上林村大桥施工图设计毕业论文.doc

湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）上林村大桥施工图设计毕业论文目 录第1章 绪论11.1 课题的研究目的及意义11.2 国内外研究现状11.3 本设计的研究内容及设计思路21.3.1 研究内容21.3.2 设计思路2第2章 设计资料及方案比选31.1 设计资料31.2 方案比选3第3章 桥梁设计说明及上部构造布置73.1 基本资料73.2 技术指标73.3 主要材料73.4 截面设计83.4.1主梁间距与主梁片段83.4.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定8第4章 主梁作用效应计算124.1 永久作用效应计算124.1.1 永久作用集度124.1.2 永久作用效应134.2 可变作用效应计算（修正刚性梁法）144.2.1 冲击系数和车道折减系数144.2.2 计算主梁的荷载横向分布系数144.2.3车道荷载的取值184.2.4计算可变作用效应194.3 主梁作用效应组合22第5章 预应力钢束数量估算及其布置245.1 预应力钢束数量的估算245.2 预应力钢束的布置25第6章 计算主梁截面几何特性326.1截面面积及惯性矩计算326.2 截面静距计算346.3 截面几何特性汇总表39第7章 钢束预应力损失计算427.1 预应力钢束与管道壁间的摩擦损失427.2 锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失447.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失457.4钢筋松弛引起的预应力损失467.5混凝土收缩、徐变引起的损失47第8章 主梁截面承载力与应力计算508.1 持久状况承载能力极限状态承载力验算508.1.1 正截面承载力计算508.1.2 斜截面承载力验算518.2 持久状况正常使用极限状态抗裂性验算558.2.1 正截面抗裂性验算558.2.2 斜截面抗裂验算568.3 持久状况构件应力计算618.3.1正截面混凝土法向压应力验算618.3.2预应力筋拉应力验算628.3.3 斜截面混凝土主压应力验算648.4 短暂状况构件的应力验算708.4.1 预加应力阶段的应力计算708.4.2 吊装应力验算71第9章 主梁变形验算739.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算73第10章 行车道板的计算7510.1 悬臂板（边梁）荷载效应计算7510.2 连续板荷载效应计算7610.3 行车道板截面设计、配筋与承载力验算80第11章 主梁端部的局部承压验算8311.1 局部承压区的截面尺寸验算8311.2 局部抗压承载力验算84第12章 施工方法设计86V12.1 预应力混凝土梁的预制8612.2 预应力混凝土梁的安装86结 论89参考文献90致谢91V湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题的研究目的及意义为了跨越各种障碍(如河流、河谷、山沟及其他线路等)，我们不得不修建各种类型的桥梁与涵洞，所以桥涵是交通线路中的重要组成部分。尤其是现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键。从经济方面来说，一般情况下桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的1020%，随着公路等级的提高，其所占比例还会越来越大。而从国防方面来说，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。不管是公路桥梁还是铁路桥梁，中小跨径桥梁都占有主动地位，其中混凝土简支梁桥由于其结构简单、受力明确、施工方便，更是我国量大面广的中小跨径桥梁的首选结构。1.2 国内外研究现状预应力混凝土桥梁是在上个世纪中叶左右发展起来的，当时钢材紧缺，为节省钢材，各国开始采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快发展经济。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。我国的预应力混凝土结构发展晚，但是发展速度大。现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。但是，在桥梁结构中，随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。伴随着高强度水泥、特种水泥的出现，预应力混凝土构件的使用得到了空前的推广，预应力混凝土大跨度桥梁纷纷诞生。还由于混凝土造假低廉，预应力混凝土结构正向钢结构发起冲击。1.3 本设计的研究内容及设计思路1.3.1 研究内容1、根据已有的水文地质资料，确定桥式方案，并进行桥梁纵、横断面设计(包括桥梁分跨、分孔、纵坡、基础形式及埋深、横断面形式、横坡等),绘桥梁总体图(桥型立面图)。2、进行详细的上部结构尺寸拟定并进行工程量的计算。