鄂黄高速公路30米预应力混凝土简支箱梁桥设计

1、摘 要 鄂黄高速公路桥梁初步设计为 30m 的预应力混凝土简支箱形梁桥。该桥采用四车道 布置。上部为装配式部分预应力混凝土简支箱梁。预制箱梁高 1.6m，主梁间距 3.2m。为 降低主梁高度，减少预应力引起的上拱度，后张法预应力混凝土箱梁在设计荷载下按部 分预应力混凝土 a 类构件设计，主梁配筋采用预应力筋和非预应力筋混合配筋。锚具采 用 ovm155 型锚具，锚具变形钢筋回缩按 4mm 计。预制件在张拉钢绞线时混凝土的强度 应达到 85%以上方可张拉。下部桥墩为钢筋混凝土圆形双柱式墩，墩柱直径 1.4m；桥墩 基础为单排双列钻孔灌注桩基础，桩径 1.6m。桥墩盖梁为连续墩盖梁，按简支梁计算盖

2、 梁内力及墩柱顶竖向反力。桩基采用为单排桩形式，间距 7.6m。 关键词：预应力混凝土简支梁；箱梁； 桩基础； 桥梁 abstractabstract the program of guole bridge from baga to jilin county preliminary design for 20m pre-stressed concrete free supported box girder bridge. this bridge has two driveway.the upside of bridge is the type of assembly partial prest

3、ressed reinforcement concrete simple underprop box girder. prefabricating box girder has the tallness of 1.6m, the girders span length is 3.20m. in order to reduce the girders tallness, reduce the superior camber which the pre-stressed causes, the post tenioning pre-stressed concrete box girder unde

4、r the designed load is designed according to the partical pre-stressed concrete a member, the girder adopt the mixed complex of the pre-stressed reinforcing steel bar and the non-pre-stressed reinforcing steel bar. the anchorage uses the ovm15-5 anchorage, the anchorages distortion and reinforcing s

5、teel bars shrinkage is according to the length of 4. pre-workpiece when pull the steel wring wire, the reinforcing steel bar can be tension until the concrete tensive intensity should only achieve above 85%. the pier of the bridges infrastructure is the reinforced concrete circular distyle pillar, f

6、oot stalls diameter is 1.4m; piers bedrock for single line double row drill hole irrigation pile foundation, stakes diameter is 1.6m. bridge pier plate girder is continual pier plate girder which calculates plate piers internal force and the piers top vertical force according to the simple beam. pil

7、e foundation use the single piling form, span 7.6m. keywordskeywords：prestressed concrete simple beam， box girder；pile foundation；bridge 目 录 目目 录录 -1 1 摘 要 -1 1 abstractabstract -2 2 1.1.绪论绪论 -1 1 2.2.设计基本资料设计基本资料 -2 2 2.1 设计资料-2 3.3.上部结构计算设计资料及构造布置上部结构计算设计资料及构造布置 -4 4 3.1 桥梁纵向布置-4 4.2 横断面布置-4 4.3 计

8、算截面几何特征-5 5 5主梁作用效应计算主梁作用效应计算 -8 8 5.1 永久作用效应计算-8 5.2 可变作用效应计算-9 5.3 预应力钢束的估算及其布置-16 6.6.主梁截面几何特性计算主梁截面几何特性计算 -2323 7.7.钢束预应力损失估算钢束预应力损失估算 -2626 8.8.持久状况截面承载力极限状态计算持久状况截面承载力极限状态计算 -3232 8.1 正截面承载力计算-32 8.2 斜截面承载力计算-33 8.3 斜截面抗弯承载力计算-34 9.9.应力验算应力验算 -3535 9.1 短暂状况的正应力验算-35 9.2 持久状况的正应力验算-36 10.10.抗裂性

9、验算抗裂性验算 -4040 10.1 作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算-40 10.2 作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算-40 11.11.锚固区局部承压验算锚固区局部承压验算 -4343 11.111.1 局部承压区的截面尺寸验算局部承压区的截面尺寸验算-4343 11.2 局部抗压承载力验算-43 12.12.主梁变形验算主梁变形验算 -4545 12.1 使用阶段的挠度计算-45 12.2 预拱度设置-46 13.13.横隔梁计算横隔梁计算 -4747 13.1 跨中横隔梁的作用效应影响线-47 13.2 截面作用效应计算-49 13.3 截面配筋计算-50 14.14.行车

