.1.1主跨簡圖（單位：）設(shè)計資料及結(jié)構(gòu)布置圖2.1.1主跨簡圖（單位：）設(shè)計資料1.1.1主跨跨徑及橋?qū)挊藴士鐝剑?0主梁全長：39.96計算跨徑：39.2橋面凈空：標準寬度34設(shè)計荷載公路—I級材料及施工工藝混凝土：主梁采用C60混凝土，欄桿及橋面鋪裝采用C30混凝土。預應(yīng)力鋼筋：采用鋼絞線Φs1×7股，公稱直徑d=15.2。普通鋼筋：采用HRB335鋼筋。鋼板：錨頭下支承墊板，支座墊板等均采用普通A3碳素鋼。按后張法施工工藝制作主梁，采用直徑80的金屬波紋管和OVM錨。設(shè)計依據(jù)公路工程技術(shù)標準（JTGB01—2003），人民交通出版社，2004年公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范（JTGD60—2004），人民交通出版社，2004年公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTGD62—2004），人民交通出版社，2004年基本計算數(shù)據(jù)表如表2.1.1所示。橫截面布置主梁間距與主梁片數(shù)該設(shè)計中主梁翼板寬度為260，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭，因而主梁的工作截面有兩種：預加應(yīng)力、運輸、吊裝階段的小截面，上翼板寬度為180，以及運營階段的大截面，上翼板寬度為260。橋?qū)挒闃藴蕦挾?4，橋梁橫向選用13片主梁。橫截面圖如圖2.1.2所示。主梁跨中截面主要尺寸擬定主梁高度預應(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，標準設(shè)計中高跨比約為1/18～1/19，該設(shè)計中主梁高度取為210，高跨比約為1/19。表2.1.1基本計算數(shù)據(jù)表名稱項目符號單位數(shù)據(jù)混凝土立方強度CMPa60彈性模量EcMPa3.6×104軸心抗壓標準強度fckMPa38.5軸心抗壓設(shè)計強度fcdMPa26.5抗拉標準強度ftkMPa2.85抗拉設(shè)計強度ftdMPa1.96鋼絞線標準強度fpkMPa1860彈性模量EpMPa1.95×105抗拉設(shè)計強度fpdMPa1260最大控制應(yīng)力σconMPa1395抗壓強度設(shè)計值fpd’MPa390材料容重鋼筋混凝土γ1KN/m325瀝青混凝土γ2KN/m323鋼絞線γ3KN/m377.3鋼束與混凝土的彈性模量比αEP無量綱5.42主梁截面細部尺寸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，還需考慮能否滿足主梁受彎時上翼板抗壓強度的要求。該設(shè)計中翼緣懸臂端厚度取為18，翼板根部厚度取為28，以抵抗翼緣根部較大的彎矩。腹板寬度一般由布設(shè)預制孔道的構(gòu)造決定，同時還要考慮腹板本身穩(wěn)定的要求，該設(shè)計中腹板寬度取為22。馬蹄的尺寸基本由布置預應(yīng)力鋼束的需要確定，該設(shè)計中初擬馬蹄尺寸為寬度58，高度為26,馬蹄與腹板交接處的三角過渡的高度為18。按以上擬定的外形尺寸，繪出的預制梁的跨中截面布置圖如圖2.1.3所示。圖2.1.2橋梁半橫截面圖(單位：)圖2.1.3跨中截面尺寸圖(單位：) 計算截面幾何特性 將主梁跨中截面分成五個規(guī)則的小單元，截面幾何特性列表計算見表2.1.2。檢驗截面效率指標 上核心距==40.143 下核心距==75.648截面效率指標==0.55>0.5（h為截面的高度）一般截面效率指標值較大的截面較為經(jīng)濟，通常希望值在0.45～0.5以上，這里值大于0.5，表明以上初擬的主梁跨中截面尺寸是合理的。橫截面沿跨長的變化主梁才用等高形式，橫截面的T梁翼板厚度沿跨長不變，馬蹄部分為配合鋼束彎起而從跨徑四分點附近開始向支點逐漸抬高。梁端部由于錨頭集中力的作用而引起較大的局部應(yīng)力，同時也為布置錨具的需要，在距梁端188的范圍內(nèi)將腹板加厚到與馬蹄同寬。腹板開始加厚處的截面到支點的距離為250，其中設(shè)置了一段長為100的腹板加厚過渡段。（如圖2.1.4所示）橫隔梁的設(shè)置橫隔梁能使荷載的橫向分布更加合理。為了減小對主梁設(shè)計起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中位置設(shè)置一道中橫隔梁，該設(shè)計中，橋梁跨度較大，還在四分點、支點處設(shè)置了四道橫隔梁，全跨共五道橫隔梁，間距為980。端橫隔梁的高度與主梁同高，厚度為上部22,下部20；中橫隔梁的高度為160，厚度為上部16，下部14。