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1、第2章 装配式预应力混凝土简支T梁桥设计2.1设计资料及结构尺寸拟定2.1.1设计资料1.标准跨径：(墩中心距)；2.预制长度：；3.计算跨径：；4.桥面净宽：净（人行道）；5.设计荷载汽车荷载：公路级；人群荷载：；每侧人行道栏杆的作用力：；每侧人行道重：；6.材料及工艺混凝土：主梁采用C50混凝土，桥面铺装C30；钢绞线：预应力钢束采用钢丝束，每束 6根； 钢筋：直径小于钢筋取用,直径大于等于钢筋取用。使用后张法的施工工艺制作桥梁主梁。预制时，预留孔道采用内径，外径的预埋金属波纹管成孔，钢绞线采用双作用千斤顶两端同时张拉，锚具采用夹片式群锚。主梁安装就位后现浇宽的湿接缝，最后施工混凝土桥面的
2、铺装层。7.材料特性等参数各材料特性指标见表3-1表3-1 材料特性指标表材料项目名称数据混凝土立方强度弹性模量轴心抗压标准强度轴心抗拉标准强度轴心抗压设计强度轴心抗拉设计强度钢绞线标准强度弹性模量抗拉设计强度最大控制应力抗拉标准强度抗拉设计强度抗拉标准强度抗拉设计强度钢筋混凝土材料重度钢绞线材料重度钢束与混凝土的弹性模量比8.设计依据（1）公路桥涵设计通用规范（ ）简称桥规 ；（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ ）简称公预规 。2.1.2横截面布置1.主梁间距与主梁片数主梁间距随梁高与跨径的增大而加宽偏于经济，并且加宽翼板能提高主梁截面效率指标。所以应在条件许可下应适当加宽梁翼
3、板。根据设计要求的桥面宽度，主梁间距采用，选用片主梁组成，横截面布置如图3-1所示。图2-1（a） 结构布置图（尺寸单位：mm）图2-1（b） 结构布置图（尺寸单位：cm）图2-1（c） 结构布置图（尺寸单位：cm）2主梁跨中截面主要尺寸拟定（1）主梁的高度确定预应力混凝土简支梁的主梁高度与其跨径之比一般在，标准设计中高跨比在。当桥梁高度不受限制时，增大梁高可以节省预应力钢束用量，并且梁高加大一般仅仅是腹板加高，所以混凝土用量增加不明显，因此一般增大梁高是较经济的方案。综合以上所有因素考虑，取主梁的高为。（2）主梁的截面细部尺寸确定梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，同时应该考
4、虑是否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。所以预制梁的翼板厚度取用，翼板根部加厚到以便抵抗翼缘根部较大的弯矩值。腹板内主拉应力较小，所以厚度一般由布置预制孔道的构造决定，并且从腹板本身的稳定条件考虑，厚度不宜小于其高度的。最终确定腹板厚度为。马蹄尺寸由布置预应力钢束的需要来确定。翼板马蹄面积占截面总面积的较合适。考虑到主梁配置的钢束较少，决定跨中截面将钢束按两层布置，一层最多排三束，同时根据公预规第9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为，高度，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度为，以减小局部应力。按照以上拟定的外形尺寸，绘制出预制主梁的跨中截面见图3-2所示。3.1.3计算截
5、面几何特征1.受压翼缘有效宽度根据公预规第4.2.2条对于形截面内梁受压翼缘的计算宽度，应取下列三者最小值：a. b. 相邻梁主梁的平均间距c. 式中：梁腹板宽度；承托的高度；受压区翼缘的悬出板的厚度，可取跨中截面翼缘板厚度的平均值。此外，外梁翼缘的有效宽度取相邻内梁翼缘有效宽度的一半，加上腹板宽度的1/2，再加上外侧悬臂板平均厚度的6倍或外侧悬臂实板实际宽度两者中的较小者。或，取两者中较小值。所以，取（内、外梁）受压翼缘有效宽度。2.全截面几何特性的计算将主梁跨中截面划分为五个规则的小单元，见图2-2.截面形心至上缘距离为：式中：分块面积；分块面积的形心至上缘的距离。图2-2 主梁跨中截面分
6、块图（尺寸单位：cm）由于主梁的宽度较大，为了确保桥梁的整体受力性能佳，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面由两种：预制和吊装阶段的小截面（）；运营阶段的大截面（）。主梁跨中截面的全截面几何特性数据如表3-2。表3-2 主梁跨中大毛截面的集合特性表分块名称分块面积分块面积对上缘静矩（cm）分块面积对界面形心惯矩翼板27007.52025087.320577483三角承托50018.3339166.576.4672923601腹板410011041000-15.2854848下三角262.520052500-105.22905098马蹄1375217.5326250-122.7225
7、829359062.5859166.5498439653.检验截面的效率指标（尽量）截面的重心至上核心的距离：截面的重心至下核心的距离：截面的效率指标：，所以较为合理。2.1.4横截面沿跨长的变化主梁采用等高的形式，梁翼板的厚度沿跨长不变。梁端部区段因为锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，因此，在距离梁端的范围内将腹板加厚到与马蹄同宽（见图2-1）。2.1.5横隔梁的设置在桥跨中点、三分点，六分点和支点处分别设置七道横隔梁，其间距分别为。2.2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。根据桥跨结构纵、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
8、跨中、四分点和支点截面）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。2.2.1永久作用集度（1）预制梁自重（一期恒载）跨中截面段主梁的自重： 马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重： 支点端的自重中横隔梁体积：中间横隔梁体积：端部横隔梁体积：边主梁的横隔梁恒载集度：中主梁的横隔梁恒载集度：边主梁的一期恒载集度为：中主梁的一期恒载集度为：（2）二期恒载：二期恒载包括人行道重、人行道栏杆重和桥面铺装重。单侧人行道栏杆；单侧人行道；桥面的铺装层重计算见图3-3。1号梁：2号梁：3号梁：图3-3 桥面铺装示图（尺寸单位：cm）恒载计算汇总见表3-3表3-3 恒载汇总表梁号一期恒载二期恒载总恒载124.
