摘 要

本设计为漳河大桥主梁的设计计算，根据桥址情况，结合当地气候环境和地质情况，本着以经济、安全、适用、美观为原则， 通过对预应力混凝土空心板桥、预应力混凝土剪支T梁桥和梁拱组合体系桥三种桥型的比选，最后选取桥梁为三跨预应力剪支T型梁桥，沿跨中对称布置。主梁采用预应力T型梁，可以减轻桥梁自重，提高承载力，施工采用预制法。

设计内容主要包括首先根据规范选择桥梁的各部分尺寸，计算截面特性，分析受力情况，计算恒载和活载作用下的内力组合。其次根据设计规范及受力要求，计算出钢束的数量及在各典型截面的参数，布置预应力钢筋和非预应力钢筋，并用CAD画出钢束布置图。再次计算出各截面钢束预应力的损失值。最后根据规范分别进行极限状态验算，抗裂性验算，持久状况和瞬时状况的应力计算，检验是否符合要求。

关键词：预应力混凝土结构；预应力钢筋；剪支梁桥；T型梁；

Abstract

This design is the design calculation of the main beam of the Zhanghe River Bridge, According to the situation of the bridge site, combined with the local climate and geological conditions, based on the principles of economy, safety, application and beauty, Through the comparison of three types of bridges of prestressed concrete hollow slab bridge, prestressed concrete sheared T-beam bridge and beam-arch combination system bridge, the bridge is selected as three-span prestressed shear-supported T-beam bridge, which is symmetric along the span. Arrangement. The main beam adopts prestressed T-beam, which can reduce the self-weight of the bridge and improve the bearing capacity. The prefabrication method is adopted for the construction.

The design content mainly includes selecting the dimensions of each part of the bridge according to the specification, calculating the section characteristics, analyzing the force condition, and calculating the internal force combination under the action of dead load and live load. Secondly, according to the design specifications and the requirements of the force, calculate the number of steel bundles and the parameters of each typical section, arrange the prestressed steel bars and non-prestressed steel bars, and draw the steel beam layout drawing with CAD. The loss value of the prestress of each section of the steel beam is calculated again. Finally, according to the specification, the ultimate state carrying capacity limit state bearing capacity check, the permanent state normal use limit state crack resistance check, the permanent state component stress calculation, and the transient condition stress calculation, the test is sufficient to meet the specifications and design requirements.

Key words: prestressed concrete; prestressed steel bar; T-beam; shear-supported beam bridge.

