A門洋）孽儻

XIAMENUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

《橋梁工程》課程設(shè)計

——裝配式鋼筋混凝土

空心簡支板設(shè)計

院系:土木工程與建筑學院

年級專業(yè):2011級道橋方向

姓名:周成

學號:1109022254

成果評定:

老師簽名:

年月日

設(shè)計總說明

1.設(shè)計資料

1.1.跨度和橋面寬度

1）標準跨徑h：21m（墩中心距）

2）計算跨徑1：20.5m

3）主梁全長：20.96m

4）橋面寬度（橋面凈空）：凈15+2x2m（人行道）+2x0.5（防撞護欄）

采納混凝土防裝護欄，線荷載為7.5kN/m,人群荷載為3.OkN/m。

1.2.技術(shù)標準

設(shè)計荷載：馬路一一1級

環(huán)境標準：I類環(huán)境

設(shè)計平安等級：二級

1.3.主要材料

1）混凝土空心板采納C50混凝土，較縫采納C40混凝土，橋面鋪裝采納

C30瀝青混凝土和C40防水混凝土，人行道板為C40混凝土。

2）鋼筋：預應(yīng)力鋼筋采納高強度低松弛7絲捻制的預應(yīng)力鋼絞線，公稱

直徑為15.20mm,公稱面積140〃加？，標準強度小=1860Mpa,設(shè)計強度加

5

=1260Mpa,彈性模量Ep=l.95X10Mpa。

1.4.設(shè)計依據(jù)與參考書

[1]《馬路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》（JTGD60-2004）.

【2】《馬路鋼筋混凝土與預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）.

[3]《橋梁工程》（其次版）.陳寶春，陳友杰，編著.人民交通出版社,

2013年10月.

【4】《橋梁工程》（其次版）.姚玲森，編著.人民交通出版社，2008年7

月.

[5]《看范例快速學習鋼筋混凝土與預應(yīng)力混凝土簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計》.

閆志剛，編著.機械工業(yè)出版社，2012.10.

[6]《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理計算示例》.趙志蒙，編著.人民交通出版社，2007

年5月.

[7]《混凝土簡支梁（板）橋》（第三版）.易建國，編著.人民交通出版

社，2006年9月.

[8]《橋梁工程上部施工技術(shù)》.滿洪高，秦漆，編著.高等教化出版社,

2012.6.

【9】《馬路橋涵設(shè)計手冊-梁橋（上冊）》，徐光輝，胡明義，編著.人民交

通出版社，1996年3月.

[10]《馬路坊工橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD61-2005）.

2.設(shè)計要點

2.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）本空心板按部分預應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計。

（2）橋面板橫坡為2%的單向橫坡，各板均斜置，橫坡由下部結(jié)構(gòu)調(diào)整;

人行道橫坡為1.5%；橋面縱坡為4%的單向縱坡，橋長小于50m,可不進行排

水孔設(shè)計，流向路面由路面進行排水。詳細見圖1。

（3）空心板斷面：空心板高度0.94m,寬度1.28m,各板之間有1cm的縫

隙。

(4)人行道板厚0.25m。

(5)橋面鋪裝：上層為0.04m厚瀝青混凝土，下層為0.08m厚防水混凝

土。

(6)施工工藝：預制預應(yīng)力空心板采納先張法施工工藝。

(7)橋梁橫斷面與構(gòu)造與空心板截面尺寸詳見圖1、圖2所示。

2.2.設(shè)計參數(shù)

(1)相對濕度80%。

(2)體系整體勻稱升溫25℃,勻稱降溫25℃。

(3)C50混凝土的材料特性：幾=32.4MPa,/^=22.4Mpa,flk=2.65Mpa,

fld=1.83Mpao

(4)瀝青混凝土重度按23kN/m3計，預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)重度按26kN/n?

