道橋畢業(yè)設(shè)計

1、目 錄1 方案比選11.1 方案比選的主要標準11.2 方案編制11.3 方案評選32 橋梁的設(shè)計計算42.1 設(shè)計資料42.2 橫截面布置52.3 橫截面沿跨長的變化102.4 橫隔梁的設(shè)置103 主梁作用效應(yīng)計算113.1 永久作用效應(yīng)計算113.1.1 永久作用集度113.1.2 永久作用效應(yīng)123.2 可變作用效應(yīng)計算（偏心壓力法）13車道荷載的取值17計算可變作用效應(yīng)174 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及其布置245 計算主梁截面幾何特性276 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計算276.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉（錨下）控制力276.2 鋼束應(yīng)力損失277 主梁截面承載力與應(yīng)力驗算277.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)承

2、載力驗算277.2 應(yīng)力驗算277.3 抗裂性驗算278 行車道板計算279 支座計算27參考文獻27致謝271 方案比選1.1 方案比選的主要標準 橋梁方案比選有四項主要標準：安全，功能，經(jīng)濟與美觀，其中以安全與經(jīng)濟為重。過去對橋下結(jié)構(gòu)的功能重視不夠，現(xiàn)在航運事業(yè)飛速發(fā)展，橋下凈空往往成為運輸瓶頸。至于橋梁美觀，要視經(jīng)濟與環(huán)境條件而定。由于所給標準跨徑為30米，屬于中橋范疇，本設(shè)計采用預(yù)應(yīng)力混凝土，單孔橋跨結(jié)構(gòu)形式，不在河道中設(shè)置橋墩，直接將橋跨上部結(jié)構(gòu)置于左右兩橋臺上，而橋臺則通過伸縮縫與兩邊的路堤相連。1.2 方案編制因此，擬定了三種橋式方案進行比選：方案一：橋跨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形

3、截面簡支梁；方案二：橋跨結(jié)構(gòu)采用上承式實腹圬工拱橋；方案三：橋跨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱型截面簡支梁。a） 方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋單跨預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋，橋長20m，主梁采用T形截面，梁高為等高度，主梁采用預(yù)制裝配的施工方法。圖1-1 立面圖圖1-2 橋梁半截面圖b） 上承實腹圬工拱橋單跨上承式圬工拱橋，橋長20米，拱上建筑采用實腹式，采用有支架施工。圖1-4 立面圖圖1-5 橋梁半斷面圖c） 預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面簡支梁橋方案單跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面簡支梁橋，橋長20米，主梁采用箱形截面，梁高為等高度。主梁采用懸臂澆筑施工。圖1-7 立面圖圖1-9 橫斷面圖1.3 方案評

4、選以上三個方案的優(yōu)缺點比較如表1-1表1-1 方案比選圖序號方案比較方案方案一方案二方案三預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁上承式實腹圬工拱橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面簡支梁1工藝技術(shù)要求技術(shù)較先進，采用預(yù)制裝配施工工藝成熟，但需大量支架及吊裝設(shè)備采用大箱梁截面形式運輸較困難，且預(yù)應(yīng)力鋼筋布置復(fù)雜2施工難易程度節(jié)省大量器材，施工簡便速度快占用施工場地大，勞動力多施工難度大3美觀效果外觀中規(guī)中矩外觀美麗外觀簡樸4安全性靜定結(jié)構(gòu)受力較好，養(yǎng)護容易，安全可靠，對地基承載力要求不高，適用范圍廣超靜定結(jié)構(gòu)，溫度變化，收縮徐變，特別是墩臺位移會在拱內(nèi)產(chǎn)生較大附加內(nèi)力靜定結(jié)構(gòu)，抗扭剛度大，且整體性較好5經(jīng)濟性造價合適，鋼

5、材及水泥材料用量適度，且便于使用當(dāng)?shù)夭牧?，性價比高雖不用鋼材，但支架費用及模板費用較大。澆筑混凝土量也較大造價較高，采用單片大箱梁運輸費用大，吊裝安裝費用大，用于簡支梁不經(jīng)濟綜上所述，此橋為單跨，采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋既能滿足功能要求，施工又簡單，造價也較低，所以采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面簡支梁橋方案。2 橋梁的設(shè)計計算畢業(yè)設(shè)計是土木工程專業(yè)本科教學(xué)最后一個綜合性、實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，主要目的是引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際，把課堂上學(xué)到的專業(yè)知識，通過畢業(yè)設(shè)計的訓(xùn)練，學(xué)會如何將書本知識應(yīng)用到工程實踐中去。密切學(xué)生和社會、工程之間關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決工程實際問題的能力和創(chuàng)新能力，是工程師基本

