田源预应力混凝土T型梁桥设计正文

2012 届土木工程专业毕业设计第 1 页 共 51 页摘要 .2第 1 章 绪论 .41.1 设计技术指标 .41.2 地质资料 .4第 2 章 桥型方案设计 .42.1 方案一：预应力混凝土 T 形梁桥 .42.2 方案二：钢筋混凝土箱形拱桥 .52.3 方案三：简支钢箱梁桥 .52.4 方案最终确定 .5第 3 章 上部构造设计 .63.1 设计资料及构造布置 .63.2 横截面布置 .73.4 主梁内力计算 .93.5 可变作用计算 .103.6 预应力钢束的估算及其布置 .163.7 计算主梁截面几何特征 .193.8 主梁截面承载力与应力验算 .213.9 持久状况正常使用极限状态抗裂验算 .253.10 持久状况构件的应力验算 .293.11 主梁变形验算 .34第 4 章 预应力简支 T 型桥梁施工方案设计 .354.1 工程概况： .354.2 编制依据 .354.3 桥梁主要部位施工工艺、施工方案 .36田源：后张预应力混凝土 T 形梁桥设计第 2 页 共 51 页4.3.1 总体预制顺序 .364.3.2 预制施工的操作程序 .364.3.3 钻孔灌注桩施工 .364.3.4 预应力张拉 .374.3.5 防撞护栏施工 .374.3.6 桥面铺装 .384.3.7 施工过程中的测量放样 .384.4 施工安全保证措施 .384.4.1 安全管理保证措施 .384.4.2 保证安全的技术措施 .394.4.3 强用电管理 .394.4.4 防火 .39主要参考文献 .40致谢 .402012 届土木工程专业毕业设计第 3 页 共 51 页后张预应力混凝土 T 形梁桥设计田源重庆三峡学院土木工程学院土木工 2012 级 重庆万州 404100摘要：本设计采用装配式简支 T 梁结构，其上部结构由主梁、横隔梁、行车道板，桥面部分和支座等组成，显然主梁是桥梁的主要承重构件。其主梁通过横梁和行车道板连接成为整体，使车辆荷载在各主梁之间有良好的横向分布。桥面部分包括桥面铺装、伸缩装置和栏杆等组成，这些构造虽然不是桥梁的主要承重构件，但它们的设计与施工直接关系到桥梁整体的功能与安全，这里在本设计中也给予了说明。 关键词：预应力，汽车荷载，简支 T 梁，应力验算田源：后张预应力混凝土 T 形梁桥设计第 4 页 共 51 页Design of post tension prestressed concrete T beam bridgeTian YuanSchool of civil engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing, 2012, Wanzhou 404100, ChinaAbstract: This design uses assembly simply supported T beam structure, the upper structure is composed of a main beam, cross beam across the carriageway plate deck part and the support and so on, obviously the main girder is the main bearing member of the bridge. The girder through the crossbeam and the lane board connected as a whole, enable the vehicles load between the beams have good lateral distribution. Portion of the bridge, including bridge deck pavement, telescopic device and railings and other components, these structures although not bridge the main load-bearing components, but their design and construction is directly related to bridge the overall function and the security, here in this design has also given a detailed description.Key words: prestress, simply supported T beam, post tensioning method, stress checking2012 届土木工程专业毕业设计第 5 页 共 51 页第 1 章 绪论1.1 设计技术指标路等级：公路II 级设计荷载：人群荷载 3.0kN/m2，每侧人行栏、防撞栏的每延米重量分别为 1.52kN/m 和4.99kN/m。桥面宽度：17.5 米（双向四车道）洪水频率：1%设计地震烈度：基本烈度六度1.2 地质资料桥位处于地形属浙西中低山区，经过地段的地貌可分为平原区和中底山区地貌两种类型，地势相对较陡，靠近主城区侧地势较低，靠郊区侧地势相对较高。第 2 章 桥型方案设计根据现桥施工位置及使用功能并综合考虑工程的经济性和施工难易程度，本桥桥跨布置的单跨跨径宜在 30m 以上，所以选定简支 T 型梁、连续箱梁和连续刚构桥这三种桥型方案来进行方案对比2.1 方案一：预应力混凝土 T 形梁桥2.1.1 方案简介标准跨径：40m（墩中心距离）主梁全长：39.96m计算跨径：39.00m桥面净空：净-14+21.75m=17.5m公路II 级，人群荷载 3.0kN/m2，每侧人行栏、防撞栏的每米重量分别为1.52kN/m,4.99kN/m。田源：后张预应力混凝土 T 形梁桥设计第 6 页 共 51 页图 1 立面图2.1.2 材料及施工工艺混凝土：主梁用 C50 混凝土，栏杆及桥面铺装用 C30 混凝土；预应力筋采用：标准强度 1860MPa 级低松弛钢绞线，单根钢绞线直径 s15.24mm，公称面积140mm2。