预应力空心板桥设计计算书(上部1).doc

桦皮河桥设计计算书 1第一部分 上部结构一 设计资料1跨径（1）标准跨径14.00m （墩中心距离）（2）计算跨径13.60m， （支座中心线距离）2桥面净空： 净9m+21.0m3设计荷载： 汽车荷载 公路II级荷载4材料（1）预应力钢绞线：预应力钢绞线，其技术指标见表1。 表1种类直径弹性模量（Ep）抗拉强设计值（）抗压强设计值（）标准强度（）15.21.9510MPa1260MPa390MPa1860MPa（2）非预应力钢筋：级钢筋和级螺纹钢筋，其技术指标见表2。 表2种类弹性模量（Es）抗拉强设计值（）抗压强度设计值（）标准强度（）HRB335（MPa）2.010280280335（3）混凝土：空心板、铰缝、桥面混凝土铺装层为C50；栏杆为C30；桥面铺装层为沥青混凝土铺装（8cm），混凝土铺装（10cm）。混凝土技术指标见表3。 混凝土技术指标 表3种类设计强度标准强度弹性模量（Ec）轴心抗压（）轴心抗拉（）轴心抗压（）轴心抗拉（）C30（MPa）13.81.3920.12.013.010C50（MPa）22.418.332.42.653.4510 8.设计依据：（1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），简称（桥规）；（2）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）混凝土简支梁板桥易建国，人民交通出版社，2004年；（4）桥梁工程范立础，人民交通出版社，2001年；（5）城市桥梁荷载设计标准（CTJ -97）；（6）桥梁工程李自林主编，人民交通出版社，2007年；（7）结构设计原理叶见曙主编，人民交通出版社，2005年。二 构造型式及尺寸选定本桥桥面净空为净9m+21.0m，全桥采用10块C50的预制预应力混凝土空心板，空心板中板宽109cm，高70 cm，边板宽109.5cm。 采用先张法施工工艺，预应力钢筋采用17股钢绞线。全桥空心板横断面布置如图1，每块空心板截面及构造尺寸见图2。 图2边板与中板横断面图（尺寸单位：cm）三 毛截面几何特征 (一)中板截面几何特征1毛截面面积 2毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静距： 铰缝的面积：则毛截面重心距板高1/2处的距离为：（向下）3毛截面对其重心的惯性矩 4.截面的抗扭刚度 截面的抗扭刚度可以简化为图3的单箱截面来近似计算：抗扭刚度5截面效率指标计算 上核心距： 下核心距： 效率指标： （值在0.45-0.5以上）(二)边板截面几何特征1.毛截面面积2毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静距： 铰缝的面积：则毛截面重心距板高1/2处的距离为：（向下）3毛截面对其重心的惯性矩 4.截面的抗扭刚度 截面的抗扭刚度可以简化为图4的单箱截面来近似计算：5.截面效率指标计算 上核心距： 下核心距： 效率指标： （值在0.45-0.5以上）四 作用效应计算（一）永久作用效应计算1.中板永久作用效应计算（1）空心板自重（第一阶段结构自重）（2）桥面系自重（第二阶段结构自重）栏杆重力单侧按桥面铺装层为沥青混凝土铺装（8cm），混凝土铺装（10cm）则：（3）饺缝自重（第二阶段结构自重）由此可知中板每延米总重力g为2.边板永久作用效应计算（1）空心板自重（第一阶段结构自重）（2）桥面系自重（第二阶段结构自重）（3）饺缝自重（第二阶段结构自重）由此可知边板每延米总重力g为根据恒载集度计算所得永久作用效应汇总见表4 永久作用效应汇总表 表4作用g(kN/m)L(m)M(kN.m)Q(kN)跨中（gl）跨（gl）支点（gl）跨（gl）中板18.62613.60430.633322.974126.65663.328边板18.50113.60427.743320.807125.80662.903（二）可变作用效应计算本桥汽车荷载采用公路II级荷载，其中：均布荷载 集中荷载 当计算剪力时： 按桥规车道荷载的均布荷载应满足于使结构产生最不利效应的影响线上，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。多车道桥梁上还应该考虑多车道折减，双车道折减系数=1，三车道折减系数=0.78。1.汽车荷载 空心板跨中和处的荷载横向分布系数按铰接钣法计算，支点出按杠杆原 理法计算。支点至处的荷载横向分布系数按直线内插求得。（1）跨中及处的荷载横向分布系数计算空心板刚度参数的计算： 由前面计算知：l=1360(cm); b=110(cm)；; ； 将以上数据代入得： 根据所求刚度参数查表求的各板横向分布影响线坐标见表5各板横向分布影响线坐标值 表5 作用位置 板号123456789101228.7188.6144.5110.985.867.453.84539.136.22188.6184.6155119.492.572.257.747.94239.13144.5155159.5136.5105.882.866.355.647.9454110.9119.4136.5145.9127.7100.080.766.357.753.8585.892.5105.8127.71401124.8100.082.872.267.4各板横向分布影响线及横向最不利布载见图5 （a:三行车） 图5则各板的横向分布系数计算如下：1号板：三行汽车：两行汽车：人群： 2号板：三行汽车：两行汽车：人群： 3号板：三行汽车：两行汽车：人群： 4号板：三行汽车：两行汽车：人群： 5号板：三行汽车：两行汽车：人群： （2）支点处荷载横向分布系数支点处荷载横向分布系数按杠杆法进行计算，计算图见图6。（1）号板（尺寸单位：cm）（2-5）号板(尺寸单位：cm)（图6 支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图）（3）支点到处的荷载横向分布系数按直线内插法求得。2.汽车荷载冲击系数计算（取边梁计算） 桥规规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。按结构基频的不同而不同，对于简支板桥： 式中为结构跨中处的单位长度质量即当1.5时，；当14时，；当1.514， 。由前面的计算知，,代入上式得： 当1.514， ；则3、可变作用效应计算（1）车道荷载计算计算车道荷载引起的空心板跨中及和截面的效应（弯矩和剪力）时；处均布荷载应满足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。跨中截面弯矩和剪力计算（见图7）1号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载： 不计冲击系数 （图7跨中截面内力影响线及加载图）计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数2号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数3号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数4号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数5号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数截面弯矩和剪力计算（见图8） （图8 截面内力影响线及加载图）1号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数2号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数3号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数4号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数5号板计算：弯矩： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数支点截面剪力计算1号板剪力计算（见图8） （图8 