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1、新宇大桥设计学 院：建筑工程学院专 业 班 级： 学 号：学 生 姓 名： 指 导 教 师： 2013 年 6 月摘 要桥涵是陆路交通中的重要组成部分。在经济上，桥梁和涵洞的造价一般说来平均占公路总造价的10%-20%，特别是在现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁不仅在工程规模上十分巨大，而且也往往是保证全线早日通车的关键新宇大桥是通过3个方案的比选选出来的满足使用、经济、结构尺寸、构造、施工、美观上的要求，做出几种方案，最后通过技术、经济等方面的综合比较获得最优设计，是一个二级公路上的一座预应力简支空心板桥梁，单跨15米，空心板截面不仅能减轻自重而且能充分利用好材料此设计分为上部结构
2、设计和下部结构设计两大部分。上部结构设计中，首先确定桥的类型，构造的设计，梁板布置的选择和定位，本桥采用的是装配式预应力混凝土简支空心板梁桥，其次根据已定的结构设计和计算配筋。其中包括截面尺寸，计算简图的确定，计算方法，荷载计算，内力计算并绘制内力图，影响线等。一些结构需要进行一系类的验算来确定结构的可行性，若不合格需要重新设计计算下部结构设计中，确定为重力式桥墩，进行了墩帽和墩身的设计，有进行了基础的验算，满足了设计要求。最后使用CAD制图将所设计的构造和配筋进行施工说明。关键词：桥梁；跨径；空心板；预应力；结构AbstractBridge is a road traffic in the
3、important part. Economically, the cost of bridges and culverts, roads generally accounted for an average total cost of 10% -20%, especially in the modern highway and the city in the construction of viaducts, bridges not only on the size of the project is huge, but also is often the key to ensure tha
4、t the opening line of the early Universe Bridge is through three specific programs meet the elected election, economy, structure size, structure, construction, aesthetic requirements to make several options, and finally through the technical, economic and other aspects of the comprehensive comparati
5、ve optimal design is a secondary road on a simply supported prestressed hollow slab bridge, a single span of 15 meters, hollow section can not only reduce weight but also make good use of materialsThis design is divided into upper and lower structural design structural design of two parts.Superstruc
6、ture design, first determine the type of bridge, structural design, the choice of slab layout and positioning, the bridge uses a prefabricated prestressed concrete hollow slab bridge, followed by the structure has been set according to the design and calculation of the assigned tendons. Including cr
7、oss-sectional dimension, calculation diagram to determine, calculation method, load calculation, force calculation and draw force diagram, affecting lines. Some structural requirements for checking a series of classes to determine the feasibility of the structure, if the calculation failed to redesi
