【文章內(nèi)容簡介】 建的橋梁獲得了很大發(fā)展，在橋梁工程占有日趨重要的地位。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的最大跨徑已超過 76m，連續(xù)剛構(gòu)橋的最大跨徑已超 301m。 本文設(shè)計主要內(nèi)容本文主要設(shè)計 40m 跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土 T 型梁橋，包括縱橫截面布置，主梁設(shè)計，橫隔梁設(shè)計，行車道板設(shè)計等。2 設(shè)計資料及構(gòu)造布置 設(shè)計目的通過設(shè)計，全面掌握公路預(yù)應(yīng)力公路橋梁的設(shè)計過程，培養(yǎng)和運用所學(xué)專業(yè)知識的能力。達到能適應(yīng)橋梁工程施工、設(shè)計和管理的基本要求水平。 基本資料（1） ．橋面跨徑及橋?qū)拑艨諛藴士鐝剑? =（墩中心距離） ；bL 計算跨徑： =（支座中心距離） ；p主梁全長： 全 =（主梁預(yù)制長度） ； 橋面凈空：凈—14 +2 人行道m(xù)（2） ．設(shè)計荷載：公路—Ⅱ級，人群荷載 2,人行道板 ，每側(cè)欄桿、/KNm/KNm防撞欄重力的作用力為 和 。/KN（3） ．材料及工藝：混凝土：主梁用 ，人行道、欄桿及橋面鋪裝用 。50C30C預(yù)應(yīng)力鋼筋束：采用 17Ⅱ級低松弛鋼絞線。普通鋼筋：直徑大于等于 12mm 的用HRB335 鋼筋，直徑小于 12mm 的均用熱軋 R235 光圓鋼筋。鋼板及角鋼：制作錨頭下支撐墊板、支座墊板等均用普通 A3 碳素鋼，主梁間的聯(lián)接用 16Mn 低合金結(jié)構(gòu)鋼板。工藝：按后張工藝制作主梁，采用直徑 70mm 的波紋預(yù)埋管和 OVM 錨。（4） ．基本計算數(shù)據(jù)表 1 基本計算數(shù)據(jù)表名　稱 項　　目 符　　號 單　位 數(shù)　據(jù)立方強度 kcuf,MPa 50彈性模量 EMPa 104軸心抗壓標準強度 ckfMPa 軸心抗拉標準強度 tMPa 軸心抗壓設(shè)計強度 cdfMPa 軸心抗拉設(shè)計強度 tMPa 容許壓應(yīng)力 階段 容許拉應(yīng)力 tMPa 標準荷載組合：容許壓應(yīng)力 混凝土 使用荷載作用階段容許主壓應(yīng)力 6MPa 短期效應(yīng)組合：容許拉應(yīng)力 ?pcMPa 0混凝土 使用荷載作用 階段容許主拉應(yīng)力 標準強度 pMPa 1860彈性模量 EMPa 105抗拉設(shè)計強度 pdfMPa 1260最大控制應(yīng)力 1395()tcpcMpa???鋼絞線持久狀態(tài)應(yīng)力標準荷載組合 pfMPa 1209材料重度鋼筋混凝土瀝青混凝土鋼絞線 1?233/KNm 33/鋼束與混凝土的彈性模量比 Epa無量綱 注：考慮混凝土強度達到 45 號時開始張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。 和 分別表示鋼束張拉時?ckft混凝土的抗壓、抗拉標準強度。則： ， 。?? ? 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)適當加寬 T 梁翼板。本例主梁翼板寬度為 2500mm，由于寬度較大，為保證橋梁的整體受力性能，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭，因此主梁的工作截面有兩種：預(yù)施應(yīng)力、運輸、吊裝階段的小截面（上翼板寬度 1600mm）和運營階段的大截面（上翼板寬度 2500mm） 。橋?qū)挒閮?4 m +2，橋梁橫向布置選用七片主梁（如圖 1 所示） 。橫斷面剖面圖接上表半縱剖面圖圖 1 結(jié)構(gòu)尺寸圖（尺寸單位： mm） 主梁跨中截面主要尺寸擬定 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 1／15～1／25 之間，標準設(shè)計中高跨比約 1／18～1／19。當建筑高度不受限制時，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高，而混凝土用量增加不多。綜上所述，本題中取用 2300mm 的主梁高度時比較合適的。 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抗壓強度的要求。本題預(yù)制 T 梁的翼板厚度取用 150mm，翼板根部加厚到 250mm 以抵抗翼板緣根部較大的彎矩。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)定要求出發(fā)，腹板厚度不宜小于其高度的 1／15。