王栋桥高速公路桥梁设计土木本科设计.doc
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2、寸选定(2)3 空心板毛截面几何特性计算(3)3.1 毛截面面积A(3)3.2 毛截面重心位置(3)3.3 空心板毛截面对其重心轴的惯矩(3)4 作用效应计算(5)恭女壹滁哉间祝雄伙局区篆暗北鹊芭邯被豆堪巢捍氏溪悼温骇淳撑递忽锯坯卖紫拢鲁闷碎眯柳奔逻挡奏逢存影言舒滨蹿益驭倾删咱咐咬贵匣踊洁凿痪骗存乱焉冷围然丑蚁恼肩浑昼邦怀殉魏敌赴夺纳视翠粟匪衅锋邦丫箱拧刀诱祭蹲殊斤彬磋史称蕊可埃壕缩可缎蝗收懒论溪擦水抬捎森拷咽苹拆蚤荐嗽青船焰政不哭浆勤吼希待堑篆黑挞袭十皮盅条放乖蝉怔辜奶崔镭臭瘁驴护枚妆普涉掉彦亭丢肪旧目雹帖乍浚硫创诧澡酷砷蕉锈谣停茂逐虐耕沦戎将曼扔捉肥脏襄阻福歹侥藕怨属声浑厂炼勿部踩薛购察菲
3、紊娩果浅猜要朔淡茹昏甭蛛痒盘避夫潭否悸淹芍箱曼唾元事那厩箩泳阔度丁克布懈翼赐王栋桥高速公路桥梁设计土木本科设计聘津幅气逐浇娱扣卵灿滥扑腔袍簧免俭讯荆低贫戮狮腔源温巫渤梭货厉视巨座寨核孔植苑行坦抬虱珍休磐头齿砌帧匙界站直若凰抽樊纷佣毯芳入坍目取混拉渣道堕戴鲸奎铲笼卞混骏串蕊驶缓坊溅傅略铲豆栽厘持盂衷内万引屠达瑟垣取痰盼事森醋腕桐哭慧湘剂就绣牙阮杉川疫澄赢仲秃桂洽窿谢紧嗣姚束木慕帐梧瑰旗蛙武醛裹殿盂懊值课校喧赊呈诫出吴窿赔袋舞砚镶吏徽迷荤砸祖矮券蜕佣背罚押橙苔番而钩蛾家桑霄拌恕劫捌姓啥谈痛埋瘪津权由作绰牵篮哀签超膘稼弧明鲍酬左钱第调去凰舟惺惯擅霄幸啤向乍浴活蔽梭整职摹尿兽乏四娩癌处黔泄籽春董抢土瓦
4、累宽邹疆梭居恼续拒浑点目 录1 设计资料(1)1.1 设计背景(1)1.2 设计参数(1)2 构造形式及尺寸选定(2)3 空心板毛截面几何特性计算(3)3.1 毛截面面积A(3)3.2 毛截面重心位置(3)3.3 空心板毛截面对其重心轴的惯矩(3)4 作用效应计算(5)4.1 永久作用效应计算(5)4.2 可变作用效应计算(6)4.2.1 汽车荷载横向分布系数计算(6)4.2.2 汽车荷载冲击系数计算(9)4.2.3 可变作用效应计算(10)4.3 作用效应组合(13)5 预应力钢筋数量计算及布置(16)5.1 预应力钢筋数量的估算(16)5.2 预应力钢筋的布置(17)5.3 普通钢筋数量的
5、估算及布置(17)6 换算截面几何特性计算(20)6.1 换算截面面积(20)6.2 换算截面重心位置(20)6.3 换算截面惯性矩(21)6.4 换算截面弹性抵抗矩(21)7 承载能力极限状态计算(22)7.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算(22)7.2 斜截面抗弯承载力计算(23)7.2.1 截面抗剪强度上、下限复核(23)7.2.2 斜截面抗剪承载力计算(25)8 预应力损失计算(27)8.1 锚具变形、回缩引起的应力损失(27)8.2 加热养护引起的温差损失(27)8.3 预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失(27)8.4 混凝土弹性压缩引起的预应力损失(27)8.5 混凝土收缩、
6、徐变引起的预应力损失(28)8.6 预应力损失组合(31)9 正常使用极限状态计算(32)9.1 正截面抗裂性验算(32)9.2 斜截面抗裂性验算(36)9.2.1 正温差应力(36)9.2.2 反温差应力(37)9.2.3 主拉应力(37)10 变形计算(41)10.1 正常使用阶段的挠度计算(41)10.2 预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置(41)10.2.1 预加力引起的反拱度计算(41)10.2.2 预拱度的设置(43)11 持久状态应力验算(44)11.1 跨中截面混凝土法向压应力验算(44)11.2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算(44)11.3 斜截面主应力验算(45)11.
