预应力钢筋混凝土简支T型梁设计方案.doc

前 言公路桥梁交通是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。我国从“七五”开始，公路建设进入了高等级公路建设的新阶段，近几年随着公路等级的不断提高，路桥方面知识得到越来越多的应用，同时，各项规范也有了较大的变动，为掌握更多路桥方面知识，我选择了支井河大桥施工图设计这一课题。本次设计路段位于巴东县野三关镇支井河村. 它是根据设计任务书的要求和公路桥规的规定，选定装配式预应力T形截面简支梁桥，该类型的梁桥具有受力均匀、稳定，且对于小跨径单跨不产生负弯矩，施工简单且进度迅速等优点。设计内容包括拟定桥梁纵,横断面尺寸、上部结构计算，下部结构计算，施工组织管理与运营，施工图绘制,各结构配筋计算，书写计算说明书、编制设计文件这几项任务。在设计中，桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在施工及使用过程中恒载以及活载的作用力，采用整体的自重荷载集度进行恒载内力的计算。按照新规范公路I级车道荷载进行布置活载，并进行了梁的配筋计算，估算了钢绞线的各种预应力损失，并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度，正应力及主应力的验算。下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的墩柱，并分别对桥墩和桩基础进行了计算和验算。主要依据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D062-2004）,公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85、,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（简称预规）JTG D602004公路桥涵设计通用规范（简称通用规范）在本次设计过程中，新旧规范的交替，电脑制图的操作，都使我的设计工作一度陷入僵局。在指导老师*老师及本组其他组员的帮助下，才使的这次设计得以顺利完成。在此，对老师和同学们表示衷心的感谢。由于公路桥梁工程技术的不断进步，技术标准的不断更新，加之本人能力所限，设计过程中的错误和不足再所难免，敬请各位老师给予批评指正。第一部分 桥梁设计1. 概述1.1 设计题目 支井河大桥1140m装配式预应力混凝土T梁桥施工图设计.1.2工程概述支井河特大桥位于巴东县野三关镇支井河村一组，沪蓉国道主干线湖北省宜昌至恩施高速公路榔坪高坪段，桥梁中心桩号为K120+433.507，起点桩号为K120+170.037，终点桩号为K120+715.577，桥梁全长545.54米，主桥为1-430米钢管混凝土拱桥，横跨支井河峡谷，该峡谷两岸悬崖陡立，山顶高程1415米，河床高程660米，相对高差755米，谷底宽30米，地形复杂，施工条件极为困难。支井河特大桥地处构造侵蚀溶蚀峰丛槽谷中山区，地形上属于不对称“V”字型河谷岸坡，河谷东岸为陡缓相间的折线陡坡，河谷西岸下方为悬崖峭壁，崖肩高程845m，以上为40陡坡。大桥东桥头处于陡崖崖肩一带，西桥头则处于崖肩以上陡坡段。在高程660665m段为一深切河谷，河流总体流向由北向南，河谷谷底宽30m。支井河特大桥横跨支井河，该河水量丰富，为一常年性河流，河床宽约1530m，水量随季节变化大，调查最高洪水位远低于拟建桥面，对建桥无影响。支井河全长数十公里，流域面积大，总落差一千余米，平均坡降18%，年迳流量达亿立方米。1.3技术标准及技术规范1.3.1技术标准公路等级：高速公路。设计行车速度：110公里/小时。路基宽度： 24.5米。设计荷载：公路I级。设计洪水频率： 1/300。地震烈度：VI度，按VII度设防。1.3.2技术规范：(1)中华人民共和国交通部部标准公路工程技术标准(JTJ 001-97) (2)中华人民共和国交通部部标准公路工程抗震设计规范(JTJ 004-89) (3)中华人民共和国交通部部标准公路桥涵设计通用规范(JTJ 021-89) (4)中华人民共和国交通部部标准公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ 022-85)(5)中华人民共和国交通部部标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 023-85)(6)中华人民共和国交通部部标准公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85)(7)中华人民共和国交通部部标准公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000) 1.3.3设计依据(1)关于上海至成都国道主干线湖北省宜昌至恩施公路初步设计的批复，交公路发2004271号。(2)支井河大桥初步设计文件(3)支井河大桥工程地质详勘报告。（湖北省神龙地质工程勘察院编）(4)支井河大桥西岸岩基变形稳定性研究报告（武汉大学水利水电学院编）(5)支井河特大桥技术设计文件1.4设计资料1.4.1主要材料1混凝土：预应力钢筋混凝土主梁：C50；盖梁采用C40混凝土；墩柱采用C30混凝土，基桩、承台、台身采用C25混凝土，预应力钢筋混凝土容重=25 KN/m，混凝土容重=24 KN/m，沥青混凝土容重=23 KN/m。