10、道板计算行车道板计算 -5151 14.1 悬臂板荷载效应计算-51 14.2 连续板荷载效应计算-52 14.3 板面配筋-54 14.4.抗剪验算 -55 15.15.双柱式桥墩和钻孔灌注桩的设计资料双柱式桥墩和钻孔灌注桩的设计资料 -5656 16.16.盖梁计算盖梁计算 -5757 16.1 荷载计算-57 16.2 内力计算-65 16.3 盖梁各截面的配筋设计与承载力校核-68 17.17. 桥墩墩柱计算桥墩墩柱计算 -7373 17.1 荷载计算-73 17.2 截面配筋计算及应力验算-75 1818 钻孔灌注桩钻孔灌注桩-7878 18.1 荷载计算-78 18.2 桩长计算-

11、79 18.3 桩的内力计算（m法）-80 18.4 桩身截面配筋与强度验算-83 18.5 墩顶纵向水平位移验算-85 1919 施工方法施工方法 -8787 19.1 基础施工-87 17.2 箱梁预制及安装-88 19.3 桥面板施工-94 19.4 桥梁伸缩缝-94 参考文献参考文献 -9595 致谢致谢 -9696 1.1.绪论绪论 按照受力体系分类，桥梁有梁、拱、索三大基本体系，其中梁桥以受弯为主，拱桥 以受压为主，悬索桥以受拉为主。梁桥是一种在竖向荷载下无水平反力的结构，也正因 为这样，梁桥与同跨径的其他体系相比，其主要特点是内力以弯矩为主，尤其是简支梁。 但总的来说，桥梁结构简

12、单，受力明确，施工较为简单，并且对地基的要求不是太高， 在一般中小跨境桥梁中有广泛的应用。 2.设计基本资料 2.1 设计资料 2.1.1 桥梁全长及桥宽 鄂黄高速公路桥梁设计，半幅桥宽 13m，桥面净宽：净-0.5+33.75+0.2m。 2.1.2 设计荷载 汽车荷载：公路-级；每侧防撞栏的作用力：8.65kn/m。 2.1.3 材料及工艺 混凝土：主梁采用 c50 混凝土；钢绞线：预应力钢束采用 s15.2 钢绞线；钢筋： 直径大于等于 10mm 的采用 hrb335 钢筋，直径小于 10mm 的采用 r235 钢筋。 采用后张法施工工艺制作主梁。预制时，预留孔采用内径 50mm、外径

13、55mm 的预埋金 属波纹管成型，钢绞线采用 td 双作用千斤顶两端同时张拉，锚具采用夹片式群锚。主梁 安装就位后现浇 800mm 宽的湿接缝，最后施工混凝土防水层和沥青混凝土面层。 2.1.4 基本计算数据 基本计算数据见表 21. 表 21 材料及特性 名称项目 符号 单位 数据 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 fcu,k ec fck ftk fcd ftd mpa mpa mpa mpa mpa mpa 50.00 3.45104 32.4 2.65 22.40 1.83 短暂状态容许压应力 容许拉应力 0.7fck 0.7f

14、tk mpa mpa 20.72 1.76 标准荷 载组合 容许压应力 容许主压应力 0.5 fck 0.5 fck mpa mpa 16.20 19.44 c50 混凝土 持久状态 短期效 应组合 容许拉应力 容许主拉应力 st- 0.85pc 0.6ftk mpa mpa 0.00 1.59 标准强度 弹性模量 抗拉设计强度 最大控制应力 fpk ep fpd 0.75fpk mpa mpa mpa mpa 1860 1.95105 1260 1395 15.2 钢绞线 持久状态应力标准荷载组合 0.65 fpkmpa1209 抗拉标准强度 fskmpa335hrb335 抗拉设计强度 f

15、sdmpa280 抗拉标准强度 fskmpa235 普通钢筋 r235 抗拉设计强度 fsdmpa195 材料重度钢筋混凝土 钢绞线 1 2 kn/m3 kn/m3 25.00 78.50 钢束与混凝土的弹性模量比 ep 无量纲 5.65 注 本桥考虑混凝土强度达到 c45 时开始张拉预应力钢束。和分别表示 0.7 ck f 0.7 tk f 钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则： 0.729.6,0.72.51. cktk fmpafmpa 2.1.5 设计依据 公路工程技术标准 （jtg b01-2003） 公路桥涵设计通用规范 （jtg d60-2004） 公路钢筋混凝土及预应力混凝

16、土桥涵设计规范 （jtg d62-2004） 4.上部结构计算设计资料及构造布置 4.1 桥梁纵向布置 标准跨径：30m；主梁全长：29.84m：计算跨径：29.24m； 4.2 横断面布置 4.2.1 主梁间距与主梁片数 根据所需桥面宽度，主梁间距采用 3200mm，选用四片主梁，横断面布置如图 41。 图 41 结构布置图（尺寸单位：mm；上一排为中梁横断面，下一排为边梁横断面） 4.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定 （1）主梁高度 预应力混凝土简支箱梁的主梁高度与其跨径大小有关。当建筑高度不受限制时，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，因

