16m引桥35m主桥计算书.doc

16m引桥35m主桥计算书16m引桥35m主桥计算书引言随着科学技术的不断发展，人们对桥梁建设提出了更高的要求，经过长期的努力，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已齐身世界先进行列。随着国家经济建设发展需要，交通仍将是今后重点基础建设的对象。故高等级公路桥梁具有很高的品质，既要适应工业化的大规模生产，节约劳力和材料消耗，保证构件质量，又需满足高速公路快捷、安全、可靠、顺适的营运性能。桥梁设计需要充分考虑使用者的生理、心理需要，除保证营运的安全性、结构的可靠性外，还应当降低行车噪声，减少驾驶员和乘客的生理、心理疲劳与紧张感，减少对环境、生态的干扰等。汝南黄埠大桥地处上蔡、汝南、遂平三县交界处，在上蔡县城西南12公里处，距驻马店市30公里。西邻107国道和京珠高速公路，东靠省道开龚公路。汝南黄埠大桥的建设将进一步加强上蔡、汝南和遂平三个县的经济联系，加快驻马店市及其周边地区的一体化均衡化发展。 钢筋混凝土或预应力混凝土简支梁桥属于单孔静定结构，它受力明确、构造简单、社工方便，是中小跨径桥梁中应用最广泛的桥型。简支梁桥的结构尺寸易于设计成系列化和标准化，这就有利于在工厂内或工地上广泛采用工业化施工，组织大规模预制生产，并用现代化的起重设备进行安装。采用装配式的施工方法，可以大量节约模板支架木材，降低劳动强度，缩短工期，显著加快建桥速度。本设计中，引桥采用装配式混凝土T形简支梁桥，主桥采用预应力混凝土简支T形梁桥。装配式T形截面由于肋与肋之间处于受拉区域的混凝土得到很大程度的挖空，显著减轻了结构自重;同时对于主要承受正弯矩的简支梁和简支变连续的连续梁而言，既充分利用了扩张的混凝土桥面板的抗压能力，又有效地发挥了集中布置在梁肋下部的受力钢筋的抗拉作用，从而使结构构造与受力性能达到理想的配合。由于T形截面受力合理，经济性好，预制一装配施工方便，是中等跨径桥梁(13米一40米)较多采用的截面形式。装配式梁桥与整体式梁桥相比，具有以下优点：(1)桥梁构件的形式和尺寸趋于标准化，有利于大规模工业化的制造；(2)在工厂或预制厂内集中管理进行工业化预制生产，可充分采用先进的半自动化、机械化的施工技术，以节省劳动力和降低劳动强度，提高工程质量和劳动生产率，从而显著降低工程造价；(3)构件的制造不受季节性影响，并且上、下部构造也可同时施工，大大加快桥梁的建造速度，缩短工期；(4)能节省大量支架模版等材料的消耗。钢筋混凝土梁桥具有能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好以及美观等优点。钢筋混凝土简支梁桥的不足之处是结构本身的自重较大，约占全部荷载的30%60%，跨度越大则自重所占的比重也显著增大。鉴于材料强度大部分为结构自重所消耗，这就大大限制了钢筋混凝土简支梁桥的跨越能力。预应力混凝土梁桥除了同样具有钢筋混凝土梁桥的所有优点外，还有下述优点：(1)能最有效的利用现代化高强度材料，减少构件截面，显著降低自身荷载所占全部设计荷载的比重，增大跨越能力，并扩大混凝土结构的适用范围；(2)与混凝土梁桥相比，一般可以节省钢材30%40%，跨径越大，节省越多；(3)全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，即使是部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝，鉴于能全截面参与工作，梁的刚度就比通常开裂的钢筋混凝土梁要大。因此，预应力混凝土梁可显著减小建筑高度，使大跨径桥梁做的轻柔美观，并提高了结构的耐久性。(4)预应力技术的采用，为现代装配式结构提供了最有效的接头和拼装手段。根据需要，可以纵向、横向和竖向施加预应力，使装配式结构集整成理想的整体，这就扩大了装配式梁桥的使用范围，提高了运营质量。通过以上的分析比较，本设计引桥采用装配式混凝土简直T形梁桥，主桥采用预应力混凝土简支T形梁桥。公路等级为一级，设计抗震烈度是8度，设计洪水频率为1/100，设计安全等级为一级，设计荷载为公路-级，人群荷载取3.0kN/m，每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为1.52KN/m和。本设计以汝南黄埠大桥为实例背景，结合简支T形梁桥上部结构的计算及施工过程中的有关问题进行计算分析。主要做了以下几点工作：(1)阐述了本设计的选题背景，分析了简支梁桥的特点并确定了本设计选取梁桥的类型。