【導(dǎo)讀】而預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計(jì)是為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過。構(gòu)件承受使用荷載前，通過施加外力，使得構(gòu)件產(chǎn)生的拉應(yīng)力減小，從而延長橋梁的使用壽命。路標(biāo)準(zhǔn)，雙向4車道，主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土，后張法施工。首先，進(jìn)行橋型方案分析比選，擬定主梁形式。式后進(jìn)行主梁主要構(gòu)造及細(xì)部尺寸的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用箱形梁方案。其布置并計(jì)算主梁截面幾何特性。狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂性驗(yàn)算、主梁變形驗(yàn)算。基礎(chǔ)和墩身的施工工藝等。

　　

【正文】 =9l/32=9 V 影響線0. 250. 75 3 支點(diǎn)截面剪力計(jì)算 計(jì)算支點(diǎn)截面由于車道荷載產(chǎn)生效應(yīng)時(shí)，考慮橫向分布系數(shù)沿跨鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 25 長的變化，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)布滿使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效 應(yīng)的同號(hào)影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線的峰值處。 L=qK11,176450,626 0,6261,176450,91658 0,08342 圖1 10 支 點(diǎn)截面剪力計(jì)算圖式（尺寸單位：m ）V 影響線PK 不計(jì)沖擊 ： ? ? ? ???????????????????? 汽V = kN 計(jì)沖擊效應(yīng)： ???V kN 主梁作用效應(yīng)組合 根據(jù)可能出現(xiàn)的作用效應(yīng)選擇三種最不利的組合：短期效應(yīng)組合，標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合和承載能力極限狀態(tài)基本組合 ， 具體 見表 6： 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 26 表 6 主梁作用效應(yīng)組合計(jì)算表 序號(hào) 荷載類別 跨中截面 四分點(diǎn)截面 支點(diǎn)截面 Mmax Vmax Mmax Vmax Vmax kN? m kN kN? m kN kN ① 第一期永久作用 0 ② 第二期永久作用 0 ③ 總永久作用（ =① +②） ④ 可變作用（汽車） ⑤ 可變作用（汽車）沖擊 ⑥ 標(biāo)準(zhǔn)組合（ =③ +④ +⑤） ⑦ 短期組合（ =③ +179。④） ⑧ 極限組合（ =179。③ +179。 [④ +⑤ ]） 估算及其布置 在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力要求和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度要求。以跨中截面按照上述要求對(duì)主梁所需的鋼束數(shù)進(jìn)行估算并確定主梁的配束數(shù)。 按 正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力 要求估算預(yù)應(yīng)力鋼 束數(shù) 按全預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，在正常使用態(tài)組合計(jì)算使時(shí)，截面不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)，則得到鋼束數(shù) n 的估算公式： ? ?1PMAf kpk s pn C k e? ?? 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 27 式中： Mk— 使用荷載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)組合值； C1— 與荷載有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值 C1=； △ Ap— 一束 8Φ ，一根鋼絞線的截面積為 ，故Δ Ap= Ks大毛截面的核心距，設(shè)梁高為 h， Ks按下面公式計(jì)算： ? ?IAssk hy? ??? 