桥梁工程设计：预应力混凝土空心板桥(1)

展架桥（03号桥）施工图设计第1页共79页1方案拟订与比选1.1设计资料（1）技术指标：汽车荷载：公路-Ⅱ级桥面宽度：净7.0+2×1.0m（人行道）（2）设计洪水频率：百年一遇；（3）通航等级：无；（4）地震动参数：地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相当于原地震基本烈度VI度。1.2设计方案鉴于展架桥地质地形情况，该处地势平缓，桥全长较短，故比选方案主要采用简支梁桥和连续梁桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，我初步拟定了两个方案。1.2.1方案一：预应力混凝土空心板桥本桥上部构造为5х16m的预应力混凝土空心板，结构简单，施工容易。本桥采用预制安装（先张法）的施工方法：先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉，并将其临时固定在张拉台座上，然后按照支立模板——钢筋骨架成型——浇筑及振捣混凝土——养护及拆除模板的基本施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。优点：预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。缺点：行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。展架桥（03号桥）施工图设计第2页共79页3.0099003517.901:1.5接展架桥02号1600380010001000120012001100500453525158线路中心线10001000900012010016001600160016001600160036.0334.8133.1132.2932.8632.457.507.507.508.008.00亚砂土细砂淤泥质土亚粘土卵石5cm砼防水铺装层10cm沥青混凝土图1-1空心板桥布置图1.2.2方案二：预应力混凝土连续箱型梁桥跨径分布：3х32m箱形截面整体性好，结构刚度大，变形小，抗震性能好，主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适。施工采用预制安装的施工方法，设计施工较成熟，施工质量和工期能得到有效控制，该种桥型传力明确，计算简洁。箱形截面有较大的抗扭刚度，整体性好。同时主桥线条明确，结构稳定，梁的等截面外形和谐，各比例协调，造型朴实。展架桥（03号桥）施工图设计第3页共79页10010010050015010015010020x202520035353503501001009002302%2%亚砂土细砂淤泥质土亚粘土卵石1003200+19.532003200+38.5150150150图1-2连续箱梁布置图1.3方案比选表1-1各方案主要优缺点比较表预应力混凝土空心板桥预应力混凝土连续箱型梁桥跨径5х16m3х32m展架桥（03号桥）施工图设计第4页共79页安全性自重轻，跨径合适，施工安全。整体性好，结构刚度大，变形小，抗震性能好。适用性建筑高度小，外形简单，制作方便，构件质量小，方便架设。能适用各种适用条件，因为嵌固在箱梁上的悬臂板，其长度可以较大幅度变化，并且腹板间距也能放大，箱梁有较大抗扭刚度。美观性桥型流畅美观，与周围环境和谐。主桥线条简明，结构稳定，梁的等截面布置外形和谐，个比例协调，造型朴实。经济性空心板截面可以充分利用材料，经济合理。箱型截面充分利用材料，节约材料。施工难易程度采用预制拼装的施工方法，工期缩短。采用预制装配的施工方法，施工周期短。通过对比，从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案一:预应力混凝土空心板桥为最佳推荐方案。此方案，采用预应力混凝土空心板，结构简单，节省材料，经济合理；采用预制装配的施工方法，施工方便，周期短；而且桥型流畅美观。2毛截面几何特性计算2.1基本资料2.1.1主要技术指标桥跨布置:516m。标准跨径：16.00m。展架桥（03号桥）施工图设计第5页共79页计算跨径：15.56m。桥面总宽:9m=7+2×1.0m（人行道）。设计荷载：公路-Ⅱ级2.1.2材料规格预应力钢筋17钢绞线，直径15.2mm,截面面积139.0mm2，弹性摸量pE=1.95×105MPa,抗拉强度标准值pkf=1860MPa,抗拉强度设计值pdf=1260MPa;普通钢筋335,235HRBR抗拉强度标准值skf=335MPa,抗拉强度设计值sdf=280MPaSE=2.0×105MPa;空心板块混凝土采用C40,弹性模量取3.25×104MPa,抗拉强度标准值cdf=18.4MPa,抗拉强度设计值tkf=2.40MPa;2.1.3设计规范（1）JTJ01-1997.公路工程技术标准［S］.北京:人民交通出版社,1997简称《标准》（2）JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范［S］.北京:人民交通出版社,2004.简称《桥规》（3）JTGD62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范［S］.北京:人民交通出版社,2004.简称《公预规》（4）JTGD60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京:人民交通出版社,1985.（5）邵旭东.桥梁工程（上、下册）［M］.北京:人民交通出版社,2004.2.2截面几何尺寸图本桥主梁采用124cm空心板，桥宽9m，选用7片主梁5片中板和两片边板。