3、施工方案设计。4、结构内力计算，可以运用常规的静定、超静定混凝土桥梁分析程序计算结构内力，布置预应力钢筋及普通钢筋，进行正常使用极限状态的设计与验算。5、结构承载能力极限状态的内力及按强度计算。6、绘制主梁的一般构造图及配筋图，完成设计说明书一本。1.3.2 设计思路首先拟定23个初步方案并绘制方案图，根据桥梁设计基本原则提出推荐设计方案；然后针对最终选定的设计方案，细化结构尺寸，结合采取的施工方法，进行结构内力的分析计算和配筋。- 69 -第2章 设计资料及方案比选2.1 设计资料1、桥位纵断面：起点桩号K8+417，终点桩号K8+581；2、设计荷载：公路I级人群荷载；3、桥面宽度：43.75净车道+21.5m人行道；4、桥面纵坡：1.5%；5、桥面横坡：1.5%；1.2 方案比选1.比选原则方案比选主要依据安全、实用、经济、美观、有利于环保的原则，同时考虑要符合桥梁发展规律，体现现代新科技的成就。桥型的选择要求在技术上是可靠的，在施工上是切实可行的。2.方案编制（1）圬工拱桥拱桥最大的优点就是将桥面系传来的压力转化为轴向压力，所以不需要象其他桥梁一样要考虑受拉和受弯等情况，所以拱桥一般的是圬工桥，用砖石就可以砌起来，当然现在拱桥也出现了钢结构和钢筋混凝土的，中承、上承拱，丰富了桥形；缺点是这种拱桥在发大水的时候不能用，原来规范规定只要水位超过拱矢2/3时桥就处理危险状态，因为水的浮力导致桥不是受压，有可能是受拉，这样很容易被冲垮，具体的方案图见图2.1。图2.1 拱桥方案比选图（2） 预应力混凝土简支T型梁桥T型梁桥是主要承重结构的梁式桥。在桥上荷载作用产生正弯矩时,梁作成这样上大下小的T形并在下缘配筋便充分利用了混凝土的抗压强度大和钢筋的高抗拉强度进而比矩形梁桥节省了材料,减轻了自重。但其不适于荷载作用会产生较大负弯矩的情况且抗扭刚度稳定性皆箱型梁桥低。具体的方案图见图2.2。图2.2 简支T型梁桥方案比选图3.方案比选（1）圬工拱桥能充分发挥圬工及其它抗压材料的性能；构造较简单，受力明确简洁；形式多样、外型美观；为防止破坏而影响桥的安全，需要采用较复杂的结构措施，或应设置抵抗单向水平力的措施，增加了造价，对地形依赖较强，工期长，技术难度大。（2）预应力混凝土简支T形梁桥此方案中采用的是50m的预应力混凝土简支T梁桥，成本低；耐久性好，维修费用少；材料可塑性强，可以按照设计意图做成各种形状的结构，例如适应道路线性的曲线桥；构造简单，主梁之间凭借横隔梁来连接，整体性好。可以采用装配式结构，工业化程度高，既提高了工程质量又加快了施工速度；整体性好，结构刚度大，变形小。具体方案必选见表2.1。表2.1 方案比选表 圬工拱桥预应力混凝土简支T形梁桥适用性能充分发挥圬工及其它抗压材料的性能； 构造较简单，受力明确简洁。 受力明确，构造简单，施工方便，结构化尺寸标准，是中小跨径中应用最广泛的桥型。安全性为防止一跨破坏而影响桥的安全，需要采用较复杂的结构措施，或应设置抵抗单向水平力的措施，增加了造价。结构简单，受力明确，利于行车安全，对结构技术要求不是很高，安全性较好。美观性现代感强，造型美观，线条优美，能达到良好的建筑艺术效果。全桥线条简洁明快，与周围环境相协调，桥型美观。经济性技术要求较高，施工工期长，对地形依赖较强，经济性不是很高。有利于采用工业化施工，组织生产，便于安装，降低劳动强度，缩短工期，显著加快建桥速度，提高经济效益。造价较低。通过上面两个方案的比较，结合周围环境，选择方案二为最佳方案。在施工技术难度上，方案二的预应力混凝土T型梁桥施工简便，技能难度低，并且采用预制部件，工期短，方案一技术要求较高，施工工期长，对地形依赖较强，为防止一跨破坏而影响桥的安全，需要采用较复杂的结构措施，或应设置抵抗单向水平力的措施，增加了造价经济性不是很高。第3章 桥梁设计说明及上部构造布置3.1 基本资料1、标准跨径：50m（墩中心距）；2、计算跨径：49m；3、主梁全长：49.96m；4、桥面宽度：净车道43.75m+人行道21.5m；5、桥面纵坡：1.5%；6、桥面横坡：1.5%；7、设计采用规范(1)交通部颁公路工程技术标准(JTG B012003)，简称标准；(2)交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D602004)，简称桥规；(3)交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62 2004)，简称公预规。3.2 技术指标1、荷载：公路I级人群作用，人群荷载为3.5kN/m2。2、18m桥宽采用7片梁，预制梁高2.3m，标准桥宽梁间距均为2.5m，横桥向梁间现浇湿接缝宽度均为0.9m。3.3 主要材料1、桥梁预制、现浇湿接缝和桥面铺装混凝土均采用C50，封锚混凝土也采用C50。桥面铺装及下部结构桥墩采用C30，桩及基础C25。2、预应力采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD622004)中的(截面面积为1.4cm2) 钢绞线，每束7根，全梁配10束， fpk1860MPa (锚下张拉控制应力为0.75 fpk1395Mpa)；预应力束管道采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片锚具。