毕业设计-T梁计算书(改稿).doc

T梁计算书第1章 工程概况及方案比选1.1工程概述漳卫新河大桥位于津汕高速公路河北、山东交界的八标段，横跨漳卫新河，是连接河北、山东两省的重要通道，为多孔跨径不通航大桥。将于2011年1月1日开工，2011年11月10日竣工通车。该桥的建成，确保了津汕高速公路按时竣工，对加强山东、河北两省的经济、文化交流，促进地方经济发展，提高公路运营效益和强化路网结构功能具有十分重要的意义。 1.2 工程地质条件1.2.1 工程地质条件概述拟建场地地处河海冲淤积平原区，第四纪堆积约25m厚，基底为中粒花岗岩，地基土类型多，变化大，土质不均，工程地质条件复杂。详细地质分布由上至下如下：1、填土：灰色，灰黄色，稍松稍密，稍湿湿，成分以粘性土为主，含有中粗砂，瓦砾及碎石块等，土质不均。本层东西岸均有分布，层厚1.4-2.0m，堆积时间大于15年之久。2、粘土：灰黄色，褐黄色，湿饱和，软可塑可塑，成分以粘土为主，含氧铁结核，此层ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔为耕植粘土0.3m厚，层厚0.3-3.2m。3、淤泥质土：灰色，青灰色，软流塑，饱和，由淤泥质粘土、淤泥质亚粘土组成。但是，ZK4孔一带中上部为淤泥，下部为淤泥质土，中混10-15%的粉细砂及少量有机质，含腐殖物，具腐臭味。该层东西岸均有分布，层厚4.1-6.0m。4、含泥中细中粗砂夹淤泥质土、砂质粘土层：含泥中细粗砂：灰色，灰黄色，稍密，饱和，北岸中粗砂为主，西岸中细砂为主含砾卵石（直径0.5-5cm），泥质含量约10-20%，该层于ZK3孔，10-11.7m相变为稍密状砂粒卵石；于ZK2、ZK3、ZK4孔一带中部夹软流塑淤泥质土厚约1-2m；于ZK4孔一带中下部夹2m厚之可塑状砂质粘土。全层总厚度5.35-6.40m，纯砂厚3.5-6.5m。5、砂卵石：黄色，灰黄色，稍密，饱和，由卵石，沙砾组成，卵石直径2-6cm，个别大于10cm，呈亚圆状，成分为中风化凝灰熔岩，分选性较差，磨圆度中等，卵石含量30-60%，泥质含量约10-15%。砂泥充填，该层东西岸均有分布，层厚4.10-7.15m。6、残积质粘性土：褐黄色，灰白色，黄白色，饱和，可塑硬塑，母岩为中粒结构花岗岩，此层由粘性土，石英砂，云母片等组成，原岩结构大部已破坏，该层东西岸均有分布，层厚3.30-5.10m。7、强风化花岗岩：褐黄色，黑夹白色，硬塑，由长石、石英、云母片及暗色矿物组成，中粒结构，呈砂砾状，矿物已显著变化，岩芯易碎成半土半岩，钻进时有“咔嚓”声，该层东西岸均有分布，层厚3.5-5.7m。8、中风化花岗岩：灰白色，黑夹白色，坚硬，岩芯呈碎块状，裂隙发育，中粒结构，矿物成分基本未变，该层东西岸均有分布，层厚0.4-1.1m。9、微风化花岗岩：墨黑夹白色，灰白色，坚硬，中粒结构，块状构造，裂隙中等发育，岩芯完整，呈短柱状，本层东西岸均有分布，该层钻孔最大控制厚度为6m。岸坡稳定性分析：拟建场地东西两岸，经河流上、下游两条断面图实测结果，岸坡陡直，坡角85-90度。但是，东岸ZK2孔一带岸坡相对较缓，坡角约45度。根据东岸ZK1、西岸ZK4孔按条分法、圆弧法计算，ZK1孔按坡身园设定，其稳定安全系数Ks=0.635；ZK4孔按坡身园、坡角园设定，安全系数分别为0.463，0.909，均属不稳定岸坡。计算的安全系数系指自然岸坡状态，倘若顾及地震作用、动水力作用更加不稳定，故应采取护坡措施。1.2.2岩土层物理力学指标统计表1.1 岩土层物理力学指标统计表层号土名土工试验标贯测试重力动探测试天然含水量w（%）天然容重g(kN/m3)天然孔隙比e液性指数II内聚力C(Kpa)内磨擦角f()压缩模量Ee1-2（Mpa）击数N63.5值(修正值)击数N63.5值(修正值)2粘土43.2181.180.7134.416.14.023淤泥质土44.47517.21.2391.539.051.72.4434中细中粗砂8.8265砾卵石9.4486残积质粘性土25.418.70.820.1521.5326.134.55722.631.2.3地基承载力表1.2 地基承载力表层号土名状态地基土标准承载力fk（kpa）压塑模量Ee1-2（Mpa）冲钻孔灌注桩桩周土摩擦力极限承载力（kpa）桩端极限承载力（kpa）1填土松散稍密80-90252粉质粘土软缩可塑1003303淤泥质粘土软流塑50-701.5-2.512-144含泥中细中粗砂稍密110-1603.920-404-1淤泥质土软流塑70-802.54-2砂质粘土可塑18065砾卵石稍密380-40070-804.06残积质粘性土硬塑220-2504.5-5.5502.0-2.47强风化花岗岩硬塑500-550604.0-4.58中风化花岗岩坚硬1500-1600909微风化花岗岩坚硬8000-900012016.0-18.01.2.4工程地质评述桥基持力层及基础类型：拟建场地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫滩相可塑状粘土层（厚0.3-3.2m）、海相高压缩性淤泥质土（厚4.1-6.0m）、含泥中细中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密状砾卵石（厚4.10-7.15m）、残积质粘性土（厚3.30-5.10m）、强风化花岗岩（厚3.5-5.7m）、中风化花岗岩（厚0.4-1.1m）、微风化花岗岩组成。