4602公路预应力板梁桥设计毕业设计.doc

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1、 工程职业技术学院毕业设计公路预应力板梁桥设计专 业 道路与桥梁工程技术学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2010年11月01日毕业设计成绩单学生姓名学号班级道桥3086专业道路与桥梁工程技术毕业设计题目公路预应力板梁梁桥设计指导教师姓名评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题目公路预应力板梁桥设计 专 业道路与桥梁工程技术班 级道桥3086学生姓名指导教师一、设计内容 按照教师提供的有关资料，设计一座预应力钢筋混凝土板梁桥，包括结构的内力计算分析和配筋设计，并按规定绘制部分施工图纸。二、基本要求(1) 掌握预应力钢筋混凝土梁

2、桥设计的一般过程；(2) 能应用程序进行本桥的设计计算；(3) 绘制本桥的部分施工图；(4) 完成毕业设计书的编写；(5) 完成桥梁工程相关内容的英文翻译。三、主要技术指标(1) 设计车辆荷载：公路-级，人群荷载为3.5KN/m2；桥面宽度：净7.5+20.75m ，桥面中心线与所跨铁路线夹角为90；顺桥向为平坡，桥面双向横坡1.5%；(2) 设计跨度：325m。四、应收集的资料及参考文献(1)姚玲森主编：桥梁工程北京：人民交通出版社； (2)廖元裳主编：钢筋混凝土桥北京：中国铁道出版社； (3)李廉锟主编：结构力学北京：人民交通出版社；(4)公路桥涵设计通用规范；(5)公路钢筋混凝土及预应力

3、混凝土桥涵设计规范；(6)公路桥涵地基及基础设计规范。五、进度计划第1-第2周： 收集资料，熟悉题目，完成开题报告；第3-第4周： 拟定部分结构尺寸；第5-第10周： 进行结构内力计算并配筋，绘制所有图纸；第11-第12周： 论文整理；毕业答辩。指导教师签字时间 2010年 月 日毕业设计开题报告题目预应力钢筋混凝土梁桥设计学生姓名学号班级道桥3086专业道路与桥梁工程技术一、 项目及研究背景 桥梁是公路（铁路）跨越江河山谷及其他线路等障碍物的 重要结构物，我国的桥梁的 建设水平已经迈进了世界先进行列。在桥梁建设中，先进设备，先进技术以及新工艺、新材料、新标准得到了广泛应用。特别是近年来随着高

4、等级公路建设的迅速发展，预应力钢筋混凝土桥梁已经在全国范围内得到普及，预应力钢筋混凝土桥梁技术不断被广大技术人员所掌握。本设计的是一座预应力钢筋混凝土梁桥，包括上、下部结构的内力计算分析和配筋设计，并按规定绘制部分施工图。预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构比较有以下特点：1、提高了结构的抗裂性和耐久性。2、增大了构件的刚度。3、节省材料4、减轻结构自重和增加跨越能力。5、预应力结构还可以作为一种构件拼装的施工手段，使大型建筑物的施工难度大大减小，又保持良好的整体性。二、 设计思路及设计方法1、上部结构的设计：1)、尺寸的拟定：主梁的尺寸选择及防护护栏的拟定。2）、各荷载下的内力计算。3）、画

5、内力分布图及材料分布图。4）、截面的选配筋（预应力筋、普通钢筋、箍筋、架立筋、弯起筋等），包含钢筋内力计算、截面及数目的选取、布置。5）、 截面的验算：应力、强度、挠度、裂缝宽度等验算。6）、绘制图纸2、下部结构的设计计算：1）分析桥址地质及荷载情况。2）桥梁墩台的位置确定。3）桥梁墩柱的计算及类型选择：a) 拟定尺寸b) 内力计算（主力、附加力、特殊荷载）c) 内力组合d) 墩身的检算（强度、受压稳定、刚度）e) 墩底截面验算f) 绘制图纸指导教师签字时 间 年 月 日题目预应力钢筋混凝土梁桥设计学生姓名学号班级道桥3086专业道路与桥梁工程技术三、 设计难点重点及达到的效果通过本次设计要达