3、钢筋：普通钢筋：HPB335钢筋(级钢)钢筋混凝土桥梁；主钢筋及箍筋、斜筋：HPB335钢筋(级钢)构造及架立钢筋：R235(级钢)。4、水泥：符合国家有关最新标准的硅酸盐水泥，普通水泥几矿渣水泥。5、桥面铺装：采用厚度为5cm至16cm的防水混凝土加2cm沥青表面处治。3.4 截面设计3.4.1主梁间距与主梁片段主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，放在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本设计主梁翼板宽度为2500mm，由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种：预施应力、运输、吊装阶段的小截面（）和运营阶段的大截面（）。总15+21.5的桥宽采用7片主梁。3.4.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定图3.1 预应力混凝土T梁结构尺寸图（尺寸单位：mm）（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，标准设计中高跨比在1/181/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。本设计取用2300mm的主梁高度是比较合适的。（2）主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计预制T梁的翼板厚度取用150mm，翼板根部加厚到250mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。本设计腹板厚度取200mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%20%为合适。本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置，一层多排四束，同时还根据公预规对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为550mm，高度为250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度为150mm，以减少局部应力。按照以上拟定的外形尺寸，绘出预制梁的跨中截面图，如下图。 图3.2 T形梁跨中截面尺寸图（单位：cm） （3）计算截面几何特征将主梁跨中截面划分为五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表3.1。表3.1 跨中截面几何特性计算表分块名称分块面积Ai(cm2)分块面积形心至上缘距离yi(cm)分块面积对上缘的净矩Si=Aiyi(cm3)分块面积的自身惯距Ii(cm4)di=ys-yi(cm)分块面积对截面形心的惯距Ix=Aidi2(cm4)I=Ix+Ii(cm4)大毛截面翼板37507.52812570312.5-7.502154046521610778三角承托50018.3339166.52777.778-18.33219706222484腹板380011041800011431667-110.00271101214142679下三角262.5200525003281.25-200.0035755713578852马蹄1375217.5299062.571614.58-217.5024766946248385619687.580685464393353小毛截面翼板24007.51800045000-7.501861095318655953三角承托50018.3339166.52777.778-18.3329820052984783腹板380011041800011431667-110.0079235212224019下三角262.5200525003281.25-200.0028632752866556马蹄1375217.5299062.571614.58-217.5020445375205169908337.579672957248301大毛截面形心至上翼缘距离83.29小毛截面形心至上翼缘距离95.56（4）检验截面效率指标上核心距：=46.64cm下核心距：=82.15cm截面效率指标：=0.560.5根据设计经验，预应力混凝土T形梁在设计时，上述计算表明，初拟的主梁跨中截面是合理的。 （5）横隔梁的设置本梁共设置8道横隔梁，间距为7m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度上部260，下部240；中横隔梁高度为2050，厚度为上部180，下部160mm。详图见图3.1。第4章 主梁作用效应计算4.1 永久作用效应计算4.1.1 永久作用集度1. 预制梁自重(1)跨中截面段主梁的自重(长7+7+3.5m)：q(1)=0. 