1、 目录1 设计资料11.1 主要技术指标11.2 材料规格11.3 采用的技术规范12 构造形式及尺寸选定23 空心板毛截面几何特性计算33.1 边跨空心板毛截面几何特性计算33.1.1 毛截面面积A33.1.2 毛截面重心位置33.1.3 空心板毛截面对其重心轴的惯距I43.2 中跨空心板毛截面几何特性计算43.2.1 毛截面面积A43.2.2 毛截面重心位置53.2.3 空心板毛截面对其重心轴的惯距I53.3 边、中跨空心板毛截面几何特性汇总64 作用效应计算74.1 永久作用效应计算74.1.1 边跨板作用效应计算74.1.2 中跨板作用效应计算84.1.3 横隔板重84.2 可变作用效
2、应计算94.3 利用桥梁结构电算程序计算94.3.1 汽车荷载横向分布系数计算94.3.2 汽车荷载冲击系数计算124.3.3 结构重力作用以及影响线计算134.4 作用效应组合汇总175 预应力钢筋数量估算及布置195.1 预应力钢筋数量的估算195.2 预应力钢筋的布置205.3 普通钢筋数量的估算及布置216 换算截面几何特性计算226.1 换算截面面积226.2 换算截面重心的位置236.3 换算截面惯性矩236.4 换算截面的弹性抵抗矩247 承载能力极限状态计算247.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算247.2 斜截面抗弯承载力计算257.2.1 截面抗剪强度上、下限的复核257.
3、2.2 斜截面抗剪承载力计算278 预应力损失计算298.1 锚具变形、回缩引起的应力损失298.2 钢筋与台座间的温差引起的应力损失298.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失308.4 预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失308.5 混凝土的收缩和徐变引起的应力损失318.6 预应力损失组合339 正常使用极限状态计算349.1 正截面抗裂性验算349.2 斜截面抗裂性验算389.2.1 正温差应力389.2.2 反温差应力（为正温差应力乘以）399.2.3 主拉应力3910 变形计算4210.1 正常使用阶段的挠度计算4210.2 预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置4310.2.1
4、预加力引起的反拱度计算4310.2.2 预拱度的设置4511 持久状态应力验算4511.1 跨中截面混凝土的法向压应力验算4511.2 跨中预应力钢绞线的拉应力验算4611.3 斜截面主应力验算4612 短暂状态应力验算4812.1 跨中截面4912.1.1 由预加力产生的混凝土法向应力4912.1.2 由板自重产生的板截面上、下缘应力5012.2 截面5012.3 支点截面5113 最小配筋率复核5214 铰缝计算5414.1 铰缝剪力计算5414.1.1 铰缝剪力影响线5414.1.2 铰缝剪力5514.2 铰缝抗剪强度验算5515 预制空心板吊杯计算5716 支座计算5716.1 选定支
5、座的平面尺寸5716.2 确定支座的厚度5816.3 验算支座的偏转5916.4 验算支座的稳定性6017 下部结构计算6117.1 盖梁计算6117.1.1 设计资料6117.1.2 盖梁计算6117.1.3 内力计算6917.1.4 截面配筋设计与承载力校核7217.2 桥墩墩柱设计7317.2.1 作用效用计算7417.2.2 截面配筋计算及应力验算76参考文献79致谢80附件1：开题报告（文献综述）附件2：译文及原文影印件20m预应力混凝土空心板桥设计计算书1 设计资料1.1 主要技术指标 桥跨布置: 1620.0 m，桥梁全长340 m。跨径: 标准跨径：20.0m；计算跨径：18.
