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。
（1）跨中和4/l 点的荷载横向分布系数计算 空心板的刚度参数2
22)(8.5)(4l
b
I I l b
GI EI r T T ??==
π 式中：T T I cm l cm b cm I ;1005.15;110;106.446?==?=为空心板截面的抗扭刚度。
可简化成图4-1所示单箱截面。按单箱近似计算T I 。
图 4-1 计算T I 的空心板简化图
)(1083.7255.7225.122855.72854224462
22122cm t b t h h b I T ?=?+???=+=
代入刚度参数计算公式的刚度参数
017.001728.0)1550
110(1083.710361.48.5)(42
6
62
2≈≈???==l b
GI EI T πγ 按γ查姚玲森《桥梁工程》（1985年）附录Ⅰ中7块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表。由γ=时1号至4号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表4-2中，据表4-2中画出各板的何在横向分布影响线，在其
上布载。如下图所示。
表3-9 各板荷载横向分布影响线坐标值表