表2.1.2跨中截面幾何特性計算表分塊名稱分塊面積Ai（cm2)分塊面積行心至上緣的距離yi(cm)分塊面積對上緣的靜矩Si=Aiyi(cm3)分塊面積的自身慣矩Ii(cm4)di=ys-yi(cm)分塊面積對截面形心的慣矩Ix=Aidi2(cm4）I=Ii+Ix(cm4)跨中大毛截面（大毛截面形心至上緣的距離ys＝ΣSi/ΣAi=72.804cm)翼板468094212012636063.80419052047.9519178407.95三角承托50021.33310666.52777.77851.4711324631.9211327409.699腹板36521013688528386209.333-28.1962903392.64711289601.98下三角324178576725832-105.1963585448.2873591280.287馬蹄150819729707684950.667-124.19623260366.823345317.46Σ10664776386.558732017.38跨中小毛截面(小毛截面形心至上緣的距離ys＝ΣSi/ΣAi=82.765cm)翼板32409291608748073.76517629731.7317717211.73三角承托50021.33310666.52777.77861.4321886945.3121889723.09腹板36521013688528386209.333-18.2351214345.6029600554.935下三角324178576725832-95.2352938584.4932944416.493馬蹄150819729707684950.667-114.23519678849.9219763800.59Σ9224763426.551915706.83圖2.1.4半縱剖面圖(單位：)主梁內(nèi)力計算恒載內(nèi)力計算2.1.1恒載集度2.1.1.1預制梁自重a.按跨中截面計，主梁的恒載集度=b.由于馬蹄抬高形成四個橫置的三棱柱，另加四個多出的小斜向棱柱，折算成恒載集度為：==0.86c.由于腹板加厚所增加的重量折算成恒載集度為：= =1.47d.對邊主梁的橫隔梁，中橫隔梁的體積為：同理算得端橫隔梁的體積為0.2438，則 =/329.96=0.61對中主梁的橫隔梁，=2=1.22根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得到預制梁的恒載集度對邊梁，=23.06+0.86+1.47+0.61=26對中梁，=23.06+0.86+1.47+1.22=26.61現(xiàn)澆部分重量a.現(xiàn)澆T梁翼板恒載集度==3.6b.對邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁，一片中橫隔梁的體積為：＝0.0852同理算得一片端橫隔梁的體積為0.1613則邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁的恒載集度為＝/39.96＝0.36對中梁，=2=0.72根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得到現(xiàn)澆部分恒載集度為對邊梁，=3.6+0.36+=3.96對中梁，=3.6+0.72＝4.322.1.1.3二期恒載a.鋪裝8厚的瀝青混凝土：＝52.445厚的防水混凝土調(diào)平層：＝40.8將橋面鋪裝均攤給13片主梁，=b.欄桿和中央分隔帶取一側(cè)防撞欄為5，將兩側(cè)的防撞欄和中央分隔帶均攤給13片主梁，==1.54根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得到二期恒載集度對中、邊梁，=7.17+1.54=8.71恒載內(nèi)力如圖2.2.1所示，設(shè)為計算截面離左支座的距離，并令。圖2.2.1恒載內(nèi)力計算圖圖2.2.1恒載內(nèi)力計算圖主梁彎矩和剪力的計算公式分別為：；恒載內(nèi)力計算見表2.2.1。表2.2.1中梁恒載內(nèi)力計算表中梁跨中α＝0.5四分點α＝0.25變化點α＝0.06378支點α＝0預制部分彎矩()5111.25003833.44001220.81000.0000剪力(KN)0.0000260.7800455.0300521.5600現(xiàn)澆部分彎矩()829.7856622.3392198.19300.0000剪力(KN)0.000042.336073.871284.6720二期彎矩()1673.01681254.7626399.59750.0000剪力(KN)0.000085.3580148.9395170.7160∑彎矩()7614.05245710.54181818.60050.0000剪力(KN)0.0000388.4740677.8407776.9480活載內(nèi)力計算沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)汽車的沖擊系數(shù)是汽車過橋時對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動力效應(yīng)的增大系數(shù)。