6、訓(xùn)練的重要組成部分。培養(yǎng)學(xué)生求真、務(wù)實、嚴謹、細致的工作作風(fēng)。學(xué)生應(yīng)綜合運用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、選修課及專業(yè)實習(xí)所積累的理論與實踐知識，遵循橋梁設(shè)計規(guī)程要求，在教師指導(dǎo)下獨立完成常用橋梁工程設(shè)計。2.1 設(shè)計資料a) 橋梁跨徑及橋?qū)挊藴士鐝剑?0m主梁預(yù)制長度：29.96m，伸縮縫采用4cm計算跨徑：28.66m橋面凈空：凈-9m+21.5m=12mb) 結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁。c) 設(shè)計荷載公路級，設(shè)計車道數(shù)為3車道。人群荷載：3.0KN/。d) 氣象資料橋位溫差為26攝氏度，平均溫度15.7度，最低氣溫2.4攝氏度，最高氣溫28.4攝氏度。e) 材料及特性上部

7、結(jié)構(gòu)材料：主梁混凝土強度等級C50；預(yù)應(yīng)力筋采用ASTM A41697a標準的低松弛鋼絞線（17標準型），標準強度：1860MPa；彈性模量1.9510MPa。后張法施工并采用TD雙作用千斤頂兩端同時張拉過程雙控；其它鋼筋直徑12mm的用級鋼，其余用級鋼。立柱，蓋梁及橋頭搭板采用C30混凝土，基樁采用C25混凝土。f) 橋面鋪裝橋面鋪裝采用8cm厚瀝青混凝土、三涂FYT-1改進型防水層和6cm厚水泥混凝土找平層。g) 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)本橋的重要性程度一般，取結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0=1.0。h) 設(shè)計依據(jù)交通部頒公路工程技術(shù)標準（JTG B012003），簡稱標準；交通部頒公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG

8、D602004），簡稱橋規(guī)；交通部頒公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D622004），簡稱公預(yù)規(guī)。i) 基本計算數(shù)據(jù)（見表2-1）表2-1 基本計算數(shù)據(jù)名 稱項 目符 號單 位數(shù) 據(jù)混 凝 土立方強度MPa50彈性模量MPa3.45104軸心抗壓標準強度MPa32.4軸心抗拉標準強度MPa2.65軸心抗壓設(shè)計強度MPa22.4軸心抗拉設(shè)計強度MPa1.83短暫狀態(tài)容許壓應(yīng)力MPa20.72容許拉應(yīng)力MPa1.757持久狀態(tài)標準荷載組合:容許壓應(yīng)力MPa16.2容許主壓應(yīng)力MPa19.44短期效應(yīng)組合:容許拉應(yīng)力MPa0容許主拉應(yīng)力MPa1.59ASTM A41697a 鋼 絞

9、 線標準強度MPa1860彈性模量MPa1.95105抗拉設(shè)計強度MPa1260最大控制應(yīng)力conMPa1395持久狀態(tài)應(yīng)力:標準狀態(tài)組合MPa1209材料重度預(yù)應(yīng)力混凝土KN/325.0瀝青混凝土KN/323.0鋼絞線KN/378.5鋼束與混凝土的彈性模量比無綱量5.65注：考慮混凝土強度達到C45時開始張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。和分別表示鋼束張拉時混凝土的抗壓、抗拉標準強度，則=29.6Mpa， =2.51Mpa。2.2 橫截面布置A. 主梁間距與主梁片數(shù)主梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的增大而加寬為經(jīng)濟，同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標很有效，故在許可條件下應(yīng)適當(dāng)加寬T梁翼板,宜在1.8m2.5m之間

10、，則采用主梁間距為2.2m，考慮人行道可適當(dāng)挑出，對設(shè)計資料給定的橋面凈寬選用5片主梁。B. 主梁跨中截面主要尺寸擬訂a) 主梁高度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/151/25，標準設(shè)計中高跨比約在1/181/19。當(dāng)建筑高度有受限制時，增大梁高往往是較經(jīng)濟的方案，因為增大梁高可以節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量，同時梁高加大一般只是腹板加寬，而混凝土用量增加不多。綜上所述，本設(shè)計中取用1800mm的主梁高度是比較合適的。b) 主梁截面細部尺寸T梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求，還應(yīng)考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的強度要求。本設(shè)計預(yù)制T梁的翼板厚度取用180mm，翼板

11、根部加厚到300mm以抵抗翼緣根部較大的彎矩。在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中腹板內(nèi)主拉應(yīng)力較小，腹板厚度一般由布置預(yù)制孔管的構(gòu)造決定，同時從腹板本身的穩(wěn)定條件出發(fā)，腹板厚度不宜小于其高度的1/15，即120mm。本設(shè)計中腹板厚度取200mm。馬蹄尺寸基本由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定的，設(shè)計實踐表明，馬蹄面積占截面總面積的10%20%為合適。同時還根據(jù)公預(yù)規(guī)條對鋼束間距及預(yù)留管道的構(gòu)造要求，初擬馬蹄寬度為400mm，高度為200mm，馬蹄與腹板交接處作三角形63.40過渡，高度為200mm，以減小局部應(yīng)力。按照以上擬訂的外形尺寸，就可繪出預(yù)制梁的跨中截面圖（見圖2-3）。圖2-1 結(jié)構(gòu)尺寸圖（尺寸單位：mm）