2.2.1桥面横断面布置图10cm沥青混凝土5cm砼防水铺装层100010009000展架桥（03号桥）施工图设计第6页共79页图2.1横断面图2.2.2板块结构几何尺寸(a)中板跨中截面(b)边板跨中截面图2.2截面几何尺寸图2.3毛截面几何特性计算2.3.1毛截面面积225539)3558821303215521(2)232122395516(275124cmAh2.3.2毛截面重心位置全截面对1/2板高的静矩：展架桥（03号桥）施工图设计第7页共79页3213.893935.55.55.521)235275(35525.25.55.25.2325.25.22130325275(30321)25275(55212cmS板高铰缝的面积：2529)355882130321552122cmA（铰毛截面重心离1/2板高处的距离：cmASdh614.155393.8989h21板高铰缝重心对1/2板高处的距离：cmd9.165393.8989铰2.3.3空心板毛截面对其重心轴的惯矩轴的惯性矩忽略了铰缝对自身重心4104622232323109883.3109883.3)614.19.16(529)614.14323()614.14323(23232122312121614.197812978614.1751241275124mmcmI空心板的抗扭刚度可简化为图2-3的单箱截面近似计算：展架桥（03号桥）施工图设计第8页共79页1241013137514图2.3计算TI的空心板简化图（尺寸单位：cm）4102232122101731.713/)5775(2)141101()13124(57751312442)11(4mmthttbhbIT3主梁内力计算及作用效应组合3.1永久作用效应计算3.1.1空心板自重（一期恒载）1g1g=A×ｒ=5539×104×25=13.8475(kN/m)3.1.2桥面系自重（二期恒载）2g展架桥（03号桥）施工图设计第9页共79页桥面铺装采用：5cm的砼防水铺装层:0.05×7×25=8.75(kN/m)10cm沥青混凝土：0.1×7×23=16.1(kN/m)人行道采用30C混凝土，则单侧人行道自重：1×0.4×24=9.6(kN/m)单侧栏杆：1.52(kN/m)为计算方便近似各板平均分担考虑,则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为:)/(727.6716.18.752×)52.16.9(2mkNg3.1.3铰缝自重（第二阶段结构自重）3g因为铰缝自重采用C40混凝土,因此其自重为:3g=(529+1×75)×104×24=1.4496(kN/m)由此得空心板每延米总重力g为：g=1g=13.8475(kN/m)g=2g＋3g=6.727＋1.4496=8.1767(kN/m)g＝g＋g=13.8475＋8.1767=22.0242(kN/m)由此可计算出简支空心板的恒载(自重效应),计算结果见表3-1。表3-1永久作用效应汇总表项目作用种类作用gi(kN/m)计算跨径l(m)作用效应M(kN/m)作用效应V(kN)跨中(218gl)1/4跨(2332gl)支点(12gl)1/4跨(14gl)跨中g13.847515.56419.08314.31107.7353.8650展架桥（03号桥）施工图设计第10页共79页g22.024215.56666.54499.91171.3585.67503.2可变作用效应计算本桥汽车荷载采用公路—Ⅱ级荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路—Ⅱ级车道荷载由kq=0.75×10.5=7.875(kN/m)的平均荷载和)/(68.16675.0550556.15180360180mkNpk集中荷载两部分组成。而在计算剪力效应时，集中荷载标准值kp应乘以1.2的系数，即计算剪力1kp=1.2kp=1.2×166.68=200.016(kN/m)按《桥规》车道荷载的均布荷载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在相应影响线中一个最大影响线峰值处。本桥采用双车道，应考虑折减，1。1.汽车荷载横向分布系数计算跨中和四分点的横向分布系数按铰接板法计算。支点按杠杆法计算荷载横向分布系数；支点到四分点间按直线内插求得。（1）跨中和四分点的荷载横向分布系数：首先计算空心板的刚度系数：222)(8.5)(4lbIIlbGIEIrTT由前面计算得到：I=3.9883×10104mmIT=7.173×10104mmb=125mml=1556mm将以上数据代入：r=0.02115求得刚度系数后，即可查《公路桥涵设计手册-梁桥（上册）（徐光辉，胡明义，主编，人民交通出版社，1996年3月）中7块板铰接板桥荷载横向分布影响线表，由r=0.02及r=0.03内插得到r=0.02115时1号至4号板在车道荷载作用下荷载横向分布系影响线，计算结果列表3-2中，由表3-2画出各板横向分布影响线图3-1，并按横向最不利位置布载图3-2，求得两车道情况下各板的横向分布系数。由于桥梁横断面结构展架桥（03号桥）施工图设计第11页共79页对称，所以只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。表3-2各板的横向分配影响线竖标值表荷载作用板号节点号1#2#3#4#10.2480.2040.1570.12420.2040.2000.1710.13530.1570.1710.1770.15740.1240.1350.1570.17050.1010.1100.1270.15760.0860.0940.1100.13570.0800.0860.1010.124根据表3-2作出影响线:展架桥（03号桥）施工图设计第12页共79页(a)1号板横向分布影响线(b)2号板横向分布影响线(d)4号板横向分布影响线图3-1影响线图及布载位置根据各板的横向分布影响线图，在上加载求得各种作用下的横向分布系数如下：汽车荷载作用下：m3=1/2∑ηi汽，m人=∑ηi人板号1：二列汽车：m2汽=1/2（0.221＋0.157＋0.122＋0.090）=0.295m人=0.262+0.