6、到以下效果：对桥梁设计有一个整体的初步印象，并学会相关设计步骤与内容，以后能单独完成相应的设计内容；学会相应的教学应用软件，融会贯通，能自己单独建模、计算；贯彻团队精神。四、 设计进度安排第1第2周： 收集资料，熟悉题目，完成开题报告；第3第3周： 毕业实习第5第6周： 熟悉计算软件和绘图软件，拟定部分结构尺寸；第7第9周： 进行上部结构内力计算并配筋，绘制所有图纸；第10第12周： 进行下部结构内力计算并配筋，绘制所有图纸；第13第14周： 论文整理第15周： 毕业答辩指导教师签字时 间 年 月 日摘 要本次毕业设计为一座预应力钢筋混凝土空心板梁桥，包括上部结构和下部结构的内力计算分析和配筋

7、设计。该桥采用设计车辆荷载为“公路-级”，人群荷载为3.0kN/m；桥面宽度为净7.5m+20.75m，设计跨度为325m，属于简支梁体系。梁体设计工作包括：根据给定资料选定空心板梁截面尺寸，确定梁体及各个组成部分的材料、计算截面几何特性并进行内力计算、根据强度估算钢筋面积并布置钢筋，对梁体设计结果进行安全检验。空心板梁梁长25.0m，支座间距取为24.4m，梁体材料采用C50混凝土，桥面两边设有护栏，桥面铺装为沥青混凝土，均采用C40混凝土。预应力钢绞线标准强度为1860MPa，公称面积为139.0mm2，施工采用先张法。桥梁下部结构设计，其中包括预应力钢筋混凝土空心板梁桥的盖梁、桥墩、桩基

8、的设计。目 录第1章绪论11.1 选题背景11.2 研究现状11.3 桥梁工程的发展方向21.4 成果及意义3第2章空心板设计概述42.1 设计资料42.2 截面构造42.2.1尺寸选定42.2.2空心板毛截面几何特性计算42.3 作用效应计算62.3.1 永久作用效应计算62.3.2 可变作用效应计算72.4 汽车荷载横向分布系数计算72.4.1跨中和L/4处的荷载横向分布系数计算82.4.2支点处的荷载横向分布系数计算102.4.3 支点至L/4处的荷载横向分布系数102.5 汽车荷载冲击系数计算102.6 可变作用效应计算112.6.1车道荷载效应112.6.2人群荷载效应132.6.3

9、 作用效应组合13第3章空心板截面计算153.1 预应力钢筋数量估算及布置153.2 普通钢筋数量的估算及布置173.3 换算截面几何特性计算183.3.1 换算截面面积A0193.3.2 换算截面重心位置193.3.3 换算截面惯性矩193.3.4 换算截面弹性模量抵抗矩203.4 承载能力极限状态计算203.4.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算203.4.2 斜截面抗剪承载力计算213.5 预应力损失计算233.5.1 锚具变形、回缩引起的应力损失233.5.2 加热养护引起的温差损失243.5.3 预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失243.5.4 混凝土弹性模量压缩引起的预应力损失

10、243.5.5 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失253.5.6 预应力损失组合27第4章上部结构验算284.1 正常使用极限状态284.1.1 正截面抗裂性验算284.1.2 斜截面抗裂性验算314.2 变形要求364.2.1 正常使用阶段的挠度计算364.2.2 反拱度计算及预拱度的设置364.3 持久状态应力验算384.3.1 跨中截面混凝土法向压应力验算384.3.2 斜截面主应力验算394.4 短暂状态应力验算414.4.1 跨中截面424.4.2 L/4截面434.4.3 支点截面444.5 最小配筋率复核464.6 铰缝计算474.6.1 铰缝剪力计算474.6.2 铰缝剪力484