17、此增大梁高往 往是较经济的方案。综上考虑，取主梁高度为 1600mm。 （2）主梁截面细部尺寸 箱梁顶板厚度主要按照行车道板的要求来设计，本桥取 180mm，跨中梁段的底板可尽量做得薄 些，但从施工要求出发，一般不宜小于 150mm 或梁肋间净距的 1/16，本桥取 180mm，支点处为 250mm，梁肋主要承受截面的剪应力和主拉应力，其最小厚度应满足剪切强度极限的要求，本桥取 180mm，支点处为满足锚固的要求增大到 250mm。 按照上述拟定的外形尺寸，绘制出主梁截面图见图 41。 4.3 计算截面几何特征 4.3.1 全截面几何特性的计算 将主梁跨中截面划分成三个小单元，见图 42。 图

18、 42 主梁跨中截面分块图 截面形心至下缘的距离为：ys=aiyi/a 式中：ai - 分块面积； yi- 分块面积的形心至下缘的距离。 由于主梁宽度较大，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 工作截面有两种：预制和吊装阶段的小截面（b=2400mm） ；运营阶段的大截面（b=3200mm） 。主梁跨 中截面的全截面几何特性如表 41，42，43 ，44 所示。 表 41 主梁跨中中梁小截面的几何特性 分块名 称 分块面积 ai（cm2 ） （1） yi(cm) (2) 分块面积对下 缘静 si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys-yi (cm) (4) 分

19、块面积对截面 形心惯性矩 ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性 ii（cm4） （6） 顶板 4323.38150.99652787.14-53.8212521912.03124998.545 腹板 4728.0382.87391811.8414.30967171.2596629400.00 底板 1875.109.1517157.1688.0214528196.6550344.43 10926.50-1061756.15-28017279.946804742.98 i=ii+ix=34822022.92 cm4，小毛截面形心至上缘距离 ys=aiyi/a=97.17 c

20、m,yx=160-97.17=62.83 cm 表 42 主梁跨中中梁大截面的几何特性 分块名 称 分块面积 ai（cm2 ） （1） yi(cm) (2) 分块面积对下 缘静 si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys-yi (cm) (4) 分块面积对截面 形心惯性矩 ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性矩 ii（cm4） （6） 顶板 5763.23151.00870247.73-47.5613034365.2175239.20 腹板 4728.0382.87391811.8420.572001183.716629400.00 底板 1875.109.1517

21、157.1694.2916671928.7750344.432 12366.36-1279216.74-31707477.686854983.64 i=ii+ix=38562461.32 cm4，ys=aiyi/a=103.44 cm,yx=160-103.44=56.56 cm 表 43 主梁跨中边梁小截面的几何特性 分块名 称 分块面积 ai（cm2） （1） yi (cm) (2) 分块面积对下 缘静矩 si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys-yi (cm) (4) 分块面积对截面 形心惯性矩 ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性矩 ii（cm4） （6）

22、 顶板 5836.85149.10870274.33-47.7813323825.13245868.58 腹板 4230.1476.27322632.7825.052654911.904867860.00 底板 1876.009.1617184.1692.1615934538.4350414.25 11942.99-1210091.27-31913275.465164142.83 i=ii+ix=37077418.29 cm4，ys=aiyi/a=101.32 cm,yx=160-101.32=58.68 cm 表 44 主梁跨中边梁大截面的几何特性 分块名 称 分块面积 ai（cm2 ） （

23、1） yi (cm) (2) 分块面积对下 缘静 si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys-yi (cm) (4) 分块面积对截面 形心惯性矩 ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性 ii（cm4） （6） 顶板 6556.85149.61980970.33-53.8212521912.03279527.68 腹板 4230.1476.27322632.7820.572001183.714867860.00 底板 1876.009.1617184.1694.2916671928.7750414.25 12662.99-1061756.15-31707477.6868

24、54983.64 i=ii+ix=38963367.87 cm4，ys=aiyi/a=104.30 cm,yx=160-104.30=55.70 cm 4.3.2 检验截面效率指标 （希望 在 0.45 到 0.55 之间） 中梁截面： 截面重心至上核心点的距离： ks=i/a/ys=38562461.32/12366.36/103.44=30.15cm 截面重心至下核心点的距离： kx=i/a/yx=38562461.32/12366.36/56.56=55.13cm 截面效率指标：=（ks+ kx）/h=（30.15+55.13）/160=0.53 边梁截面： 截面重心至上核心点的距离：

