0第一章第一章 绪论绪论设该桥所在地区为新建工程中的一座 3 跨桥梁，在经过桥型方案比选后，选用预应力空心板简支梁桥，每跨 16 米，共 3 跨。由于横向尺寸较整，故设计的空心板截面尺寸采用常见的结构形式。计算书分为上部结构与下部结构两个部分。上部结构部分包括尺寸拟定、应力分析、横向分布系数的计算、荷载的分布与组合、内力计算、特殊截面的剪力与弯矩的求得、预应力混凝土的配筋、钢筋束的分布、预应力损失的计算与组合、各截面的验算。下部结构由于学校课程里接触的不多，自己探索着并结合与指导老师的探讨完成。包括支座的尺寸与计算、支座下盖梁的尺寸拟定，支座反力与弯矩的计算组合、荷载的布置、其配筋与验算、桩的计算与地基承载力的计算。虽然平时也有过桥梁的课程设计，但我通过做毕业设计中学到了许多书本上学不到的东西。结合所学专业知识与实际考虑的情况，我完成了这份计算书。1第二章第二章 方案设计比选方案设计比选桥梁设计条件：装配式混凝土简支板桥，采用整体现浇或预制施工，预应力采用先张法施工。本课题拟设计为多跨简支桥梁，方案比选以经济指标为主。设计荷载：公路-级。桥面宽度：双向两车道。通航要求：无通航要求。2.1 方案一：预应力空心板简支梁桥（3 16m）本桥整个桥型方案选定为 3 16m 的预应力空心板简支梁桥，采用 3 跨等截面等跨布置。图 2-1 方案一总体布置图（单位：cm）设计特点分析：优点：截面形式采用空心板梁，可减轻自重；中小跨径的预应力桥梁通常采用此种形式。截面采取挖去两个椭圆的方式，挖空体积较大，适用性也较好；与其他类型的桥梁相比，可以降低桥头引道路堤高度和缩短引道的长度，做成装配式板桥的预制构件时，重量不大，架设方便。另外，属静定结构，且相邻桥孔各自单独受力，故最易设计成各种标准跨径的装配式构件；各跨的构造和尺寸统一，从而能简化施工管理工作，降低施工费用。2缺点：仅使用于跨径较小的桥梁，跨径较大时，板的自重也会增大；在较长桥梁中，只能采用多跨形式，降低桥梁美观性。2.2 方案二：预应力混凝土 T 形梁桥（3 16m）本桥整个桥型方案选定为（3 16m）的预应力混凝土 T 形梁桥；采用三跨等跨布置。图 2-2 方案二总体布置图 （单位：cm）设计特点分析：优点：较空心板能适用于更大跨径的桥梁设计，制造简单，肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架，主梁之间借助间距为 46m 的横隔梁来连接，整体性好，接头也较方便；减少了结构自重，充分利用了扩展的混凝土桥面板的抗压能力，又有效地发挥了集中布置在梁肋下部的受力钢筋的抗拉作用，从而使结构构造与受力性能达到理想的配合。缺点：桥面板跨径的增大，悬臂翼缘板端部挠度较大，引起桥面接缝处纵向裂缝的可能性也大。构件重量的增大与截面形状不稳定使运输和架设工作复杂。2.3 方案三：预应力混凝土连续箱梁桥（316m）本桥整个桥型方案选定为（316m）的三跨连续梁桥。3图 2-3 方案三总体布置图（单位：cm）设计特点分析：优点：箱型截面的整体性较强，能适应各种使用条件，它不但能提供足够的钢筋混凝土受压面积，而且由于截面的闭合特性，抗扭刚度大。在偏心的活载作用下，各梁肋的受力比较均匀，并且在一定的截面面积下能获得较大的抗弯性能；由于控制弯矩的减小，恒载减小，使桥梁自重更轻，连续梁桥无伸缩缝，行车条件良好。缺点：连续梁桥，支点处弯矩大，需要箱梁底板适当加厚，以提高必要的受压面积，同时跨中正弯矩较大，应该避免该区段底板过厚而增加恒载弯矩，因此，就有底板厚度按中薄边厚设置的一般规律；对桥基要求也较高，否则任一墩台基础发生不均匀沉陷时，桥跨结构内会产生附加内力。设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选择一个符合当前条件的最佳推荐方案，现将三方案的特点列于下表进行对比：4表 2-1 方案比选对比表桥梁方 案预应力空心板简支梁桥（316m）预应力混凝土 T 形梁桥（316m）预应力混凝土连续箱梁桥 （316m）经济性最低（造价估算）最低（造价估算）最高(造价估算)适用性1：属静定结构，且相邻 桥孔各自单独受力，故 易设计成各种标准跨径 的装配式构件。 2：适用于中小跨径桥梁， 重量不大，架设方便。 3：技术成熟，且使用较 广。1：减少了结构自重，充 分利用了扩展的混凝土 桥面板的抗压能力。 2：制造简单，肋内配筋 可做成刚劲的钢筋骨架， 整体性好，接头也较方 便1：属于超静定结构，结 构刚度大，稳定性好。 2：连续梁各跨共同受力， 由于支点的负弯矩减小 了主梁的跨中弯矩，主 梁受力更加均匀，截面 高度小。 3;变形小，伸缩缝少， 行车平顺舒适。 4：设计计算比较复杂。美观性标准形式，使用于较长 桥梁时，多跨降低了美 观性。较空心板桥，更为轻便； 且可用于较大跨径，克 服多跨对美观影响的缺 点。主桥线条简洁明快，因 为其截面高度适中，高 跨比显的协调。安全性1：装配式结构，且技术 成熟，施工比较安全。 2：采用预制拼装，可工 厂化施工，工期短，质 量可靠。1：装配式结构，且技术 成熟，施工比较安全。 2：采用预制拼装，可工 厂化施工，工期短，质 量可靠。1：可采用先简支后连续 的施工方法，施工安全 性大。 2：采用预制拼装，可工 厂化施工，工期短，质 量可靠。综合上述三套方案，并对桥梁设计四大原则进行比较后，选用方案 1 作为最终设计方案。5第三章第三章 预应力空心板上部结构计算预应力空心板上部结构计算3.1 设计资料1、跨径：标准跨径；16.00klm计算跨径。15.60lm2、桥面净空：。m0 . 1273、设计荷载：汽车荷载：公路-级；人群荷载：。2/0 . 3mkN4、材料：预应力钢筋股钢绞线，直径 15.2mm；非预应力钢筋采用71HRB335 钢筋，R235 钢筋；空心板块混凝土采用 C50；铰缝为 C30 细集料混凝土；桥面铺装采用 10cm C50 混凝土+SBS 改性沥青涂膜防水层+10cm 沥青混凝土。