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1、山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）16m公路预应力简支空心板梁桥中板设计一、 设计资料1.设计荷载本桥设计荷载等级确定为汽车荷载：公路级；护栏：3.0。2.桥面跨径及净宽标准跨径：=16m。计算跨径: =15.6m。板 长：=15.96m。桥梁宽度：9m+20.5m。板 宽：=0.99m。3.主要材料混凝土：主梁板采用C50混凝土，桥面铺装采用10cm混凝土+柔性防水涂层+10cm沥青混凝土。预应力筋：采用12.7高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值=1860，弹性模量=1.95，普通钢筋：直径大于和等于12mm的用HRB335级热轧螺纹钢筋，直径小于12mm的均用R235级热轧光圆钢
2、筋。锚具、套管、连接件和伸缩缝等根据相关规范选取。4.施工工艺先张法施工，预应力钢绞线采用两端同时对称张拉。5.计算方法及理论极限状态设计法6.设计依据及参考资料（1） 交通部颁公路工程技术标准（JTG B01-2003）。（2） 交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）。（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 D62-2004）。（4） 交通部颁公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）。（5） 预应力筋用锚具、夹具和连接（GBT14370-93）。（6） 公路桥梁板式橡胶支座规格条例（JTT663-2006）。（7） 桥梁工程、结构设计原理等教
3、材。（8） 计算示例集混凝土简支梁（板）桥（第三版），易建国主编，人民交通出版社。（9） 公路桥涵设计手册梁桥（上），徐光辉，胡明义主编，人民交通出版社。二、 构造布置及尺寸桥面宽度为：净7m+20.5m（防撞护栏），全桥宽采用8块C50的预制预应力混凝土空心板，每块空心板宽99cm（中板），边板99.5cm，宽62cm，空心板全长15.96m。采用先张法施工工艺，预应力筋采用15.20高强度低松弛钢绞线，=1860，=1.95。=1260，预应力钢绞线沿板跨长直线布置。C50混凝土空心板的=32.4，=2.65，=1.83。全桥空心板横断面布置如图1所示，每块空心板截面及构造尺寸见图2。 空
4、心板截面构造及尺寸 图2三、 空心板毛截面几何特性计算1.毛截面面积A（参见图2）2.毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静矩：铰缝的面积：则毛截面重心离1/2板高处的距离为：铰缝重心对1/2板高处的距离为：3.空心板毛截面对其重心轴的惯矩由图3，设每个挖空的半圆面积为半圆重心轴：半圆对其自身重心OO的惯矩为，则空心板毛截面对其重心轴的惯矩为： （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4的单箱截面来近似计算： 挖空半圆构造图 图3四、 作用效应计算1.永久作用效应计算1.1空心板自重（第一阶段结构自重）=1.2桥面系自重（第二阶段结构自重）栏杆重力参照其它桥梁设计资料：单
5、侧按6计算，桥面铺装采用10cm C50混凝土+柔性防水涂层+10cm沥青混凝土，则全桥宽铺装每延米重力为：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板，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不同的，这里为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则每块空心板分权佳到的每延米桥面系重力为：1.3铰缝自重（第二阶段结构自重）由此得空心板每延米总重为：（第一阶段结构自重）（第二阶段结构自重）由此可计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表1。 永久作用效应汇总表 表1 项目作用种类作用（）计算跨径（m）作用效应M（）作用效应V（）跨中跨支点跨跨中9.25115.6281.42
6、211.0672.1636.0806.31715.6192.16144.1249.2724.64015.56815.6473.58355.18121.4360.7202.可变作用效应计算本设计汽车荷载采用公路级荷载，它由车道荷载及车辆荷载组成。桥规规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路级的车道荷载由的均布荷载和的集中荷载的部分组成。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，。按桥规车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生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峰值处。多车道桥梁上还应考虑多车道折减，双车道折减系数，四车道折减系数，但不得小于
7、两设计车道的荷载效应。2.1汽车荷载横向分布系数计算。空心板跨中和处的荷载横向分布系数，按铰接板法计算，支点处按械杆原理法计算，支点至点之间的荷载横向分布系数，按直线内差求得。（1） 跨中及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：，将以上数据代入得：，求得刚度参数后，即可按其查公路桥涵设计手册-梁桥（上册）。第一篇附录（二）中8块板的铰接板桥荷载横向分布影响线到，由0.01及0.02内插得到时，1号到4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中。由表2画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得两车道的各板横向分布系数，各板的横向分布影响
8、线及横向最不利布载见图5，由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。各板荷载横向分布计算如下（参照图5）各板荷载横影响线坐标值表向分布 表2 作用位置板号1234567810.2230.1870.1480.1190.0980.0830.0740.06920.1870.1830.1570.1270.1040.0890.0780.07430.1480.1580.1620.1440.1170.1000.0890.08340.1190.1270.1440.1530.1390.1170.1040.0981号板：两行汽车：2号板：两行汽车：3号板：两行汽车：4号板：两行汽车；
9、由此可得出，两行汽车作用时，3号板为最不利，为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，因此，跨中和处的荷载横向分布系数较安全地取得。（2） 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械杆原理法计算，由图所示，34号板的横向分布系数计算如下：两行汽车：（3） 支点到处的荷载横向分布系数。按直线内插求得。综上所述，空心板的荷载横向分布系数，当两行汽车荷载时，跨中处为0.267，支点处为0.500。1. 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和部击系数，按结构基频的不同而不同，对于简支板桥：当1.5时；当时，；当1.5时，。式中，结构的计算跨
10、径（m）; E结构材料的弹性模量（）；结构跨中截面的截面惯矩；结构跨中处的单位长度质量，当换算为重力单位为，；结构跨中处每延米结构重力；重力加速度，。由前面计算，由桥规查得C50混凝土的弹性模量E，代入公式得：则，。2. 可变作用效应计算。（1） 车道荷载效应计算车道荷载引起的空心板跨中及截面的效应（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（或）只作用于影响线中一个最大影响线峰值处。跨中截面弯矩：（不计冲击时）两行车道荷载：不计冲击 计入汽车冲击 剪力： 计入汽车冲击： 截面（参照图7）弯矩：（不计冲击时）两行车道荷载：不计冲击： 计入汽车冲击： 剪力：（
11、不计冲车击时）两行车道荷载：不计冲击： 计入汽车冲击： 支点截面剪力计算支点截面由于车道荷载产生的效应时，考虑横向分布系数的空心板跨长的变化，同样均匀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8。两行车道荷载：不计冲击系数计入冲击系数：可变作用效应汇总于下表5中。可变作用效应汇总表 表5作用效应 截面位置作用种类弯矩剪力跨中跨中支点车道荷载两行不计冲击系数237.65178.4730.8249.31103.378296.82222.9138.4961.59149.953.作用效应组合按桥规公路桥涵结构设计应按承载能力极限
12、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，本桥属小桥；-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；作用短期效应组合表达式：式中：-作用短期效应组合设计值； -永久作用效应组合设计值； -不计冲击的汽车荷载效应标准值。作用长期长效应组合表达式：式中：各符号意义见上面说明。桥规还规定结构构件当需进行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（计入冲击力）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6中。空心板作用效应组合计算汇总表 表6序号作用种类弯矩剪力跨中跨中支点作用效应标准值永久作用效应281.42211.06036.0872.16192.16144.12024.6449.27（）473，58355.18060.72121.43可变作用效应车道荷载不计冲击237.65178，4730.8249.31120.06296.82222.9138.4961.59149.95承载能力极限状态基本组合（1）568.30426.22072.
