桥梁工程设计指导

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1、二、基本资料 1、跨径和宽度 计算跨径：L026.036.0m； 主梁全长：L26.9636.96m； 桥面宽度：10.013.8m。 2、设计荷载 公路级；公路级。 3、材料 （1）混凝土 主梁混凝土强度等级不低于C40；栏杆和桥面铺装混凝土强度等级为C40。 （2）预应力筋 纵向预应力束采用75mm高强度低松弛预应力钢绞线，每束6根。钢绞线技术标准应符合预应力混凝土用钢绞线（GB/T5224-2003），公称直径s15.2mm，标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep1.95x105MPa，单股面积Ay139mm2。 （3）普通钢筋 直径小于12mm的采用R235钢筋，符合国家标准钢筋

2、混凝土用钢 第1部分：热轧光圆钢筋（GB1499.1-2008）；直径大于等于12mm的采用HRB335钢筋，符合国家标准钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007）。 （4）锚具 锚具应符合预应力筋用锚具、夹具和连接器（GB/T 14370-2007）相应种类锚具的各项要求。 锚垫板尺寸为210210mm，锚板12648mm。锚垫板布置最小间距应满足： 锚垫板之间间距a=215m， 锚垫板与梁边缘之间距离b=135mm。 （5）波纹管 纵向预应力钢束可采用金属波纹管，波纹管内径为70mm，外径为77mm。金属波纹管技术标准应符合预应力混凝土用金属波纹管（ JG225-

3、2007 ）的规定。 4、施工方法 装配式预应力混凝土简支梁采用预制施工方法、后张预应力工艺。预制段翼缘板宽度为1.8m左右。 混凝土强度达到设计强度75以上开始施加预应力，采用YCW150B型千斤顶两端同时张拉。 张拉完成24小时内采用真空压浆工艺进行波纹管内混凝土的压浆。 三、基本内容 1、主梁构造尺寸拟定； 2、毛截面几何特性计算； 3、截面内力计算； 4、钢束面积估算； 5、钢束布置； 6、主梁截面特性计算； 7、预应力损失计算； 8、截面强度验算； 9、应力验算； 10、挠度及锚固区计算； 11、桥面板配筋； 12、板式橡胶支座设计（待定）； 13、主梁横膈梁配筋（待定）； 14、绘

4、图及整理计算书。 四、计算指导书 （一）主梁构造尺寸拟定 主梁截面尺寸按桥梁工程教材，可参照经验数据确定。 l、高跨比：l/15l/25；一般可取1/161/18。 2、横隔梁：57道； 3、主梁宽度：2.02.5m； 4、主梁腹板厚度 1820cm，并符合规范（JTG D622004 ）第9.3.3条.定；从截面效率指标 值来分析，肋板愈薄， 值也愈大。 5、翼缘板厚度 按规范第9.3.3条估算。悬臂端部厚度不小于140mm；与腹板相连处的翼缘厚度不应小于梁高1/10。承承托底坡tan=1/3 。 6、下马蹄 马蹄面积不宜少于全截面的10%20%； 马蹄宽度约24倍腹板厚度；斜坡必须大于45

5、；斜坡区钢束管道保护层不小于6cm； 马蹄全宽部分高度加上1/2斜坡区高度约为（0.150.20）h； 梁端处高度满足钢束布置的需要。 7、横隔梁 高度以跨中横梁和下马蹄相交为准；厚度15cm；支点处横梁高度可以与梁高一致。 8、纵向截面尺寸变化 在梁端锚固区，为了布置锚具与满足局部承压的需要，常按构造要求将腹板加厚至与马蹄同宽，而马蹄的高度应随着预应力筋的弯起而逐渐加高。 第一道中横膈梁或1/4L截面进行抬高。 （二）毛截面几何特性计算 从预应力简支T梁的施工过程看，翼板的一部分在T梁安装就位后现浇，使横截面T梁连成整体，扣除现浇段的T梁截面称为小毛截面，全截面称为大毛截面，因此预制时梁的自

6、重，接缝重量及预应力荷载均由小毛截面承担，二期恒载，活载由大毛截面承担。 l、小毛截面特性计算； 2、大毛截面特性计算。 预应力混凝土构件抵抗荷载内力的机理与钢筋混凝土构件不同: 1、钢筋混凝土构件主要是依靠变化的钢筋合力（或变化的混凝土的合力），与固定的内力偶臂的乘积（被动受力）； 2、预应力混凝土构件，则是依靠基本不变的预加力（或混凝土的合力），与随外弯矩变化而变化的内力偶臂的乘积（主动受力）。 对于预应力混凝土受弯构件来说，其内力偶臂所能变化的范围越大，则在预加力相同的条件下，其所能抵抗外弯矩的能力也就越大，即抗弯效率越高。 对于全预应力混凝土梁，混凝土合力只能在上下核心之间移动。 截面

7、效益指标任意截面的截面特性：截面高度h，上核心距Ku，下核心距Kb，预应力筋的偏心距e。 =（Ku+Kb）/h值较大的截面较为经济，因此一般都在0.450.5 以上。截面效率指标实际上也是反映截面混凝土材料沿梁高分布的合理性，它与截面型式有关： 矩形截面为0.33； 空心板随挖空率而变化，一般为0.440.55； 普通T形截面0.400.45； 带马蹄的T形截面0.450.55。 对于T形梁一般当 0.55时，截面过分单薄，应注意检查薄腹板、薄翼缘的稳定性。 （三）截面内力计算 1、恒截内力 （1）自重 根据主梁初估尺寸，分各阶段计算荷载集度；横隔梁自重按集中力计取； （2）铺装 考虑8cm厚