2预应力钢筋：混凝土用预应力均采用按ASTMA 416-97a标准生产的低松弛270级钢绞线，公称直径15.24mm，公称截面积140mm2，标准强度1860Mpa，弹性模量为1.95105Mpa，松弛率3.5%。3普通钢筋：钢筋直径12mm者，采用级热轧螺纹钢筋，其性能应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB1499-98的规定；直径12mm者，采用级钢筋，其性能应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-91的规定。1.4.2上部结构：桥面系的尺寸自定或参照标准图。1.4.3下部结构桥墩：采用桩柱式桥墩。桥台：采用桩柱式桥台。支座：板式橡胶支座，尺寸：0.0470.300.50（m），其摩擦系数f=0.05，摆动支座的最小摩擦系数可取为f=0.03，一般情况为f=0.05。1.5工程地质条件1.5.1地形地貌支井河特大桥地处构造侵蚀溶蚀峰丛峡谷低中山区，山顶高程为1415m，河床高程660m，相对高差755m，地形上属不对称“V”字型峡谷，两岸地形变化极为复杂，谷深陡坡、悬崖连绵，整体呈现纵坡陡峻、横坡起伏变化、切割强烈的幽谷地貌景观。东岸沿桥轴线为陡缓相间的折线陡坡，桥面下方斜坡由下至上坡度变化为453020456473，桥面上方坡度为42陡坡，仅在760810m高程为缓坡带，拱座及桥台位于6473急陡坡及陡崖地段，平面投影范围对应的地面高程850888m。西岸下方为悬崖峭壁，崖肩高程855m，以上为40陡坡，拱座位于崖肩以上地带，平面投影范围对应的地面高程887904m。在高程660665m段为深切河谷，河流总体由北流向南，河谷谷底宽30m。1.5.2 地基土工程地质特征桥址区分布地层较简单，根据岩性成分的工程地质特征及工程使用意义分为两大层，其工程地质特征分述如下：残坡积碎石土（Qel+dl）：松散中密状，中等低压缩性，属性质不均一的松散岩类，强度低。推荐承载力0=200250kPa，极限摩阻力i=5070kPa。由于分布有限、厚度小，实际无工程使用意义。 -1强风化灰岩（T1d2）：薄层状碎裂结构岩体，整体性较差，裂隙发育且充填软弱粘性土，属各向差异性大的不均质岩类，结构及强度较差。推荐承载力0=500kPa，极限摩阻力i=120kPa。由于分布有限、厚度小，基本无实际工程基础使用意义。-2弱风化灰岩（T1d2）：薄层中厚层状构造，层理较清晰，为层状碎块结构岩体，岩石较完整完整，性质坚硬，节理裂隙较发育，多为方解石充填呈闭合状，少量微张充填泥质。岩芯多呈短中长柱状。岩石天然抗压强度31.134.6MPa，饱和抗压强度26.2MPa，承载力0=20002300kPa。-3微风化灰岩（T1d2）：薄层中厚层状构造，层理较清晰，为层状块体结构岩体，岩石完整，性质坚硬，节理裂隙较发育，为方解石充填呈闭合状，岩芯多呈长柱状。岩石天然抗压强度37.964.2MPa，平均饱和抗压强度37.1MPa，推荐承载力0=25002600kPa。1.5.3水文地质条件(1)地表水支井河特大桥跨越的支井河，全长数十公里，流域面积大，总落差1000余米，平均坡降18%，年迳流量达亿立方米，为一常年性河流。河床宽30m，水量随季节变化大，调查最高洪水位高出河床约3m，远低于拟建桥面，对拱桥无影响。但施工中架设过河临时设施，必须考虑山洪及其搬运物质的冲击破坏作用，应采取防洪、防冲击措施。(2)地下水水质据支井河水水质分析成果：PH值8.24，硬度111.9mg/l，矿化度169.98mg/l，水化学类型为HCO3Ca型，属中性微硬淡水。参照公路工程地质勘察规范（JTJ064-98）结合区域水文地质条件综合判断，桥址区地表水、地下水水质均较好，对混凝土无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。1.5.4 地震根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）及中国地震局地震研究所沪蓉国道主干线湖北省宜昌恩施公路工程场地地震安全性评价报告的划分，桥址区隶属我国大陆地震活动较弱的华中地震区江汉地震带秭归渔洋关地震亚带，该区地震活动微弱，历史上无中强地震记载，地震动峰值加速度为0.05g、地震动反应谱特征周期为0.35s (地震基本烈度6度)。2方案比选及桥梁纵断面、横断面设计及平面布置2.1.桥型方案比选2.1.1桥梁总体规划原则桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则（1） 适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。（2） 舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。（3） 经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。（4） 先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。（5） 美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。2.1.2方案比选方案比选应完成以下内容：（1）确定桥孔孔径。