公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范结构设计.doc

山东科技大学学生毕业设计（论文）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范结构设计1桥梁设计概况1.1工程概况该桥是国道218线清水河至伊宁高速公路第一合同段内的一座大桥，起点桩号为K2+417，中心桩号为K2+510，终点桩号为K2+603，全桥长180m。该桥为跨越季节性河流大东沟而建，设计流量为235立方米每秒，设计流速2.72米每秒，设计水位为717.60m，地表水对混凝土无腐蚀。气象地质情况：新建桥址处地质情况通过钻探挖探查明，持力层主要为圆砾。所处区域为温带干旱型气候，夏季温和湿润，秋季天高气爽，降温迅速，昼夜温差较大，冬季漫长寒冷，夏季炎热，在公路自然区划中属VI4b区（伊利河谷副区）。平均气温为9，极端最低气温-41.6，极端最高气温39.1，最大冻土深度1.2m，年平均降水量214mm年平均蒸发量1410mm。地震基本烈度为度，地震动峰值加速度0.15g。要求新建桥梁的荷载等级为公路I级1.2设计依据及主要设计规范（1）公路工程技术标准（JTG B01-2003）（2）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）,简称桥规（3）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（4）桥梁计算示例丛书 混凝土简支梁（板）桥（第三版）易建国著.人民交通出版社（5）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）条文应用算例袁伦一，鲍卫刚著.人民交通出版社（6）桥梁工程刘嘉玲著.人民交通出版社（7）结构设计原理计算示例赵志蒙著. 人民交通出版社（8）公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）,简称圬工规范（9）桥梁设计常用手册，人民交通出版社1.3设计技术标准（1）线路等级：高速公路（2）桥面净空：0.5m防撞栏+净12.5m行车道+0.5m护栏+1.0m分隔带+0.5m护栏+净12.5m行车道+0.5m防撞栏，总宽28m（3）车道荷载标准：公路级荷载（4）设计坡度：纵坡 imax =2.5%，横坡度1.5%（5）抗震设防等级：按地震烈度 级设防（6）线路及其他相关标准符合高速公路设计规范101 2桥梁方案比选2.1设计原则结合G218线清水河至伊宁高速公路大东沟大桥的桥位水文地质情况，本着“安全、适用、经济、美观、和有利环保”的基本原则，从主要材料用量、劳动力数量、全桥总造价、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、是否需要特种机具、美观等，综合权衡技术因素和使用要求，初拟2-3个可行性方案。2.2方案比选2.2.1预应力空心板桥孔径布置：标准跨径20m,920m,全长180m。结构构造：桥梁上部采用预应力钢筋混凝土空心板、桥面连续，下部采用柱式墩、肋板式桥台和埋置式桥台，基础为条形基础。2.2.2预应力混凝土简支T梁桥孔径布置：标准跨径30m，630m，全长180m。结构构造：主梁间距为2.25m，高2.30m，采用梁肋下部加宽为马蹄形，以便钢束的布置和满足承载预压力的需要。2.2.3钢筋混凝土空腹拱桥本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥。全桥分4跨，每跨均采用标准跨径40m。采用矩形截面的拱圈。桥墩为重力式桥墩，桥台为U型桥台。尺寸拟定：本桥拟用拱轴系数m=2.24，净跨径为40.0m，矢跨比为1/8。桥面行车道宽28.0m。2.3技术经济指标比较和最优方案拟定经济指标对比分析如下。（1）主要材料用量：第一、二方案较第三方案在水泥、钢材等方面用量较大，而第二方案在材料即砌筑工程材料上较前二者方案严格，且用量相当大，由该桥位置看，材料供给比较方便。（2）劳动需求量方面第一方案总用工日约为2万工日左右，第二方案则约为2.2万左右，而第三方案用工日量高达25万日左右，几乎为前两者的10倍之多。（3）全桥造价：第一、二方案约在1000万左右，第三方案约在750万左右，较前两者可节约造价约为1/4。（4）施工工期：第一、二方案（梁板桥）约在220天左右，而第三方案约在400天左右，其施工工期较长，相对机械、人工等不可避免而造成的误工、窝工等现象发生的几率较大。当施工工期要求较短时就会跟不上节拍，无法及时竣工。（5）养护费用方面：在这一方面，梁桥与拱桥相差不多。梁（板）桥部分构件出现损坏容易维修与更换，拱桥损坏修复较梁桥困难。再则该桥为高速公路跨河而建，其交通量大，不宜中断交通修复。故选用梁桥较为适宜。（6）各种材料运输方面：在材料运输方面较为方便，省级干线公路运营条件也比较好，为各种材料运输提供较大的便利。