橋梁設(shè)計計算（永和橋兩階段施工圖設(shè)計）

橋梁設(shè)計計算（永和橋兩階段施工圖設(shè)計）,橋梁,設(shè)計,計算,永和,階段,施工圖 目 錄 摘要 I Abstract Ⅱ 第1章 緒論 1 1.1選題的目的及意義 1 1.1.1國內(nèi)外研究狀況 1 1.1.2工程概況 1 1.2 技術(shù)資料 2 1.2.1橋面凈空 2 1.2.2設(shè)計荷載 2 1.2.3設(shè)計水位 2 1.2.4計算要求 2 1.3 結(jié)構(gòu)形式 2 1.4 主要材料 2 1.5 上部結(jié)構(gòu)說明書 3 1.5.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范 3 1.5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3 1.5.3設(shè)計要求 3 1.5.4施工工藝 3 1.6 下部結(jié)構(gòu)說明書 3 1.6.1各部分尺寸見墩臺一般構(gòu)造圖 3 1.6.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 3 1.6.3施工注意事項 4 第2章 水文計算 5 2.1 計算設(shè)計洪水流量 5 2.2 橋長的計算 5 2.2.1橋孔凈長度 5 2.2.2河床橋孔布設(shè) 6 2.2.3橋面最低高程計算 6 2.3 沖刷計算 6 2.3.1一般沖刷后水深 6 2.3.2橋墩局部沖刷深度 7 2.3.3橋墩的最低沖刷線高程 7 2.4 本章小結(jié) 7 第3章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.1 尺寸擬定 9 3.1.1主梁間距與主梁片數(shù) 9 3.1.2主梁高度 9 3.1.3主梁截面細部尺寸 9 3.1.4計算截面幾何特性 10 3.1.5橫截面布置 12 3.1.6橫截面沿跨長的變化 13 3.1.7橫隔梁的設(shè)置 13 3.2 主梁內(nèi)力計算 13 3.2.1恒載內(nèi)力計算 14 3.2.2 活載內(nèi)力計算 17 3.2.3計算活載內(nèi)力 24 3.2.4主梁內(nèi)力組合 38 3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定和布置 40 3.3.1估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定和布置 40 3.3.2估算普通鋼筋數(shù)量的確定和布置 41 3.4 截面幾何性質(zhì)計算 44 3.5 承載能力極限狀態(tài)計算 51 3.5.1斜截面抗剪承載力計算 51 3.5.2距支點h/2截面抗剪承載力驗算 51 3.5.3變截面點處抗剪承載力驗算 52 3.6 預(yù)應(yīng)力損失計算 54 3.6.1摩阻損失 54 3.6.2錨具變形損失 55 3.6.3分批張拉損失 56 3.6.4第一批預(yù)應(yīng)力損失匯總 60 3.6.5鋼筋應(yīng)力松弛損失 60 3.6.6混凝土收縮、徐變損失 61 3.7 正常使用極限狀態(tài) 62 3.7.1正截面抗裂性驗算 62 3.7.2斜截面抗裂性驗算 63 3.8 持久狀況應(yīng)力驗算 67 3.8.1跨中截面混凝土法向正應(yīng)力驗算 67 3.8.2斜截面主應(yīng)力驗算 67 3.9 短暫狀態(tài)應(yīng)力驗算 69 3.9.1上緣混凝土應(yīng)力 69 3.9.2下緣混凝土應(yīng)力 70 3.10 本章小結(jié) 70 第4章 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計 71 4.1 高程計算 71 4.2 尺寸擬定 71 4.2.1橋臺尺寸擬定 71 4.3 承載力驗算 74 4.4 樁長計算 82 4.4.1 橋墩樁長計算 83 4.4.2橋臺臺高及橋臺下鉆孔灌注樁樁長計算 85 4.5 本章小結(jié) 87 第5章 施工方法設(shè)計 88 5.1 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)制 88 5.1.1模板 88 5.1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋的置備 88 5.1.3預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉 88 5.1.4孔道壓漿 88 5.2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的安裝 88 5.3 樁基礎(chǔ)的施工 89 5.3.1準(zhǔn)備工作 89 5.3.2鉆孔 90 5.3.3清孔、吊裝鋼筋骨架、驗孔 90 5.3.4灌注水下混凝土 90 5.4 橋墩橋臺施工 90 5.4.1施工前期準(zhǔn)備 90 5.4.2施工過程及要點 90 5.5 本章小結(jié) 90 結(jié)論 92 參考文獻 93 致謝 94 摘 要 本設(shè)計橋名為永和橋，橋位中心樁號為K0+904.73，橋梁全長188.480m 。橋面凈寬為凈7+2×1.0m，設(shè)計荷載為公路Ⅱ級，人群荷載為3.0KN/m2。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橫橋向4片主梁，縱向6跨；下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，肋板式橋臺，鉆孔樁基礎(chǔ)。本橋設(shè)3道伸縮縫，分別在兩橋臺和橋中心處。支座采用普通板式橡膠支座，全橋設(shè)48個板式橡膠支座。 本橋共進行了四部分內(nèi)容設(shè)計，第一部分水文計算，在此部分計算了設(shè)計流量，確定了滿足水文要求的最小橋長、橋面最低標(biāo)高以及沖刷線標(biāo)高；第二部分進行了上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了上部結(jié)構(gòu)總、橫斷面形式，擬定了T梁的截面尺寸，計算了荷載橫向分布系數(shù)以及主梁內(nèi)力，進行了配筋設(shè)計和結(jié)構(gòu)驗算。第三部分為下部結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了墩、臺、基礎(chǔ)的形式，擬定了相應(yīng)的尺寸，并計算了樁長。