毕业设计预稿

目录第一章TOC\o"1-3"\h\u284081.1选题背景 -2-294311.2工程概况 -3-69021.2.1概况 -3-244381.2.2自然条件情况 -3-49081.3技术指标和技术依据 -4-4183技术指标 -4-153911.3.2技术依据 -4-19038本设计主要依据为现行技术规范和标准： -4-144751.4结构形式 -4-312901.5主要材料 -4-19389第2章上部结构设计 -5-86902.1设计资料 -5-214512.2构造形式及尺寸选定 -6-89042.3空心板毛截面几何特性计算 -6-169972.3.1毛截面面积A -6-202862.3.2毛截面重心位置 -7-290152.3.3空心板毛截面对其重心轴的惯性矩 -8-199882.4作用效应计算 -8-225152.4.1永久作用效应计算 -8-241942.4.2可变作用效应计算 -10-43512.5作用效应组合 -22-202192.6预应力钢束的估算及布置 -23-237702.6.1预应力钢筋数量的估算 -23-172052.6.2预应力钢筋的布置 -25-271182.7普通钢筋数量的估算及布置 -25-28962.8主梁几何特性计算 -27-158002.9.1预应力钢筋张拉控制应力 -29-74992.9.2钢束应力损失 -29-109732.10承载能力（强度）极限状态的验算 -35-28702.10.1跨中截面正截面抗剪承载力计算 -35-259022.10.2斜截面抗剪承载力计算 -36-255242.10.3斜截面抗弯承载力 -38-26952.11正常使用极限状态验算 -38-60922.11.1抗裂性验算 -38-286542.12主梁变形验算 -42-61812.12.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算 -42-154532.12.3预拱度的设置 -44-115362.13持久状况应力验算 -44-263892.13.1短暂状况的正应力验算 -44-266502.13.2持久状况的正应力验算 -45-75462.13.3持久状况下混凝土主应力验算 -46-171492.14锚固区局部承压计算 -48-298842.14.1局部承压尺寸要求 -48-243482.14.2局部抗压承载力计算 -49-11737第3章下部结构设计 -50-127913.1钻孔桩计算 -50-181213.1.1荷载计算 -50-36473.1.2桩长计算 -53-106943.1.3桩的内力计算（m法） -54-139293.1.4桩身截面配筋与承载力验算（图3-4） -57-51313.1.5墩顶纵向水平位移验算 -58-22418参考文献 -62-22445致谢 -63-摘要按照三湾河桥设计任务书的要求，提出两个设计方案：方案一为预应力混凝土箱形简支梁桥，方案二为预应力混凝土T形简支梁桥，本着“安全、经济、实用、美观”的原则，最后确定预应力混凝土箱形简支梁桥为推荐方案。将所推荐桥梁进行了全面的计算分析，利用横向分布系数确定活载分布，求得上部结构主梁的内力，从而确定主梁配筋，然后进行主梁强度和应力验算，并分析验算了横梁和桥面板。对下部结构桥墩、桥台和基础作了详细的内力计算与验算。同时，根据计算结果绘制了桥梁全套的施工图。关键词：预应力混凝土简支梁桥；配筋；强度；应力AbstractAccordingtodesigningassignmentofSan-wanriver,twoprojectsareprovided.Oneisprestressedconcretesimplysupportedboxbeambridge.TheotherisprestressedconcretesimplysupportedTbeambridge.Inlinewiththeruleof“safe,economical,practicalandartistic”,theprestressedconcretesimplysupportedboxbeambridgeissuggestedfinally.Thesuggestedbridgeiscalculatedandanalyzedfully.Liveloadisdeterminedwithtraversecoefficient.Beamforceofupstructureisgotandprestressedsteelbarisconfirmed.Beamstrengthandstresscheckingcalculationsareproceeded.Traversebeamandsurfaceplateareanalyzedandcheckingcalculated.Piers,bentsandfoundationsoflowstructurearecalculatedforforceandanalyzed.Inthesametime,fullconstructiondrawingsaredrawnaccordingtothecalculationresult.Keywords:Prestressedconcretesimplysupportedbeambridge；steelbardeployment；strength；stress第1章绪论1.1设计背景桥梁作为跨越江河、山谷及其它线路（公路、铁路）等障碍物的重要结构物，也得到了相应发展，由此，我国的桥梁建设水平也迈进了世界先进行列。在桥梁建设中，先进设备、先进技术及新工艺、新材料、新标准得到了广泛应用，特别是近年来随着高等级公路建设的迅猛发展，预应力混凝土桥梁已经在全国范围内得到普及，其建设队伍空前壮大，预应力混凝土桥梁技术正不断被广大工程技术人员所掌握。作为即将走向工作岗位、去为社会建设添砖加瓦的路桥工程方向的毕业生，将充分利用在校仅有的一点时间，发挥在校期间所学的专业知识，利用毕业设计这个机会，通过一个完整的桥梁设计，再次，系统的对理论知识进行回顾学习，要善于发现问题，解决问题，争取走出校门，去进行工作实践，积累经验时，有足够的理论知识来支持对技术的学习、理解和创新；能够，竭尽全力，发挥自己的聪明才智，为我国公路桥梁建设事业，积极工作，多做贡献。此设计为三湾河桥，本着多锻炼、多学习的原则，根据设计任务书的要求，进行了桥梁的规划及方案的比选，最后分别详细地从上部结构和下部结构进行了计算。由于水平有限，在设计过程中，难免有不妥或错误之处，敬请批评指正。1.2工程概况概况该桥梁河段位于东大冲水库下游处，地处江西省萍乡市莲花县。该桥的建成，将跨越三湾河连通莲花县和永新县，给当地以及周边地区的经济发展和人民生活带来极大的便利，经过政府相关部门的磋商，决定按一级公路修建一座全长100多米的板桥。