8、gnSubstructure design, identified as gravity piers, pier caps and carried out the design of pier, there were basic checking, to meet the design requirements. Finally designed using CAD drawings to the construction and reinforcement for the construction described.Keywords: bridge；span； hollow slab；pr
9、estressed；structural目 录摘 要IAbstractII 第1章 设计资料1第2章 构造形式及尺寸选定2第3章 空心板毛截面几何特性计算33.1 毛截面面积33.2 毛截面对中心的惯矩3第4章 作用效应计算54.1 永久作用效应54.1.1 空心板自重：54.1.2 桥面系自重：54.1.3 绞缝自重54.2 可变作用效应计算64.2.1 汽车荷载横向分布系数计算64.2.2 汽车荷载冲击系数计算104.3 可变作用效应计算114.3.1 车道荷载效应114.3.2人群荷载效应134.4 作用效应组合14第5章 预应力钢筋数量估算及布置175.1 预应力钢筋数量估算175.2
10、 预应力钢筋的布置195.3 普通钢筋数量的估算及布置19第6章 换算截面几何特性计算226.1 换算截面面积226.2 换算截面重心位置226.3 换算截面的惯矩236.4 换算截面弹性抵抗矩23第7章 承载能力极限状态计算247.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算247.2 斜截面抗剪承载力计算257.2.1 截面抗剪强度上、下限复核257.2.2 斜截面抗剪承载力计算28第8章 预应力损失计算318.1 锚具变形、回缩引起的应力损失318.2 加热养护引起的温差损失318.3 预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失318.4 混凝土弹性压缩引起的预应力损失328.5 混凝土收缩、徐变引起
11、的预应力损失338.6 预应力损失组合35第9章 正常使用极限状态计算379.1 正截面抗裂性验算379.2 斜截面抗裂性验算429.2.1 正温差应力429.2.2 反温差应力439.2.3 主拉应力43第10章 变形计算4810.1 正常使用阶段的挠度计算4810.2 预加力引起的反挠度计算4810.2.1 预加力引起的反挠度计算4810.2.2 预拱度地的设置51第11章 持续状态应力验算5211.1 跨中截面混泥土法向压应力验算5211.2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算5211.3 斜截面主应力验算5311.3.1 A-A纤维（空间顶面）5311.3.2 B-B纤维5511.3.3
12、C-C纤维55第12章 短暂状态应力验算5812.1 跨中截面5812.1.1 由预加力产生的混泥土法向应力5812.1.2 由板自重产生的板截面上、下缘应力5912.2 l/4截面6012.3 支点截面61第13章 最小配筋率复核64第14章 绞缝计算6614.1 绞缝剪力计算6614.1.1 绞缝剪力影响线6614.1.2 绞缝剪力6714.2 绞缝抗剪强度验算68第15章 预制空心板吊环计算69第16章 支座的计算7016.1 确定支座平面尺寸7016.2 确定支座的厚度7016.3 验算支座的偏转情况7116.4 验算支座的抗滑稳定性72第17章 桥墩计算7317.1 汽车荷载与人群荷
13、载计算7317.1.1 汽车荷载7317.2.2 人群荷载7317.2 墩帽与墩身自重7417.3 风荷载7517.4 制动力对墩身底部弯矩7517.5 墩身底截面按承载力极限状态验算7617.6 内力组合7817.7 桥墩稳定性验算7817.8 墩帽配筋7917.9 基础设计79第18章 结论83参考文献84致 谢85第1章 设计资料1.跨径：标准跨径 =15.00m ； 计算跨径l =14.60m 。2.桥面净空：2.5+23.5+1.0+23.5+2.5 。3.设计荷载：汽车荷载：公路级荷载：人群荷载：3.0KN/m 。4.材料：预应力钢筋17钢绞线，直径12.7mm ；非预应力钢筋采用
14、HRB335，R235;空心板块混凝土采用C40；桥面铺装采用C30沥青混凝土；栏杆及人行道板为C25混凝土。5.参考资料公路工程技术标准（JTG B01-2003）；公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），简称桥规 ；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），简称公预规 ；公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005），简称圬工规范 ；（JTG D62-2004）条文应用算例袁伦一，鲍卫刚，编著人民交通出版社，2004年9月；钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理（按新颁JTG D62-2004编写）张树仁，郑绍珪，等编著人民交通出版社，2004年9