83425(7+7+3.5)=364.875(kN)(2)马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重近似计算(长5.5m)：主梁端部截面面积为A=1.444m2q(2)1/2(1.444+0. 834)255.5=156.613(kN)(3)支点段梁的自重(长1.98m)：q(3)= 1.444251.98=71.46(kN)(4)边主梁跨中和四分点截面横隔梁自重中横隔梁体积：0.17(1.90.7-0.50.10.5-0.50.150.175)=0.220()端横隔梁体积：0.25(2.150.525-0.50.0650.325)=0.280()故半跨内横梁重力为：q(4) = (30.220+10.28)=25()(5)预制梁永度：g1=(364.825+156.613+71.46+23.5)/24.98=24.676()2. 二期永久作用(1)翼缘板中间湿接缝集度q(5)=0.90.1525=3.38()(2)现浇部分横隔梁边梁现浇部分横隔梁一片中横梁现浇部分体积：0.170.451.9=0.145()一片端横梁现浇部分体积：0.250.452.15=0.242()故横隔梁的集度：q(6)=( 60.145 +20.242)25/49.96=0.678()(3)桥面铺装层混凝土铺装层的厚度最薄处（两边）取厚度为5cm，按1.5%的坡度过渡到跨中，则跨中的混凝土厚度为：16cm，平均厚度为：0.5（5+16）=10.5cm，0.1051525=39.375()；沥青表面处治为2cm。0.021523=6.9()将桥面铺装重量均分给七片主梁，则q(7)= (39.375+6.9)/7=6.611()(4)人行栏与人行道单侧荷载为5()，将两侧人行栏与人行道均分给七片主梁，则q(8)= 52/7=1.429()(5)边中梁二期永久作用集度中梁：g2=3.38+0.678+6.611+1.429=12.098()4.1.2 永久作用效应如图4.1所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令=x/l。主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：M=(1-) l2g/2 （4.1）Q=(1-2) lg/2 （4.2）图4.1 永久效应计算图 永久效应计算见表4.1 表4.1 永久效应计算作用效应跨中=0.5四分点=0.25支点=0一期弯矩7405.8855554.4130剪力0302.281604.562二期弯矩3630.9122723.1840剪力0148.201296.401弯矩11036.7978277.5970剪力0450.482900.9364.2 可变作用效应计算（修正刚性梁法）4.2.1 冲击系数和车道折减系数按桥规4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。简支梁桥的基频可采用下列公式估算：f = = = 1.99(Hz)其中：mc = = =2468.78(kg/m)由于1.5Hzf14Hz，可计算出汽车荷载的冲击系数为： = 0.1767lnf - 0.0157 =0.106当车道大于两车道时，应进行车道折减，但折减后不得小于两车道布载的计算结果。本设计按两车道布载进行计算，取最不利情况进行设计。4.2.2 计算主梁的荷载横向分布系数1、跨中的荷载横向分布系数：由于承重结构的宽跨比为：2，故可用修正的刚性横梁法来绘制影响线和计算荷载横向分布系数。（1）计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩和抗弯惯性矩在前面已求得：=0.26824 对于T形梁截面，抗扭惯距可近似按下式计算： （4.3）式中： bi ,ti 相应为单个矩形截面的宽度和高度； ci 矩形截面抗扭刚度系数,根据ti /bi比值按表计算； m 梁截面划分成单个矩形截面的个数。对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：马蹄部分的换算平均厚度：图4.2抗扭惯矩计算图式（尺寸单位：mm）表4.2 计算表分块名称bi(cm)ti(cm)bi/ti ciIT翼缘板125017.214.5350.3334.24腹板2180.3209.0150.3104.471马蹄35532.51.6920.2003.96112.672（2）计算抗扭修正系数对于本设计主梁的间距相同，并将主梁近似看成等截面，则得：n=（4.4）式中：其中： 主梁根数； B 桥宽； 与主梁根数有关的系数。计算得：=0.934 （3）按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值n=7=2（7.52+52+2.52）=175(m2)横向影响线竖坐标值计算所有的值如表4.3表4.3 横向影响线竖坐标值梁号i1i2i3i4i5i6i710.4460.3450.2440.1430.042-0.059-0.16020.3450.2780.2100.1430.0760.008-0.05930.2440.2100.1770.1430.1090.0760.04240.1430.1430.1430.1430.1430.1430.143（4） 计算荷载横向分布系数1号梁的横向线和最不利荷载图式如图4.3所示。