計，混凝土重度按25kN/n?計。

3.計算分析要點

1)空心板截面幾何特性計算；

2)永久作用效應(yīng)計算；

3)可變作用效應(yīng)計算；

4)車道荷載效應(yīng)計算；

5)作用效應(yīng)組合；

6)預應(yīng)力鋼筋數(shù)量估算與布置；

7)承載實力極限狀態(tài)計算；

8)預應(yīng)力損失計算；

9)正常運用極限狀態(tài)計算;

10）主梁變形驗算；

11）長久狀況應(yīng)力驗算;

12）短暫狀況應(yīng)力驗算;

13）最小配筋率復核；

14）較縫計算。

書目

1.設(shè)計資

料........................................................1

1.1.跨度和橋面寬

度..............................................1

1.2.技術(shù)標

準....................................................1

1.3.主要材

料....................................................1

1.4.設(shè)計依據(jù)與參考

書............................................1

2.設(shè)計要

點........................................................2

2.1.結(jié)構(gòu)設(shè)

計....................................................2

2.2.設(shè)計參

數(shù)....................................................3

3.空心板截面幾何特性計

算..........................................4

3.1.截面面

積.....................................................4

3.2.截面重心位

置.................................................4

3.3.空心板毛截面對其重心軸的慣性矩計

算...........................4

4.作用效應(yīng)計

算....................................................5

4.1.永久作用效應(yīng)計

算............................................5

4.2.可變作用效應(yīng)計

算............................................6

4.2.1.沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)計

算..............................7

4.2.2.汽車荷載橫向分布系

數(shù)....................................7

4.2.2.1.跨中與1/4處的荷載橫向分布系數(shù)計算.................1

4.2.2.2.支點處荷載橫向分布系數(shù)計

算..........................13

4.2.2.3.支點到1/4處荷載橫向分布系數(shù)計

算....................14

4.2.3.車道荷載效應(yīng)計

算........................................14

4.2.3.1.跨中截

面16

4.2.3.2.1/4截

面............................................17

4.2.3.3.支點截面剪

力........................................18

4.2.4.人群荷載效

應(yīng)............................................19

4.3.作用效應(yīng)組

合................................................20

5.預應(yīng)力鋼筋數(shù)量估算與布

置........................................23

5.1.預應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估

算.........................................23

5.2.預應(yīng)力鋼筋布

置...............................................25

5.3.一般鋼筋數(shù)量的估算與布

置.....................................25

6.換算截面幾何特性計

算............................................28

6.1.換算截面面積

Ao...............................................28

6.2.換算截面重心位

置.............................................28

6.3.換算截面慣性

矩...............................................29

6.4.換算截面彈性反抗

矩...........................................29

7.承載實力極限狀態(tài)計

算............................................29

7.1.跨中截面正截面抗彎承載力計

算.................................29

7.2.斜截面抗剪承載力計

算.........................................30

7.2.1.截面抗剪強度上、下限校

核.................................30

7.2.2.斜截面抗剪承載力計

算.....................................32

8.預應(yīng)力損失計

算..................................................33

8.1.錨具變形、回縮引起的預應(yīng)力損失

。12?????????????????????????????34

8.2.預應(yīng)力鋼筋與臺座之間的溫差引起的預應(yīng)力損失

，3?????????????????34

8.3.預應(yīng)力鋼絞線由于鋼筋松弛引起的預應(yīng)力損失

?i5???????????????????34

8.4.混凝土彈性壓縮引起的預應(yīng)力損失

a14.........................34

8.5.混凝土收縮和徐變引起的預應(yīng)力損失

96...........................36

8.6.預應(yīng)力損失組合計

算...........................................38

9.正常運用極限狀態(tài)計

算............................................39

9.1.正截面抗裂性計

算.............................................39

9.2.斜截面抗裂性驗

算.............................................40

10.主梁變形驗

算....................................................43

10.1.正常運用階段的撓度

值........................................43

10.2.預加力引起的反拱度計算與預拱度設(shè)

置..........................44

10.2.1.預加力引起的反拱度計

算..................................44

10.2.2.預拱度的設(shè)

