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预应力箱梁桥的分析与设计
摘要：
今天的桥梁建设已经在世界范围内取得了重要的地位。桥梁是任何道路网络中的关键元素。预应力梁式桥梁由于其拥有很好的稳定性，适用性，经济性，审美外观和结构效率在桥梁工程中得到普遍应用。在本论文中，预应力混凝土桥梁（小板，T型梁和箱梁）的分析和设计是使用IRC：112-2011进行。印度道路大会出版的统一的具体规范（IRC：112）2011年11月结合钢筋混凝土和预应力混凝土结构的规范新一代规范与以前的规范（即RCC的IRC：21）相比有显着差异结构和IRC：18用于PSC结构）。出版刊物IRC：21和IRC：18被撤回IRC：112。 IRC：112和旧规范的根本区别在于IRC：112基于承载能力极限状态理论，而以前的规范是基于正常使用极限状态设计理念。
桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。铁路，巷道，人行道甚至可能需要通行流体的地方都需要桥梁，来给予最大的商业和社会效益，效率，效率和平等。桥梁是国家的生命线和骨干战争。桥梁象征着人类的理想和愿望。他们跨越障碍，使人与人之间，社区与社区之间和国家与国家之间更接近。他们缩短距离，加快交通并促进商业发展。桥梁是人类为了掌握力量而进行的英雄斗争的象征。这些是人类的沉默纪念碑，不屈不挠的意志。桥建设构成文明沟通中的重要因素，是重要因素文明进步，桥梁是土木工程师工作的贡献的代表之一。
1.桥梁分类：
桥梁根据不同的标准进行分类如下：
根据功能作为渡槽（河上的运河），高架桥（公路或铁路谷，行人，高速公路，铁路，道路铁路两用桥或管线桥梁。
根据建筑材料的不同，可分为如木材，砖石，铁，钢，钢筋混凝土，预应力混凝土，复合或铝桥。
根据桥梁结构的形式或类型，如板桥，梁桥，桁架桥，拱桥，吊桥。
根据跨度关系简单，连续和悬臂桥。
根据桥面相对于上层建筑的位置分为沟桥，通桥，半桥或吊桥。
根据跨度长度（不到8m），小桥（8m〜30m）或长跨桥。
2.基本概念
预应力是在结构上施加初始载荷，以使其能够抵抗应力其使用期间由后续荷载引起。预应力是从古代实践的乘以骑自行车轮辐的行为，也是预应力的一个例子。预应力混凝土基本上是一种混凝土，其中内应力具有适当的大小和引入分布，使得由外部荷载产生的应力抵消所需的力的大小。在钢筋混凝土构件中，预应力通常是钢筋产生。预应力混凝土的最小等级为M40为预张紧，M35为柱拉紧。混凝土的抗拉强度仅为混凝土抗压强度的8-14％。预应力梁的类型及其用途：
混凝土桥梁上层建筑最常用的形式之一是预制梁现浇板梁。这种类型的上层建筑通常用于20至40米之间的跨度。多数在印度建造的预应力混凝土桥梁是采用的后张力型。跨越高度比是通常保持为20为简单的支撑跨度和25为连续跨度。主梁间距为2至3米。应根据需要提供小平板突出部以提供理想的美观效果并减少转移时刻。不同类型的主梁桥梁如图所示
T型梁的横截面
箱梁的横截面
I型梁的横截面
3.有限元法
有限元法是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。对于每个单元，推导出与位移相关的近似刚度方程的节点到单元之间的节点力方程，并以与处理斜率偏差方程相同的方式可以解决连续梁中的节点受力，使用电子计算机可以来解决这些数量非常大的问题。关联节点力和位移的联立方程数。连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。如
a）3个三角形，4个四边形，6个三角形，8个四边形
b）9联接的六面体，10联接的四面体，20联接的弯曲固
4. IRC关于桥梁设计的建议
任何桥梁分析的第一步和主要步骤是选择装载类型，它们是恒载，活载，冲击效应，风载荷，由于车辆牵引力产生的的纵向力，由于车辆制动产生的纵向力，地震效应，土压力，车辆碰撞力等。在这些荷载中活载起主要作用。
车载载荷：
根据IRC Class 70R，IRC的配置和强度对车载荷载进行分类
AA级（追踪和轮式），IRC A类和IRC B类装载。
荷载组合：
应对所有出现的加载阶段进行分析。可分为以下阶段
在预应力张拉阶段
施工阶段包括临时装载，运输，处理和安装或吊装时可能发生的载荷
根据IRC设计荷载：6项，包括恒载，恒载预应力损失，活荷载和活载预应力损失
对于温度效应的荷载组合，最大为50％，应考虑活载
极限强度：预应力混凝土构件检查极限的失效条件
荷载：
a.1.25 G 2 SG 2.5 Q ---在适度条件下
b.1.5 G 2 SG 2.5 Q ---在严酷的暴露条件下。
对于断面，如果荷载与活载有相反的影响，应进行检查
用于G SG 2.5 Q.