12、圖2-2 跨中截面（-）尺寸圖（尺寸單位：mm）圖2-3 變化點截面（-）尺寸圖（尺寸單位：mm）圖2-4 支點截面（-）尺寸圖（尺寸單位：mm）c) 計算截面幾何特征見表2-2圖2-5 截面分塊尺寸示意圖（尺寸單位：mm）表2-2 大截面截面幾何特征表分塊號分塊面積90454220324800-2561533-9891700-1156合計表2-2 小截面截面幾何特征表分塊號分塊面積90494220364800-2161533-9491700-1116合計d) 檢驗截面效率指標（希望在0.5以上）上核心距下核心距截面效率指標表明以上初擬的主梁中截面是合理的。f） 受壓翼緣有效寬度的計算按公路橋

13、梁規(guī)定，T型截面梁受壓翼緣有效寬度，取下列三者中的最小值：簡支梁計算跨徑的，即=2/3=9553mm；相鄰兩梁的平均間距，對于中梁為2200mm；，式中b為梁腹板寬度，為承托長度，這里=0，為受壓翼緣懸出板的厚度，可取跨中截面翼板厚度的平均值。即。所以有所以，受壓翼緣的有效寬度取。2.3 橫截面沿跨長的變化如圖2-1所示，本設(shè)計主梁采用等高形式，橫截面的T梁翼板厚度沿跨長不變。梁端部區(qū)段由于錨頭集中力的作用引起較大的局部應(yīng)力，也為布置錨具的需要，馬蹄和腹板部分為配合鋼束彎起而從四分點開始到距支點截面3700mm處，馬蹄逐漸抬高，腹板逐漸加寬。2.4 橫隔梁的設(shè)置為了增強主梁間的橫向連接剛度，除

14、設(shè)置端橫隔梁外，還設(shè)置3片中橫隔梁，間距為47.165m，共5片，為了計算方便，五道橫隔梁的厚度取相同的值，為0.16m（延高度不變）。3 主梁作用效應(yīng)計算主梁的作用效應(yīng)計算包括永久作用效應(yīng)和可變作用效應(yīng)。根據(jù)梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，計算可變作用下荷載橫向分布系數(shù)，求出各主梁控制截面（取跨中、四分點、變化點截面及支點截面）的永久作用和最大可變效應(yīng)，再進行主梁作用效應(yīng)組合（標注組合、短期組合和極限組合）。3.1 永久作用效應(yīng)計算 永久作用集度A. 預(yù)制梁自重a) 跨中截面段主梁自重（四分點至跨中10.63m）b) 馬蹄抬高與腹板變寬段梁的自重近似計算（長2.7m） 主梁端部截面面積為支點段梁的

15、自重（長1m）cmc) 主梁的橫隔梁中橫隔梁體積為：端橫隔梁體積為：故半跨內(nèi)橫隔梁重量主梁永久作用集度B. 二期永久作用a) 翼緣板中間濕接縫集度b) 邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁一片中橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：一片端橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：故c) 橋面鋪裝層6cm水泥混凝土找平層：8cm瀝青混凝土鋪裝層：若將橋面鋪裝均攤給五片主梁，則： d) 人行道：（采用非懸壁式人行道）e) 欄桿一側(cè)欄桿1.52 kN/m將人行道和欄桿重量均分給五片主梁，則邊梁二期永久作用集度 永久作用效應(yīng)如圖3-1所示，設(shè)為計算截面離左支座的距離，并令。圖3-1 永久作用效應(yīng)計算圖永久作用效應(yīng)計算公式：支點彎矩： 支點剪力： （3

16、-1）變截面處彎矩 變截面處剪力 （3-2）處彎矩 處剪力 （3-3）跨中彎矩： 跨中剪力 （3-4）表3-1 邊梁（1號梁）永久作用效應(yīng)截面位置距支點截面的距離一期恒載二期恒載彎矩剪力彎矩剪力彎矩剪力支點00.00301.070.00146.480.00301.07變截面3700970.16223.34472.01108.661442.17332.0071651617.89150.54787.1573.242405.04223.78跨中143302157.190.001049.330.003205.520.003.2 可變作用效應(yīng)計算（偏心壓力法） 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)沖擊系數(shù)和車道折減系

