1、桥梁设计（K0+347.8 正交 6 孔 20m 预应力混凝土空心板桥，全长 125.08m）计算书8-20 米装配式预应力混凝土简 支空心板结构（概述部分）一、桥梁所处位置条件：桥址位于河南省郑州市郊区，区域内地貌单元为低山区，地形相对平坦。属温带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温 21，年降雨量 990mm，无霜期 199 天，标准冻结深度 0.25m。本次在勘察深度范围内，地 质均以为粉土层。查询中国地震动参数区划图（GB18306-2001）得，本项目区域地震动峰值 加速度为 0.06g，按基本地震烈度度抗震设防。二、设计荷载：汽车荷载：公路-I 级；洪水频率：桥梁洪水频率为百年一遇
2、。三、跨径及桥宽：标准跨径：20m；主梁全长：19.96 米；计算跨径：19.5 米；桥宽：净 8.0+20.5m四、材料：采用 C50 混凝土预制预应力空心板，栏杆和人行道板采用 C30混凝土，C50 防水混凝土和 沥青混凝土磨耗 层；铰缝采用 C50 细石混凝土浇注，封 锚采用 C50 混凝土。普通钢筋主要采用 HRB335 级钢筋和 R235 级钢筋，预应力钢筋为 1860 型钢绞线。板式橡胶支座五、预应力工艺1）张拉台座应有足够的强度及稳定性，两端预应力钢筋锚固横梁、放张砂筒等应有可靠的固定等安全防范措施，防治上翻、滑脱等安全事故的发生。2）预制空心板预应力钢筋必须待混凝土强度达到设计
3、混凝土强度等级的85%后，且混凝土龄期不小于 7 天，方可放张。在条件具备时适当增加龄期，提高混凝土弹性模量，减少反拱度。3）部份预应力钢筋两端采用的硬塑料套管或硬塑料围裹密实等失效措施应稳固牢靠。六、空心板安装1）上构施工顺序：预制空心板安装空心板铰缝封底缝，砂浆强度达到设计强度的 50%后浇筑铰缝浇筑桥面现浇层浇筑沥青混凝土铺装及附属设施成桥。2）在运输预应力混凝土空心板时，一定要采取措施，勿使预应力产生的负弯矩起破坏作用。可采取措施给空心板施加一个正弯矩。3）预制空心板采用设吊孔穿束兜板底加扁担的吊装方法。4）桥梁架设若采用架桥机吊装，必须经过验算方可进行，且架桥机的重量必须落在墩台的立
4、柱上。主要参考技术标准七.采用主要标准、规范公路工程技术标准 （JTG B01-2003）公路工程水文勘测设计规范 （JTJ C30-2002）公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）公路圬工桥涵设计规范 (JTG D61-2005)公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007）方案比较方案一（推荐方案）：8-20 米装配式预应力混凝土简支空心板结构1 优点：建筑高度小，更便于桥下过水；上部单片梁自重小，便于山区运输、架设；工期短，节省劳动力，造价较低；外形美观。2 缺点：横向铰封连接不如箱梁湿接缝连接整
5、体性好；连续受力比简直合理；墩柱多，阻水大。方案二（比较方案）9-20 米装配式预应力混凝土连续箱梁结构1 优点：箱梁湿接缝连接比空心板横向铰封连接整体性好；墩柱少，阻水小。2 缺点：建筑高度大，桥下净空小；上部单片梁自重大，山区运输、架设不方便；工期长，耗费劳动力，造价较高；外形没有三跨美观。根据山区特殊情况，综合以上比较，选用 8-20 米装配式预应力混凝土简支空心板结构更合理。上部结构计算主梁截面几何特性计算1.毛截面面积 A (中板)221 4892150613085 cm边 板 ）(5806 215.3076215013.1222cmA 2.质心 正 ， 向 上 为 负 ）对 于 圆
6、 心 横 轴 ： 向 下 为(6.1 531025 6531026527.8031 ayA故距下缘为 40.43cmcmya457两边铰缝对圆心轴的距离 cmya15.06. 3.空心板毛截面对质心惯性矩 中 板 ）)(10945. 57.430657.41.05.27.4832 22421mI 7.422I空心板截面的抗扭刚度可简化为下图图 3 的单向截面来近似计算：4232121098.54mthbtIT ,7图 3 截面的抗扭刚度简化图作用效应计算1. 永久作用效应1）空心板自重（第一阶段结构自重）g1（中板）2310.4836/12.58(/)gmkNkm（边板）.5.062）桥面系自
