装配式预应力混凝土简支T形梁课程设计任务书.doc

桥梁工程课程设计任务书 （装配式预应力混凝土简支T形梁） 学生姓名： 学 号： 班 级： 10级道路与桥梁工程一班 指导老师： 2013年7月目 录一 设计资料1.1技术指标 11.2设计荷载 11.3 材料及施工工艺 11.4 材料性能参数 11.5设计依据 11.6计算方法 1 二 横截面布置2.1 主梁间距与主梁片数22.2 主梁跨中截面主要尺寸拟订22.3 主梁截面细部尺寸22.4 计算截面几何特征32.5检验截面效率指标32.6横截面沿跨长方向的变化42.7横隔梁的设置4三 主梁作用效应计算3.1 永久作用效应计算 43.2 活载内力计算 63.3 主梁作用效应组合15 一、设计资料 1桥梁跨径及桥宽 标准跨径： 39m（墩中心距离） 主梁全长： 38.96m（主梁预制长度） 计算跨径： 37.8 m（相邻支座中心的水平距离） 桥面净宽：（0.5+1+14+1+0.5）m=17m (防撞栏+人行道+四车道+人行道+防撞栏) 桥面横坡：2.0 % 2设计荷载 公路-II级，人群荷载3.0kN/m2。 3材料及施工工艺 混凝土：采用C40混凝土。 预应力钢筋采用17（7股）钢绞线，标准强度fpk =1860 Mpa; 普通钢筋采用HRB335级和R235级钢筋； 钢板：锚头下支撑垫板.支座垫板等均采用普通A3碳素钢。 按后张法施工工艺制作主梁，采用70mm的波纹管和OVM锚具。 4材料性能参数： （1）混凝土 强度等级为C40，主要强度指标： 强度标准值：fck=26.8 MPa，ftk=2.4 MPa 强度设计值：fcd=18.4 MPa，ftd=1.65 MPa 弹性模量 ：Ec=3.25104 MPa （2）预应力钢筋采用17标准型15.2-1860-GB/T 52241995钢绞线 抗拉强度标准值：fpk=1860 MPa 抗拉强度设计值：fpd=1260 MPa 弹性模量：Ep= 1.95105 MPa 相对界限受压区高度：a=0.4，pu=0.2563 （3）普通钢筋 a.纵向抗拉及构造普通钢筋采用HRB335，其强度指标 抗拉强度指标：fsk=335 MPa 抗拉强度设计值：fsd=280 MPa 弹性模量：Es Error! No bookmark name given.=2.0105 MPa b.采用的R235钢筋，其强度指标 抗拉强度指标：fsk=235MPa 抗拉强度设计值：fsd=195 MPa 弹性模量：Es Error! No bookmark name given.=2.1105 MPa 5设计依据 （1）交通部颁公路桥涵设计通用规范 JTG D602004 简称“规范”； （2）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 D622004 简称“公预规”； （3）交通部颁公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ 02485。 6计算方法：极限状态法二、横截面布置1主梁间距与主梁片数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面 效率指标很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本设计中翼板宽度中主梁为2400mm，边主梁为2500mm。桥面板采用钢板绞接，桥面净宽:14+21.5m,因此应选用7片T梁。 2. 主梁跨中截面主要尺寸拟定 预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，标准设计中高跨比大约在1/181/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束的用量，同时梁高增加一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计取用2250mm的主梁高度是比较合适的。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受压的强度要求。本设计中预制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，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于梁高的1/15。本设计中取腹板厚度为200mm。 马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%20%为合适。初拟马蹄宽度为500mm，高度200mm，马蹄与腹板交接处作三角形过渡，高度150mm，以减小局部应力。 按照以上拟订的外形尺寸，就可绘制出预制梁的跨中截面图.4. 计算截面几何特征截面几何特征惯性矩（m4）面积(m2）中性轴距下端高度(m)支点大毛截面0.7441.441.35支点小毛截面0.6791.351.30跨中大毛截面0.5760.9221.47跨中小毛截面0.5270.8331.405 计算截面效率指标（要求在.以上）；大毛截面上核心距（运营阶段） 大毛截面下核心距（运营阶段） 截面效率指标 表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。6 横截面沿跨长的变化；如图所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在梁端部1980mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而从六分点附近（距离跨中12680mm）处开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的 同时腹板宽度亦开始变化。7 横隔梁的设置。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。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，当跨度较大时应设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中点和三分点，六分点，支点处，设置七道横隔梁，其间距为6.3m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部260mm，下部240mm，中横隔梁高度2050mm，厚度为上部180mm，下部160mm。2、 主梁内力计算1 恒载内力计算 根据上述桥跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的桥梁荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制截面（跨中、四分点、变化点截面、支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。（1）一期恒载集度 预制梁自重 跨中截面段主梁的自重（长12.6m） 马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长4.9m） 支点段梁的自重（长1.98m） 边主梁的横隔梁 中横隔梁体积： 端横隔梁体积： 故半跨内的横隔梁重力为： 预制梁永久作用集度 边梁： （2）一期恒载集度 1.现浇T梁翼板集度 2.现浇部分横隔梁的作用集度 3.铺装层计算8cm混凝土铺装层：5cm沥青铺装层： 若将桥面铺装传给七片主梁，则 4.栏杆 一侧人行栏：1.52kn/m 一侧防撞栏：4.99KN/m 若将两侧人行栏、防撞栏均摊给七片主梁 5.