桥梁工程毕业设计：预应力混凝土空心板桥

1 方案拟订与比选

1.1 设计资料

（1）技术指标：汽车荷载：公路-Ⅱ级

桥面宽度：净7.0+2×1.0m（人行道）

（2）设计洪水频率：百年一遇；

（3）通航等级：无；

（4）地震动参数：地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相当

于原地震基本烈度VI度。

1.2 设计方案

鉴于展架桥地质地形情况，该处地势平缓，桥全长较短，故比选方案主要采用简支梁桥和连续梁桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，我初步拟定了两个方案。

1.2.1 方案一：预应力混凝土空心板桥

本桥上部构造为6х16m的预应力混凝土空心板，结构简单，施工容易。

本桥采用预制安装（先法）的施工方法：先法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的拉，并将其临时固定在拉台座上，然后按照支立模板——钢筋骨架成型——浇筑及振捣混凝土——养护及拆除模板的基本施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。

优点：预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。

采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。

缺点：行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。

图1-1 空心板桥布置图

1.2.2 方案二：预应力混凝土连续箱型梁桥 跨径分布：3х32m

箱形截面整体性好，结构刚度大，变形小，抗震性能好，主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适。

施工采用预制安装的施工方法，设计施工较成熟，施工质量和工期能得到有效控制，该种桥型传力明确，计算简洁。

箱形截面有较大的抗扭刚度，整体性好。同时主桥线条明确，结构稳定，梁的等截面外形和谐，各比例协调，造型朴实。

45

35

25

15

8

图1-2 连续箱梁布置图

1.3 方案比选

表1-1 各方案主要优缺点比较表

25

通过对比，从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案一:预应力混凝土空心板桥为最佳推荐方案。此方案，采用预应力混凝土空心板，结构简单，节省材料，经济合理；采用预制装配的施工方法，施工方便，周期短；而且桥型流畅美观。

2 毛截面几何特性计算

2.1 基本资料

2.1.1 主要技术指标 桥跨布置:6⨯16 m 。 标准跨径：16.00 m 。 计算跨径：15.56 m 。

桥面总宽:9m=7+2×1.0 m （人行道）。 设计荷载：公路-Ⅱ级 2.1.2 材料规格

预应力钢筋17⨯钢绞线，直径15.2mm,截面面积139.0mm 2 ，弹性摸量p E =1.95× 105 MPa ,抗拉强度标准值pk f = 1860 MPa, 抗拉强度设计值pd f =1260 MPa;普通钢筋

335,235HRB R 抗拉强度标准值sk f = 335 MPa, 抗拉强度设计值sd f =280 MPa S E =2.0×105

MPa;空心板块混凝土采用C40, 弹性模量取3.25×104 MPa, 抗拉强度标准值cd f =18.4 MPa, 抗拉强度设计值tk f =2.40 MPa;

2.1.3 设计规

（1）JTJ01-1997.公路工程技术标准［S ］.:人民交通,1997 简称《标准》 （2）JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规［S ］.:人民交通,2004.

简称《桥规》

（3）JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规［S ］.:人民交通出版 社,2004.简称《公预规》

（4）JTG D60-1985.公路桥涵地基与基础设计规［S ］. :人民交通,1985.（5）邵旭东.桥梁工程（上、下册）［M ］.:人民交通,2004.

2.2 截面几何尺寸图

本桥主梁采用124cm空心板，桥宽9m，选用5片主梁和两片边梁。

2.2.1桥面横断面布置图

图2.1 横断面图

2.2.2板块结构几何尺寸

(a) 中板跨中截面

(b) 边板跨中截面

图2.2 截面几何尺寸图

2.3 毛截面几何特性计算

2.3.1毛截面面积

225539)355882

1

30

321

5521(2)232122395516(275124cm A h =⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯=

2.3.2毛截面重心位置 全截面对1/2板高的静矩：

]321

3.893935

.55.55.521)235275(35525.25.55.25.2325.25.22130325275(30321)25275(5521

2cm S =⨯

⨯⨯--⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⎢⎣⎡⨯--⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯=板高

铰缝的面积：

2529)355882

130321552122cm A =⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=（铰

毛截面重心离1/2板高处的距离：

()↓==

=

cm A S d h 614.15539

3

.8989h

2

1

板高

铰缝重心对1/2板高处的距离：

cm d 9.16539

3

.8989==

铰 2.3.3空心板毛截面对其重心轴的惯矩

()()

()

轴的惯性矩忽略了铰缝对自身重心4

10462

223232

3109883.3109883.3)614.19.16(529)614.14323()614.14323(23232122312121614.197812978614.1751241275124mm cm I ⨯=⨯=+⨯-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++⨯⨯⨯⨯-⨯⨯-⎥

⎦

⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯-⨯⨯+⨯=

空心板的抗扭刚度可简化为图2-3的单箱截面近似计算：

图2.3 计算

T I 的空心板简化图（尺寸单位：cm ）

()()()4

102

2

32122101731.713/)5775(2)14

1101()13124(57751312442)11(4mm t h t t b h b I T ⨯=--⨯++⨯---⨯-⨯=++=