混凝土设计方案

宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 0 混凝土设计方案 设计基本资料 本次设计的桥梁 0 号桥台位于 ， 1 号台位于 ，为 30m 跨径的小型桥梁，设计荷载为公路 I 级荷载，人群为 车道为双向四车道，预应力主梁采用 凝土。以以上资料结合 桥梁结构的经济性、适用性、安全性、美观性和施工难易程度为考虑因素，综合考虑各设计方案的优缺点，选择预应力混凝土连续梁桥和预应力混凝土简支梁桥作为比选方案，从两个合理方案中比选一个最优方案，作为此次的设计方案。 案一：预应力混凝土连续箱型梁桥 预应力连续箱型梁桥具有结构刚度大，桥面变形小，动力性能好，变形曲线平顺，有利于高速行车等优点。但是连续梁桥是一种外部超静定结构，基础不均匀沉降将引起结构附加内力，因此对基础要求高，工艺要求较为严格，需要先进的技术和机械设备，需要用吊装法施工。 在连续梁桥设计中，桥梁全长 30m，可采用两跨，这样能保证桥下有足够的排洪面积，使河床不至于遭受过大的冲刷。此桥可分为两孔，不考虑通航要求，桥高为 28m，最大纵坡 2%，人行道、非机动车道、行车道可分为 1m+1m+16m+1m+1m=20m，具体结构布置图1 所示：图 1 连续梁桥方案图 案二、预应力混凝土简支梁桥 由于预应力混凝土简支梁桥静定结构受力明确，不受基础限制，构造简单，施工方便，应用广泛，易于标准化，使用吊装法施工，易适用于小跨径桥梁。此桥全长 30 米，可选用一跨简支梁，梁型为 T 梁，其跨径较小，施工方便又能保证桥下有很大的排洪面积和空间，预应力混凝土简支梁桥梁高为高跨比的 1/251/15，标准设计中高跨比约 在 1/181/19, 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 1 图 2 简支梁桥方案图 本桥采用 主梁高度，桥高为 28 米。桥面设有 2%横坡度，其具体结构如图 1 表 1方案比选表 序 号 比较项目 方案类别 第一方案 第二方案 主梁：预应力混凝土连续箱型梁桥 主梁：预应力混凝土简支 T 型梁桥 1 桥高（ m） 28 28 2 梁长（ m） 最大纵坡（ %） 2 2 4 经济性 全桥总长的技术经济合理性不易简化，经济费用高。 结构尺寸易于系列化，标准化，简化施工管理工作，施工方 便，降低施工费用。 5 适用性 结构手里性能较好，无伸缩，行车较为平顺，抗震能力强。 桥型结构简单，车辆和行车能安全顺利同行，桥下有足够的排洪面积。 6 美观性 由于桥梁跨径很小，造型显得复杂化。 结构简单，造型没关，能与环境协调统一。 7 施工难易程度 施工较为复杂化，需要先进的技术和工艺要求 施工简单，方便，节省工程费用。 基于经济性、适用性、安全性、美观性和施工难以程度的综合考虑，本设计选择方案二为设计方案：预应力混凝土简支 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 2 第二章 尺寸拟定 长和跨径 桥梁的梁长： 准跨径： 30m，计算跨径： 梁高度 预应力混凝土简支梁桥的主梁高度为高跨比的 1/251/15，增大梁高可以节省预应力钢筋束的用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加的不多，主梁高度， 梁间距和片数的确定 主梁间距通常应随梁高与跨径的怎大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下适当加宽 T 梁翼板。但标准设计主要为配合各种桥面宽度，是桥梁尺寸标注而采用统一的主梁间距。交通 公路桥涵标准图中，预应力混凝土简支梁 T 梁跨从 1640m，主梁间距应为 虑人行道适当挑出，净 2 2m 的桥宽则选用 13 片主梁，如图 3 所示： 图 3 主梁的间距和片数 梁截面细部尺寸 T 梁翼板的厚度主要取决于桥面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受压的强度要求。本设计预制 T 梁的翼板端部厚度取 8板的根部厚度取14 在预应力混凝土梁中腹板因主拉应力甚 小，取其 T 梁腹板厚度为 16蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计时间表明，马蹄占截面总面积的 10%20%为合适，本设计取马蹄的宽度为 32度为 28蹄与腹板交接做成 45斜坡的折线钝角，主梁间距为 160 2工作缝）， T 梁上翼板宽度为 158梁支点和跨中截面图如图 4 所示： 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 3 图 4 主梁的支点和跨中截面图 隔梁的布置 在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该 