主要技术指标如下：年平均昼夜交通量为7000辆载重汽车，桥面净宽为净9+2×1.75m，桥面铺装采用100mmC30沥青混凝土和100mm的C40自然条件情况1.水文数据资料设计洪水为频率为2%，设计流量为：，设计流速为，=0.8，e=0.8，波浪高度取0.5。2.气象条件当地最热日月平均气温21.4，最冷日月平均气温-4，极端最高温38，极端最低温度-8，无冻深影响，设计风速。3.施工条件省级施工条件,建筑材料供应良好。1.3主要技术指标和技术依据技术指标（1）桥梁跨径标准跨径16m计算跨径（2）桥面净空9+2×1.75（3）设计荷载汽车荷载等级：公路Ⅰ级（4）桥面横坡1.5%技术依据本设计主要依据为现行技术规范和标准：（1）《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)（2）《公路工程水文勘察设计规范》（JTGC30-2002）（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）（6）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）1.4结构形式桥梁上部结构本设计上部结构采用9×16m预应力混凝土简支转连续箱型梁桥，邻横向为101.5材料规格主梁：采用C40预应力混凝土，容重为25kN/m3；弹性模量为3.25×104MPa；桥面铺装：C30沥青混凝土，容重为23kN/m3。预应力钢束：采用1×7股钢绞线作为预应力钢筋，直径15.2mm，公称截面面积139mm，=1860Mpa，Ep=1.95×10Mpa。支座：本设计桥台采用聚四氟乙烯滑板式橡胶支座，桥墩采用普通板式橡胶支座，支座设计均未考虑地震力。锚具：采用OVM型锚具及其配套设备。其它材料：砂，石，水的质量均《公路桥涵施工技术规范》有关条文办理。1.6设计要点(1)横向分布系数跨中采用铰接板法，支点采用杠杆法；(2)配筋设计需要满足抗裂性和使用性能的要求；(3)主梁验算应按极限状态设计方法进行验算(包括跨中、变化点、支点处)。1.7施工要点1.7.预制简支梁施工程序为：预制简支梁，分片进行预制安装,进而完成预应力混凝土简支梁的施工。1.7.2桥墩、桥台及桩基础的施工是桥梁的重要部分。对桥梁的正常使用和耐久性都至关重要，施工要求定位准确，尺寸合适，严格按照设计施工，按照规范操作。桥墩施工：墩身为圆柱形截面的轻型结构，用定型模板立模施工；桥台施工：桥台采用肋板式结构，因此在施工时台背及锥坡顶处，应逐渐夯实，为减少水平土压力，不得用大型的机械推筑高和填压的方法；桩基础的施工：(1)施工前准备(2)钻孔(3)清孔、吊装钢筋骨架、验孔(4)灌注水下混凝土。1.8设计方案说明1.8.1桥位选择根据路线资料，在此桥梁位置服从路线走向。1.8.（1）方案一——预应力混凝土箱形简支梁桥（2）方案二——预应力混凝土T形简支梁桥1.8.由比较知，方案一有较好的流水净空，其桥长较方案二短，而在上部结构用料方面方案较省，从本桥位的地质情况看，方案一的钻孔桩基础较适合，且方案一的施工进度快，梁的抗扭刚度和横向抗弯刚度大，整体性、稳定性好，造价及用料较省。综上比较，决定推荐方案一。 第2章上部结构设计2.1设计资料跨径：标准跨径=16.00； 计算跨径=15.3m。桥面净空：0.5m+9m+设计荷载：汽车荷载：公路—Ⅱ级荷载材料：预应力钢筋钢绞线，直径15.2mm；非预应力钢筋采用HRB335，空心板块混凝土采用C40；铰缝为C40细集料混凝土；桥面铺装采用C40沥青混凝土；人行道采用C40混凝土。2.2构造形式及尺寸选定本设计桥面净空为净0.5m+9m+0.5m，全桥采用8块C40的预制预应力混凝土空心板，每块空心板宽124cm，高75cm，空心板全长15.96m，采用后张发施工工艺，预应力钢筋采用股钢绞线，直径15.2mm，截面面积139，=1860MPa，=1260MPa，=。C40混凝土空心板的，，，。全桥空心板横断面布置如图，2-1，每块空心板截面及构造尺寸见图2-2。2.3空心板毛截面几何特性计算毛截面面积A2-1桥梁横断面（尺寸：cm）图2-2空心板截面构造及尺寸（尺寸单位：cm）图2-3空心板立面图（尺寸单位：cm）毛截面重心位置全截面对1/2板高出的静矩：铰缝的面积：则毛截面重心离1/2板高的距离为：铰缝重心对1/2板高处的距离为：空心板毛截面对其重心轴的惯性矩（忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩）空心板截面的抗扭刚度可简化为图2-4的单箱截面来近似计算：图2-4计算的空心板截面简化图（尺寸单位：cm）2.4作用效应计算永久作用效应计算空心板自重（第一阶段结构自重）桥面系自重（第二阶段结构自重）人行道参照已建桥梁取14.7kN/m；桥面铺装每延米重力为（考虑横坡）:上述自重效应是在各空心板形成整体后，再加至板桥上的，精确地说由于桥梁向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不同的，为计算方便近似按各板平均分担考虑，则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为：3.铰缝自重（第二阶段结构自重）铰缝采用C30细集料混凝土，容重为24kN/m,其自重为:g3=（529+1×75）×10×24=1.45(KN/m)由此得空心板每延米总重力为：gⅠ==13.848(kN/m)（第一阶段结构自重）gⅡ=g+g=7.96+1.45=9.41(kN/m)（第二阶段结构自重）g==gⅠ+gⅡ=13.848+9.41=23.258(kN/m)由此计算出简直空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表2-1。永久作用效应汇总表表2-1作用种类作用项目KN/m计算跨(m)作用效应M（KN*m）作用效应V(KN)跨中变截面处支点变截面处13.84815.3405.2194.39105.9499.3601.4515.342.439.8811.0910.407.9615.3232.9254.2660.957.1209.4115.3275.3564.1471.9967.520+23.25815.3680.56158.53177.93166.880可变作用效应计算本桥汽车荷载采用公路—Ⅰ级荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路—Ⅰ级车道荷载均布荷载标准值为10.5kN/m，集中荷载PK=180+(360-180)×(15.3-5)/(50-5)=222.4kN。