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预应力混凝土I梁设计
桥面铺装各阶段。几何属性和支撑长度和用于计算标准抗弯矩性的应力只适用于钢截面。应考虑在桥面板上放置的各个阶段的载荷，刚度和支撑的变化。还应考虑在施工期间作用在钢筋桁架上的桥面板突出支架的力的影响。
美国过去三四十年来，预应力混凝土梁在公路桥梁上得到广泛应用。在许多州，他们已经在很大程度上取代了一段时间流行的钢筋混凝土梁桥跨距。图4.8-1至4.8-3显示了目前美国用于短距离和中长距离展开箱梁，相邻箱形梁和I梁的三种最常见的预应力混凝土梁桥梁类型，但不具有重要意义。虽然这些梁已经被标准化，但它们的应用在美国已经广泛传播。另一组流行的预应力混凝土梁是所谓的T梁或大块T梁，尽管不如上述三种类型那样流行。
预应力混凝土I梁类似于钢梁，也与中间隔膜（图4.8-4）一起用于公路桥梁，以形成上层建筑框架。他们是为适应钢梁的直线和倾斜的结构。另一方面，预应力混凝土箱梁只能用于具有小倾斜角的结构。例如，一些桥梁业主限制预应力混凝土箱梁与以下30◦倾斜角度的跨度。除了这个限制外，扩展箱梁上层结构的工作方式与其横梁对应部分相对于梁间距，相关桥面板厚度等工作。
相邻的箱梁上部结构节省桥面板混凝土的用量。它们还将桥面板厚度要求降低了几英寸，而箱梁顶部凸缘被认为是混凝土桥面板的一部分。然而，它们需要在梁放置之后使用灌浆材料形成的两个箱梁之间的纵向剪切键。这些剪切键还需要在横向方向上“紧固”，通常通过实施来实现。然而，有报道说，剪切键的过早失效，通过在剪切键上方的桥梁表面或箱梁之间的桥面上的开裂变得非常明显。
图4.8-5显示了短跨到中跨梁梁桥梁中预应力I梁的设计的典型和简短的过程。该程序也是一般的，概念上适用于其他横截面形状的预应力混凝土梁，如箱体和体积都是T型的截面.本节讨论流程图中每个步骤的细节。 在此之前，预应力混凝土梁的基本概念作为理解AASHTO设计要求的基础。
预应力混凝土
具有预应力的桥梁通常采用预制技术制成。预应力在混凝土硬化之前通过预应力钢绞线施加，因此前缀“pre”是在预制中的意思。后张法是在预应力混凝土构件制造中广泛使用的另一种技术，但很少用于桥梁。这主要是因为在硬化混凝土之后进行后张法，因此可能更昂贵，特别是在现场完成时，几乎总是这样。相比之下，如果可能，预制构件总是在加工厂进行。另一方面，通常在桥的横向方向上使用后张法，例如，将几个相邻的箱梁“紧固”在一起以形成上部结构框架。 这在前面已经提过。
在制造预制梁时，首先将钢筋或股线布置到所需的位置，然后以混凝土形式施加预应力。图4.8-6 a和b说明了操作，显示了梁的高度。然后将混凝土置于这种预应力形式中并固化以发展初始强度，如图4.8-6c所示。这种初始强度需要达到能够承受预期的预应力而将裂未裂的状态。然后松开股线以将预应力施加到混凝土。图4.8-6d显示了混凝土梁的结果条件：由于偏心预应力或预应力筋施加到混凝土梁上的负弯矩加上施加的压缩力，预应力引起的弯曲和缩短。
请注意，梁的缩短也会导致钢丝中的预应力部分损失，反过来也会导致混凝土应力损失，因为钢绞线也会缩短，从而部分地不受应力。预应力损失的量化是预应力混凝土梁设计中的重要一步，将在下一节讨论。由于混凝土中预应力的量被视为梁的强度的一部分以抵消负荷引起的应力，因此高估预应力是不合理的。 换句话说，需要充分估计预应力损失或预应力减小以确保梁的安全。
混凝土横截面施加预应力的位置也是设计中确定的重要因素，因为它决定了预应力施加的力矩的大小。这个时刻可以增加最外面的混凝土纤维中的预应力和抵抗负载诱发力矩的能力。另一方面，这一时刻可能在梁的另一侧（通常是顶部）的最外面的混凝土纤维中引入大的拉伸应力，可能导致混凝土梁中的开裂，并且增加了对梁的耐久性的担忧。因此，AASHTO规范规定了在混凝土梁的这些不同阶段控制应力的要求，称为初始阶段（或预应力转移阶段或预应力释放阶段）。
