完整版（2022年）道桥毕业设计论文—预应力混凝土空心板桥设计.docx

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1、完整版（2022年）郑州航空H业管理学院毕业论文（设计）届十木工程（道路与桥梁方向）专业班级目预色力混蹄十空心板桥段计师讲号称学取姓名指导教师年五月十五日内容摘要预应力混凝土空心板在我国桥梁建筑上占有重要的地位，在目前，对于中小跨径的的永久性桥梁，都在尽量采用预应力混凝土空心板桥，因为这种桥梁具有就地取材，工业化施工，耐久性好，适应性强，整体性好的优点。从而决定了本设计中桥型的选择，整个的计算方法。本文对一个220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

2、的拟定，主要参考了桥涵规范及相关范例；利用较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10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。本次设计的内容主要包括：空心板、盖梁、桩柱三大部分的设计与计算。分别先后完成几何尺寸设计、荷载组合计算、钢筋配置及验算、预应力损失计算、裂缝及变形验算、持久和短暂状态应力验算等具体项目，每一部分都有详细、精确的计算过程。本次设计成果有：计算书和配套施工图纸。关键词预应力；空心板；盖梁；桩柱DesignofPre-stressedConcreteHollowSlabBridgeShuangzhenyiTutor:Zhang

3、DayingAbstractPrestressedconcretehollowslabbridgeconstructioninChinaoccupiesanimportantpositioninthesmallspanpermanentbridges,areasfaraspossiblePrestressedConcreteHollowSlab,becausethebridgewithlocalmaterials,industrialconstruction,durability,adaptability,integrityadvantages.Todeterminethedesignofth

4、ebridgetypeselection,theentirecalculationmethod.Inthispaper,a20-meterpre-tensionedprestressedconcretehollowslabsimplysupportedbridgedesignchecking.Theintendedsizeoftheupperpartofthebridgestructure,theloadinternalforceswascalculated,andthemaincomponentsofstrengthultimatelimitstateandserviceabilitylim

5、itstatechecking.Amongthem,theintendedsizeoftheupperstructure,themainreferencebridgesandculvertsspecificationandexamples;hingeplatemethodandtheleverprinciplemethodtosolvethelateraldistributioncoefficientandreferenceexample10hollowboardpacket,whichcanlook-uptabledrawhorizontaldistributionofline,andthe

6、nobtainthelateraldistributioncoefficient.Thisdesignscontentmainlyincludes:Spatialcore,GeLiang,pilethreemajorpartdesignsandcomputation.Doesthingsinorderofimportanceandurgencycompletesthegeometrysizedesign,theloadcombinationcomputation,thesteelbardispositionandthecheckingcalculation,thelossofprestress

7、computation,thecrackandthedistortioncheckingcalculation,lastingandtheshortconditionstresscheckingcalculationandsoonspecificitems,eachparthasindetail,theprecisecomputationalprocess.Thisdesignachievementincludes:Accountbookandnecessaryconstructionblueprint.KeyWordsPre-stressed;Spatialcore;Capbeam;Pile

8、第一章桥梁设计概况-1-1.1 地貌及标IwJ1.1.2 水文11.3 地质11.4 跨径及桥宽.1.1.5 设计荷载2.1.6 材料2-1.6.1 .混凝土.2-1.6.2 钢筋2-1.6.3 ,板式橡胶支座.2-1.7 施工工艺.2-1.8 结构尺寸2.1.9 设计依据和参考书.3.第二章方案比选.4.第三章上部结构计算.5.3.1主梁截面几何特性计算.5-第四章作用效应计算.6.4.1 永久作用效应-6-4.2 可变作用效应.7-4.3 内力组合效应13.第五章预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置5.1预应力钢筋数量的估算-16.52预应力钢筋的布置.18-5.3普通钢筋数量的估算和布置

9、-18-第六章主梁截面换算特性计算.20.6.1 中板-20-6.2 边板-22-第七章主梁截面强度及应力验算.237.1 正截面强度计算-23-7.2 斜截面强度验算-24-第八章预应力损失计算.2981锚具变形、钢筋回缩引起的应力损失。12-29-8.2 加热养护引起的损失l3-29-8.3 预应力钢筋松弛引起的损失15-29-8.4 混凝土弹性压缩引起的应力损失i4-30-8.5 混凝土收缩徐变引起的应力损失i6.31-8.6 预应力损失组合_35-第九章正常使用极限状态计算.37-9.1 正截面抗裂性验算-37.9.2 斜截面抗裂性验算.38-第十章空心板变形计算.42-10.1 正常

