16m公路预应力简支空心板梁桥中板设计

山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·1·16m公路预应力简支空心板梁桥中板设计一、设计资料1.设计荷载本桥设计荷载等级确定为汽车荷载：公路Ⅰ级；护栏：3.02N/mk。2.桥面跨径及净宽标准跨径：kl=16m。计算跨径:l=15.6m。板长：1l=15.96m。桥梁宽度：9m+2×0.5m。板宽：2l=0.99m。3.主要材料混凝土：主梁板采用C50混凝土，桥面铺装采用10cm混凝土+柔性防水涂层+10cm沥青混凝土。预应力筋：采用s12.7高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值pkf=1860MPa，弹性模量pE=1.95510MPa，普通钢筋：直径大于和等于12mm的用HRB335级热轧螺纹钢筋，直径小于12mm的均用R235级热轧光圆钢筋。锚具、套管、连接件和伸缩缝等根据相关规范选取。4.施工工艺先张法施工，预应力钢绞线采用两端同时对称张拉。5.计算方法及理论极限状态设计法6.设计依据及参考资料山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·2·（1）交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）。（2）交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）。（3）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）。（4）交通部颁《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。（5）《预应力筋用锚具、夹具和连接》（GBT14370-93）。（6）《公路桥梁板式橡胶支座规格条例》（JTT663-2006）。（7）《桥梁工程》、《结构设计原理》等教材。（8）计算示例集《混凝土简支梁（板）桥》（第三版），易建国主编，人民交通出版社。（9）《公路桥涵设计手册梁桥（上）》，徐光辉，胡明义主编，人民交通出版社。二、构造布置及尺寸桥面宽度为：净—7m+20.5m（防撞护栏），全桥宽采用8块C50的预制预应力混凝土空心板，每块空心板宽99cm（中板），边板99.5cm，宽62cm，空心板全长15.96m。采用先张法施工工艺，预应力筋采用s15.20高强度低松弛钢绞线，pkf=1860MPa，pE=1.95510MPa。pdf=1260MPa，预应力钢绞线沿板跨长直线布置。C50混凝土空心板的ckf=32.4MPa，tkf=2.65MPa，tdf=1.83MPa。全桥空心板横断面布置如图1所示，每块空心板截面及构造尺寸见图2。山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·3·空心板截面构造及尺寸图2三、空心板毛截面几何特性计算1.毛截面面积A（参见图2）山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·4·22011A=9970-23810-4-282.5+82.5+85222=6930-760-2512-210+20+20（）=35582（cm）2.毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静矩：1218818=22.5828++82.528++8528-23223S板高［（）（）（）］3=2906.6cm铰缝的面积：11=22.58+2.58+5822A铰（）2=100cm则毛截面重心离1/2板高处的距离为：1/22906.6==0.8170.8=8A3558Sd板高（cm）（cm）mm（向下移）铰缝重心对1/2板高处的距离为：2906.6=29.066100d铰（cm）3.空心板毛截面对其重心轴的惯矩由图3，设每个挖空的半圆面积为'A'22211A=d=3.1440=628(cm)88半圆重心轴：440y=8.49()84.96cmmm半圆对其自身重心OO的惯矩为'I，'4440.006860.006864017561.6()dcmI山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·5·则空心板毛截面对其重心轴的惯矩I为：33229970401099700.82[40100.8]417561.61212I2222628[(8.4950.8)(8.4950.8)]100(29.0660.8)2829750443522(3333.3256)70246.41256(204.2161.04)89197.802834185.27178.670246.4458741.4489197.8064104()2.20910()2.20910cmmm（忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩）空心板截面的抗扭刚度可简化为图4的单箱截面来近似计算：挖空半圆构造图图3山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·6·22221244(997)(709)125978176222(997)2(709)26.2913.5679TbhIhbtt641043.16110()3.16110()cmmm四、作用效应计算1.永久作用效应计算1.1空心板自重（第一阶段结构自重）1g1g=49.251(/)35582610kNmAr1.2桥面系自重（第二阶段结构自重）2g栏杆重力参照其它桥梁设计资料：单侧按6/kNm计算，桥面铺装采用10cmC50混凝土+柔性防水涂层+10cm沥青混凝土，则全桥宽铺装每延米重力为：0.17260.172435/kNm上述自重效应是在各空心板形成整体后，再加至板桥上的精确地山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·7·板，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不同的，这里为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则每块空心板分权佳到的每延米桥面系重力为：262355.875(/)8kNmg1.3铰缝自重（第二阶段结构自重）3g43(100170)10260.442(/)kNmg由此得空心板每延米总重g为：19.251/ggkNm（第一阶段结构自重）235.8750.4426.317(/)gggkNm（第二阶段结构自重）9.2516.31715.568(/)iggggkNm由此可计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表1。