15、月；公路小桥涵设计示例刘培文，周卫，等编著人民交通出版社，2005年。第2章 构造形式及尺寸选定桥面净空为净,全桥宽0.75+43.75+0.75采用20块C40预制预应力混凝土空心板.每块空心板宽99cm,高70cm.空心饭全长14. 96m.采用先张法施工工艺图2-1空心板截面构造尺寸（单位cm）第3章 空心板毛截面几何特性计算3.1 毛截面面积 =3206.323.2 毛截面对中心的惯矩每个挖空半圆面积：R2=2；重心：y=；半圆对其自重重心的轴O-O的惯矩：4；全截面对1/2板高处的静矩：S1/2板高= =2538.12；绞缝的面积：毛截面重心离1/2板高处的距离为：（向下移）；铰缝重
16、心对1/2板高处的距离为：；由此得空心板毛截面对重心轴的惯矩： =1999.81034空心板截面的抗扭刚度图3-1计算的空心板截面简化图=第4章 作用效应计算4.1 永久作用效应4.1.1 空心板自重：。4.1.2 桥面系自重： 人行道板及栏杆重力，参照其他梁桥设计资料，单侧重力取12.0，桥面铺装采用等厚度10沥青混凝土 0.11523=34.5平摊到的每延米桥面系自重4.1.3 绞缝自重可得空心板每延米重力g为8.02kN/m2.9250.3783.303(kN/m)g8.02+3.30311.323(kN/m)由此可计算出简支空心板永久作用效应表4-1 永久作用效应汇总表 项目荷载种类作
17、用g（kN/m）计算跨径l（m）作用效应M（KNm）作用效应V(KN)跨中支点跨中8.0214.60213.69160.2758.5529.270续表4-1 项目荷载种类作用g（kN/m）计算跨径l（m）作用效应M（KNm）作用效应V(KN)跨中支点跨中3.30314.6088.0166.0122.1211.060g+11.32314.60301.7226.2880.6740.3304.2 可变作用效应计算汽车荷载采用公路级荷载，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。公路级的车道荷载有0.7510.57.875(kN/m)的均布荷载和180(360180)(14.5.
18、65)(505) 0.75163.8(kN)的集中荷载两部分组成。而在计算剪力效应是，集中荷载标准值应乘以1.2的系数，计算剪力时 1.21.2148.8196.56（kN）按桥规车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最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。多车道桥梁上考虑多车道折减，四车道折减系数0.67，但不得小于两设计车道的荷载效应。4.2.1 汽车荷载横向分布系数计算 空心板跨中和l/4出的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算。支点至l/4点之间的荷载横向分布系数按直线内插求的。（1）跨中及l/4处的荷载横向分布系数计算空心板的
19、刚度系数： （4-1） 由前面计算：I=1999.8106；= b=100； =14.6102；将以上数据代入，得： 求的刚度参数后，即可按其查公路桥涵设计手册梁桥（上册）（徐光辉，胡明义，主编人民教育出版社，2000年7月）第一篇附录（二）中20块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表，由0.01及0.02内插得到0.03590时1号板至10号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值图4-1 1-10号板横向分布系数各板横向分布系数计算1号板 2号板3号板 0.151+0.003=0.1544号板：5号板 6号板 7号板 8号板9号板10号板表4-2各板可变作用横向分布系数汇总表 板号 横向分布系
20、数12345678910.m汽0.1440.1480.1790.2320.2530.2680.2700.0270.2850.269m人0.1970.1690.1540.1230.1010.0730.0590.04700420.042（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杠杆原理法计算。图4-1支点横向分布系数四行汽车：1/21.00.5人群荷载：0（3）支点到l/4处的荷载横向分布系数按直线内插法求得。表4-3空心板的荷载横向分布系数汇总与表 位置种类 跨中及处支点汽车荷载0.2850.5人群荷载0.10104.2.2 汽车荷载冲击系数计算桥规规定汽车荷载的
21、冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数按结构基频f的不同而不同，对于简支板桥： （4-2）当f1.5Hz时，=0.05；当f14Hz时，=0.45；当1.5Hzf14Hz时，=0.1767f-0.0157。式中： l结构的计算跨径（m）； E结构材料的弹性模量（）； 结构跨中截面的截面惯矩（）； 结构跨中出的单位长度质量（kg/m，当换算为重力单位是为）, G结构跨中每延米结构重力（N/m）； g重力加速度，g=9.81。由前面计算得： G=11.323kN/ml=14.6m=1999.81034=0.01999.84由公预规查得C40混凝土的弹性模量E=3.25104MPHz则： =0.1