17、數(shù)計算：結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻有關(guān)，故應(yīng)先計算結(jié)構(gòu)的基頻，簡支梁的基頻可按下式計算其中，,由于，故可由下式計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為:當(dāng)車道大于兩車道時，應(yīng)進行車道折減，三車道折減22%，但由于折減后不得小于兩車道布載的計算結(jié)果。 計算主梁的荷載橫向分布系數(shù)本橋跨內(nèi)設(shè)有三道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)結(jié)，而且承重結(jié)構(gòu)的長寬比為：所以可按修正的剛性橫梁法萊繪制橫向影響線和計算橫向分布系數(shù)。A. 計算主梁抗扭慣性矩對于T形梁截面，抗扭慣性矩可近似按下式計算： （3-5）式中、相應(yīng)為單個矩形截面的寬度和高度； 矩形截面抗扭剛度系數(shù)，可按下式計算 （3-6） 梁截面劃分成單個矩形截面的個數(shù)對于跨中截面

18、，翼緣板的換算平均厚度馬蹄部分的換算平均厚度圖3-2 計算圖式將計算匯總于表3-2。表3-2 計算見下表分塊名稱翼緣板22022.80.1040.31150.00812242腹板127.2200.1570.30040.00305687馬蹄40300.7500.17990.001942920.01312221B. 計算抗扭修正系數(shù)a) 主梁的間距相同，主梁近似看成等截面，則得： （3-7）式中：與主梁片數(shù)有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)時，。，代入得：b) 按修正的剛性橫梁法計算橫向影響線豎坐標值： （3-8）式中：，則：表3-3 計算所得的值列于下表梁號14.40.560360.01982-0.1603622.

19、20.380180.109910.01982300.20.20.2C. 計算荷載橫向分布系數(shù)a) 跨中的橫向分布系數(shù)1、2、3號主梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖3-3所示。對于1號梁：圖3-2 跨中最不利布載圖式圖3-3 一號梁橫向分布系數(shù)圖3-4 二號梁橫向分布系數(shù)圖3-5 三號梁橫向分布系數(shù)汽車 人群 b) 支點的橫向分布系數(shù)如圖3-6所示，按杠桿原理法繪制荷載橫向影響線并進行布載，1號梁活載的橫向分布系數(shù)可計算如下：圖3-6 支點最不利布載圖式 圖3-7 各號梁橫向分布系數(shù)汽車 人群 表3-4 橫向分布系數(shù)匯總荷載類別續(xù)表3-4汽車0.653890.4091人群0.629981.38

20、64車道荷載的取值在活載內(nèi)力計算中，對于橫向分布系數(shù)的取值作如下考慮：計算主梁活載彎矩時，均采用全跨統(tǒng)一的橫向分布系數(shù)，鑒于跨中和四分點和剪力影響線的較大坐標位于橋跨中部，故也按不變化的來計算。求支點和變化點截面活載剪力時，由于主要荷重集中在支點附近而應(yīng)考慮支撐條件的影響，按橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化曲線取值，即從支點到之間，橫向分布系數(shù)用與值直線插入，其余區(qū)段均取值。由于是設(shè)計三車道，車道折減系數(shù)為；汽車荷載等級為公路II級；所以：車道荷載的均布荷載標準值為：；集中荷載標準值為：計算可變作用效應(yīng)在可變作用效應(yīng)計算中，對于橫向分布系數(shù)和取值作如下考慮：支點處橫向分布系數(shù)取m0，從支點至第一根橫梁

21、段（四分點處），橫向分布系數(shù)從m0直線過渡到mc，其余梁段均取mc。a) 求跨中截面汽車荷載的最大彎矩： 計算跨中截面最大彎矩和最大剪力采用直接加載求可變作用效應(yīng)，圖3-8示出跨中截面作用效應(yīng)計算圖示，計算公式為：S=（1+） （39）式中： S 所求截面的彎矩或剪力；qk 車道均布荷載標準值；Pk 車道集中荷載標準值； 影響線上同號區(qū)段的面積；Y 影響線上最大坐標值。圖3-8 跨中截面彎矩計算圖式使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線面積為：所加載影響線中一個最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：b) 計算人群荷載的跨中彎矩:c) 計算跨中截面車道活載最大剪力:圖3-9 跨中截面剪力計算圖式鑒于跨中剪

22、力影響線的較大坐標位于跨中部分，故也采用全跨統(tǒng)一的荷載橫向分布系數(shù)來計算。的影響線面積：故得d) 計算跨中截面人群荷載最大剪力e) 計算支點截面車道荷載最大剪力作荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化圖形和支點剪力影響線，如圖3-10所示圖3-10 跨中截面車道剪力計算圖式橫向分布系數(shù)變化區(qū)段長度：對應(yīng)于支點剪力影響線的荷載布置，如圖3-10所示。影響線面積為：。因此，支點剪力為：附加三角形荷載重心處的影響線坐標為：則：故公路II級荷載的支點剪力為：f) 計算支點截面人群荷載最大剪力人群荷載的橫向分布系數(shù)，如圖3-10所示。則可得人群荷載的支點剪力為：g) 計算四分點截面汽車荷載的彎矩圖3-11 四分點