综合上述几点评比，虽然第一、二方案在总造价上较第三方案大，但在其它几个方面相对后者则有明显的优势，加之施工现场的施工条件等方面，经过认真比选决定采用第二方案即预应力混凝土装配式简支T型梁桥(详见方案比选表2-1)表2-1 G218线清水河至伊宁高速公路大东沟大桥方案比较表序号比较内容第一方案第二方案第三方案预应力空心板桥预应力简支T型梁上承式空腹钢筋混凝土拱桥1桥高10m10m10m2桥长180m180m190m3特点建筑高度较小，外形轻巧、美观，但因该桥角较长支座数量较多，后期养护工作量大，以较少采用技术较先进工艺要求较严格，采用后张法施工，二次灌注法灌注。且在近几年来有了较成熟的施工经验和施工技术传统的砌筑工艺，人工用量较大，施工机械用俩少难以采用机械化施工4使用效果评价伸缩缝较多，行车舒适度差，板块之间的横向连接构造容易产生损坏属于静定结构，受力较好。桥面连续，行车条件好，使用阶段易于养护且经费很低阅微阁小说自重较大，对于地基承载力要求较高，水平推力大，拱桥建筑高度较大，但养护费用较低3预应力混凝土T型梁桥结构设计3.1设计资料及构造布置3.1.1设计资料1.桥梁跨径及桥宽标准跨径：30m（墩中心距），全桥共：180米，分6跨，主梁全长：29.96m，桥面净空：0.5m防撞栏+净12.5m行车道+0.5m护栏+1.0m分隔带+0.5m护栏+净12.5m行车道+0.5m防撞栏，总宽28m计算跨径：29.00m。2.设计荷载 公路级荷载。3.材料及工艺本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥，锥形锚具；混凝土：主梁采用C50，防撞护栏及桥面铺装用C30号；预应力钢筋：采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）的钢绞线；每束6根，全梁共配6束，普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用R235钢筋。按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片锚具。4.桥面铺装和线型确定桥面铺装：选用8cm厚的防水混凝土作为铺装层，上加5cm厚的沥青混凝土磨耗层，共计13cm.桥面横坡：1.5%。线型：平曲线的半径R，可以按直线考虑。3.1.2主梁纵横截面布置（1）主梁间距与主梁篇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。本设计主梁翼板宽度为2250mm，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（=1600mm）和运营阶段的大截面（=2250mm）。桥宽总共14片主梁，桥梁由中间分为分离的两幅，中间间隔为1000mm，两边分别由6片主梁组成，桥面宽度为：0.5m防撞栏+净12m行车道+0.85m护栏+1.3m分隔带+0.85m护栏+净12m行车道+0.5m防撞栏，总宽28m，见图3-1所示。3-1 结构尺寸图（尺寸单位：mm）（2）主梁跨中截面主要尺寸拟定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1/15至1/25，标准设计中高跨比约1/18至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，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计取用2300mm的主梁高度是比较合适的。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。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，根据相关设计资料表明，马蹄面积占截面总面积的10%至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，同时还根据公预规9.4.9条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250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度150mm，以减小局部应力。因此预制梁的跨中截面见图3-2所示。图3-2跨中截面尺寸图（尺寸单位：mm）（3）主梁几何特征计算将主梁跨中截面划分为五个小单元，截面几何特性见表3-1。表3-1 跨中截面几何特性计算表分块名称分块面积（）分块面积形心至上缘（）分块面积对上缘静（）分块面积的自身惯性矩（）（）分块面积对截面形心的惯性矩（）（）（1）（2）（3）=（1）（2）（4）（5）（6）=（1）（5）(7)=(4)+(6)大毛截面翼板33757.525312.563281.2578.842097815621041437三角承托50018.3339166.52777.77868.0123124782315256腹板380011041800011431667-23.66212721813558885下三角262.5200525003281.25-113.6633911303394411马蹄1375217.5299062.571614.58-131.1623654041237256559312.5804041.5I=64035644小毛截面翼板24007.5180004500088.06186109.5318655953三角承托50018.3339166.52777.77877.2329820052984783腹板380011041800011431667-14.4479235212224018下三角262.5200525003281.25-104.4428632752866556马蹄1375217.5299062.571614.58-121.9420445375205169908337.5796729I=57248299注： 