目录

第1章 绪论 1

1.1 预应力混凝土简支梁桥概述 1

1.2 设计标准 1

1.3 漳河大桥桥址介绍 1

1.4 基础资料 2

1.4.1 气象 2

1.4.2 工程地质 2

1.4.3 水文地质条件 2

1.4.4 地震动参数 2

1.5 不良地质 2

第2章 方案比选 3

2.1 初拟桥型方案 3

2.2 方案一：三跨预应力混凝土空心板桥方案 3

2.2.1 桥型介绍 3

2.2.2 尺寸拟定 3

2.2.3 施工方案设计 4

2.3 方案二：预应力混凝土简支T梁桥 4

2.3.1 桥型介绍 4

2.3.2 尺寸拟定 4

2.3.3 施工方法设计 5

2.4 方案三： 梁拱组合体系桥 5

2.4.1 桥型介绍 5

2.4.2 尺寸拟定 6

2.4.3 施工方法设计 6

2.5 方案比选 6

第3章 预应力主梁设计计算 8

3.1 设计资料 8

3.2 主梁构造布置及尺寸 9

3.3 横隔梁的设计 11

3.4 主梁全截面几何特性 11

3.4.1 支点截面几何特性计算 13

3.5 内力计算 14

3.5.1 恒载内力计算 14

3.6 活载内力计算 16

3.6.1 荷载横向分布系数 16

3.6.2 均布荷载和内力影响线面积计算 18

3.6.3 计算冲击系数 20

3.6.4 跨中弯矩、剪力、l/4截面弯矩、剪力计算 21

3.6.5 计算支点截面汽车荷载最大剪力 22

3.7 内力组合 23

3.7.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合计算 23

3.7.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合 23

第4章 钢筋面积的估算及钢束布置 26

4.1 预应力钢筋截面积估算 26

4.2 预应力钢束的布置 27

4.2.1 跨中截面及锚固端截面的钢束位置 27

4.2.2 钢束起弯角度和线形的选定 30

4.2.3 钢数计算 30

4.3 非预应力钢筋面积估算及布置 33

4.4 计算主梁截面几何特性 34

第5章 钢束预应力损失 36

5.1 预应力钢束与管道壁间的摩擦损失 36

5.2 锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失计算 36

5.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失计算 38

5.4 预应力钢筋由于应力松弛所引起的预应力损失值 40

5.5 混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失计算 40

第6章 主梁截面承载力与应力验算 43

6.1 持久状况承载能力极限状态承载力验算 43

6.1.1 正截面承载能力验算 43

6.1.2 斜截面承载力验算 46

6.2 持久状况正常使用极限状态抗裂性验算 50

6.2.1 构件的正截面抗裂性验算 50

6.3 短暂状况的正应力验 52

6.3.1 短暂状况的正应力验算 52

6.4 持久状况构件应力计算 52

6.4.1 截面混凝土的正应力验算 52

6.4.2 持久状况下预应力钢筋的应力验算 53

参考文献 55

致 谢 56

绪论

预应力混凝土简支梁桥概述

预应力混凝土有是一种新型混凝土材料，有下列优点：（1）能够节约建筑用材，降低使用材料的费用；（2）安全可靠，并且明显降低造价；（3）后期养护费用较低，行车过程中噪声小；（4）能显著提高耐久性，降低建筑高度和减轻自重，在中小跨径桥梁中有非常明显的优势，它是主要承重结构的桥梁。

设计标准

（1）上部结构：全桥采用3x15m预应力混凝土空心板梁，桥面结构为100mm厚的C40混凝土在施工时进行现浇和100mm厚的沥青混凝土进行桥面的铺装。

（2）下部结构：桥墩选用半径0.6m钻孔灌注桩，1.0m墩柱（双柱），桥台桩基采用半径为0.6m（双柱）钻孔灌注桩。

（3）桥面宽度：550cm=50cm防撞栏杆 450cm机动车道 50cm防撞栏杆。

桥梁纵坡: 纵坡为；

（4）；

（5）桥面铺装： 柔性材料的防水层 厚的现浇层；

（6）设计荷载：公路—II级；

（7）桥梁设计基准年：100年；

（8）地震基本烈度：桥址区地震动峰值加速度为小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s ，基本烈度小于Ⅵ度，按Ⅶ度设防。

漳河大桥桥址介绍

漳河大桥所属辖区为湖北省鄂州市，根据设计资料及设计要求，漳河大桥的平面为直线型，桥梁的中心线方向和水流方向成90°夹角，即两线相互垂直；桥梁全长45.08米，桥面板上的材料表层为普通的沥青混凝土层，基层为得混凝土现浇层。立面部分位于竖直线上，纵坡为1.0%。墩台中心线平行布置，全桥设1.5%的单向横坡。

基础资料

气象

漳河大桥大桥位于鄂州市葛店镇大湾境内，所经地区主要属冲积平原及湖区，零星分散有丘陵，海拔15-50m。本区四季分明，年平均气温17摄氏度，最高40.7℃，最低-12℃，降雨量年平均为1241mm，无霜期266天。

工程地质

根据区域资料及地质调绘，本区自古生代以来经历多次构造运动，褶皱、，新中原构造复合在淮阳山字型构造上。根据实地勘测得到的资料，依据最新的公路基础规范，根据桥址所在地区的地基层的材料，查阅规范可得各地基岩土层承载力（）及桩周土极限摩阻力（）的大小如下表1.1所示：

表1.1岩土工程设计参数建议值

水文地质条件

根据勘测资料可知，桥址所在地区地下水类型为上层滞水，其主要赋存于上部的填土层中，其补给来源主要为大气降水及河水。在勘查期间测得地下水静止水位埋深为3.1-3.3m。

地震动参数

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），湖北省鄂州市抗震设防烈度属六度区，桥址区属Ⅱ类建筑场地，设计基本地震加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期T=0.35s。

不良地质

拟建桥址处岩土种类简单，没有需要经过特殊处理的土层，没有溶洞、泥石流和地面沉降等不良地质状况，场区范围内没有活动性断裂通过。

方案比选

初拟桥型方案

据实际地形和地质条件，结合设计资料，参考当地的施工条件和已建成的类似桥梁，可以初步拟定下面的三种方案：

• 三跨预应力混凝土空心板桥方案
• 预应力混凝土简支T梁方案
• 梁拱组合体系桥方案

方案一：三跨预应力混凝土空心板桥方案

桥型介绍

预应力混凝土简支空心板桥一种比较常用的桥梁结构形式，其属于静定结构体系。在各种荷载作用下，主梁的受力明确，所需主梁截面尺寸较小，结构抗弯抗扭性能好。可采用顶推法、逐跨施工法、预制安装法施工等施工方法，充分应用预应力技术的优点使施工过程机械化，生产工厂化，质量有保障化