23、截面彎矩影響線使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線面積為：所加載影響線中一個最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：h) 計算四分點截面汽車荷載的剪力圖3-12 四分點截面剪力影響線使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線面積為：所加載影響線中一個最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：i) 計算變化點截面汽車荷載的彎矩圖3-13 變化點截面彎矩影響線使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線面積為：所加載影響線中一個最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：j) 計算變化點截面汽車截面的剪力使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線面積為：所加載影響線中一個最大影響線峰值為：故得跨中彎矩為：m) 計算四分點截面人群荷載的彎矩n）計算四分點截面

24、人群荷載的剪力o）計算變化點截面人群荷載的彎矩p) 計算變化點截面人群荷載的剪力將各截面車道與人群荷載作用效應(yīng)匯總于表3-5表3-5 活載作用效應(yīng)匯總截面位置距支點截面距離車道荷載人群荷載最大彎矩最大剪力最大彎矩最大剪力支點00161.906043.108變截面3700645.195179.191130.90529.22271651075.965156.285218.30515.234跨中143301434.61895.331291.07210.1563.3 主梁作用效應(yīng)組合按橋規(guī)條規(guī)定，根據(jù)可能同時出現(xiàn)的作用效應(yīng)選擇了四種最不理效應(yīng)組合：承載能力極限狀態(tài)基本組合、短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合和

25、標準效應(yīng)組合，見表3-6。內(nèi)力組合（1）基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計算） （3-10）其中計入沖擊系數(shù)(2) 短期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算） （3-11）(3) 長期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算） （3-12）將各截面的效應(yīng)組合匯總于表3-6表3-6 主梁作用效應(yīng)匯總截面位置基本組合短期組合長期組合支點0.00622.440.00436.220.00370.91變截面2738.60672.651939.87463.091704.13388.864567.04499.523235.04327.862841.90280.64跨中6087.95141.594312.1764.353788

26、.0035.034 預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及其布置4.1 鋼筋面積的估算及鋼束布置 預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積估算按構(gòu)件正截面抗裂性要求估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量對于部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，根據(jù)跨中截面抗裂要求，可知跨中截面所需的有效預(yù)加力為：式中的為正常使用極限狀態(tài)按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合的彎矩值；由表查得；為混凝土允許名義拉應(yīng)力。根據(jù)容許裂縫寬度，查表得。計入高度修正系數(shù)，并假設(shè)普通鋼筋的配筋率為，則修正后的名義拉應(yīng)力為：、為估算鋼筋數(shù)量時，可近似采用毛截面幾何性質(zhì)。按圖給出的截面尺寸計算：，；設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋截面重心距截面下緣為，則預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點至截面重心軸的距離為；所以得：預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力為，

27、預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的20%估算，則可得需要預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積為采用3束615.24鋼絞線，預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積為。采用夾片式群錨，70金屬波紋管成孔。4.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋布置 跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋布置后張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力管道布置應(yīng)符合公路橋規(guī)中的有關(guān)構(gòu)造要求。參考已有的設(shè)計圖紙并按公路橋規(guī)中的構(gòu)造要求，對跨中的預(yù)應(yīng)力鋼筋進行初步布置，如圖4-1。a) 預(yù)制梁端部b) 鋼束在端部的錨固位置c) 跨中截面鋼束位置圖4-1 端部及跨中預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖（尺寸單位：mm） 錨固面鋼束布置為了使施工方便，全部3束預(yù)應(yīng)力鋼筋均錨于梁端(圖4-1a、b)。這樣布置符合均勻分散的原則，不僅能滿足張拉

28、的要求，而且N1、N2在梁端均彎起較高，可以提供較大的預(yù)剪力。 其他截面鋼束位置及傾角計算a) 鋼束彎起形狀、彎起角及其彎曲半徑采用直線段中接圓弧曲線段的方式彎曲；為使預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)加力垂直作用于錨墊板，N1、N2和N3、彎起角均??；各鋼束的彎曲半徑為：；。b) 鋼束各控制點位置的確定以N3號鋼束為例，其彎起布置如圖4-2所示。圖4-2 曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋計算圖（尺寸單位：mm）由確定導(dǎo)線點距錨固點的水平距離由確定導(dǎo)線點距錨固點的水平距離所以彎起點至錨固點的水平距離為則彎起點至跨中截面的水平距離為根據(jù)圓弧切線的性質(zhì)，圖中彎止點沿切線方向至導(dǎo)線點的距離與彎起點至導(dǎo)線點的水平距離相等，所以彎止點至導(dǎo)線

