桥梁工程课程设计-预应力砼空心板桥设计

- 0 -桥梁工程课程设计净-14+21m，标准跨径 L=25m，预应力砼空心板桥设计，公路级学 院 建筑工程与环境学院 年级专业 土木工程 121 学生姓名 徐胜超 学 号 126040459 指导教师 萧寒、丁勇 完 成 日 期 2015 年 7 月- 0 -目录一、 设计资料 .- 1 -1.1 主要技术指标 .- 1 -1.2 材料 .- 1 -1.3 空心板构造 .- 1 -1.4 构造要点 .- 1 -1.5 设计参数 .- 2 -二、空心板截面特性计算 .- 3 -2.1 毛截面面积 .- 3 -2.2 毛截面重心位置 .- 3 -2.3 空心板毛截面对其中心轴的惯性矩计算 .- 3 -三、永久作用效应计算 .- 4 -3.1 永久作用效应计算 .- 4 -3.2 可变作用效应计算 .- 5 -3.2.1 汽车荷载横向分布系数计算 .- 6 -3.2.2 汽车荷载冲击系数计算 .- 11 -3.2.3 车道荷载效应计算 .- 12 -3.3 作用效应组合 .- 14 -四、预应力钢筋数量估算及布置 .- 15 -4.1 预应力钢筋数量的估算 .- 16 -4.2 预应力钢筋布置 .- 17 -4.3 普通钢筋数量的估算及布置 .- 17 -五、换算截面几何特性计算 .- 20 -5.1 换算截面面积 .- 20 -5.2 换算截面重心位置 .- 20 -5.3 换算截面惯性矩 .- 21 -5.4 换算截面弹性抵抗矩 .- 21 -六、承载能力极限状态计算 .- 21 -6.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算 .- 21 -6.2 斜截面的抗弯承载力计算 .- 22 -6.2.1 斜截面抗剪强度上、下限校核 .- 22 -6.2.2 斜截面抗剪承载力计算 .- 23 -七、预应力损失计算 .- 24 -7.1 锚具变形、回缩引起的预应力损失 .- 24 -7.2 预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失 .- 25 -7.3 预应力赶脚先由于松弛硬气的预应力损失 .- 25 -7.4 混凝土贪心压缩引起的预应力损失 .- 25 -7.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 .- 26 -7.6 预应力损失组合计算 .- 28 -八、正常使用极限状态计算 .- 29 -8.1 正截面抗裂性计算 .- 29 -8.2 斜截面抗裂性计算 .- 30 -九、变形计算 .- 34 - 1 -9.1 正常试用阶段的挠度计算 .- 34 -9.2 预加力引起的反拱度计算反预拱度的设置 .- 34 -9.2.1 预加力引起的反拱度计算 .- 34 -9.2.2 预拱度的设置 .- 36 -十、持久状态应力验算 .- 36 -10.1 跨中截面混凝土法向应力 验算 .- 36 -kc10.2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算 .- 37 -10.3 斜截面主应力验算 .- 37 -十一、短暂状况应力验算 .- 39 -11.1 跨中截面 .- 40 -11.2 四分点处截面 .- 41 -11.3 支点截面 .- 42 -十二、最小配筋率复核 .- 44 -十四、参考文献 .- 45 - 0 -25m 预应力混凝土空心板桥设计计算书一、 设计资料1.1 主要技术指标桥跨布置: 325.0m。跨 径: 标准跨径：25.0m；计算跨径：24.60m。桥面总宽: 15m，横向布置为 0.5m+14m+0.5 m设计荷载：汽车荷载：公路I 级荷载；人群荷载：3.0kN/,安全等级为二级。1.2 材料混凝土：空心板采用 C50，铰缝采用 C40 混凝土；栏杆采用 C30 混凝土；桥面铺装采用 C30 沥青混凝土和 C40 防水混凝土。钢 筋：预应力钢筋采用高强度低松弛 7 丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为 15.20 mm，公称面积 140 mm2,标准强度 fpk = 1860 MPa,设计强度 fpd =1260 MPa,弹性模量 Ep = 1.95105 MPa。防撞护栏：采用混凝土防撞护栏，线荷载为 7.5 kN/m。1.3 空心板构造空心板高度 0.9 m，宽度 1.24 m，各板之间留有 0.01 m 的缝隙。1.4 构造要点- 1 -1.4.1 本空心板按部分预应力混凝土 A 类构建设计。1.4.2 桥面横坡为 2%单向横坡，各板均斜置，横坡由下部结构调整。1.4.3 桥面铺装：上层为 0.01 m 的 C30 沥青混凝土，下层为 0.12 m 的C40 防水混凝土，两者之间架设 SBS 防水层。1.4.4 与之预应力空心板采用先张法施工工艺。1.4.5 桥梁横断面与构造及空心板截面尺寸如图 1-1 和图 1-2图 1-1 桥梁横断面及构造图（单位：dm）图 1-2 空心板截面细部尺寸图（单位：dm）1.5 设计参数1.5.1 相对湿度 75%1.5.2 C50 混凝土材料特性：f ck = 32.4 MPa, fcd = 22.4 MPa,ftk = 2.65 MPa,ftd = 1.83 MPa；1.5.3 沥青混凝土重度按 23 kN/m3，预应力混凝土结构重度按 26 kN/m3- 2 -计，混凝土重度按 25 kN/m3 计。二、空心板截面特性计算2.1 毛截面面积A=140.4107.3-52.180.5-20.5(62.3+80.5)17.0-2(30+40.95+110.5+304.15)=7478.98 cm22.2 毛截面重心位置全截面对 1/2 板高处静矩为sh/2 = 2110.511.1+30( 6+47.6)+40.95( 9.1+31.2)+304.150.23239= 9148.71cm3铰缝面积为 A j = 2(30+40.95+110.5+304.15) = 971.2 cm2毛截面重心离 1/2 板高处距离为cm/21.shd铰缝重心与 1/2 板高处距离为cmj/9.4As2.3 空心板毛截面对其中心轴的惯性矩计算- 3 -3 32 223 3 32 2140.7. 