本題腹板厚度 200mm。馬蹄尺寸基本由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定，設(shè)計實踐表明，馬蹄面積占截面總面積的 10％～20％為合適。本題中考慮到主梁需要配置較多的鋼束，將鋼束按三層布置，一層最多排三束，同時還根據(jù)“公預(yù)規(guī)” 對鋼束凈距及預(yù)留管道的構(gòu)造要求，初擬馬蹄寬度為 550mm，高度 250mm，馬蹄與腹板交接處做三角過渡，高度 150mm，以減小局部應(yīng)力。按照以上擬定的外形尺寸，就可繪出預(yù)制梁的跨中截面布置圖（見圖 2） ?？鐝街芯€圖 2 跨中截面尺寸圖（尺寸單位： mm） 計算截面幾何特征將主梁跨中截面劃分成五個規(guī)則圖形的小單元，截面的幾何特性列表計算見表 2。表 2 截面的幾何特性分塊面積（ciAm2）分塊面積形心至上緣距離 iy（ cm）分塊面積對上緣靜矩 iS?（cm 3）分塊面積的自身慣矩 iI（cm 4）isiyd??（cm）分塊面積對截面形心的慣矩 2ixdAI?（cm 4）xiI?（cm 4）1 2 3=12 4 5 6=152 7=4+6分塊名稱大毛截面翼板 3750 28125 21540465 21610778三角支撐 500 2109706 2112484腹板 3800 110 418000 11431167 2711012 14142678下三角 200 52500 3575571 3578853馬蹄 1375 24766946 24838560∑ － 806854 ∑ =57248299TI小毛截面翼板 2400 18000 45000 18610953 18655953三角支撐 500 2982022 2984783腹板 3800 110 418000 11431667 792352 12224018下三角 200 52500 2863279 2866556馬蹄 1375 20445375 20516990∑ － 796729 ∑I=57248299注：大毛截面形心至上緣距離 ??? 小毛截面形心至上緣距離 ..is 檢驗截面效率指標 上核心距： ?? 下核心距： 截面效率指標： ????? 表明以上初擬的主梁跨中截面尺寸時合理的。 橫截面沿跨長的變化如圖 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，馬蹄部分為配合鋼束彎起而從跨徑四分點附近開始向支點逐漸抬高。梁端部區(qū)段由于錨頭集中力的作用而引起較大的局部應(yīng)力，同時也為布置錨具的需要，在距梁端 1980mm 范圍內(nèi)將腹板加厚到與馬蹄同寬。馬蹄部分為配合鋼束彎起而從六分點附近開始向支點逐漸抬高，在馬蹄抬高的同時腹板寬度亦開始變化。 橫隔梁的設(shè)置模型試驗結(jié)果表明，主梁在荷載作用位置的彎矩橫向分布，在當該位置有橫隔梁時比較均勻，否則主梁彎矩較大。為減少對主梁設(shè)計起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中位置設(shè)置一道中橫隔梁；當跨度較大時，還應(yīng)在其他位置設(shè)置較多的橫隔梁。本設(shè)計在橋跨中合三點、六分點、支點處共設(shè)置七道橫隔梁，七間距為 6500mm。端橫隔梁的高度與主梁同高，厚度為上部 260mm，下部 240mm；中橫隔梁高度為 2050mm，厚度為上部 180mm，下部 160mm。詳見圖 1 所示。3 主梁計算根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，并通過活載作用下的梁橋荷載橫向分布計算，可分別求得主梁隔控制截面（一般取跨中、四分點、變化點截面和支點截面）的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，然后再進行主梁作用效應(yīng)組合。 永久作用效應(yīng)計算 永久作用集度（1）預(yù)制梁自重①跨中截面主梁的自重（六分點截面至跨中截面，長 13 米）： ( )???）（ KN②由于馬蹄抬高形成四個橫置的三棱柱，折算成自重為：( )????）（③由于腹板加厚所增加的重量折算成梁的自重為： ( ) ???）（④邊主梁的橫隔梁中橫隔梁體積： ? ??.. ?????端橫隔梁體積： . ?故： ????kN79G4??）（⑤預(yù)制梁永久作用集度： ?）（（2）二期永久作用①現(xiàn)澆 T 梁翼板恒載集度： ??..5???）（②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： ??32485..4502.??故： ? ??mkN76..213g6?）（③鋪裝8cm 混凝土鋪裝： ??.5cm 瀝青鋪裝： 163?????????）