置............................................45

11.長久狀況應(yīng)力驗

算................................................46

11.1.跨中截面混凝土正壓應(yīng)力。kc的驗

算.............................46

11.2.跨中截面預應(yīng)力鋼絞線拉應(yīng)力％的驗

算..........................46

11.3.斜截面主應(yīng)力驗

算............................................47

12.短暫狀況應(yīng)力驗

算...............................................50

12.1.跨中截

面....................................................51

12.2.1/4處截

面..................................................53

12.3.支點截

面....................................................54

13.最小配筋率復

核.................................................56

14.較縫計

算.......................................................57

14.1.較縫剪力計

算................................................57

14.2.錢縫抗剪強度計

算61

1.設(shè)計資料

1.1.跨度和橋面寬度

1）標準跨徑％：21m（墩中心距）

2）計算跨徑1：20.5m

3）主梁全長：20.96m

4）橋面寬度（橋面凈空）：凈15+2x2m（人行道）+2x0.5（防撞護欄）

采納混凝土防裝護欄，線荷載為7.5kN/m,人群荷載為3.OkN/m。

1.2.技術(shù)標準

設(shè)計荷載：馬路一一I級

環(huán)境標準：I類環(huán)境

設(shè)計平安等級：二級

1.3.主要材料

1）混凝土空心板采納C50混凝土，較縫采納C40混凝土，橋面鋪裝采納

C30瀝青混凝土和C40防水混凝土，人行道板為C40混凝土。

2）鋼筋：預應(yīng)力鋼筋采納高強度低松弛7絲捻制的預應(yīng)力鋼絞線，公稱

直徑為15.20mm,公稱面積140〃加？，標準強度&=1860Mpa,設(shè)計強度加

5

=1260Mpa,彈性模量Ep=l.95XIOMpa。

1.4.設(shè)計依據(jù)與參考書

[1]《馬路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》（JTGD60-2004）.

【2】《馬路鋼筋混凝土與預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）.

[3]《橋梁工程》（其次版）.陳寶春，陳友杰，編著.人民交通出版社，

2013年10月.

[4]《橋梁工程》（其次版）.姚玲森，編著.人民交通出版社，2008年7

月.

[5]《看范例快速學習鋼筋混凝土與預應(yīng)力混凝土簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計》.

閆志剛，編著.機械工業(yè)出版社，2012.10.

【6】《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理計算示例》.趙志蒙，編著.人民交通出版社，2007

年5月.

[7]《混凝土簡支梁（板）橋》（第三版）.易建國，編著.人民交通出版

社，2006年9月.

[8]《橋梁工程上部施工技術(shù)》.滿洪高，秦添，編著.高等教化出版社,

2012.6.

【9】《馬路橋涵設(shè)計手冊-梁橋（上冊）》，徐光輝，胡明義，編著.人民交

通出版社，1996年3月.

[10]《馬路坊工橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD61-2005）.

2.設(shè)計要點

2.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）本空心板按部分預應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計。

（2）橋面板橫坡為2%的單向橫坡，各板均斜置，橫坡由下部結(jié)構(gòu)調(diào)整;

人行道橫坡為1.5%；橋面縱坡為4%的單向縱坡，橋長小于50m,可不進行排

水孔設(shè)計，流向路面由路面進行排水。詳細見圖1。

（3）空心板斷面：空心板高度0.94m,寬度1.28m,各板之間有1cm的縫

隙。

（4）人行道板厚0.25m。

(5)橋面鋪裝：上層為0.04m厚瀝青混凝土，下層為0.08m厚防水混凝

土。

(6)施工工藝：預制預應(yīng)力空心板采納先張法施工工藝。

(7)橋梁橫斷面與構(gòu)造與空心板截面尺寸詳見圖1、圖2所示。

4cm厚防水混廉土

圖2空心犍面細加尺寸倒(尺寸單位:Cn)

2.2.設(shè)計參數(shù)

