预应力混凝土简支箱梁桥设计(编辑修改稿)

预应力混凝土简支箱梁桥设计(编辑修改稿)内容摘要：

平原。 具体方案比选 初步设计阶段，对桥型提出三种方案，分别是：预应力混凝土箱型梁桥、部分预应力混凝土斜拉桥、上承式桁架拱桥。 预应力混凝土箱型梁桥方案 （ 30+30+36+30+30） m5 跨预应力混凝土箱型梁桥。 主梁采用箱形截面，桥墩均采用双柱式桥墩，桥台为肋式桥台，基础为钻孔灌注桩郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 3 基础。 简图如图 1 所示： 图 1 预应力混凝土箱型梁桥 部分预应力 混凝土斜拉桥方案 （ 30+30+36+30+30） m 五 跨部分预应力混凝土斜拉桥 , 桥梁全长156m。 采用双索面形式，塔、梁固结，主梁采用变高度预应力混凝土箱梁，单箱多室截面，主塔采用实心混凝土矩形截面。 下部采用钢筋混凝土空心墩，灌注桩基础。 简图如图 2 所示： 图 2 部分预应力混凝土斜拉桥 上承式刚架拱桥方案 简图如图所示： 采用跨度为 156m 钢架结构拱桥方案。 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 4 图 3 上承式刚架拱桥 三种方案比较详见表。 方案比选 表 1 方案比较表 预应力混凝土箱型梁桥 部分预应力混凝土斜拉桥 上承式刚架拱桥 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 高次超静定结构，包含更多设计变量，全桥中的技术经济合理性不能简单地由结构体积小、重量轻或者满足应力要求等概念准确表示，给选定桥型方案和寻求合 理设计带来一定困难。 主桥跨度适中， 拉索是柔性体系，风力作用下会振动，会影响桥上行车和桥本身的安全，横向刚度小。 行车平顺舒适。 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。 经济性 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。 需要大量拉索钢丝，预应力束，主塔构造复杂，高空作业多， 斜拉索施工复杂，工期较长。 斜拉索后期营运养护费用较高 ，基础施工复杂，还需要减震装置。 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。 美观性 形式简明，造型简单 现代感强，可通过索塔与拉索布置形式获得满意造型，塔较高，使桥向纵向和横向延伸，比例协调，均匀。 曲线造型优美 适用性 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。 跨度大，行车性能好，不用作大量基础工程，由于拉索多点支撑作用，梁高小，可采用悬臂施工，不影响通航，梁可以预制，可加快施工速度。 上部结构的自重较大，存在水平推力，下部结构工程量 大 ，地质条件要求高。 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 5 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。 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 6 第二部分 上部结构计算 由于时间和篇幅限制，本设计只对桥梁上部结构进行了设计计算，其计算过程及结果如下： 1 基本 设计资料 跨度和桥面宽度 标准跨径： 36m（墩中心距离）； 主梁全长： ； 计算跨径： ； 桥面净空：净－ +2179。 =。 技术标准 设计荷载： 公路 I 级。 环境标准： I 类环境。 设计安全等级：二级。 主要材料 混凝土： 上部结构采 用 C50 混凝土 ， 下部结构、 栏杆及桥面铺装用 C25 混凝土。 预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ JTG D62－ 2020）的 钢绞线，每束 7 根，全梁配 6 束，郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 7 pkf =1860MPa. 普通钢筋直径大于和等于 12mm 的采用 HRB335 钢筋；直径小于12mm 的均用 R235 钢筋。 按后张法施工工艺制作主梁，采用内径 60mm、外径 67mm 的预埋波纹管和夹片锚具。 设计依据 （ 1）、交通部颁《公路工程技术标准》（ JTG B01－ 2020），简称《标准》； （ 2）、交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（ JTG D60－ 2020），简称《桥规》； （ 3）、交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ JTG D62－ 2020 简称《公预规》。 基本计算数据 表 2 基本计算数据表 名称 项目 符号 单位 数据 混凝土 立方强度 kcuf, MPa 50 弹性模量 cE MPa  轴心抗压标准强度 ckf MPa 轴心抗拉标准强度 tkf MPa 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 8 注：本设计考虑混凝土强度达到 C45时开始张拉 预应力钢束， 39。 ckf 和 39。 tkf 分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则 39。 ckf =， 39。 tkf =。 轴心抗压设计强度 cdf MPa 轴心抗拉设计强度 tdf MPa 短暂状态 容许压应力 39。 ckf MPa 容许拉应力 39。 