预应力混凝土箱型梁桥设计

1、第一章桥式方案的拟定1.1设计基本资料、跨度和桥面宽度(1) 标准跨径：28m(2) 桥梁总长：112m(3) 计算跨径：27.36 m主梁全长：27.96 m(5)桥面宽度：2X 0.50m (防撞栏)+3.75 X 2m (车行道)+3.5 m(应急车道)、技术标准(1) 设计荷载：公路-I级(2) 环境标准：I类环境(3) 设计安全等级：二等、主要材料(1) 主梁混凝土： C50级混凝土；(2) 桥面板及栏杆混凝土： C30级混凝土；(3) 预应力钢筋：主梁纵横向预应力钢筋用 強15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值和抗拉、抗压强度设计值分别为 f pk=1860MPa f pd=1

2、260MPe和f '=390MPa1.2桥型的选择(1) 预应力混凝土箱型梁桥安全性静定结构，构造简单。主梁高跨比适中，技术成熟，计算简单，施工 方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶， 满足交通运输安全要求；施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无 需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。 变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。可保 证司机正常行驶，满足交通运输安全要求，且施工简单。(2) 连续梁桥：连续梁桥立面布置可采用等跨径， 也可采用不等跨径。并且 适用于有支架施工、逐孔架设施工、

3、移动模架施工及顶推法施工。 采用变截面适 合悬臂法施工，施工阶段的主梁内力与运营阶段的主梁内力基本一致。 采用变截 面结构外形美观，可节省材料并增大桥下净空高度。（3）上承式刚架拱桥拱的承载潜力大，但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。 行车 条件较差。需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建 桥时间也 较长。上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加， 地质条件要求高。因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比较后最终以适用最 广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土箱型梁桥作为最佳设计方案。1.3截面的选取（1）、板式截面：板式截面建筑高度小

4、、构造简单、施工方便，采用预制装 配施工时，预制构件质量小，架设方便。I（2）、T形截面：T形截面的翼缘板构成桥梁的行车道板，又是主梁的受压 翼缘，结构合理，制造简单，肋内配筋可做成钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来 连接，整体性好。不足之处是形状不稳定，给运输和安装带来不便。（3）、箱形截面：箱形截面是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度大；材 料在截面上分布合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大的扭矩；能够满足 普通钢筋和预应力钢筋的配置要求；同时具有良好的横向抗弯能力。由于箱形截 面抗扭刚度大，在车辆荷载作用下各梁受力较均匀，其横向分布系数较小。箱形 截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别

5、适用于较大跨径的连续梁桥、悬臂 梁桥和T形刚构桥。桥跨结构在跨中承受正弯矩，在支座处承受负弯矩，箱形截 面的上、下底板完全适应于他们的配筋要求。综合比较上述三种截面形式方案，本设计截面形式选取可节省材料，成为薄壁结构，提高了抗扭强度，且能适应各种使用条件的箱型截面1.4箱型梁构造形式及相关参数设计1、本箱形梁按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法。2、 桥上横坡为双向2% （计算时按照简化的中梁截面特性进行计算）。3、 箱形截面尺寸：梁高1.5m,端部设置横隔梁，高1.3m，宽0.5m，横向 共计5片箱形粱，采用湿接缝进行连接，湿接缝宽 0.5m,厚度为0.18m，预制箱 形粱顶板宽2m跨

6、中腹板厚0.2m,顶板厚0.2 m底板厚均0.23m,端部腹板厚 0.25m，顶板厚0.20m，底板厚0.25m,腹板和顶板之间设有承托，底板厚度、腹 板厚度在距支座中心线1.60m处开始渐变为距支座中心线 0.1m处的0.25m和 0.25m （即端部的截面尺寸）。4、预应力管道采用金属波纹管成形，波纹管内径为 60mm外径为67mm管 道摩擦系数0.2，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm单端）。5、沥青混凝土重度按23kN/ni计，预应力混凝土结构重度按 26kN/mi计，混 凝土重度按25kN/nl计，单侧防撞栏线荷载为7.5kN/m。&根据以上拟定的各部

7、分尺寸，绘制箱形粱的跨中及端部横截面图，见图2-2。计算跨中截面几何特性，见表 2-1。由此可计算出截面效率指标 p （希望p在0.5以上）。亠虽III5“鱼血配。m1300图桥梁横断面及纵剖面结构尺寸图（单位:cm）分块面积分块面积形心分块面积对上分块面积的分块面积对截面形分块d =ys-y i2l=l i+l名称A至上缘距离y缘静矩Si =Ai yi自身惯性矩Ii心的惯性矩lx=Adi2 cmcm3 cm4 cm4cmcm4 cm大毛截面（含湿接缝）顶板承托腹板底板小毛截面（不含湿接缝）顶板 承托腹板 底板ys=ys=大毛截面形心至上缘距离ys=心小毛截面形心至上缘距离ys=H丄kx截面下

8、核心距，可按下式计算kx因此截面效率指标P表明以上的初拟截面是合理的。图端部及跨中截面尺寸图（尺寸单位：cm）1.6 主梁作用效应计算主梁的作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应。根据梁跨结构纵、 横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数， 求出各主梁控制截面（取跨 中、四分点、变化点截面及支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，再进行 主梁作用效应组合（标准组合、短期组合和极限组合）。此处以边主梁作用效应 进行计算，配筋设计及持久状况、正常使用状态应力则偏于安全的按中梁的截面 特性考虑。永久作用效应计算（按边主梁计算）1. 永久作用集度（1）主梁自重1）跨中截面段主梁自重（底板宽度变

9、化处截面至跨中截面，长）2）底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长）主梁端部截面面积为3）支点段梁的自重（长）4）边主梁的横隔梁（只在端部设置横隔梁）端横隔梁体积为故半跨内横隔梁重量为5）主梁永久作用集度（2）二期永久作用1）顶板中间湿接缝集度2）边梁现浇部分横隔梁一片端横隔梁（现浇部分）体积：所以3）桥面铺装层9cm厚沥青混凝土铺装6cm厚C40混凝土铺装将桥面铺装均分给五片主梁，则4）防撞栏：单侧防撞栏线荷载为将两侧防撞栏均分给五片主梁，则5）边梁二期永久作用集度2. 永久作用效应：按图 进行永久作用效应计算，设a为计算截面离左侧支 座的距离，并令c=a/l。主梁弯矩M和剪力V的计算公式

10、分别为永久作用效应计算见表可变作用效应计算1. 冲击系数和车道折减系数计算：结构的冲击系数卩与结构的基频f有关,故应先计算结构的基频，简支梁桥的基频可按下式计算其中由于当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减22%四车道折减33% 但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。此处按两车道、三车道和四车道布 载分别进行计算，取最不利情况进行设计。2. 计算主梁的荷载横向分布系数（1）跨中的荷载横向分布系数 m :由于各主梁均不设跨中横隔梁，仅设置 端横隔梁，各主梁之间的横向联结系依靠现浇湿接缝来完成，故可以按刚接梁法来绘制横向分布影响线和计算横向分布系数m。1）计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I和It