图4.3 跨中的横向分布系数计算图示可变作用（汽车公路I级）：四车道：两车道：故取可变作用（汽车）的横向分布系数为可变作用（人群）支点截面的荷载横向分布系数：如图4.4所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载，1号梁 可变作用的横向分布系数可计算如下：图4.4 横向荷载分布（单位尺寸：cm） 可变作用（汽车）：可变作用（人群）横向分布系数汇总见表4.4表4.4 一号梁可变作用横向分布系数可变作用类别公路I级0.6510.44人群0.4741.34.2.3车道荷载的取值根据桥规4.3.1条，公路I级的均布荷载标准值和集中荷载标准值为：计算弯矩时：计算剪力时：4.2.4计算可变作用效应在可变作用效应计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：支点处横向分布系数取，从支点至第一根横梁段，横向分布系数从直接过渡到，其余梁段均取。求跨中截面的最大弯矩和最大剪力计算跨中截面最大弯矩和最大剪力采用直接加载求可变作用效应，图4.5示出跨中截面作用效应计算图示，计算公式为： （4.5）式中：S所求截面汽车标准荷载的弯矩或剪力；车道均布荷载标准值车道集中荷载标准值影响线上同号区段的面积影响线上最大坐标值可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）标准效应：图4.5 跨中截面作用效应图求四分点截面的最大弯矩和最大剪力图4.6为四分点截面作用效应的计算图式。可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）标准效应：图4.6 四分点截面作用效应图求支点截面的最大剪力图4.7为支点截面最大剪力计算图示。图4.7 支点截面最大剪力图图4.7 支点截面最大剪力图可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应： 可变作用（人群）标准效应：4.3 主梁作用效应组合本设计按桥规4.1.6-4.1.8条规定。根据可能同时出现的作用效应选择了三种最不利效应组合：短期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，见表4.5。表4.5 1号梁作用效应组合 序号荷载类型跨中截面四分点截面支点MmaxvmaxMmaxvmaxvmax(kNm)(kN)(kNm)(kN)(kN)1第一期永久作用7405.8850.0005554.413302.281604.5622第二期永久作用3630.9120.0003252.830177.025296.4013总永久作用=(1)+ (2)11036.7970.0008807.243479.306900.9634可变作用（汽车）公路级4904.316182.1113673.921304.754399.7095可变作用（汽车）冲击519.85719.304389.43632.30442.3696可变作用（人群）782.28615.971595.58635.02376.1647标准组合=(3)+(4)+(5)+(6)17243.256217.38613466.186851.3871419.2058短期组合=(3)+0.7(4)+(6)15252.104143.44911974.574727.6571256.9239极限组合=1.2(3)+1.4(4)+(5)+1.12(6)21714.160299.86816924.4471086.2741785.369 由上表我们可以看出：在各种作用效应组合中，都是极限组合值最大。因此，在接下来的截面配筋和应力验算部分，本设计都采用极限组合值的数据作为标准，其他梁都参照1号梁进行配筋。这样做是偏于安全的，可行的。第5章 预应力钢束数量估算及其布置5.1 预应力钢束数量的估算本设计采用后张法施工工艺，设计时应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求，即承载力、变形及应力等要求，在配筋设计时，要满足结构在正常使用极限状态下的应力要求和承载能力极限状态的强度要求5。以下就以跨中截面在各种作用效应组合下，分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算，并按这些估算的钢束数确定主梁的配筋数量。1.按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数：本设计按全预应力混凝土构件设计，按正常使用极限状态组合计算时，截面不允许出现拉应力。对于T形截面简支梁，当截面混凝土不出现拉应力控制时，则得到钢束数的估算公式n=（5.1）式中：Mk 使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值，按主梁作用应组合表取；C1 与荷载有关的经验系数，对于公路I级，C1 取用0.565； 一束7s 15.2钢绞线截面积，一根钢绞线的截面积是1.4cm2，故 Ap = 9.8 cm2； 大毛截面上核心距； 预应力钢束重心对大毛截面重心轴的偏心距，可预先假定，为梁高，。