先张法预应力混凝土空心板简支桥的设计

摘要

　　本文对一个 4×20 米先张法预应力混凝土空心板简支桥进行了设计验算。

　　文章拟定了桥梁的上部结构尺寸，对荷载内力进行了计算，并且对主要构件进行了强度承载能力极限状态和正常使用极限状态验算。其中，上部结构尺寸的拟定，主要参考了桥涵规范及相关范例；利用铰接板法和杠杆原理法求解横向分布系数，并且参考相关范例对 12 块空心板进行了分组，从而可以查表得出横向分布影响线，进而求得横向分布系数。

　　文章对于桥梁中板进行了内力验算，强度验算。考虑到时间和能力的缺欠，只能中板进行了配筋。但在钢束位置校核及预应力损失估算部分则选择了一块较为安全的板计算。本结构对于各种验算均满足要求。

　　在设计验算的过程中，主要参考了《公路桥涵设计通用规范》，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》及《结构设计原理》。

　　关键词：预应力、混凝土、简支梁、空心板

空心板的构造图

Abstract

　　This paper focuses on the design and checking of a first-tensioned prestressed concrete simply-supported hollow slab4×120m bridge.

　　The  article  prepared  by  the  upper  bridge  structure  size,  the  stress  of  the  load calculation, and the main component of the strength bearing capacity limit state and the use of normal limit state checked. Within this total, the size of the upper structure of the formulation, the main reference to the bridge specifications and related practices; use hinged plate and lever principle method horizontal distribution coefficient, and reference to  relevant  examples  of  hollow  plate  12  for  the  group,  which  can  draw  Lookup horizontal distribution lines, which generates the horizontal distribution coefficient.

　　The article for the bridge plate for checking the internal force, strength calculation.

　　Taking into account time and capacity deficiencies, which can only be a reinforcement plate.

　　But the steel beam position checking and prestressed estimated losses partly chose a moresecure plate. The structure for the various checking can meet the demands.

　　Checking the design process, the main reference to the "highway bridge designcommon norms," "Highway reinforced concrete and prestressed concrete bridge designcode" and "structural design principle".

　　Key Words:Prestressed; Concrete; Simply-supported; Hollow Slab

目录

　　1 设计资料及主要指标确定

　　1.1 设计资料

　　1.1.1 桥面跨径及桥宽标准

　　跨径：本方案确定为标准跨径 20m 的多跨预应力混凝土空心简支板。

　　主梁全长：伸缩缝去 4cm,梁长 19.96m.

　　计算跨径：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（以下简称《公桥规》规定，板的计算跨径取相邻两支承中心间的距离，毕业设计取为 19.3m.桥面净空：根据毕业设计的使用任务和性质，并参考《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）（以下简称《通用规》），毕业设计中，桥梁的横向布置确定为：净-

　　1.1.2 设计荷载

　　根据线路的等级，荷载等级确定为：

　　设计荷载：公路-I 级。

　　1.1.3 材料及工艺

　　空心板、绞缝混凝土强度等级为 C50,普通钢筋采用 HRB335 和 HPB235 钢筋。预应力钢筋采用  ASTM  A416-90a  标准的高强度低松驰钢绞线（松弛率  3.5%），规格为F  15.24 mm ,公称面积  140 mm  ,A=1860MPa.预应力锚具可采用柳州厂的  OVM  锚具及其成套产品，纵向预应力管道采用渡锌波纹圆管。桥面铺装为 10cm 厚 C50 整体化混凝土和 9cm 厚沥青混凝土。

　　1.1.4 设计依据

　　1.《公路桥涵设计通用规范》（JTG    D60-2004）；2.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG    D62-2004）；3.《公路工程技术标准》（JTG    B01-2003）。

　　1.2 构造布置

　　1.2.1 预制板的截面构造及尺寸

　　预制板中梁和边梁的截面构造及尺寸参见下图 2

　　1.2.2 全桥的横截面构造及尺寸

　　全桥宽采用 20 块 C50 的中板和 4 块 C50 的边板预制预应力混凝土空心板，每块中板宽 99cm,高 85cm,边板宽 137cm,高 85cm;空心板全长 19.96m;桥梁横断面图见图 2.采用先张法施工工艺，以应力钢筋采用 1×7 股钢绞线，直径 15.24mm,公称面积5140 mm2  , f pk =1860MPa, f pd =1260MPa, E P =1.95×10  MPa.预应力钢绞线沿办跨长直线布置。C50 混凝土空心板的 f ck =32.4MPa, f cd =22.4MPa, f tk =2.65MPa,f td =1.83 MPa.