11、.6.3 铰缝抗剪强度验算494.7 预制空心板吊环计算494.8 栏杆计算504.8.1 栏杆的构造及布置504.8.2 栏杆的作用效应计算504.8.3 栏杆柱承载能力复核514.8.4 扶手计算53第7章 结论86参考文献87致 谢88附录 设计图纸94陕西铁路工程职业技术学院毕业设计第1章绪论1.1 选题背景交通要畅通无阻，天堑要变通途，桥梁起着很重要的作用。桥梁型势发展呈现多样性，桥梁设计理论也趋于完善，桥梁设计理论更是取得长足进步：从极限设计法到矩阵力法、有限元法，从分析单一结构到处理复合结构；材料和工具也不断更新：从混凝土、钢材到环氧树脂，抗拉压强度得到提高；就我国而言，混凝土结

12、构仍是首选材料，且基于造价低的优点得到广泛应用，我国是使用混凝土结构最多的国家，并以预应力混凝土为主施工。特别是预应力混凝土空心板梁桥在现代城市的各种桥型中有着广泛的应用。本设计具有其广泛性。在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大，而且在技术方面比较容易实现标准化设计。预应力混凝土空心板梁桥具有建筑结构低、结构安全型和耐久性高，构造简单、构件轻巧，适于工厂化、标准化施工，可缩短工期，节省投资等优点，在高速公路桥梁工程设计中得到了广泛应用。实践证明预应力混凝土空心板梁做成的板式桥，具有构造简单、受力明确、梁高低、构件轻和制作、运输、安装方便等优点。随着公路建设和市政工程的发展，促进了桥梁建设

13、的发展。随着钢绞线作为预应力筋在桥梁工程上的推广、应用，一些新的张拉锚固体系研制成功。为用钢绞线作预应力筋预制空心板梁提供了有利的条件。1.2 研究现状改革开放以来，桥梁建设得到迅速发展，一般公路和高等级公路上的中、小桥形式多样，工程质量不断提高，为公路运输提供了安全、舒适的服务。特别是基于我国公路桥发展落后的现状，预应力混凝土的发展有良好的势头。就我国而言，预应力混凝土梁桥仍是公路桥梁中量大、面广的常用桥型。现在的桥型很多采用了预制空心板梁。随着高强混凝土在我国的逐步推广应用，公路桥梁中广泛使用的预应力混凝土空心板也迫切需要提高混凝土强度等级，采用高强混凝土以提高经济效益，现有的空心板截面形

14、式和配筋设计也需修改并优化。所以对于空心板梁桥的设计和应用有着广泛的前景。预应力改变了钢筋混凝土桥的技术和形式，改变了混凝土桥的施工方法。混凝土结构施加预应力后形成预应力混凝土。预应力混凝土技术不断发展，20世纪80年代已趋于成熟，然而，近二十几年来由于材料预应力体系施工技术等的发展，预应力混凝土结构仍然在发生很大的变化，新的设计方法不断出现。目前，在实验室已经能够制造出强度超过200MPa的混凝土，目前世界各国正致力于把高强混凝土的研究成果编入设计规范。采用高强度混凝土的优越性是显著的，如减小梁等结构的材料用量，减小自重，减少墩台基底反力。实践证明，使用期限较长的混凝土结构在不利环境中毁坏的

15、原因，并不是混凝土强度的缺陷，而使混凝土耐久性问题，因此高强并不是混凝土的唯一指标，高性能混凝土(High Performance Concrete)才是混凝土技术发展的主要方向，从施工受力及耐久性等方面来看，易浇筑、易密实、不离析、低水化热、高早强、韧性好低徐变、耐疲劳、高密水、耐磨损、抗化腐等性能，已成为高性能混凝土的重要特征。此外，追求更高的强度容重比也是混凝土材料发展的目标之一。1.3 桥梁工程的发展方向随着公路建设的高潮，我国桥梁的技术也得到了飞速发展，很多发达国家桥梁技术的发展比我们早几十年，了解那些发达国家桥梁发展的动向和趋势，对于指导我国目前桥梁的发展有很重要的意义。(1) 桥

