桥面板计算及预应力筋估算

湖南工业大学本科毕业设计（论文）1第3章桥梁纵向分孔及横截面尺寸拟定3.1桥梁纵向分孔3.1.1变截面连续梁桥构造特点连续孔数一般不超过5跨，多于3跨的连续梁桥，除边跨外，其中间各跨一般采用等跨布置，以方便悬臂施工。多于两跨的连续梁桥，其边跨一般为中跨的0.6～0.8倍左右，当采用箱形截面，边孔跨径其至可减少至中孔的0.5～0.7倍。有时为了满足城市桥梁或跨线桥的交通要求而需增大中跨跨径时，可将边跨跨径设计成仅为中跨的0.5倍以下，此时，端支点上将出现较大的负反力，故必需在该位置设置能抵抗拉力的支座或压重以消除负反力。3.1.2本设纵向分孔计本设计纵向分孔设置为：（3×50）预应力混凝土简支T梁+(56+2×86+56)变截面箱型连续梁+（3×40）预应力混凝土简支T梁，全长550米。变截面连续梁段：边跨56m中跨86m,边跨为中跨的0.651倍符合要求。3.2桥横截面尺寸拟定本设计横截面尺寸拟定如表3-1，示意图如图3-1。表3-1横截面拟定图3-1横截面尺寸拟定示意图(cm)跨径布置(m)结构边中跨比截面（cm）梁高（m）形式顶板厚腹板厚底板厚根部跨中56+2×86+56连续梁0.651单箱单室3030→6028→605.42.8高跨比梁宽(m)悬臂厚度（cm）梗腋形式（cm×cm）根部跨中顶底根部端部顶板与腹板腹板与底板1/15.921/30.714.08.06520120×3060×30广昆高速某大桥设计（一）2图5-2支点截面尺寸示意图3.3箱型截面尺寸的拟定依据拟定依据参考文献：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG_D62-2004）。3.3.1顶板、底板、悬臂板长度拟定箱梁顶板宽度一般接近桥面总宽度，本设计中顶板长度为14m。顶板两侧悬臂板的长度对活载弯矩数值的影响不大，但恒载及人群荷载弯矩随悬臂长度几乎成平方关系增加，故悬臂板长度一般不大5m,当长度超过3m后，宜布置横向预应力束筋。本设计中可取底板长度为8m悬臂板长度为3m。3.3.2底板厚度拟定纵向负弯矩区受压底板的厚度对改善全桥受力状态、减少徐变下扰度十分重要。因而大跨连续体系梁桥中，应确保承受负弯矩的内支点区域的箱梁底板有足湖南工业大学本科毕业设计（论文）3够的厚度。箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶，以适应箱梁下缘受压的要求，底板厚度与主跨之比宜为1/140→1/170。本设计根部底板厚度取为60cm与主跨比为1/143.3；跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，本设计中跨中底板厚度取28cm。底板厚度变化：从跨中向0号块截面以抛物线方程y=60−28442x2+28,变化∙3.3.3梁高拟定根据已建成桥梁的资料分析，支点截面的梁高H支约为（1/16→1/20）L(L为中间跨跨长)，梁中梁高H中约为（1/1.5→1/2.5）H支。本设计中H支取5.4m为1/15.93L，H中取2.8m为1/1.93H支，梁高变化：从跨中向0号块截面以抛物线y=5.4−2.8382𝑥2+2.8（m）变化3.3.4腹板厚度拟定箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲简历和扭转剪应力所引起的主拉应力。墩顶区域剪力大因而腹板厚，跨中区域的腹板较薄，但是腹板的最小厚度应考虑钢束管道的布置、钢筋布置和混凝土浇筑的要求。变高度箱梁采用直腹板。英国水泥和混凝土协会提出了如下两个关于预应力混凝土连续梁最佳腹板厚度参数的公式，其最大跨径连续箱梁最佳横截面几何参数指标可供参考图3-2和图3-3。