對簡支梁橋，其基頻可采用下列公式估算：上式中：—結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣矩—結(jié)構(gòu)的計算跨徑—結(jié)構(gòu)材料的彈性模量—結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度質(zhì)量所以Hz根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范第4.3.2，當1.5Hz14Hz時，，則按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范第4.3.1條規(guī)定，當車道數(shù)大于2時，需進行車道折減，6車道的折減系數(shù)為0.55，5車道的折減系數(shù)為0.60，4車道的折減系數(shù)為0.67，3車道的折減系數(shù)為0.78，2車道的折減系數(shù)為1.00。計算主梁的荷載橫向分布系數(shù)跨中的荷載橫向分布系數(shù)該設(shè)計中橋面板之間采用混凝土剛性連接，因此這里采用了剛接梁法來計算荷載的橫向分布系數(shù)。a.計算主梁抗扭慣矩IT圖2.2.2IT計算圖式(單位：)如圖2.2.2所示，翼板的換算平均高度t1=18+10/4=20.5馬蹄的換算平均高度t3=26+18/2=35對T梁截面，抗扭慣矩可以近似按下式計算：上式中：—矩形截面的抗扭剛度系數(shù)—單個矩形截面的寬度—單個矩形截面的高度—梁截面劃分成單個矩形截面的個數(shù)具體計算見表2.2.2。表2.2.2IT計算表分塊名稱bi()ti()ti/biciIT()翼板126020.50.07880.3333746644.1667腹板2154.5220.14240.303498470.148馬蹄358350.60340.208517244∑1762358.3147b.求剛度參數(shù)和，以上兩式中：—一片主梁的寬度—計算跨徑—翼板的懸出長度—翼板的厚度，對變厚度的翼板，可以近似地取距離梁肋處的板厚來計算。c.按剛接梁法計算橫向影響線的豎標值先由正則方程求得單位荷載作用于i號梁上時各鉸接縫內(nèi)的剪力，再由剪力值求得各梁所分配的荷載，根據(jù)變位互等定理，單位荷載作用于任意梁軸線上時，i號梁所分配到的荷載就等于它，也即是i號梁荷載橫向影響線的豎標值。如圖2.2.3所示。圖2.2.3荷載橫向影響線的計算圖式計算結(jié)果如表2.2.3所示。表2.2.3橫向影響線豎標值梁號1234567ηi10.6247-0.05270.06060.07060.04690.02230.0068ηi20.32280.648-0.1249-0.0120.02520.02660.0169ηi30.11370.34030.6313-0.1453-0.02570.01860.0244ηi40.01030.12270.34590.6339-0.1446-0.02590.0183ηi5-0.02380.01340.1330.35440.6386-0.1427-0.0255ηi6-0.0257-0.02260.02190.14030.35870.6404-0.1423ηi7-0.019-0.0232-0.01660.02670.14290.35970.6407ηi8-0.0139-0.0122-0.0181-0.01390.02760.1430.3597ηi9-0.0119-0.0017-0.008-0.018-0.01510.02650.1428ηi10-0.00710.0022-0.0017-0.0122-0.022-0.01760.0259ηi110.0117-0.0061-0.0115-0.0146-0.02-0.0255-0.0187ηi120.0603-0.0342-0.049-0.037-0.0253-0.0228-0.0269ηi13-0.04210.02610.03710.02710.0128-0.0026-0.0221d.計算荷載橫向分布系數(shù)各片主梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖2.2.4和圖2.2.5所示。計算結(jié)果如表2.2.4和表2.2.5所示圖2.2.4跨中的橫向分布系數(shù)mc計算圖式1（單位：）圖2.2.5跨中的橫向分布系數(shù)mc計算圖式2（單位：）表2.2.4對應(yīng)最不利荷載位置的影響線豎標值梁號一號梁二號梁三號梁四號梁五號梁六號梁七號梁豎標值0.3230.6480.631-0.142-0.0330.0180.0240.1660.4450.4490.535-0.131-0.0030.0210.0870.2840.2910.595-0.1-0.0590.0160.0180.1410.150.3720.635-0.143-0.019-0.0090.0710.0820.240.5430.027-0.087-0.0250.0080.0170.1210.3190.626-0.129-0.012-0.014-0.019-0.0110.0390.1640.403-0.009-0.006-0.013-0.019-0.0030.0690.22-0.007-0.001-0.007-0.018-0.0160.0220.1340.0030.002-0.003-0.014-0.022-0.0120.0480.0310.003-0.001-0.01-0.021-0.0210.0090.06-0.004-0.009-0.013-0.02-0.025-0.017表2.2.5各片主梁的橫向分布系數(shù)計算表六車道（折減系數(shù)0.