16、型不断丰富本世纪5060年代，桥梁技术经历了一次飞跃：混凝土梁桥悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的出现，极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力；斜拉桥的涌现和崛起，展示了丰富多彩的内容和极大的生命力；悬索桥采用钢箱加劲梁，技术上出现新的突破。所有这一切，使桥梁技术得到空前的发展。大吨位预应力应用增加。现在不少桥梁中已采用每束500t的预应力索。预应力索一般平弯，锚固于箱梁腋上，可以减小板件的厚度，局部应力也易于解决。(2) 结构不断轻型化悬索桥采用钢箱加劲梁，斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面甚至是板，使梁的高跨比大大减少，轻颖；拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、板件减薄等，这

17、些都使桥梁上部结构越来越轻型化。(3) 预应力应用更加丰富和灵活了部分预应力在公路桥梁中得到较广泛的采用。不仅允许出现拉应力，而且允许在极端荷载时出现开裂。其优点是，可以避免全预应力时易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大；刚度较全预应力为小，有利于抗震；并可充分利用钢筋骨架，减少钢束，节省用钢量。无粘结预应力得到了应用与发展。无粘结预应力结构施工方便，无需孔道压浆，修复容易，可以减小截面高度；荷载作用下应力幅度比有粘结的预应力小，有利于抗疲劳和耐久性能。1.4 成果及意义空心板截面梁桥因桥型轻型化得到广泛应用，是桥梁发展的基本形式，为我国修建公路桥提供了广阔的前景。同时，我国幅员辽阔，经济发展水平

18、参差不起，经济水平不高，公路桥发展还是要着眼于量大、面广的一般中、小桥，这类桥仍以预应力混凝土结构为主。对于预应力混凝土空心板梁桥的研究和应用对以后我国公路桥梁的建设和发展有着重要的意义。这次设计过程，我在指导教师的指导下，查阅相关资料后，完成了空心板梁设计过程中的全部计算和绘图工作。本设计中前半部分与预应力相关的计算，对我们而言是一次再学习的过程。以前学习混凝土结构设计原理时，仅限于理解预应力计算的基本原理和完成一些简单的计算，空心板的设计计算量大，而且计算繁杂。不仅要熟悉很多规范；除了计算过程中遇到的很多问题需要自己综合所学知识解决外；还有些问题还需要通过自学来实现123。第2章空心板设计

19、概述2.1 设计资料跨径：标准跨径；计算跨径。桥面净空：0.75m+23.75m+0.75m。设计荷载：汽车荷载：公路级荷载；人群荷载：。材料：预应力钢筋17钢绞线，直径15.2mm。（其截面面积：139.0mm2；公称质量1.101kg/m）；非预应力钢筋采用HRB335，R235；空心板块混凝土采用C50；铰缝为C40细集料混凝土；栏杆及人行道板为C40沥青混凝土；桥面铺装采用C40沥青混凝土。2.2 截面构造2.2.1尺寸选定桥面净空为净0.75m+23.75m+0.75m，全桥宽采用9块C50的预置预应力混凝土空心板，每块宽99cm，高120cm，空心板全长24.4m，采用先张法施工。

20、预应力钢筋采用17股钢绞线，直径15.2mm，截面面积139.0m2。全桥空心板横截面布置如图2-1。图2-1 桥梁横截面(单位：cm)2.2.2空心板毛截面几何特性计算每块空心板截面及改造尺寸见图2-2。图2-2 空心板截面构造尺寸(单位：cm)毛截面面积A：毛截面重心位置：铰缝面积全截面对板底的静矩为：因此，即重心上移1.07cm。毛截面对其重心轴的惯性矩I(忽略铰缝对自身中心轴的惯矩)得到： 空心板截面的抗扭刚度可简化为图2-3的单箱截面来近似计算20201919图2-3空心板截面简化图(单位：cm)2.3 作用效应计算2.3.1 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