大毛截面形心至上缘距离：小毛截面形心至上缘距离：（4）检验截面效率指标（希望在0.5以上）上核心距：下核心距：表3-2 基本计算数据表名 称项 目符 号单 位数 据混凝土立方强度弹性模量轴心抗压标准强度轴心抗拉标准强度轴心抗压设计强度轴心抗拉设计强度MPaMPaMPaMPaMPaMPa5032.42.6522.41.83短暂状态容许压应力容许拉应力MPaMPa20.721.757持久状态标准荷载组合容许压应力容许主压应力短期效应组合容许拉应力容许主拉应力MPaMPaMPaMPa16.219.4401.59钢绞线标准强度弹性模量抗拉设计强度最大控制应力MPaMPaMPaMPa186012601395持久状态应力标准荷载组合MPa1209材料重度钢筋混凝土沥青混凝土钢绞线25.023.078.5钢束与混凝土的弹性模量比无量纲5.65注：本示例考虑混凝土强度达到C45时开始张拉预应力束。和分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则：=29.6MPa，=2.51MPa。截面效率指标：表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。3.1.3横截面沿跨长的变化如3-1图所示，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。梁端部区段由于锚头集中的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端1880mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点附近（第一道横隔梁处）开始向支点逐渐抬高，在马蹄部分抬高的同时腹板宽度亦开始变化。3.1.4横隔梁的布置有以往经验，和相关试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。本设计在桥梁中点和四分点、支点处设置五道横隔梁，其间距为7.25m。端横隔梁的高度，厚度为上部260mm，下部240mm；中横隔梁高度为2050mm，厚度为上部180mm，下部160mm。详见3-1图所示。3.1.5基本计算数据(见表3-2)3.2主梁作用效应根据上述梁跨结构纵横截面的布置，并通过可变作用的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得各主梁的控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点界面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。3.2.1永久作用效应计算1.永久作用集度（1）预制梁自重跨中截面段主梁的自重（四分点截面至跨中截面，长7.25m）：0.83375257.25151.12（kN）马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长5.85m）5.8525/2166.533支点段梁的自重（长1.88m）1.443625251.8867.85（kN）边主梁的横隔梁中横隔梁体积：20.17(0.150.175)0.4392（）端横隔梁体积：20.25（2.150.5250.50.0650.325）0.559（）故半跨内横梁重力为：（1.50.4396+10.559）2530.44（kN）预制梁永久作用集度+（151.12+166.533+67.85+30.44）/14.9827.77（kN/m）（2）二期永久作用现浇T梁翼板集度20.150.65254.88（kN/m）边梁现浇部分横隔梁一片中横隔梁（现浇部分）体积：20.170.3251.90.20995（）一片端横隔梁（现浇部分）体积：20.250.3252.150.349376（）故：（30.20995+20.349376）2529.961.10865（kN/m）铺装8cm混凝土铺装： 0.08122524.00（kN/m）5cm沥青铺装：0.05122313.80（kN/m）若将桥面铺装均摊给六片主梁，则：（24.00+13.80）/66.3（kN/m）栏杆一侧防撞栏：6.25 kN/m若将两侧防撞栏均摊给六片主梁，则：6.25262.083 （kN/m）边梁二期永久作用集度：+4.88+1.10865+6.3+2.08314.3117（kN/m）2.