(1)相對濕度80%。

(2)體系整體勻稱升溫25℃,勻稱降溫25℃。

(3)C50混凝土的材料特性：幾=32.4MPa,力廣22.4Mpa,flk=2.65Mpa,

f,d=L83Mpa。

(4)瀝青混凝土重度按23kN/m3計，預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)重度按26kN/m3

計，混凝土重度按25kN/m3計。

3.空心板截面幾何特性計算

3.1.截面面積

空心板截面面積為

([(3+7)x151]),

A=j128x94-82x70+4x0.5x10x10-2x-——《-------+-x7x7Jcm2

=6293cm2

3.2.截面重心位置

全截面對1/2板高處的靜矩為:

=2x0.5X7x7x(47-15-f+15x3x(47-5+0.5X4x15

X(47-|X15)]cm3=7228.667cm3

較縫的面積為:

A錢=2x(0.5x7x7+15x3+0.5x4x15)cm2=199cm2

則毛截面重心離1/2板高的距離為:

S]

d=?=—=1.15cm(即毛截面重心離板上緣的距離為48.15cm)

A6293

錢縫重心對1/2板高處的距離為:

7228.667

———-——cm=36.325cm

199

3.3.空心板毛截面對其重心軸的慣性矩計算

邊長為10cm的等腰直角三角形對自身重心軸的慣性矩為：

k=277.78cm4

錢縫對自身重心軸的慣性矩為：

44

12=2x2838.91cm=5677.82cm

空心板毛截面對其重心軸的慣性矩為：

(128x943,/82x703

I12112)

\(10\2/10\21

+2x50x(35-y+1.15J+(35-y-1.15J-199

x(36.325+1.15)2-2x2838.91jcm4=6.4408x106cm4

空心板截面的抗扭剛度可簡化為圖3所示的箱形截面來近似計算。

抗扭剛度按下式計算:

_4b2h2_4x(128-23)2x(94-12)2

cm4=13.0073X106cm4

T-2h獷2x(94-⑵2x(128-厲

j+112+23-

圖3腦抗蜩度酬計算觸代寸靴:cm)

