(20m预应力混凝土空心板桥设计

20m预应力混凝土空心板桥设计1设计数据和结构布置1.1设计数据1.桥梁跨度和宽度标准跨度：20m(桥墩中心距)；主桥总长：19.96米；计算跨度：19.60米；桥面净宽：2净宽-11.25米，见桥梁总平面布置图护栏座宽度：内0.75米，外0.5米。桥面铺装：上层为9厘米沥青混凝土，下层为跨中10厘米厚混凝土，支点为12厘米钢筋混凝土。2.设计荷载采用一级公路车辆荷载。3.材料混凝土：强度等级为C50，主要指标如下：预应力钢筋为17 (7股)15.2毫米钢绞线，其强度指标如下HRB335钢筋用于普通钢筋、箍筋和结构钢筋，其强度指标如下4.设计基础交通部发布公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004)，简称桥规；交通部发布公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D622004)，简称公预规。公路工程技术标准 (JTG 2004)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D602004)条文应用算例钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理(根据新发布的JTG D602004)公路桥涵设计手册梁桥（上册）1.2结构形式和尺寸的选择全桥空心板的截面布置如图所示，各空心板的截面和结构尺寸如图所示。图3-1中跨侧板的横截面图图3-3钢绞线加固施工详图图3-4矩形转换截面1.3空心板总截面几何特征的计算预制中板部分挖空后的截面几何特征通过以下公式计算：1.总横截面积：22.从截面重心到截面上边缘的距离：* 4247.038 e=998585/2-0.5105(70 5/3)0.5565(652/3 5)551/25/3 57070/22-62.52/4 40e=44.9933.空心板截面相对于重心轴的惯性矩：-62.54/64-62.52/4(44.993-40)2=. 358 u 4=3.775101041.4内力计算1.空心板简化图的计算；如果板的宽度设置为B，则为85b=4247.038 3067.962。解决方案是b=86.059 u2.保持空心板截面重心位置不变，将转换截面空心板质心的轴向距离与原空心质心位置的距离设置为x，86.0598585/2-3067.962(40 x)/4247.038=44.993X=-0.951(注意：中空位置从原始位置向上移动0.951厘米)3.确保横截面积和惯性距离相等，并将空心横截面的宽度设置为将其转换为矩形时的高度，如图所示。bkhk=3067.96286.059853/12 86.05985(44.993-85/2)2-bkhk(44.993-40 0.951)2=. 358get:hk=47.051 u bk=65.205 u4.转换截面板壁厚：侧壁厚度：T3=(86.059-65.205)/2=10.427 上顶壁厚度：t1=40-47.051/2-0.951=15.524 下顶壁厚度：t2=45-47.051/2 0.951=22.4265.计算空心板截面的扭转惯性距离：2行动效果的计算2.1永久荷载(恒载)引起的内力1.预制空心板自重(第一阶段恒载)中间板：(千牛/米)侧板：g1=255152.03810-10=12.880(千牛/米)2.桥面系统自重(二期恒载)(1)桥面铺装采用10厘米厚的现浇混凝土和9厘米厚的沥青混凝土，桥面铺装每延米的重量为千牛/米(2)防撞栏杆和防撞墙：按1.183千牛顿/米计算(3)扭曲接头的自重：千牛/米每延米空心板的总重力g为：gI=(g110 g12)/12=10.995KN/m3.上部恒载内力计算如图3所示，设置计算图来计算横截面与左支座之间的距离，然后主梁的弯矩和剪力的计算公式如下：VG=gv=g(1-2)L/2计算结果见表3-1:内力mg=gMVG=gVL/2L/4L/2L/40M=(1-)L2/248.0236.015V=(1-2)L/204.99.810.955526.059394.544053.680107.3598.430404.809303.606041.30782.61419.385930.868698.150094.987189.973表3-1恒载内力汇总2.2可变荷载(活载)引起的内力桥规规定桥梁结构的整体计算应采用车道荷载。一级公路车道荷载由均布荷载组成：集中荷载：两部分。在计算简单力效应时，集中荷载的标准值应乘以1.2的系数，即在计算剪力时1.l的计算支点处的横向载荷分布系数用杠杆原理法计算。从图3-4中，板3 10的横向分割系数计算如下：图3-4支点横向载荷分布影响线三线汽车：=1/2=0.5两行汽车：=1/2=0.5(2)跨中和L/4横向荷载分配系数预制板通过榫槽连接，因此跨中的横向荷载分配系数采用铰接板法计算。首先，计算空心板的刚度系数:获得刚度系数后，查阅梁桥设计手册(第一卷)中铰接板荷载横向分布的影响线表(附表)，插值=0.01和=0.02，得到=0.0119对应影响线的竖向标准值。计算结果见表3-2:根据影响线垂直标记值，绘制影响线垂直标记图，然后将荷载分布在垂直标记图上。