极限强度计算：
有两个破坏的条件，应该计算力量，最小限度
被设计考虑。他们是
- 钢筋破坏
- 混凝土破坏
5.分析箱梁桥
箱梁桥梁分析方法如下
简单的线分析或梁分析，格栅分析，BEF分析（弹性基础梁），空间框架分析，有限元法
对于箱梁桥梁的研究，有限元法更为准确。
5.1 模型说明
加载在主梁桥上：
在分析和设计中要考虑的各种类型的载荷，剪力和应力
梁腹板厚度
梁腹板的厚度不得小于加固层的透明盖的d / 36的两倍加上管道孔的直径，其中 “d”是从箱梁顶部测量的到小板底部的拱腹的高度或200毫米加管道孔的直径，取两者的大值。
下翼缘厚度：
箱梁的底部凸缘的厚度应不小于1/20主梁梁腹间隔或200毫米，取大值。
上翼缘厚度：
包括悬臂尖端的小的最小厚度为200mm。对于具有预应力束的上部和下部翼缘，该处的厚度不得小于150 mm加上管道孔的直径。
预应力损失：
在对张力作业和后期使用中混凝土和钢筋的应力进行评估时，应适当考虑混凝土收缩徐变引起的应力的所有损失和变化，混凝土收缩，钢松弛，混凝土弹性变形以及锚具的摩擦和滑移。
极限强度计算：
在这两种不同的破坏条件下，断面的极限抗力应为
由以下公式计算，两个值中的较小值作为最终值
抗力设计时刻。
钢筋破坏
混凝土破坏
6.后张法小箱梁桥的分析与设计
用跨径为30米，桥面宽度7.5米的后张拉式小箱梁桥进行考虑分析。
活动负荷按照IRC进行： 该梁的翼缘宽度之和为1.2米，上翼缘厚度为0.25米。底板厚度为0.25m和梁肋厚度为0.35米。梁如图所示：
主梁示意图
使用的材料属性是M50级混凝土和Fe415级钢。所考虑的主梁预应力钢筋剖面是抛物线。不同的桥梁高跨比（L / d）比从15到19，高跨比（L / d）分析如下。
6.1。数学建模
具有30 m跨度的箱梁桥梁的数学模型如图6.2所示
箱梁桥梁建模
用于后张法箱梁桥设计的钢筋轮廓是抛物线，数学模型如图6.3所示
预应力筋剖面
6.2。结果验证
通过使用SAP2000获得弯矩，剪切力和挠度结果。弯曲过考虑由最不利组合组成的不同负载条件获得力矩和剪切力负载，超级加载恒载和活载。结果如下图1所示
跨中的弯矩和剪切力如表6.1和6.2所示。
表6.1跨中的弯曲力矩沿跨度（tm）
表6.2跨中的剪切变化沿跨度（kN）
最大弯矩可以得出为DL SIDL（Mg）= 1631 tm
实际总的最大弯矩（Mt）= 2219 tm
初步压力：
fck = 50MPa
fci = 40MPa
fct = 20MPa
fcw = 16.5MPa
ftt = 2MPa
ftw = 0MPa
fbr = 16 MPa
预应力损失率= 0.8
预应力，偏心率和预应力钢筋数量相对于跨度与高比的变化总结在表6.3中
表6.3预应力和偏心度的计算
使用弗雷西系统，65mm预应力束管道中的锚固类型7K-15（IS：6006-1983），预应力钢筋束均为四束。
对上述情况进行以下检查。
检查截面模量：
所需截面模量Zreq = 571 x 106 mm3
提供截面模梁Zpro = 341times;108mm3
Zprogt; Zreq，因此提供的部分是足够的。
检查压力：
在吊装安装阶段
顶部应力= 1.52 MPa lt;fct
底部应力= 0.87 MPa lt;ftt
在工作阶段
顶部应力= 1.4 MPa lt;fcw
底部应力= 0.48 MPa（根据IS1343：1980无拉伸应力）
顶部和底部纤维在转移和服务载荷下的所有应力都在允许范围内限制。
检查弯曲强度：
对于跨度中心
根据IRC：18-2000，
Mu = 1.5M（G） 2M（SG） 2.5M（Q）
Mu = 40025 kNm
极限弯曲强度计算如下
钢筋破坏
Mu = 0.9 db Ap fp
Mu = 118244 kNm
混凝土压碎破坏
Mu = 0.176 bw d2fck （2/3）0.8（b-bw）（d-0.5Df）Df fck
Mu = 234556 kNm
极限弯曲强度Mu = 118244gt; 40025 kNm，因此设计安全。
偏转检查：
表6.4检查偏转
最大允许偏差根据IS：1343-1980，自重偏移 预应力 活动载荷=跨度/ 350或20 mm，以较小者为准允许挠度=最小值（86或20）= 20 mmgt; 18 mm因此安全。
6.3 箱梁桥梁加固设计
端部设计
P = 5428 kN
bw = 350 mm
d = 1800mm
假设200毫米宽和200毫米高的分布板，同心地位于中心。
Ypo / yo = 0.57
根据IRC18：2000，从表8. Fbst / Pk = 0.149
Fbst = 404kN
Ast = 1119mm2
在水平方向和垂直方向上提供100 mm c / c的12 mm直径的条相同的钢筋在长度方向上提供高达750毫米，与其他梁腹板钢筋也相同。
侧面加固
Ast = 315 mm2
在腹板的每个面上提供6-12 mm的直径。
甲板板的设计
弯曲时刻= 2219 kNm
所需高度= 201 mm
提供的高度= 250毫米安全。
主要加固
Ast = 4256mm2
提供16 mm直径的杆100 mm c / c
横向加固设计
M = 0.3ML 0.2（MDL MSIDL）M = 503kNm
Ast = 1235 mm2
在160 mm c / c的条件下提供12 mm直径的条
侧面加固的细节如图6.4所示（所有尺寸均为毫米）
横截面细节如图所示（所有尺寸均为毫米）
截
6.4各种跨高跨比的结果比较
对于各种高跨比，获得了预应力，挠度和应力值的比较如表6.5所示。
表6.5各种高跨比预应力，挠度和应力值
施工和工作阶段各种高跨比的应力比较如表6.6所示。
表6.6各种高跨比的应力比较
7.结论
从后张力箱梁桥的分析设计，对各种高跨比进行了比较和观察。各种高跨比用于箱梁桥梁的分析，对于所有的情况，偏转和应力都在允许的范围内。随着箱梁高
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