22、7675.52972-0.0157=0.286481+=1.286484.3 可变作用效应计算4.3.1 车道荷载效应 计算车道荷载引起的空心板跨中及截面的效应（弯矩和剪力）时，均布荷载应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载（或）只作用于影响线中一个最大影响线峰值处，见表4-4。表4-4均布荷载和内力影响线面积计算 类型截面公路II级均布荷载（kN/m）影响线面积（或m）影响线图式10.50.75=7.875l/4续表4-4 类型截面公路II级均布荷载（kN/m）影响线面积（或m）影响线图式7.7851/21/27.7853l/167.7853/4l/41.跨中截面弯矩： (不
23、记冲击时) （4-3） (计入汽车冲击) （4-4）不记冲击 =0.670.285（7.87526.645+157.83.65）149.59（kN*m）计入冲击 =1.28648149.59）192.44（kN*m）剪力：(不记冲击时) （4-5） (计入汽车冲击) （4-6）不记冲击 =0.670.285（7.8751.825+189.361/2）20.82（kN）计入冲击 =1.2864820.8226.78（kN）2.l/4截面弯矩：(不记冲击时) (计入汽车冲击)不记冲击 =0.670.285（7.87519.984+157.82.7375）90.23（kN*m）计入汽车冲击=1.28
24、64890.23116.08（kN*m）剪力： (不记冲击时) (计入冲击)不记冲击 =0.670.285（7.8754.106+189.363/4）33.29（kN）计入冲击 =1.2864833.2942.83（kN）3.支点截面剪力计算支点截面由于车道荷载产生的效应，考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化，均布荷载标准值应满布于使结构产生最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的峰值处，不记冲击系数 =0.670.2857.8756.3+ 1/2 (0.50.296)14.6/47.875(1/12 +11/12 )189.3610.577.22（kN）计入
25、冲击系数 =1.2864877.22=99.34（kN）4.3.2人群荷载效应 人群荷载是一个均布荷载，其大小按桥规取用为3.0kN/m2。人行道净宽为2.5m，因此q人=2.53=7.55（kN/m）。人群荷载产生的效应计算如下跨中截面弯矩： =0.2397.511.5220.34（kN /m）剪力： =0.2397.81.21.38（kN）l/4 截面弯矩： =0.2397.58.6415.14（kN/m）剪力： =0.2392.252.73.11（kN）支点截面=0.1017.56.3+ 1/2 (0.1010)14.6/4(1/12+11/12 )=1.82kN4.4 作用效应组合 按
26、桥规公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用于不同的计算项目。按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为： （4-7） 式中：结构重要性系数，本桥属小桥0=0.9； 效应组合设计值； 永久作用效应标准值； 汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值； 人群荷载效应的标准值。按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：作用短期效应组合表达式： （4-8）式中：作用短期效应组合设计值； 永久作用效应标准值； 不计冲击的汽车荷载效应标准值； 人群荷载效应的标准值。作用长期效应组合表达式： （4-9）式中：各符号意义见上面说明。桥规还规定结构构件当需
27、要进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为： （4-10）式中： S标准值效应组合设计值； ，永久作用效应、汽车荷载效应（计入汽车冲击力）、人群荷载效应的标准值。根据计算得到的作用效应，按桥规各种组合表达式可求得各效应组合设计值。表4-5空心板作用效应组合计算汇总表序号荷 载类 型弯矩（kNm）剪力（kN）/4截面跨中跨中/4截面支点作用效应标准值永久作用效应213.69160.27029.2758.5588.0166.01011.0622.12301.7226280403380.67可变作用效应车道不计冲击149.5990.2320.8233.2977.22车
28、道计入冲击192.44116.0826.7842.8399.34人群荷载20.3415.141.383.111.82续表4-5序号荷 载类 型弯矩（kNm）剪力（kN）/4截面跨中跨中/4截面支点承载能力极限状态基本组合1.2362.04271.236048.39696.8041.4269.416162.52134.49259.962139.0760.81.422.7816.961.553.482.04654.236451.00836.042111.838237.92正常使用极限状态作用短期效应组合301.7226.28040.3380.670.7104.7163.1614.523.3054.