处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大，为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道横隔梁，当跨度较大时，应设置较多的横隔梁，本设计在桥跨中，支点和四分点处设置五道横隔梁，横隔梁的间距为 体布置图如图 5 所示： 图 5 横隔梁布置图 面铺装 机动车道与非机动车道桥面铺装均为 8重为 2KN/2层容重为 24KN/群为 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 4 第三章 主梁的内力计算 载内力计算 制梁自重（第一期恒载） 1）、跨中截面主梁自重 2）、马蹄抬高与腹板变宽部分的自重 (3）、支点段梁的自重 4）、边主梁的横隔梁自重 图 6 内横隔梁和端横隔梁图 内横隔梁的体积 21 0 8 4 端横隔梁的体积 20 8 3 4 0 6 7 0 8 3 4 4 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 5 5）、第一期恒载 411/4 7 3 二期恒载 1）、桥面铺装 2 9 1 2）、栏杆和人行道 0 6 梁恒载内力计算 如图 7 所示，设 x 为计算截面离左支点的距离，并令，则：主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： )1(21 (21 恒载内力计算表如表 3示： 表 3 内力计算表 计算数目 荷载集度 l= 目 )1(21 (21 Q 1/8 1/8 0 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 6 (1 0 (1 0 载的内力计算 点处内力影响线 当荷载位于支点处时，应按杠杆原理法计算荷载的横向分布系数，各号梁的横向分布系数影响线和最不利荷载图如图 8 所示： 号梁号梁号梁号梁号梁号梁号梁图 8 支点处的荷载横向分布系数 支点处荷载横向分布系数计算结果： 1 号梁： 汽车： 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 7 人群： 号梁： 汽车： 群： 号梁： 汽车： 他梁同 3 号梁 算几何特性（其他截面 ） 1）、计算主梁的抗弯惯性矩 主梁截面重心位置 翼板的换算平均高度： 12148 6160(21501615021111)16160( 3 主梁抗弯惯性矩： 432323109125)501615016121)1)16160(11)16160(121x主梁的比拟单宽抗弯惯性矩： 5 7 0 3 2160 109 1 2 5 43 2）、横隔梁的抗弯惯性矩： 每根中横隔梁的尺寸如图 9 所示， 图 9 中横隔梁尺寸图 按桥梁工程人民交通出版社表 2定翼板的有效作用宽度 。横隔梁的长 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 8 度取为两根边主梁的轴线距离，即： 9 2 01 6 01212 , 查表 2： 当： c/l=， c ，所以 03 6 77 8 求横隔梁截面重心位置 y 故横隔梁的抗弯惯性矩为： 43232108100)192130(1301515015121)21119(112902112902121 3y 横隔梁比拟单宽抗弯惯性矩为： 1 0 8 1 47 4 9108 1 0 0 43 3）、主梁和横隔梁的抗扭惯性矩 主梁翼板的平均厚度： 121481 1 1 016/ 查表得： C=： 4333 1150(对于横隔梁梁肋： 1 2 11 3 0/(15/ 查表得： C=： 433 1130(所以： 172974912250016017930011311131 4331 算参数和 44 中的 B 为桥梁城中结构的半宽。 式中的 G 取 ： 1 2 1 4 7 算各主梁横向影响线坐标 已知 =附录 “ 计算图表可查得影响系 数 1K 和0表 3 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 9 表 3 影响系数 1K 和0系数 梁位 荷载位置 校核 B 3B/4 B/2 B/4 0 K 0 ，实际梁位与表列梁位的关系图如图 10 所示： 图 10 实际梁位与表列梁位的关系图 因此对于 1 号梁：34343 对于 2 号梁：34343 对于 3 号梁：143214321 对于 4 号梁：121412141 对于 5 号梁：121412141 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 10 对于 6 号梁：0410410 01 6 0)( 对于 7 号梁：0 将 、 、 、 、 、 和 号梁的横向影响线坐标值计算如表 3 3 横向影响线坐标值 梁号 算式 荷载位置 B 3/4B 