(2)引桥计算中，运用G-M法和杠杆原理法分别计算出主梁的荷载横向分布系数及梁端剪力的横向分布系数，进行主梁作用效应分析，根据以上的计算结果在极限状态下进行截面配筋和验算。(3)主桥计算中，同法计算出荷载和剪力的横向分布系数并进行作用效应计算，估算并布置预应力钢束，对设计结果进行分析和验算，确保设计的安全。(4)选择合适的支座形式，并对桥梁支座进行设计和计算。1 汝南黄埠大桥引桥计算1.1 设计资料(1) 工程名称：汝南黄埠大桥。(2) 建设地点：该桥位于汝南黄埠镇，桥梁起点桩号为，终点桩号为，桥梁全长134m。(3) 技术标准：公路等级：一级设计抗震烈度：8度设计洪水频率：1/100(4) 桥面净空净-8.0m + 20.75m人行道。(5) 主梁跨径及全长标准跨径: (墩中心距离)；计算跨径： (支座中心距离)；主梁全长： (主梁预制长度)；(6) 设计荷载公路-级，人群荷载取3.0kN/m。(7) 材料钢筋：受力筋采用HRB335钢筋，构造筋选用R235钢筋；混凝土：预应力混凝土主梁采用C50，其余构件采用C30。(8) 计算方法极限状态法。(9) 结构尺寸如图 1-1所示，全断面五片主梁，设五根横梁。(10) 设计依据公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)，简称桥规；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)，简称公预规；公路桥涵低级与基础设计规范(JTJ024-88),简称基规。图1-1 引桥横断面图(尺寸单位：cm)1.2 主梁的计算1.2.1 主梁的荷载横向分布系数(1) 主梁的的抗弯及抗扭惯矩和主梁界面的重心位置 如图1-2所示。 图1-2 主梁截面尺寸图(尺寸单位：mm)平均板厚： = (m)T形截面抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即：式中：矩形截面抗扭惯矩刚度系数，见表 1-1， 相应各矩形的宽度，相应各矩形的厚度。表1-1 刚度系数t/b10.90.80.70.60.50.40.30.20.12.5，取=2.5，=1188.11mm支点截面：，=1250.1mm则平均值分别为：P= 箍筋间距： 取 Sv=230mm12h梁=650mm及400mm满足规范要求。箍筋配筋率：(R235钢筋)故满足规范规定。综上所述：在支座中心向跨径方向1300mm的范围内，设计箍筋间距=100mm，然后至跨中截面统一的箍筋间距取=230mm。 (4) 弯起钢筋及斜筋设计在图1-9所示的计算剪力分配图中，支座处的剪力计算值=576.79KN跨中处剪力计算值 =距支座中心处截面的计算剪力 图1-9 计算剪力分配图(尺寸单位：mm；剪力单位：kN)由混凝土和箍筋承担的计算剪力：由弯起钢筋承担的计算剪力：设焊接钢筋骨架的架立钢筋(HRB335)为222，弯起钢筋的弯起点与弯终点之间的垂直距离为，则简支梁的第一排弯起钢筋的： 同理可得： 相应各排弯起钢筋位置与承担的剪力值见表1-18。表1-18 弯起钢筋计算结果斜筋排次弯起点距支座中心的距离 cm承担的剪力值11128.3216.31522220.8189.8233277.5113.4744298.437.13相应的各排钢筋弯起钢筋的面积按下式计算： ： 跨中截面的钢筋抵抗弯矩： 绘制梁的弯矩包络图和抵抗弯矩包络图，进行全梁的抗弯承载力校核。(5) 斜截面抗弯承载力验算按公预规5.2.6条规定，斜截面抗剪强度验算位置为：距支座中心(梁高一半)处截面，受拉区弯起钢筋弯起点处的截面，锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面，箍筋数量或间距有改变处的截面，受弯构件腹板宽度改变处的截面。则斜截面抗剪强度的验算截面如图1-10所示。图1-10 弯起钢筋配置图为了简化计算近似取斜截面水平投影长度为c则得：距支座中心处截面相应的=540.788kN,= 324.083kN；距支座中心1128.3mm处截面相应的=540.788kN，=468.929kN；距支座中心2220.8mm处截面相应的=514.293kN，=848.718kN；距支座中心3277.5mm处截面相应的=437.943kN，=1158.448kN；距支座中心4298.4mm处截面相应的=361.603kN，=1392.390kN。