6、 88m。桥面总宽: 13.25m，横向布置为0.5 m（防撞护栏）+0.5 m（左路肩安全距离）+（33.75）m（车道宽）+0.5 m（右路肩安全距离）+0.5 m（防撞护栏）。设计荷载：公路-I级。桥面纵坡：2%。桥面横坡：1.5%。1.2 材料规格主梁：采用C50预应力混凝土，容重为26kN/m3；弹性模量为3.45107KPa；现浇铺平层：采用C50混凝土,厚度为10cm；桥面铺装：采用防水混凝土，厚度为8cm,容重为25 kN/m3。缘石、栏杆：参照已建桥梁，按5.4kN/m计入恒载。1.3 采用的技术规范 1 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004 )；2 公路钢筋砼及预
7、应力砼桥涵设计规范(JTG D62-2004)；3 公路砖石及砼桥涵设计规范(JTJ D63-2005)。2 构造形式及尺寸选定本设计全桥6车道，上、下行分幅布置，单幅宽度为13.25m,全桥采用C50预制预应力混凝土空心板，每块空心板宽99cm，高85cm,空心板全长19.96m。全桥空心板横断面布置如图2-1，边、中跨空心板截面及构造尺寸见图2-1。图2.1 全桥横断面布置(单位: cm)（1）边跨空心板截面构造及尺寸(单位: cm)（2）中跨空心板截面构造及尺寸(单位: cm)图2.2 边、中跨空心板截面构造及尺寸3 空心板毛截面几何特性计算3.1 边跨空心板毛截面几何特性计算3.1.1
8、 毛截面面积A空心板毛截面面积为： 3.1.2 毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静距：则毛截面重心离1/2板高的距离为: 把毛截面外框简化为规则矩形时的余缺部分面积A余缺: 余缺部分对1/2板高的距离为:3.1.3 空心板毛截面对其重心轴的惯距I如图2-2中(1)图,设每个挖空的半圆面积为A: 半圆重心轴： 半圆对其自身重心轴的惯性距为： 则空心板毛截面对其重心轴的惯性距I为： 3.2 中跨空心板毛截面几何特性计算3.2.1 毛截面面积A空心板毛截面面积为： 3.2.2 毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静距：则毛截面重心离1/2板高的距离为: 把毛截面外框简化为规则矩形时的铰缝面积A铰
9、: 铰缝重心对1/2板高的距离为:3.2.3 空心板毛截面对其重心轴的惯距I如图2-2中(1)图,设每个挖空的半圆面积为A:半圆重心轴： 半圆对其自身重心轴的惯性距为： 则空心板毛截面对其重心轴的惯性距I为：3.3 边、中跨空心板毛截面几何特性汇总本桥梁设计的预制空心板的毛截面几何特性采用分块面积累加法计算，叠加时挖空部分按负面积计算。空心板截面的抗扭刚度可简化为图3-1的单箱截面来计算:图3.1 计算IT的空心板截面图简化图（尺寸单位：cm）抗扭惯矩IT为：表3-1 毛截面几何特性计算汇总截面号边跨空心板截面（1、13号板）中跨空心板截面（212号板）截面形式面 积0.389677 m20.
10、369077 m2抗弯惯矩3.69971610-2 m43.4315610-2 m4抗扭惯矩4.67610-2 m44.67610-2 m4形心y上值43.4637cm41.504cm形心y下值41.5365cm43.906cm4 作用效应计算4.1永久作用效应计算4.1.1 边跨板作用效应计算空心板自重（第一阶段结构自重）(kN/m) 桥面系自重（第二阶段结构自重） 栏杆、缘石（参照已建桥梁）取（1.45+1.25）2=5.4(kN/m)桥面铺装采用8cm等厚度的防水混凝土,则全桥宽铺装每延米重力为:(kN/m) 桥面现浇C50桥面板每延米重力（10cm厚）： 为计算方便近似按各板平均分担来
11、考虑,则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为:(kN/m) 铰缝自重（第二阶段结构自重）铰缝采用C40细集料混凝土，容重为24kN/m,边跨取单个铰缝的一半计算，则其自重为:由此得空心板每延米总重力为：(kN/m)（第一阶段结构自重） (kN/m)（第二阶段结构自重）(kN/m)4.1.2 中跨板作用效应计算空心板自重（第一阶段结构自重）(kN/m) 桥面系自重（第二阶段结构自重） 栏杆、缘石（参照已建桥梁）取（1.45+1.25）2=5.4(kN/m)。桥面铺装采用8cm等厚度的防水混凝土,则全桥宽铺装每延米重力为:(kN/m) 桥面现浇C50桥面板每延米重力（10cm厚）： 为计算方便近似