55）五車道（折減系數(shù)0.60）四車道（折減系數(shù)0.67）三車道（折減系數(shù)0.78）二車道（折減系數(shù)1.00）一號梁未折減0.3130.26750.26950.280.297折減后0.172150.16050.1805650.21840.297二號梁未折減0.78850.7890.78850.79850.759折減后0.4336750.47340.5282950.622830.759三號梁未折減0.7840.7890.7940.810.7605折減后0.43120.47340.531980.63180.7605四號梁未折減0.8180.82950.84550.86050.68折減后0.44990.49770.5664850.671190.68五號梁未折減0.5950.61550.63450.61650.1855折減后0.327250.36930.4251150.480870.1855六號梁未折減0.33150.35450.34950.233-0.0935折減后0.1823250.21270.2341650.18174-0.0935七號梁未折減0.31150.31550.2245-0.0870.021折減后0.1713250.18930.150415-0.067860.021由表2.2.5，對中梁，取汽車荷載的橫向分布系數(shù)為。支點截面的荷載橫向分布系數(shù)如圖2.2.6所示，按杠桿原理法繪制荷載橫向分布影響線并進行布載。圖2.2.6支點截面荷載橫向分布系數(shù)計算圖式（單位：cm）計算結(jié)果如表2.2.6所示。表2.2.6支點截面橫向分布系數(shù)計算表二號梁三號梁四號梁五號梁六號梁影響線豎標值10.3080.3080.3080.3080.30811110.50.50.5橫向分布系數(shù)m00.6540.9040.9040.9040.654由表2.2.6，對中梁，取。計算活載內(nèi)力在活載內(nèi)力計算中，對于橫向分布系數(shù)的取值作如下考慮：對中梁，以三號梁為準，計算主梁活載彎矩時，采用全跨統(tǒng)一的橫向分布系數(shù)mc,鑒于跨中和四分點剪力影響線的較大坐標位于橋跨中部，故也按不變的mc來計算。求支點和變化點截面活載剪力時，由于主要荷載集中在支點附近而應(yīng)考慮支承條件的影響，按橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化曲線取值，即從支點到之間，橫向分布系數(shù)用m0與mc值直線插入，其余區(qū)段均取mc值。對邊梁，以中梁來設(shè)計。計算跨中截面最大彎矩和最大剪力圖2.2.7示出跨中截面內(nèi)力計算圖式，計算公式為：上式中：—所求截面的彎矩或剪力—車輛沖擊系數(shù)—主梁荷載橫向分布系數(shù)—車道荷載—沿橋跨縱向與荷載位置對應(yīng)的內(nèi)力影響線坐標值圖2.2.7跨中截面內(nèi)力計算圖式對中梁，彎矩最大時：=4419.1371==164.0131剪力最大時：==208.4074計算四分點截面最大彎矩和最大剪力圖2.2.8示出四分點截面內(nèi)力計算圖式，當彎矩最大時：=3314.3529圖2.2.8四分點截面內(nèi)力計算圖式當剪力最大時：=2988.0546==345.9068計算變化點截面最大彎矩和最大剪力圖2.2.9示出變化點截面內(nèi)力計算圖式圖2.2.9變化點截面內(nèi)力計算圖式當彎矩最大時：＝1055.1817=512.8782當剪力最大時：＝1028.6810=509.9847計算支點截面的最大剪力圖2.2.10示出支點截面內(nèi)力計算圖式圖2.2.10支點截面內(nèi)力計算圖式＝575.1783主梁內(nèi)力組合（1）基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計算）（2）短期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算）（3）長期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算）計算結(jié)果如表2.2.7所示。表2.2.7荷載內(nèi)力計算結(jié)果序號荷載類別跨中截面四分點截面變化點截面支點截面MmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmaxVmaxKN﹒mKNKN﹒mKNKN﹒mKNKN1預制梁自重5111.2500.0003833.440260.7801220.810455.030521.5602現(xiàn)澆部分829.7860.000622.33942.336198.19373.87184.6723二期恒載1673.0170.0001254.76385.358399.598148.940170.7164總恒載7614.0520.0005710.542388.4741818.601677.841776.9485車道荷載最大彎矩4419.137164.0133314.353334.8081055.182512.878575.178最大剪力3549.009208.4072988.055345.9071028.681509.985