21、(第二阶段结构自重)人行道及栏杆重力参照桥梁设计资料，单侧按5kN/m计算。桥面铺装采用等厚度10cm的混凝土，则桥面铺装每延米重力为：3.7520.123=16.1kN/m此重力效应是各空心板形成整体后，再加至桥板，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的效应是不同的，本设计近似按各板平均分担来考虑，各板桥面系重力为：铰缝自重（第二阶段结构自重）故空心板每延米总重力g为据此可计算出简支空心板永久作用效应，计算结果见表2-1表2-1 永久作用效应汇总表项目作用种类作用gi(KN/m)计算跨径L(m)作用效应M（kNm）作用效应V（kN）跨中(gl2)跨(gl2)支点(gl)跨(gl)跨中g18.40

22、24.41369.331027.00224.48112.240g3.10824.4231.30173.4737.9218.960g = g+ g21.50824.41600.631200.47262.40131.2002.3.2 可变作用效应计算公路二级车道荷载：由的均布荷载和。而在计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘以1.2的系数，即计算剪力时。按公路桥涵设计通用规范车道荷载的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的影响线中一个最大的影响线峰值处。双车道折减系数4。2.4 汽车荷载横向分布系数计算空心板跨中和L/4处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点

23、处按杠杆原理法计算。支点至L/4点之间的荷载横向分布系数按直线内插求得2。2.4.1跨中和L/4处的荷载横向分布系数计算空心板的刚度参数：=5.8=0.00790.008式中，求得刚度系数后，即可按其查公路桥涵设计手册（上）中9块铰接板桥荷载横向分布影响线表5。由=0和0.01内插得到=0.008时，1号至5号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表2-2中:表2-2 各板荷载横向分布影响线坐标值 作用位置板号12345678910.1870.1630.1360.1150.0980.0850.0760.0710.06820.1630.1590.1420.1190.1020.08

24、90.0800.0740.07130.1360.1420.1430.1300.1110.0970.0860.0800.07640.1150.1190.1300.1340.1230.1080.0970.0890.08550.0980.1020.1110.1230.1320.1230.1110.1020.098由表2-2画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得双车道下的各板横向分布及最不利布载，见图2-4。各板荷载横向分布系数计算如下：1号板：人群荷载：2号板：人群荷载：0.1104 0.1178 0.1188 0.098440.1284 0.1289 0.113080.09070.

25、144 0.1288 0.10644 0.086050.151 0.12380.103260.8220.0944 0.104 0.1146 0.10932 1号板2号板3号板4号板5号板图24 1-5号板横向分布影响线3号板：人群荷载：4号板：人群荷载：5号板：人群荷载：各板横向分布系数计算结果列表2-3。表2-3 各板荷载横向分布系数汇总表板号横向分布系数123450.2300.23260.23050.22270.21240.23120.21440.1320.1840.1808可以看出两列汽车作用时，2号板的横向分布系数最不利=0.2326；=0.21442.4.2 支点处的荷载横向分布系数

26、计算q人1号号号号号1. 0利用杠杆原理法：见图2-5图2-5 支点处荷载横向分布影响线及最不利荷载图2.4.3 支点至L/4处的荷载横向分布系数按直线内插求得：各板的荷载横向分布系数汇总于表2-4表2-4空心板的荷载横向分布系数作用位置作用种类跨中至L/4处支点汽车荷载两行0.23260.500人群荷载0.214402.5 汽车荷载冲击系数计算公路桥涵设计通用规范规定汽车的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。按结构基频的不同而不同，对于简支梁： (2-1)当14Hz时，=0.45；当1.5Hz14Hz时，=0.17674。式中，结构的计算跨径，为24.4m；E结构材料的弹性模量（N/）