25、ks=i/a/ys=38963367.87/12662.99/104.30=29.50cm 截面重心至下核心点的距离： kx=i/a/yx=38963367.87/12662.99/55.70=55.24cm 截面效率指标：=（ks+ kx）/h=（29.50+55.24）/160=0.53 根据设计经验，一般截面效率指标取 为 0.45 至 0.55，且较大者亦较经济。上述计算结果表 明，初拟的主梁跨中截面是比较合理的。 4.3.3 横截面沿跨长的变化 主梁采用等高形式，箱梁顶板沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局 部应力。因此，在距梁端 2000mm 范围内将腹板和底板

26、加宽（见图 21） 。 4.3.4 横隔梁的设置 由于箱梁抗扭刚度较大，所以仅在端部设置端横隔梁。 5主梁作用效应计算 先计算永久作用效应，在计算活载作用下的荷载横向分布系数，并求得各主梁控制截面 （跨中、四分点和支点截面）的最大可变作用效应，最后进行作用效应组合。 5.1 永久作用效应计算 5.1.1 永久作用集度 （1）预制梁自重（一期恒载） 按跨中截面计，主梁恒载集度：g（1）中=261.09265=28.4089kn/m g（1）边=261.1942=31.0518kn/m 由于变截面的过渡区段折算成的荷载集度： g（2）=25（1.2420.51.50.09+1.50.090.50.

27、731/31.520.09 0.09）2/29.24=0.357 kn/m 由于两端腹板和底板加宽所增加的重力折算成的荷载集度： g（3）=252/29.24（1.2420.090.5+0.730.090.5- 0.090.090.52） =0.233 kn/m 端部横隔梁的体积：0.620.25=0.155m3 中主梁的横隔梁恒载集度：g（4）中=2 g（4）边=0.530 kn/m 边主梁的横隔梁恒载集度：g（4）边=2520.155/29.24=0.265 kn/m 中主梁的一期恒载集度:g1 中=28.4089+0.357+0.233+0.530=29.529kn/m 边主梁的一期恒载

28、集度: g1 边=31.0518+0.357+0.233+0.265=31.907 kn/m (2)二期恒载 一侧防撞栏 8.65 kn/m 中主梁湿接缝缝折算的荷载集度:g(5)中=2 g(5)边 边=5.200 kn/m 边主梁湿接缝缝折算的荷载集度: g(5)边=25(0.4830.2502+29.840.089)/29.24=2.600 kn/m 桥面铺装折算成的恒载集度: g(6)中=253.20.08+243.20.1=14.08 kn/m g(6)边=253.20.08+240.12.8=13.12 kn/m 恒载计算汇总见表 51 . 表 51 恒载汇总表 梁号一期恒载 g1(

29、kn/m)二期恒载 g2(kn/m)总恒载(kn/m) 131.9078.65+2.60+13.12=24.3656.267 229.5295.2+14.28=19.4849.009 5.1.2 永久作用效应 如图 51 所示,设 x 为计算截面离支座的距离,并令 =x/l,则主梁弯矩和剪力的计 算公式为: mg=1/2(1-)l2gi,qg=1/2(1-2)lgi 图 51 永久作用效应计算图 永久作用效应计算结果见表 52 。 表 52 永久作用效应计算表 mg(kn/m)qg(kn) 项目总荷载 （kn/m）跨中四分点四分点支点 0.500.250.250 156.2676013.378

30、4510.034411.312822.624 249.0095237.7003928.275358.256716.512 5.2 可变作用效应计算 5.2.1 冲击系数和车道折减系数 1.简支梁桥结构基频计算： 2 2 c c ei f lm 式中： 结构的计算跨径（） lm e 结构材料的弹性模量 () 2 /n m ic结构跨中截面的截面惯性矩 () 4 m mc结构跨中处的单位长度质量（） ， /kg m l=29.24m；e=3.451010n/m2；ic 边=38963367.87 cm4；ic 中=38562461.32 cm4； mc 边=5539.25kg/m；mc 中=480

31、3.87 kg/m。 则：f 边=3.92(hz) ；f 中=3.94(hz) 冲击系数：中=0.1767ln3.940.0157=0.227 所以 1+=1.227 边=0.1767ln3.920.0157=0.226 1+=1.226 按公路桥规4.3.1 条，当车道数大于等于 2 时，需进行车道折减。三车道折减系 数为 0.78，四车道折减系数为 0.67，但折减后的值不得小于两行车队布置时的计算结果。 2.主梁的荷载横向分布系数 （1）跨中的荷载横向分布系数 mc（修正刚性横梁法） 本设计桥跨内设有五道横隔梁，承重结构的宽跨比为 b/l=13/29.24=0.4440.5，是 窄桥，可