而在计算剪力效应时，集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数，即计算剪力时'k=1.2×222.4=266.08kN按《桥规》车道荷载得均布荷载应满布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，三车道折减系数，但不得小于两设计车道的荷载效应。汽车和载荷横向分布系数计算空心板跨中和变截面处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算。支点至变截面处之间的荷载横向分布系数按直线内插值求得。跨中和变截面处处的荷载横向分布系数计算首先计算空心板的刚度参数=由前面计算：，，=125cm=1250mm，将以上数据代入，得:=0.019求得刚度参数后，即可按其查表得横向分布系数。由表画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得两车道及三车道两种情况下的各板横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图2-5由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至5号梁的横向分布影响线坐标值见表2-2。横向影响线坐标值表2-2板号γ作用位置1234567891010.011811581311100930800700630580560.022341921461110850660540430370340.01922518614411108606805704604003820.011581541371140970830730650600580.021921881571200920710560460400370.01918718215411909307606704904304030.011311371371231040900780700650630.021461571621381060820650540460430.01914415415813610608306705704904640.011101141231271161000870780730700.021111201381481291000800650560520.01911111913614612710008106705905550.010930971041161231141000900830800.020850921061291421261000820710660.019086093106127139124100083073068各板横向分布系数计算见图2-5图2-5各板横向分布影响线及横向最不利布载图（尺寸：m）1号板：三行汽车：（0.174+0.117+0.092+0.066+0.053+0.041）=0.253两行汽车：（0.174+0.117+0.092+0.066）=0.225人群荷载：0.213+0.38=0.2512号板：三行汽车：（0.174+0.128+0.099+0.074+0.062+0.045）=0.291两行汽车：（0.174+0.128+0.099+0.074）=0.238人群荷载：0.186+0.04=0.2273号板：三行汽车：(0.155+0.142+0.113+0.079+0.064+_0.051)=0.302两行汽车：(0.155+0.142+0.113+0.079)=0.245人群荷载：0.147+0.047=0.1944号板：三行汽车：(0.124+0.143+0.131+0.096+0.077+0.061)=0.316两行汽车：(0.124+0.143+0.131+0.096)=0.247人群荷载：0.113+0.056=0.1695号板：三行汽车：(0.097+0.122+0.136+0.121+0.103+0.080)=0.33两行汽车：(0.097+0.122+0.136+0.121)=0.238人群荷载：0.088+0.071=0.159各板横向分布系数计算结果汇总于表1—3。由表1—3中数据可以看出：三行汽车荷载作用时，4板的横向分布系数最不利；两行汽车作用时，2板为最不利。为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，同时考虑到人群荷载与汽车荷载效应相组合，因此，跨中和变截面处的荷载横向分布系数偏安全地取下列数值：各板荷载横向分布系数汇总表表2-3板号横向分布系数123450.2530.2910.3020.3160.330.2250.2380.2450.240.2380.2510.2270.1940.1690.159车道荷载作用于支点处的荷载横向分布系数计算支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。横向分布系数计算如下：三行汽车：两行汽车：（3）支点到变截面处的荷载横向分布系数按直线内插求得。空心板荷载横向分布系数表2—4作用位置作用种类跨中至l/4处支点汽车荷载三行0.330.500二行0.2450.500人群荷载0.1940汽车荷载冲击系数计算《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f的不同而不同,对于简支板桥:(2-1)当f<1.5Hz时,=0.05;当f>14Hz时,=0.45;当时,.(2-2)式中：结构的计算跨径（m）；E结构材料的弹性模量(KN/)；结构跨中截面的截面惯矩；结构跨中处单位长度质量重力加速度，。由前面计算，=23.258，=15.3m，由《公预规》查得C40混凝土的弹性模量，代入公式（Hz）=可变作用效应计算车道荷载效应道荷载引起的空心板跨中及变截面的效应（弯矩和剪力）时，均布荷载应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载只作用于影响线中一个最大影响线峰值处，见图2-6。图2-6空心板跨中和变截面内力影响线及加载图①跨中截面弯矩：（不计冲击时）两行车道荷载：不计冲击==283.69(kN·m)计入汽车冲击=1.2571×283.69=356.63(kN·m)三行车道荷载：不计冲击==298.05(kN·m)计入冲击1.2571×298.05=352.07(kN·m)剪力：两行车道荷载：不计冲击==37.51(kN·m)计入冲击=1.2571×37.51=47.15(kN·m)三行车道荷载不计冲击=39.6（kN）计入冲击=1.2571×39.6=49.78(KN)②弯矩：（不计冲击时）两行车道荷载：不计冲击=计入汽车冲击三行车道荷载：不计冲击==123.98计入冲击剪力：两行车道荷载：不计冲击=计入冲击三行车道荷载：不计冲击计入冲击③支点截面剪力计算支点截面由于车道荷载产生的效应时，考虑横向分布系数沿空心板长的变化，同样均布荷载标准值应满布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的峰值处，见图1-8。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=125.77(kN)计入冲击系数1.2571(2)人群荷载效应人群荷载效应是一个均布荷载效应你，其大小按《桥规》取为3.5kN/m2。本桥的人行道净宽为1.5m，因此qr=。人群荷载产生的效应计算如下（参照图2-6及图2-7）。①跨中截面弯矩：剪力：②弯矩：剪力：③支点截面剪力 剪力：图2-7支点截面剪力计算简图