29、點的水平距離為故彎止點至跨中截面的水平距離為同理可以計算N1、N2的控制點位置，將各鋼束的控制參數(shù)匯總于表4-1中。表4-1 各鋼束彎曲控制要素鋼束號升高值彎起角彎起半徑R(mm)支點至錨固點的水平距離d(mm)彎起點距跨中截面水平距離彎止點距跨中截面水平距離（mm）N116108450001565956858N2900830000256679610972N35008150003121074712835c) 各截面鋼束位置及傾角計算以N3號鋼束為例，計算鋼束上任一點離梁底距離及該點處鋼束的傾角，式中為鋼束彎起前其重心至梁底的距離，；為點所在計算截面處鋼束位置的升高值。計算時，首先應(yīng)判斷出點所在

30、的區(qū)段，然后計算及，即當(dāng)時，點位于直線段還未彎起，故；當(dāng)時，點位于圓弧彎曲段，及按下式計算，即當(dāng)時，點位于靠近錨固的直線段，此時，按下式計算，即將各截面鋼束位置及傾角計算值祥見表4-2表4-2 各截面鋼束位置（）及其傾角（）計算表計算截面鋼束編號跨中截面（I-I）N15956263為負值，鋼束尚未彎起00100N267964176N3107472088截面N159562638481581N2679641760.7052102N3107472088為負值，鋼束尚未彎起00100變化點截面（II-II）N1595626389681068N2679641767.342246346N310747208

31、8為負值，鋼束尚未彎起00100支點截面N15956263814881588N2679641768764864N31074720888356456d) 鋼束平彎段的位置及平彎角N1、N2、N3三束預(yù)應(yīng)力鋼絞線在跨中截面布置在同一水平面上，而在錨固段三束鋼絞線則都在肋板中心線上，為實現(xiàn)鋼束的這種布筋方式，N2、N3在主梁肋板中必須從兩側(cè)平彎到肋板中心線上，為了便于施工中布置預(yù)應(yīng)力管道，N2、N3在梁中的平彎采用相同的形式，其平彎位置如圖所示。平彎段有兩段曲線弧，每段曲線弧的彎曲角為。圖4-3 鋼束平彎示意圖（尺寸單位：mm） 非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面估算及布置按構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)估算非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量：

32、設(shè)預(yù)應(yīng)力筋束河普通鋼筋的合力點到截面底邊的距離為，則由公式得：解得 則采用5根20mm的HRB400鋼筋，提供鋼筋截面面積為。在梁底布置成一排，其間距為75mm，鋼筋重心距底邊距離為。圖4-4 非預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖（尺寸單位：mm）5 計算主梁截面幾何特性本節(jié)在求得各驗算截面的毛截面特性和鋼束位置的基礎(chǔ)上，計算主梁凈截面和換算截面的面積、慣性矩及梁截面分別對重心軸、上梗肋與下梗肋的靜矩，最后匯總成截面特性值總表，為各受力階段的應(yīng)力驗算準備計算數(shù)據(jù)?，F(xiàn)說明其計算方法，在表5-2中示出所有截面特性值的計算結(jié)果。5.1 主梁的受力階段后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁主梁截面幾何特性應(yīng)根據(jù)不同的受力階段分別計算。T

33、形梁從施工到運營經(jīng)歷了如下三個階段：（1） 主梁預(yù)制并張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋主梁混凝土達到設(shè)計強度的90%后，進行預(yù)應(yīng)力的張拉，此時管道尚未壓漿，所以其截面特性為計入非預(yù)應(yīng)力鋼筋影響（將非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土）的凈截面，該截面的截面特性計算中應(yīng)扣除預(yù)應(yīng)力管道的影響，T梁翼板寬度為1800mm。（2） 灌漿封錨，主梁吊裝就位并現(xiàn)澆400mm濕接縫預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成并進行管道壓漿、封錨后，預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠參與截面受力。主梁吊裝就位后現(xiàn)澆400mm濕接縫，但濕接縫還沒有參與截面受力，所以此時的截面特性計算應(yīng)采用計入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面，T梁翼板依然為1800mm（3） 橋面、欄桿及人行道施工和營

34、運階段橋面濕接縫結(jié)硬后，主梁即為全截面參與工作，此時截面特性計算計入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面，T梁翼板有效寬度為2200mm。截面幾何特性的計算可以列表進行，以第一階段中截面為例列于下表中。同理，可求得其它受力階段控制截面幾何特性如表5-1所示。表5-1 第一階段跨中截面幾何特性計算表分塊名稱分塊面積重心至梁頂距離對梁頂邊的面積距自身慣性矩截面慣性矩混凝土全截面5842非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算截面1755預(yù)留管道面積1700凈截面面積5.2 各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總將各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總于表5-2表5-2 各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總表受力階段計算截面