根据桥位附近的地形、水文等资料，确定一河一桥或一河多桥的可靠桥位，接着进行桥孔布设，确定桥长，如需要约束桥孔，则应根据公路桥规的要求计算冲刷系数，且不能超过规定的容许值。（2）初拟桥梁图式。拟定方案比选阶段的桥梁图式时，要满足必需的孔径要求，可暂不管经济、美观与否。初拟方案时，通常先考虑主孔要求，再考虑边孔或引桥，能用标准跨度时，宜优先考虑采用定型图，桥长不大时，往往不分正桥和引桥，而是统筹全长来设计。（3）方案评比和优选各方案在评比时，应注意他们的评比条件应力相同，例如桥梁全长应接近，桥面与桥头引线的标高是否一致，冲刷线下的基础埋深要相同。方案评比的主要内容是：材料（造价）；施工设备和能力；工期；养护和维修运营；修复抗震性能（若桥址位于地震区）航运和跨线条件；美观。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。方案比选表比较项目第一方案第二方案第三方案主桥跨桥型预应力混凝土连续梁预应力混凝土简支梁梁拱组合桥主桥跨结构特点预应力混凝土连续梁桥在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力。结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构，整体性好，刚度较大，变性较小。受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力。结构造型灵活，整体性好，刚度较大，软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力建筑造型侧面上看线条明晰，与当地的地形配合，显得美观大方跨径一般，线条明晰，但比较单调，与景观配合很不协调。跨径较大，线条非常美，与环境和谐，增加了城市的景观养护维修量小小较大设计技术水平经验较丰富，国内先进水平经验丰富，国内先进水平经验一般，国内一般水平施工技术满堂支架法：结构不发生体系转换，不引起恒载徐变二次矩，预应力筋可以一次布置，集中张拉等优点。施工难度一般预制T型构件，运至施工地点，采用混凝土现浇，将T型梁连接，其特点外型简单、制造方便，整体性好转体施工法：对周围的影响较小，将结构分开建造，再最后合拢，可加快工期，是近十年来新兴的施工方法，施工难度较大工 期较 短较短较 长综上所述，简支梁受力明确，受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化、可明显缩短工期。再结合所选地区的地质和地形情况。本次设计选用预应力混凝土简支梁桥作本桥的桥梁形式，并采用装配式设计。2.1.3、梁部截面形式梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。简支组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。但从桥下看,景观效果稍差。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。但桥面板需现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长。但美观较差，并且徐变变形大，对于无缝线路整体道床轨道结构形式来说，存在着后期维修养护工作量大的缺点。槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快，工期较短。相比之下，T型梁构造较快，跨径较长，且施工技术成熟，造价较低。因此，结合工程特点和施工条件，选择T型梁。2.1.4、桥墩方案比选桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，适用于地基良好的桥梁。重力式桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，街面尺寸及体积较大，外形粗壮，很少应用于城市桥梁。空心桥墩适用于桥长而谷深的桥梁，这样可减少很大的圬工。柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好。轻型桥墩适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长不大于20m）的公路桥梁。轻型桥墩可减少圬工材料，获得较好的经济效益。在地质不良地段、路基稳定不能保证时，不宜采用轻型桥墩。拼装式桥墩可提高施工质量、缩短施工周期、减轻劳动强度，使桥梁建设向结构轻型化、制造工厂化及施工机械化发展。适用于交通较为方便、同类桥墩数量多的长大干线中的中小跨度桥梁工点。由上面的解释可知，柱式桥墩是最合适的墩型，所以选择柱式桥墩。2.2.桥梁纵断面、横断面设计及平面布置2.2.1 桥梁纵断面设计 桥梁纵断面设计包括确定梁桥的总跨径、桥梁的分孔、桥道的标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础埋置深度。对于一般跨河桥梁，总跨径可参照水文计算确定。桥梁的总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。另一方面，根据河床土壤的性质和基础的埋置情况，设计者应视河床的允许冲刷深度，适当缩短桥梁的总长度，以节约总长度。