变作用效应汇总表表2-5作用效应作用种类弯矩剪力跨中变截面跨中变截面支点车道荷载两行不计冲击系数283.69118.637.51104.61153.99356.63149.0647.15131.51193.58三行不计冲击系数298.05123.9839.60114.9125.77374.68155.8449.78144.44158.11人群荷载29.86.941.956.858.272.5作用效应组合按《桥规》公路桥涵公路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，本桥属于中桥=0.9；——效应组合设计值；——永久作用效应组合值；——汽车荷载效应（含汽车冲击力）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；——永久作用效应标准值；——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：各符号意义见上面说明。《桥规》还规定结构构件当需要进行弹性阶段截面应力设计计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为：式中：——标准值效应组合设计值；——永久作用效应、汽车荷载效应（计入汽车冲击力）。根据计算得到的作用效应，按《桥规》各种组合表达式可求得各效应组合设计值，现将计算汇总于表1-6中。空心板作用效应组合计算汇总表表2-6序号作用种类弯矩M（KN·m）剪力V（KN）跨中变截面跨中变截面支点作用效应标准值永久作用效应gI405.2194.39099.36105.94gⅡ142.439.88010.411.09gⅡ2232.9254.26057.1260.9gⅡ275.3564.14067.5271.99g=gI+gⅡ680.56158.530166.88177.93可变作用效应车道荷载不计冲击298.05123.9839.60114.9125.77374.68155.8449.78144.44158.11人群荷载29.86.941.956.858.27承载能力极限状态基本组合(1)816.67190.240200.26213.52(2)524.55218.1869.69144.84271.01（3）33.387.772.187.6769.26=(1)+(2)+（3）1374.6416.1971.88352.77493.79正常使用极限状态作用短期效应组合(4)680.56158.530166.88177.93(5)208.6486.7927.7257.7107.79(6)29.86.941.956.858.27=(4)+(5)+(6)919252.2629.67231.43293.99作用长期效应组合(7)680.56158.530166.88177.93(8)119.2262.3415.8432.9761.60.4(9)11.922.780.782.743.31=(7)+(8)+(9)811.7223.6516.62202.59242.83弹性阶段截面应力计算标准值效应组合S(10)680.56158.530166.88177.93(11)374.68155.8449.78144.44158.11(12)29.86.941.956.858.27=(10)+(11)+(12)1085.04321.3151.73277.19379.782.6预应力钢束的估算及布置预应力钢筋数量的估算本桥采用后张法预应力混凝土空心板构造形式。设计时应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求，例如承载力、抗裂性、裂缝宽度、变形及应力等要求。在这些控制条件中，最重要的是满足结构在正常使用极限状态下的使用性能要求和保证结构在达到承载能力极限状态时具有一定的安全储备。因此，预应力混凝土桥梁设计时，一般情况下，首先根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量，在由构件的承载能力极限状态要求确定普通钢筋的数量。本设计以部分预应力A类构件设计，首先按正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力Npe。按《公预规》条，A类预应力混凝土构件正截面抗裂性是控制混凝土的法向拉应力，并符合以下条件：在作用短期效应组合下，应满足要求。式中:——在作用短期效应组合Msd作用下，构件抗裂性验算边缘混凝土的法向拉应力；在初步设计时，和可按公式近似计算：(5-1)(5-2)式中:A,W——构件毛截面面积及对毛截面受拉边缘的弹性抵抗矩；——预应力钢筋重心对毛截面重心轴的偏心矩，,可预先假定。代入即可求得满足部分预应力A类构件正截面抗裂性要求所需的有效预加力为：(5-3)式中：——混凝土抗拉强度标准值。本预应力空心板桥采用C40，=2.4Mpa,由表4-3得，Msd=919kN·m空心板的毛截面换算面积:A=5539mmW=假设,代入得：==1892170kN则所需的预应力钢筋截面面积Ap为：式中：——预应力钢筋的张拉控制应力；——全部预应力损失值，按张拉控制应力的20%估算。本桥采用1×7股钢绞线作为预应力钢筋，直径15.2mm，公称截面面积139mm，=1860Mpa，Ep=1.95×10Mpa.按《公预规》现取预应力损失总和近似假定为张拉控制应力来估算，则:采用1×7股钢绞线作为预应力钢筋，即15.2钢绞线，单根钢绞线公称面积139,根据计算选用4束4×15.2则=4×4满足要求。预应力钢筋的布置预应力空心板选用4束股钢绞线双排布置在空心板下缘，预应力钢筋重心离板下缘距离，见图2-7。 图2-7 空心板跨中截面预应力钢筋布置图2.7普通钢筋数量的估算及布置在预应力钢筋数量已定的情况下，可由正截面承载力极限状态要求的条件确定普通钢筋的数量，暂不考虑在受压区配置预应力钢筋。