永久作用效应如图3-3所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：图3-3 永久作用效应计算图永久作用效应计算见表3-3表3-3 各主梁永久作用效应作用效应跨中四分点N7锚固点支点0.50.250一期弯矩（kNm）2919.3212189.49100剪力（kN）0201.3325402.665402.665二期弯矩（kNm）1504.5171128.38800剪力（kN）0103.7598207.520207.520弯矩（kNm）4423.8393317.87900剪力（kN）0305.0923610.185610.1853.2.2可变作用效应计算（修正偏心压力法）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：（）其中：根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：按桥规4.3.1条，当车道大于两车道时，需要进行车道折减，三车道折减22%，四车道折减33%，六车道折减45%，但折减后不得小于用两行车道布载的计算结果。本设计按六车道设计，因此在计算可变荷载时需要进行车道折减。2.计算主梁的荷载横向分布系数（1）跨中截面的荷载横向分布系数如前所述，本桥跨内有三道横隔梁，具有可靠的横向联结，且承重结构的长宽比为： 所以可选用考虑主梁抗扭刚度的修正偏心压力法来绘制横向影响线和计算横向分布系数。计算主梁的抗扭惯性矩 对于T梁截面式中：bi，ti相应为单个矩形截面的宽度和厚度； ci矩形截面抗扭刚度系数（可查桥梁工程（主编：刘龄嘉 人民交通出版社）P96 表5-3）； 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：（cm）梁肋部分宽度:（cm）马蹄部分的换算平均厚度: （cm）的计算图式如图3-4，的计算见3-4表。 图3-4的计算图式（尺寸单位：mm）表3-4 计算的表 分块名称bititi/bici=翼缘板22517.220.0765330.333333.82963腹板180.28200.1109390.292870294.22389马蹄5532.50.5909090.209181823.9494512.00297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：其中，由n=6，=1.028（可查桥梁工程（主编：刘龄嘉 人民交通出版社）P96 表5-3），G=0.4E IT=12.0029710-3m4，I=0.64035644m4， 按修正的偏心压力法计算跨中横向影响线竖标值式中：n=6，分别求出1、2、3号梁在两个边主梁的横向分不影响线竖标值为：计算所得的值列于表3-5。表3-5 值梁号10.511520.373580.235640.09769-0.04025-0.1781920.373580.292240.209120.126000.04287-0.0402530.235640.208050.180460.152870.125280.097695计算荷载横向分布系数由表3-5可得横向影响线和最不利布载如图3-5、图3-6、图3-7所示；由图3-5、图3-6、图3-7可得1、2、3号梁的横向分布系数：可变作用（汽车公路-I级）：对于1号梁：三车道 ：图3-5 1号梁的横向分布系数计算图图3-6 2号梁的横向分布系数计算图图3-7 3号梁的横向分布系数计算图两车道：对于2号梁：三车道 ：两车道：对于3号梁：三车道 ： 两车道：（2）支点截面的横向荷载分布系数用杠杆原理法计算，绘制荷载横向影响线并进行布载，如图3-8所示。图3-8 荷载横向影响线并进行布载计算图式可变作用（汽车）：1号梁：2号梁：3号梁：故取可变作用（汽车）的横向分布系数为表3-6所示：表3-6 可变作用（汽车）的荷载横向分布系数梁号10.737960.6588520.5789450.8111130.4402130.811113.车道荷载的取值根据公路桥涵设计通用规范4.3.1条，公路-I级车道荷载的均布荷载标准值为10.5kN/m集中荷载标准值按以以下规定选取：桥梁计算路径小于或等于5m时，180kN；桥梁计算路径等于或大于50m时，360kN；桥梁计算路径在5m50m之间时，值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值应乘以1.2的系数。可得：10.5kN/m计算弯矩时：计算剪力时：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，从支点至第一根横梁段，横向分布系数从直线过渡到，其余梁段均取。（1）1号梁可变作用效应计算求1号梁跨中截面的最大弯矩和最大剪力计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力采用直线加载求可变作用效应，图3-9示出1号梁跨中截面作用效应计算图式，计算公式为：式中：S所求截面的弯矩或剪力；1+汽车荷载冲击系数，按规范规定取值； 汽车荷载横向折减系数（可查桥梁工程（主编：刘龄嘉 人民交通出版社）P34 表3-10）； 沿桥跨纵向与车道集中荷载位置对应的横向分布系数；沿桥跨纵向与车道均布荷载所布置的影响线面积中心位置对应的横向分布系数；车道集中荷载；车道均布荷载；沿桥跨纵向与位置对应的内力影响线的最大坐标值；弯矩、剪力影响线面积。