575.178基本組合1.2恒＋1.4車最大彎矩15323.655229.61811492.744934.9003659.5751531.4381737.587最大剪力14105.475291.77011035.927950.4383622.4741527.3871737.587短期組合恒+0.7*車/1.1346最大彎矩10340.472101.1897755.357595.0362469.603994.2651131.809最大剪力9803.640128.5797554.045601.8842453.253992.4801131.809長期組合恒+0.4*車/1.1346最大彎矩9172.00757.8226879.007506.5102190.602858.654979.725最大剪力8865.24573.4736763.972510.4222181.259857.634979.725預應(yīng)力鋼束的估算及其布置跨中截面鋼束的估算和確定預應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計，應(yīng)滿足不同設(shè)計狀況下規(guī)范規(guī)定的控制條件要求，如承載力、抗裂性、裂縫寬度、變形及應(yīng)力要求等。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)下使用性能要求和保證結(jié)構(gòu)對達到承載能力極限狀態(tài)具有一定的安全儲備。對全預應(yīng)力混凝土梁來說，鋼筋數(shù)量估算的一般方法是，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用性能要求，即正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂性或裂縫寬度限值確定預應(yīng)力鋼筋的數(shù)量，然后按構(gòu)造要求配置一定數(shù)量的普通鋼筋，以提高結(jié)構(gòu)的延性。首先，根據(jù)跨中截面正截面抗裂要求，確定預應(yīng)力鋼筋數(shù)量。為滿足抗裂要求，所需的有效預加力為：上式中：－荷載短期效應(yīng)彎矩組合設(shè)計值，查表2.11得10340.4723－毛截面對下緣的抵抗矩，－毛截面面積，－預應(yīng)力鋼筋重心對混凝土截面重心軸的偏心距，，假設(shè)，則擬采用φS17股鋼絞線，，單根鋼絞線的公稱截面面積，抗拉強度標準值，張拉控制應(yīng)力取，預應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的25%估算。則所需的預應(yīng)力鋼絞線的根數(shù)為：擬采用8φS15.2預應(yīng)力鋼筋束，所以取56根，即7束。預應(yīng)力鋼束布置3.2.1跨中截面及錨固端截面的鋼束布置采用OVM15-8型錨具，供給的預應(yīng)力鋼筋截面面積，采用金屬波紋管成孔，預留管道直徑為。對于跨中截面，在保證布置預留管道構(gòu)造要求的前提下，盡可能使鋼束群重心到截面形心的偏心距大一些?？缰薪孛娴募毑繕?gòu)造如圖2.3.1所示。圖2.3.1跨中截面鋼束布置圖（單位：）鋼束群重心至梁底距離為：對于錨固端截面，鋼束布置通常考慮以下兩個方面，首先預應(yīng)力鋼束的重心應(yīng)盡可能靠近截面形心，使截面均勻受壓；其次考慮錨頭布置的可能性，以滿足張拉操作方便的要求。錨固端截面的鋼束布置如圖2.3.2所示。圖2.3.2錨固端截面鋼束布置圖（單位：）錨固端截面鋼束群重心至梁底的距離為：為驗核上述布置得鋼束群重心位置，需計算錨固端截面的幾何特性。圖2.3.3示出計算圖式，錨固端截面特性計算見表2.3.1所示。圖2.3.3鋼束群重心位置復核圖式（單位：），說明鋼束群重心處于截面核心范圍內(nèi)。表2.3.1錨固端截面特性計算表分塊名稱分塊面積Ai（)分塊面積行心至上緣的距離yi()分塊面積對上緣的靜矩Si=Aiyi()分塊面積的自身慣矩Ii()di=ys-yi()分塊面積對截面形心的慣矩Ix=Aidi2(）I=Ii+Ix()支點大毛截面(大毛截面形心至上緣的距離ys＝ΣSi/ΣAi=82.1274)翼板468094212012636073.127425026870.9725153230.97三角承托204.820.1334123.2384466.03461.9944787109.926787575.9598腹板11136114126950434209792-31.87311312620.1845522412.18下三角0000000馬蹄0000000Σ16020.81315747.238471463219.1152鋼束彎起角和線形的確定確定鋼束的彎起角時，既要照顧到由彎起產(chǎn)生足夠的豎向預剪力，又要考慮到所引起的預應(yīng)力摩擦損失不宜過大。預應(yīng)力鋼束的彎起角一般不宜大于20°。該設(shè)計中1、2、3號鋼束的彎起角定為15°，4、5、6、7號鋼束的彎起角定為7°.所有鋼束布置的線型均為直線加圓弧，并且整根鋼束都布置在同一個豎平面內(nèi)。