32、按修正横梁法来计算横向分布系数 mc。 计算主梁抗扭惯性矩 it 对于箱型截面，单根主梁抗扭惯性矩可近似计算为： 2 3 1 4 n tii i i icbt ds t a 式中：-封闭图形中心线所围成的图形的面积； bi 、ti-为相应单个矩形截面的宽度和高度； ci-为矩形截面抗扭刚度系数； n-为梁截面划分成单个矩形界面的个数。 由 cad 中直接查询得：=1732462mm2 将数据代入得： it 中=417324.622/(157.5+86.5)/18+(144.75+148.01)/17.26)+ 20.2440183 =39452583.48cm4 it 边=417324.622

33、/(157.5+86.5)/18+(144.75+148.01)/17.26)+ 0.2818374 +0.28318380=39593484.6cm4 图 52 1 号梁抗扭刚度计算图 图 53 2 号梁抗扭刚度计算图 计算抗扭刚度系数 抗扭刚度系数 ： 2 2 1 1 12 i ti i gli ea i 将数据带入得：=0.316 按修正刚性横梁法计算横向影响线坐标值 ij=1/n+aiaj/ai2.计算结果见表。 表 53 横向影响线坐标值计算结果表 梁号 i ai(m)i1i4 14.80.39220.1078 21.60.26580.2342 计算荷载横向分布系数（图 54） 。

34、汽车荷载：mcq=1/2ij。 图 54 跨中荷载横向分布系数计算图（尺寸单位：cm） 一号梁 3 车道： 3 cq 1.1 0.72.44.25.57.3 m0.5 0.780.2658 6-0.26580.23420.72 3.2 3 （） 2 车道： 3 cq 1.1 0.72.44.2 m0.50.2658 6-0.26580.23420.707 3.2 3 （） 一号梁汽车荷载横向分布系数 mcq=max（mcq3，mcq3）=0.723 车道 同理可得 二号梁 3 车道：mcq3=0.60 2 车道：mcq2=0.523 二号梁汽车荷载横向分布系数 mcq=max（mcq3，mcq

35、3）=0.603 车道 （2）支点的荷载横向分布系数 m0（杠杆原理法） 支点的荷载横向分布系数计算如图 55 所示。按杠杆原理法绘制荷载横向影响线并 进行布载，则可变作用横向分布系数计算如下： 一号梁：m0q=0.5（1+0.32）=0.66 二号梁：m0q=0.5（1+1+0.06）=1.03 图 55 支点荷载横向分布系数计算图（尺寸单位：cm） （3）荷载横向分布系数汇总（表 54） 表 54 荷载横向分布系数汇总表 梁号一号梁二号梁 作用类别 mcmomcmo 汽车荷载 0.720.660.601.03 3.车道荷载的取值 根据公路桥规4.3.1 条，公路一级车道荷载的均布荷载标准值

36、 qk=10.50kn/m;集 中荷载标准值：计算弯矩时为 pk=（360-180）/（50-5）（29.24-5）+180=276.96kn； 计算剪力时为 pk=276.961.2=332.352 kn。 4.计算可变荷载作用 在可变作用效应计算中，本设计对于荷载横向分布系数沿桥跨的变化，取值时作如 下考虑：支点处取 m0，跨中处取 mc，mc从第一根横隔梁起向 m m0 0直线过度。 （1）计算跨中截面的最大弯矩和剪力 可按下面公式求的跨中截面内力，加载方式见图 56。 1, qcqkki smqp y 式中：1+=1.227（中梁） ；1+=1.226（边梁） 。内力计算结果见下表：

37、表 5-5 跨中截面内力计算表 梁号 12 mmax （knm） 2797.312331.09 公路-级 （考虑冲击系数） qmax （kn） 182.17151.81 （2）求四分点截面的最大弯矩和剪力 计算加载如图 57，内力计算结果见表。 表 5-6 l/4 截面内力计算表 梁号 12 mmax （knm） 2097.021747.52 公路-级 （考虑冲击系数） qmax （kn） 265.74249.14 （3）求支点截面最大剪力 计算加载方式如图 58，计算按下面面的公式： 11.2 ackkia qmqp yq 式中：11.2 2 aockock a qmmq ymmpy 内力计

38、算结果见表: 表 36 支点截面内力计算表 梁号 12 公路-级 （考虑冲击系数）qmax （kn） 406.74555.76 图 36 跨中截面作用效应计算图 图 37 l/4 截面作用效应计算图 图 38 支点截面作用效应计算图 5.2.2 主梁作用效应组合 按公路桥规4.1.6-4.1.8 条规定，对可能同时出现的作用效应选择了三种最不 利效应组合：短期荷载组合、标准荷载组合和承载能力极限状态基本组合，见表 5-7，表 5-8。 表 57 1 号梁内力组合表 跨中截面四分点截面 支点 截面 序号 荷载类别 m（knm ） q（kn）m（knm） q（kn ） q（kn） （1）总恒载 6