10、使用阶段的挠度计算.42.10.2 预加力引起的反拱度计算及预拱度设置.43-第十一章持久状态应力验算,46-11.1 跨中截面混凝土法向压应力验算.46-11.3 斜截面主应力验算,47-第十二章空心板截面短暂状态应力验算.52-第十三章最小配筋率复核.58-第十四章桥梁下部结构的计算.60-14.1 盖梁-60-14.2 桩柱计算71致谢.79-预应力混凝土空心板桥设计班级：1109952学号：41姓名：双振毅指导老师：张大英讲师第一章桥梁设计概况1.1 地貌及标该大桥址位于地势平坦地区，河床淤泥顶标高-0.25m,常年水位标高0.8m,桥面顶标高5.2mo地基土上层为硬塑粘性土，下层为中

11、密细砂夹砾石。1.2 水文该区域为淮河上游支流汇水区域，是东部地区地表水必经水道。该处河道比降较小，水流缓慢，对河床冲刷较小，桥墩对水流影响很小，不影响行洪。1.3 地质该处位属河流冲积平原地貌，地质构造不发育，岩土层分布较均匀，岩体主要是寒武系石灰岩层，自上而下为：杂填土、黏土层、粗砂层、石灰岩层，地质稳定适合本桥建设；设计考虑石灰岩为持力层，河道内桩基基本没有土层，考虑桥墩的稳定，要求嵌岩深度大于桥规的规定。1.4 跨径及桥宽本设计为两等跨预应力混凝土空心板桥。标准跨径:主梁全长:计算跨径:20m ;19.96 米;19.5 米；桥宽:净一9.0+20.75m1.5 设计荷载2公路I级；人

12、群荷载3.5kNm1.6 材料1.6.1 .混凝土采用C50混凝土浇注预制主梁，栏杆和人行道板采用C30混凝土,C30防水混凝土和沥青混凝土磨耗层；较缝采用C40混凝土浇注，封锚混凝土也使用C40;桥面连续采用C30混凝土。1.6.2 钢筋普通钢筋主要采用HRB335钢筋，预应力钢筋为钢绞线。1.6.3 ,板式橡胶支座采用三元乙丙橡胶，采用耐寒型，尺寸根据计算确定。1.7 施工工艺预制预应力空心板采用先张法施工工艺1.8 结构尺寸空心板的横断面尺寸见图所示:项制中板预制边板图11空心板截面构造及尺寸（尺寸单位：cm）上部构造尺寸如下图：-ft.f-Hm.5-(65+77)30.5=5806Cm

13、2(边版)2.质心A1ya-7055-5+35=103852.5-22B，2卜山30+卜5；12I3.?=166.66（对于圆心横轴：向下为正，向上为负）ya=4157cm故曲下缘为40.43cm两边转缝对圆心轴的距离三z三66015cm11003.空心板毛就面对质心惯性矩103853z0zW42I1=+10385(4.57-2.5)-1100-(0.154.57)304.571264=4.11945x102(n)(中板)I2=4.917810(m4)空心板截面的抗扭刖(S可简化为下式的单向截面来近似计算：Zlh2h2It=-=5.91181210m42+2+型-9-第四章作用效应计算4.1

14、永久作用效应1）空心板自重（第一阶段结构自重）g1g=0.483m326kN/m3=12.588（kN（中板）=X91 0581 26kN3 =m）（边板）m 15.106（kN2）桥面系自重（第二阶段结构自重）X人行道及栏杆重力平均分布于各板上弓拦杆：5kNm2IkNI10X=桥面铺装，沥青混凝土:0.1=1.04232.392kN/m混凝土:0.121.04253.12kNm=Z=+=较缝自重：0.118526kNm3.081kNm=Z=+=3）恒载自重g=/ggi12.5883.085.51122.178（kNs）（电橱）_a=孕=9日发1063.085.51124.696（kN/m）（

