公路—Ⅰ级桥梁计算书 毕业设计.doc

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1、第一部分 上部结构计算1、设计资料 标准跨径：20.00m 计算跨径：19.50m 桥面净宽：净12+20.5m 设计荷载：公路级 材料：预应力钢筋：Ryb=1860MP高强度钢绞线。 非预应力钢筋采用热轧级（箍筋）和级钢筋（受力筋）。 主梁、栏杆及人行道板为40号混凝土。 桥面铺装采用30号混凝土。2、构造形式与尺寸该设计的横断面布置如图11。全桥采用13块预制预应力空心板，中心相隔1m,每块板宽0.99m，留1cm 施工缝。板块的断面及构造尺寸见图12。 图11 图123、内力计算3.1永久荷载（恒载 ）作用下1、栏杆、防撞墙：参照其他梁桥取用，单侧为13KN/m 桥面铺装：0.0223+

2、0.0824=2.3 KN/m =2.3+=4.3 KN/m2、 行车道板： 主梁： 恒载内力计算见表1-1 表1-1荷 载 gL(m) M(KNm)Q(KN)中点跨支点跨一期恒载15.3119.5727.7545.77149.2774.63二期恒载4.319.5204.38153.241.9220.963.2基本可变荷载（活载）作用下 荷载横向分配系数参照公路桥梁荷载横向分布计算（1977年版第94页）本设计为13块铰接板，可分成10个板组，即，。（1）跨中和四分点的荷载横向分配系数 空心板的截面竖向抗弯惯矩I 空心板的截面抗扭惯矩板的抗弯与抗扭刚度比例参数r则按查桥梁工程（1985年）附录

3、之表得个板组的横向分配影响线竖坐标值，见表1-2。 表12板号rp=1位置（板块中心1 2 3 4 5 6 7 8 9 101250.0350.0350.035288 222 153 105 73 52 37 28 23 20222 219 175 121 84 59 43 32 25 2373 84 106 144 167 141 101 75 59 52 图为 1号板 图为2号板 图为 5号板汽车荷载作用下：按照三车道设计所以：板组1汽车荷载：板组2汽车荷载：板组5汽车荷载： 由上列计算看，板组2在二列汽车作用是的横向分布系数最大，为设计和施工简便各板设计成同一规格并以3号板进行设计。3号

4、板的横向分布系数：（2）支点的荷载横向分布系数：（3）荷载横向分布系数汇总（下表）梁号荷载位置公路级人群体荷载备注3号梁跨中0.283不考虑 铰接板法支点0.5不考虑用杠杆法计算3.3、活载内力计算（1）均布荷载和内力影响线面积计算（下表）类型截面公路级KN/m影响线面积(或m) 影响线图式10.510.510.5（2）公路一级集中荷载计算计算弯距效应时：计算剪力效应时：（3）计算冲击系数 C30的混凝土E取 则: （4）跨中弯距、跨中剪力计算见下表计算公式截面荷载类型或或y S(或)公路10.52381.2930.24547.53158.09525.064.875366.97公路 10.5

5、285.61.2930.2452.448.0753.020.544.95因二车道折减系数为(5)计算支点截面汽车荷载最大剪力绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如下图：横向分布系数变化区段的长度：变化区的荷载重心处的内力影响线坐标为：利用公式： 则公路级作用下，3号梁支点的最大剪力为：主梁内力组合（如下表）荷载类别序号弯距（kNm） 剪力kN梁端四分点跨中梁端跨中一期横栽标准值（1）0545.77727.7149.270二期荷载标准值（2）0153.2204.8341.920汽车荷载标准值（不计冲击系数）（3）0304.55406.08132.8141.04汽车荷载标准值（计

6、荷载冲击系数）（4）0393.79525.06171.7253.07承载能力极限状态的计算的基本组合（1.2恒+1.4汽）（5）01390.071853.58469.8493.49正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的可变荷载设计值（0.7汽）（6）0213.18284.2692.9728.73正常使用极限状态按作用长期效应组合计算的可变荷载设计值（0.4汽）（7）0121.82162.4353.1216.42注：表内数值（5）栏中的荷载考虑冲击系数；（6）（7）不计冲击系数。4、钢筋设计4.1跨中截面钢束的估算与确定1.钢束数量的估算(1)、按使用阶段的应力要求估算钢束数 全截面重心至梁顶