1/2B 1/4B 0 B B B B 1 3111 B 3000 1 )( 01 )( 010 311 K 3111 B 3000 1 )( 01 )( 010 321 K 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 11 3 114311 B 104300 1 )( 01 )( 010 331 K 112111 B 102100 1 )( 01 )( 010 341 K 112111 B 102100 1 )( 01 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 12 )( 010 351 K 104111 04100 1 )( 01 )( 010 361 K 101 0190 00 1 )( 01 )( 010 371 K 其他截面内力影响线 首先选用上表中计算所得的荷载影响线坐标值绘制影响线图，如图 11 所示，（途中带小圈的坐标是表列各荷载的数值）在影响线 上按横向最不利位置布置荷载后，就可按相对应的影响线坐标值求得主梁的横向分布系数。 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 13 号梁号梁号梁号梁号梁号梁号梁图 11 荷载影响线坐标值 对于各梁截面的车辆和人群荷载影响线分布系数计算结果如表 3示： 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 14 表 3 荷载影响线分布系数 梁号 荷载 1 2 3 4 5 6 7 载内力的计算 1）、冲击系数 的计算 公路桥涵设计通用规范（ 定，汽车冲击系数的计算采用的结构基频 为主要影响因素的计算方法，结构频率 f 可采用下式计算： 2 22 对于上式中： ， 210 /1025.3 ， ， 2/81.9 ， ， 409125.0 。 所以： 则： 即： 按通用规范（ 定，公路 车道荷载的均布荷载标准值 50 80 ，画出各控制截面的内力影响线如表 3示： 表 3 各控制截面的内力影响线图和面积 内力类型 影响线面积（ 影响线图线 2m m m 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 15 m 21 83 41 3）、计算各主梁在各控制截面的弯矩和剪力 四车道折减系数为： 纵向每延米人群荷载集度： 矩计算公式： )()1( 剪力计算公式： )1( 计算结果如表 3表 3示： 表 3各主梁在各控制截面的车辆荷载弯矩和剪力 控制截面 梁号 1 2 3 4 5 6 7 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 16 1/2 截面 1/2 ）、计算各梁支点面汽车荷载的最大剪力 做各梁荷载横向分布系数沿桥垮方向的变化图和支点剪力影响线，如图 12 所示， 横向分布系数变化区段长度： 2 1 道 荷 载 0 . 2 8人 群 荷 载 1 . 1 9影 响 线 1 . 0 0号梁影响线 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 17 影响线 1 . 0 0号梁影响线车道荷载 0 . 5人群荷载 0 . 1 8 8车道荷载 0 . 5 9 4人群荷载 0影响线 1 . 0 0号梁影响线影响线 1 . 0 0人群荷载 0车道荷载 0 . 5 9 4号梁影响线 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 18 影响线 1 . 0 0人群荷载 0车道荷载 0 . 5 9 4号梁影响线影响线 1 . 0 0人群荷载 0车道荷载 0 . 5 9 4号梁影响线影响线 1 . 0 0车道荷载 0 . 5 9 4号梁影响线图 12 各梁荷载横向分布系数沿桥垮方向的变化图和支点剪力影响线图 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 19 附加三角形荷载重心处的影响线坐标为： ， 由公式：0 )1( ()1( 00 计算 结果如表 3示： 表 3 支点处的剪力和弯矩 梁号 控制截面 1 2 3 4 5 6 7 车道 群 宁夏大学土木与水利工程学院 2012 届毕业设计（论文） 20 第四章 主梁内力组合和包络图 分别计算各主梁在各控制截面的弯矩和剪力的作用效应组合 本组合 结构重要系数 ;永久荷载作用分项系数 ， ，对于人群荷载，其他可作用效应的分项系数 j ，作用效应组合分项系数8.0c ， 由公式： )(1 11100 计算结果如表 4示： 表 4 承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合 梁号 内力 结构自重 汽车荷载 人群荷载 基本组合值 1 (m) (m) (m) (m