桥梁横断面形式



桥型布置图


中板钢筋的布置

　　2板的毛截面几何特性计算
　　2.1预制板的截面几何特性
　　2.2毛截面几何特性
　　2.3成桥阶段板梁的截面几何特性

　　3板的内力计算
　　3.1荷载横向分布系数计算
　　3.1.1支座处的荷载横向分布系数m0的计算
　　3.1.2跨中荷载横向分布系数mc的计算
　　3.1.3荷载横向分布系数汇总

　　3.2荷载内力计算
　　3.2.1恒载内力计算
　　3.2.2活载内力计算
　　3.3作用效应组合

　　4预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置
　　4.1估算预应力钢筋面积
　　4.2预应力钢筋的布置
　　4.3普通钢筋数量的估算及布置
　　5换算截面几何特性计算

　　6承载能力极限状态计算
　　6.1跨中截面正截面抗弯承载力计算
　　6.2斜截面抗剪承载力计算
　　6.2.1截面抗剪强度上、下限复核
　　6.2.2斜截面抗剪承载力计算

　　7预应力损失计算
　　7.1锚具变形、回缩引起的应力损失s2l.
　　7.2加热养护引起的温差损失s3l.
　　7.3预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失s5l.
　　7.4混凝土弹性压缩引起的预应力损失s4l.
　　7.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失s6l.
　　7.6预应力损失组合
　　8正常使用极限状态计算
　　8.1正截面抗裂性验算

结论

　　文中计算了利用对桥面板分组的方法求解了横向分布系数，对于桥面板数大于 10的桥梁，除用正则方程求解外，均可用此法求解。

　　对于边板和中板截面形式不同的桥梁，应分别计算其截面特性，进而求解内力，并根据内力对边板和中板分别配筋。在求解横截面积和特性时，本文采用了基本的手算方法。

　　在计算边板和中板的内力时，由于基本功是一致的，只是在横向分布系数上有所不同，故计算时可以此为捷径，利用两值之比例求解。同样在计算各控制截面的净截面和换算截面的几何特性时，由于各控制截面的计算类似，可以利用 Excel 表格进行计算，大大简化了重复计算。

　　参 考 文 献
　　[1] 中交公路规划设计院主编。公路桥涵设计通用规范（JTG  D60-2004）。北京：人民交通出版社。
　　[2] 中交公路规划设计院主编。公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）。北京：人民交通出版社
　　[3] 交通部公路司中国工程建设标准化协会公路工程委员会主编。公路工程技术标准（JTG  B01-2003）。北京：人民交通出版社
　　[4] 李亚东主编。  桥梁工程概论。  成都：西南交通大学出版社，2006.2
　　[5] 强士中主编。桥梁工程。北京：高等教育出版社，2004.7
　　[6] 罗旗帜主编。桥梁工程。广州：华南理工大学出版社，2006.2
　　[7] 项海帆主编。中国桥梁。上海：同济大学出版社，1993.4 第一版
　　[8] 贾金青、陈凤山主编。桥梁工程设计计算方法及应用。北京：中国建筑工业出版社，2003
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　　[10]   黄侨、王永平主编。桥梁混凝土结构设计原理计算示例。北京人民交通出版  社，2005.12
　　[11]   叶见曙编。结构设计原理。北京：人民交通出版社，2005
　　[12]   张树仁，黄侨，鲍卫刚编。钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理。北  京：人民交通出版社，2004
　　[13]   朱慈勉编。结构力学（上册）。北京：高等教育出版社，2005
　　[14]   朱慈勉编。结构力学（下册）。北京：高等教育出版社，2005
　　[15]   王铁成编。混凝土结构（上册 混凝土结构设计原理）。北京：中国建筑工业出  版社，2005
　　[16]   刘鸿文编。简明材料力学。北京：高等教育出版社，2003
　　[17]   张立明， 韩清丽， 王晓峰主编 AutoCAD  2006 道桥制图。北京-人民交通出版社，2006
　　[18]   王丽荣主编。桥梁工程。北京：人民交通出版社，2005 年 9 月第一版
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　　[20]    S.  Yuyama,  K.  Yokoyama,  K.  Niitani,  M.  Ohtsu,  T.  Uomoto.  Detectionand evaluation of failures in high-strength tendon of prestressed concrete bridges by
　　acoustic emission. Construction and Building Materials. 21 （2007） 491-500
　　[21]    Ian  N.  Robertson.  Prediction  of  vertical  deflections  for  a  long-span  prestressedconcrete bridge structure. Engineering Structures 27 （2005） 1820-1827

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