第四部分對施工工藝進行簡要的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁；雙柱式橋墩；肋板式橋臺；樁基礎(chǔ)；板式橡膠支座 ABSTRACT The bridge designed, whose central pier number is K0+904.73, is named as Yonghe Bridge. The total longitude of the bridge is 188.480m, and the width of whose bridge floor is 7+2×1.0. The bridge is designed up to Grade Ⅱ for motorway, and 3.0KN/㎡ for crowds. The superstructure of the bridge adopts 30m prestressed concrete simple-span beams. There are four beams in the latitude and six in the longitude. The substructure uses doubled piers, ribbing abutments, and pile foundation. The bridge has three expansion joints, which are located at the two abutments and the centre of the bridge. The slab-shaped rubber bearings are chosen in the design. There are 48 common rubber piers in this design. Four sections constitute this design. The first is hydrological calculation, which figures out the designed discharge, ascertains the minimum length of the bridge to satisfy the hydrological requirements, the minimum height of the deck and the minimum line to be washed. The second part deals with the superstructure, gives a design of vertical and horizontal cut section dimensions of the T-beam, calculates the horizontal load distributing modulus, the stress of the beam, proofreads the steel rod demand and the consequence. The third section designs the substructure, ascertains the forms of piers, abutments, basements and their corresponding dimensions, and thus ,works out the length of the pile . At last,a brief explanation to construction technics has been given . Key words: Prestressed concrete simple span T beam；Doubled pier；Ribbing abutment；Pile foundation；Slab-shaped rubber bearing 69 第1章 緒 論 1.1選題的目的及意義 我是一名即將投身于結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的畢業(yè)生，因此，我選了橋梁設(shè)計作為我這次畢業(yè)設(shè)計，以此來對設(shè)計行業(yè)進行一個了解。 隨著黑龍江地區(qū)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，流動車輛數(shù)量激增，導(dǎo)致車輛過河呈擁擠、堵車狀況，嚴(yán)重阻礙了河兩岸地區(qū)的發(fā)展。為了緩解此狀況，決定在該河段修建一座橋。此橋的建設(shè)將帶動城市工業(yè)、商業(yè)、旅游業(yè)等諸多方面的高速經(jīng)濟發(fā)展。 1.1.1國內(nèi)外研究狀況 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是在上個世紀(jì)中葉左右發(fā)展起來的，當(dāng)時鋼材緊缺，為節(jié)省鋼材，各國開始采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)代替部分的鋼結(jié)構(gòu)以盡快發(fā)展經(jīng)濟。50年代，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁跨徑開始突破了100米，到80年代則達到440米。雖然跨徑太大時并不總是用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)比其它結(jié)構(gòu)好，但是，在實際工程中，跨徑小于400米時，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常常為優(yōu)勝方案。 我國的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展晚，但是發(fā)展速度大?，F(xiàn)在，我國已經(jīng)有了簡支梁、帶鉸或帶掛梁的T構(gòu)、連續(xù)梁、桁架拱、桁架梁和斜拉橋等預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系。 雖然預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展還不到80年。但是，在橋梁結(jié)構(gòu)中，隨著預(yù)應(yīng)力理論的不斷成熟和實踐的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的運用必將越來越廣泛。 伴隨著高強度水泥、特種水泥的出現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的使用得到了空前的推廣，預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度橋梁紛紛誕生。