35、階段1：孔道壓漿前跨中截面577.01223.01123.0截面579.31220.7959.7變化點截面582.91217.1712.4支點截面657.11142.9173.6階段2：管道結(jié)硬后至濕接縫結(jié)硬前跨中截面608.81191.21091.2截面606.51193.5932.5變化點截面603.01197.0692.3支點截面660.81139.2169.9階段3：濕接縫結(jié)硬后跨中截面567.41232.61132.6截面565.31234.7973.7變化點截面562.11237.9733.2支點截面625.01175.0205.76 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計算根據(jù)公預(yù)規(guī)條規(guī)定，當(dāng)計算主梁

36、截面應(yīng)力和確定鋼束的控制應(yīng)力時，應(yīng)計算預(yù)應(yīng)力損失值。后張法梁的預(yù)應(yīng)力包括前期預(yù)應(yīng)力損失（鋼束與管道壁的摩擦損失，錨具變形、鋼束回縮引起的損失，分批張拉混凝土彈性壓縮引起的損失）和后期預(yù)應(yīng)力損失（鋼絞線應(yīng)力松弛、混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力損失），而梁內(nèi)鋼束的錨固應(yīng)力和有效應(yīng)力（永存應(yīng)力）分別等于張拉應(yīng)力扣除相應(yīng)階段的預(yù)應(yīng)力損失。6.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉（錨下）控制力按公路橋規(guī)規(guī)定采用6.2 鋼束應(yīng)力損失 預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失按公預(yù)規(guī)條規(guī)定，計算公式為： （6-1）對于跨中截面：為錨固點到支點中心線的水平距離（圖4-2）；、分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道的摩擦系數(shù)及管道每米局部偏差對摩擦的

37、影響系數(shù)，采用預(yù)埋金屬波紋管成型時，由附表2-5查得、；為張拉端到跨中截面間，管道平面轉(zhuǎn)到的角度：這里N1只有彎矩，其角度為:N2和N3不僅有豎彎還有平彎（圖4-3），其角度應(yīng)為管道轉(zhuǎn)過的空間角度;其中豎彎角度為:平彎角度為:所以空間轉(zhuǎn)角為：跨中截面各鋼束摩擦應(yīng)力損失值見表6-1表6-1 跨中截面各鋼束摩擦應(yīng)力損失值計算鋼束編號弧度N180.13960.034914.4860.02170.0550129576.73N212.1450.21200.053014.5860.02190.07221295100.72續(xù)表6-1N312.1450.21200.053014.6420.02200.0723

38、1395100.86平均值92.77同理可計算出其他控制截面處的值。各截面摩擦應(yīng)力損失值的平均值的計算結(jié)果，列于表6-2。表6-2 各控制截面平均值截面跨中變化點支點平均值（MPa）92.7754.0625.040.506.2.2 錨具變形、鋼絲回縮引起的應(yīng)力損失（）計算錨具變形、鋼筋回縮引起的應(yīng)力損失，后張法曲線布筋的構(gòu)件應(yīng)考慮錨固后反摩阻的影響。首先計算反摩阻影響長度，即 (6-2)式中的為張拉端錨具變形值，查表得夾片錨具頂壓張拉時為4mm；為單位長度由管道摩阻引起的預(yù)應(yīng)力損失，；為張拉端錨下張拉控制應(yīng)力，為扣除沿途管道摩擦損失后錨固端預(yù)拉應(yīng)力，；為張拉端至錨固端的距離，這里錨固端為跨中截

39、面。將各束預(yù)應(yīng)力鋼筋的反摩阻影響長度計算于下表6-3中。表6-3 反摩阻影響長度計算鋼束編號N1139576.731318.27144860.00529712135N21395100.721294.82125860.00690510628N31395100.861294.14146420.0088810641求得后可知三束預(yù)應(yīng)力鋼絞線均滿足，所以距張拉端為處的截面由錨具變形和鋼筋回縮引起的考慮反摩阻后的預(yù)應(yīng)力損失計算得： (6-3)式中的為張拉端由錨具變形引起的考慮反摩阻后的預(yù)應(yīng)力損失，。若，則表示該截面不受反摩阻影響。將各控制截面的計算列于下表6-4中。表6-4 錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失計算

40、表截面鋼束編號各控制截面平均值（MPa）續(xù)表6-4跨中截面N11448612135128.56截面不受反摩阻影響0N21458610628146.77N31464210641146.59截面N1732112135128.5651.0046.29N2742110628146.7744.29N3747710641146.5943.59變化點截面N1385612135128.5687.7190.39N2395610628146.7792.14N3401210641146.5991.32支點截面N115612135128.56126.91137.48N225610628146.77143.24N331