29、0520.3415.141.383.111.82426.75304.5815.9566.74136.54使用长期效应组合301.7226.28040.3380.670.459.8436.098.3313.3230.890.48.146.060.551.240.73369.68268.438.8854.89112.29弹性阶段截面应力计算标准效应组合S301.7226.28040.3380.67192.4411.0626.7842.8399.3420.3415.141.383.111.82S514.48357.528.1686.27181.83第5章 预应力钢筋数量估算及布置5.1 预应力钢筋数
30、量估算采用先张法预应力混凝土空心板构造形式。根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量，再由构件的承载能力极限状态确定普通钢筋的数量。正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力。按公预规6.3.1条，A类预应力混凝土构件正截面抗裂性是控制混凝土的法向拉应力，并符合以下条件：在作用短期效应组合下，应满足 要求。式中： 在作用短期效应组合作用下，构件抗裂验算边缘混凝土的；法向拉应力； 构件抗裂验算边缘混凝土的有效预压应力。在初步设计时， 和 可按下列公式近似计算： （5-1） （5-2）式中：A,W构件毛截面面积及对毛截面受拉边缘的弹性抵抗矩； 预应力钢筋重心对毛截面
31、重心轴的偏心矩，可预先假定。代入 即可求得满足部分预应力A类构件正截面抗裂性要求所需的有效预加力为： （5-3） 式中：混凝土抗拉强度标准值。预应力空心板桥采用C40，=2.4MPa，由表4-5得，空心板毛截面换算面积，假设，则代入得： 则所需预应力钢筋截面面积为： （5-4）式中： 预应力混凝土的张拉控制应力； 全部预应力损失值，按张拉控制应力的20%估算。采用17股钢绞线作为预应力钢筋，直径12.7mm，公称截面面积98.7，、。按公预规，现取，预应力损失总和近似假定为20%张拉控制应力来估算，则采用7根17股钢绞线，即s12.7钢绞线，单根钢绞线公称面积98.7，则满足要求。5.2 预应
32、力钢筋的布置预应力空心板选用7根17股钢绞线布置在空心板下缘，沿空心板跨长直线布置，即沿跨长保持不变，见图1-4。预应力钢筋布置应满足公预规要求，钢绞线净距不小于25mm，端部设置长度不小于150mm的螺旋钢筋等。5.3 普通钢筋数量的估算及布置 在跨中截面的抗弯能力极限的状态下，预应力钢筋达到抗拉设计强度，混凝土达到抗压设计强度，取空心板受压翼缘计算宽度=99，且忽略铰缝由 得 +2567.1=3597337.17 图5-1 空心板换算等效工字形截面图5-2预应力钢筋在截面中的分布（单位：）得 cm， cm则等效工字形截面的上翼缘板厚度：等效工字形截面的下翼缘板厚度：等效工字形截面的肋板厚度
33、：设预应力钢筋布置在空心板下部一排，空心板跨中截面MD=892.018kNm，板的有效高度。 （5-5）由公预规，C40，。由表16，跨中，代入上式得： 整理后得：求得： 且说明中和轴在翼缘板内，可用下式求得普通钢筋面积As：说明按受力计算不需要配置纵向普通钢筋，现按构造要求配置。普通钢筋选用HRB335，按公预规 ，普通钢筋采用， 普通钢筋布置在空心板下缘一排（截面受拉边缘），沿空心板跨长直线布置，钢筋重心至板下缘40mm处，即。第6章 换算截面几何特性计算前面计算空心板毛截面的几何特性。毛截面面积A=320630，毛截面重心轴至1/2板高的距离d=7.9mm（向下），毛截面对其重心轴惯性矩