還由于砼造假低廉，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)正向鋼結(jié)構(gòu)發(fā)起沖擊。 1.1.2工程概況 永和橋位于松花江干流中下游。橋位處河床寬闊，溝底較平坦，比降0.025%，屬平原區(qū)寬灘河段，具有坡降平緩、流速小、含沙量小的特點,抗沖刷能力較差。河床土質(zhì)由表至下為種植土、亞粘土、中砂、砂夾礫石。永和橋所處地屬于嚴(yán)寒地區(qū)。 根據(jù)對該河段的地質(zhì)、地貌、水文條件的調(diào)查，本次設(shè)計采用簡支T形梁橋結(jié)構(gòu)。簡支梁橋是一種歷史悠久的經(jīng)典橋型。簡支梁橋一般主梁預(yù)制，吊裝安裝施工。該結(jié)構(gòu)具有以下特點：施工方法簡單，施工質(zhì)量可靠，實現(xiàn)橋梁的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)簡單、受力簡單、制作方便。 1.2 技術(shù)資料 1.2.1橋面凈空 凈7+2×1.0 1.2.2設(shè)計荷載 公路Ⅱ級，人群荷載 1.2.3設(shè)計水位 125.00m 1.2.4計算要求 設(shè)計流量 確定橋長 確定橋面最低標(biāo)高 上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 下部結(jié)構(gòu)計算 1.3 結(jié)構(gòu)形式 上部采用30m裝配式A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T形梁 下部采用雙柱式橋墩，肋板式橋臺，鉆孔樁基礎(chǔ)，全橋全部支座采用普通板式橡膠支座。 1.4 主要材料 預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用標(biāo)準(zhǔn)型-15.2-1860-Ⅱ-GB/T 5224－1995鋼絞線,其各項指標(biāo)為： 抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值： 抗拉強度設(shè)計值： 彈性摸量 ： 線密度： 非預(yù)應(yīng)力鋼筋：主筋采用HRB400鋼筋 抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值： 抗拉強度設(shè)計值: 彈性摸量: 混凝土: 主梁采用強度等級為C50的混凝土 抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值： 抗壓強度設(shè)計值： 抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值： 抗拉強度設(shè)計值： 彈性模量： 剪切模量： 重度： 1.5 上部結(jié)構(gòu)說明書 1.5.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范 《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》 （JTG B01-2003） 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》 （JTG D62-2004） 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 （JTG B01-2003） 1.5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)跨徑 30m 計算跨徑 29.14m 主梁全長 29.96m 梁高 1.95m 1.5.3設(shè)計要求 1為減輕主梁的安裝重量，增強橋梁的整體性，在預(yù)制T梁上設(shè)600mm的濕接縫 2設(shè)計構(gòu)件尺寸按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)中關(guān)于主梁構(gòu)造的要求和主梁橫截面抗彎效率指標(biāo)的檢驗確定。 3對主梁各截面進行正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進行驗算。 1.5.4施工工藝 （1）按后張法施工工藝制作主梁，采用OVM夾片錨具，金屬波紋管成孔。 （2）支架、模板的安裝應(yīng)保證工程構(gòu)造物的形狀、尺寸及各部分相互位置的正確性。 （3）預(yù)應(yīng)力鋼束采用分批張拉，嚴(yán)格按規(guī)程操作。 （4）管道成孔要保證質(zhì)量，保證孔道暢通。 （5）保證混凝土的質(zhì)量。 1.6 下部結(jié)構(gòu)說明書 1.6.1各部分尺寸見墩臺一般構(gòu)造圖 1.6.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) （1）灌注樁用的原材料和混凝土強度必須符合設(shè)計要求和施工規(guī)范的規(guī)定 （2）成孔深度必須符合設(shè)計要求 （3）實際澆注混凝土不得小于計算體積 （4）灌注后的樁頂標(biāo)高必須符合設(shè)計要求 1.6.3施工注意事項 （1）預(yù)防塌孔 （2）預(yù)防樁孔偏斜 （3）預(yù)防鋼筋籠變形，保護層不夠，深度不符合要求 第2章 水文計算 2.1 計算設(shè)計洪水流量 已知粗糙系數(shù)：因為無河灘，所以：，洪水比降，設(shè)計水位。 表 2.1 洪水?dāng)嗝嫠τ嬎? 樁號 河床標(biāo)高 （m） 水深 （m） 平均水深 （m) 水面寬度 （m） 過水面積 （㎡) 累計面積 （㎡） K0＋821.61 121.90 3.10 —— —— —— 0 K0＋826.75 120.83 4.17 3.635 5.14 18.7 18.7 K0＋836.20 117.92 7.08 5.625 9.45 53.2 71.8 K0＋856.20 117.70 7.30 7.190 20.00 143.8 215.6 K0＋881.26 117.19 7.81 7.555 25.06 189.3 405.0 K0＋899.69 117.00 8.00 7.905 18.43 145.7 550.7 K0＋915.05 117.04 7.96 7.980 15.36 122.6 673.2 K0＋942.70 118.28 6.72 7.340 27.65 203.0 876.2 K0＋956.01 117.00 8.00 7.360 13.31 98.0 974.1 K0＋977.51 117.43 7.57 7.785 21.50 167.4 1141.5 K0＋989.80 122.36 2.64 5.105 12.29 62.7 1204.3 由表2.1得： 過水面積 河床寬 平均水深 平均流速 流量 2.2 橋長的計算 2.2.1橋孔凈長度 由于該河段有明顯河槽，所以根據(jù)我國公路橋梁最小橋孔凈長度公式計算： （2.1） 因為該橋位于次穩(wěn)定河段，知k=0.95,n=0.87。 