39、013.380.004510.034411.31822.62 （2）汽车荷（考虑冲击） 2797.31182.172097.02265.74406.74 （2）汽车荷（未考虑冲击） 2281.66148.591710.46216.75331.76 （3）短期组合 =+0.7（2 ） 7610.54104.015707.36563.041054.86 (4) 标准组合=+ 8810.69182.176607.05677.051229.36 (5) 基本组合 =1.2+1.4 11132.29255.0483447.87865.611556.59 (6) 一期恒载 g1 3282.040.0024

40、61.53224.49449.08 (7) 现浇湿接缝 g21 277.870.00208.4019.0138.01 (8) 二期 恒载 桥面栏杆、 铺装 g22 2325.540.001744.16159.06318.03 表 38 2 号梁内力组合表 跨中截面四分点截面支点 截面 序号荷载类别 m（knm ） q（kn）m（knm） q（kn ） q（kn） （1）总恒载 5237.700.003928.28358.26716.51 （2）汽车荷（考虑冲击） 2331.09151.811747.52249.14555.76 （2）汽车荷（未考虑冲击） 1901.38123.831425.3

41、8203.21453.31 （3）短期组合=+ 0.7（2 ） 6568.67104.014926.04500.501033.83 (4) 标准组合=+ 7568.79151.815675.80607.401272.27 (5) 基本组合=1.2 +1.4 9548.77212.537160.46778.701637.88 (6) 一期恒载 g1 3278.410.002458.81224.24448.48 (7) 现浇湿 接缝 g21 277.870.00208.4019.0138.01 (8) 二期 恒载 桥面栏杆、 铺装 g22 1564.610.001173.46107.02214.0

42、4 5.3 预应力钢束的估算及其布置 5.3.1 跨中截面钢束的估算及确定 预应力钢筋截面积估算 按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量 对于 a 类部分预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂要求，由式 111 可得跨中截面 所需的有效预应力为 /0.7 1 stk pe p mwf n e aw 式中的 ms为正常使用极限状态按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值；由荷 载计算表得：ms=7610.54knm。设预应力钢筋截面重心距截面下缘为 ap=150mm，则预应 力钢筋合力作用点至截面重心轴的距离为 ep=ys-ap=1043-150=893mm；钢筋估算时，截面 性质近似取用全截面的

43、性质来计算，由表 44 可得跨中截面全截面面积（边梁） a=1266299mm2，全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩为 w=i/ ys =389633678700/1043=373570161.7mm3；所以有效预加力合力为 6 /0.77482.61 10 /373570161.70.7 2.65 5715137.53 1893 1 1266299373570161.7 stk pe p mwf nn e aw 预应力钢筋的张拉控制应力为 con=0.75 fpk=1395mpa，预应力损失按张拉控制应力 的 20%估算，则可得需要预应力钢筋的面积为 2 5715137.53 5121.09

44、1 0.20.8 1395 pe p con n amm 采用 38 跟钢绞线，分成 8 束，预应力钢筋面积为 ap=14038=5320 mm2。每束根数见 下表： 表 59 钢束布置表 钢束名 2n12n22n32n4 根数 5455 预应力钢筋布置 跨中截面预应力钢筋的布置 后张法预应力混凝土受弯构件的预应力管道布置应符合公路桥规中的有关构造 要求。参考已有的图纸并按公路桥规中的构造要求，对跨中截面的预应力钢筋进行 初步布置（图 59） 。 图 39 钢束布置图（尺寸单位：mm） 锚固面钢束布置 为使施工方便，全部 8 束预应力钢筋均锚于梁端（见图 39） 。这样布置符合均匀分 散的原则

45、，不仅能满足张拉要求，而且 n1、n2、n3 在梁端均弯起较高，可以提供较大的 预剪力。 其他截面钢束位置及倾角计算 1）钢束弯起形状、弯起角 及其弯曲半径 采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲；为使预应力钢筋的预加力垂直作用于锚垫 板，n1、n2 和 n3 弯起角 均取 0=5，n4 弯起角 取 4=1.4；各钢束的弯起半 径为：n1、n2 和 n3 的弯起半径为 45m，n4 的弯起半径为 30m。 2）钢束各控制点位置的确定 以 n1 号钢束为例，其弯起布置如图 510 所示。 由确定导线点距锚固点的水平距离 0 cot d lc 0 cot900 cot510292 d lcmm 由确定

46、弯起点至导线点的水平距离 0 2 tan 2 b lr 0 2 5 tan45000 tan1964 22 b lrmm 所以弯起点至锚固点的水平距离为 2 1964 1029212256 db lllmm 则弯起点至跨中截面的水平距离为 (29240/ 2 180)14800 122561554 k xlmm 根据圆弧相切的性质，图中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点的 水平距离相等，所以弯止点至导线点的距离为 120 cos1964 cos51956 bb llmm 故弯止点至跨中截面的水平距离为 12 1964 1956 15545474 bbk llxmm 同理可以计算 n