15、边板）L=19.5mMxVxV=gU2图4.1恒载内力计算图式由此可计算简支空心板永久作用(自重效应)计算结果如下表4.1永久作用效应汇总表作ffl类型作用gi(kNm)计算跨径(m)计算效应M(kN.m)作用效应V(kN)g中理09山板23.6385&在,5的中隔2)板1/4K鸭32g潸支点%)板1/4K昵避板跨中板板1002.4在24751.826842.66205.620,512.8115.2O辿O4.2可变作用效应本示例汽车荷载采用公路I级荷载，它由车道荷载及车辆荷载组成，车道荷载qk=10.5kNm和Pk=118O+(汨-侬(19.55)=238(kN)的集50-5中荷载组成。而在计

16、算剪力效应时，集中荷载标准值pk应乘以1.2的系数,即计算剪力时pk,=1.2pk=1.2238=285.6(kN)按桥规车道荷载的均布系数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，多车道桥梁还要考虑多车道折减，本示例布置双车道不折减.1)荷载横向分布系数计算（1）支座处的荷载横向分布系数m的计算（杠杆法）支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。首先，绘制横向影响线图，在横向影响线上按最不利荷载布置，根据对称性，只需计算1、2、3、4、5号板的荷载横向分布系数即可。1号板：汽车：人群：moq=21=20-2346一=0.1173=1.

17、188Y=T一卜-U图4.21-2号板支点处横向分布影响线预制板间采用企口缝连接，所以跨中的荷载横向分布系数按较接板法计算。首先计算空心板的刚度系数Y：2EIb25.8,b24GlIItI其中1=5.1047910-2(m4)b=104cml=19.5m.,5,8411945fL,O1155.9118121O-19.5.;综上，从VV梁桥工程中的狡接板荷载横向分布影响线用表(附表I)中查表9-1,9-2,9-3,9-4,在y=0.01和y=0.02内插求得y=0.0162时1号至4号板在车道荷载作用下的荷载横向分布系数值。计算结果如下图4.3所示(3)支点到L/4处的荷载横向分布系数支点到L/

18、4处的荷载横向分布系数按直线内插法求得，计算结果汇总如下表4.2.表4.2横向分布系软汇总表有载类别1号2号3号4号5号汽车0.23460.17310.23650.50.23590.50.23080.50.22070.5人群0.24211.1880.16500.13300.11100.0910(4)荷载横向分布系数沿桥跨的变化在计算荷载的横向分布系数时，通常用“杠杆原理法”来计算荷载位于支点处的横向分布系数m,而用其它的方法来计算荷载位于跨中的横向分布系数me,这是因为荷载在桥跨纵向的位置不同，对某一主梁产生的横向分布系数也各异。位于桥跨其它位置的荷载横向分布系数的处理方法是：方法一，对于无中

19、间横隔梁或仅有一根中间横隔梁的情况，跨中部分采用不变的me,从离支点1/4处起至支点的区段内me呈直线形过渡；方法二，对于有多根内横隔梁的情况，me从第一根内横隔梁起向n直线过渡。依据公路桥涵通用规范规本设计跨中采用不变的m,从离支点L/4处起至支点的区段内mx呈直线过渡的方法计算，如图4.3所示。4号板5号板人群图4.3各板横向分布系数沿桥跨方向变化图(1)冲击系数的计算公除桥涵设计通用规范(JTGD602004)第4.3.2规定，汽车I=,I冲击系数的台算采用以结构基频为主要影响因素的计算方法，对于简=X=X-=支梁桥，结构频率f可采用下式计算=fElCf2l2mCI=X=X、42中板EC

20、3,4510MPa,Ic4,11945IOm4,I19.5m,R=m1346.9kgm,分别代入公式：f3.1423.451014,11945W29.814.436Hz中2219.51231.91.5Hzf中14HZ,所以有规0.1767In4.7230.01570248(通用范(JTGD602004)4.3.2)所求有l+=1248(2)按通用规范(JTGD602004)第4.3.1规定，公路一I级车道荷载的均布荷载标准值为q105KNmo集中荷载标准值内插为：一=-X+=PJ19.5x5)360180180238KN=50$人群荷载：qr0.753.02.63KN/m=C计算弯矩所用公式为

21、：MQlK(EqkkrnPky)Mq2kmiqrr1号板：=(+%(+Q)1./2截面(图+)y(X+j=弯矩fc=+=Mqik1mcpkykqk-XXXX-Y-19500.23460.17310.1731公路-I级1.1880.24211.1880.2421人群+)=+-图4.4跨中截面弯矩剪力2)剪力-IQ1Vqik=1+Mmcpykqft.2480.2346285.60.510.52yo0.5249.3kNx=XXXX+XX-XXX=X+XVqik(1)Vq1k1.24849.361.526KN19.51286kN19 5(1.188 0.2346)41951Vq2k0.23462.25