即由公式（2.1）得，橋梁最小橋孔凈長度為： 2.2.2河床橋孔布設(shè) 根據(jù)橋位河床橫斷面形態(tài)，將左岸橋臺樁號布置在K0+817.113；取6孔30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁為上部結(jié)構(gòu)；雙柱式橋墩，墩徑1.5米；各墩臺位置和樁號如表2.2所示；右岸橋臺樁號為K0+992.331。該橋孔布設(shè)方案的橋孔凈長度為30×6－1.5×5＝172.5m>最小橋孔凈長度159.78米，所以該橋孔布設(shè)方案合理。 表2.2 墩臺位置及樁號 墩臺 中心 0號橋臺 1號橋墩 2號橋墩 3號橋墩 4號橋墩 5號橋墩 6號橋臺 里程樁號 K0+ 817.113 844.729 874.725 904.722 934.719 964.715 992.331 2.2.3橋面最底高程計算 該河段不通航，則按設(shè)計洪水位計算橋面最低高程： （2.2）式中： ——設(shè)計水位，本水文計算中。 ——各種水面升高值總和，經(jīng)綜合考慮后，取0.4m。 ——橋下凈空安全值，本設(shè)計取=0.5m。 ——橋梁上部構(gòu)造建筑高度=梁高+鋪裝層厚度=1.95+0.12=2.07m。 所以，由公式（2.2）得：橋面最低高程 2.3 沖刷計算 2.3.1一般沖刷后水深 因為河床土質(zhì)是粘性土，所以粘性土河槽的一般沖刷后水深為： （2.3） 其中： ; ; =0.55。 由公式（2.3）得：一般沖刷后水深 2.3.2橋墩局部沖刷深度 因為河床土質(zhì)是粘性土， 式中： B1—計算墩寬，本設(shè)計中為1.5米 所以,粘性土河槽的橋墩局部沖刷深度為： （2.4） 本橋的橋墩為雙柱式墩，墩徑1.5米，墩形系數(shù)表1.0，計算墩寬＝1.5米， 行近流速。 由公式（2.4），即： 2.3.3橋墩的最低沖刷線高程 2.4 本章小結(jié) 經(jīng)過本章的水文計算，確定了該河的設(shè)計流量、橋孔凈長172.5m、橋面最低高程和橋墩的最低沖刷線高程。 第3章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 尺寸擬定 3.1.1主梁間距與主梁片數(shù) 主梁間距均為2.2m。 考慮到橋面凈寬為7-2×1.0m，選用4片梁。 3.1.2主梁高度 梁高為1.95m，高跨比，滿足預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比的要求（）。 3.1.3主梁截面細部尺寸 跨中截面處T梁的翼板厚度為150mm，翼板根部加厚到300mm。初擬馬蹄寬度550mm，高度250mm。從腹板本身穩(wěn)定條件出發(fā)，腹板的厚度不宜小于其高度的1/15；從截面效率分析，腹板越薄，ρ值越大，通常為160～220mm，本設(shè)計腹板厚度采取200mm。 按照以上擬定的外形尺寸，繪制出預(yù)制梁的跨中截面布置圖。如圖3.1、圖3.2、圖3.3和圖3.4所示。 圖3.1 中梁跨中截面（單位：mm） 圖3.2 中梁支點截面（單位：mm） 圖3.3 外梁跨中橫截面（單位：mm） 圖3.4 外梁支點橫截面（單位：mm） 3.1.4計算截面幾何特性 將主梁跨中截面劃分為幾個規(guī)則圖形的小單元。 1、2號 梁（中梁）大毛截面 2號 梁（中梁）大毛截面跨中截面的幾何特性計算結(jié)果見表3.1所示。 表3.1 2號 梁（中梁）大毛截面的截面的幾何特性 分塊 名稱 分塊 面積 Ai (mm2) 分塊積 形心至 上緣距離yi (mm4) 分塊面 積對上 緣靜矩 Si=AiYi (mm3) 自身 慣性矩 Ii (mm4) yi=ys-yi (mm) 分塊面 積對截 面形心 慣矩Ii=Aidi2 (mm4) (mm4) 翼板 330000 75 24750000 618750000 640 135236348395 1.35855×1011 三角承托 67500 200 13500000 84375000 515 17913937661 1.79983×1010 腹板 310000 925 286750000 62064583333 -210 13649943161 7.57145×1010 下三角 30625 1642 50276042 52105035 -927 26288845694 2.63410×1010 馬蹄 137500 1825 250937500 716145833 -1110 169364367446 1.70081×1011 ∑ 875625 —— 626213542 ∑I =4.25989×1011mm4 其中： 大毛截面形心至上緣距離： 。 由表3.1得： 上核心距： 。 下核心距：。 截面抗彎效率指標(biāo) 。 滿足規(guī)定要求ρ在0.450.55之間。 2、2號 梁（中梁）小毛截面 2號 梁（中梁）小毛截面跨中截面的幾何特性計算結(jié)果見表3.2所示。 其中： 小毛截面形心至上緣距離： 由表3.2得： 上核心距： 。 下核心距：。 截面效率指標(biāo) 。 滿足規(guī)定要求ρ在0.450.55之間。 表明：以上初擬的主梁跨中截面尺寸是合理的。 表3.2 2號 梁（中梁）小毛截面的截面的幾何特性 分塊 名稱 分塊 面積 Ai (mm2) 分塊積 形心至 上緣距離yi (mm4) 分塊面 積對上 緣靜矩 Si=AiYi (mm3) 自身 慣性矩 Ii (mm4) yi=ys-yi (mm) 分塊面 積對截 面形心 慣矩Ii=Aidi2 (mm4) (mm4) 翼板 240000 18000000 450000000 75 713.50 1.2217897×1011 1.22629×1011 三角承托 67500 13500000 84375000 200 588.50 2.3377248×1010 2.34616×1010 腹板 310000 286750000 62064583333 925 -136.50 5.7761883×109 6.78408×1010 下三角 30625 50276041 52105034.7 1641. 