本设计采用的预应力钢绞线，标准强度为MPa，设计强度MPa，弹性模量Ep=MPa。（kNm），假设=15cm，则 =146.71-15=131.71cm 钢束数为n=2.按承载能力极限状态估算钢束数，根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度，应力图式呈矩形，同时预应力钢束也达到设计强度，钢束数的估算公式为（5.2）式中 Md 承载能力极限状态的跨中最大弯矩，按主梁作用应组合表取用； 经验系数，一般采用 0.75-0.77，本设计取用0.77；fpd 预应力钢绞线的设计强度，为1260Mpa 。则：=据上述两种极限状态所估算，取钢束数。5.2 预应力钢束的布置1.跨中截面及锚固端截面的钢束位置（1）在对跨中截面进行钢束布置时，应保证预留管道的要求，并使钢束的重心偏心距尽量大。本设计采用内径70mm，外径77mm的预埋金属波纹管，根据公预规9.1.1条规定，管道至梁底和梁侧净距不应小于30mm及管道半径的一半。根据公预规9.4.9条规定，直线管道的净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的0.6倍，在竖直方向两管道可重叠，跨中截面的细部构造如下图a所示，则钢束群重心至梁底距离为： a.跨中截面图 b.锚固端截面图图5.1 钢束布置图（尺寸单位：cm）（2） 为了方便操作，将所有钢束都锚固在梁端截面。对于锚固端截面，应使预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心，使截面均匀受压，而且要考虑锚具布置的可能性，以满足张拉操作方便的要求。在布置锚具时，应遵循均匀、分散的原则。锚具端截面布置的钢束如上图b所示，钢束群重心至梁底距离为：下面应对钢束群重心位置进行复核，首先需计算锚固端截面的几何特性。锚固端截面几何特性计算见表5.1。表5.1 锚固端截面几何特性计算表 分块名称分块面积分块面积形心至上缘离分块面积对上缘净距分块面积的自身惯距（）分块面积对截面形心的惯距翼板37507.52812570312.586.272790942327979735三角托211.2517.173626495.8576.612395221240018腹板11825122.5144856345550885-28.7397605075531139215786.25148031384531147其中：= 上核心距： 下核心距： 说明钢束群重心处于截面的核心范围内，见图5.2。图5.2 钢束群重心位置复核图（尺寸单位：cm）2.钢束起弯角度和线形的确定：在确定钢束起弯角度时，既要考虑到由预应力钢束弯起会产生足够的预剪力，又要考虑到所引起的摩擦预应力损失不宜过大。本设计预应力钢筋在跨中分为五排，N1、N10、N5、N6号钢筋弯起角度为7，其他钢筋弯起角度为15。为了简化计算和施工，所有钢束布置的线形均为直线加圆弧。3.钢束计算（1）计算钢束起弯点至跨中的距离：锚固点至支座中心的水平距离（见图5.3）。 图5.3 锚固端尺寸图（尺寸单位：mm）钢束计算图式见下图，钢束起弯点至跨中的距离见表5.2图5.4 钢束计算图式表5.2 钢束起弯点至跨中距离计算表 钢束号起弯高度 (cm) (cm)(cm)(cm)(cm)(cm)(cm)(cm)3，8185.025.9159.1100.096.615.04669.81208.61144.84，7153.025.9127.1100.096.615.03730.6965.61387.82，9113.025.987.1100.096.615.02556.7661.71691.75，681.012.268.8100.099.37.09231.91125.11225.71，1041.012.228.8100.099.37.03865.5471.11879.7上表中各参数的计算方法如下：为靠近锚固端直线长度，可根据需要自行设计，为钢束锚固点至钢束起弯点的竖直距离，如钢束计算图式，根据各量的几何关系，可分别计算如下： 式中 钢束弯起角度()； 计算跨径(cm)； 锚固点至支座中心线的水平距离(cm)。（2）控制截面的钢束重心位置计算各钢束重心位置计算：根据钢束计算图式所示的几何关系，当计算截面在曲线段时，计算公式为： ，当计算截面在近锚固点的直线段时，计算公式为： 式中 钢束在计算截面处钢束中心至梁底的距离； 钢束起弯前到梁底的距离； 钢束弯起半径； 圆弧段起弯点到计算点圆弧长度对应的圆心角。计算钢束群重心到梁底的距离，见表5.3。表5.3 各计算截面的钢束位置及钢束群重心位置截面钢束号x4Ra0aiap(cm)(cm)(cm)(cm)(cm)四分点3,818.5134669.7560.003964412529.66916.4004,7未弯起3730.6280117172,9未弯起2556.7190117175,6未弯起9231.88401991,10未弯起3865.5280199支点直线段yx5x5 tana0ai123.1813,81851532.1988.62725201.3734,71531532.1988.62717161.3732,91131532.1988.62717121.3735,681733.0854.062985.9381,1041733.0854.062945.938（2）钢束长度计算一根钢束的长度为曲线长度、直线长度与两端工作长度（270cm）之和，其中钢束曲线长度可按圆弧半径及起弯角度计算。