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：图3-9 1号梁跨中截面作用效应计算图式求1号梁四分点截面的最大弯矩和最大剪力计算四分点截面的最大弯矩和最大剪力采用直线加载求可变作用效应，图3-10示出1号梁四分点截面作用效应计算图式可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：图3-10 1号梁四分点截面作用效应计算图式求1号梁N6锚固截面的最大弯矩和最大剪力计算N6锚固截面的最大弯矩和最大剪力采用直线加载求可变作用效应，图3-11示出1号梁N6锚固截面作用效应计算图式可变作用（汽车）标准效应：计算N6锚固截面汽车产生的弯矩和剪力时，应特别注意集中荷载的作用位置。集中荷载若作用在计算截面，虽然影响线纵坐标最大，但其对应的横向分布系数较小，荷载向跨中方向移动，就出现相反的情况。因此应对两个截面进行比较，即影响线纵坐标最大截面（N6锚固截面）和横向分布系数达到最大值的截面（第一根横隔梁处截面），然后取一个最大的作为所求值。图3-11 1号梁N6锚固截面作用效应计算图式通过比较，集中荷载作用在第一根横隔梁处为最不利情况，结果如下： 可变作用（汽车）冲击效应：求1号梁支点截面的最大剪力图3-12示出支点截面最大剪力计算图式图3-12 支点截面最大剪力计算图式可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：（2）同样可得2号梁和3号梁可变作用效应计算值3.2.3主梁作用效应组合汇总 本设计按桥规.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3-7、3-8、3-9。表3-7 1号主梁作用效应组合序号荷载类型跨中截面四分点截面N6锚固点截面支点截面(1)第一期永久荷载2919.3202189.49201.33552.50362.565402.665(2)第二期永久荷载1504.5201128.39103.76284.74186.854207.52(3)总永久荷载=(1)+(2)4423.8403317.88305.09837.23549.419610.185(4)可变作用（汽车）公路-I级2283.95150.041711.14246.26374.99283.098292.652(5)可变作用（汽车）冲击666.9143.81499.6571.91109.5082.664785.4545(6)标准组合=(3)+(4)+(5)7374.70193.865528.68623.261321.73915.182988.291(7)短期组合=(3)+0.7(4)6022.60105.034515.68477.471099.73747.588815.041(8)基本组合=1.2(3)+1.4(4)+(5)9439.82271.407076.57811.541682.971171.371261.57表3-8 2号主梁作用效应组合序号荷载类型跨中截面四分点截面N6锚固点截面支点截面(1)第一期永久荷载2919.32 0.00 2189.49 201.33 552.50 362.57 402.67 (2)第二期永久荷载1504.52 0.00 1128.39 103.76 284.74 186.85 207.52 (3)总永久荷载=(1)+(2)4423.84 0.00 3317.88 305.09 837.23 549.42 610.18 (4)可变作用（汽车）公路-I级1776.17 117.17 1326.79 192.66 291.62 221.48 228.95 (5)可变作用（汽车）冲击518.64 34.21 387.42 56.26 85.15 64.67 66.85 (6)标准组合=(3)+(4)+(5)6718.65 151.39 5032.09 554.00 1214.01 835.57 905.99 (7)短期组合=(3)+0.7(4)5667.16 82.02 4246.63 439.95 1041.37 704.45 770.45 (8)基本组合=1.2(3)+1.4(4)+(5)8521.34 211.94 6381.35 714.59 1532.17 1059.91 1146.35 表3-9 3号主梁作用效应组合序号荷载类型跨中截面四分点截面N6锚固点截面支点截面(1)第一期永久荷载2919.32 0.00 2189.49 201.33 552.50 362.57 402.67 (2)第二期永久荷载1504.52 0.00 1128.39 103.76 284.74 186.85 207.52 (3)总永久荷载=(1)+(2)4423.84 0.00 3317.88 305.09 837.23 549.42 610.18 (4)可变作用（汽车）公路-I级1332.66 88.48 990.97 145.87 218.80 167.70 