目录1 计算依据与基础资料 (1)1.1 标准及规范 (1)1.1.1 标准 (1)1.1.2 规范 (1)1.1.3 参考资料 (1)1.2 主要材料 (1)1.3 设计要点 (2)2 横断面布置 (2)2.1 横断面布置图 (2)2.2跨中计算截面尺寸 (3)3 汽车荷载横向分布系数、冲击系数计算 (3)3.1 汽车荷载横向分布系数计算 (3)3.1.1 刚性横梁法 (3)3.1.2 刚接梁法 (7)3.1.3 铰接梁法 (10)3.1.4 比拟正交异性板法(G-M法) (14)3.1.5 荷载横向分布系数汇总 (17)3.2 剪力横向分布系数 (18)3.3 汽车荷载冲击系数μ值计算 (18)3.3.1汽车荷载纵向整体冲击系数μ (18)3.3.2 汽车荷载的局部加载的冲击系数 (18)4 主梁纵桥向结构计算 (18)4.1箱梁施工流程 (18)4.2 有关计算参数的选取 (19)4.3 计算程序 (20)4.4 持久状况承载能力极限状态计算 (20)4.4.1 正截面抗弯承载能力计算 (20)4.4.2 斜截面抗剪承载能力计算 (21)4.5 持久状况正常使用极限状态计算 (21)4.5.1 抗裂验算 (22)4.5.2 挠度验算 (23)4.6 持久状况和短暂状况构件应力计算 (25)4.6.1 使用阶段正截面法向应力计算 (25)4.6.2 使用阶段混凝土主压应力、主拉应力计算 (26)4.6.3 施工阶段应力验算 (27)4.7 中支点下缘配筋计算 (29)4.8 支点反力计算 (29)4.9 其他 (30)5 桥面板配筋计算 (30)5.1 荷载标准值计算(弯矩) (30)5.1.1 预制箱内桥面板弯矩计算 (31)5.1.2 现浇段桥面板弯矩计算 (33)5.1.3 悬臂段桥面板弯矩计算 (35)5.2 荷载标准值计算(支点剪力) (37)5.2.1 预制箱内桥面板支点剪力计算 (37)5.2.2 现浇段桥面板支点剪力计算 (37)5.3 持久状况承载能力极限状态计算 (38)5.3.1 预制箱内桥面板承载能力极限状态计算 (38)5.3.2 现浇段桥面板承载能力极限状态计算 (40)5.3.3 悬臂段桥面板承载能力极限状态计算 (41)5.4 持久状况抗裂计算 (44)5.4.1 预制箱内桥面板抗裂计算 (44)5.4.2 现浇段桥面板抗裂计算 (45)5.4.3 悬臂段桥面板抗裂计算 (47)6 横梁计算 (49)6.1 跨中横隔板计算 (49)6.2 端横梁、中横梁计算 (53)7 附图 (51)预应力混凝土公路桥梁通用设计图成套技术通用图计算书(30m 装配式预应力混凝土连续箱梁)1 计算依据与基础资料 1.1 标准及规范 1.1.1 标准•跨径:桥梁标准跨径30m ;跨径组合5×30m(正交); •设计荷载:公路-Ⅰ级;•桥面宽度:(路基宽28m ,高速公路),半幅桥全宽13.5m , 0.5m(护栏墙)+12.0m(行车道)+ 1.0m 波型护栏)=13.5m ; •桥梁安全等级为一级,环境条件Ⅱ类。
1.1.2 规范•《公路工程技术标准》JTG B01-2003•《公路桥梁设计通用规范》JTG D60-2004(简称《通规》) •《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004(简称《预规》) 1.1.3 参考资料•《公路桥涵设计手册》桥梁上册(人民交通出版社2004.3) 1.2 主要材料1)混凝土:预制梁及现浇湿接缝、横梁为C50、现浇调平层为C40; 2)预应力钢绞线:采用钢绞线15.2s φ,1860pk f MPa =,51.9510p E Mpa =⨯3)普通钢筋:采用HRB335,335sk f MPa =,52.010S E Mpa =⨯ 1.3 设计要点1)本计算示例按后张法部分预应力混凝土A 类构件设计,桥面铺装层80mmC40混凝土不参与截面组合作用;2)根据组合箱梁横断面,采用荷载横向分布系数的方法将组合箱梁简化为单片梁进行计算,荷载横向分配系数采用刚性横梁法、刚(铰)接梁法和比拟正交异性板法(G-M 法)计算,取其中大值进行控制设计。
3)预应力张拉控制应力值0.75con pk f σ=,混凝土强度达到90%时才允许张拉预应力钢束;3 汽车荷载横向分布系数、冲击系数计算3.1 汽车荷载横向分布系数计算3.1.1 刚性横梁法1)抗扭惯矩计算宽跨比B/L=13.5/30=0.45≤0.5,可以采用刚性横梁法。
荷载横向分布系数计算时考虑主梁抗扭刚度的影响,抗扭刚度采用i i i i 1ds tc b t +∑⎰=相同考虑。
抗扭系数2210.307112Ti i iGl I E a I β=∑+∑=。
2) 荷载横向分布影响线计算影响线坐标按公式211kk kki nnii ii i I ea I Ia Iηβ===±∑∑计算,计算结果见表3-1。