41、210641146.59142.29 預(yù)應(yīng)力鋼筋分批張拉時混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失（）混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失取按應(yīng)力計算需要控制的截面進行計算。對于簡支梁可取截面進行計算，并以其計算結(jié)果作為全梁各截面預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力損失的平均值。即： (6-4)式中 張拉批數(shù)， 預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，按張拉時混凝土的實際強度等級計算；假定為設(shè)計強度的90%，即，查表得：，故全部預(yù)應(yīng)力鋼筋（批）的合力在其作用點（全部預(yù)應(yīng)力鋼筋重心點）處所產(chǎn)生的混凝土正壓力，截面特性按表13-10中第一階段取用；其中所以 鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失（）對于采用超張拉工藝的低松弛級鋼絞線，由鋼筋松弛引起的

42、預(yù)應(yīng)力損失按結(jié)構(gòu)設(shè)計原理式（13-64）計算，即 (6-5)式中：張拉系數(shù)，采用超張拉，取鋼筋松弛系數(shù)，對于低松弛鋼絞線，取傳力錨固時的鋼筋應(yīng)力，這里仍采用截面的應(yīng)力值作為全梁的平均值計算，故有所以 混凝土收縮、徐變引起的損失（）混凝土收縮、徐變終極值引起的受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力損失可按結(jié)構(gòu)設(shè)計原理式（13-65）計算，即 (6-6)式中：、加載齡期為時混凝土收縮應(yīng)變終極值和徐變系數(shù)終極值；加載齡期，即達到設(shè)計強度為90%的齡期，近似按標準養(yǎng)護條件計算則有：，則可得；對于二期恒載的加載齡期，假定為。該梁所屬的橋位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，平均相對濕度為77，其構(gòu)件理論厚度由圖（2-2）中截面可得，由

43、此可查結(jié)構(gòu)設(shè)計原理表12-3并插值得相應(yīng)的徐變系數(shù)終極值為、；混凝土收縮應(yīng)變終極值為。為傳力錨固時在跨中和截面的全部受力鋼筋（包括預(yù)應(yīng)力鋼筋和縱向非預(yù)應(yīng)力受力鋼筋，為簡化計算不計構(gòu)造鋼筋影響）截面重心處，由、所引起的混凝土正應(yīng)力的平均值。考慮到加載齡期不同，按徐變系數(shù)變小乘以折減系數(shù)。計算和引起的應(yīng)力時采用第一階段截面特性，計算引起的應(yīng)力時采用第三階段截面特性?？缰薪孛?截面所以（未計構(gòu)造鋼筋影響），取跨中與截面的平均值計算，則有跨中截面 截面所以將以上各項代入即得現(xiàn)將各截面鋼束應(yīng)力損失平均值及有效預(yù)應(yīng)力匯總于下表6-5中。表6-5 各截面鋼束預(yù)應(yīng)力損失平均值及有效預(yù)應(yīng)力匯總表工作階段預(yù)加應(yīng)力

44、階段使用階段鋼束有效應(yīng)力應(yīng)力損失項目預(yù)加應(yīng)力階段使用階段計算截面跨中截面92.77028.56121.3332.1262.6294.741273.671178.93L/4截面54.0646.2928.56128.9132.1262.6294.741266.091171.35變化截面25.0490.3928.56143.9932.1262.6294.741251.011156.27支點截面0.50137.4828.56166.5432.1262.6294.741228.461133.727 主梁截面承載力與應(yīng)力驗算預(yù)應(yīng)力混凝土梁從預(yù)加力開始到受荷破壞，需經(jīng)受預(yù)加應(yīng)力、使用荷載作用，裂縫出現(xiàn)和破壞

45、等四個受力階段，為保證主梁受力可靠并予以控制。應(yīng)對控制截面進行各個階段的驗算。在以下內(nèi)容中，先進行持久狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載力驗算，再分別驗算持久狀態(tài)抗裂驗算和應(yīng)力驗算，最后進行短暫狀態(tài)構(gòu)件的截面應(yīng)力驗算。對于抗裂驗算，公預(yù)規(guī)根據(jù)公路簡支標準設(shè)計的經(jīng)驗，對于全預(yù)應(yīng)力梁在使用階段短期效應(yīng)組合作用下，只要截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力就可滿足。7.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)承載力驗算在承載能力極限狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力混凝土梁沿正截面和斜截面都有可能破壞，下面驗算這兩類截面的承載力。 正截面承載力驗算一般取彎矩最大的跨中截面進行正截面承載了計算a) 求受壓區(qū)高度先按第一類T形截面梁，略去構(gòu)造鋼筋的影響，計算混凝土受壓區(qū)高度，即受壓區(qū)全部位于翼緣板內(nèi)，說明確實是第一類T形截面梁。b) 正截面承載了計算跨中截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置見圖4-1和見圖4-2，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點到截面底邊距離（）為所以從表可知:梁跨中截面彎矩組合設(shè)計值。則截面抗彎承載力為雖然，但是兩者相差1.3%5%故跨中截面正截面承載力滿足要求。7.1.2 斜截面承載力驗算A. 斜截面抗