47、2、n3、n4 的控制点位置，将各钢束的控制参数汇总于下表中。 图 510 钢束计算图 表 510 各钢束弯曲控制要素表 钢束号 升高值 c（mm） 弯起角 0（） 弯起半径 r（mm) 支点至锚 固点的水 平距离 d（mm） 弯起点至 跨中截面 水平距离 xk（mm） 弯止点至 跨中截面 水平距离 （mm） n190054500018015545474 n275054500018042626585 n361054500018058629785 n4351.4300001801300013734 3各截面钢束位置及其倾角计算 仍以 n1 号钢束为例，计算钢束上任一点 i 离梁底距离及该点处钢束

48、的倾角 ii aac i，式中 a 为钢束弯起前其重心至梁底的距离，a=310mm；ci为 i 点所在计算截面处钢束 位置的升高值。 计算时，首先应判断出 i 点所在处的区段，然后计算 ci及 i，即 当时，i 点位于直线段还未弯起，ci=0，故；i=00 ik xx100 i aamm 当时，i 点位于圆弧弯起段，ci及 i按下式计算，即 21 0 ikbb xxll 2 2 iik crrxx 1 sin ik i xx r 当时，i 点位于靠近锚固端的直线段，此时 i=0=5，ci按下 12ikbb xxll 式计算，即 20 tan iikb cxxl 各截面钢束位置 ai及其倾角 i

49、计算值详见下表。 表 511 各截面钢束位置（ai）及其倾角（i）计算表 计算截面钢 束 编 号 xk（mm ） lb1+lb2 （mm） xi- xk（mm） 1 sin ik i xx r ci（mm ） ii aac 1 1n 2 42623922200 n 3 5862392290 跨中截面 xi=0mm n 4 13000734 xi-xk为负 值，钢束 还未弯起 00 90 n 1 1554392257565247557 n 2 4262392230483.9103303 l/4 截面 xi=7310 mm n 3 5862392214481.823113

50、 n 4 13000734-56900090 n 1 155439221306658741184 n 2 42623922103585734934 n 3 5862392287585594684 支点截面 xi=14620 mm n 4 1300073416201.430120 4钢束平弯段的位置及弯角 由于是斜腹板，钢束在数万的同时也进行平弯。在两端处由于截面变化也进行平弯。 其平弯角分别是：斜腹板平弯角为 1.25，梁端处平弯角为 1.8。 非预应力钢筋截面积估算及布置 按极限承载力确定普通钢筋，设预应力束合力点和普通钢筋的合力作用点到截面底 边距离，。 mmap021mmahh pp 1

51、4800210061 依据桥规（jtgd62）第 4.2.3 条确定箱形截面翼缘板的有效宽度对于中间梁： 连续梁中部梁段 ： ifmi bb 分别为腹板上，下各翼缘的有效宽度和实际宽度； imi bb , 为相关梁跨内中部的翼缘有效宽度的计算系数。 f 表 512 翼缘有效宽度计算 截面位置翼板所 处方位 理论跨 径 (m) i l 宽跨比 / ii bl 有效宽度比 imi bb / 有效宽度 mi b 腹板外侧003 10.77 中跨跨中 腹板内侧 29.24 0.0210.65 所以：有效宽度=2（0.77+0.65+0.18）=3.2m f b 由公式求得 x：) 2 ( 00 x h

52、xbfmr fcdd 6 1.0 10978.77 1022.4 32001480 2 x x 求得 为第一类 t 截面。 x107.38mm180mm f h 则根据正截面承载力计算所需的非预应力钢筋截面积为 2 22.4 3200 107.38 1260 5320 3549.28 280 edfpdp s sd f b xfa amm f 采用 16 根直径为 18mm 的 hrb335 钢筋，提供的钢筋面积为。 2 4072 s amm 在梁底布置成一排，其间距为 61mm，钢筋重心到底边的距离为 as=41mm。 6.主梁截面几何特性计算 后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性应根据不同

53、的受力阶段分别计算。本设计 箱梁从施工到运营经历了如下三个阶段。 第一阶段：主梁预制并张拉预应力钢筋阶段 主梁混凝土达到设计强度的 90%后，进行预应力的张拉，此时管道尚未压浆，所以其 截面的截面特性计算中应扣除预应力管道的影响。 第二阶段：灌浆封锚，主梁吊装就位并现浇 800mm 湿接缝。 预应力钢筋张拉完成后进行管道压浆，封锚后，预应力钢筋能够参与截面受力。主 梁吊装就位后现浇 800mm 湿接缝，但湿接缝还没参与截面受力，此时的截面特性计算采 用计入预应力钢筋影响的换算截面。 第三阶段：桥面、栏杆及人行道施工和运营阶段 桥面湿接缝达到强度后，主梁即为全截面参与工作，此时截面特性计算计入预