影响线坐标表 表3-13)汽车荷载横向分布系数计算输入原始数据见下图:计算结果如下表:影响线坐标表表3-2影响线坐标梁位ηk1ηk2ηk3ηk41号梁0.388 0.296 0.204 0.1122号梁0.296 0.265 0.235 0.204汽车荷载横向分布系数表表3-3 项目1号梁2号梁3.1.2 刚接梁法1) 荷载横向分布影响线计算计算刚度参数 22T I b 0.3946 3.4 5.8 5.80.0735I l 0.430γ⎛⎫⎛⎫==⨯⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭, 331434310.39460.863390390300.18Id l h β⨯==⨯⨯=0.021参见“公路桥涵设计手册《梁桥》上册” 人民交通出版社1996.3,查表2-2-2计算如下:1号梁影响线坐标计算表 表3-42号梁影响线坐标计算表 表3-5二列车21 1.136/20.5682cq q m η=∑== 三列车210.78 1.623/20.780.6332cq q m η=∑⨯=⨯=计算表明,1号梁和2号梁均在布三列车时汽车分布系数最大,1cq m =0.688 ,2cq m =0.633 。
3) 采用桥梁结构计算程序《桥梁博士》v3.0计算输入原始数据见下图:计算结果如下:汽车荷载横向分布系数表表3-61号梁2号梁项目二列车三列车二列车三列车横向分布系数0.685 0.681 0.582 0.6463.1.3 铰接梁法1)荷载横向分布影响线计算参数γ计算同前,先按β=0计算荷载横向分布影响线坐标,再考虑β的影响,按公式(1)1kk kk kk βηηηγ=+-+,()1ki ki ki i k βηηηγ=-≠+ 进行修正。
具体计算过程见下表:影响线坐标计算表 表3-7二列车21 1.161/20.5812cq q m η=∑== 三列车210.78 1.641/20.780.6402cq q m η=∑⨯=⨯=计算表明,1号梁在布二列车时汽车分布系数最大,1cq m =0.687 ; 2号梁在布三列车时汽车分布系数最大, 2cq m =0.640 。
3) 采用桥梁结构计算程序《桥梁博士》v3.0计算输入原始数据见下图:计算结果如下:汽车荷载横向分布系数表表3-81号梁2号梁项目二列车三列车二列车三列车横向分布系数0.690 0.680 0.594 0.6533.1.4 比拟正交异性板法(G-M 法) 1) 截面特性计算a 、 主梁抗弯惯矩40.3946x I m =,40.39460.116/3.4x x I J m m b ===。
b 、 横隔梁抗弯惯矩本桥跨中仅有一道横隔板,横梁翼缘有效宽度按规范JTG D62-2004中的4.2.2条取用,''120.2120.18 2.36f f b b h m =+=+⨯=。
横隔梁抗弯惯矩计算采用下图尺寸(单位mm ):y 40.1578y m =,横隔梁比拟单宽抗弯惯矩为40.15780.0105/15y y I J m m a ===。
c 、 主梁和横隔梁的抗扭惯矩横隔梁梁肋:/0.2/(1.60.18)0.1408t b =-=,5110.630.052()0.3043t t c bb ⎡⎤=-+=⎢⎥⎣⎦则'33340.304(1.60.18)0.2 3.4510TY I cbt m -==⨯-⨯=⨯∴334111110.40.003450.180.1198/33 3.415Tx Ty Tx Ty J J h I I m m b a +=++=⨯++= 2) 参数θ和α计算0.410θ==,()0.738G J J α+=====0.8593)荷载横向分布影响线计算已知0.410θ=,从G-M法计算图表可查得影响系数K0和K1的值,如下表:影响系数K0和K1表表3-91号粱在5.1m处,3/4B=5.063m<5.1m<B=6.75m,2号粱在1.7m处,1/4B=1.688m<1.7m<B/2=3.375m,用内插法求实际梁位处K0和K1的值,并根据α求影响线坐标,结果见下表:影响系数K0和K1表表3-103.1.5 荷载横向分布系数汇总横向分布系数汇总表表3-11结论:各计算方法所得横向分布系数相差不到5%,边梁在采用G-M法时分布系数最大,中梁在采用铰接梁法时分布系数最大,均出现在横向布置三列车时,汽车折减0.78。
以下计算边梁近似取0.7,中梁取0.66。
3.2 剪力横向分布系数支点处设置了端、中横梁,并采用橡胶支座,因而剪力可采用与弯矩同样的分布系数,且纵桥向采用一个值。
具体值见“3.1 汽车荷载横向分布的计算”。
3.3 汽车荷载冲击系数μ值计算3.3.1汽车荷载纵向整体冲击系数μ连续梁桥结构基频根据主梁计算模型由平面杆系有限元程序GQJS9.3直接计算,计算结果为 3.523Hzf=。
按照《通规》第4.3.2条,冲击系数μ可按下式计算:当14Hzμ.1≤≤时,01575Hzf.0-=1767ln)f(.0∴0.1767ln(3.523)0.01570.21μ=-=3.3.2 汽车荷载的局部加载的冲击系数采用3.0=μ。
4 主梁纵桥向结构计算4.1箱梁施工流程1)先预制主梁,混凝土达到设计强度的90%后,张拉正弯矩区预应力钢束,压注水泥浆。
2)设置临时支座并安装好永久支座(联端无需设临时支座),逐孔安装主梁,置于临时支座上成为简支状态。
3)浇筑连续接头、中横梁及其两侧与顶板负弯矩束同长度范围内的桥面板,达到设计强度的90%后,张拉顶板负弯矩预应力钢束,并压注水泥浆。
箱梁形成连续的步骤详见附图。
4)接头施工完成后,浇筑剩余部分桥面板湿接缝混凝土,浇筑完成后拆除一联内临时支座,完成体系转换。