桥梁的分孔，对于一般较长的桥梁，应当分成几孔，各孔的跨径应该多大，这不仅影响到使用效果、施工难易等，并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。最经济的分孔方式就是使上下部结构的总造价趋于最低。该桥跨径40m，共11孔，全长440m。2.2.2 横断面布置2.2.2.1 主梁间距与主梁片数 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，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。故本设计主梁翼板宽度为2000mm，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（上翼板宽度1980mm）和运营阶段的大截面（上翼板宽度2000mm）。桥宽为净11.5+20.25，桥梁横向布置选用六片主梁2.2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定（1）主梁高度预应力混凝土简支梁的主梁高度与其跨径之比通常在1/15-1/25之间，标准设计中高跨比约在1/18-1/19。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的用量，同时梁高加大一般是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计中取用2000mm的主梁高是比较合适的。（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抗压强度的要求。本设计预制T梁的翼板厚度取用160mm，翼板根部加厚到260mm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要求出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。本设计取腹板厚度为240mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，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，一层最多排三束，同时“公预归”第9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄的宽度为660，高度200，马蹄与腹板交接处做三角过渡，高度为240，以减小局部应力。按照以上拟定的外形尺寸，就可以绘出预制梁的跨中截面布置图（如图2-2所示）（3）恒截面沿跨长的变化本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点附近开始向支点逐渐抬高。梁端局部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，同时也为布置锚具的需要，在距梁端7000范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。“公预归”第9.3.3条规定，当腹板宽度有变化时，其过渡段长度不宜小于12倍腹板宽度差。因此变化点（腹板开始加厚处）到支点的距离为6600。（4） 横隔梁的设置模型试验结果表明，主梁在荷载作用位置的弯矩横向分布，在当该位置有横隔梁时比较均匀，否则主梁弯矩较大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在桥跨三分点、六分点和支座处共设置六道横隔梁，其间距为6.49m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部160，下部140；中横隔梁高度为1640。 2.2.2.3其他分配方法采用后张法，再吊装，各板块之间有2cm企口缝，采用C50混凝土，全桥由6片预制T梁拼装而成。 桥面铺装：采用612cm厚的沥青混凝土铺装层形成，桥面铺装横坡2.0%。桥面采用连续桥面，采用钢板伸缩缝，钢板通过预埋钢筋锚固在桥面板或桥台上。泄水管采用直径12mm的铸铁管，每两段设一泄水孔，且在全桥两侧对称布置，其纵向间距根据降水资料另行计算。2.2.3 桥梁平面布置桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳的通过。高速公路和一级公路上的大中桥，以及各级公路上的小桥的线形一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设规定。两岸地形不受限制，线形取与河岸正交。设计荷载取公路-I级，桥梁宽度取净11.520.25m。2.2.4 桥面构造及主要尺寸3. 桥梁上部结构计算 3.1. 设计资料3.1.1.资料.跨径：标准跨径：L0=40m，计算跨径：L=39.16m，主梁全长39.96m；.荷载：公路-I级；桥面净空：净11.520.25m .材料：混凝土：主梁用C50混凝土，桥面铺装和栏杆等用C25混凝土；普通钢筋：直径大于和等于12mm的采用HRB335热轧螺纹钢筋，直径小12mm的均用R235级热轧光圆钢筋；预应力钢筋采用ASTM416-87a级15.24低松弛钢绞线。