式中： ep— 預(yù)應(yīng)力鋼束重心至大毛截面重心軸的偏心距； ys— 大毛截面形心到上緣的距離； ∑ I— 大毛截面的抗彎慣性矩； 采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線公稱直徑 ，公稱面積 140mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860Mpa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 fpd=1260Mpa 彈性模量 Ep=179。 105Mpa。 ?kM kN?m ? ? ? ? 8 01 2 6 9 6 0 1 7 1 6 5 3???? ? ? ss yhA Ik cm 假設(shè) 18?pa cm，則 ?????? pp aye cm 則鋼束數(shù) n 可求得為： ? ? ? ? 23 4 64 31 ??????? ????? ?pspkp k ekfAC Mn 按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù) 根據(jù)極限狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算公式，受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度 fcd，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 28 應(yīng)力圖形呈矩形，同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 fpd，則鋼束數(shù) n 的估算公式為： dMAp pdn hf?? ? 式中： Md— 承載能力極限狀態(tài)的跨中的最大彎矩組合值； α — 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 ，取α =； 則估算得鋼束 n為： 64 ????????? ?pdpd fAh Mn ? 據(jù)上述兩種極限狀態(tài)估算結(jié)果在 10 束左右，故暫取鋼束數(shù)為n=10。 預(yù)應(yīng)力鋼 束 布置 跨中截面及錨固段截面的鋼束位置 120501201850174.5181572520032 32 20 2018174.550 501816418200120 120簡化端部截面 簡化跨中截面 圖 14 鋼束布置圖（單位： cm） 1 對(duì)于跨中截面，在保證布置預(yù)留管道要求的前提下，應(yīng)盡可能鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 29 加大鋼束群重心的偏心距。本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力孔道采用內(nèi)徑 60mm，外徑67mm 的金屬波紋管，管道至梁底和梁側(cè)凈距不應(yīng)小于 30mm 及管道直徑的一半。另外直線管道的凈距不應(yīng)小于 40mm,且不宜管道直徑的 倍，在豎直方向兩管道可重疊，跨中截面及端部截面構(gòu)造如下圖， N1，N2， N3， N4 號(hào)鋼筋均需進(jìn)行平彎。求得跨中截面鋼束群重心至梁底距離為： ? ? 2210 242312029 ???????pa cm 2 所有鋼束都錨固在梁端截面。 對(duì)于錨固端截面，鋼束布置通常考慮下述兩個(gè)方面：一是預(yù)應(yīng)力鋼束合力重心盡可能靠近截面形心，使截面均勻受壓；二是考慮錨頭布置的可能性，以滿足張拉操作方便的要求。按照上述錨頭布置的均勻、分散原則，錨固端截面所布置的鋼束如下圖所示。鋼束群重心至梁底距離為 ： ??????pa cm 下面對(duì)鋼束群重心位置進(jìn)行復(fù)核，先計(jì)算錨固端截面的幾何特性，見表 表 7 錨固端截面幾何特性計(jì)算表 分塊名稱 分塊面積 Ai 分塊面積形心至上邊緣距離 yi 分塊面積形心對(duì)上緣靜矩Si=Aiyi 分塊面積的自身慣性矩 Ii di=ysyi 分塊面積截面形心的慣性矩 Ix=Aidi2 I=Ii+Ix cm2 cm cm3 cm4 cm cm4 cm4 頂板 7500 93750 390625 22032300 22422925 承托 581 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 30 腹板 6150 575025 4417176 底板 ∑ 其中： 6 8 8 7 1 2 6 4 1 9 ??? ?? iis ASy cm 1 8 0 ????? sx yhy cm 上核心距為： 2 4 5 8 4 4 8 ???? ?? xs AyIk cm 下核心距為： 6 8 8 7 2 4 5 8 4 4 8 ???? ?? sx AyIk cm cm= 1 4s ??? spxx kyaky ＜＜ cm 說明鋼束群重心處于截面的核心距范圍內(nèi)。 鋼束彎起角和線形的確定 本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋在跨中分 四 排，最下排兩根（ N5）彎起角度為176。，其余 8 根彎起角度均為 176。為簡化計(jì)算和施工，所有鋼束布置的線性均為直線加圓弧，具體計(jì)算如下。 鋼束計(jì)算 1 計(jì)算鋼束起彎點(diǎn)至跨中的位置。 錨固點(diǎn)至支座中心線的水平距離為α xi α x5= 13－ 176。 = cm α x4= － 176。 = cm 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 31 α x3= － 176。 = cm α x2= － 176。 = cm α x1= － 176。 = cm 鋼筋計(jì)算圖示和錨固段尺寸圖見下圖： 16176。支座中心線 圖 15 錨固端尺寸圖（單位： cm） 圖 16 鋼束計(jì)算圖示 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 32 表 8 鋼束彎起點(diǎn)至跨中距離計(jì)算表 鋼束號(hào) 彎起高度 y/cm y1/cm y2/cm L1/cm x3/cm 彎起角 （176。） R/cm x2/cm x1/cm 5 100 4 47 150 3 64 200 2 81 250 1 98 300 （ 1）各鋼束重心位置計(jì)算 由圖所示的幾何關(guān)系，當(dāng)計(jì)算截面在曲線段時(shí)，計(jì)算公式為： RxRaa i 40 s in),c o s1( ???? ?? 當(dāng)計(jì)算截面在近錨固點(diǎn)的直線段時(shí)，計(jì)算公式為： ?tan50 xyaai ??? 式中： ia —— 鋼束在計(jì)算截面處鋼束重心到梁底的距離； 0a —— 鋼束起彎前到梁底的距離； R —— 鋼束彎起半徑。 （ 2） 計(jì)算鋼束群重心到梁底距離 pa 表 9 各計(jì)算截面的鋼束位置及鋼束群重心位置 截面 鋼束號(hào) 4x R ?sin ?cos 0a ia pa 四分點(diǎn) 5 未彎起 0 1 9 9 4 未彎起 0 1 9 9 3 未彎起 0 1 20 20 2 31 1 42 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 33 支點(diǎn) 直線段 y ? 5x ?tan5x 0a ia pa 5 9 4 47 9 3 64 20 2 81 31 1 98 42 3 鋼束長度計(jì)算 一根 鋼束 的長度為曲線長度、直線長度、與兩工作段長之和，其中鋼束曲線長度可按圓弧半徑及彎起角度計(jì)算，通過每根鋼束長度計(jì)算，就可以得到一片主梁和一孔橋所需鋼束總長度，用于備料和施工計(jì)算結(jié)果見下表： 表 10 鋼束長度計(jì)算表 鋼束號(hào) 半徑 R 彎起角 曲線長度 直線長度 L1 有效長度 鋼束預(yù)留長度 鋼束長度 cm rad cm cm cm cm cm cm 5 100 140 4 150 140 3 200 140 2 250 140 1 300 140 本箱梁采用后張法施工，內(nèi)徑 60mm 的鋼波紋管成孔，當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行張拉，張拉順序和鋼束號(hào)相同，年平均相對(duì)濕度為 80％。 計(jì)算過程分三個(gè)階段，階段一為預(yù)制構(gòu)件階段，施工荷載為預(yù)制梁（包括橫隔梁）的自重，受力構(gòu)件按預(yù)制梁的凈截面計(jì)算；階段二鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 34 為現(xiàn)澆混凝土形成整體階段，但不考慮現(xiàn)澆混凝土的承受荷載能力，施工荷載除階段一荷載之外，還應(yīng)包括現(xiàn)澆混凝土板的自重，受力構(gòu)件按預(yù)制梁灌漿后的換算截面計(jì)算 。階段三為成橋階段，荷載除了階段一、二的荷載之外，還包括二期永久作用和活載，受力構(gòu)件按成梁后的換算截面計(jì)算。 截面面積及慣性矩計(jì)算 在預(yù)加力階段，即階段二，只需計(jì)算小截面幾何特性。 凈截面面積 : An=A－ nΔ A 凈截面慣性矩： In=I－ nΔ A(yisyi)2 表 11 跨中截面面積和慣性矩計(jì)算表 截面 分塊名稱 分塊面積 Ai 分塊面積形心之上緣距離 yi 分塊面積對(duì)上緣靜矩 si 全截面重心至上緣距離 yjs 分塊面積的自身慣性矩 Ii di=yjsyi 分塊面積對(duì)截面形心的慣性矩 Ip I=∑ Ip+∑ Ii cm2 cm cm3 cm cm4 cm cm4 cm4 bi=240 cm 毛截面 11616 扣除管 道面積 158 忽略 ∑ 11263 bi=300 cm 毛截面 12696 鋼筋換 算面積 158 忽略 ∑ 13152 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計(jì) 35 表 12 四分點(diǎn)截面面積和慣性矩計(jì)算表 截面 分塊名稱 分塊面積 Ai 分塊面積形心之上緣距離 yi 分塊面積對(duì)上緣靜矩 si 全截面重心至上緣距離 yjs 分塊面積的自身慣性矩 Ii di=yjsyi 分塊面 積對(duì)截面形心的慣性矩 Ip I=∑ Ip+∑ Ii cm2 cm cm3 cm cm4 cm cm4 cm4 bi=240 cm 毛截面 11616 扣除管 道面積 忽略 ∑ 11263 bi=340 cm 毛截面 12696 鋼筋換 算面積 忽略 ∑ 13152 表 13 支點(diǎn)截面面