（④欄桿：一側(cè)欄桿： ； mkN5人行道板： ；若將兩側(cè)人行道板、欄桿均攤給七片主梁，則： ????????）（⑤邊梁二期永久作用集度： ）（ 永久作用效應(yīng)如圖 3 所示，設(shè) x 為計算截面離左支座的距離，并令 .xal?圖 3 永久作用計算效應(yīng)計算圖主梁彎矩和剪力的計算公式分別為： ????211。2gMlgVl??????永久效應(yīng)計算見表 3。表 3 1 號梁永久作用效應(yīng)作用效應(yīng) 跨 ?四 分 ?N7 錨固點 0374.??支 點0.??彎矩(kNm) 0一期 剪力（kN） 0 彎矩(kNm) 0二期 剪力（kN） 0 彎矩(kNm) 0∑ 剪力（kN） 0 可變作用效應(yīng)計算（修正剛性橫梁法） 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)按《橋規(guī)》 條規(guī)定，結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻有關(guān)，因此要先計算結(jié)構(gòu)的基頻。簡支梁橋的基頻可采用下列公式估算： =其中： (/)cGkgmg???根據(jù)本橋的基頻，可以計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為： =.1ln =.f?按“橋規(guī)”規(guī)定，當車道當車道數(shù)多于兩道時，需進行車道折減，三車道折減 22%，四車道折減 33%，但折減最后不得小于用兩行車隊布載的計算結(jié)果。 計算主梁的荷載橫向分部系數(shù)（1）跨中的荷載橫向分布系數(shù) cm如前所示，本例橋跨內(nèi)設(shè)五道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)系，且承重結(jié)構(gòu)的長寬比為 ??所以可以按修正的剛性橫梁法來繪制橫向影響線并計算橫向分布系數(shù) cm①計算主梁抗扭慣矩 TI對于 T 形梁截面，抗扭慣矩可近似按下式計算： 31mTicbt??式中： 和 ———相應(yīng)為單個矩形截面的寬度和高度；ibit ———矩形截面的抗扭剛度系數(shù)；ic ———梁截面劃分成單個矩形截面的個數(shù)。m對于跨中截面，翼緣板的換算平均厚度： ?? ????馬蹄部分的換算平均厚度： ??.4t3圖 4 示出了 的計算圖式， 的計算見表 4TITI 圖 4　 計算圖式（尺寸單位：mm）TI 表 4 計 算 表　　 　分塊名稱 (cm)ib (cm)ititbic??43iiTi m10tbcI???翼緣板① 250 1/3 腹 板 ② 20 馬 蹄 ③ 55 ∑ ②計算抗扭修正系數(shù) ? 主梁間距相同，同時將主梁近似的看成等截面，則得： 21iGlITE?????? 式中: ； ； ； ； ；??； ； ； ； ； 。?a452a6?. 46830Ii計算得： 。96.?③按修正的剛性橫梁計算橫向影響線豎向影響線豎坐標值： 721iijiena??????式中： , = 。7?n21ia????計算所得的 值列于表 5 內(nèi)。 ij?表 5 豎向影響線豎坐標值 ij?梁 號 1i 2i3i?4i5i6i?7i1 2 3 4 ④計算荷載橫向分布系數(shù)。圖 5　跨中的橫向分布系數(shù) mc 計算圖式（尺寸單位： mm）1 號梁橫向影響線和最不利布載圖式如圖 45 所示。可變作用（汽車公路Ⅱ級）:四車道： ? ? ????????cqm 三車道: ?59........ ??cq兩車道: ?? ?????cq故取可變作用(汽車) 的橫向分布系數(shù)為:6190.?cqm可變作用(人群): 4689.?cr（2）支點截面的荷載橫向分布系數(shù) om如圖 6 所示,按杠桿原理法繪制荷載橫向分布影響線并進行布載,1 號梁可變作用的橫向分布系數(shù)可計算如下:圖 6　支點的橫向分布系數(shù) 計算圖式（尺寸單位： mm）om可變作用(汽車): .??cqm可變作用(人群): 17r(2)橫向分布系數(shù)匯總(見表 6)表 6 1 號梁可變作用橫向分布系數(shù)可變作用類別 mc mo公路Ⅱ 級 人群 車道荷載的取值根據(jù)《橋規(guī)》 條,公路–Ⅱ級的均布荷載標準值 和集中荷載標準值 分別為: kqkP計算彎矩時: ??mkNqk875.?????NP237180539016??????????計算剪力時: ?圖 7　跨中截面作用效應(yīng)計算圖式 計算可變作用效應(yīng)（1）求跨中截面的最大彎矩和最大剪力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 7 示出跨中截面作用效應(yīng)計算圖示，計算公式為： kksmqp