尺寸拟定

（1）桥跨布置

采用三跨简支梁，三跨采用等跨布置，初步确定桥跨布置为：3×15m，总长为45m.布置图如图2.1所示。

图 2.1（尺寸单位：cm）

（2）截面尺寸

参考其他已建成的类似桥梁，预先假设主梁截面的高度大小为，截面细部构造图如图2.2所示。

图2.2截面细部构造图（三跨空心板简支梁方案）（尺寸单位：cm）

施工方案设计

空心板简支梁桥的施工工艺通常情况下有满堂支架法、预制安装法等，结合漳河大桥的实地条件，选用预制安装法比较经济可行。

方案二：预应力混凝土简支T梁桥

桥型介绍

预应力混凝土是一种较为新型的钢筋混凝土材料，有以下特点：（1）先进的高强材料性能能够得到充分发挥，截面的尺寸变小，相同材料下桥梁的跨度能够得到提高，增大混凝土结构的使用范围和作用；（2）能够节约较大比例的材料，并且随着跨径的增大，节约比例也增大；（3）刚度比常规的钢筋混凝土要大，可以减少桥梁的高度，增加美观性，提高了适应性，增强了耐久性；（4）能够在各个方向上施加预应力，扩大了装配式桥梁的适用范围，并且预应力混凝土剪支T梁桥修建速度快，工期较短，所需模板支架少等优点而被大范围的运用。

尺寸拟定

（1）桥跨布置

采用三跨成桥，把每跨的距离布置成15m，其布置如图2.3所示。

图2.3桥型布置图（一跨简直T梁）（尺寸单位：cm）

（2）截面尺寸

根据已建成的类似的桥梁资料，初步拟定其截面构造图如图2.4所示。

图2.4截面细部构造图（简支T梁）（尺寸单位：mm）

（3）下部构造

从受力方面来讲，本方案所设计的桥构造与方案一所布置的桥型结构所受力的作用相同，并且其基础构造可与方案一所设计的一致。

施工方法设计

从施工上考虑，方案一所设计的桥型运用的施工方法通常有满堂支架施工法和预制安装施工法。根据实际情况，桥梁所跨域的地区有大面积的淤泥层，并且淤泥层的厚度较大，然而满堂支架施工法对地基的承载在能力要求较高，并且需要大量的模板，因此采用预制安装法施工法较为合理。

方案三： 梁拱组合体系桥

桥型介绍

拱桥是一种在我国大量广泛使用的一种桥型结构，它除了在外部形状，线性结构上有所差别，还有在受力方面存在较大差异。在承受竖向力的作用下，拱桥的支座处为了让结构保持平衡处将会产生一定大小的水平推力，基于受力方式的不同，从而拱型承载的弯矩比相同跨径的梁小很多，并且拱的受力的作用主要为轴向力，因此能够减少截面处承受的弯矩，降低截面处产生的弯矩值。而且还可以让荷载的压力作用线与构件轴线之间相互不重合，改变结构的受压形式，成为偏心受压构件，这种受力的方式能够使主拱的材料性能得到最大限度的发挥并且桥梁的跨越能力能够得到大幅度的提升。

尺寸拟定

（1）桥跨布置

本方案将桥跨布置成一跨45m，将矢跨比设置成1/5，本种方案的桥型布置如图2.5所示。

图2.5桥型布置图（梁拱组合体系桥）（尺寸单位：mm）

（2）截面尺寸

本方案采用的主拱圈截面形状为矩形，材料采用普通的钢筋混凝土材料，并且将主梁的厚度设计为厚的实心板，横梁设计的尺寸为，并且将桥梁的吊杆设置为柔性吊杆，采用的钢筋选择冷轧粗钢筋。

（3）下部结构

主拱圈基础采用群桩基础。

施工方法设计

对于梁拱组合体系桥的主要部分—主拱圈，考虑各方面因素，通常主拱圈的施工方法有悬臂浇筑法、转体施工法等，对于本次所设计的漳河大桥，考虑施工条件，选用缆索吊装拼装法。拱上面的简支T梁采用预制安装法，以缩短工期，保证质量，提高施工的效率。

方案比选

各方案的指标如表2.1所示。

表2.1各方案比较

预应力主梁设计计算

设计资料

（1）桥面跨径：

标准跨径：。

计算跨径：。

（2）设计荷载：荷载等级为公路—II级；不考虑人群荷载；依据规范结构重要性系数本设计中取。

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