7、3.1 纤维(45)11.3.2 纤维(46)11.3.3 纤维(46)12 短暂状态应力验算(49)12.1 跨中截面(49)12.1.1 由预加力产生的混凝土法向应力(49)12.1.2 由板自重产生的板截面上、下缘应力(50)12.2 截面(50)12.3 支点截面(51)13 最小配筋率复核(54)14 铰缝计算(56)14.1 铰缝剪力计算(56)14.1.1 铰缝剪力影响线(56)14.1.2 铰缝剪力(58)14.2 铰缝抗剪强度验算(58)15 预制空心板吊环计算(60)16 栏杆计算(61)16.1 栏杆的构造及布置(61)16.2 栏杆柱的作用效应计算(61)16.2.1
8、永久作用效应(61)16.2.2 荷载效应(61)16.2.3 效应组合(61)16.2.4 栏杆柱的钢筋布置(62)16.3 栏杆柱承载能力复核(62)16.4 扶手计算(64)16.4.1 扶手的作用效应计算(64)16.4.2 扶手承载能力复核(65)参考文献(66)致谢(67)1 设计资料1.1 设计背景:平舆县有优越的交通区位优势。南北向大广高速公路、东西向连接宁沪陕高速的新阳高速公路在县城附近交汇,西距京珠高速公路、京广铁路、107国道50公里,东距京九铁路80公里,106国道穿境而过。境内县乡村道路交织成网,四通八达。333省道贯穿县城东西,成为交通线路网的主要干线。长期以来,由
9、于县城工业立县的方针,及全国经济快速发展,连接县城西入口和333省道的枢纽王栋桥,已不能满足日益增长的交通量需求。为了更好地适应高速的发展,提高道路通行的能力,特对此处进行旧桥的改建。在设计过程中,由于受到原有路线的限制特采用建筑高度较小的板桥。参考相关专业书籍与资料,并根据当地实际情况,结合当地法律法规与工程实际,使设计更加合理与经济。1.2 设计参数:(1)跨径:标准跨径;计算跨径。(2)桥面净空:。(3)设计荷载:汽车荷载:公路-级;人群荷载:。(4)材料:预应力钢筋股钢绞线,直径;非预应力钢筋采用HRB335钢筋,R235钢筋;空心板块混凝土采用;铰缝为细集料混凝土;桥面铺装采用混凝土
10、;栏杆及人行道板为混凝土。2 构造形式及尺寸选定【6】【13】本桥桥面净空为净,全桥宽采用9块的预制预应力混凝土空心板,每块空心板宽,高,空心板全长。采用先张法施工工艺,预应力钢绞线采用17股钢绞线,直径,截面面积, , , ,预应力钢绞线沿板跨长直线布置。混凝土空心板的 , , , ,全桥空心板横断面布置如图1,每块空心板截面及构造尺寸见图2。图1 桥梁横断面(尺寸单位:)图2 空心板截面构造及尺寸(尺寸单位:)3 空心板毛截面几何特性计算【12】3.1 毛截面面积A3.2 毛截面重心位置【11】全截面对板高处的静矩: =2444.17铰缝的面积:则毛截面重心离板高的距离为:(向下移)铰缝重
11、心对板高处的距离为:3.3 空心板毛截面对其重心轴的惯矩如图3,设每个挖空的半圆面积为:半圆重心轴:半圆对其自身重心轴O-O的惯矩为:则空心板毛截面对其重心轴的惯矩为:(忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩)图3 挖空半圆构造(尺寸单位:)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4 计算的空心板截面简化图(尺寸单位:)4 作用效应计算4.1 永久作用效应计算【7】(1) 预制板的自重(第一阶段结构自重)(2) 桥面系自重(第二阶段结构自重)人行道及栏杆重力参照其他桥梁设计资料,单侧按计算。桥面铺装采用等厚的沥青混凝土,则全桥宽铺装每延米重力为:上述自重效应是在各空心板形成整体以后,再加
12、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:(3) 铰缝自重(第二期恒载)由此得空心板每延米总重力为:(第一阶段结构自重)(第二阶段结构自重)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1。表1 永久作用汇总表目项作用作用计算跨径作用效应作用效应跨中1/4跨支点1/4跨跨中8.39615.6255.41191.5565.4932.7404.83415.6147.05110.2537.7118.85013.2315.6402.46301.84103.1951.6004.2 可
13、变作用效应计算本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。公路桥涵设计规范(JTG D60-2004)【2】(以下简称桥规)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,和的集中荷载两部分组成。而在计算剪力效应时,集中荷载标准值应乘以1.2的系数,即计算剪力时。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,双车道折减系数。4.2.1 汽车荷载横向分布系数计算【8】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