4.作用效應(yīng)計算

4.1.永久作用效應(yīng)計算

1）空心板自重（一期結(jié)構(gòu)自重）Gi：

Gi=6293xKF,x26kN/m=16.3618kN/m

2）橋面系自重（二期結(jié)構(gòu)自重）G2：

防撞護欄：本設(shè)計采納混凝土防撞護欄，按單側(cè)7.5kN/m線荷載計算。

橋面鋪裝上層為4cm厚C30瀝青混凝土，下層為8cm厚防水混凝土，則全

橋鋪裝層每延長米重力為：

（0.04X23+0.08x25）xl5kN/m=43.8kN/m

上述自重效應(yīng)是在空心板形成整體后再加至橋上的，由于橋梁橫向彎曲變

形，各板安排到的自重效應(yīng)應(yīng)是不同的，為了便利計算，近似按各板平均安

排橋面鋪裝重量來考慮，則每塊空心板安排到的每延長米橋面系重力為：

75X2+43825X2X25

G2=-+°-kN/ni=4.7533kN/m

3）較縫自重計算（二期結(jié)構(gòu)自重）G3：

-4

G3=（199+1X94）X10X25kN/m=0.7325kN/m

由上述計算得空心板每延長米總重力：

G,=16.3618kN/m（一期結(jié)構(gòu)自重）

Gn=G2+G3=（4.7533+0.7325）kN/m=5.4858kN/m（二期結(jié)構(gòu)自重）

G=G]+Gu=（16,3618+5,4858）kN/m=21.8476kN/m

由此可計算出簡支空心板永久作用效應(yīng)，計算結(jié)果見表1。

永久作用效應(yīng)計算表

表1

作用作用集計算作用效應(yīng)-彎矩

作用效應(yīng)-剪力V/kN

種類度跨徑M/kN?m

/(kN/m)/m跨中1/4跨支點1/4跨跨中

G(16.316820.5859.5058644.6292167.708583.85420

GII5.485820.5288.1759216.132356.229528.11480

G21.847620.51147.6817860.7615223.938111.96900

4.2.可變作用效應(yīng)計算

馬路一一I級車道荷載的均布荷載標準值為qk和集中荷載標準值Pk為

qk=10.5kN/m

360180

計算彎矩時，Pk=[~x(20.5-5)+180]kN=242kN

L50-5J

計算剪力時，Pk=1.2R=1.2X242kN=290.4kN

4.2.1.沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)計算

結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)p與結(jié)構(gòu)的基頻f有關(guān)，故應(yīng)先計算結(jié)構(gòu)的基頻，依據(jù)下

式，可計算簡支梁橋的基頻。

nEIK3.45xIO10x0.064408

---C--------------X

2Hz=3.7376Hz

2Pmc2x20.52227.07

21.8476X103.

其中：mc=~=——-----=2227.07kg/m

由于L5HzWfW14Hz,故可由下式計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)。

H=0.1767Inf-0.0157=0.2173

當車道大于兩車道時，應(yīng)進行車道折減，四車道折減33%,但折減后不得

小于用兩車道汽車荷載布載的計算結(jié)果，為簡化計算，本設(shè)計僅按兩車道和

四車道布載，分別進行計算，取最不利狀況進行設(shè)計。

4.2.2.汽車荷載橫向分布系數(shù)

本設(shè)計空心板跨中和1/4處的荷載橫向分布系數(shù)按較接板法計算,支點按

杠杠原理法計算，支點至1/4點之間截面的荷載橫向分布系數(shù)通過直線內(nèi)插

求得。

4.2.2.1.跨中與1/4處的荷載橫向分布系數(shù)計算

首先計算空心板的剛度系數(shù)Y

Ib

Y=5.86

由前面計算知：1=6.4408x106cm3h=13.0073x106cm3單板寬b=129cm,

計算跨度1=20.5m=2050cm,代入上式得：

在求得剛度參數(shù)Y后，即可依板塊個數(shù)與所計算板號按Y值查《馬路橋涵設(shè)

計手冊-梁橋（上冊）》，徐光輝，胡明義，編著.人民交通出版社，1996年3

月.第一篇附錄（2）中15塊板得各板塊軸線處的影響線坐標，由丫=0.01-Y=

0.02內(nèi)插得丫=0.01137時1-8號板在車道荷載作用下的荷載橫向分布影響線

值，結(jié)果見表2。由表2的數(shù)據(jù)畫出各板的橫向分布影響線，并按橫向最不利

位置布載，求得兩車道與四車道兩種狀況下的各板橫向分布系數(shù)，各板的橫

向分布影響線與橫向最不利布載見圖4,由于橋梁橫斷面結(jié)構(gòu)對稱，故只需計

算「8號板的橫向分布影響線坐標值。

各板荷載橫向分布系數(shù)計算如下（參照圖4）

1號板：

四行汽車：

1b1

014汽=,2%汽=2（0139+0104+0084+0.063+0.051+0.040+0.033+0.026）

=0.270

兩行汽車:

1▽1

m2汽=y/t+汽=2(0139+0.104+0.084+0.063)=0.195

人群荷載:

m人=人=0.172+0.018=0.190

2號板：

四行汽車：

1b1

1H4汽=9),中汽=(0.141+0.109+0.087+0.066+0.054+0.041+0.034+0.027)

=0.2795

兩行汽車：

1▽1

m2汽=2Zu4汽=2(0141+0109+0087+0.066)=0.2015

人群荷載：

m人=，%人=0.154+0.019=0.173

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垢

東

向

1234567

位置

0.180.150.120.100.080.060.05

1

Q7QAQ二

0.150.150.130.100.080.070.05

2

9QQ71Q

0.120.130.130.110.090.070.06

3

7Q7二7Q

0.100.100.110.120.100.080.07

4

QQ71Q71

0.080.080.090.100.110.100.08

5

A7二Q1Q

0.060.070.070.080.100.100.09

6

Q1771QQ

0.050.050.060.070.080.090.10

7

二QQ1QQ公

0.040.040.050.050.060.080.09

8

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3號板:

四行汽車：

1b1

014汽=々2%汽=2(0133+0.117+0.096+0.072+0.059+0.045+0.038+0.029)

=0.2954

兩行汽車：

1b1

汽汽

m2=22Tli=2(0133+0.117+0.096+0.072)=0.209

人群荷載：

m人=>:%人—0.129+0.021-0.150

4號板：

四行汽車：

11

014汽=汽=2(0113+0.121+0.108+0.081+0.066+0.051+0.042+0.033)

=0.3075

兩行汽車：

1?1

0^汽=22Tli汽=2(0113+0.121+0.108+0.081)=0.2115

人群荷載：

01人=W、人=0.105+0.023=0.128

5號板：

四行汽車：

1b1

014汽=22%汽=2(0092+0.108+0.113+0.094+0.077+0.059+0.049+0.038)

=0.315

兩行汽車：

1?1

m2汽=,2%汽=2(0100+0112+0104+0.081)=0.1985

人群荷載:

m人=2%人=0.085+0.027=0.112

6號板：

四行汽車：

1V-11

m4汽=/汽=2(0074+0.087+0.101+0.105+0.091+0.069+0.058+0,046)

=0.3155

兩行汽車：

1▽1

Hi2汽=22Tli汽=2(0089+0105+0103+0081)=0.189

人群荷載：

m人=W%人=0.069+0.032=0.101

7號板：

四行汽車：

1V-11

°^4汽=22Tli汽=2(0061+0071+0083+0101+0.102+0.083+0.069+0,055)

=0.3125

兩行汽車：

1▽1

m2汽=%汽=2(0083+0101+0102+0083)=0.1845

人群荷載：

m人=2%人=0.056+0.038=0,094

8號板：

四行汽車：

1^4汽=劣￡%汽=；(0.050+0.058+0.068+0.086+0.099+0.098+0.083+0.066)

=0.304

兩行汽車:

"^汽=汽=；(°077+0.097+0.104+0.088)=0.183

人群荷載：

m人=24人—0.046+0.046-0.092

各板荷載橫向分布系數(shù)匯總表

表3

;板

12345678

橫向分布設(shè)

汽0.2700.2800.2950.3080.3150.3160.3130.304

m2汽0.1950.2020.2090.2120.1990.1890.1850.183

m人0.1900.1730.1500.1280.1120.1010.0940.092

各板橫向分布系數(shù)計算結(jié)果匯總于表3,由表3中數(shù)據(jù)可以看出：四行汽

車荷載作用時，6號板的橫向分布系數(shù)最不利，兩行汽車作用時，4號板為最

不利，為設(shè)計和施工便利，各空心板設(shè)計成統(tǒng)一規(guī)格，同時考慮到人群荷載

與汽車荷載效應(yīng)相組合，因此，跨中和1/4處的荷載橫向分布系數(shù)偏平安地

取下列數(shù)值。

1114汽=0.136

m2汽=0.21

m人=0.12

4.2.2.2.支點處荷載橫向分布系數(shù)計算

支點處的荷載橫向分布系數(shù)按杠桿原理法計算，由圖5.4-7號板的橫向分

布系數(shù)計算如下。

四行汽車：m4汽=；x1.0=0.5

兩行汽車：Hi2汽=；x1.0=0.5

人群荷載：m人=0

憶TOY口丫口】口【□【□憶

I~L8~1|加

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圖5,支點處徜載橫向分布影響線及俞利布載圖

4.2.2.3.支點到1/4處的荷載橫向分布系數(shù)

按直線內(nèi)插求得，空心板的荷載橫向分布系數(shù)匯總于表4。

空心板的荷載橫向分布系數(shù)

表4

作用位置

跨中至1/4處支點

作用種類

四行0.3160.500

汽車荷載

兩行0.2120.500

人群荷載0.128