跨径16m预应力混凝土简支空心板桥设计

跨径16m 预应力混凝土简支空心板桥设计

一 设计资料

1.道路等级 三级公路（远离城镇）

2.设计荷载

本桥设计荷载等级确定为汽车荷载（道路Ⅱ级） 3.桥面跨径及桥宽 标准跨径：m l k 16=

计算跨径：m l 50.15=

桥面宽度：m 5.0(栏杆）+m 7(行车道))+m 5.0(栏杆) 主梁全长：m 96.15

桥面坡度：不设纵坡，车行道双向横坡为2% 桥轴平面线形：直线 4.主要材料 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；铰缝采用C40混凝土浇注，封锚混凝土也采用C40；桥面连续采用C30混凝土。

2)钢筋

主要采用HRB335钢筋。预应力筋为71⨯股钢绞线，直径mm 2.15，截面面积13902mm ，抗拉标准强度MPa f pk 1860=，弹性模量MPa E p 51095.1⨯=。采用先张法施工工艺，预应力钢绞线沿板跨长直线布置。

3）板式橡胶支座

采用三元乙丙橡胶，耐寒型，尺寸根据计算确定。

5.施工工艺

采用先张法施工，预应力钢绞线两端同时对称张拉。 6.计算方法及理论 极限状态法设计。 7.设计依据 《通用规范》《公预规》。

二 构造类型及尺寸

全桥宽采用7块C50预应力混凝土空心板，每块m 1.1，板厚m 85.0。采用后张法施工，预应力混凝土钢筋采用71⨯股钢绞线，直径，截面面积2139mm ，抗拉强度标准值MPa f pk 1860=，抗拉设计值MPa f pd 1260=，弹性模量

MPa E p 51095.1⨯=。C50混凝土空心板的抗压强度设计值MPa f cd 4.22=，抗拉强度的标准值MPa f td 56.2= 抗拉强度设计值MPa f td 83.1=。全桥空心板横断面图如图所示，每块空心板截面以及构造尺寸如图所示。

图2-1桥梁横断面图（单位：cm ）

图2-2跨中中板断面图(单位：cm)

图2-3跨中边板断面图（单位：cm ）

三 空心板毛截面几何特性计算

本设计预制空心板的毛截面的几何特性，采用分块面积累加法计算。先按长和宽分别为版轮廓的长和宽的矩形计算，然后与挖空面积累计，累加时候挖空部分按负面积计算，计算结果以中板为例。

表3-1 预制空心板的毛截面的几何特性计算表

分块号

各分块面积2

cm

A i

重心距上缘cm

Y i

面积矩 3

cm S i

个分块重心距截面重心

cm

D i

4

2

,1cm D A I i

i ⨯=

各分块惯性矩

4

1

cm I

1 -25

2 -700 -24500

3 -350

4 -50

5 -282

6 -113040 -635850 6 8415 5578302

7 5314

4799105

预制中板挖空部分以后得到的截面积，其几何特性按以下公式计算。 毛截面面积∑∑-=ki i c A A A

对截面上缘面积矩 ∑∑-=)()(ki ki i i c y A y A S 毛截面重心至截面上缘距离c

c

s A S y =

毛截面对自身重心轴的惯性矩 ∑∑-=ki i c I I I 1）毛截面积

)

(64.445314

)67.7151067.4657035705267.155(40305.42851092cm A k =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯-⨯⨯=

π 2）毛截面重心至截面上边缘距离

)

(64.445314

)67.7151067.4657035705267.155(40305.42851092cm A y A A S y i

i

i c c s =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯-⨯⨯==

=∑∑π

3）毛截面对重心轴的惯性矩

)(10631.44.46313366.16776847991054611cm I I I ⨯≈=-='

+=∑∑

四 作用效应计算

1.永久作用效应计算 1）空心板自重（一期恒载）

)/(285.132510531441m kN A g H =⨯⨯==-γ

2）桥面系自重g 2(二期恒载)

人行道及栏杆重力参照其他梁桥设计资料，单侧按取2kN/m 计算。

桥面铺装采用等厚度10cm 厚C40防水混凝土，和5cm 厚沥青混凝土，则全桥宽铺装每延米总重为

)(9.24230.705.0240.710.0m kN =⨯⨯+⨯⨯

上述自重效应是在各空心板铰接形成整体后，再加在板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同的，本例为计算方便设桥面系二期恒载重力近似按各板平均分担来考虑，则将以上重力均分给11块板，得每块空心板分摊的每延米桥面系重力为：

)(13.47)9.2420.2(2m kN g =÷+⨯= 3）恒载内力计算

简支梁恒载内力计算结果见表4-1

表4-1 载内力计算表

2. 可变作用效应计算

本例中汽车荷载采用公路Ⅱ级荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。《通用规范》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。

1）汽车荷载横向分布系数计算

空心板跨中4/l 处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算，支点到4/l 点之间按直线内插求得。