永久作用效应汇总表表1项目作用种类作用ig（/kNm）计算跨径l（m）作用效应M（/kNm）作用效应V（kN）跨中21()8gl14跨23()32gl支点1()2gl14跨1()4gl跨中g9.25115.6281.42211.0672.1636.080g6.31715.6192.16144.1249.2724.640ggg15.56815.6473.58355.18121.4360.7202.可变作用效应计算山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·8·本设计汽车荷载采用公路级荷载，它由车道荷载及车辆荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路级的车道荷载由0.7510.57.875(/)kqkNm的均布荷载和k(360-180)(15.6-5)P=[180+]0.75=166.8(kN/m)(50-5)的集中荷载的部分组成。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。即计算剪力时，'kkP=1.2P1.2166.8200.16(kN)。按《桥规》车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生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。多车道桥梁上还应考虑多车道折减，双车道折减系数1，四车道折减系数0.67，但不得小于两设计车道的荷载效应。2.1汽车荷载横向分布系数计算。空心板跨中和/4l处的荷载横向分布系数，按铰接板法计算，支点处按械杆原理法计算，支点至/4l点之间的荷载横向分布系数，按直线内差求得。（1）跨中及/4l处的荷载横向分布系数计算。首先计算空心板的刚度参数：222()5.8()4TTEIbIbGIlIl，由前面计算：1042.20910()Imm，1043.16110()TImm，1001000bcmmm，15.615600lmmm，将以上数据代入得：102102.2091010005.8()0.016603.1611015600，求得刚度参数后，即可按其查《公路桥涵设计手册-梁桥（上册）》。第一篇附录（二）中山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·9·8块板的铰接板桥荷载横向分布影响线到，由0.01及0.02内插得到0.01660时，1号到4号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表2中。由表2画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得两车道的各板横向分布系数，各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图5，由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。各板荷载横向分布计算如下（参照图5）各板荷载横影响线坐标值表向分布表2作用位置板号1234567810.2230.1870.1480.1190.0980.0830.0740.06920.1870.1830.1570.1270.1040.0890.0780.07430.1480.1580.1620.1440.1170.1000.0890.08340.1190.1270.1440.1530.1390.1170.1040.098山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·10·1号板：两行汽车：211==0.205+0.137+0.107+0.080=0.26522im汽汽（）2号板：两行汽车：211==0.185+0.151+0.114+0.080=0.26522im汽汽（）3号板：两行汽车：211==0.153+0.157+0.128+0.096=0.26722im汽汽（）山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·11·4号板：两行汽车；211==0.123+0.147+0.145+0.112=0.26422im汽汽（）由此可得出，两行汽车作用时，3号板为最不利，为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，因此，跨中和/4l处的荷载横向分布系数较安全地取得2=0.267m汽。（2）车道荷载作用于支点处的荷载横向分布系数计算。支点处的荷载横向分布系数按械杆原理法计算，由图所示，34号板的横向分布系数计算如下：两行汽车：2=m汽11.0=0.52（3）支点到/4l处的荷载横向分布系数。按直线内插求得。综上所述，空心板的荷载横向分布系数，当两行汽车荷载时，跨中/4l处为0.267，支点处为0.500。1.汽车荷载冲击系数计算山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·12·《桥规》规定，汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值和部击系数，按结构基频的不同而不同，对于简支板桥：22ccEIflm当f1.5时0.05；当14fHz时，0.45；当1.5Hz14fHz时，0.17670.0157nlf。式中，l结构的计算跨径（m）;E结构材料的弹性模量（2/Nm）；cI结构跨中截面的截面惯矩4()m；cm结构跨中处的单位长度质量(/)kgm，当换算为重力单位为22(/)Nsm，/cmGg；G结构跨中处每延米结构重力(/)Nm；g重力加速度，29.81/gms。由前面计算，G315.56810/Nm，15.6lm，由《桥规》查得C50混凝土的弹性模量E43.4510MPa，代入公式得：46522233.45101022091022/215.615.56810/9.81cccEIEIflmlGg2692.994.47()215.6Hz则0.17674.470.01570.249nl，11.249。2.可变作用效应计算。（1）车道荷载效应山东交通学院2015届本科毕业生设计（论文）·13·计算车道荷载引起的空心板跨中及/4l截面的效应（弯矩和剪力）时，均布荷载