12、按各板平均分担来考虑,则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为:(kN/m) 铰缝自重（第二阶段结构自重）铰缝采用C40细集料混凝土，容重为24kN/m,中跨取两个单铰缝的一半计算，即为一个铰缝重量，则其自重为:由此得空心板每延米总重力为：(kN/m)（第一阶段结构自重） (kN/m)（第二阶段结构自重）(kN/m)4.1.3 横隔板重 每块板的横格梁均设置在板两端空心部分，封住端部口，厚度h为20cm,其横隔板重为：横隔板截面面积A=2312.114982=4624.2298（cm2)重力G=gAh=260.462422980.2=2.4046(kN)4.2可变作用效应计算本桥汽车荷载采用公路
13、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。公路级车道荷载均布荷载标准值为10.5 kN/m，集中荷载 。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4.3 利用桥梁结构电算程序计算4.3.1 汽车荷载横向分布系数计算根据截面几何尺寸特点,利用桥梁结构电算程序设计,首先利用铰接板法荷载影响线计算程序LTD JB计算荷载横向分布影响线，再利用其结果运行TRLODM程序计算荷载横向分布系数。运行LTD JB程序时输入文件为LCS1:outfig13,18.88, 0,0.03699716,0.04676000, 1.695E-4, 1.0,
14、0.0, 输出数据文件FIG内容为：（各板的横向分布影响线竖标值图表表示）1号板荷载横向分布影响线图示2号板荷载横向分布影响线图示3号板荷载横向分布影响线图示4号板荷载横向分布影响线图示5号板荷载横向分布影响线图示6号板荷载横向分布影响线图示7号板荷载横向分布影响线图图4.1 各板的横向分布影响线竖标值图表 813号板的荷载横向分布影响线关于中点和16号板对称，故在此省略其图示。利用已求的荷载横向分布影响线数据，接着再运行TRLODM程序计算荷载横向分布系数，输入数据文件为LCS2:FIGOUT，0.1，13.25，0.5，3，1.5，3 输出文件为OUT：（将其汇总列表如下表）。表4-1 各
15、板荷载横向分布系数计算汇总表梁号I荷载横向分布系数最不利车列数10.2363220.2339230.2281240.2212250.2100360.2032370.1985380.2032390.21003100.22122110.22812120.23392130.23632 由上面程序的计算结果可知，1号板（边板）在荷载作用下的横向分布系数最大，且其自重也最大为最不利的受力板。为设计的简便，现以1号板的作用效应为研究对象进行设计计算。支点处的荷载横向分布系数，按杠杆法计算，由图4-3得1号板的支点荷载横向分布系数如下：图4.2 1号板支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图表4-2 1号板的
16、荷载横向分布系数作用位置跨中至L/4处支点汽车荷载0.23630.54.3.2 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f14Hz时, =0.45;当时,. (2-2)代入数据得: (HZ)所以, 4.3.3 结构重力作用以及影响线计算 每跨19.96m取20个单元，25个结点，桥墩简化为活动和固定铰支座。结点x、y坐标按各结点对应截面的形心点位置来确定，计算网格图（结构离散图）如图4-3。图4.3 计算网格图（单位：cm）输入数据（文件名为LCS01.DAT）20,21,3,1,1,0,1,1,21
17、,1,1,1,2,1,1,2,2,3,1,1,3,3,4,1,1,4,4,5,1,1,5,5,6,1,1,6,6,7,1,1,7,7,8,1,1,8,8,9,1,1,9,9,10,1,1,10,10,11,1,1, 11,11,12,1,1,12,12,13,1,1,13,13,14,1,1, 14,14,15,1,1,15,15,16,1,116,16,17,1,1, 17,17,18,1,1, 18,18,19,1,1,19,19,20,1,1, 20,20,21,1,1,1,0,0, 2,0.54,0.0108, 3, 1.18,0.0236,4, 2.28, 0.0456, 5, 3.