7 -853.17 2.2291852×1010 2.23440×1010 馬蹄 137500 250937500 716145833 1825 -1036.50 1.4772133×1011 1.48437×1010 ∑ 785625 619463541 —— —— —— —— 3.84713×1010 3.1.5橫截面布置 ⑴ 主梁間距與主梁片數(shù) 主梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的增大而加寬為經(jīng)濟，同時加寬翼緣板對提高主梁截面效率指標(biāo)ρ很有效，故在許可條件下適當(dāng)加寬T梁翼板。本設(shè)計為預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式簡支T形梁，采用主梁間距2.2 m，混凝土濕接縫0.60 m。考慮人行道適當(dāng)挑空，凈7＋2×1.0 m的橋面寬度選用4片主梁，見圖3.5 。 1/2跨中斷面 1/2支點斷面 圖3.5 橫斷面布置圖 (單位：mm) 3.1.6橫截面沿跨長的變化 圖3.6 橫截面尺寸（單位：mm） 如圖3.6所示，本設(shè)計主梁采用等高形式，橫截面的T梁翼緣板厚度沿跨長不變，梁端部區(qū)段由于錨頭集中力的作用而引起較大的局部應(yīng)力，也為布置錨具的需要，而在距梁端4980～780mm范圍內(nèi)逐漸將腹板加厚到與馬蹄同寬。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)規(guī)定要求當(dāng)腹板寬度有變化時，其過渡段長度不宜小于12倍的腹板寬度差。本設(shè)計中的過渡段為4200mm≥12b=12×（550-200）=4200mm，規(guī)范滿足要求。 3.1.7橫隔梁的設(shè)置 標(biāo)準(zhǔn)跨徑30m，梁長29.96m，計算跨徑29.14m，為加強橫向連接，提高整體受力性能，在橋跨中點、三分點、六分點和支點處設(shè)置7道橫隔梁，其間距為5m、4.57m。端橫隔梁高度為1800mm，厚度為上部260mm，下部為240mm；中橫隔梁高度為1550mm，厚度為上部200mm，下部180mm。 3.2 主梁內(nèi)力計算 3.2.1恒載內(nèi)力計算 恒載集度 1、預(yù)制梁自重 （1）邊梁 主梁預(yù)制部分體積分為三段，第一段為跨中部分段，該段橫截面積為跨中橫截面積。第二段為腹板漸變段，該段體積近似漸變，采用近似算法。第三段為全截面段，橫截面積為支點處橫截面大小。 第一段部分橫截面積806875，長度20，體積為 。第二部分橫截面積近似為1041029,長度8400，體積為，第三部分橫截面積1275182.292,長度為1560，體積為。總體積為。 橫隔梁體積： 所以橫載集度： （2）內(nèi)梁 外梁預(yù)制部分體積的劃分方法同內(nèi)梁的劃分。第一部分體積為,第二部分體積為，第三部分體積為。 橫隔梁體積： 。 所以橫載集度： 2 、二期恒載 （1） 現(xiàn)澆T梁翼板恒載集度 邊梁現(xiàn)澆翼緣板體積為，內(nèi)梁現(xiàn)澆部分體積為。 （2）鋪裝 2％坡度砼三角墊層造橫坡，瀝青砼面層50mm鋪裝：集度均分給四片主梁集度為3.54KN/m。 （3）欄桿 單側(cè)人行欄集度：1.0KN/m。 將兩側(cè)人行欄均攤給4片主梁，則：集度為。 （4）人行道板 單車人行道板集度：4.0KN/m。 將兩側(cè)人行道板均攤給4片主梁，則：集度為。 （5） 邊梁二期恒載集度 。 （6）內(nèi)梁橫載集度 。 3、恒載內(nèi)力 分別將內(nèi)力計算見表3.3、表3.4、表3.5、表3.6，并匯總于表3.7和表3.8。 表3.3 邊梁1期恒載 邊梁1期恒載 計算部位 計算部位距離支點X(m) V(KN) M(KN.m) 支點 0 344.33 0.00 0.5h 0.975 321.29 324.49 0.25L0 7.285 172.17 1881.35 0.5L0 14.57 0.00 2508.46 變截面點 4.5 237.98 1310.21 g1=23.6330 L0=29.14 h=1.95 表3.4 邊梁2期恒載 邊梁2 期恒載 計算部位 計算部 位距離 支點X(m) V(KN) M(KN.m) 支點 0 113.11 0.00 0.5h 0.975 105.54 106.59 0.25L0 7.285 56.55 617.99 0.5L0 14.57 0.00 823.99 變截面點 4.5 78.17 430.38 g2=7.7631 L0=29.14 h=1.95 表3.5 內(nèi)梁1期恒載 內(nèi)梁1 期恒載 計算 部位 計算部位距離 支點x(m) V(KN) M(KN.m) 支點 0 364.04 0.00 0.5h 0.975 339.67 343.06 0.25L0 7.285 182.02 1989.00 0.5L0 14.57 0.00 2652.00 變截面點 4.5 251.60 1385.18 g1=24.9853 L0=29.14 h=1.95 表3.6 內(nèi)梁2期恒載 內(nèi)梁2 期恒載 計算 部位 計算部位距離 支點X(m) V(KN) M(KN.m) 支點 0 138.15 0.00 0.5h 0.975 128.91 130.19 0.25L0 7.285 69.08 754.83 0.5L0 14.57 0.00 1006.44 變截面點 4.5 95.48 525.68 g2=9.4820 L0=29.14 h=1.95 ， 表3.7 1號、4號梁恒載內(nèi)力 1號 一期恒載 二期恒載 V0 344.33 113.11 Vh/2 321.29 105.54 V變 237.98 78.17 VL/4 172.17 56.55 VL/2 0.00 0.00 M0 0.00 0.00 Mh/2 324.49 106.59 M變 1310.21 430.38 ML/4 1881.35 617.99 ML/2 2508.46 823.99 表3.8 2號、3號梁恒載內(nèi)力 2號 一期恒載 二期恒載 V0 364.04 138.15 Vh/2 339.67 128.91 V變 251.60 95.48 VL/4 182.02 69.08 VL/2 0.00 0.00 M0 0.00 0.00 Mh/2 343.06 130.19 M變 1385.18 525.68 ML/4 1989.00 754.83 ML/2 2652.00 1006.44 3.2.2 活載內(nèi)力計算 活載內(nèi)力計算采用修正剛性橫梁法。 1、沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù) 本橋跨內(nèi)設(shè)7道橫隔梁，使各片主梁之間具有可靠的橫向聯(lián)系，且承重結(jié)構(gòu)的長寬比為：，該橋?qū)儆谡瓨?