第一章绪论1.1 选题背景交通要畅通无阻，天堑要变通途，桥梁起着很重要的作用。
桥梁型势发展呈现多样性，桥梁设计理论也趋于完善，桥梁设计理论更是取得长足进步：从极限设计法到矩阵力法、有限元法，从分析单一结构到处理复合结构；材料和工具也不断更新：从混凝土、钢材到环氧树脂，抗拉压强度得到提高；就我国而言，混凝土结构仍是首选材料，且基于造价低的优点得到广泛应用，我国是使用混凝土结构最多的国家，并以预应力混凝土为主施工。
特别是预应力混凝土空心板梁桥在现代城市的各种桥型中有着广泛的应用。
本设计具有其广泛性。
在桥梁工程中，中小跨度的桥梁占的比例非常大，而且在技术方面比较容易实现标准化设计。
预应力混凝土空心板梁桥具有建筑结构低、结构安全型和耐久性高，构造简单、构件轻巧，适于工厂化、标准化施工，可缩短工期，节省投资等优点，在高速公路桥梁工程设计中得到了广泛应用。
实践证明预应力混凝土空心板梁做成的板式桥，具有构造简单、受力明确、梁高低、构件轻和制作、运输、安装方便等优点。
随着公路建设和市政工程的发展，促进了桥梁建设的发展。
随着钢绞线作为预应力筋在桥梁工程上的推广、应用，一些新的张拉锚固体系研制成功。
为用钢绞线作预应力筋预制空心板梁提供了有利的条件。
1.2 研究现状改革开放以来，桥梁建设得到迅速发展，一般公路和高等级公路上的中、小桥形式多样，工程质量不断提高，为公路运输提供了安全、舒适的服务。
特别是基于我国公路桥发展落后的现状，预应力混凝土的发展有良好的势头。
就我国而言，预应力混凝土梁桥仍是公路桥梁中量大、面广的常用桥型。
现在的桥型很多采用了预制空心板梁。
随着高强混凝土在我国的逐步推广应用，公路桥梁中广泛使用的预应力混凝土空心板也迫切需要提高混凝土强度等级，采用高强混凝土以提高经济效益，现有的空心板截面形式和配筋设计也需修改并优化。
所以对于空心板梁桥的设计和应用有着广泛的前景。
预应力改变了钢筋混凝土桥的技术和形式，改变了混凝土桥的施工方法。
混凝土结构施加预应力后形成预应力混凝土。
预应力混凝土技术不断发展，20世纪80年代已趋于成熟，然而，近二十几年来由于材料预应力体系施工技术等的发展，预应力混凝土结构仍然在发生很大的变化，新的设计方法不断出现。
目前，在实验室已经能够制造出强度超过200MPa的混凝土，目前世界各国正致力于把高强混凝土的研究成果编入设计规范。
采用高强度混凝土的优越性是显著的，如减小梁等结构的材料用量，减小自重，减少墩台基底反力。
实践证明，使用期限较长的混凝土结构在不利环境中毁坏的原因，并不是混凝土强度的缺陷，而使混凝土耐久性问题，因此高强并不是混凝土的唯一指标，高性能混凝土(High Performance Concrete)才是混凝土技术发展的主要方向，从施工受力及耐久性等方面来看，易浇筑、易密实、不离析、低水化热、高早强、韧性好低徐变、耐疲劳、高密水、耐磨损、抗化腐等性能，已成为高性能混凝土的重要特征。
此外，追求更高的强度容重比也是混凝土材料发展的目标之一。
1.3 桥梁工程的发展方向随着公路建设的高潮，我国桥梁的技术也得到了飞速发展，很多发达国家桥梁技术的发展比我们早几十年，了解那些发达国家桥梁发展的动向和趋势，对于指导我国目前桥梁的发展有很重要的意义。
(1) 桥型不断丰富本世纪50～60年代，桥梁技术经历了一次飞跃：混凝土梁桥悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的出现，极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力；斜拉桥的涌现和崛起，展示了丰富多彩的内容和极大的生命力；悬索桥采用钢箱加劲梁，技术上出现新的突破。
所有这一切，使桥梁技术得到空前的发展。
大吨位预应力应用增加。
现在不少桥梁中已采用每束500t的预应力索。
预应力索一般平弯，锚固于箱梁腋上，可以减小板件的厚度，局部应力也易于解决。
(2) 结构不断轻型化悬索桥采用钢箱加劲梁，斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面甚至是板，使梁的高跨比大大减少，轻颖；拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、板件减薄等，这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。
(3) 预应力应用更加丰富和灵活了部分预应力在公路桥梁中得到较广泛的采用。
不仅允许出现拉应力，而且允许在极端荷载时出现开裂。
其优点是，可以避免全预应力时易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大；刚度较全预应力为小，有利于抗震；并可充分利用钢筋骨架，减少钢束，节省用钢量。
无粘结预应力得到了应用与发展。
无粘结预应力结构施工方便，无需孔道压浆，修复容易，可以减小截面高度；荷载作用下应力幅度比有粘结的预应力小，有利于抗疲劳和耐久性能。
1.4 成果及意义空心板截面梁桥因桥型轻型化得到广泛应用，是桥梁发展的基本形式，为我国修建公路桥提供了广阔的前景。
同时，我国幅员辽阔，经济发展水平参差不起，经济水平不高，公路桥发展还是要着眼于量大、面广的一般中、小桥，这类桥仍以预应力混凝土结构为主。