7、的距离：则：选用直径为15.2的钢绞线则预应力钢筋截面重心距截面下缘为：则预应力钢筋的合力作用点至截面重心距为：全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗距为：正常荷载状态下短期效应荷载组合计算的弯距值有效预加合力为： 预应力的张拉控制应力为: 预应力损失按张拉控制应力的20%估算则可的需要预应力钢筋的面积为：取此时与非预应力钢筋间隔布置2、钢束的布置14根钢筋在板横截面中呈均匀分布，预应力钢筋沿板方向呈直线变化，保持不变。4.2非预应力钢筋面积的估算和布置按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量，空心板截面可等效成工字形截面来考虑：此时上下翼缘板厚度设非预应力钢筋的重心与预应力钢筋的重心在同一直线

8、上即则有：按第一类T型截面，有公式计算受压区高度x，即求得：则正截面承载力计算需要的非预应力钢筋截面为所以不需配置非预应力钢筋只需配置构造筋即可5、换算截面几何特性计算5.1换算截面面积 其中，代入得：5.2换算截面重心位置钢筋换算截面对毛截面重心的静距 = 4229996.4换算截面重心对毛截面重心的偏距 换算截面重心至截面下缘距离 换算截面重心至截面上缘距离 钢筋重心至换算截面重心的距离 5.3换算截面的惯距 5.4截面的抗弯模量 6、持久状况截面承载能力极限状态计算6.1正截面承载力计算(1)求受压去高度x把板梁简化成工字形计算，先按第一类T形截面梁，略去构造钢筋影响，计算出的混凝土受压

9、去高度x属于第一类T形截面梁，符合要求。（2）正截面承载力验算将代入，梁跨中截面弯距组合设计值：，截面抗弯承载力有 跨中截面正截面承载力满足要求。6.2斜截面承载力计算（1）斜截面抗剪承载力计算以跨中截面处的斜截面为标准进行斜截面抗剪承载力验算。截面上、下限复核，即 所以可不进行截面抗剪承载力的验算，仅需按规范构造要求配置箍筋。按规范要求配置配筋率设为2.0%此时的箍筋间距满足要求7、预应力损失本设计预应力钢筋采用直径为15.2mm的17股钢绞线，预应力张拉控制应力：7.1预应力直线钢筋由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失设台座长度为50m。有压顶时(规范第55页)则。 （采用夹片式

10、锚具，有压力） 7.2加热养护引起的预应力损失先张发预应力混凝土空心板采用加热养护的方法。预应力钢绞线与台座之间的最大温差7.3预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失对采用超张拉工艺的低松弛级钢绞线。由钢筋松弛引起的预应力损失按下式计算张拉系数才用超张拉，取1.0钢筋松弛系数对于低松弛钢绞线，取0.3传力锚固是的钢筋应力，故有：预应力钢绞线的抗拉强度标准值， 所以 7.4弹性压缩引起的预应力损失对于先张法：其中：预应力弹性摸量与混凝土弹性摸量的比值 在计算钢筋截面重心处，由全部钢筋预加里产生的混凝土法向应力，其值为 其中 预应力钢筋传力锚固时的全部预应力损失，由公预规6.2.8条，先张法构件

11、传力锚固时的损失为，则 已知代入公式得： 7.5收缩徐变引起的预应力损失 式中：构件受拉区全部纵向钢筋的含筋率：构件截面受拉区全部纵向钢筋截面重心至构件重心的距离构件截面的回转半径，构件受拉区全部纵向钢筋重心处，由预应力和结构自重产生的混凝土法向压应力，其值为传力锚固时，预应力钢筋的预加力，其值为： 构件受拉去全部纵向钢筋重心至截面重心的距离，由前面计算 预应力钢筋传力锚固龄期，计算龄期为时的混凝土收缩应变； 加载龄期为，计算考虑的龄期为时的徐变系数。 ，考虑自重影响，由于收缩徐变持续的时间较长，采用全部永久作用，空心板跨中截面全部永久作用弯距，在全部钢筋重心处由自重产生的拉应力为：跨中截面：

12、 处： 支点处： 则全部纵向钢筋重心处的压应力为：跨中：处：支点处：设受力锚固时混凝土达到C30，则则跨中、截面、支点截面全部钢筋重心处的压应力为1.16、3.44、13.8均小于，满足要求。设传力锚固龄期为7天，相对湿度75%，空心板的面积接触长度理论厚度查表得：； 把各项数值代入计算式得跨中：处：支点处：7.6预应力损失组合传力锚时第一批损失传力锚固后应力损失总和跨中： 处：支点处：各截面处的有效应力：跨中： 处： 支点： 8、正常使用极限状态计算8.1 正截面抗裂性验算A类构件需满足的条件：一、在作用短期效应组合下 二、在荷载长期效应组合下即不出现拉应力。式中在作用短期效应组合下，空心板