27、，对C50混凝土值为3.45Mpa；Ic结构跨中截面的截面惯矩，为1.1342；mc结构跨中处的单位长度质量（kg/m）；G结构跨中处每延米结构重力（N/m）,值为18.40 N/m；g重力加速度9.81m/s代入公式有f=24.09Hz0所以取=0.45，得到1+=1.45。2.6 可变作用效应计算2.6.1车道荷载效应Pk=193.2kNqk=7.875kNL/4=6.1m图2-6 空心板跨中及L/4截面内力影响线及加载图均布荷载应满布于空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载（或）只作用于影响线中一个最大影响线峰值处16，见图2-6。跨中弯矩：弯矩：=m()(不计冲击)车道荷载：=1

28、0.2326(7.87574.42+193.261)=410.44kNm计入冲击：=(1+)()=1.45410.44=595.14 kNm剪力：不计冲击 =m()=32.55kN 计入冲击 =m()（1+）=47.20kNL/4截面： =m()不计冲击：=m()=307.83 kNm计入冲击：=(1+) ()=446.35 kNm剪力：=m()不及冲击：=m()=53.01kN计入冲击：=m()(1+)=76.87kN支点截面剪力：见图2-7。24.4m10.9170.50.2326L/4=6.1mL/12=0.75m人群荷载的m人图qk支点剪力影响线q人图27 支点截面剪力计算图 不及冲击

29、系数：=m()=144.69kN计入冲击系数：=m()(1+)=209.80kN2.6.2人群荷载效应为均布荷载，其大小按公路桥涵设计通用规范取3.0kN/。人行道宽0.75m，因此=0.753=2.25(kN/m)人群荷载产生的效应计算如下(参见图2-6，2-7) 跨中截面：弯矩：=0.21442.2574.42=35.90kNm剪力：=0.21442.253.05=1.47kN L/4截面弯矩：=0.21442.2555.815=26.93 kNm剪力：=0.21442.256.8525=3.31 kNm 支点截面剪力：可变作用效应汇总于表2-5，如下表2-5可变作用效应汇总表作用效应截面

30、位置作用种类弯矩M（kNm）剪力V（kN）跨中L/4跨中L/4支点车道荷载两行不计冲击系数410.44307.8332.5553.01144.69（1+）595.14446.3547.2076.87209.80人群荷载35.9026.931.473.311.472.6.3 作用效应组合公路桥涵设计通用规范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4：=(1.2+1.4+0.81.4) (2-2)式中，结构重要性系数，本设计为小桥取0.9；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

31、准值；人群荷载效应的标准值。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：=+0.7+1.0 (2-3)式中，作用短期效应组合设计值；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： =+0.4+0.4 (2-4)公路桥涵设计通用规范还规定结构当需要进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，表达式为4：+根据计算得到的作用效应，按公路桥涵设计通用规范各种组合表达式可求得各效应组合设计值，汇总于表2-6中：表2-6 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支点作用效应标准值永久作用效应g

32、1369.331027.000112.24224.48g231.30173.47018.9637.92g = g+ g（SGk）1600.631200.470131.20262.40可变作用效应车道荷载不计冲击系数SQ1k410.44307.8332.5553.01144.69（1+）SQ1k595.14446.3547.2076.87209.80人群荷载SQjk35.9026.931.473.311.47承载能力极限状态基本组合Sud1.2SGk (1)1920.761440.560157.44314.881.4SQ1k (2)833.20624.8966.0107.62293.720.81

33、.4SQjk (3)40.21030.161.653.711.65Sud=(1)+ (2) +(3) 2794.172095.6168.15268.77610.25正常使用极限状态作用短期效应组合SsdSGk (4)1600.631200.470131.20262.400.7SQ1k (5)287.31215.4822.7937.11101.28SQjk (6)35.926.931.473.311.47Ssd=(4) + (5)+(6)1923.841442.824.26171.62365.15使用长期效应组合SldSGk (7)1600.631200.470131.2057.880.4SQ1