空心板截面可换算成等效工字形截面来考虑：由2得得㎝，㎝则等效工字形截面的上翼缘板厚度：等效工字形截面的下翼缘板厚度：等效工字形截面的肋板厚度：等效工字形截面尺寸见图：图2-8空心板跨中截面钢筋置图图2-9空心板换算等效工字形截面估算普通钢筋时，可先假定,则由下列可求得受压区的高度，可由下式求得受压区高度x。取=140mm，则板的有效高度根据公式:由《公预规》可得：代入上式：解得：说明中和轴在翼缘板内，可由下式求的普通钢筋面积为：说明按受力计算不需要配置纵向普通钢筋，现按构造要求配置。普通钢筋选用HRB335，按《公预规》，。普通钢筋采用9Φ。普通钢筋9Φ12布置在空心板下缘一排（截面受拉边缘），沿空心板跨长直线布置，钢筋重心至板下缘35mm处，即。图2-10预应力钢筋与非预应力钢筋布置图2.8主梁几何特性计算后张法预应力混凝土梁主梁截面积几何特性应根据不同的受力阶段分别计算。本设计的空心板从施工到运营经历了以下三个阶段。（1）主梁预制并张拉预应力钢筋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，所以其截面特性为计入非预应力钢筋影响（将非预应力钢筋换算为混凝土）的净截面，该截面的截面特性计算中应扣除预应力管道的影响（波纹管直径d=60mm）。（2）灌浆封锚，主梁吊装就位并绞缝预应力钢筋张拉完成并进行管道压浆、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绞缝，但绞缝还没有参与截面受力，所以此时的截面特性计算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面。（3）桥面、防撞墙施工和运营阶段桥面绞缝结硬后，主梁即为全截面参与工作，此时截面特性计算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面，空心板有效宽度为1240mm。截面几何特性的计算可以列表进行，以第一阶段跨中截面为例列于表，同理可求得其他受力阶段控制截面几何特性如表2-7及2-8所示。第一阶段跨中截面几何特性计算表表2-7分块名称分块面积对梁顶边的面积矩自身惯性矩截面惯性矩混凝土全截面553900391.3216.74-1.50.00108非预应力钢筋换算面积7153.746--319.50.05537预留管道面积610-6.895-220.5-0.05476净截面0.00718各控制截面不同阶段的截面几何特性汇总表表2-8受力阶段计算截面A(mm)y阶段1:孔道压浆前跨中截面547835389.9360.1220.13.55569.11939.87416.155l/4截面547835389.9360.1220.13.55569.11939.87416.155变截面547835392.3357.738.63.59839.172410.05993.221支点截面608235394.1355.9-33.60939.158410.143-120.31阶段2:管道结硬后至绞缝结硬前跨中截面570259398.5351.5211.53.669.184410.41217.305l/4截面570259398.5351.5211.53.669.184410.41317.305变截面570259396.2353.834.73.61969.135810.231104.312支点截面623159394356-2.93.60939.160810.138-1244.6阶段3:绞缝结硬后跨中截面630659397.8352.2212.23.66039.201310.39317.249l/4截面630659397.8352.2212.2366028012629.201310.39317.249变截面630659395.8354.235.1361975026879.145410.22103.127支点截面630659394356-2.9360934035659.16110.139-1244.62.9预应力损失的估算本设计预应力钢筋采用直径为15.2mm的股钢绞线，，采用一端张拉及夹片式锚具，有顶压时。。预应力钢筋张拉控制应力按《公预规》规定采用钢束应力损失（1）预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失对于跨中截面:；为锚固点到支点中线的水平距离；分别为预应力钢筋与管道壁的摩擦系数及管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，采用预埋金属波纹管成型时，由附表2—5查得，；为张拉端到跨中截面间，管道平面转过的角度，跨中截面各钢束摩擦应力损失值，见下表：跨中截面各钢束摩擦应力损失值表2-9钢束编号(m)度弧度N120.03490.00877.80.01170.0202130226.3004N2100.17450.04367.80.01170.0538130270.0476截面各钢束摩擦应力损失值表2-10钢束编号(m)度弧度N120.03490.00873.9750.005960.0146130219.0092N2100.17450.04363.9750.005960.0484130263.0168变化点截面各钢束摩擦应力损失值表2-11钢束编号(m)度弧度N10001.10.001650.0016513022.1483N20001.10.001650.0016513022.1483支点截面各钢束摩擦应力损失值表2-12钢束编号(m)度弧度N10000.150.0002250.00022513020.29295N20000.150.0002250.00022513020.29295各设计控制截面平均值表2-13截面跨中变化点支点48.17441.0132.14830.29295（2）锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失（）计算锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失，后张法曲线布筋的构件应考虑锚固端后反摩阻的影响。首先根据（12—2）计算反摩阻影响长度：式中的为张拉端锚具变形值，由附表2—6查得夹片式锚具顶压张拉时为4mm；为单位长度由管道摩阻引起的预应力损失，；为张拉端锚下张拉控制应力，为扣除沿途管道摩擦损失后锚固端预拉应力，=-；为张拉钢束编号（MPa）（MPa）（MPa）（mm)（MPa）(mm)N1130228.1791273.8278000.0036131469415194.642N2130275.0511226.9578000.00962290041510.898端至锚固端的距离。将各束预应力钢筋的反摩阻影响长度列于下表2-14中。