13、抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力，由以前计算的空心板的跨中截面弯距，换算截面下缘弹性抵抗距代入得：扣除全部预应力损失后的预加力，在构件抗裂验算边缘产生的预压应力，其值为：空心板跨中截面下缘的预压应力为：在荷载的长期效应组合下，构件抗裂验算边缘产生的混凝土法向拉应力，跨中截面。同样，。此时： ，符合公预规对A类构件的规定。温差应力计算，按公预规附录B的计算。本设计桥面铺装厚度100mm，由桥规4.3.10条，竖向温度梯度见下图，由于空心板高为850mm，大与400mm取A=300mm。 图112 空心板竖向温度梯度（单位：cm）对于简直板桥，温度应力：正温差应力： 式中：混凝土线膨胀系数，；混凝土

14、弹性模量，C40，；截面内的单元面积；单元面积内温度差梯度平均值，均以正值代入；计算应力点至换算截面重心的距离，重心轴以上取正值，以下取负值；，换算截面面积和惯矩；单位面积重心至换算截面重心轴的距离，重心轴以上取正值，重心轴以下取负值。列表计算，计算结果见下表。 表18编号单元面积温度单元面积重心至换算截面重心距离123 正温差应力梁顶： 梁底：预应力钢筋重心处：预应力钢筋温差应力： 反温差应力：按公预规4.2.10条，反温差为正温差乘以，的反温差应力：梁顶：梁底：预应力钢筋：以上正表示压负表示拉设频遇数为0.8，考虑温差应力在作用短期效应组合下，梁底总拉力为：则满足部分预应力A类构件条件，在

15、作用长期荷载效应组合下，梁底的总拉力为则符合预应力A类混凝土条件。上述计算结果表明，本设计在短期效应组合及长期效应组合下，并考虑温差应力，正截面抗裂均满足要求。8.2、斜截面抗裂性验算部分预应力A类构件斜截面抗裂性验算是以主拉应力控制，采用作用的短期效应组合并考虑温差作用。温差作用效应可利用正截面抗裂计算中温差应力计算及前图，并选用支点截面，分别计算支点截面11纤维（空洞顶面），22纤维（空心板换算截面重心轴），33纤维（空洞底面）处主拉应力，对于部分预应力A类构件应满足： 式 中：混凝土的抗拉强度标准值，C40，； 由作用短期效应组合和预加力引起的混凝土主拉应力，并考虑温差作用。先计算温差应

16、力，由表 18图1121.正温差应力11纤维： 22纤维： 33纤维： 2.反温差应力：为正温差应力乘以-0.5。11纤维：22纤维：33纤维：以上正值表示压应力，负值表示拉应力。3.主拉应力（1）11纤维（空洞顶面）：式中：支点截面短期组合效应剪力设计值，由表16， 计算主拉应力处截面腹板总宽，取 计算主拉应力截面抗弯惯矩，空心板11纤维以上截面对空心板换算截面重心轴的静距，则 式中： 11纤维至截面重心轴的距离， （计入正温差效应）式中：竖向荷载产生的弯距，在支点； 温差频遇系数，。计入反温差效应则 主拉应力： 计入反温差应力： 负值表示拉应力。预应力混凝土A类构件，在短期效应组合下，预制

17、构件应符合。现11纤维处（计入正温差影响），（计入反温差影响），符合要求。（2）22纤维（空心板换算截面重心处）参见图112。 式中：22纤维以上截面对重心轴的静距。 半圆重心轴， （22纤维至重心轴距离，） 同样， （正） （反） （计入正温差应力） （计入反温差应力）22纤维处，（计入正温差应力），（计入反温差应力），负值为拉应力，均小于，符合公预规对部分预应力A类构件斜截面抗裂性要求。（3）33纤维（空洞底面） 式中：33纤维以下截面对空心板重心的静距。 33纤维至重心轴距离， （计入正温差效应） （计入负温差效应）（计入正温差效应）（计入负温差效应）负值为拉应力。33纤维处的主拉应力小

18、于上述计算结果表明，本设计空心板满足公预规对部分预应力A类构件斜截面抗裂性要求。9、变形计算9.1正常使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑长期增长系数，对于C40混凝土，对于部分A类构件，使用阶段的挠度计算时，抗弯刚度，短期效应荷载组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算： 自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算： 消除自重产生的挠度，并考虑长期影响系数后，正常使用阶段的挠度值为：计算结果表明，使用阶段的挠度满足公预规的要求。9.2预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置1.预加力引起的反拱度计算空心板当放松预应力钢绞线时跨中产生反拱度，设这时空心板