8、混凝土铺装（容重24kN/m3）和6cm厚沥青铺装（容重23kN/m3）。 （3）栏杆和人行道 按设计资料数值两种方法计算。 两侧栏杆和人行道按主梁数量平均分担； 荷载横向分布影响线计算各片主梁的分担值。 2、活载内力 （1） 冲击系数和车道折减系数 冲击系数按“通用规范”第4.3.2条规定 计算；计算公式见条文说明P83。 车道折减系数按“通用规范”第4.3.1条规定计算。 （2）横向分布 跨中按比拟正交异性板法计算主梁的横向分布； P143支点按杠杆法计算横向分布。 P1162、活载内力 根据桥梁工程理论，利用影响线计算上述三个截面的最大弯矩、最大剪力。 计算公式为： S=mqk+mPky

9、式中： S所求截面的汽车（人群）标准荷载的弯矩或剪力； qk车道均布荷载标准值； Pk 车道集中荷载标准值； 影响线上同号区段的面积； y 影响线上最大坐标值。3、荷载组合 按通用规范（JTG D602004） 第4.1.6条进行承载能力极限状态内力组合。 按通用规范（JTG D602004）第4.1.7条和4.1.8条进行正常使用极限状态内力组合。 （四）跨中截面预.力钢束1、翼缘有效宽度 根据设计规范第4.2.2条，对于T形截面受压区翼缘计算宽度bf，应取用下列三者中的最小值： （1）计算跨径的1/3； （2）相邻主梁间距； （3） bf b+2bh+12hf 2、按持久状况承载能力极限状

10、态要求估算钢束面积 设计规范第5.2.3条，假定 As=As =Ap=0（1）判别受压区高度x 假设 x=hf 0 Mdfcdbf hf (h-a-hf/2) xhf 则为第一类T形截面，否则为第二类T形截面。2、按持久状况承载能力极限状态要求估算钢束面积 第一类T形截面 2、按持久状况承载能力极限状态要求估算钢束面积 第二类T形截面 xhf 3、按施工和使用阶段混凝土正应力的限制值 （1）短暂状况构件的应力计算，设计规范第7.2.8条。 预加应力阶段： （2）持久状况正常使用极限状态抗裂验算，设计规范第6.3.1条。 全预应力混凝土构件： A类预应力混凝土构件: 6、钢束数量确定 （五）预应

11、力钢束布置 1、束界（Limiting zone for tendon centroid） 在任何截面的上、下缘混凝土均不会出现超限拉应力的前提下，预应力筋（束）的形心在各截面上布置的范围，称为束界（或索界）。 以预应力混凝土等截面简支梁为例，求束界的位置。 在预加应力阶段，保证梁的上缘混凝土不出现超限拉应力的条件是: 在使用荷载作用下，根据保证构件下缘不出现超限拉应力的条件，可以求得预加力合力偏心距为： 从上式可以看出，E1和E2分别具有与弯矩相似的变化规律，就可视为沿跨径变化的抛物线。 只要预应力钢束形心线的偏心矩满足下式的要求，就可以保证构件在预加力阶段和使用阶段，构件截面上、下缘混凝土

12、都不会出现超限的拉应力。 2、横截面内布置 跨中截面：钢束应尽量在下马蹄内单数列对称布置，以获得最大的偏心距并能顺利弯起。钢束间距及混凝土保护层应符合设计规范第9.4.9条的规定，钢束距下马蹄斜边的净距大于6cm。 梁端截面：满足锚头的布置，并使钢束重心在核心界限以内，单个锚垫板的布置应满足最小间距的要求。 3、纵向布置 预应力钢束从距跨中截面某个距离处开始按圆曲线向上弯起，由于不允许曲线段进入锚具部分，因此在锚下钢束必须保持一定的直线长度。（必须保证锚下钢束与锚垫板呈垂直状态） 预应力钢束曲线半径见设计规范第9.4.10条。 4、钢束长度计算 每束长度包含跨中截面处的直线长度、曲线长度、锚下

13、直线长度和两端张拉的工作长度（各70cm）之和，钢束的曲线长度根据曲线半径和弯起角度来计算，最后得出每孔所用钢束总长和总重量，用于计算工程数量。（六）主梁截面特性计算 1、净截面几何特性计算； 2、换算截面几何特性计算； 3、各阶段截面对形心轴的静矩计算。 计算净矩有下面几种情况： a-a线以上（以下）的面积对中性轴（净轴和换轴）的净矩； b-bb线以上（以下）的面积对中性轴（两个）的净矩； 净轴（n-n）以上（以下）的面积对中性轴（两个）的净矩； 换轴（o-o）以上（以下）的面积对中性轴（两个）的净矩。 （七）预应力损失计算 后张法梁的预应力损失包括: （1）前期预应力损失 钢束与管道壁之间

14、的摩擦损失； 锚具变形、钢束回缩引起的损失； 分批张拉混凝土弹性压缩引起的损失。 （2）后期预应力损失 钢绞线应力松弛引起的应力损失； 混凝土收缩和徐变引起的应力损失。 本设计要求采用逐根张拉钢束，预制时张拉钢束顺序自定，尽量满足整体偏心距小、对称的原则。计算时应从最后张拉的一束逐步向前推进。 （八）持久状况承载能力极限状态验算 1、正截面抗弯承载能力计算，按设计规范第5.2.3条进行，对于简支梁取跨中截面进行验算。 （4）验算最小配筋率 根据设计规范第9.1.12条，预应力混凝土受弯构件最小配筋率应满足下列条件： 根据设计规范第6.5.2条，开裂弯矩的计算公式： 2、斜截面抗剪承载力计算 （1）斜截面强度取腹板厚度变化截面进行计