预处理和应力分析的功能
本节定量讨论了预应力的作用，并得出了应力计算和构件设计所需的公式。
对于预应力混凝土构件的结构分析和设计，图4.8-6d所示的预应力释放阶段标志着应力的第一个重要步骤。这是混凝土第一次遭受重大压力。 在文献中，这一阶段也被称为初始阶段，预应力释放或预应力应用。显然，“初始阶段”这个名称暗示了梁的预期寿命中还有其他阶段的压力，如服务阶段或运行阶段，最终阶段达到强度极限承载能力。“预应力释放”这个名词是指应用于股线的预应力从施加预应力的设备中释放出来。因此，这种预应力释放受到通过化学键围绕线束的硬化混凝土的约束。然后通过粘结将预应力施加到混凝土，因此称为“预应力应用”。
根据应力分析理论，预应力混凝土梁（无复合板）典型截面的应力状态可以很容易地写成如下。 预应力施工到混凝土的初始阶段：
哪里 压应力
拉应力
预应力钢绞线重心从中性轴偏心
式4.8-1是基于弯曲应力的线性分布的假设，如图4.8-7所示。距离中性轴的距离y处的总应力是由于预应力引起的均匀分布的压缩应力，由于预应力引起的力矩（预应力乘以其偏心）引起的弯曲应力的总和以及由于 梁的自重。
一般来说，图4.8-7显示弹性应力叠加在横截面上来自五个不同载荷的总应力：
总压力 = 预应力应力
预应力时刻压力
自重力矩压力
服务静载应力瞬间
服务活载应力瞬间
根据施工阶段或服务阶段的重点，其中一些压力可能不存在。例如，当传送预应力时，不存在服务静载荷（例如，梁上的甲板自重）和服务活载荷（卡车载荷）。
在初始阶段，混凝土开裂是令人关切的，而完全混凝土强度尚未达到。过大的预应力可能导致混凝土开裂。 因此，需要检查混凝土中的拉伸应力，以免超过当时的混凝土强度。例如，对于简单的支撑梁，拉伸应力可能发生在中跨的顶部纤维处。 该压力可以使用以下公式找到：
其中顶部是相对于顶部纤维的非复合横截面的距离中性轴距离y顶部的截面模数，如图4.8-8所示：
与中性轴不同距离处的其他应力也可以使用公式。
图4.8-7还包括在预应力转移的初始阶段之后的使用条件下的应力。 可以看出，由施加负荷（主要是卡车活载）引起的混凝土梁中的拉伸应力被预应力引起的压应力减轻甚至抵消，导致非常小的总应力。 这确实是预应力的意图或优势。 这需要通过仔细的设计来实现。
数量损失包括预设损失。
方程中的有效预应力 4.8-1是首次施加时初始预应力与预应力损失：
其中是由于预应力转移而导致的混凝土弹性缩短引起的预应力损失：
哪里 预应力钢绞线的杨氏模量
初始阶段或预应力转移下混凝土的杨氏模量
由于预应力引起的钢绞线重心的混凝土应力
公式4.8-6是从应变相容性的原理得出的，即混凝土应变等于钢绞线重心处的钢绞线线应变：
示例4.13包括应用于预应力混凝土I梁的预应力损失估计的说明。
4上层建筑设计
4.8.2静载效应
作为钢梁设计，静载效果估计为外梁和内部横梁分别进行，因为它们可以携带桥面板的不同部分和任何其他设施。 因此，这两个团体应当区别对待的设计，如果他们的负荷情况是显著不同。
预应力混凝土I梁的载荷效应计算与钢梁相同，除了梁材料，因此使用支流区域的概念进行自重。 基于这个概念，外部梁上的静载荷如图4.8-9所示，内部梁的图4.8-10显示。 栏杆也经常均匀地分布到所有梁上，如图4.8-9和4.8-10所示。 根据桥面板的刚度，这种均匀分布可能是也可能不现实。 然而，由于桥面板通常占据梁上的大部分静载荷，因此估计由特定梁承载的栏杆部分的不准确性可能不是那么关键。 示例4.12包括对预应力混凝土I型梁桥的静载荷作用的计算。
4.8.3活载效应
只要满足以下要求，AASHTO规范的束线分析方法仍然适用于预应力混凝土梁。
桥面板宽度是恒定的。
梁的数量不小于4。