tkf MPa 持久 状态 标准荷载组合： MPa 容许压应力 MPa 容许主压应力 MPa 短期效应组合： MPa 容许拉应力 MPa 0 容许主拉应力 MPa 59 钢绞线 标准强度 pkf MPa 1860 弹性模量 Ep MPa  抗拉强度设计 cdf MPa 1260 最大控制应力 con MPa 1395 持久状态应力： MPa 标准荷载组合 MPa 1209 材料重度 钢筋混凝土 1 3/mKN 沥青混凝土 2 3/mKN 钢绞线 3 3/mKN 钢束与混凝土的弹性模量比 Ep 无量纲 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 9 主梁跨中截面主要尺寸拟订 本箱梁 按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法。 桥上横坡为单向 2%。 箱梁截面尺寸：梁高为 ，为了便于模板制作和外形美观，主梁沿纵向外轮廓尺寸保持不变，端部设置横隔梁，高 ，宽 ；横向共计 5 片箱型梁，采用湿接缝法进行连接，湿接缝宽 ，厚度为 ，预制箱型梁顶板宽 ，跨中腹板厚 ；顶板，底板均厚 ，端部腹板厚 ，顶板与底板均厚 ，腹板和顶板之间没有承托。 底板厚度、腹板厚度在距支座中心线 处开始渐变为距支座中心线 处的 （ 即端部截面尺寸），如图 1 所示。 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  ，管道偏差系数 k ，锚具变形和钢束回缩量为 6mm（单端）。 沥青混凝土重度按 23kN/m3计，预应力混凝土结构自重按 26kN/m3计，混凝土自重按 25kN/m3计，单侧防撞栏线荷载为。 计算截面几何特征 根据以上拟 定的各部分尺寸，绘制箱型梁的跨中及截面图，详见下图： 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 10 线路中心线端部横断面 跨中横断面跨径中心线支座中心线图 4 结构尺寸图 （尺寸单位： mm） 将主梁跨中截面分成 四 个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见下表。 表 3 跨中截面几何特性 计 算表 分块名称 分块面积 iA 分块面积形心至上缘距离 iy 分块面积对上缘静矩iii yAS  分块面积的自身惯矩 iI isi yyd 分块面积对截面形心的惯矩2iix dAI  xi III  2cm cm 3cm 4cm cm 4cm 4cm ⑴ ⑵ ⑶ =⑴179。 ⑵ ⑷ ⑸ ⑹ =⑴179。 ⑸ 2 ⑺ =⑷ +⑹ 120501201850174.5181572520032 32 20 2018174.550 501816418200120 120简化端部截面 简化跨中截面郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 11 由上表可计算出截面效率指标  （希望  在 以上） hkk xs  式中： sk —— 截面上核心距，可按下式计算 ) 8 0(1 2 6 9 65 0 1 7 1 6 5 3  xs AyIk cm xk —— 截 面下核心距，可按下式计算 2 6 9 65 0 1 7 1 6 5 3  sx AyIk cm 截面效率指标： 大毛截面 （含湿接缝） 顶板 5400 10 54000 145800 承托 483 腹板 4932 461142 7714059 底板 1881 ∑ 12696 小毛截面 （不含湿接缝） 顶板 4320 10 43200 116640 承托 483 腹板 4932 461142 7714059 9985400 底板 1881 ∑ 11616 大毛截面形心至上缘距离： sy = 小毛截面形心至上缘距离： sy = 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 12  h kk xs ＞ 表明以上 的 初拟 截面是合理的。 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）。 本设计以中梁作用效应进行计算。 永久作用效应计算 永久作用集度 1 主 梁自重 ①跨中截面段主梁的自重（ 底板宽度变化处截面至跨中截面，长）     1 5 7 2 6 1 ＝q kN ② 底板加厚 与腹板变宽段梁的自重 近似计算 （长 ）     ＝q kN ③支点段梁的自重（长 ）   1 7 7 2 ＝q kN ④ 中 主梁的横隔梁 端横隔梁体积 ： 35 5 )48 8 62 3 27 (  3m 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 13 故半跨内横隔梁 重力为 ： 8 9 8 7 5 5 9 )4( q kN ⑤预制梁永久作用集度 1 3 )8 9 5 7 2 1 4( g kN/m 2 二期永久作用集度 ① 顶板中间湿接缝集度 )5( q kN/m 、 ② 中 梁现浇部分横隔梁的作用集度 ： 一片端横隔梁（ 现浇部分）体积：  3m 所以 )6( q kN/m ③ 桥面铺装层 9cm 沥青 混凝土铺装层： 23= kN/m 6cm 混凝土 铺装： 23= kN/m 若将桥面铺装传给 五 片主梁，则 )7( g kN/m ④ 防撞栏 若将防撞栏均摊给五片主梁，则： 35/)8( g kN/m ⑤边梁二期 永久作用 集度： 9 2 2 1 1 2 g kN/m 永久作用效应 如下图所示，设 x 为计算截面离左支座的距离，并令 lac。 郑州航空工业管理学院 预应力混凝土简支梁桥设计 14 永久作用效应计算见 下表。 L= 0mM 影响线图1 3 永久作用效应计算图式V 影响线(1c )cqKVa=cl (1c) lc(1 c)lM1 图 5 永久作用效应计算图 表 4 1号梁永久作用效应 作用效应 跨中 c= 四分点 c= 支点 c=0 一期 弯矩（ mKN ） 0 剪力（ KN ） 0 二期 弯矩（ mKN ）。