18、38, 0.0676, 6, 4.48, 0.0896,7, 5.58, 0.1116, 8, 6.68, 0.1336, 9, 7.78,0.1556, 10, 8.88, 0.1776, 11,9.98,0.1996, 12, 11.08, 0.2216, 13, 12.18, 0.2436, 14, 13.28, 0.2656, 15, 14.38, 0.2876,16, 15.48, 0.3096, 17, 16.58, 0.3316, 18, 17.68, 0.3536,19, 18.78, 0.3756, 20, 19.42, 0.3884, 21, 19.96, 0.3992,1
19、,26,3.45E+071,0.389677,3.699716E-0222,0,0,9999,20,9999,0,9999,1,1,1,2,2,2, 3,2,4,2,5,2, 6,2,7,2,8,2, 9,2,10,2,11,2,12,2,13,2,14,2, 15,2,16,2,17,2,18,2,19,2,20,2,20,20,1,10,5.367,1.0, 120,10,5.367,1.0, 02,1,2,-2.404621,2,-2.4046211,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21计算结果的输出文件为LCS01.OU
20、T、LCS01.DED、LCS01.DA2。限于篇幅现取2、7、11这三个重要关心点的数据作出图示（对称结构取一半结构的关心截面）。剪力数据图示： 2号截面剪力图示：图4.4 2号结点剪力数据对应的图示 7号截面剪力图示：图4.5 7号结点剪力数据对应的图示11号截面剪力图示：图4.6 11号结点剪力数据对应的图示 弯矩数据图示：2号结点弯矩数据图示图4.7 2号结点弯矩数据图7号结点弯矩数据图示图4.8 7号结点弯矩数据图11号结点弯矩数据图示图4.9 11号结点弯矩数据图影响线数据文件LCS01.DA2,输入LCS01.RQT文件：0.1,0.0,0.0,10.5,235.522运行BDL
21、OAD程序，计算结果文件为LCS01.SQ1,再输入HZZ文件LCS01.HZZ:1.0,0,0.2363,1.01.2275,3,修改文件名字，运行HZZH程序（荷载组合程序）计算结果输出文件为LCS01.OZH,根据计算结果所得弯矩的基本数据作其包络图示如下：图4.10 弯矩包络图(单位: kNm)4.4作用效应组合汇总按桥规公路桥涵结构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，本桥属大桥，=1.0； 效应组合设计值； 永久作用效应标准值； 汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。 按正常
22、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:(1)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。(2)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弹性阶段截面应力计算时，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（含汽车冲击力）的标准值。 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4-3中。表4-3 空心板作用效应组合计算汇总表序号作用种类弯矩M(kNm)剪力V(kN)跨中L/4跨中L/4支点
23、作用效应标准值永久作用效应451.43338.57047.8295.64239.14179.35025.3350.66690.57517.92073.15146.30可变作用效应车道荷载不计冲击373.24279.9339.2563.25171.27458.15343.6148.1877.65210.23承载能力极限状态基本组合 (1)828.68621.50087.78175.56 (2)641.41481.0567.45108.71294.32=(1)+ (2)1470.091102.5567.45196.49469.88正常使用极限状态作用短期效应组合 (3)690.57517.9207
24、3.15146.30 (4)261.27195.9527.4844.28119.89=(3)+ (4)951.84713.8727.48117.43266.19使用长期效应组合 (5)690.57517.92073.15146.30 (6)149.30111.9715.725.368.51=(5)+ (6)839.87629.8915.798.45214.81弹性阶段截面应力标准值效应组合 (7)690.57517.92073.15146.30 (8)458.15343.6148.1877.65210.23=(7)+ (8)1148.72861.5348.18150.8356.53 5 预应力
25、钢筋数量估算及布置5.1 预应力钢筋数量的估算 本桥采用先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6.3.1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)