图3-2连续箱梁最佳腹板厚度K1参数曲线2468020406080100120140160180200220墩上腹厚度参数K1最大跨径（m)广昆高速某大桥设计（一）4图3-3连续箱梁最佳腹板厚度K2参数曲线墩上腹板厚度参数：wpp31maxthK=10Bl´´´；跨中腹板厚度参数：wpm32maxthK=10Bl´´´；式中：wpt：墩上腹板厚度的总和（m）；wmt：跨中腹板厚度的总和(m)；ph：墩上梁高(m)；本设计中取5.4m；mh：跨中梁高(m)；本设计中取2.8m；B：桥面总宽度(m)；本设计资料中定为14m；maxl：梁最大跨径(m)。本设计中为86m；考虑预应力钢筋布置及混凝土浇筑后的箱梁腹板最小厚度一般为:腹板内无预应力束管道布置时可采用200mm；腹板内有预应力管道布置时可采用250→300mm；腹板内有预应力束锚固时采用350mm；（在大跨径预应力混凝土连续箱梁中，腹板宽度宜从跨中向支点逐渐加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用300→800mm，也有达到100mm左右。）本设计中拟取墩顶腹板厚度为60cm，跨中腹板厚度为30cm本设计拟取的墩顶腹板厚度及跨中腹板厚度合理。腹板厚度变化：从跨中向0号块截面以抛物线方程y=60−30442𝑥2+30(cm)变化3.3.5顶板、悬臂板厚度拟定确定箱型截面顶板厚度一般考虑两个因素，既满足桥面板横向弯矩的要求2468020406080100120140160180200220跨中腹厚度参数K2最大跨径（m)湖南工业大学本科毕业设计（论文）5（恒载、活载、日照温度等）；满足布置纵、横向预应力钢筋束的要求。车行道部分的箱梁顶板或其他呈现连续板受力特征的桥面板以及悬臂板厚度拟定可参考表3-2：表3-2车行道部分桥面板的厚度（cm）位置桥面板跨度方向垂直于行车道方向平行于车道方向顶板或连续板3L+11（纵肋之间）5L+13（横隔板之间）悬臂板L＜0.25时，28L+1624L+13L＞0.25时，8L+21注：两个方向厚度计算厚取小值，L为桥面板的跨度（m)由本设计前部分拟定的纵向分布横向分布数据知本设计中：垂直于行车道方向的L为6.85.975→7.4m.平行于车道方向的L为21.5m。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG_D62-2004）9.3.3中规定：在与腹板相连处的翼缘厚度不小于梁高的1/10（本设计中=58cm)。因而本设计中可取顶板厚取为30cm；悬臂板根部厚度取为65cm。悬臂板端部按构造要求可取为20cm。（悬臂端部厚度不小于10cm，如设置防撞墙或锚固横向预应力束筋，则端部厚度不小于20cm）。广昆高速某大桥设计（一）6第4章桥面板计算纵向墩上，L/4,跨中处总共布置横隔板5块：板长：l𝑎=86/4=21.5m板宽：bl=5.725m，lb=6.8m长宽比：𝑙𝑎𝑙𝑏=3.162，故可按单向板计算内力。4.1悬臂板内力计算悬壁板计算布载如图4-1图4-1悬臂布载示意图（m）桥面铺装为换算厚度为10cm的沥青混泥土，每延米铺装层重度：g铺=0.1×23=2.3KN/m每延米悬臂板重度：g板=0.2+0.652×25=10.625KN/m每延米护栏重度：g护=0.8×25=20KN/m4.1.1悬臂根部弯矩计算每延米恒荷载作用下弯矩为：；支=（20×0.5×2.5+2.3×2.5×1.25+10.625×3×1.5=82.5KN∙m车辆荷载后轮着地长度为：；（H为铺装层换算厚度，下同）；车辆荷载后轮着地宽度为：；如上图4-1中最外面车轮单个车轮作用下板的有效工作宽度：0.51.80.512a=a+2H=0.2+20.1=0.4m´12b=b+2H=0.6+20.1=0.8m´湖南工业大学本科毕业设计（论文）7=+2=0.4+2×(2.3+0.1)=5.21.4m故两个车轮作用下板的有效工作宽度有重叠，实际有效宽度为=++2=0.4+1.4+2×(2.3+0.1)=6.6m分布荷载为：；如上图4-1中里面车轮单个车轮作用下板的有效工作宽度：=+2=0.4+2×（2.50.51.8+0.62+0.1）=1.6m1.4m故两个车轮作用下板的有效工作宽度有重叠，实际有效宽度为：；分布荷载为：；由于汽车荷载局部加载在悬臂翼板附近，故取冲击系数为1+0.3=1.3；每延米宽板条上汽车荷载产生弯矩为：支=(1.3)×(26.5×0.8×2+58.3×0.6×0.2)=64.2KN∙m内力组合：弯矩基本组合：=1.2×(82.5)+1.4×(64.2)=188.KN∙m弯矩短期组合：。