普通钢筋：直径大于和等于 12mm 的采用级热轧螺纹钢筋，直径小于 12mm 的均用级热轧光圆钢筋；钢板：锚头下支承垫板、支座垫板等均采用普通 A3 碳素钢。2.1.3 总结简支梁的优点是构造、架设方便，可减低造价，受力明确，但相邻两跨之间存在异向转角，支点受剪力影响最大，会出现行车不稳的情况2.2 方案二：钢筋混凝土箱形拱桥2.2.1 方案简介本桥采用钢筋混凝土箱型拱桥因为跨度很大（对连续梁桥），在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律，变截面梁的变化规律采用二次抛物线。 2.2.2 施工方法 采用无支架缆索吊装施工方法，拱箱分段预制。采用装配整体式结构型式，分阶段施工，最后组拼成一个整体。 2.2.3 总结 预应力混凝土连续箱梁也是目前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一。结构刚度大，抗震能力强，施工工艺相对简单，变形小，行进桥面连续且平顺，行车较舒适；相比之下较 T 型梁增加了施工的难度和工期，超静定结构，造价较 T 型梁要多上一些。且由于增加了大吨位支座，日后维护费用要增加。2012 届土木工程专业毕业设计第 7 页 共 51 页2.3 方案三：简支钢箱梁桥2.3.1 方案简介变梁高，横隔板采用实腹式和框架式两种构造，框架中根据断面高低设置“X”或“V”形斜撑。根据受力需要，钢箱梁在不同区段采用了不同的横肋布置，底板受力较大的部位，采用框架式横肋，底板受力较小的部位，采用只在顶部加劲的横肋型式。支点处及边跨端部横隔板采用实腹式横隔板。 2.3.2 总结结构受力合理，变形小，桥面连续，行车舒适。缺点就是噪音大，较 T 型梁增加了施工的难度。材料用量和费用较 T 型梁要多一些。造价高上且由于增加了大吨支座，养护比较麻烦，维护费用高。2.4 方案最终确定经过仔细的对比后，简支梁的设计较简单,受力明确，比较适合该跨径桥梁的设计,它的结构简单，架设方便，可减低造价，缩短工期，同时最易设计成各种标准跨径的装配式构件，因此我选择方案一预应力混凝土简支 T 型梁桥。第 3 章 上部构造设计3.1 设计资料及构造布置3.1.1 桥梁跨径及桥宽后张预应力混凝土 T 形截面梁标准跨径：40m（墩中心距离）主梁全长：39.96m计算跨径：39.00m桥面宽度：净-14+21.75m=17.5m3.1.2 设计荷载公路II 级，人群荷载 3.0kN/m2，每侧人行栏、防撞栏的每延米重量分别为 1.52kN/m 和4.99kN/m。3.1.3 材料及施工工艺混凝土：主梁用 C50 混凝土，栏杆及桥面铺装用 C30 混凝土；预应力筋采用：标准强度 1860MPa 级低松弛钢绞线，单根钢绞线直径 s15.24mm，公称面积140mm2。普通钢筋：直径大于和等于 12mm 的采用级热轧螺纹钢筋，直径小于 12mm 的均用级热轧光圆钢筋；田源：后张预应力混凝土 T 形梁桥设计第 8 页 共 51 页钢板：锚头下支承垫板、支座垫板等均采用普通 A3 碳素钢。3.1.4 设计依据交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)，简称“桥规”；交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG B62-2004)，。基本计算数据（见表 1）2012 届土木工程专业毕业设计第 9 页 共 51 页表 1 基本计算数据名称 项目 符号 单位 数据立方强度弹性模量轴心抗压标准强度轴心抗拉标准强度轴心抗压设计强度轴心抗压标准强度cu,kcktcdtfEffMPaMPaMPaMPaMPaMPa503.4510432.42.6522.41.83短暂状态容许压应力容许拉应力ckt0.7fMPaMPa20.721.757混凝土持久状态标准荷载组合：容许压应力容许主压应力短期效应组合：容许拉应力容许主拉应力ck0.56fstpctk0.856fMPaMPaMPaMPa16.219.4401.59标准强度弹性模量抗拉设计强度最大控制应力 conpkpdk0.75fEfMPaMPaMPaMPa18601.951051260139515.2钢绞线持久状态应力：标准荷载组合 pk0.65fMPa 1209材料重度钢筋混凝土沥青混凝土12kN/m3kN/m325.023.0田源：后张预应力混凝土 T 形梁桥设计第 10 页 共 51 页钢绞线 3 kN/m3 78.5钢束与混凝土的弹性模量比 EP 无量纲 5.65注：考虑混凝土强度达到 C45 时开始张拉预应力钢束。 和 分别表示钢束张拉时混凝土的抗压，抗拉标ckft准强度，则： =29.6MPa， =2.51MPa。tkftkf3.2 横截面布置3.2.1 主梁间距与主梁片数主梁翼板宽度为 2500mm，主梁间距也为 2500mm，由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种：预施应力、运输、吊装阶段的小截面（上翼板宽度 1600mm）和运营阶段的大截面（上翼板宽度 2500mm）。桥宽为净-14+21.75，桥梁横向布置选用 7 片主梁，如图 2 所示。图 2 横断面图3.2.2 主梁跨中截面尺寸拟定预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在 115125 之间。本设计选择梁高1.9m，高跨比 1/21.3.2.3 主梁截面细部尺寸T 梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板抗压强度的要求。本设计将预制 T 梁的翼板厚度取用 150mm，翼板根部加厚到 250mm 以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