9、056.87=1.52+3.28+2.0730.92224.715.2029.91324.716.5631.272.永久作用效应令为计算截面距支座的距离，并令，则主梁弯矩和剪力的计算公式为：；。永久作用效应计算结果见表3-4。表3-4 永久作用效应计算表梁号总恒载跨中1/4跨1/4跨支点130.923174.692381.02221.54443.08229.913070.992303.24214.31428.61331.273210.632407.97224.05448.102.2.2可变作用效应计算1.冲击系数计算简支梁桥结构基频的计算式中：；则 冲击系数为：，故桥梁设计为两车道，所以车道不
10、折减。2.主梁荷载横向分布系数（1）跨中荷载横向分布系数（采用修正偏心压力法计算）本设计桥跨有5道横隔梁，承重结构的宽跨比为，梁间湿接缝具有可靠的横向连接效果。按修正偏心压力法计算荷载横向分布系数。a.计算主梁抗扭惯矩对于形截面，单根主梁抗扭惯矩可近似计算为：式中：、为相应单个矩形截面的宽度和高度；为矩形截面抗扭刚度系数查表3-5取值；为梁截面划分成单个矩形截面的个数。对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：马蹄部分的换算平均厚度：的计算图式见图3-4，计算结果见表3-6表3-5 矩形截面抗扭刚度系数取值表t/b1.00.6670.5710.500.400.3330.250.1670.1250.1
11、0c0.1410.1960.2140.2290.2490.2630.2810.2990.3070.3130.333表3-6 计算表分块名称翼缘板2.20.240.110.3100.00943腹板1.510.200.130.3050.00368马蹄0.50.350.70.1890.004050.01716图3-4 计算图示（尺寸单位：cm）b.计算抗扭修正系数因为主梁的间距相等，可将主梁看成近似等截面，故有：式中：；，计算得。c.按修正偏心压力法计算横向影响线各坐标值：式中：。计算所得值见表3-7。表3-7 计算结果汇总表梁号14.40.564-0.16422.20.3820.018300.20
12、0.20d.计算荷载横向分布系数（见图3-5）图3-5 跨中荷载横向分布系数计算图（尺寸单位：cm）号梁：；号梁：；号梁：；。（2）支点的荷载横向分布系数（采用杠杆法计算）杠杆原理法适用于双主梁桥或横向联系弱的无中间哼歌来那个的桥梁；杠杆原理法也适用于多梁式桥梁，当荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布系数的计算，此时主梁的支撑刚度远大于主梁间横向联系的刚度，受力特性与杠杆原理法德假设相符合。故支点的荷载横向分布系数计算如图3-6所示。按杠杆原理法绘制荷载横向影响线并进行布载。图3-6 支点荷载横向分布系数计算图（尺寸单位：cm）号梁：；号梁：；号梁：；。（3）荷载横向分布系数汇总（见表3-8）
13、表3-8 荷载横向分布系数汇总表荷载跨中1/4跨支 点1号梁2号梁3号梁1号梁2号梁3号梁公路级0.6570.5300.400.4090.7960.796人群0.6140.4080.401.27003.车道荷载的取值根据通规第4.3.1条，公路级车道荷载的均布荷载标准值；集中荷载标准值：计算弯矩时：计算剪力时：4.计算可变作用效应在可变作用效应计算中，对于荷载横向分布系数沿桥跨的变化，取值时作如下考虑：支点处取，跨中处取，从第一根内横隔梁起向直线过渡。a.计算公路级汽车活载跨中弯矩（见图3-7）图3-7 计算公路II级荷载跨中弯矩图 b.计算人群荷载的跨中弯矩c.计算跨中截面公路级荷载最大剪力（见图3-8）图3-8 跨中截面剪力计算图d.计算跨中截面人群荷载最大剪力：e计算支点截面公路级荷载最大剪力（见图3-9）图3-9 计算支点截面公路II级荷载最大剪力计算图f.计算支点截面人群荷载最大剪力（见图3-10）图3-10 计算支点截面人群荷载最大剪力计算图 g.计算1/4跨截面公路级荷载弯矩（见图3-11）