，順橋向的撓屈變形比橫橋向的撓曲變形要大得多，近似假定在橫橋向橫隔梁呈剛性，不計它的彎曲變形，但是本設(shè)計考慮主梁道扭矩的扭轉(zhuǎn)變形，考慮主梁抗扭剛度的修正系數(shù)，本設(shè)計采用修正剛性橫隔梁法求跨中橫向力分布系數(shù)。 a）、1號梁 （3.1） （3.2） 式中： 結(jié)構(gòu)計算跨徑（m）； 結(jié)構(gòu)材料的彈性模量(N/m2)； 結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣矩(m4)； 結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度質(zhì)量(kg/m)； ； 重力加速度,,,毛截面積,由公式（3.2）得：。 所以由公式（3.1）得： 4號梁同1號梁。 b）、2號梁： ,, 毛截面積,=2231.46Kg/m, 所以由公式（3.1）得： 該橋梁為兩車道，故車道折減系數(shù)為1.0。 抗扭貫矩計算： 對于T形梁截面，抗扭慣矩可近似按下式計算： （3.3） 式中： 和——相應(yīng)為單個矩形截面的寬度和厚度； ——矩形截面抗扭剛度系數(shù)； ——梁截面劃分為單個矩形截面的塊數(shù)。 圖3.7 IT計算圖示 a）、內(nèi)梁：翼緣板換算平均厚度 b）、外梁：翼緣板換算平均厚度 馬蹄部分的換算平均厚度： 腹板部分的換算平均厚度： 由公式（3.3）得IT，其計算結(jié)果匯于表3.9和表3.10中。 表3.9 跨中邊梁IT計算結(jié)果 跨中邊梁IT （mm） （mm） 2000.00 190.97 0.0955 4.64322 1421.53 200.00 0.1407 0.303453 3.45093 550.00 337.50 0.6136 0.2063 4.36198 求和 12.4561 表3.10 跨中內(nèi)梁IT計算結(jié)果 跨 中 內(nèi) 梁 IT （mm） （mm） 2200 183.75 0.0835 4.54925 1428.75 200 0.1400 0.3036 3.47015 550 337.5 0.6136 0.2063 4.36155 求和 12.3810 注：以上表中值由查（第120頁表2-3-2）得到，表中不能直接查詢的由相鄰兩值線性內(nèi)插得到。 2、修正系數(shù)的計算 （3.4） 其中：混凝土剪切模量取彈性模量的0.4倍，，由公式（3.4）得。 3、橫向影響線豎標(biāo)計算 ， ，， ， ， 為求得各主梁的橫向力分布系數(shù)，車道荷載和人群荷載按照最不利位置布載，布置如圖3.8和圖3.9所示。 圖3.8 1號梁跨中位置 圖3.9 2號梁跨中位置橫向布載 由于跨中位置主梁豎向位移較小，本設(shè)計橫向力分布近似采用杠桿法確定橫向力分布系數(shù)，同樣按照主梁受力最不利狀態(tài)布置荷載，如圖3.10和圖3.11所示。 圖3.10 1號梁支點位置橫向布載 圖3.11 2號梁支點位置橫向布載 a）、1號梁橫向力分布系數(shù)： 跨中： 車道荷載橫向力分布系數(shù)。 行車道荷載橫向力分布系數(shù)。 支點： 車道荷載橫向力分布系數(shù)。 行車道荷載橫向力分布系數(shù)。 b）、2號梁橫向力分布系數(shù)： 跨中： 車道荷載橫向力分布系數(shù)。 行車道荷載橫向力分布系數(shù)。 支點： 車道荷載橫向力分布系數(shù)。 行車道荷載橫向力分布系數(shù)。 假設(shè)第一道中橫隔梁道處的橫向力分布與跨中處的橫向力分布相同，支點處道第一道橫隔梁區(qū)段內(nèi)的橫向力分布按照線性變化。則有圖3.12、圖3.13、圖3.14和圖3.15所示。 圖3.12 1號梁車道荷載橫向力分布系數(shù) 圖3.13 1號梁人行道荷載橫向力分布系數(shù) 圖3.14 2號梁車道荷載橫向力分布系數(shù) 圖3.15 2號梁人行道荷載橫向力分布系數(shù) c)、橫向分布系數(shù)匯總于3.11中。 表3.11 活載橫向分布系數(shù) 荷載類別 1號梁 2號梁 mc m0 mc m0 車道荷載 0.6243 0.4546 0.5435 0.7955 人行道荷載 1.3182 0.7238 1.3182 0 3.2.3計算活載內(nèi)力 公路Ⅱ級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值,集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 1號梁車道荷載計算： （I）、a）、1號梁支點處剪力根據(jù)圖3.16計算 圖3.16 1號梁車道荷載橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 車道荷載的均布載全梁雙車道布置，由于橫向力分布系數(shù)在第一個橫隔梁間距內(nèi)呈單調(diào)遞增，支點處剪力影響線在此段單調(diào)遞減，因此不能用觀察法判斷車道荷載集中載的布置位置。下面根據(jù)圖3.17試探性地來探索一下集中載位置的確定方法： 圖3.17 1號梁支點截面橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 橫向分布系數(shù)在第一個橫隔梁間距內(nèi)的表達式為： ,支點處主梁剪力影響線在第一個橫隔梁間距內(nèi)的表達式為： ,則： , ，則解得，且僅有唯一解。 所以在區(qū)間內(nèi)函數(shù)單調(diào),在區(qū)間內(nèi) ，，。 當(dāng)時，用觀察法可知單調(diào)遞減。所以在全梁區(qū)間內(nèi)集中載的最不利布置位置是在處。 （3.5） 式中是橫向力分布系數(shù)沿全梁分布的函數(shù)，是影響線豎標(biāo)沿全梁變化的函數(shù)，是車道集中在的最不利布置位置距離原點的距離。 由于與在本設(shè)計中沿全梁長都是折線段或者直線，因此符合圖乘法的求積分運算條件。由公式（3.5）得： b）、1號梁距離支點處剪力計算。 圖3.18 1號梁在h/2處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.18得： c）、1號梁變化點截面處剪力計算。 由圖3.19及公式（3.5）得： d）、1號梁四分點截面處剪力計算。 由圖3.20得： 圖3.19 1號梁在變化點截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 圖3.20 1號梁在四分點截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 e）、1號梁跨中截面處剪力計算。 