=82.5+(64.2)1.3×0.=11.1KN∙m4.1.2悬臂根剪力矩计算每延米自重作用下剪力为：支=20×0.5+2.3×2.5+10.625×3=4.6KN每延米汽车荷载作用下剪力为：支=1.3×(26.52×0.8+58.3×0.6)=3.1KN内力组合：剪力基本组合：=1.2×4.6+1.4×3.1=15.4KN剪力短期组合：=4.6+3.11.3×0.=86.KNa1p140P===26.52KPab6.60.8´“1a=a+d+2b=1.4+1.6=3ma1p140P===58.3KPab30.8´，，广昆高速某大桥设计（一）84.2中间板内力计算把承托面积平摊到桥面板上，板厚为：𝑡‘=0.3+2×12×(1.2×0.3)6.8=0.35𝑚每延米板桥面铺装层的重度：g=0.123=2.3KN/m´铺；每延米桥面板重度：g板=0.35×25=8.8∙𝑚每延米桥面板总重度：g=2.3+8.8=11.1KN∙m4.2.1中间板弯矩计算两梁肋之间板的计算跨径为：𝑙=𝑙0+𝑡=6.8+0.3=.1𝑚𝑙0+=.4𝑚车辆荷载在板跨径中间时单个车轮作用下板的有效工作宽度：=𝑎+𝑙3=0.4+.13=2.82𝑙3=4.𝑚1.4𝑚故两个车轮作用下板的有效工作宽度有重叠，实际有效工作宽度为：=4.+1.4=6.1m分布荷载为：P=pb=1406.1×0.8=28.KPa车辆荷载在板支承处时单个车轮作用下板的有效工作宽度：𝑎′=𝑎+𝑡=0.4+0.3=0.𝑚1.4𝑚故两个车轮作用下板的有效工作宽度无重叠，分布荷载为：a1p140P===125KP2ab20.70.8创，，；每延米恒载弯矩为：𝑀𝑜𝑔=18𝑔𝑙2=11.1×.128=6.KN∙m有两种可能布载方式使0pM最大：布载方式1：轮对称中点布置：湖南工业大学本科毕业设计（论文）9其布载图如图4-2。图4-2弯矩计算布载方式一每延米车辆荷载弯矩为：()()()]0pM=21+0.30.511.92-88.10.80.214+88.10.80.28+0.549.3-31.80.41.068+31.80.81.195=146.99KNmé创创创?ë创创?×。布载方式2：其中以车轮作用在中点：其布载如图4-3。1.5250.70.75.50.2140.281.1950.551.81.31.80.551.21.2119.288.149.331.81.06831.849.388.1119.21.0681.1950.280.21412.64.65.50.150.951.955.54.62.610.150.951.9560.41.25.50.70.71.5251.21.81.31.793.962.931.831.843.474.50.5440.610.8640.7982.33.95.55.54.93.30.81.62.62.62.11.36广昆高速某大桥设计（一）10图4-3弯矩计算布载方式二每延米车辆荷载弯矩为：；𝑀𝑜𝑝=(1+0.3)×[83×0.×0.15+0.5×(56.53.2)×0.8×0.8+3.2×0.8×0.8+28.×0.8×1.+0.5×(42.30.)×0.8×1.05+30.×0.8×1.05+83×0.×0.15=156.25∙𝑚故取布载方式2：跨中最大设计弯矩为：0=1.2×6.+1.4×156.25=302.63KN∙m板厚与肋高之比为：th=30540=84,故跨中弯矩为：𝑀中=0.5×302.63=151.32∙𝑚支点出弯矩为：𝑀支=0.×302.63=211.84∙𝑚4.2.2中间板支点剪力计算车辆荷载在板跨径中间时单个车轮作用下板的有效工作宽度：1l5.7252la=a+=0.4+=2.3=3.81.4m333；故两个车轮作用下板的有效工作宽度有重