7、重（第二阶段结构自重）人行道及栏杆重力平均分布于各板上，栏杆： 5/21/0kNmk桥面铺装，沥青混凝土： 0.7143.7/混凝土： .26.0/k铰缝自重： 0.18526/38/kNm3）恒载自重 g（中板）12.583.014.521.09(/)i kNm（边板）15.063.814.523.68(/)ig kNm计算图式如图 4，设 为计算截面离左支座的距离，并令 ,x Lx则：主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： 2/)1(gMg/)21(LgVg由此可计算简支空心板永久作用（自重效应）计算结果如下永久作用效应汇总表 表 12. 可变作用效应本示例汽车荷载采用公路 I 级荷载，它由车
8、道荷载及车辆荷载组作用类型作用 gi(kN/m)计算跨径(m)计算效 应 M（kN.m) 作用效应 V(kN)跨中(1/8gl2) 1/4 跨（3/32gl2) 支点(1/2gl) 1/4 跨（ 1/4gl) 跨中中板 边板 中板 边板中板 边板 中板 边板 中板 边板 中板 边板中板边板g 21.09 23.638 19.5 19.5 1002.4 1124 751.826 842.66 205.6 230.5 102.8 115.2 0 0图 4 恒载内力计算图式VR=gL/2 x VxML=19.5mx成，车道荷载 qk=10.5kN/m 和 的)(23850.198361kNpk 集中
9、荷载组成。而在计算剪力效应时，集中荷载标准值 pk 应乘以 1.2的系数，即计算剪力时 pk=1.2pk=1.2238=285.6(kN)按桥规车道荷载的均布系数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峰值处，多车道桥梁还要考虑多车道折减，本示例布置双车道不折减.1）荷载横向分布系数计算（1）支座处的荷载横向分布系数 m0 的计算（杠杆法）支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。 首先，绘制横向影响线图，在横向影响线上按最不利荷载布置，根据对称性，只需计算 1、2、3、4、5 号板的荷载横向分布系数即可。1 号板： 汽车： =1/2 = =
10、0.1173oqmi2346.01人群： = =1.188ri（2）跨中及 L/4 处的荷 载横向分布系数预制板间采用企口缝连接，所以跨中的荷载横向分布系数按铰接板法计算。首先计算空心板的刚度系数 ：2225.84TTEIbIbGll其中 I=4.1194510-2(m4) b=104cml=19.5m，故： 015.9410982.542综上，从中的铰接板荷载横向分布影响线用表(附表)中 查表，在 =0.01 和 =0.02 内插求得 =0.0115时 1 号至 4 号板在车道荷载作用下的荷载横向分布系数值。计算结果如下图 6 所示 (3) 支点到 L/4 处的荷载横向分布系数支点到 L/4
11、 处的荷载横向分布系数按直 线内插法求得， 计算结果汇总如下表 2.横向分布系数汇总表 表 21 号 2 号 3 号 4 号 5 号荷载类别 mc mo mc mo mc mo mc mo mc mo汽车 0.2346 0.1731 0.2365 0.5 0.2359 0.5 0.2308 0.5 0.2207 0.5人群 0.2421 1.188 0.165 0 0.133 0 0.111 0 0.091 0(4) 荷 载横向分布系数沿桥跨的变化在计算荷载的横向分布系数时，通常用“杠杆原理法” 来计算荷载位于支点处的横向分布系数 m0,而用其它的方法来计算荷载位于跨中的横向分布系数 mc,这
12、是因为 荷载在桥跨纵向的位置不同，对某一主梁产生的横向分布系数也各异。位于桥跨其它位置的荷载横向分布系数的处理方法是：方法一，对于无中间横隔梁或仅有一根中间横隔梁的情况，跨中部分采用不变的 mc,从离支点 l/4 处起至支点的区段内 mc 呈直线形过渡；方法二，对于有多根内横隔梁的情况，mc 从第一根内横隔梁起向 m0 直线过渡。依据公路桥涵通用规范规本设计跨中采用不变的 mc，从离支点 L/4 处起至支点的区段内 mx 呈直线过渡的方法计算，如图 6 所示。图 6 各板横向分布系数沿桥跨方向变化图(1) 冲 击系数 的计算公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第 4.3.2 规定，汽车冲击系数的计算采用以结构基频为主要影响因素的计算方法，对于简支梁桥， 结构 频率 f 可采用下式计算cmEIlf2中板 MPa， m4， m，4105.3c 210945.cI 5.19l