按公预规5.2.7条的规定：受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为： 式中：斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力； 箍筋的配筋； 与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪能力； 斜截面内在同以弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积；取。则斜截面1-1：纵向钢筋的含筋率： =416.30kN 斜截面2-2：纵向钢筋的含筋率： 采取上述同样的公式，代入相应的数据可得： 斜截面2-3：纵向钢筋的含筋率： 同理可得： 斜截面4-4：纵向钢筋的含筋率： 同理可得： 斜截面5-5：纵向钢筋的含筋率： 经验算，斜截面抗剪承载力满足要求。 (6) 持久状况斜截面抗弯极限承载能力状态验算验算斜截面抗弯承载力的位置按照公预规5.2.12选取。其最不利的斜截面水平投影长度按照下列公式试算确定：弯起钢筋课承受的剪力： 一组双肢箍筋课承受的剪力： 验算距支座中心处截面：箍筋间距为10cm，若截面通过6根箍筋，2组斜筋时：由图1-10 可得最不利的斜截面在1300mm至1500mm处，则该区间最大的弯矩 则： 综上所述斜截面抗弯承载力满足设计要求。1.3.3 持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算按公预规6.4.3条的规定，最大裂缝宽度按下式计算：式中：考虑钢筋表面形状的系数，取； 考虑荷载作用的系数，长期荷载作用时，其中为长期荷载效应组合下的内力，为短期效应组合计算的内力；与构件形式有关的系数，取；纵向受拉钢筋的直径，取；含筋率，代入后； 受拉钢筋在使用荷载作用下的应力，按公预规6.4.4条公式计算：。取1号梁的弯矩组合效应相结合：短期效应组合： 长期效应组合：则钢筋应力： 在梁腹高的两侧设置直径为6至的纵向防裂钢筋，以防止产生裂缝。若用6，则=3.018，介于0.0012和0.002之间，故满足裂缝宽度验算要求。1.3.4 持久状况正常使用极限状态下的挠度验算按公预规6.5.1条和公预规6.5.2条规定：式中：全截面(不考虑开裂)换算截面重心轴以上部分对重心轴的面积矩； 换算截面中性轴T梁顶面的距离。按下式求解： 代入相应的数据解方程可得：梁跨中截面为第二类T形截面，则受压区高度x计算如下：则开裂截面的换算截面惯性矩： =T梁的全截面的换算截面面积为：受压区高度：全截面的换算惯性矩： 全截面抗弯刚度：全截面换算截面受拉区边缘的弹抵抗矩为： 全截面换算截面的面积矩为：塑性影响系数为：开裂弯矩： 开裂构件的抗弯刚度为： 短期的荷载效应组合下跨中截面弯矩标准值，结构自重作用下跨中截面弯矩标准值，对于C30混凝土来说，挠度长期增长系数。受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为：在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为：按照可变荷载频遇值计算的长期挠度值为：即上述验算符合相应规范的要求。2汝南黄埠大桥主桥计算2.1 设计资料 (1)桥梁跨径及桥宽标准跨径: (墩中心距离)；计算跨径： (支座中心距离)；主梁全长： (主梁预制长度)；桥面净空：净-8.0m + 20.75m人行道。 (2)设计荷载公路-级，人群荷载取3.0KN/m，每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为1.52KN/m和。 (3)材料及工艺混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)的钢绞线，每束6根，全梁共配7束，。 普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用 R235钢筋。 后张法部分预应力施工，采用内径70外径77的预埋波纹管和锚具。(4)设计依据公路工程技术标准(JTG B01-2003)； 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)；公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)。2.2 桥梁纵横断面布置 2.2.1 主梁间距与主梁片数主梁间距通常应该随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼缘板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可的条件下应该适当加宽T梁翼缘板，因此主梁翼缘板宽度为1800mm，采用五片主梁，如图2-1所示，基本计算数据见表2-1。 