圖3.21 1號梁在跨中截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.21得： （Ⅱ）、a）、1號梁距離支點h/2截面彎矩計算： 圖3.22 1號梁h/2截面橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 此種情況集中荷載的選取同求支點處剪力的布載方法相同，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)函數(shù)單調(diào)，因此只要比較集中載在和時的大小就能確定集中載的位置。發(fā)現(xiàn)，所以取pk位于x=4.57處。 由圖3.22得： b）、1號梁變化點截面彎矩計算。 圖3.23 1號梁在變化點截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.23得： c）、1號梁四分點截面彎矩計算。 圖3.24 1號梁在四分點截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.24得： d）、1號梁跨中截面彎矩計算。 由圖3.25得： 圖3.25 1號梁在跨中截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 （Ⅲ）、a）、2號梁支點截面剪力計算。 圖3.26 2號梁在支點截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.26得： b）、2號梁距離支點h/2剪力彎矩計算。 圖3.27 2號梁在h/2截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.27得： c）、2號梁變化點截面處剪力計算。 由圖3.28得： 圖3.28 2號梁在變化點截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 d）、2號梁四分點截面處剪力計算： 圖3.29 2號梁在四分點截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.29得： e）、2號梁跨中截面處剪力計算。 由圖3.30得： 圖3.30 2號梁在跨中截面處橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 （Ⅳ）、a）、2號梁距離支點h/2截面處彎矩計算。 圖3.31 2號梁在h/2截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.31得： b）、2號梁變化點截面彎矩計算。 由圖3.32得： 圖3.32 2號梁在變化點截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 c）、2號梁四分點截面彎矩計算。 圖3.33 2號梁在四分截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.33得： d）、2號梁跨中彎矩計算。 圖3.34 2號梁在跨中截面處橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.34得： （Ⅴ）、a）、1號梁支點截面人行道荷載引起的剪力計算。 圖3.35 1號梁在支點截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.35得： b）、1號梁h/2截面人行道荷載引起的剪力計算。 圖3.36 1號梁在h/2截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.36得： c）、1號梁變化點截面人行道荷載引起的剪力計算。 圖3.37 1號梁在變化點截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.37得： d）、1號梁四分點截面人行道荷載引起的剪力計算。 圖3.38 1號梁在四分點截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.38得： e）、1號梁跨中截面人行道荷載引起的剪力計算。 圖3.39 1號梁在跨中截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及剪力影響線 由圖3.39得： （Ⅵ）a）、1號梁h/2截面人行道荷載引起的彎矩計算。 圖3.40 1號梁在h/2截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.40得： b）、1號梁變化點截面人行道荷載引起的彎矩計算。 圖3.41 1號梁在變化點截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.41得： c）、1號梁四分點截面人行道荷載引起的彎矩計算。 圖3.42 1號梁在四分點截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.42得： d）、1號梁跨中截面人行道荷載引起的彎矩計算。 圖3.43 1號梁在跨中截面處人行道荷載橫向力分布系數(shù)及彎矩影響線 由圖3.43得： （Ⅶ）、2號梁的人群荷載引起的內(nèi)力計算方法與1號梁一樣，計算結(jié)果為： 2號梁： ，，，，，，，， 將以上內(nèi)力匯總于表3.12和表3.13： 表3.12 1號梁內(nèi)力匯總 1號梁 公路II級車道荷載 人群荷載 V0 251.42KN 35.72 KN Vh/2 247.13 KN 32.51 KN V變 229.19 KN 22.49 KN VL/4 197.55 KN 17.80 KN VL/2 120.42 KN 7.91 KN M0 0.00 0.00 Mh/2 215.95KN.m 34.19 KN.m M變 971.22 KN.m 127.14 KN.m ML/4 1378.28 KN.m 177.51 KN.m ML/2 1845.55 KN.m 230.48 KN.m 表3.13 2號梁內(nèi)力匯總 2號梁 公路-II級車道荷載 人群荷載 V0 333.64KN 18.68 KN Vh/2 301.53 KN 18.52 KN V變 199.51 KN 15.75 KN VL/4 171.97 KN 12.46 KN VL/2 87.69 KN 5.54 KN M0 0.00 KN.m 0.00 KN.m Mh/2 270.52KN.m 18.16 KN.m M變 857.10 KN.m 80.04 KN.m ML/4 1211.50 KN.m 117.03 KN.m ML/2 1606.56 KN.m 161.35 KN.m 3.2.4主梁內(nèi)力組合 根據(jù)構(gòu)件不同時期不同的受力特點，對內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值進行承載能力極限狀態(tài)組合、正常使用極限狀態(tài)組合。