表3-1 基本数据表名称项目符号单位数据混凝土立方强度RMPa50弹性模量MPa3.4510轴心抗压标准强度fMPa32.4抗拉标准强度fMPa2.65轴心抗压设计强度fMPa22.4抗拉设计强度ftdMPa1.83预施应力阶段极限压应力0.75fckMPa24极限拉应力0.7ftkMPa1.86使用荷载作用阶段极限压应力0.5fckMPa16.2极限主压应力0.6fckMPa19.44极限主拉应力0.8ftkMPa2.12钢绞线标准强度fpkMPa1860弹性模量MPa1.9510抗拉设计强度fpdMPa1488最大控制应力0.75fpkMPa1395使用荷载作用阶段极限应力0.7fpkMPa1302材料容重钢筋混凝土1KN/m25沥青混凝土2KN/m23钢绞线3KN/m78.5名称项目符号单位数据材料容重钢束与混凝土弹性模量比EP无量纲5.65 3.1.2 截面惯矩的计算计算跨中各截面的几何性质将主梁跨中截面划分成五个规则的小单元，截面几何特性列表计算见表32截面面积： Ac=截面重心至构件上缘的距离：ycs=666.4m截面重心至构件下缘的距离：ycx1333.6mm截面惯性矩：Jc=0.39751012mm4检验截面效率指标上核心距： Ks=I/A ycx =0.39751012/0.89161061333.6=334.3mm下核心距：Kx=I/A ycs =0.39751012/0.8916106666.4=669.0mm截面效率指标：(Ks + Kx）/h=(334.3+669)/2000=0.5020.5表明以上初拟的跨中截面尺寸时合理的。表32 跨中截面的几何特性表分块名称分块面积Ai(cm2)105分块面积形心至上缘的距离yi(cm)分块面积对上缘静矩（cm4）107分块面积的自身惯矩Ii(cm4)107di=yi-ys(cm)分块面积对截面积形心的惯矩Ix=Aidi2(cm4)1011I=Ii+Ix1011(1)(2)(3)=(1) (2)（4）（5）（6）（1）（5）2（7）（4）+（6）13.168802.53467.584586.41.0891.08920.4580+100/3113.30.512.5553.10.1380.13832.95280+82090026.5686616.48233.60.2610.26440.28880+1640-240/3=16404.7239.216973.60.3730.37351.32190025.08441233.62.1092.1118.91659.4153.9753.1.3恒载内力恒载：假定桥面构造各部分重量平均分配给各主梁承担表33 预应力钢筋混凝土T型梁结构自重集度预制段g1主梁A=0.8916m2g11=0. 891625=22.29kN/m边横隔梁A=2.1244m2g12=(0.3182/2)725/39.96=0.696kN/m中横隔梁g12=20.6961.393 kN/m现浇段g2边梁处湿接缝g20.020.1625=0.08kN/m中梁处湿接缝g2=0.16 kN/m后期恒载g3桥面铺装g31=0.0211.5023+(0.06+0.175)/211.5024/6=6.287 kN/m栏杆g32=52/6=1.667kN/m合计边主梁g1=g11+g12=23 kN/mg2=0.08 kN/mg3g31+g327.95kN/m合计中主梁g1=g11+g12=23.68kN/mg2=0.16kN/mg3g31+g327.95 kN/m结构自重内力计算表34 边主梁恒载内力计算结果截面位置距支点截面的距离(m)预制段自重现浇段自重二期恒载合计MG1KVG1KMG2KVG2KMG3KVG3KMV跨中截面19.984590.810.0015.970.001588.820.006195.610.001/4截面9.993443.11229.7711.980.81191.6279.424646.71309.99变化点72653.28298.549.231.04918.27103.193580.81402.77支点0.000.00459.540.001.600.00158.840.00619.98表 35 中主梁恒载内力计算结果截面位置距支点截面的距离(m)预制段自重现浇段自重二期恒载合计MG1KVG1KMG2KVG2KMG3KVG3KMV跨中截面19.984726.530.0031.940.001588.820.006347.270.001/4截面9.993544.87236.5623.951.601191.6179.424760.41317.58变化点727317230737184620891827103.193668.51412.64支点0.000.00473.130.003.200.00158.840.00635.17（注）：计算梁的弯矩和剪力值计算 计算公式为：M(X)= g.L.x/2- g.x2/2 Q(X)= g.L/2- g.x x为距左支点的距离3.1.4活载内力的计算3.1.4.1 冲击系数的计算按桥规第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： 式中：结构的计算跨径（），l34.16 E结构材料的弹性模量（），E3.25104（） 结构跨中处的单位长度质量（），0.3929结构跨中处延米结构重力（） 重力加速度，9.81结构跨中截面的截面惯性矩。简支梁桥：19.56/9.812.0103KS3/m2代入公式：得：当f2为窄桥， 故可按偏心压力法计算横向分布系数。