173.36 (5)可变作用（汽车）冲击389.14 25.84 289.36 42.59 63.89 48.97 50.62 (6)标准组合=(3)+(4)+(5)6145.64 114.31 4598.21 493.56 1119.93 766.08 834.16 (7)短期组合=(3)+0.7(4)5356.70 61.94 4011.55 407.20 990.40 666.81 731.53 (8)基本组合=1.2(3)+1.4(4)+(5)7719.12 160.04 5773.91 629.97 1400.45 962.63 1045.79 3.3预应力钢束的估算极其布置3.3.1跨中截面的钢束的估算和确定根据公预规规定，预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。一下就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筋束数进行估算，并按照这些估算的钢筋束数的多少确定主梁的配束。1.按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数 对于简支梁带马蹄的T型截面，当截面混凝土不出现拉应力控制时，则得到钢束数n的估算公式：式中： M持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值，按主梁作用效应组合表中值取用； C1与荷载有关的经验系数，对于公路I级，C1=0.51； 一股6s15.2钢绞线截面积，一根钢绞线的截面积是1.4，故=61.4=8.4。 在前已计算出成桥后跨中截面143.66cm，ks=47.87cm ，=15cm，则钢束偏心距为：143.6615=128.66（cm）。1号梁:2号梁:3号梁: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，同时应力钢束也达到设计强度，则钢束数的估算公式：式中：按承载能力极限状态的跨中最大弯距，按表取用； 经验系数，一般采用0.750.77，本设计取用0.76； 预应力钢绞线的设计强度，见表，为1260MP；计算得：1号梁:2号梁:3号梁: 根据上述两种极限状态，综合考虑预制和施工的方便，取钢束数你n6。3.3.2预应力钢束位置1.确定跨中及锚固截面的钢束位置（1）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，管道至梁底和梁侧不应小于3cm及管道直径的1/2。根据公预规9.4.9条规定，水平净距不应小于4cm及管道直径的0.6倍，在竖直方面可叠置。根据以上规定，跨中截面的细布构造如图3-13a所示，由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为：由于主粮预制时为小截面，若钢束全部在预制时张拉完毕，有可能会在上缘出现较大的拉应力，在下缘出现较大的压应力。考虑到这个原因，本设计预制时在梁端锚固N1N5号钢束，N6号钢束在成桥后锚固在梁顶，布置如图3-1c。a) 跨中截面 b) 锚固截面 c) N6号钢束纵向布置图3-13 钢束布置图（尺寸单位：mm）对于锚固截面，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，锚固端截面所布置的钢束如图3-13 b）所示。钢束群重心至梁底距离为：为验核上述布置的钢束群重心位置，需计算锚固端截面几何特性。图3-14示出计算图式，锚固端截面特性计算见表3-10。表3-10 钢束锚固截面几何特性计算表分块名称（1）（2）（3）=（1）（2）（4）（5）（6）（7）=（4）+（6）翼板33757.525312.563281.2588.426357256.126420537.3三角承托211.317.173627.1625495.85069478.71308473.541308969.39腹板11825122.51448562.545550885.4-278384709.7253935595.115411.31477502.381665101.9其中： 图3-14 钢束重心位置复核图式 图3-15 封锚端混凝土块尺寸图（尺寸单位：mm） （尺寸单位：mm）故计算得：说明钢束群重心处于截面核心范围内。2.钢束起弯角和线性的确定确定钢束起弯角时，既要照顾到由其弯起产生足够的竖向预剪力，又要考虑到所引起的摩擦预应力损失不宜过大。为此，本设计将端部锚固端截面分成上、下两部分（见3-15图），上部钢束的弯起角定为15，下部钢束的弯起角定为7，在梁顶锚固的钢束弯起角定为18。N6号钢束在离支座中心线1400处锚固，如图3-13 c）所示。为简化计算和施工，所有钢束布置的线形均为直线加圆弧，并且整根钢束的布置在同一个竖直面内。3.钢束计算（1）计算钢束起弯点至跨中的距离锚固点到支座中心线的距离（见图3-15）为：（见图3-13c）图示出钢束计算图式，钢束起弯点至跨中的距离列表计算在表3-11内。