19、混凝土强度达到C30。预加力产生的反拱度计算按跨中截面尺寸及配筋计算，并考虑反拱长期增长系数=2.0。先计算此时的抗弯刚度： 放松预应力钢绞线时，设空心板混凝土强度达到C30。这时，则 ，换算截面面积： 所有钢筋换算面积对毛截面重心的静矩为： 换算截面重心至毛截面重心的距离为： （向下移）则换算截面中心至空心板下缘的距离： 换算截面重心至空心板上缘的距离： 预应力钢绞线至换算截面重心的距离： 换算截面惯矩： 换算截面的弹性抵抗矩：下缘： 上缘： 由前面计算得扣除预应力损失后的预应力为： 则由预加力产生的跨中反拱度，并乘一长期增长系数后得： 2.预拱度的设置由公预规6.5.5条，当预加应力的长期

20、反拱度小于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，应设置预拱度，其值按该荷载的挠度值与预加力长期反拱值之差采用。本设计，所以不需设置预拱度。10、持久状态应力验算持久状态应力验算应计算使用阶段正截面混凝土的法向压应力、预应力钢筋的控制应力及斜截面的主压应力。计算时作用取标准值，汽车荷载考虑冲击系数并考虑温差应力。10.1跨中截面混凝土法向应力的验算跨中截面的有效应力： 跨中截面的有效预加力： 标准值效应组合。则： 10.2跨中截面预应力钢绞线拉应力验算 式中：按荷载效应标准值计算的预应力钢绞线重心处混凝土的法向应力。 有效预应力： 考虑温差应力，则预应力钢绞线中的拉应力为： 10.3斜截面主应力验

21、算斜截面主应力计算选取支点截面的11纤维（空洞顶面）、22纤维（空心板重心轴）、33纤维（空洞底面）在标准值效应组合和预加力作用下产生的主压应力和主拉应力计算，并满足的要求。 1. 11纤维（空洞顶面） 式中：支点截面标准值效应组合设计值； 腹板宽度，=440mm； 换算截面抗弯惯矩，11纤维以上截面对空心板重心轴的静矩， 式中：预加力产生在11纤维处的正应力； 竖向荷载产生的截面弯矩，支点截面；11纤维处正温差力，则11纤维处的主应力为（计入正温差应力）； 计入反温差应力时： 则： C40混凝土主压应力限值为。 2. 22纤维 式中：22纤维以上截面对空心板重心轴的静矩。由前计算得，（正），

22、（负）。则 （计入正温差应力） （计入负温差应力）则22纤维处的主拉应力为（计入正温差应力） 计入反温差应力： 3. 33纤维 式中：纤维以下截面对空心板重心的静矩，由以前计算得，（正温差应力），（反温差应力），则 （计入正温差应力） （计入反温差应力）则33纤维处的主拉应力（计入正温差应力）： 计入反温差应力时： 混凝土主压应力为，符合公预规要求。计算结果表明使用阶段正截面混凝土法向应力、预应力钢筋拉应力和斜截面主压应力均满足规范要求。11、短暂状态应力验算预应力混凝土受拉应力按短暂状态计算时，应计算构件在制造、运输及安装等施工阶段，由预应力（扣除相应的应力损失）、构件自重及其它施工荷载引起

23、的截面应力，并满足公预规要求。为此，对本设计应计算在放松预应力钢绞线时预制空心板的板底压应力和板顶拉应力。设预制空心板当混凝土强度达到C30时，放松预应力钢绞线，这时，空心板处于初始预加力及空心板自重共同作用下，计算空心板板顶（上边缘）、板底（下边缘）法向应力。C30混凝土，。放松预应力钢绞线时，空心板截面法向应力计算取跨中、支点三个截面，计算如下。11.1跨中截面1. 由预加力产生的混凝土法向应力（由公预规6.1.5条）：式中：先张法预应力钢筋和普通钢筋的合力，其值为 其中 放松预应力钢绞线时预应力损失，由公预规6.2.8条对先张法构件 ，则 2. 由板自重产生的板截面上、下缘应力由前面计算

24、结果得，空心板跨中截面板的自重弯矩，则由板自重产生的截面法向应力为； = 放松预应力钢绞线时，由预加力及板自重共同作用，空心板上下缘产生的法向应力为，下缘应力： 上缘压力： 截面上下缘均为压应力，且小于符合公预规要求。11.2 截面 = 由前计算，截面板的自重弯矩，则由板自重在截面产生的板上下缘应力为： = 放松预应力钢绞线时，由预加力及板自重共同作用下板上下缘应力为：下缘应力：上缘应力： 板上下缘均为压应力，且小于，符合公预规要求。11.3 支点截面预加力产生的支点截面上下缘的法向应力为： = 板自重在支点截面产生的弯矩为0； 支点截面跨中法向应力为： 以上计算结果正值表示压应力，负值为拉应