求得后可知四束预应力钢绞线均满足，所以距张拉端为处截面由锚具变形和钢筋回缩引起的考虑反摩阻后的预应力损失按下式计算，即：=式中的为张拉端由锚具变形引起的考虑反摩阻后的预应力损失，。若则表示该截面不受反摩阻影响。将各控制截面的计算列于下表2-15中。截面钢束编号截面跨中0036115194.64247.77N2780090040.009621510.898L/4截面00261151130.24106.212N2397594930.0086615182.184变化点截面N11100514090.0003151150.351150.351N21100514090.0003151150.351支点截面N11501391970.00005151150.988150.988N21501391970.00005151150.988预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的损失（）混凝土弹性压缩引起的应力损失取按应力计算需要控制的截面进行计算。对于简支梁取截面计算，并以其计算结果作为全梁各截面预应力钢筋应力损失的平均值。式中：m——张拉批数，这里m=4。——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，按张拉时混凝土的实际强度等级计算；假定为设计强度的87.5%，即=0.875C40=C35，查附表1—2得:=3.15,故——全部预应力钢筋的合力其作用点（全部预应力钢筋重心点）处所产生的混凝土正压力，，截面特性按表第一阶段取用。其中：=(1302-43.88-105.28)2224=2568.23kN=(MPa)(MPa)钢筋松弛引起的预应力损失（）对于采用超张力工艺的低松弛级钢绞线，由钢筋松弛引起的预应力损失按下式计算，即：式中：——张拉系数，采用超张拉，取=0.9；——钢筋松弛系数，对于低松弛钢绞线，取=0.3；——传力锚固时的钢筋应力，。=1302-43.88-105.28-18.34=1134.5(MPa)所以：=27.68(MPa)混凝土收缩、徐变引起的损失（）混凝土收缩、徐变终极值引起的受拉区预应力损失可按下式计算，即：式中：ε、——加载龄期为时混凝土收缩应变终极值和徐变系数终极值；——加载龄期，即达到设计强度为87.5%的龄期，近似按标准养护条件计算则有：0.875=，则可得；对于二期恒载的加载龄期，假定为=90d；该梁所属的桥位于野外一般地区，相对湿度为75%，其构件理论厚度，则h=270.6（mm），由此查附表并插值得相应的徐变系数终极值为==1.735、==1.276；混凝土收缩应变终极值为=。为传力锚固时在跨中和截面的全部受力钢筋（包括预应力钢筋和纵向非预应力受力钢筋，为简化计算不计构造钢筋影响）截面重心处，由、、所引起的混凝土正应力的平均值。考虑到加载龄期不同，按徐变系数变小乘以折减系数。计算和引起的应力时采用第一阶段截面特性，计算引起的应力时采用第三阶段截面特性。跨中截面：=（）==4.89(MPa)截面:=(1302-41.01-17.71-27.68)2224=2703.494(kN)==5.12(MPa)所以：=(4.89+5.12)/2=5(MPa)=，取跨中与截面的平均值计算，因跨中与截面相同，则212.2=1.88将以上各项代入即得：==78.97(MPa)现将各截面钢束应力损失平均值及有效预应力汇总于下表2-16中。计算截面应力损失应力损失项目工作阶段预加应力阶段使用阶段钢束有效预应力48.17447.7717.71113.6527.6878.97106.651188.351081.7041.013106.2117.71164.9427.6878.97106.651137.071030.422.1483150.3517.71170.2127.6878.97106.651131.791025.140.293150.9817.71168.9927.6878.97106.651133.011026.362.10承载能力（强度）极限状态的验算跨中截面正截面抗剪承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋图见图。预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离，普通钢筋离截面底边的距离。：（1）、求受压区高度x（先按第二类T型截面计算）==则可得x=160.3mm>,说明确为第二类T型截面。（2）、正截面承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋见图1—9。预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离，普通钢筋，则预应力钢筋和普通钢筋的合力作用点到截面底边的距离为：=130.3(mm)750-130.3=619.7(mm)查表知=1317.21kNm，截面抗弯承载力由式=计算结果表明，跨中截面抗弯承载力满足要求。斜截面抗剪承载力计算：预应力混凝土简支梁应对按规定需要验算的各个截面进行斜截面抗剪承载力计算。选取距离支点h/2处进行斜截面抗剪承载力计算。首先进行截面抗剪强度上、下限复核，即：式中的为验算截面处剪力组合设计值，由表2-6得支点处剪力及跨中截面剪力，内插求得:;空心板为C40则=40MPa；b=508.4mm；为相应于剪力组合设计值处得截面有效高度，即自纵向受拉钢筋合力点至混凝土受压边缘的距离，纵向受拉钢筋合力点距截面下缘的距离为：所以；为预应力提高系数，=1.25；代入上式得：计算表明，截面尺寸满足要求，并对照内力组合表在变化截面到支点区段配置箍筋。斜截面抗剪承载力按式计算，即：式中：——异号弯矩影响系数，=1.0；——预应力提高系数，=1.25；——受压翼缘的影响系数，=1.1；P——纵向钢筋的配筋率，——箍筋的配筋率，，箍筋选用双肢直径为10mm的HRB335钢筋，，取箍筋间距，并按《公预规》要求，在支座至变截面处，箍筋间距取。故：箍筋配筋率在组合设计剪力值的部分可只按构造要求配置钢筋。设箍筋仍选用双肢直径10mm的钢筋，配筋率取则由此求得构造钢筋间距经比较和综合考虑，箍筋沿空心板跨长布置如图1—11.××10×15×20由图1—11,选取以下位置进行空心板斜截面抗剪承载力计算①距支座中心375mm处截面，；②距跨中位置3600mm处截面（箍筋间距变化处）；计算截面的剪力组合设计值结果列于下表2-17中。各计算截面剪力组合设计值表2-17截面位置x（mm）支点x=7650x=7275x=6150x=3600跨中x=0剪力组合设计值Vd（kN）493.79473.11411.06270.4371.88/511.7559.8610610(1)距支座中心375mm处；纵向受拉钢筋合力点高度;，其等效工字形截面的肋宽b=508.4mm。