预应力混凝土箱型梁桥设计

第一章桥式方案的拟定

1.1设计基本资料

1.1.1、跨度和桥面宽度

(1)标准跨径：28m

(2)桥梁总长：112m

(3)计算跨径：27.36 m

(4)主梁全长：27.96 m

(5)桥面宽度：2×0.50m（防撞栏）+3.75×2m（车行道）+3.5 m（应急车道）1.1.2、技术标准

(1)设计荷载：公路-Ⅰ级

(2)环境标准：Ⅰ类环境

(3)设计安全等级：二等

1.1.3、主要材料

(1) 主梁混凝土：C50级混凝土；

(2) 桥面板及栏杆混凝土：C30级混凝土；

(3) 预应力钢筋：

主梁纵横向预应力钢筋用φS15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值和抗拉、抗压强度设计值分别为f pk=1860MPa、f pd=1260MPa和f’pd=390MPa。

1.2 桥型的选择

（1）预应力混凝土箱型梁桥

安全性静定结构，构造简单。主梁高跨比适中，技术成熟，计算简单，施工方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶，满足交通运输安全要求；施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。可保证司机正常行驶，满足交通运输安全要求，且施工简单。

(2) 连续梁桥：连续梁桥立面布置可采用等跨径，也可采用不等跨径。并且适用于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工。采用变截面适合悬臂法施工，施工阶段的主梁内力与运营阶段的主梁内力基本一致。采用变截面结构外形美观，可节省材料并增大桥下净空高度。

（3）上承式刚架拱桥

拱的承载潜力大，但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车条件较差。需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建桥时间也较长。上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加，地质条件要求高。

因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比较后最终以适用最广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土箱型梁桥作为最佳设计方案。1.3截面的选取

（1）、板式截面：板式截面建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装配施工时，预制构件质量小，架设方便。

（2）、T形截面：T形截面的翼缘板构成桥梁的行车道板，又是主梁的受压翼缘，结构合理，制造简单，肋内配筋可做成钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来连接，整体性好。不足之处是形状不稳定，给运输和安装带来不便。

（3）、箱形截面：箱形截面是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度大；材料在截面上分布合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大的扭矩；能够满足普通钢筋和预应力钢筋的配置要求；同时具有良好的横向抗弯能力。由于箱形截面抗扭刚度大，在车辆荷载作用下各梁受力较均匀，其横向分布系数较小。箱形截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别适用于较大跨径的连续梁桥、悬臂梁桥和T形刚构桥。桥跨结构在跨中承受正弯矩，在支座处承受负弯矩，箱形截面的上、下底板完全适应于他们的配筋要求。

综合比较上述三种截面形式方案，本设计截面形式选取可节省材料，成为薄

壁结构，提高了抗扭强度，且能适应各种使用条件的箱型截面

1.4箱型梁构造形式及相关参数设计

1、本箱形梁按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法。

2、桥上横坡为双向2%（计算时按照简化的中梁截面特性进行计算）。

3、箱形截面尺寸：梁高1.5m，端部设置横隔梁，高1.3m，宽0.5m，横向共计5片箱形粱，采用湿接缝进行连接，湿接缝宽0.5m，厚度为0.18m，预制箱形粱顶板宽2m，跨中腹板厚0.2m，顶板厚0.2 m，底板厚均0.23m，端部腹板厚0.25m，顶板厚0.20m，底板厚0.25m，腹板和顶板之间设有承托，底板厚度、腹板厚度在距支座中心线1.60m处开始渐变为距支座中心线0.1m处的0.25m 和0.25m（即端部的截面尺寸）。

4、预应力管道采用金属波纹管成形，波纹管内径为60mm，外径为67mm，管道摩擦系数0.2，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm（单端）。

5、沥青混凝土重度按23kN/m3计，预应力混凝土结构重度按26kN/m3计，混凝土重度按25kN/m3计，单侧防撞栏线荷载为7.5kN/m。

6、根据以上拟定的各部分尺寸，绘制箱形粱的跨中及端部横截面图，见图2-2。计算跨中截面几何特性，见表2-1。

由此可计算出截面效率指标ρ（希望ρ在0.5以上）。

式中k s——截面上核心距，可按下式计算

k s=

图桥梁横断面及纵剖面结构尺寸图（单位:cm）

分块名称分块面积

A i

分块面积形心

至上缘距离y i

分块面积对上

缘静矩S i=A i y i

分块面积的

自身惯性矩I i

D i=y s-y i

分块面积对截面形

心的惯性矩I x=A i d i2

I=I i+I x cm2cm cm3cm4cm cm4cm4

大毛截面（含湿接缝）

顶板

承托

腹板

底板

∑

小毛截面（不含湿接缝）

顶板

承托

腹板

底板

∑

大毛截面形心至上缘距离y s=y s=

小毛截面形心至上缘距离y s=y s=

k x——截面下核心距，可按下式计算

kx

因此截面效率指标

ρ

表明以上的初拟截面是合理的。

图端部及跨中截面尺寸图（尺寸单位：cm）

1.6主梁作用效应计算

主梁的作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应。根据梁跨结构纵、横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面（取跨中、四分点、变化点截面及支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，再进行主梁作用效应组合（标准组合、短期组合和极限组合）。此处以边主梁作用效应进行计算，配筋设计及持久状况、正常使用状态应力则偏于安全的按中梁的截面特性考虑。

1.6.1永久作用效应计算（按边主梁计算）

1.永久作用集度

（1）主梁自重

1）跨中截面段主梁自重（底板宽度变化处截面至跨中截面，长）

2）底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长）

主梁端部截面面积为

3）支点段梁的自重（长）

4）边主梁的横隔梁（只在端部设置横隔梁）

端横隔梁体积为

故半跨内横隔梁重量为

5）主梁永久作用集度

（2）二期永久作用