25、力，压应力均满足公预规要求。由上述计算，在放松预应力钢绞线时，支点截面上缘拉应力为： 按公预规7.2.8条，预拉区（截面上缘）应配置纵向钢筋，并应按以下原则配置：当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.2%的纵向钢筋；当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.4%的纵向钢筋；当时，预拉区应配置的纵向钢筋配筋率按以上两者直线内插取得。上述配筋率为，为预拉区普通钢筋截面积，A为截面毛截面面积，由两者内插得到时的纵向配筋率为0.0035则。预拉区的纵向钢筋宜采用带肋钢筋，其直径不宜大于14mm，现采用HRB335钢筋，则，满足要求。布置在空心板截面上边缘。第二部分 下部结构的计算概述，下部结构的设计主要包括盖

26、梁、桥墩、桩柱以及桥台等构件的尺寸设计，荷载计算和验算，在这里我只做盖梁和桥墩、桩柱的设计，由于时间的关系桥台设计，我没有做。1、盖梁的计算1.1盖梁的尺寸初定（如图）： 图中尺寸单位为:cm1.2荷载计算1、上部荷载列表每片梁自重（KN/M）每孔总重支座恒载反力19.615085.85391.22 2、盖梁自重产生的弯矩、剪力计算 截面划分图尺寸为:cm 盖梁自重力汇总截面编号自重弯矩剪力KN KN*mQ左Q右1-126.19-10.28-26.19-26.192-260.05-87.5-60.05-60.053-356.25-191.87-152.07218.654-433.75-65.0

27、7194.06194.065-5194.06-182.600 3、活载计算（1）活载横向分布系数计算，荷载对称布置时用杠杆原理法，非对称时用偏心压力法。公路级。1）单列车对称布置 单列对称布置图(尺寸单位：cm)双车列对称布置 双列对称布置图(尺寸单位：cm)单车列非对称布置 非对称布置图（尺寸单位：cm）双车列非对称布置（2）按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座反力的最大值。 公路 双孔布载单车列时： 双孔布载双车列时：单孔布载单车列时： 单孔布载双车列时： 各梁支点反力计算荷载分布情况公路级荷载计算方法荷载分布横向荷载分布系数 单孔 双孔 对称布置用杠杆法计算单列行车公路340.750007

28、03.75442.75000221.375双列行车公路681.5000340.75340.75340.75340.75885.5000442.75442.75442.75442.75对称布置按偏心受呀法计算单列行车公路340.7585.1985.19170.370000000000442.75110.69110.69221.370000000000双列行车公路681.5170.37170.37340.750340.75340.750000000885.5221.37221.37442.750442.75442.750000000（4）各梁恒载、活载反力组合：计算见下表，表中取各梁的最大值，其中

29、冲击系数为：1+=1.293 各梁恒载、活载反力组合计算表13号39100496.2496.212号39100496.2496.211号39100496.2496.210号39100496.2496.29号391572.4701270.66496.28号391572.4701270.66496.27号39100496.2496.26号391572.47572.461270.661270.665号391572.47572.461270.661270.664号39100496.3496.23号3910572.46496.21270.662号3910283.23496.2869.91号3910286

30、.2349632869.9荷载情况荷载公路三列对称公路三列非对1.2+1.41.2+1.4编号123454、双柱反力G1计算，偏载时左边的柱受力最大。 双柱反力G1计算表荷载组合情况反力G1(KN)组合44680.87 组合54982.96 由上表可见，组合5即非对称布置时产生的内力最大，控制设计。此时1.3内力计算1、恒载加活载作用下各截面的内力（1）弯矩计算：截面位子见图示。为求得弯矩最大值，支点负弯矩取用非对称布置时数值，跨中的弯矩取用对称布置时数值。按下图给出的截面位置，各截面弯矩计算（按最大荷载布置）:M-=0M-=M-=M-=M-= 上面的弯矩计算均未考虑施工荷载的影响。各荷载组合下的各截面弯矩计算见表3-24 各截面弯矩计算荷载组合情况截面弯矩 -组合情况40-314.67-1218.28-320.754579.34组合情况50-1058.57-2714.22-1219.192661.65各截面的相应最大弯矩时剪力计算如下：截面-：，截面-：，截面-： ；截面-：截面-： -