對正常使用極限狀態(tài)分為作用或荷載的短期效應(yīng)組合、作用或荷載長期效應(yīng)組合。 采用如下實用設(shè)計表達式： （3.6） 式中： ——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按結(jié)構(gòu)的安全等級采用； ——第i個永久作用的分項系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)； ——汽車荷載分分項系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值（含沖擊系數(shù)）效應(yīng)； ——除汽車荷載外第j個可變作用（或荷載）的分項系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng) ——除汽車荷載外、其它可變作用（或荷載）效應(yīng)的組合系數(shù) ——結(jié)構(gòu)材料性能的分項系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值； ——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值； ——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力函數(shù)； 對于橫載（結(jié)構(gòu)及附加物自重），取，當(dāng)該橫載對構(gòu)件有利時取； 汽車荷載效應(yīng)的分項系數(shù)取為； 對于本設(shè)計的活載為汽車、人群橫載為自重時，取。 本設(shè)計的組合按照以上規(guī)范采用 a）、承載能力極限狀態(tài)組合設(shè)計值： （3.7） b）、正常使用狀態(tài)短期效應(yīng)組合： （3.8） c）、正常使用狀態(tài)長期效應(yīng)組合： （3.9） 由公式（3.7）、公式（3.8）和公式（3.9）將承載能力極限狀態(tài)組合、正常使用狀態(tài)短期效應(yīng)組合和正常使用狀態(tài)長期效應(yīng)組合匯于表3.14和表3.15。 表3.14 1號梁效應(yīng)組合 一號梁 一期恒載 二期恒載 公路-II級 車道荷載 人群荷載 sud sLd ssd V0 344.33 113.11 251.42 35.72 940.92 557.93 644.02 Vh/2 321.29 105.54 247.13 32.51 894.59 524.57 607.63 V變 237.98 78.17 229.19 22.49 725.43 403.73 476.16 VL/4 172.17 56.55 197.55 17.80 570.96 303.57 365.05 VL/2 0.00 0.00 120.42 7.91 177.45 44.45 80.17 M0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Mh/2 324.49 106.59 215.95 34.19 857.92 518.80 594.85 M變 1310.21 430.38 971.22 127.14 3590.81 2124.45 2450.50 ML/4 1881.35 617.99 1378.28 177.51 5127.61 3042.92 3503.87 ML/2 2508.46 823.99 1845.55 230.48 6840.85 4057.44 4670.32 3.15 2號梁效應(yīng)組合 2號梁 一期恒載 二期恒載 公路-II級 車道荷載 人群荷載 Rud RLd Rsd V0 364.04 138.15 333.64 18.68 1090.64 623.87 720.73 Vh/2 339.67 128.91 301.53 18.52 1005.18 579.21 667.73 V變 251.60 95.48 199.51 15.75 713.44 421.67 482.34 VL/4 182.02 69.08 171.97 12.46 556.03 314.95 366.58 VL/2 0.00 0.00 87.69 5.54 128.97 32.23 58.07 M0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Mh/2 343.06 130.19 270.52 18.16 966.96 573.12 653.46 M變 1385.18 525.68 857.10 80.04 3582.62 2236.28 2504.35 ML/4 1989.00 754.83 1211.50 117.03 5119.77 3205.36 3586.62 ML/2 2652.00 1006.44 1606.56 161.35 6820.02 4272.93 4782.21 3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定和布置 本梁采用A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，因此需根據(jù)正截面抗裂要求確定預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量，并根據(jù)承載能力極限狀設(shè)計要求確定普通鋼筋數(shù)量。 3.3.1估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定和布置 根據(jù)我國對A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土的定義得：，，，由以上三式公式變形得，規(guī)范要求鋼絞線的控制張拉應(yīng)力不得超過其抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的0.75倍，本設(shè)計邊梁的預(yù)應(yīng)力束控制張拉應(yīng)力，初步估計預(yù)應(yīng)力鋼束在跨中截面的平均應(yīng)力損失為控制張拉應(yīng)力的20％，則有效預(yù)應(yīng)力為80％的控制張拉應(yīng)力，即，