对于预应力混凝土空心板梁桥的研究和应用对以后我国公路桥梁的建设和发展有着重要的意义。
这次设计过程，我在指导教师的指导下，查阅相关资料后，完成了空心板梁设计过程中的全部计算和绘图工作。
本设计中前半部分与预应力相关的计算，对我们而言是一次再学习的过程。
以前学习《混凝土结构设计原理》时，仅限于理解预应力计算的基本原理和完成一些简单的计算，空心板的设计计算量大，而且计算繁杂。
不仅要熟悉很多规范；除了计算过程中遇到的很多问题需要自己综合所学知识解决外；还有些问题还需要通过自学来实现。
第二章空心板设计概述2.1基本资料：上部构造采用跨径16米预应力混凝土空心板，下部构造为柱式墩台，钻孔灌注桩基础，桥面连续。
设计荷载：公路—Ⅱ级。
计算跨径：15.50米桥面宽度：0.5+7+0.5＝8米。
空心板采用C50级预应力混凝土。
预应力筋为1x7标准型υS15.2低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值f pk=1860 MPa。
边板设计配束为14根，中板设计配束为12根。
全部钢束合力点至空心板下缘距离，边板为56mm，中板为55mm。
6cm厚水泥砼10cm厚C40砼右支桥横断面2.2计算假定：1．考虑横截面较宽时的整体稳定性采用双铺的形式，本设计可简化为两座相同的双车道简支桥。
每一跨仍作为简支空心板桥；仅全桥水平力计算时考虑桥面的连续作用。
2．护栏和桥面铺装作为二期恒载加载于空心板。
不考虑桥面铺装参与结构受力。
3．活载计算考虑其横向分配，按横向铰接板法计算荷载横向分配系数。
4．计算时未考虑空心板纵向普通钢筋的抗拉和抗压作用。
5．主梁砼比重采用26kN/m3，企口缝及桥面铺装砼比重采用25 kN/m3。
2.3截面几何特性：2.3.1 截面几何尺寸：2.3.2.毛截面几何特性：毛截面几何特性注：A0—毛截面面积；S0—毛截面对底边静矩；y0—毛截面形心轴，y0 = S0 / A0；I0—毛截面惯性矩。
对于边板：A0=99.5×70+（20+10）×50/2-3.14×502/4-(10+5)×5/2-(10+5)×50/2=7714-2400=5315cm2=0.5314m2S0=99.5×70×35+10×50×65+10×50/2×(50+20/3)-3.14×502/4×（25+12）-5×10/2×（10+10/3）-5×55×（55/2+15）-5×50/2×(15+50/3)-5×5/2(10/3+65)=200995.89=0.2010y 0 = S 0/ A 0=0.2010/0.5314=0.3782 2.3.3 换算截面几何特性：换算截面几何特性注： A p — 预应力筋面积； αEP—预应力筋与混凝土弹性模量之比；A np — 预应力筋换算面积，A np = n p ×A p a p — 预应力筋合力点到底边的距离； A 0' — 换算截面面积； S 0' — 换算截面对底边静矩；I 0' — 换算截面形心轴，y 0' = S 0' / A 0'； I 0' — 换算截面惯性矩。
对于边板：A P =14×139.0mm 2=1946 mm 2=0.0019m 2 αEP =1.95×106/3.45×106=506522A np =(αEP -1) ×0.0019=0.0091a p =0.05643A 0'=531400+（506522-1）×1946+(2.0×105/3.45×105-1) ×1809.6 =540481.6mm 2=0.5405 m 2 其中 αES =2.0×105/3.45×105=5.8由b k h k =0.196 ， I k =3.07E -0.3 得 h k =43.3cm ， b k =45.3cm则得等效工字型截面的上翼缘厚度h f ' h f '=y 上- h k /2=11.3cm估算普通钢筋时，可先假定'f x h ，则由下式可求得受压区高度x设'0u cd f 0()2xM d f b h γ≤-由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，查得[8]：0γ=1.0，C50混凝土，cd f =22.4MPa ，ud M =1415.18 kNNm ，'f b =1195mm ，代入公式得：1.0×1415180000≤22.4×1195X(660-X/2) 解之得：X=9.2cm <11.3cm说明中和轴在翼缘板内, 可由下式求得普通钢筋面积s A 。
'cd f pd ps sdf b x f A A f -==(22.4×1195×92-1260×1946)/280= -78012mm <0说明按受力计算不需要配置纵向普通钢筋，现按构造要求配置。
普通钢仅采用HRB335，sd 280f =MPa ，s E =2×510MPa按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,可得到如下s A 00.003bh ≥=0.003×542×70=1138.22mm 。
普通钢筋采用1612Φ，s A =1809.62mm >1138.22mm 。
普通钢筋1612Φ布置在空心板下缘一排(截面受拉边缘)，沿空心板跨长直线布置，钢筋重心至板下缘40mm 处，即s a =40mm 。