3.2 构造形式及尺寸选定本桥桥面净空为净，采用 9 块 C50 的预制预应力混凝土空心m0 . 127板，每块空心板宽 99cm，高 70cm，空心板全长 15.96m。采用先张法施工工艺，预应力钢绞线采用 17 股钢绞线，直径 15.2mm，截面面积 98.7。2mm预应力钢绞线沿板跨长直线布置。全桥空心板横断面布置如图 3-1，每块空心板截面及构造尺寸见图 3-2。图 3-1 桥梁横断面（尺寸单位：cm）6图 3-2 空心板截面构造及尺寸（尺寸单位：cm）3.3 空心板毛截面几何特性计算（一）毛截面面积 A22(2.55)77 599 702 38 16219223359.4()22Acm （二）毛截面重心位置全截面对板高处的静矩：211 23121115 7721277287728232322531s 上上=2上上+上上+2上上上cm上. . 5 5. . 5 5. . 7 7铰缝的面积（如右图所示）：2=112 (2.5575 7)87.5()22Acm 铰（）则毛截面重心离板高的距离为：211 22531.70.754()0.757.5()()3359.4S dcmcmmmA板高向下移铰缝重心对板高处的距离为：212531.728.9()87.5dcm铰（三）空心板毛截面对其重心轴的惯矩如图 3-3，设每个挖空的半圆面积为：A22113.14 38567.188Ad2()cm7半圆重心轴：44 388.0666 3.14dy()80.6()cmmm半圆对其自身重心轴 O-O 的惯矩为 I :440.006860.00686 3814304Id4()cm则空心板毛截面对其重心轴的惯矩 I 为：33 22222410499 7038 1699 70 0.752 38 16 0.75 4 143041212 2 567.1 (8.0640.75 )(8.0640.75) 87.5 (28.930.75)2341527.588()2.3415 10 ()Icmmm （忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩）图 3-3 挖空半圆构造（尺寸单位：cm）空心板截面的抗扭刚度可简化为下图的单箱截面来近似计算：图 3-4 计算抗扭刚度的空心板截面简化图（尺寸单位：cm）2222 641041244 (998)(908)3.329 10 ()3.329 10 ()222 (908)2 (998) 88Tb hIcmmmhb tt83.4 作用效应计算3.4.1 永久作用效应计算1.预制板的自重（第一期恒载）1g中板：4 13359.4 10258.399(/)gAkN m边板：4 13403.15 10258.508(/)gAkN m2.栏杆、人行道、桥面铺装（第三期恒载）2g人行道及栏杆重力参照其他桥梁设计资料，单侧按 12.0kN/m 计算。桥面铺装采用等厚 10cm 的沥青混凝土，则全桥宽铺装每延米重力为：)/( 1 .162371 . 0mKN上述自重效应是在各空心板形成整体以后，再加至板桥上的，精确的说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，本桥为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为：中板： )/(122. 391 .1626 2mKNg3.铰缝自重（第二期恒载）3g中板：4 225 (87.5 1 70) 100.378(/)gkN m 边板： 210.3780.189(/)2gkN m表 3-1 空心板每延米总重力 g荷载板第一期恒载 g1第二期恒载 g2第三期恒载 g3总和 g（KN/m）中板8.3993.1220.37811.899边板8.5083.1220.18911.819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 3-2。表 3-2 永久作用效应汇总表作用ig作用效应 M（KN*m）作用效应 N（KN）项 目作用 种9（）/kN m跨中1/4 跨支点1/4 跨跨中中板8.399255.48191.6165.5132.7501g 边板8.508258.81194.1166.3633.180中板3.12294.9771.2324.3512.1802g 边板3.12294.9771.2324.3512.180中板0.37811.508.622.951.4703g 边板0.1895.754.311.470.740中板11.899361.97271.4892.8146.410 g= g1 +g2 +g边板11.819359.53269.6592.1946.0903.4.2 可变作用效应计算桥汽车荷载采用公路-级荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。 桥规规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路-级的车道荷载由的均布荷载,和0.75 10.57.875(/)kqkN m的集中荷载两部分组成。而 (360 180)180(15.65)0.75166.8()(505)kPkN在计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘以 1.2 的系数，即计算剪力时kP。1.2200.16()kkPPkN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。多车道桥梁上还应考虑多车道折减，车道折减系数。1.01汽车荷载横向分布系数计算空心板跨中和 l/4 处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