鋼束計算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：（如圖2.3.4所示）圖2.3.4梁端錨固點圖（單位：cm）下面計算鋼束起彎點至跨中的距離，計算圖式如圖2.3.5所示，圖2.3.5鋼束計算圖式結(jié)果如表2.3.2所示。表2.3.2鋼束參數(shù)計算表鋼束號彎起高度y()彎起角φ直線段長L1()y1()y2()R()x3()x2()x1()N4(N5)20710012.1877.8131048.19299.255127.7431757.074N6(N7)43.5710012.18731.3134200.92699.255511.9641368.923N31131510025.88287.1182556.71996.593661.7281224.321N2134.51510025.882108.6183187.69696.593825.0361052.974N1150.51510025.882124.6183657.26096.593946.568923.403（）各計算截面的鋼束重心位置計算由圖3.5所示到幾何關(guān)系，當計算截面在曲線段時，計算公式為：當計算截面在近錨固點的直線段時，計算公式為：上兩式中：—鋼束在計算截面處鋼束重心到梁底的距離—鋼束起彎前到梁底的距離—鋼束彎起半徑獲得各鋼束重心到梁底距離后，就可計算鋼束群重心到梁底距離計算結(jié)果如表2.3.3所示。鋼束長度計算一根鋼束的長度為曲線長度、直線長度與兩端工作長度之和，其中鋼束的曲線長度可以根據(jù)圓弧半徑與彎起角度進行計算。利用每根鋼束長度的計算結(jié)果，就可得出一片主梁所需鋼束的總長度，以利備料與施工。計算結(jié)果見表2.3.4。表2.3.3各計算截面鋼束位置及鋼束群重心位置截面鋼束號x4(cm)R(cm)sinα=x4/Rcosαa0(cm)ai(cm)ay(cm)四分點N4(N5)未彎起1048.1923121218.9197N6(N7)未彎起4200.926220.520.5N3未彎起2556.71931212N2未彎起3187.695820.520.5N156.59693657.25960.0154750.99988034.534.9380變化點N4(N5)未彎起1048.1923121251.4756N6(N7)341.07694200.92620.0811910.99669920.534.3691N3485.67922556.71930.1899620.9817911258.5541N2657.02643187.69580.2061130.97852820.588.9458N1786.59693657.25960.2150780.97659734.5120.0915支點直線段yφx5x5tanφa0(cm)ai(cm)ay(cm)N4(N5)20724.07092.95551229.044590.6292N6(N7)43.5720.14182.473120.561.5269N31131522.6416.066612118.9334N2134.51514.60253.912720.5151.0873N1150.5156.56411.758834.5183.2412跨中N4(N5)未彎起121218.8571N6(N7)未彎起20.520.5N3未彎起1212N2未彎起20.520.5N1未彎起34.534.5表2.3.4鋼束長度計算鋼束長度計算鋼束號R(cm)鋼束彎起角度φ曲線長度(cm)直線長度x1直線長度L1(cm)有效長度(cm)鋼束預留長度(cm)鋼束總長度(cm)(3)(1)(2)(4)(5)(6)(7)(8)N4(N5)1048.19237128.06081757.07381003970.2691404110.269N6(N7)4200.92627513.23991368.92311003964.3261404104.326N32556.719315669.34751224.32081003987.3371404127.337N23187.695815834.53681052.97361003975.0211404115.021N13657.259615957.4683923.40311003961.7431404101.743計算主梁截面幾何特性截面幾何性質(zhì)的計算需要根據(jù)不同的受力階段分別計算。主梁從施工到運營經(jīng)歷了如下幾個階段：階段一：主梁混凝土澆筑，預應(yīng)力筋束張拉混凝土澆注并達到設(shè)計強度后，進行預應(yīng)力筋的張拉，但此時管道尚未灌漿，因此此時的截面幾何性質(zhì)為扣除預應(yīng)力筋預留管道的凈截面，該階段頂板的寬度為180。階段二：灌漿封錨，吊裝并現(xiàn)澆頂板80的連接段預應(yīng)力筋張拉完成并進行管道灌漿、封錨后，預應(yīng)力筋就已經(jīng)能夠參與全截面受力。再將主梁吊裝就位，并現(xiàn)澆頂板80的連接段時，該段的自重荷載由上一階段的截面承受，此時，截面的幾何性質(zhì)為擠入了預應(yīng)力筋的換算截面性質(zhì)。該階段頂板的寬度仍為180。階段三：二期恒載及活載作用該階段主梁截面全部參與工作，頂板的寬度為260，截面的幾何性質(zhì)為計入了預應(yīng)力鋼筋的換算截面性質(zhì)。以跨中截面為例，靜矩的計算圖式如圖2.4.1所示。圖2.4.1跨中截面靜矩計算圖式計算結(jié)果如表2.4.1所示。