预应力混凝土简支T梁桥
的设计
Revised by Liu Jing on January 12, 2021
预应力混凝土简支T梁桥的设计
摘要预应力混凝土简支T梁公路桥，公路一级，有防撞栏杆，无人行道。设计首先确定截面尺寸，梁的片数的确定，然后荷载的计算，包括恒载（一期，二期），活载等，完成在极限承载力状态和正常使用极限状态下的验算。接着完成预应力钢筋的估束，钢筋的配置和预应力的损失。主要截面的验算。最后完成控制截面的承载能力、抗裂性、应力水平及结构的变形等多项指标进行验算。
关键字内力计算承载能力极限状态正常使用极限状态预应力钢束预应力损失截面验算
设计基本流程：
1.根据桥型方案，确定结构的相关基本尺寸。
2.结构内力计算。对于本课程设计而言，结构内力计算的主要工作包括荷载横向分布系数和单根T梁的内力计算。并完成在承载能力极限状态下和正常使用极限状态下的相应内力组合。
3.预应力钢束的设计。按照结构的受力及构造等的要求，完成预应力钢束的布置工作，并完成预应力损失的计算。
4.主要截面的验算。主要针对控制截面的承载能力、抗裂性、应力水平及结构的变形等多项指标进行验算。
对于装配式预应力混凝土简支T梁桥而言，多片T梁通过横隔板及桥面板联系在一起形成一个整体受力结构。由于结构的空间整体性，当桥上作用荷载时，各片主梁将共同参与工作，形成了各片主梁之间的内力分布。对于绝大多数工程
设计人员而言，直接应用空间分析方法进行结构设计是不现实的。按照《材料力学》和《结构力学》方法计算结构内力。计算内容包括：
1.各片主梁的内力计算结果(考虑对称性，只给出一半主梁的结果)；
2.控制断面(包括支座断面、1/8跨断面、1/4跨断面、3/8跨断面和跨中断面等)的弯矩和剪力；
3.单独列出自重、二期恒载和活载的计算结果；
4.对于移动荷载(本课程设计中的车道荷载)应按影响线进行最不利加载。对于影响线的求法，可以参考《结构力学》的相关内容(如机动法)。
目前，对于多主梁结构的荷载横向分布系数的计算方法有：刚性横梁法、绞接板法、刚接梁法以及正交异性板法(G-M法)等。关于荷载横向分布系数的计算方法可以参考相关专业书籍和文献。在设计中，在支座位置处荷载横向分布系数可按“杠杆原理法”(关于杠杆原理的相关理论，可参考相关书籍，本课程设计不作专门介绍)进行计算，而跨中位置处荷载横向分布系数按“刚性横梁法”进行计算。
据反力互等原理，单位荷载作用在某一根主时，各主梁的反力等于单位荷载在这些主梁上移动时该主梁的反力变化值，即该主梁的反力影响线(也即该主梁的荷载横向分配系数影响线)。由主梁的横向分配系数影响线，可以确定每片主梁的最不利荷载横向加载位置，从而得出每片主梁的最不利横向荷载分配系数。
主梁自重及桥面铺装以均布荷载的形式作用在梁上；防撞护栏采用荷载横向分配系数的计算方法将防撞护栏分摊到各片主梁上。车道荷载：关于车道荷载的相关内容查阅《公路桥涵设计通用规范》计算车道荷载时，应参考该规范注意如下事项：按照计算得到每片主梁荷载横向分配系数；考虑车道横向折减系数；考虑车道纵向折减系数；虑汽车荷载冲击系数。
内力的计算按照《材料力学》和《结构力学》方法计算结构内力。计算内容包括：各片主梁的内力计算结果；控制断面的弯矩和剪力；单独列出自重、二期恒载和活载的计算结果；对于移动荷载(本课程设计中的车道荷载)应按影响线进行最不利加载。
预应力钢束的布置满足构造原则在布置钢束时，详细的构造原则可以参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》一般而言，钢束布置应遵从以下构造原则：直线管道的净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的倍；对于预埋的金属或塑料波纹管和铁皮管，在竖直方向可以将两管道叠置；管道至构件顶面或侧面的净距不应小于45mm，至构件底面的不应小于50mm；曲线钢绞线的弯曲半径不宜小于4m，弯起角不宜大于30度。
对于后张法预应力混凝土结构，需考虑以下几种预应力损失：
1预应力钢筋与管道壁的摩阻损失；
2锚具回缩、钢筋回缩和接缝压缩损失；
3混凝土弹性压缩损失；
4预应力钢筋应力松弛损失；
5混凝土收缩徐变损失。
本设计验算工作主要包括：正截面抗弯承载能力验算、正截面抗裂性验算、混凝土正截面压应力和预应力钢筋拉应力验算以及结构变形验算。
正截面抗弯承载能力验算，在《结构设计原理》里对其计算原理有详细介绍。在设计过程中，应该严格遵从《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》。计算时需注意如下事项：对于承载能力极限状态，荷载组合按《公路桥涵设计通用规范》规定的与承载能力极限状态相对应的标准组合；确定结构重要性
系数时，应结合规范；材料的设计强度按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》相关规定取值，取值时注意设计强度与标准强度的区别。
本设计只涉及持久状况下混凝土正截面压应力和预应力钢筋拉应力验算。对于持久状况设计，荷载组合的要求见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》。由于本设计为全预应力混凝土结构，应力按材料力学公式计算。混凝土正截面压应力和预应力钢筋拉应力应满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的规定
结构的变形按材料力学公式求得，变形值必须满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的规定。
通过所有的验算之后，整个设计就基本完成还有就是完成施工图的绘制以及施工
结论
通过本次掌握桥梁设计的基本流程，熟悉公路预应力混凝土简支梁桥的设计过程;掌握简支梁桥的荷载横向分布系数的计算理论和方法；通过实际操作，并完成预应力损失的计算；掌握桥梁在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的荷载组合方法及相关验算项目，并完成设计桥梁在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的各项验算工作。为及今后的实际工作做理论和实践上的准备。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004，中华人民共和国交通部。
[2]中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004，中华人民共和国交通部。