梁是平行的并且具有大致相同的刚度。
突出宽度减去屏障宽度小于3.0英尺。
计划中的曲率为零。
满足以下适用性要求：（i）3.5 ftle;Sle;16 ft，其中S为梁间距; （ii）4. 5 in。le;tle;12 in。其中t是桥面板厚度; （iii）20ftle;Lle;240ft，其中L是梁跨度长度; （iv）10,000 in.4le;Kgle;17,000,000in.4，其中Kg是下面定义的刚度系数; （v）-1ftle;dele;5。 5英尺，其中d e是外梁的内侧腹板面与脚边脚趾之间的横向距离。 当前者在后者中时，e为正，否则为负。
支撑钢筋混凝土桥面板的预应力混凝土I梁的活载分布系数实际上与支撑同一甲板的钢I梁相同。 为了方便起见，这里给出了关于特定梁类型的几点评论。 示例4.12说明了应用于两跨桥梁的简单跨度。
内部梁分布因素DF
DF加载一个车道的时刻：4.6.2.2
哪里 S = 梁间距（英尺）
L = 梁跨距（英尺）
t = 混凝土桥面板厚度（英寸）
㎏= 给定为纵向刚度参数（英寸的四次方）
哪里 n = EB / ED，梁和桥面板的杨氏模量比4.6.2.2
I= 非复合梁惯性矩（英寸的四次方）
A= 非复合梁横截面积（英寸的平方）
非复合梁和桥面板重心之间的距离（英寸）
注意，在桥梁所有者同意的情况下，在预应力混凝土I型梁截面（4.6.2.2.1）的规格中允许使用。 当横截面未确定时，可以方便地使用。 还应该强调的是，表3.3-1中对于一个通道的多重存在因子1.2已经包括在等式 4.8-8和规范中的类似公式，但不是指杠杆规则。
DF加载两个或多个车道的时刻：
在一个车道的DF值和加载有多个存在因子的多个车道之间，以较大者为准，将控制梁的容量。 这个概念适用于剪切和其他梁的设计。 再次注意，在桥梁所有者同意的情况下，在预应力混凝土I型梁横截面的规格中允许
（4.6.2.2.1）
DF用于加载一个车道剪切：
DF用于装载两个或更多个车道的剪切：
再次，在一个车道的DF和多个车道的DF之间取较大者，应用于在设计中将负载分配给梁。
外部梁的分布系数DF
DF加载一个车道的时刻：使用杠杆规则以及表3.3-1中的多重存在因子1.2。 3.6.1.1.2
所谓的杠杆规则在AASHTO规范中被多次引用用于结构分析。 这是一个简单的力学模型，被认为与这里的负载分布类似。 可以使用图4.8-11中的简单图形来理解。在如图所示的单个载荷1中，由两个载荷分别为0.5，如图所示，将载体上的反作用作支撑梁的分布系数，外部梁 这个案例。 显然，这种方法不包括考虑卡车同时占用的多个车道。 因此，表3.3-1中的1.2多重因素需要明确应用于所产生的分布因子。
DF加载两个或多个车道的时刻：
如公式 如图4.8-12所示，外部梁的分布因子在规格中作为内部梁的分布因子和校正因子e的乘积给出。 在该校正因子中，距离de在外梁的腹板和路边的内边缘之间以英尺为单位。 如果前者位于内部边缘，则为正; 否则为负。 假设de也在-1le;dele;5.5范围内有限。
DF为一个车道剪切加载：使用杠杆原理，也就是说，
请注意，由于使用杠杆规则方法，因此需要应用多重存在因子1.2。
DF用于装载两个或更多个车道的剪切：
注意，在等式 4.8-11，具有嵌入的多重存在因素。
附加调查分布因子
在梁桥中，横截面通常使用隔膜或横梁支撑，如本章前面所述。 外部光束的分布因子不应小于通过假设横截面作为刚性横截面偏转和旋转而获得的分布因子。 为了满足这一代码要求，需要计算以下剪切分布因子以及表3.3-1中的多重存在因子，以便与上述对应的DF值进行比较。 较大的DF应用于梁设计：
图4.8-12卡车放置在外部光束分布因子的附加调查
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