表2.4.1主梁截面特性性值總表名稱符號單位截面跨中四分點變化點支點第一階段截面換算面積AO8826.7858826.78510698.78514183.585換算慣矩IO47040154.2047045784.8957496716.8862595227.23n1-n1軸到截面上緣距離yos77.88877.89191.54288.509n1-n1軸到截面下緣距離yox132.112132.109118.458121.491截面抵抗矩上緣WOS603947.068603997.515628092.100707220.815下緣WOX356062.356356112.570485375.806515224.142對n1-n1軸靜矩翼緣部分Sa-n1263549.434263560.672317619.424296596.521n1軸以上Sn1-n1290926.196290940.508361939.959410600.736o2軸以上So2-n1290079.334290094.610361732.839410532.797o3軸以上So3-n1290905.153290919.256361715.045409692.053馬蹄部分Sb-n1205527.174205546.913356391.1640.000鋼束群重心到n1軸距離ep113.255113.19066.98330.862第二階段截面換算面積AO9568.0539568.05311440.05314924.853換算慣矩IO55811557.4155807058.1560607035.1863266193.61o2-o2軸到截面上緣距離yos86.66286.66095.88290.042o2-o2軸到截面下緣距離yox123.338123.340114.118119.958截面抵抗矩上緣WOS644013.395643978.205632099.933702633.237下緣WOX452509.410452464.673531091.150527400.942對o2-o2軸靜矩翼緣部分Sa-o2298295.266298286.704334806.220302446.067n1軸以上Sn1-o2335302.009335291.573385580.163431973.857o2軸以上So2-o2336149.003336137.451385787.445432042.205o3軸以上So3-o2335013.558335002.159384455.897430567.439馬蹄部分Sb-o2266911.753266895.874382176.6600.000鋼束群重心到o2軸距離ep104.481104.42062.64229.329第三階段截面換算面積AO11008.05311008.05312880.05316364.853換算慣矩IO63399576.0463394639.1770300480.0671930411.59o3-o3軸到截面上緣距離yos76.50376.50186.16982.910o3-o3軸到截面下緣距離yox133.497133.499123.831127.090截面抵抗矩上緣WOS828724.023828680.685815848.756867568.010下緣WOX474912.585474868.644567710.894565981.891對o3-o3軸靜矩翼緣部分Sa-o3355267.390355257.280407463.400381664.384n1軸以上Sn1-o3381123.739381111.458444548.852483975.197o2軸以上So2-o3380009.469379997.399443828.668483409.523o3軸以上So3-o3381144.914381132.713444682.643484884.290馬蹄部分Sb-o3293042.523293025.873435978.7890.000鋼束群重心到n1軸距離ep114.640114.58072.35636.460承載能力極限狀態(tài)計算跨中截面正截面承載力計算跨中截面尺寸及配筋情況見圖2.5.1。；；腹板寬度；上翼緣板厚度為，考慮承托的影響，其平均厚度為：圖2.5.1跨中截面尺寸圖（單位：）上翼緣的有效寬度取下列數(shù)值中的較小值：（1）為上翼緣的實際寬度；（2）為計算跨徑；（3），因承托坡度，以代替，因此，。首先，按公式判斷截面類型：，所以此T形截面屬于第一類T形截面，應(yīng)按寬度為的矩形截面計算其承載力?；炷潦軌簠^(qū)高度為： 相對界限受壓區(qū)高度，，則所以截面承載力為：，表明跨中截面的抗彎承載力滿足要求。斜截面抗剪承載力計算根據(jù)JTGD62-20045.2.6的規(guī)定，選取距支座中心處截面和變截面點處截面進行斜截面抗剪承載力復核。兩個驗算截面的截面尺寸如圖2.5.2所示。變截面點處截面變截面點處截面距支座中心處截面距支座中心處截面圖2.5.2驗算截面尺寸圖（單位：）腹板內(nèi)箍筋的設(shè)置情況為：采用直徑為10的HRB335鋼筋，間距為，在距支點相當于一倍梁高范圍內(nèi)箍筋間距縮小為。