86.105140.7.386.105.29. 79.7(.)(9.)61015.48.81.3523 6I 2 79.19.2.5(9)610384.7cm 空心板抗扭特性计算时，可将空心板截面近似简化为箱形截面来计算，参照桥梁工程略去中间肋板，将图 1-2 所示截面简化成图 1-3。 861271,5400334图 1-3 计算截面抗扭特性简化式三、永久作用效应计算3.1 永久作用效应计算（1） 空心板自重（第一阶段结构自重）g 1-41=78.9025=8.697kN/mG（ ）- 4 -（2） 桥面系自重（第二阶段结构自重）g 2人行道及栏杆重力参照其他桥梁设计资料，单侧按 12.0kN/m 计算。桥面铺装采用厚度 10cm 的 C30 沥青混凝土，则全桥宽铺装层每延米长重力为： 0.1423=.kN/m（ ）上述自重效应是在各空心板形成整体后，再加至板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不相同的，本例为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为： 213.256 (/)0gkNm（3） 铰缝自重（第二阶段结构自重）g 3 43=(971.2+0.)12.584 (/)kNm由此可得空心板每延米总重力 g 为：123ig8.6 (/) 5.4=8.20 (/)=+9 /IIkNmk（ 第 一 阶 段 结 构 自 重 ）由此可计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表 1-1作用效应M(kNm)作用效应 V(kN)作用 ig(/)kNm计算跨径 ()l跨中 21()8gl1/4 跨 2()3l支点 1()gl1/4 跨()4l跨中gI18.697 24.6 141.33 1060.75 229.97 114.99 0I8.2084 24.6 620.92 465.69 100.96 50.48 0=+I26.9054 24.6 2045.26 1526.44 330.94 165.47 0项目作用种类- 5 -3.2 可变作用效应计算公路-I 级车道荷载的均布先荷载标准值 qk 和集中荷载标准值 Pk 为：qk = 10.5 kN/m计算弯矩是，集中荷载为： Pk = 237.20 kN计算剪力时，集中荷载为： Pk = 284.64 kN按桥规车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。多车道桥梁上还应考虑多车道折减，双车道折减系数 =0.67，但不小于两设计车道的荷载效应。3.2.1 汽车荷载横向分布系数计算空心板跨中和 l/4 处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算。支点至 l/4 点之间的荷载横向分布系数按直线内插求得。（1）跨中及 l/4 处的荷载横向分布系数计算首先计算空心板的刚度参数 ：22b()5.8()4TTEIIGll由前面计算：I = 1.03 1011 mm4I = 1.09 1011 mm2b = 1404 mm l = 24600 mm将以上数据代入，得：12.03458()0.1496- 6 -求得刚度参数后，即可按其查公路桥涵设计手册梁桥（上册） （徐光辉，胡明义，主编，人民交通出版社，1996 年 3 月）第一篇附录（二）中 10块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表，由 =0.01 及 =0.02 内插得到=0.010242 时，15 号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，内插计算结果见表 1-2 中。每个对应的板号，各块板竖向影响线之和等于 1，用此来进行校核。表 1-2板 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.01 0.181 0.158 0.131 0.11 0.093 0.08 0.07 0.063 0.058 0.0560.02 0.234 0.192 0.146 0.111 0.085 0.066 0.052 0.043 0.037 0.0340.0102420.1822830.1588230.1313630.1100240.0928060.0796610.0695640.0625160.0574920.0554680.01 0.158 0.154 0.137 0.111 0.097 0.083 0.073 0.065 0.06 0.0580.02 0.192 0.188 0.157 0.12 0.092 0.071 0.056 0.046 0.04 0.0370.0102420.1588230.1548230.1374840.1112180.096879 0.082710.072589 0.064540.0595160.0574920.01 0.131 0.137 0.137 0.123 0.104 0.09 0.078 0.07 0.065 0.0630.02 0.116 0.157 0.162 0.138 0.106 0.082 0.065 0.051 0.046 0.0430.0102420.1306370.1374840.1376050.1233630.1040480.0898060.077685 0.06954 0.064540.0625160.01 0.11 0.114 0.123 0.127 0.116 0.1 0.087 0.078 0.073 0.070.02 0.111 0.12 0.138 0.148 0.129 0.101 0.08 0.065 0.056 0.0520.0102420.1100240.1141450.1233630.1275080.1163150.1000240.0868310.0776850.0725890.0695640.01 0.093 0.097 0.1