34、k (8)164.18123.1313.0221.2057.880.4SQjk (9)14.3610.770.591.320.59Sld=(7)+ (8) +(9)1779.171334.313.61153.72320.87弹性阶段截面应力计算标准值效应组合SSGk (10)1600.631200.470131.20262.40SQ1k (11)595.14446.3547.2076.87209.80SQjk (12)35.926.931.473.311.47S=(10) +(11) +(12)2231.671673.748.67211.31473.67第3章空心板截面计算3.1 预应力钢筋数

35、量估算及布置本设计采用先张法预应力混凝土空心板构造形式。设计时其应满足不同状况下规范规定的控制条件要求，如承载力、抗裂性、裂缝宽度、变形及应力等的要求。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。故在设计时，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，再由构件的承载能力极限状态要求确定普通钢筋的数量。本设计为部分预应力A类构件，首先按正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力。按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6.3.1条，A类预应力混凝土构件正截面抗裂性时控制混凝土的法向

36、拉应力，并符合以下条件8：在作用短期效应组合下，应满足0.70要求。式中，在作用短期效应组合作用下，构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力；构件抗裂验算边缘混凝土的有效预加应力。在初步设计中，可近似做如下计算： (3-1) (3-2)式中，A构件毛截面面积；W构件毛截面面积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距，可预先假定。代入0.70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：式中，混凝土抗拉强度标准值。混凝土为C50，=2.65MPa；由表4-4可查得：=1923.84kNm；空心板毛截面的换算面积A=7261.25，毛截面面积对毛截面受拉边缘的弹

37、性抵抗矩。假设，即代入解得：则所需预应力钢筋截面面积式中，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。17股钢绞线作为预应力钢筋，直径15.2mm。公称截面面积139.0，图3-1 空心板跨中截面的预应力钢筋布置(单位：cm)按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，8，现取，预应力损失总和近似假设为20%张拉控制应力来估算，则采用14根17钢绞线，提供，满足要求。钢绞线布置在空心板下缘，沿跨长直线布置，见图3-1。预应力钢筋布置满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范要求，钢绞线净距不小于25mm。3.2 普通钢筋数量的估算及布置在预应力钢筋数量已经确定的情

38、况下，可由正截面承载能力极限状态要求的条件确定普通钢筋数量，暂不考虑在受压区配置预应力钢筋，也暂不考虑普通钢筋的影响。空心板截面可换算成等效工字型截面来考虑9，见图3-2：图3-2 空心板换算等效工字型截面(单位：cm)由=6170+=4575=2.61+0.318=87.6cm=52.2cm则得等效工字型截面的上翼缘厚度：=61=17.2cm则得等效工字型截面的下翼缘厚度=59=15.2cm估算普通钢筋时，可先假定，则由下式可求得受压区高度设=1204=116cm=1160mm由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，查得8：=0.9，C50混凝土，=22.4MPa，=2794.17 kN

39、m，=990mm，代入上式得：整理得：求得，且说明中和轴在翼缘板内，可由下式求得普通钢筋面积。=1628.64。普通钢筋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40mm处，即=40mm。3.3 换算截面几何特性计算由前面计算已知空心板毛截面的几何特性。毛截面面积A=7261.25，毛截面重心轴至1/2板高的距离，毛截面对其重心轴惯性矩I=1.1342。3.3.1 换算截面面积A0=；。代入得：=。3.3.2 换算截面重心位置所有钢筋换算截面对毛截面重心的静矩为：换算截面重心至空心板毛截面重心的距离为：（向下移）则换算截面重心至空心板截面下缘的距离为：换算截面重心至空心板截面上缘的距离为：换算截面重心至预应力钢筋重心的距离为：换算截面重心至普通钢筋重心的距离为：3.3.3 换算截面惯性矩=3.3.4 换算截面弹性模量抵抗矩下缘：上缘：3.4 承载能力极限状态计算3.4.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋见图3-1。预应力钢绞线及普通钢筋的合力作用点到截面底边的距离均为=40mm，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=40mm。采用换算等效工字型截面来计算，参见图3-2，上翼缘厚度=172mm，上翼缘工作宽度=990mm，肋宽，首先按公式判断截