由图知：a1=5; a2=3;a3=1; a4=-1;a5=-3a6=-5; e1=5; e2=3;e3=1; e4=-1;e5=-3e6=-5;ai2=52+32+12+(-1)2+(-3)2+(-52)=70则各梁横向影响线的竖标值为：由公式1号梁（见图34）：11=1/6+55/70=0.52416=1/6-55/70=-0.192号梁（见图3-5）：22=1/6+33/70=0.29525=1/6-33/70=0.0383号梁（见图3-6）：31=1/6+11/70=0.23836=1/6-11/70=0.095绘制荷载横向分布影响线如图示，并按最不利位置布载1号梁：mcq=1/2(0.542+0.413+0.320+0.192+0.099-0.029)=0.7595 2号梁：mcq=1/2(0.391+0.314+0.259+0.181+0.126+0.049)=0.6600 3号梁：mcq=1/2(0.243+0.204+0.176+0.137+0.109+0.007)=0.4700 b.当荷载位于支点时，按杠杆原理法计算绘制1号梁，2号梁，3号梁的荷载横向分布系数影响线，如图3-7，按桥规在横向影响线上确定的最不利荷载布置位置1号梁： moq=1/2(1.125+0.225)=0.675 2号梁: moq=1/220.55=0.55 3号梁 moq=1/2(0.675+0.675)=0.675c.荷载横向分布系数汇总见表3-7表3-7 荷载横向分布系数梁号荷载位置公路-I级备注1号梁跨中mc0.76按刚性横梁法支点mo0.68按杠杆原理法2号梁跨中mc0.66按刚性横梁法支点mo0.55按杠杆原理法3号梁跨中mc0.47按刚性横梁法支点mo0.68按杠杆原理法 d.荷载横向分布系数m沿桥跨的变化用杠杆原理法确定出位于支点处的荷载横向分布系数以mo表示，用刚性横梁法确定出位于跨中的荷载横向分布系数以mc表示，其它位置的荷载横向分布系数可用过渡的近似处理方法来确定。据桥规在横向影响线上确定最不利荷载位置则：延桥跨方向和在横向分布系数的变化（见图3-8）e车道荷载的取值按桥规4.3.1条，公路I级的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk为：qk10.5 kN/m计算弯矩时Pk316.64 kNf比较边梁1号梁与中梁2号梁，3号梁的Ms1号梁 1.1460.80.76（316.649.79+10.50.59.7939.16）3559.97kN mMs=(MG1k+ MG2k+ MG3k)+ 0.7MQ1k/(1+v) =3559.97+0.76195.6/1.146=8370.1 kN m表3-8 各梁的Ms值 梁号边梁1号梁3559.976195.68370.1中主梁2号梁3093.596347.38236.93号梁2203.16347.37693.0则由表知1号梁Ms最大，则以1号梁控制设计。g各截面的最大弯矩和剪力计算荷载内力在活载内力计算中，对于横向分布系数的取值作如下考虑：计算主梁活载弯矩时，采用全跨统一的横向分布系数mc，由于跨中和四分点的剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变的mc来计算。求支点和变化点截面活载剪力时，由于主要荷载集中在支点附近应考虑支承条件的影响，即从桥支点到L/4之间，横向分布系数用m0和mc内插，其余区段均取mc值 计算跨中截面最大弯矩和最大剪力(见图3-9)采用以下公式: Mmax=1/8 mcql Vmax=1/8 mcql 式中: -车辆冲击系数 -车道折减系数 mc-主梁荷载横向分布系数 y-沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线最大值 -影响线为正的处的面积 表3-9 跨中内力计算表荷载类别汽车荷载1+1.146最大弯矩(1+)mc (1/8ql+1/4Pkl)3885.6相应剪力132.38最大剪力175.35相应弯矩2861.12 计算四分点截面最大弯矩和最大剪力(见图310) 表3-10 四分点内力计算表荷载类别汽车荷载1+1.146最大弯矩(1+)mc (1/8ql+1/4Pkl)2671.88相应剪力285.83最大剪力296.59相应弯矩2420.1 计算变化点截面最大弯矩和最大剪力(见图311)表3-11变化点内力计算表 荷载类别汽车荷载1+1.146最大弯矩(1+)mc (1/8ql+1/4Pkl)1976.31相应剪力336.7最大剪力341.6相应弯矩1870.11 计算支点截面最大弯矩和最大剪力(见图311)表3-11 支点内力计算 荷载类别汽车荷载1+1.146最大弯矩(1+)mc (1/8ql+1/4Pkl)0.00相应剪力407.93最大剪力407.93相应弯矩0.003.2.主梁内力计算根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过活载作用下梁桥荷载横向分布计算，可分别求得主梁各控制截面（一般取跨中、四分点、变化点和支点截面）的恒载和最大活载内力，然后再进行主梁内力组合。根据“桥规”第4.1.5 条：公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。