22、0.5220.23465.4840.50.9534332同理，可J人得到2、3、4、5号板的跨中截面、L/4截面、支点截回的es11三tlJ9Ti-*pLSjW支2:3tqo表4.34F板活载内力*傩值板号荷载类别坦（KN.m力(KN)支点L/4L/2女总L/4L/2汽车U.UUJb4.44bb.b2yi.uy.b49.3U1人擀0.0018.8425.099.2552.8951.286汽车0.00381.4148975216.1580.2249.70人挑0.0018.9925.293.6202.9181.2962汽车0.00380.51488.51216.0980.0149.58人利0.00

23、18.9425.232.9182.9111.293汽车0.00372.85477.95215.5978.2848.513人擀0.0018.5324.682.4352.8481.265汽车0.00357.67457.03214.5974.8646.38、人科0.0017.7223.60-23-1.9962.7231.209图4.5L/4截面弯矩剪力图4.6支点截面弯矩剪力公路-ID.234C1.1881.1880.24210.24210 2421人群I Vl-Tt1180.242102340.17310.2346L7310 2346D=1.0Us=9 75人群54.3内力组合效应公路桥涵结构设计

24、按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合。1 .承载能力极限状态效应组合(组合结果见表2.4)Md=I2,Mq+1.4-(1+),Mqiko.8、.4.Mqzk=+X+Vd1.2Vgk1.4(1)Vqik0.81.4Vq2k2 .正常使用极限状态效应组合(1)=作用短期效应组合MStf=MG0.7M(5KMq2KVSdVgk0.7Vq1kVq2K组合结果见表4.4o=+(2)作用长期效应组合=+MldMGK0.4Mq1k0.4Mq2kMdVGK0.4Vqik0.4Vq2k组合结果见表2.4表4.4空心板空板内力组合:穹矩（KNrn前力，KN序号荷载情况支点L/4L/2支点L/4U2

25、1号板基本组合0.001539.7932056.598415.45079.57470,4762号板基;3号板基:组合K组合0.001450.9961917.91553.48080.21871.0360.001446.8581912.346552.61280.14570.8964号板基本组合0.001434.1651895.126551.37578.28569.375号板基本组合0.001411.1211863.806549.49674.86066.3041号也(1001539.7932056.538415.45079.57470.476控制设计的计算内力5-S1411.1$11863.8)65

26、49.49674.860166.304表4.5短期效应组合表序号荷载情况鸾矩(KNm)支点剪力（KN）1./4L/2支点U4L/21号板恒载总重O842.661123.54230.47115.2350恒0842.661123.54230.47115.23500.7*汽0255.318340,07464.2655.69934.51人016.0425.189.2552.8951.3短期组合01063.2821421.215291.215162.76028.9525号板恒0751.831002.43205.68102.8400.7*汽0250.369324.996150.2252.40232.48人

27、07.319.732.02.7321.2短期组合0869.3921272.573275.262147.55215.352表4.6长期效应组合表卜号荷载情:E矩(KNm)剪力（KN）1号板况恒载总支点L/4L/2支点U4U2重0842.661123.54230.47115.2350恒0842.661123.54230.47115.23500.4*汽0145.896194.32836.7231.82819.720.4人匕郎始06.41610.0723.7021.1580.525号板仅期UI0965.981289.32263.595141,89616.321TTTSCc衿0751.831002.43

28、203.68102.840%il0.42人口000143.068869.3922.9243.8921155.133.89285.84275.2620.829.944127.9231.08918.5615.3520.48第五章预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置5.1预应力钢筋数量的估算本示例采用先张法预应力混凝土空心板构造形式。设计时它应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求，例如承载力、抗裂性、裂缝宽度、变形及应力等要求。在这些控制条件中，最重要的是满足结构在正常使用极限状态下的使用性能要求和保证结构在达到承载能力极限状态时应具有一定的安全储备。因此，预应力混凝土桥梁设计时，一般情况下，首