计算车辆荷载时，考虑多车道减少，三车道减少系数=0.78。影响线载荷图如图3-5所示。表3-2中跨和L/4影响线的垂直标记值盘子数字单位载荷作用位置(板1的中心)12345678910111210.001918816113010608607105905304303903603420.001916115713711109107406205204504003703630.001913013713712109908106705704904404003940.001910611112112611209207606405604904504350.001908608909911211810708907506405705205060.0019071074081092107115106089076067062059图3-5各板块横向分布影响线及最不利横向分布图板1:汽车：三列：=1/2=1/2(0.181 0.129 0.099 0.069 0.055 0.042)=0.288减少后：=0.780.288=0.225两列：=1/2=1/2(0.181 0.129 0.099 0.069)=0.2390.225取两列：=0.239板2:汽车：三列：=1/2=1/2(0.160 0.136 0.103 0.072 0.057 0.044)=0.287减少后：=0.780.287=0.224两列：=1/2=1/2(0.160 0.136 0.103 0.072)=0.2360.224取两列：=0.236板3:汽车：三列：=1/2=1/2(0.132 0.137 0.113 0.079 0.062 0.048)=0.286减少后：=0.780.286=0.223两列：=1/2=1/2(0.132 0.137 0.113 0.079)=0.2310.223取两列：=0.231板4:汽车：三列：=1/2=1/2(0.109 0.123 0.117 0.085 0.067 0.052)=0.277减少后：=0.780.277=0.216两列：=1/2=1/2(0.109 0.123 0.117 0.085)=0.2170.216取两列：=0.217板5:汽车：三列：=1/2=1/2(0.095 0.114 0.111 0.083 0.067 0.054)=0.262减少后：=0.780.262=0.204两列：=1/2=1/2(0.095 0.114 0.111 0.083)=0.2020.204取三列：=0.204板6:汽车：三列：使用位置放做使用种类班级=1/2=1/2(0.1 0.11 0.109 0.083 0.069 0.060)=0.266减少后：=0.780.286=0.207两列：=1/2=1/2(0 . 110 . 11 0.109 0.083)=0 . 2010 . 207取三列：=0.2073-3各板块横向荷载分布系数汇总：双车道汽车三车道汽车板块10.2390.225板20.2360.224板30.2310.223板40.2170.216板50.2020.204板60.2010.207从表中的数据可以看出，当使用两排汽车和三排汽车时，板1的横向分布系数最不利，因此，跨中和L/4荷载的横向分布系数取下列值更安全：=0.239(3)支点至L/4的侧向荷载分布系数用线性插值法求得支点至L/4的荷载横向分布系数空心板荷载横向分布系数见表3-4:3-4空心板荷载横向分布系数中跨至1/4L支点车辆荷载三行0.2250.5两行0.2390.52.活载内力计算(1)冲击系数的计算公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)第4.3.2条规定，车辆冲击系数的计算采用以结构基频为主要影响因素的计算方法。对于简支梁桥，结构频率F可通过以下公式计算在公式中g=23.1745()l=19.6(m)Ic=0.358(4)=3775.07810-5(M4)g=9.8(m/S2)E=3.25104(Mpa)=3.251010(N/m2)因此要求的冲击系数(1 )=1.1752(2)车道荷载效应根据通用规范 (jtgd60-2004)第4.3.1条，一级公路车道荷载的均匀荷载标准值为kn/m集中荷载的标准值插值如下：(千牛顿)在计算车道荷载对空心板跨中和截面的影响时，均布荷载分布在对空心板产生最不利影响的同一影响线上，集中荷载只作用在最大影响线之一的峰值上。用于计算弯矩的公式为：图3-6空心板跨中、l/4及支点截面内力影响线及荷载图L/2部分(图3-6)1)弯矩：两车道荷载：不包括冲击系数：MQ1k=1.0(0 . 23910 . 548 . 02 0 . 239238 . 44 . 9)=399.696(kNm)考虑影响系数：MQ1k=(1)MQ1k=1.1752399.696=469.723(kNm)三车道荷载：不包括冲击系数：mqi=1.0(0 . 28810 . 548 . 02 0 . 288238 . 44 . 9)0.78=375.681(kNm)考虑影响系数：mqi=1.1752(0 . 28810 . 548 . 02 0 . 288238 . 44 . 9)0.78=441.500(kNm)2)剪切力双线荷载：不包括冲击系数：VQ1k=1 . 00 . 239(10 . 52 . 4