34、I=1999.810646.1 换算截面面积 (6-1)代入得：6.2 换算截面重心位置所有钢筋换算截面对毛截面重心的静矩为： 换算截面重心至空心板毛截面重心的距离为：（向下移）则换算截面重心至空心板截面下缘的距离为：换算截面重心至空心板截面上缘的距离为：换算截面重心至预应力钢筋重心的距离为：换算截面重心至普通钢筋重心的距离为：6.3 换算截面的惯矩6.4 换算截面弹性抵抗矩下缘：上缘： 第7章 承载能力极限状态计算7.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋见图5-2.预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离，普通钢筋截面底边的距离，则预应力钢筋和普通钢筋的合力作用点到截面底边的
35、距离为： 采用换算等效工字形截面来计算，参照图5-1，上翼缘厚度，上翼缘工作宽度，肋宽。首先按公式判断截面类型： （7-1） 所以属于第一类T形，应按宽度的矩形截面来计算其抗弯承载力。由x=0计算混凝土受压区高度x：由： （7-2） 得 将代入下列公式计算出跨中截面的抗弯承载力：计算结果表明，跨中截面抗弯承载力满足要求。7.2 斜截面抗剪承载力计算7.2.1 截面抗剪强度上、下限复核选取距支点h/2处截面进行斜截面抗剪承载力计算。截面构造尺寸及配筋见图5-2。首先进行抗剪强度上、下限复核，按公预规5.2.9条： （7-3）式中： 验算截面处的剪力组合设计值(kN)，由表4-5得支点处剪力及跨中
36、截面剪力，内插得到h/2处的截面剪力 ：截面有效高度，660 (mm)边长为150mm的混凝土立方体抗压强度，空心板为C40，则， ；b等效工字形截面的腹板宽度，b=243.8mm。代入上述公式： 计算结果表明空心板截面尺寸符合要求。按公预规第5.2.10条： 式中，1.25时按公预规5.2.10条，板式受弯构件可乘以1.25提高系数。由于对照表4-5中沿跨长个截面的控制剪力组合设计值，再l/4至支点的部分区段内应按计算要求配置抗剪箍筋，其它区段可按构造要求配置箍筋。为了构造方便和便于施工，本设计预应力混凝土空心板不设弯起钢筋，计算剪力全部由混凝土及箍筋承受，则斜截面抗剪承载力按下式计算： (
37、7-4) (7-5)式中，各系数值按公预规5.2.7条规定去用：异号弯矩影响系数，简支梁1.0；预应力提高系数，本设计为部分预应力A类构件，偏安全取=1.0；受压翼缘的影响系数，取1.1；等效工字形截面的肋宽及有效高度，b243.8(mm)，660(mm)；P纵向钢筋的配筋率，；箍筋的配箍率，箍筋选用双股，箍筋间距的计算公式： ；箍筋选用HRB335;则；取箍筋间距,并按公预规要求，在支座中心向跨中方向不小于一倍梁高范围内，箍筋间距取100mm。配箍率 (按公预规9.3.13条规定，HRB335，)在组合设计剪力值的部分梁段可只按构造要求配置箍筋，设箍筋仍选用双肢，配箍率取，则由此求得构造箍筋间距。取经比较和综合考虑，箍筋沿空心板跨长布置如图7-1。 图7-1 空心板箍筋布置图（尺寸单位：cm）7.2.2 斜截面抗剪承载力计算由图7-1，选取以下三个位置进行空心板斜截面抗剪承载力计算：（1）距支座中心 处截面，x=6950mm（2）距跨中位置x=3000mm处截面（箍筋间距变化处）（3）距跨中位置x=3000+20150=6000（mm）处（箍筋间距变化处）计算截面的剪力组合设计值，可按表4-5由跨中和指点的设计值内插得到，计算结果列于下表1-7。表7-1计算截面剪力组合设计值