29、先根据结构在正常使用极限状态下正截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量，再由构件的承载能力极限状态要求普通钢筋的数量。本示例以部分预应力A类构件设计，首先按正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预应力Npe.按公预规6.3.1条，A类预应力混凝土构件正截面抗裂性是控制混凝土的法向拉应力，并符合以下条件：-在作用短期效应组合下，应满足“R7九要求。式中：a一在作用短期效应组合MSd作用下，构件抗裂验算边缘混凝土的法回拉应力；PC-构件抗裂验算边缘混凝土的有效预压应力。在初步设计flSt和PC画按下羽脍式近似计算：式中：A-构件毛截面面积；eP-预应力钢筋重心对毛截面重心轴的偏心距，vPyaP

30、,aP可预先假定。MSd o.7OftkN Wyo1 pA Io则所需预应力钢筋截面面积 AP为：NpeApcon代入stpc0.7Of侬即可求得满足部分预应力A类构件正截面抗裂性要求所需的有效预加力为：0.70fftNWpe1epAI0式中：ftk一混凝土抗拉强度标准值。本示例是以边板为例，预应力空心板采用C50,ftk=2.65MPa,MSd1421.22kNmoMsdMSdy1421.220.4362412.61MPaW|4.917812W212.610.702.652100.585kN10.38410.43624125.806W4.917810式中：COn预应力钢筋的张拉控制应力全部预

31、应力损失值，按张拉控制应力的20%估算。本示例采用1x7股钢绞线作为预应力钢筋，直径15.2mm,公称截面面积139mm2,fpk=1860MPa,fpd=1260MPa,Ep=1.9&hf=112mm且Xbh00.4810324mm-说明中和轴在腹板内T可用下式计算所需钢筋面秩As:AJc(bfb)hf1.022.4(1034.8)11.257.03mm28=fy=300再补选一根17股钢绞线，,15.2钢绞线，即至此AP161392224m满足要求。普通钢筋按构造配置且普通钢筋布置在空心板下缘一排(截面受拉边缘)，沿空心板跨长直线布置。钢筋重心至板下缘40mm处，即as=40mm.第六章主

32、梁截面换算特性计算6.1中板由前面计算已知空心板中板毛截面的几何特性。中板毛截面面积2A=5679cr11毛截面重心轴至1/2板高的距离d=21mn(向下),毛截面对其重心轴惯性矩1=5.10479X1Cr前1.换算截面面积CXep喑=1.95乂10(3.45104)=5.65C=+X2跨中截面：A。ac(EP1)Ap=482900+(5.65-1)2224=493241.6mm；/=+X24截面：AoAcs1Ap=482900+(5.65-1)13914=491948.9mm；支点截面:A0a(epI)AP=482900%5.65-1)1394=485485.4mm02.换算截面重心位置=X

33、XX预应力钢筋换算截面对空心毛截面重心的净距为：吟中截面：S0(ep1)A.(yap)=(5.65-1)2224(425-21-40)/isQfu-)x三XXX=3764342.4mm=-XX4截面：S0(ep1)Ap(yxap)=(5.65-1)13914(425-21-40)2=3293799.6mm=2支点截面：S0(EP1)Ap(yxap)=4.651394364=941085.6mm/=一=二换算截面到毛截面重心的距离d0F跨中截面：do0I截面：AOds03764342.4493241.67.63mm40AO3293799.6491948.96.70mm支点截面：Sdo0A0941

34、085.6485485.41.94mm因此，换算截面重心至下缘距离和预应力钢筋重心的距离：跨中截面：y0x=425-21-7.63=396.37mm,ep0=yOxap=396.37-40=356.37mm/=一I4截面y0=397.3mm,ep0y0xap=357.3mm支点截面：y0x=402.06mm,ep0NOXap=362.06mm换算截面重心至上缘距离：跨/中截面：ys=425+21+7.63=453.63mm4截面：y0s=425+21+6.70=452.7mm支点截面：y0s=425+21+1.94=447.94mm=+3 .换算截面惯性矩I0XX跨中截面：22/10ICACdo(EPI)App0=41194.5106+4829007.632+(5.65-1)2224356.372=4.253610mmId截面：I=4.237110 4 截面：=1.066 108mrimm4 0104支点截面：10=4.15351Omm换算截面弹性抵抗矩下缘:跨中截面:Woxlo=4.2536101396.37=1.073XIOmrfi/y仇支点截面：Wox=1.033X1Cfmrfi上缘：跨中截面：WoSlo=4.2536101453.63=0.93768X108mrYsl4截面：Wos=O.93596X108m