由于不设弯起斜筋，因此，斜截面抗剪承载力按下式计算：=639.09kN抗剪承载力满足要求。距跨中截面x=6150处此处，箍筋间距，411.06kN斜截面抗剪承载力：=552.64kN则此处斜截面抗剪承载力满足要求。距跨中截面x=3600mm处=610此处，箍筋间距，270.43斜截面抗剪承载力：=506.56kN则此处斜截面抗剪承载力满足要求。斜截面抗弯承载力由于钢束均锚固于两端，钢束数量沿跨长方向没有变化，且弯起角度缓和，其斜截面抗弯强度一般不控制设计，故不另行验算。2.11正常使用极限状态验算抗裂性验算1.作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算正截面抗裂验算取跨中截面进行。（1）预加力产生的构件抗裂验算边缘的混凝土预加力的计算跨中截面：（kNm）==216.5（mm）则：==9.35（MPa）（2）由荷载产生的构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力的计算则：==9.04（MPa）（3）正截面混凝土抗裂验算对于A类部分预应力混凝土构件，作用荷载短期效应组合作用下的混凝土拉应力满足下列要求：由以上计算知=9.04-9.35=-0.31MPa（压）,说明截面在作用（或荷载）短期效应组合作用下没有消压，计算结果满足《公预规》中A类构件按作用短期效应组合计算的抗裂要求。同时，A类部分预应力混凝土构件还必须满足作用长期效应组合的抗裂要求。则：==8.01（MPa）=8.01-9.35=-1.34（MPa）<0所以构件满足《公桥规》中A类部分预应力混凝土构件的作用长期效应组合的抗裂要2.求作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算斜截面抗裂验算应取剪力和弯矩均较大的最不利区段截面进行，这里取剪力和弯矩都较大的变化点截面为例进行计算。实际设计中，应根据需要增加验算截面。（1）截面面积距的计算按下图进行计算。其中计算点分别取空洞上缘A-A处，第三阶段截面重心轴B-B处以及空洞下缘C-C处。现以第一阶段截面A—A截面为例计算面积矩：同理可得，不同计算点处的面积矩，现汇总于表2-18。面积矩计算表表2-18截面类型第一阶段净截面对其重心轴第二阶段净截面对其重心轴第三阶段净截面对其重心轴计算点位置A-AB-BC-CA-ABO-BOCO-COA-ABO-BOC-C面积矩符号面积矩mm2)斜截面抗裂验算斜截面抗裂验算应取剪力和弯矩均较大的最不利区段截面进行，在这里取变化点截面计算；主应力计算(以A-A的主应力计算为例)①剪应力=②正应力==2181.33kN===6.98(MPa)③主拉应力=-0.037(MPa)同理可得B-B，C-C的主应力主拉应力的限制值作用短期效应组合下抗裂验算的混凝土的主拉应力限制为0.7=0.72.4=1.68（）从表格2-19可以看出，以上主拉应力均符合要求。所以变化点截面满足作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算要求。斜截面抗裂验算应力表表2-19计算纤维剪应力正应力主拉应力第一阶段净截面第二阶段净截面第三阶段净截面A-A3.813.8514.2880.5126.985-0.037B-B6.3976.2977.8040.8976.055-0.13C-C3.9854.0844.0890.516.579-0.0392.12主梁变形验算根据主梁截面在各阶段混凝土正应力验算结果，可知主梁在使用荷载作用下截面不开裂。荷载短期效应作用下主梁挠度验算主梁计算跨径，C40混凝土的弹性模量。由表2-8可见，主梁在各控制截面的换算截面惯性矩各部相同，本设计中，取梁处截面的换算截面惯性矩作为全梁的平均值来计算。由式（12-90）可得简支梁挠度验算为：可变荷载作用引起的挠度现将可变荷载作为均布荷载作用在主梁上，则主梁跨中挠度系数（差附表）荷载短期效应的可变荷载值为由可变荷载引起的简支梁跨中截面的挠度为：=5.14mm考虑长期效应的可变荷载引起的挠度值为：=1.455.14=7.5mm〈l/600=15300/600=25.5满足要求。考虑长期效应的一期恒载、二期恒载引起的挠度=预加力引起的上拱度计算===2193.187截面惯性矩应采用预加力阶段（第一阶段）的截面惯性矩，为简化计算这里取梁处截面的截面惯性矩作为全梁的平均值来计算。则主梁上拱度为：==-12.2(mm)（）考虑长期效应预加力引起的上拱值为=2=-24.4mm（）预拱度的设置梁在预加力和荷载短期效应组合共同作用下并考虑长期效应的挠度值为：=7.5+21.3-24.4=4.4mm应设置预拱度跨中预拱度=4.4mm，支点为0，预拱度值沿顺桥向做成平顺的曲线2.13短暂状况的正应力验算（1）构件在制作、运输及安装等施工阶段，混凝土强度等级为C35.在预加力和自重作用下的截面边缘混凝土的法向压应力符合的要求。（2）短暂状况下（预加力阶段）板跨中截面上、下缘的正应力。上缘：下缘：其中(kN)，=。截面特性取用表2-18中的第一阶段的截面特性。代入上式得：=3.08MPa（压）=5.41（MPa）预加力阶段混凝土的压应力满足应力限制的要求；混凝土的拉应力通过规定的预拉区配筋率来防止出现裂缝，预拉区混凝土没有出现拉应力，故拉区只需配置配筋率不小于0.2%的纵向配筋即可。（3）支点截面的运输、安装阶段的吊点截面的应力验算，其方法与此相同，但应注意计算图式、预加应力和截面几何特性的变化情况。2.14持久状况的应力验算持久状况下截面混凝土的正应力验算对于预应力混凝土简支梁的正应力，由于配设曲线筋束的关系，取跨中截面进行验算。=，=，=1081.6962224-78.971017.36=2325.35（KN）跨中截面混凝土上边缘压应力计算值为：=持久状况下跨中截面混凝土正应力验算满足要求。持久状况下预应力钢筋的应力验算由二期恒载及活载作用产生的预应力验算满足要求。=（MPa）所以钢束应力为：=1081.696+65.94=1117.336（MPa）计算表明预应力钢筋拉应力满足了规范规定值，钢筋应力满足要求。持久状况下主应力计算本设计取弯矩和剪力都较大的变化点截面进行计算。以上梗肋处（A-A）的主应力为例。①剪应力剪应力的计算，其中=144.4+6.85=151.25（kN)=②正应力=2181.33kN==③主拉应力同理可得B-B,C-C处的主应力：变化点截面主应力计算表表2-20计算纤维（MPa）正应力（MPa）第一阶段换算截面第二阶段换算截面第三阶段换算截面A——A3.813.8514.2880.6187.460.051B——B6.3976.2977.8041.0926.3970.1812C——C3.9854.0844.0890.6126.9950.053（3）主压应力的限制值混凝土的主压应力限制值为与上表的计算结果比较，可见混凝土主压应力皆小于限制值，满足要求。