54、应力 钢筋的换算截面。 净截面几何特性计算 在预应力阶段，只需要计算小截面的几何特性。计算公式为： 净截面面积： n aana 净截面惯性矩: 2 nsi iinayy 第一阶段跨中截面的截面几何特性计算见表 表 61 跨中截面的截面几何特性（边梁） 分块名称分块面积 ai（mm2） ai中心 至梁底 距离 yi（mm ） 对梁底边的面积 矩 si= ai yi（mm3） 全截面 重心到 下缘距 离 y (mm) 自身惯性 矩 ii（mm4） di = ys - yi（mm ） ix= ai di2（mm4） 截面惯性 矩 i=ii+ix（ mm4） 混凝土全 截面 1194299.0 0 1

55、013.2 0 1210063746.80 3.7077e+1 1 -4.081.990e+07 非预应力 钢筋换算 面积 21301.6541.00873367.65 0.0000e+0 0 968.121.997e+10 预留管道 -19006.40180.59-3432332.24 1008.4 7 0.0000e+0828.53- 面积 01.305e+10 净截面面 积 1197197.1 5 1207504782.21 3.7077e+1 1 6.938e+09 3.777e+1 1 注： 22 5.5 / 423.75,8,5.65 ep acm n 2）换算截面几何特性计算 换

56、算面积： 0 1 ep aana 换算截面惯性矩： 2 0 1 epsi iinayy 各控制界面不同阶段的截面几何特性汇总表见下表： 表 62 各控制界面不同阶段的截面几何特性汇总表（中梁） w（mm3）受 力 阶 段 计算 截面 a（mm2）yu（mm ） yb（mm ） ep（mm ） i（mm4 ） wu=i/yuwb=i/ybwp=i/ep 跨中 截面 1094354. 65 966.63633.3 7 786.0 3 3.54e+ 11 3.67e+ 08 5.59e+ 08 4.50e+ 08 l/4 截面 1094354. 65 964.66635.3 4 641.6 6 3.

57、56e+ 11 3.69e+ 08 5.61e+ 08 5.55e+ 08 阶 段 1： 道 压 浆 前 支点 截面 1260798. 65 918.91681.0 9 161.9 1 4.00e+ 11 4.36e+ 08 5.88e+ 08 2.47e+ 09 跨中 截面 1117388. 00 953.46646.5 4 805.5 7 3.64e+ 11 3.82e+ 08 5.63e+ 08 4.52e+ 08 l/4 截面 1117388. 00 956.03643.9 7 692.2 4 3.60e+ 11 3.77e+ 08 5.59e+ 08 5.20e+ 08 阶 段 2：

58、 孔 道 结 硬 后 至 湿 接 缝 结 硬 前 支点 截面 1332932. 02 919.85680.1 5 200.0 6 3.98e+ 11 4.33e+ 08 5.85e+ 08 1.99e+ 09 跨中 截面 1261374. 00 1017.0 1 582.9 9 869.1 2 4.04e+ 11 3.98e+ 08 6.94e+ 08 4.65e+ 08 l/4 截面 1261374. 00 1019.2 9 580.7 1 755.5 0 4.00e+ 11 3.92e+ 08 6.88e+ 08 5.29e+ 08 阶 段 3： 湿 接 缝 结 硬 后 支点 截面 147

59、6932. 02 977.39622.6 1 257.6 0 4.44e +11 4.54e+ 08 7.13e+ 08 1.72e+ 09 表 43 各控制界面不同阶段的截面几何特性汇总表（边梁） w（mm3）受 力 阶 段 计算 截面 a（mm2）yu（m m） yb（mm ） ep（mm ） i（mm4 ） wu=i/yuwb=i/ybwp=i/ep 跨中 截面 1197197.1 5 1008.4 7 591.53827.8 7 3.77e+1 1 3.74e+ 08 6.38e+ 08 4.55e+ 08 l/4 截面 1197197.1 5 1007.4 9 5 92.51 6 8

60、4.49 3.8 2e+11 3.79e+ 08 6.45e+ 08 5.58e+ 08 阶 段 1： 孔 道 压 浆 前 支点 截面 1363064.6 5 959.426 40.58 2 02.42 4.2 8e+11 4.46e+ 08 6.68e+ 08 2.11e+ 09 跨中 截面 1219037.0 0 995.64604.3 6 847.7 5 3.89e+ 11 3.90e+ 08 6.43e+ 08 4.58e+ 08 l/4 截面 1219037.0 0 997.99602.0 1 734.2 0 3.84e+ 11 3.85e+ 08 6.38e+ 08 5.23e+