边梁的二期荷载集度为： （3）永久作用效应设x为计算截面离左支座距离，令，主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： 表 梁永久作用效应荷载集度 作用效应跨中四分点变化点截面支点0.50.250.2170一期弯矩KN.M4202.785353152.0890132856.3978460剪力KN0237.4455268.788306474.891二期弯矩KN.M1488.440791116.3305931011.6098520剪力KN084.092795.1929364168.1854总和弯矩KN.M5691.226144268.4196053868.0076990剪力KN0321.5382363.9812424643.07642 活载内力计算（1）冲击系数和车道折减系数； 1. 简支梁结构基频: 按桥规规定结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。简支梁桥的基频可采用下式计算： 其中：根据本桥的基频可计算出汽车荷载的冲击系数为： 按桥规规定两车道的车道折减系数为1，本设计为四车道，在计算可变作用效应时需进行车道折减，四车道折减33%，三车道折减22%,但折减后不得小于用两行车道布载的计算结果。（2）计算主梁的荷载横向分布系数（跨中截面按修正刚性横梁法；支点截面剪力按杠杆法）；(1)跨中的荷载横向分布系数mc 本桥桥跨内设六道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长跨比为：所以可按偏心压力法法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc计算主梁抗扭惯矩IT对于T梁形梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算：式中：bi,ti相应为单个矩形截面的宽度和高度； ci矩形截面抗扭惯矩系数； m梁截面划分成单个矩形截面的个数。对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：马蹄部分的换算平均厚度：IT的计算见下表。 IT计算表 分块名称Bi(cm)Ti(cm)Ti/Bi(cm)CiCi*Bi*Ti3(*10-3 M4)翼缘板24017.270.0719583330.3334.116541404腹板175.23200.1141357070.3093651714.336804706马蹄5032.50.650.1988445043.41297949合计11.8663256计算抗扭修正系数该主梁的间距相同,并将主梁近似看成等截面,则得： 按修正的刚性横梁法计算横向分布系数： 式中：ij值7.24.82.40-2.4-4.8-7.2梁号i1i2i3i4i5i6i710.4503678570.3478642860.2453607140.1428571430.040353571-0.06215-0.16465357120.3478642860.2795285710.2111928570.1428571430.0745214290.006185714-0.0621530.2453607140.2111928570.1770250.1428571430.1086892860.0745214290.04035357140.1428571430.1428571430.1428571430.1428571430.1428571430.14285714300403535710.0745214290.1086892860.1428571430.1770250.2111928570.2453607146-0.062150.0061857140.0745214290.1428571430.2111928570.2795285710.3478642867-0.164653571-0.062150.0403535710.1428571430.2453607140.3478642860.450367857 计算荷载横向分布系数 1号梁的横向影响线和最不利布载图示如下图可变作用 （汽车公路级）四车道：三车道：两车道：故取可变作用（汽车）的横向分布系数为：可变作用（人群）：(2) 支点截面的荷载横向分布系数m0 按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载，各梁可变作用的横向分布系数可计算如下： 可变作用（汽车）：可变作用（人群）：（3）横向分布系数汇总1号梁可变作用横向分布系数可变作用类别mcmo公路级0.65950.3542人群0.42971.1253.2.3 车道荷载的取值根据桥规，公路级的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk为：qk=10.5(kN/m)计算弯矩时：计算剪力时：3.2.4 计算可变作用效应在可变作用效应计算中，对于横向分布系数的取值作如下考虑：支点处横向分布系数取m0，从支点到第一根横梁段，横向分布系数从m0直线过渡到mc，其余梁段均取mc。 (1)求跨中截面的最大弯矩和最大剪力计算跨总截面最大弯矩和最大剪力采用直接加载求可变作用效应，根据跨中截面作用效应计算图式，计算公式：式中：S所求截面汽车（人群）标准荷载的弯矩或剪力； 车道均布荷载标准值； 车道集中荷载标准值； 影响线上同号区段的面积 影响线上最大坐标值。可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应：(2)求四分点截面的最大弯矩和最大剪力可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应：(3)求变化点截面的最大弯矩和最大剪力 可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 可变作用（人群）效应：(4)求支点截面的最大剪力 可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应：3.3 主梁作用效应组合根据上诉方法计算中梁及边梁的各控制截面的活载内力，并根据可能同时出现的作用效应选择了四种最不利效应组合:短期效应组合、长期效应组合，标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，见下表。荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点MmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmax（KN*m）(KN)（KN*m）(KN)（KN*m）(KN)（KN*m）(KN)1.00 第一期永久作用4454.77 0.00 3341.07 235.70 2388.82 321.03 0.00 471.40 2.00 第二期永久作用1952.97 0.00 1463.18 103.22 1046.15 140.59 0.00 206.44 3.00 总永久作用（1）+（2）6407.73 0.00 4804.25 338.92 3434.97 461.61 0.00 677.85 4.00 可变作用（汽车）公路-级2296.51 116.07 1763.39 189.93 1288.21 221.51 0.00 243.58 5.00 可变作用（汽车）冲击437.04 22.09 335.57 36.14 245.15 42.15 0.00 38.87 6.00 可变作用（人群）279.10 7.37 214