（4）主应力验算将上表中的主压应力值遇主压应力限制值进行比较，均小于相应的限制值。最大拉应力按《公桥规》的要求，仅需按构造布置箍筋。2.15锚固区局部承压计算根据对四束预应力钢筋锚固点得分析，钢束的锚固端局部承压条件最不利，现对锚固端进行局部承压验算。2.15.1局部承压尺寸要求配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的尺寸应满足下列混凝土抗裂计算的要求：式中：——结构重要系数，这里=0.9；——局部受压面积上得局部压力设计值，后张法锚头局压区应取1.2倍张拉时的最大压力，所以局部压力设计值为：=1.2=880.7（N）——混凝土局部承压修正系数，=1.0；——张拉锚固时混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土强度达到设计强度90%时张拉，此时混凝土强度等级相当于，由附表1—1查得；——混凝土局部承压承载力提高系数，；、——混凝土局部受压面积，为扣除空洞后面积，为不扣除空洞后面积；对于有喇叭管并与垫板连成整体的锚具，可取垫板面积扣除喇叭管尾端内孔面积；喇叭管尾端内孔直径为60mm，所以：=150150=22500=22500-=19674——局部受压计算底面积；局部受压面为边长150mm的正方形，根据《公桥规》中的计算方法，局部承压计算底面积为：=1.87所以：=计算表明，局部承压区尺寸满足要求。2.15.2局部抗压承载力计算配置间接钢筋的局部受压构件，其局部抗压承载力计算公式为:且须满足：式中：——局部受压区面积上得局部压力设计值，；——混凝土核心面积，可取局部受压计算底面积范围以内的间接钢筋所包罗的面积（直径为170mm），这里配置螺旋钢筋得：K——间接钢筋影响系数；混凝土等级为C50及以下时，取k=2.0；——间接钢筋体积配筋率；局部承压区配置直径为10mm的HRB335钢筋，单根钢筋面积为78.54，所以C35混凝土。将上式各计算值代入局部抗压承载力计算公式，可得到:==993.076（KN）故局部抗压承载力计算通过。所以钢束锚下局部承压计算满足要求。第3章下部结构设计3.1上部结构荷载计算上部结构永久荷载见表3-1上部结构永久荷载计算表3-1每片边梁自重每片中梁自重一孔上部结构自重（KN）每一个支座恒载反力（KN）1,102—8边梁1,8中梁2—723.25823.2583721.28186.064186.0643.2盖梁尺寸拟定及材料选用尺寸拟定如图3.1图3.1材料选用根据地形地质状况，采用柱式桥墩配钻孔灌注桩，桥墩直径1.2m，钻孔灌注桩1.5m，采用旋转钻成孔，换浆清孔，成孔直径1.55m。桩基、桩身和盖梁等均取混凝土C25容重为3.3钻孔桩计算钻孔灌注桩直径为1.5m，用C25混凝土，级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为（软塑粘性土）。桩身混凝土受压弹性模量。荷载计算每一根桩承受的荷载为：1.一孔恒载反力2.盖梁恒重反力=3.系梁恒重反力=4.一根墩柱恒重作用于桩顶的恒载反力为:=2172.5(KN)5.灌注桩每延米自重(KN)可变荷载反力两跨可变荷载反力：722.24（KN）（公路—Ⅰ级）单跨可变荷载反力：570.83（KN）（公路—Ⅰ级）制动力作用点在支座中心，距桩顶距离为：()纵向风力：风压取则由盖梁引起的风力：对桩顶的力臂为：墩柱引起的风力：对桩顶的力臂为：横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。作用桩顶的外力（图）图3-2图3-31860.64+722.24+55.49=2638.37（KN）（双孔）1860.64+570.83+43.62=2475.1（KN）（单孔）（单跨可变荷载时）=372.1()作用于地面处桩顶上得外力2638.37+26.49×1.1=2667.51（KN）2475.1+26.49×1.1=2504.734（KN）372.1+46.86×1.1=423.646()桩长计算由于假定土层是单一的，可由确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为，则：式中：U—桩周长，考虑用旋转式钻机，成孔直径增大5cm，则；—桩壁极限摩阻力，按标值取为40KPa，即；—土层厚度（m）；—考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.75；—考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；—桩底截面积，；—桩底土层容许承载力，取；—深度修正系数，取；—土层的重度，取（已扣除浮力）—一般冲刷线以下深度。代入得：==437.725+84.656h桩底最大垂直力为：=2667.51+2×26.49+1/2qh=2720.49+13.25h即：437.725+84.656h=2720.49+13.25h故：=31.97m取h=28m，即地面以下桩长为35m，由上式反求：437.725+84.66h=3400.685>=2720.49+13.25×35=3184.24(KN)可知桩的轴向承载力能满足要求。桩的内力计算（m法）桩的计算宽度b桩的变形系数式中：，。受弯构件:.故：可按弹性桩计算。地面以下深度z处桩身截面上的弯矩与水平压应力的计算已知作用于地面处桩顶的外力为：,,桩身弯矩表3-20.330.140.09960.9997415.6423.536439.1350.670.240.196960.9980630.87422.824453.6941.340.440.377390.9861759.15417.787476.9362.010.640.529380.9586182.97406.111489.0812.680.840.645610.91324101.18386.890488.0703.34140.723050.85089113.32360.476473.7964.351.340.767610.73161120.3309.943430.2435.021.540.754660.68694118.27291.019409.2896.69240.614130.4065896.25172.246268.4968.362.540.398960.1476362.5362.543125.07310.03340.193050.0759530.2632.17662.43611.713.5