表2-1 基本计算数据名称项目符号单位数据混凝土立方强度50弹性模量轴心抗压标准强度32.4轴心抗拉标准强度2.65轴心抗压设计强度22.4轴心抗拉设计强度1.83短暂状态容许压应力20.72容许拉应力1.757持久状态标准荷载组合：-16.2容许压应力 19.44容许主压应力-短期效组合：拉应力拉应力01.59钢绞线标准强度1860弹性模量抗拉设计强度1260最大控制应力1395持久状态应力：标准荷载组合1209材料重度钢筋混凝土25.0沥青混凝土23.0钢绞线78.5钢束与混凝土的弹性模量比无量纲5.65注：本桥在混凝土强度达到C40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、抗拉标准强度，则，。 2.2.2 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之间，标准设计中高跨比约为1/181/19，该设计中主梁高度取为1600,如图2-1所示。(1) 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，还需考虑能否满足主梁受弯时上翼板抗压强度的要求。该设计中翼缘悬臂端厚度取为15，翼板根部厚度取为25，以抵抗翼缘根部较大的弯矩。腹板宽度一般由布设预制孔道的构造决定，同时还要考虑腹板本身稳定的要求，该设计中腹板宽度取为20。马蹄的尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，该设计中初拟马蹄尺寸为宽度50，高度为25,马蹄与腹板交接处的三角过渡的高度为15。按以上拟定的外形尺寸，绘出的预制梁的跨中截面布置图，如图2-2所示。主桥横断面图主桥横隔梁立面图图2-1 结构尺寸图(尺寸单位:mm) (3) 计算截面几何特征将主梁跨中截面划分成五各规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表2-2。图2-2 跨中截面尺寸图(尺寸单位：mm)表2-2 跨中截面几何特性计算表分块名称分块面积A(cm2)分块面积行心至上缘的距离 yi(cm)分块面积对上缘的静矩Si=Aiyi(cm3)分块面积的自身惯矩Ii(cm4)di=ys-yi (cm)分块面积对截面形心的惯矩Ix=Aidi2(cm4)I=Ii+Ix (cm4)续表2-2跨中小毛截面(小毛截面形心至上缘的距离ysSi/Ai=59.79cm)翼板27007.5202505062552.297382459.077433084.1三角承托50018.3339166.52777.77839.457778427.4245781205.2腹板2400751800002880000-15.21555225.843435225.8下三角225130292502812.5-70.211109124.9231111937.4马蹄1250147.518437565104.167-87.719616305.1259746513.57075-423041.5-22507966.0检验截面效率指标(希望在0.5以上)上核心距： 下核心距： 截面效率指标： 表明以上初拟的主梁跨中截面尺寸合理。 2.2 3 横隔梁的设置为了减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在桥跨处共设置五道横隔梁，间距为8.5m。端横隔梁的高度与主梁同高，具体尺寸详见图2-1所示。2.3 主梁计算2.3.1 永久作用效应计算(1) 永久作用集度预制梁自重跨中截面段主梁的自重： 马蹄抬高到腹板变宽段(长3.7m)：支点段梁的自重： 边主梁的横隔梁；中横隔梁的体积： 端横隔梁体积： 故半跨内横梁重力： 预制梁永久作用集度： 二期永久作用现浇T梁翼板集度： 边梁现浇部分横隔梁：一片中横隔梁(现浇部分)体积： 一片端横隔梁(现浇部分)体积： 故： 铺装8cm混凝土铺装： 5cm沥青铺装： 若将桥面铺装均摊给五片主梁，则： 栏杆：一侧人行栏：若将两侧人行栏均摊给五片主梁，则： 边梁二期永久作用集度： (2) 永久作用效应如图 2-3所示，设为计算截面离左支座的距离，并令。则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： 永久作用一期和二期的具体的计算结果见表2-3。表2-3 永久作用效应计算表作 用 效 应跨 中L/4截面变化点截面支 点一期弯矩()3063.422