距支座中心處截面斜截面抗剪承載力計算首先，進行截面抗剪強度上、下限復核,應(yīng)滿足：上式中：—驗算截面處剪力組合設(shè)計值，插值得：—預應(yīng)力提高系數(shù)，；—截面腹板寬度，；—計算截面出縱向鋼筋合力作用點至截面上邊緣的距離，這里近似取。則上式表明截面尺寸滿足要求，但需配置抗剪鋼筋。斜截面的抗剪承載力按下式計算： 上式中：—斜截面受壓端正截面處的剪力組合設(shè)計值，應(yīng)重新進行插值計算。斜截面的水平投影長度為則—混凝土和箍筋的共同抗剪力 —異號彎矩影響系數(shù)，簡支梁=1.0；—預應(yīng)力提高系數(shù)，=1.25；—受壓翼緣影響系數(shù)，取=1.1；—斜截面受壓端正截面處截面腹板寬度，距支點的距離為，位于腹板加寬過渡段，插值得—近似取—斜截面縱向受拉鋼筋配筋百分率，—箍筋配筋率， —預應(yīng)力彎起鋼筋的抗剪承載力—在斜截面受壓端正截面處的預應(yīng)力彎起鋼筋切線與水平線的夾角，即圖3.5中的。計算見表2.5.1。表2.5.1計算表截面鋼束號x4()R()距支點h'/2處N4(N5)40.91621048.19230.039035N6(N7)429.06694200.92620.1021363N3573.66922556.71930.2243771N2745.01643187.69580.2337163N1874.58693657.25960.2391372，說明該截面抗剪承載力是足夠的。變截面處斜截面抗剪承載力計算首先，進行抗剪強度上下限復核,應(yīng)滿足：上式中：—驗算截面處剪力組合設(shè)計值，由表2.11查得：；—預應(yīng)力提高系數(shù)，；—截面腹板寬度，；—計算截面出縱向鋼筋合力作用點至截面上邊緣的距離，這里近似取。則，該式表明截面尺寸滿足要求，但需配置抗剪鋼筋。斜截面的抗剪承載力按下式計算： —斜截面受壓端正截面處的剪力組合設(shè)計值，這里—混凝土和箍筋的共同抗剪力 —異號彎矩影響系數(shù)，簡支梁=1.0；—預應(yīng)力提高系數(shù)，=1.25；—受壓翼緣影響系數(shù)，取=1.1；—斜截面受壓端正截面處截面腹板寬度，；—近似取—斜截面縱向受拉鋼筋配筋百分率，—箍筋配筋率，—預應(yīng)力彎起鋼筋的抗剪承載力—在斜截面受壓端正截面處的預應(yīng)力彎起鋼筋切線與水平線的夾角，即圖2.3.5中的。計算見表2.5.2。表2.5.2變截面處的計算表截面鋼束號x4()R()變化點N4(N5)未彎起1048.19230N6(N7)341.0769254200.92620.0811909N3485.679232556.71930.1899619N2657.0264463187.69580.2061133N1786.5969143657.25960.2150782上式說明斜截面的抗剪承載力滿足要求。預應(yīng)力損失計算預應(yīng)力鋼筋與管道壁之間的摩擦引起的預應(yīng)力損失上式中：—預應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力，；—預應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)，；—從張拉端到計算截面曲線管道部分切線的夾角之和(rad)，（見 圖2.3.5）；—管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，＝0.0015；—從張拉端至計算截面的管道長度，近似取該段管道在構(gòu)件縱軸上的投影 長度()，為計算截面到支點的距離。計算結(jié)果見表2.6.1所示。表2.6.1摩擦損失計算表截面鋼束號N4N5N6N7N3N2N1跨中x()19.84119.84119.80119.80119.82619.74619.666θ=φ-α(rad)0.122170.122170.122170.122170.261800.261800.26180σcon(MPa)1395139513951395139513951395σl1(MPa)81.63881.63881.56181.561126.665126.512126.359四分點x()10.04110.04110.00110.00110.0269.9469.866θ=φ-α(rad)0.122170.122170.122170.122170.261800.261800.24632σcon(MPa)1395139513951395139513951395σl1(MPa)62.18962.18962.11162.111107.883107.728102.582變化點x()2.7412.7412.7012.7012.7262.6462.566θ=φ-α(rad)0.122170.122170.040890.040890.070680.054200.04503σcon(MPa)1395139513951395139513951395σl1(MPa)47.51547.51519.77319.77330.02524.22620.914支點x()0.2410.2410.2010.2010.2260.1460.066θ=φ-α(rad)0.000000.000000.000000.000000.000000.000000.00000σcon(MPa)13951395139513951