通过每根钢束长度计算，就可以得到一片主梁和一孔桥所需钢束的总长度，用于备料和施工。计算结果见表5.4。表5.4 钢束长度计算表钢束号R钢束弯起角度曲线长度(cm) 直线长度x1直线长度L1有效长度钢束预留长度(cm)钢束长度(cm)(cm)(cm)(cm)2（S+x1+L1）(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)=(6)+(7)3,84669.75715.0001221.9201153.9951004951.830140.0005091.8304,73730.62915.000976.1811407.7701004967.902140.0005107.9022,92556.71915.000669.0081722.3201004982.656140.0005122.6565,69231.8847.0001127.3161250.6121004955.855140.0005095.8551,103865.5297.000472.0241909.5161004963.080140.0005103.080第6章 计算主梁截面几何特性主梁截面几何特性包括计算主梁净截面和换算截面的面积、惯性矩以及梁截面分别对重心轴、上梗肋与下梗肋的静距，最后列出截面特性值总表，为各受力阶段的应力验算准备计算依据。6.1截面面积及惯性矩计算1.在预加应力阶段，只需计算小毛截面的几何特性，计算公式如下：净截面面积（6.1）净截面惯性矩（6.2）跨中计算结果见表6.1。跨中计算结果见表6.2。表6.1 跨中截面面积和惯性矩计算表截面分块名称分块面积Ai分块面积重心至上缘距离yi分块面积对上缘净矩Si全截面重心到上缘距离ys分块面积的自身惯矩Iidi =ysyiIp= Aidi2I =Ii+Ip(cm2)(cm)(cm3)(cm)(cm4)(cm)(cm4)(cm4)b1=160cm净截面毛 截 面833795.560796731887.42645981749475225扣除管道面积-465221.100-102957略-132.966-8232890787169377457248299-7773073b1=250cm换算截面毛截面968783.29080687189.481662833536.19137134874549006钢束换算面积455221.100100755略-131.619789430510143907627662833538265653表6.2 支点翼缘全宽截面面积和惯性矩计算表截面分块名称分块面积Ai分块面积重心至上缘距离yi分块面积对上缘净矩Si全截面重心到上缘距离ys分块面积的自身惯矩Iidi =ysyiIp= Aidi2I =Ii+Ip(cm2)(cm)(cm3)(cm)(cm4)(cm)(cm4)(cm4)b1=160cm净截面毛 截 面142251031466569103.20719808060.10515671976185扣除管道面积-465100-46566略3.203-477613759142000371980806-4620b1=250cm换算截面毛截面1557594147668194.96832742370.14833883286158钢束换算面积45510045570略-5.041115821603015222518327423711921注：n=10，A =7.72/4=46.566(cm2)，=5.65 ，扣除管道面积= nA，钢束换算面积=(1) n2.换算截面几何特性计算（1）整体截面几何特性计算：在正常使用阶段需要计算大截面（结构整体化以后的截面，含湿接缝）的几何特性，计算公式如下：换算截面面积（6.3）换算截面惯性矩（6.4）其结果列于表6.1 6.2。式中： A ，I 分别为混凝土毛截面面积和惯矩；A， 分别为一根管道截面积和钢束截面积；， 分别为净截面和换算截面重心到主梁上缘的距离； 分别面积重心到主梁上缘的距离； n 计算面积内所含的管道（钢束）数； 钢束与混凝土的弹性模量比值，本设计=5.65。（2）有效分布宽度内截面几何特性计算：预应力混凝土梁在计算预应力引起的混凝土应力时，预加应力作为轴向力产生的应力按实际翼缘全宽计算，由预加力偏心引起的弯矩产生的应力按翼缘有效宽度计算。 根据公预规4.2.2条，对于T形截面受压区翼缘计算宽度，应取下列三者中的最小值： （主梁间距） 此处，为梁腹板宽度，为承托长度，为受压区翼板悬出板的厚度。本设计中由于，则，为承托根部厚度。故=由于实际截面宽度小于或等于有效分布宽度，即截面宽度没有折减，故截面的抗弯惯性矩也不需要折减，取全宽截面值。 6.2 截面静距计算预应力钢筋混凝土在张拉阶段和使用阶段都要产生剪应力，这两个阶段的剪应力应该叠加。在每一阶段中，凡是中性轴位置和面积突变处的剪应力，都需要计算。在张拉阶段和使用阶段应计算的截面如图所示。图6.1 跨中截面静距计算图（尺寸单位：cm）1.在张拉阶段，净截