图3-16 钢束计算图式（尺寸单位：mm）表3-11 钢束起弯点至跨中的距离计算表 钢束号起弯高度RN1（N2)3112.1918.8110099.2572528.66308.171073.67N3（N4)83.312.1971.1110099.2579558.281164.86209.60N517125.88145.1210096.59154295.641111.79270.91N6196.230.9165.2810095.11183419.021056.53163.92（2）控制界面的钢束重心位置的计算各钢束重心位置计算由图3-16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重心到梁底的距离；钢束起弯前到梁底的距离；钢束起弯半径（见3-12表）计算钢束群重心到梁底距离（见3-12表）表3-12 各计算截面的钢束位置及钢束群重心位置截面钢束号四分点N1（N2)未弯起2528.66 99.00 14.8321N3（N4)未弯起9558.28 16.716.70 N5182.114295.64 0.0423941480.999100964912.86 N6234.23419.02 0.0684991610.99765117416.724.73 N6锚固点N1（N2)231.322528.66 0.0914792820.99580698919.60 53.22N3（N4)764.339558.28 0.0799652240.99679765416.747.31 N51021.674295.64 0.2378388320.9713046339132.26 支点 直线段87.74N1（N2)310.12 31.0893.817249148936.18 N3（N4)83.30.12 23.7222.91269530416.797.09 N51710.26 29.3017.8511791479172.15 （3）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，其中钢束的曲线长度可按圆弧半径与弯起角度进行计算。通过每根钢束长度计算，就可得出一片主梁和一孔桥所需钢束的总长度，以利备料和施工。计算结果见表3-13所示。表3-13 钢束长度计算表钢束号钢束弯起角度曲线长度直线长度直线长度有效长度钢束预留长度钢束长度(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)=(6)+(7)N1(N2)2528.667308.931073.671002965.211403105.21N3(N4)9558.2871167.76209.601002954.731403094.73N54295.64151124.60270.911002991.011403131.01N63419.02181074.12163.921002676.071402816.073.4计算主梁截面几何特性在求得各验算截面的毛截面特性和钢束位置的基础上，计算主梁净截面和换算截面的面积、惯性距及梁截面分别对重心轴、上梗肋与下梗肋的净距，最后汇总成截面特性值总表，为各受力阶段的应力验算准备计算数据。3.4.1截面面积及惯性矩计算1.净截面几何特性计算在预加应力阶段。只需要计算小截面的几何特性。计算公式如下：截面积:截面惯性矩:计算结果见表3-14。表3-14 跨中翼緣全宽截面面积和惯性矩计算表截面分块名称分块面积分块面积重心至上缘距离分块面积对上缘静距全截面重心至上缘距离分块面积自身惯距160cm净截面毛截面8337.595.56796731.591.3457248299-4.2214818752974428.55扣管道面积-279.40217.15-60671.2略-125.81-44220578058.10736060.357248299-4273870225cm换算截面毛截面9312.586.34804041.389.5564035644.113.219602767947394.3钢束换算面积234.36217.1550891.3略-127.6038157239546.86854932.564035644.113911750计算数据A=7.77.7/4=46.566() n=7 =5.652.换算截面几何特性计算（1）整体截面几何特性计算在使用荷载阶段需要计算大截面（结构整体化以后的截面）的几何特性，计算公式如下：截面积：截面惯性矩：其结果列于3-14表。以上式中：,I分别为混凝土毛截面面积和惯性矩；，分别为一根管道截面面积和钢束截面积；，分别为净截面和换算截面重心到主梁上缘的距离；分面积重心到主梁上缘的距离；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，由表得。（2）有效分布宽度内截面几何特性计算根据公预规4.2.2条，预应力混凝土梁在计算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緣全宽计算，由预加应力偏心距引起的弯矩产生的盈利按翼緣有效宽度计算。因此表中的抗弯惯性矩应进行折减。由于采用有效宽度方法计算的等效法向应力体积和原全宽内实际的法向应力体积是相等的，因此用有效宽度截面计算等代法向应力时，中性轴应取原全宽截面的中性轴。