1号板支点截面剪力计算简图）剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数 计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数人群：2号板剪力计算（见图9）剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）（图9 2号板支点截面剪力计算简图）两行车道荷载：不计冲击系数 计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数人群：3号板剪力计算（见图10）剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数（图10 3号板支点截面剪力计算简图）计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数人群：4号板剪力计算（见图11）（图11 4号板支点截面剪力计算简图）剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数 计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数人群：5号板剪力计算（见图12）（图12 5号板支点截面剪力计算简图）剪力： （不计冲击系数）（计入冲击系数）两行车道荷载：不计冲击系数 计入冲击系数三行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数人群：将以上各可变作用汇总于表7中 （表7）弯矩剪力跨中1/4跨跨中1/4跨支点1人群55.49 41.61 18.11 41.45 9.41 两车道荷载不记冲击系数217.71 163.334.0653.3227.71计入冲击系数282.52211.4744.1969.1835.96三车道荷载不记冲击系数201.1150.8231.4541.5932.58 计入冲击系数260.92195.6940.8253.9642.2762人群47.3835.5317.5140.118.813两车道荷载不记冲击系数223.21167.434.9254.65145.17计入冲击系数289.61217.245.370.91188.36三车道荷载不记冲击系数207.49155.6232.4650.81144.707计入冲击系数269.23201.9242.03 65.92148.333人群39.2929.4616.9238.77 8.218两车道荷载不记冲击系数225.031168.7735.255.1142.254计入冲击系数291.97218.9845.6771.49184.574三车道荷载不记冲击系数213.89160.4233.4652.37114.99计入冲击系数277.52208.1443.4167.95149.1994人群34.1525.6116.5437.92 7.84两车道荷载不记冲击系数216.37162.2833.8552.98144.872计入冲击系数280.74210.5543.92 68.74187.971三车道荷载不记冲击系数218.87164.1534.2453.59115.209计入冲击系数283.92212.9844.4269.53149.4845人群31.7523.8216.3637.537.647 两车道荷载不记冲击系数213.99159.7533.3252.16144.724 计入冲击系数276.37207.2843.2367.67187.779三车道荷载不记冲击系数221.78166.3334.6954.31 115.32 计入冲击系数287.76215.8245.0170.46 149.635 （三）作用效应组合按桥规公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用于不同的计算项目。按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为：式中： -结构重要性系数，本桥安全等级为一，则；-效应组合设计值；-永久作用效应标准值；-汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值；-人群荷载效应的标准值；按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：作用短期效应组合表达式： 式中： -作用短期效应组合设计值； -不计冲击的汽车荷载效应标准值；作用长期效应组合表达式：式中： -作用长短期效应组合设计值； 桥规还规定当结构构件需要进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为：根据计算所得作用效应，现将计算汇总于表8与表9中： 空心板边板作用效应组合计算表 （表8）序号作用种类弯距M(KN.m)剪力V(KN)跨中l/4跨中l/4支点作用效应标准值永久作用效应298.36223.77087.75443.877129.3897.03038.0519.03=+（）427.743320.207062.903125.806可变作用效应车道荷载217.74163.334.0653.3232.58282.52211.4744.1969.1842.276承载能力极限值基本组合 （1）513.29384.97075.48150.97 （2）304.84228.6247.6874.6445.61+人880.28660.1967.96196.54207.11正常使用极限状态作用短期效应组合 （3）427.743320.807062.903125.806 （4）152.418114.3123.84237.32422.806+人635.65476.7341.95141.68158.022使用长期效应组合 （5）427.743320.807062.903125.866 （6）87.90665.3213.62421.32813.032=（5）+（6）+人537.035402.77120.868100.811142.662弹性截面应力计算标准值效应组合S （7）427.743320.807062.903125.806 （8）217.74163.334.0653.3232.58S=（7）+（8）+人700.973525.71752.1741.45167.796空心板中板作用效应组合计算表 （表9）序号作用种类弯距M(KN.m)剪力V(KN)跨中l/4跨中l/4支点作用效应标准值永久作用效应283.22212.42083.341.65147.41110.56043.3621.68=+（）430.633322.974063.328126.656可变作用效应车道荷载225.031168.7735.255.1145.17291.97218.9845.6771.49184.574承载能力极限值基本组合 （1）516.76387.57075.99151.99 （2）315.04236.2849.2877.14203.24874.87663.6468.89198.05365.1正常使用极限状态作用短期效应组合 （3）430.633322.974063.328126.656 （4）157.52118.1424.6438.57101.62635.53476.64442.15142.008237.089使用长期效应组合 （5）430.633322.974063.328126.656 （6）90.01267.50814.0822.0458.068=（5）+（6）539.57404.6921.084101.412188.249弹性截面应力计算标准值效应组合S （7）430.633322.974063.328126.656 （8）225.031168.7735.255.1145.17S=（7）+（8）703.044527.27452.71158.538280.639五 预应力及普通钢筋数量估算及布置（一）预应力钢筋数量的估算 该空心板以部分预应力A类构件进