3.2.1 承载能力极限状态作用效应组合永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：式中：承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值； 结构重要性系数，按“桥规”1.0.9 规定的结构设计安全等级采用，取1.0； 第个永久作用效应的分项系数，按“桥规”4.1.6 的规定采用1.2； 第个永久作用效应的标准值； 汽车荷载效应的分项系数，取1.4； 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值； 在作用效应组合中除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第个可变作用效应的分享系数，取1.4； 在作用效应组合中除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外其他第个可变作用效应的标准值； 在作用效应组合中除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外其他可变作用效应的组合系数，本设计人群荷载的组合系数0.8。3.2.2正常使用极限状态作用效应组合（1）作用短期效应组合。永久作用标准值与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为： 作用短期效应组合设计值； 第个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击系数）0.7 第个可变作用的频遇值。（2） 作用长期效应组合。永久作用标准值与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为： 作用短期效应组合设计值； 第个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击系数）0.4 第个可变作用的准永久值。 表3-12 荷载组合计算表 荷载组合跨中四分点支点基本组合Sd最大弯矩Md12874.569316.670V185.33772.151315.08最大剪力Vd245.49787.211315.0811440.298964.196417.280.00短期组合Ss最大弯矩Ms8569.716279.220.00V80.88484.63869.23最大剪力Vs107.14491.21869.23M7943.146125.380.00长期组合Sl最大弯矩Ml8551.675579.190.00V46.23409.75762.35最大剪力Vl61.20413.50762.35M7194.135491.320.00Md=1.2(MG1k+ MG2k+ MG3k)+ 1.4MQ1k Vd=1.2(VG1k+ VG2k+ VG3k)+1.4VQ1k Ms=MG1k+ MG2k+ MG3k)+ 0.7MQ1k/(1+v) Ml=MG1k+ MG2k+ MG3k)+ 0.4(MQ1k/(1+v) 3.3.预应力钢束的计算及钢束布置3.3.1跨中截面钢束的估算和确定根据跨中截面正截面抗裂要求,确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需有效预加力 Ms 短期效应组合设计值,由上表查的8569.71KN.mep 预应力钢筋重心至毛截面重心的距离, ep =ycx-ap假设，由此得到：拟采用钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积，抗拉强度标准值，张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制应力的20估算。所需的预应力钢绞线的根数为：，取48根。. 预应力钢束布置 跨中截面及锚固端截面的钢束布置 采用4束10s15.2预应力钢绞线束,则预应力钢筋的截面面积Ap=48139=66722采用HVM15-8型锚具,内径70mm,外径77mm的预留铁皮波纹管，预应力筋束的横截面布置如图3-12所示:对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群重心到截面形心的偏心距大些，本设计采用内径70mm，外径77mm的预埋铁皮波纹管，根据“公预规”9.4.9条规定，直线管道的净距不应小于40mm，至梁底净距不应小于50mm，至梁恻的净距不应小于3.5cm，细部构造见图3-11，由此可直接得出钢束群重心至梁底的距离为： 锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：一是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；二是考虑锚头布置的可能性，以满足张拉操作方便的要求。按照上述锚头布置“均匀”、“分散”原则，锚固端截面的钢束布置（如图3-12）所示。 预应力钢筋采用抛物线形式弯起，抛物线方程，弯起角度，弯起点距跨中的距离及曲线水平长度如表表313 预应力钢筋弯起方程弯起点距跨中的距离及曲线水平长度 曲线编号曲线方程起弯点距跨中的距离曲线水平长度1Y1=250+4.0610-6X20198002Y=150+5.0110-6X24000158003，4Y=150+6.3910-6X2133006500表314 各计算截面预应力钢束的位置和倾角计算截面及与跨中距离(mm)钢束到梁底距离(mm)钢束与水平线夹角( )累计角度( )1号束2号束3、4