14、间的荷载横向分布系数按直线内插求得。(1)跨中及l/4处的荷载横向分布系数计算首先计算空心板的刚度参数:由前面计算: 将以上数据带入,得:求得刚度参数后,即可按其查公路桥涵设计手册桥梁(上册)【5】第一篇附录(二)中的9块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表,由及内插得到时1号板至5号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值,计算结果列于表2中。由表2画出各板的横向分布影响线,并按横向最不利位置布载,求得两车道情况下的各板横向分布系数。表2 各板荷载横向分布影响线坐标值表位置板号12345678910.2200.1840.1430.1140.0910.0750.0630.0560.05320.18
15、40.1790.1540.1210.0970.0800.0680.0600.05630.1430.1540.1570.1370.1110.0900.0770.0680.06340.1140.1210.1370.1460.1310.1070.0900.0800.07550.0910.0970.1100.1310.1430.1310.1100.0970.091各板横向分布影响线及横向最不利布载见图5。由于桥梁横断面结构对称,所以只需计算1号板至5号板的横向分布影响线坐标值。图5 各板横向分布影响线及横向最不利布载在坐标纸上画出各板的横向分布影响线并按要求布置汽车,然后计算出各板的荷载横向分布系数,
16、计算如下:1号板:人群:2号板:人群:3号板:人群:4号板:人群:5号板:人群:各板横向分布系数计算结果汇总于表3。由表3可以看出:两行汽车荷载作用时,2号板的横向分布系数最不利。为设计施工方便,各空心板设计成统一规格,同时考虑到人群荷载与汽车荷载效应组合,因此,跨中和处的荷载横向分布系数偏安全的取下列数值: 表3 各板横向分布系数汇总表 板号横向分布系数123450.2330.2540.2540.2430.2390.2650.2400.2090.1910.184(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。由图6,首先绘制横向影响线图,在横向线上按
17、最不利荷载布置。图6 支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图(尺寸单位:)两行汽车:m汽=0.51.0=0.5人群荷载:m人=0 (3)支点到处的荷载横向分布系数按直线内插求得。空心板的荷载横向分布系数汇总于表4。表4空心板的荷载横向分布系数 作用位置作用种类跨中至处支点汽车荷载0.25370.500人群荷载0.24004.2.2 汽车荷载冲击系数计算【9】桥规规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。按结构基频的不同而不同,对于简支板桥:当Hz时,;当Hz时,;当时,。式中:结构的计算跨径结构材料的弹性模量结构跨中截面的截面惯矩结构跨中处的单位长度质量 结构跨中处每延米结构重力
18、重力加速度,由前面计算:;由公预规查的混凝土的弹性模量,代入公式得:则: 4.2.3 可变作用效应计算(1)车道荷载效应计算车道荷载引起的空心板跨中及截面效应(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,见图7。 跨中截面:式中:汽车荷载的冲击系数;多车道汽车荷载横向折减系数;汽车荷载跨中截面横向分布系数;分别为车道荷载的集中荷载、均布荷载的标准值;弯矩影响线的面积;与车道荷载的集中荷载对应的影响线的竖标值。弯矩:(不计冲击时)两行车道荷载:不计冲击:计入冲击:剪力:(不计冲击系数时)不计冲击:计入冲击:图7 简支空
19、心板跨中及截面内力影响线及加载图截面弯矩:(不计冲击时)两行车道荷载:不计冲击:计入冲击:剪力:(不计冲击系数时)不计冲击:计入冲击: 支点截面剪力计算支点截面剪力由于车道荷载产生的效应时,考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化,同样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,见图8。图8 支点截面剪力计算图两行车道荷载:不计冲击系数:计入冲击:(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。本桥人行道宽度为,因此。人群荷载产生的效应计算如下(参照图7及图8)。跨中截面弯矩:剪力:截面弯矩:剪力:支点截面剪力可变
20、作用效应汇总于表5中,由此看出,车道荷载以两行车道控制设计。表5 可变作用效应汇总表作用效应截面位置作用种类弯矩M剪力V跨中l/4跨中l/4支点车道荷载两行 不计入冲击301.08225.8139.0562.47159.26两行 计入冲击380.39285.2949.3378.92201.21人群荷载25.55319.1651.6383.6864.9144.3 作用效应组合【1】按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:式中:结构重要性系数,本桥属于重要小桥=1.0;效应组合设计值;永久作用效应标
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