上部：填土呈稍松稍密状，均匀性差；粘土层厚度变化大，中压塑性；淤泥质土流塑状，高压塑性，承载力低；含泥中细中粗砂饱和可液化砂土均不具备天然持力层条件。中部：砾卵石层分布稳定，工程性能差，强透水性，无下伏软弱土层，低压塑性，承载力高；残积质粘性土工程性质较好，承载力较大。下部：强风化花岗岩，微风化花岗岩层厚大，其中微风化花岗岩饱和单轴极限抗压强度高，为115.49-136.40Mpa，是桥基良好的桩端持力层。鉴于中风化花岗岩上覆地基土土质不均，桥梁竖直荷载大，加之风力、地震力水平荷载作用，桩基承受一定的上拔作用，为减少桩基沉降差异，确保桩基稳定性，建议桩基持力层选用微风化花岗岩。1.2.5河床横断面表1.3 河床横断面标高表桩 号标 高（m）桩 号标 高(m)0+0002.800+110-2.600+0101.700+120-2.900+046.600.200+134.60-1.100+057.60-2.600+166.400.300+070-2.950+1802.600+080-2.60常水位1.050+090-3.10设计水位5.100+100-2.80桥面设计标高7.80标高高程采用黄海高程1.3 方案比选1.3.1 比选方案的主要标准桥梁方案比选有四项主要标准：安全，材料，功能，经济，其中以安全与经济为重。过去对桥下结构的功能重视不够，现在航运事业飞速发展，桥下净空往往成为运输瓶颈，比如南京长江大桥，其桥下净空过小，导致高吨位级轮船无法通行，影响长江上游城市的发展。至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。根据桥梁的功能要求，结合桥位地形、地质，通过方案比选，确定桥型。方案比选应包括：(1) 桥梁型式：思路要宽广，可暂不管经济、美观与否都可提出，可不拘材料类型，或可同时考虑上、中、下承式各种桥型。总之，凡具有一定优点而有可能实现的体系，均可提出。(2) 截面类型在确定桥梁型式后，对各种可能采用的截面型式进行比选。(3) 墩柱型式：应使上下部协调一致，轻巧美观，与环境和谐、匀称。墩台选型一般服从梁部型式，此外，也受占地、道路、通视等限制。1.3.2 具体方案比选初步设计阶段，对桥型提出四种方案，分别是：上承式桁架拱桥、预应力混凝土刚构桥、部分预应力混凝土斜拉桥、预应力混凝土简支梁桥。(1) 上承式刚架拱桥方案跨度为180m。刚架拱由刚架拱片、微弯板和横系梁组成，两岸桥台采用轻型结构，采用块石圬工砌筑。简图如图1.1所示： 图1.1 上承式刚架拱桥(2) 预应力混凝土刚构桥方案（25+30+40+30+25）m三跨预应力混凝土T形刚构桥，桥梁全长158.25m。上部为单箱双室的T形刚构，下部为箱式空心墩，灌注桩基础。简图如图1.2所示： 图1.2 预应力混凝土刚构桥(3) 部分预应力混凝土斜拉桥方案（20+30+90+30+20）m三跨部分预应力混凝土斜拉桥, 桥梁全长195.4m。采用双索面形式，塔、梁固结，主梁采用变高度预应力混凝土箱梁，单箱多室截面，主塔采用实心混凝土矩形截面。下部采用钢筋混凝土空心墩，灌注桩基础。简图如图1.3所示： 图1.3 部分预应力混凝土斜拉桥(4) 预应力混凝土简支梁桥方案m五跨预应力混凝土简支梁桥。主梁采用T形截面，桥墩均采用双柱式桥墩，桥台为肋式桥台，基础为钻孔灌注桩基础。简图如图1.4所示： 图1.4 预应力混凝土简支梁桥四种方案比较详见表1.2。- 5 -湖南工程学院毕业设计 上承式桁架拱桥预应力混凝土刚构桥部分预应力混凝土斜拉桥预应力混凝土简支梁桥安全性拱的承载潜力大。但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车条件较差。静定结构，桥面平整度易受悬臂挠度影响。梁高小，跨度大，带有横梁的双肢薄壁墩具有一定的联合刚度，要承受较大弯矩，但薄壁墩的刚度小。基础沉降对结构影响大。行车条件较差。高次超静定结构，包含更多设计变量，全桥中的技术经济合理性不能简单地由结构体积小、重量轻或者满足应力要求等概念准确表示，给选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。主桥跨度适中，拉索是柔性体系，风力作用下会振动，会影响桥上行车和桥本身的安全，横向刚度小。行车平顺舒适。静定结构，构造简单，对墩台不均匀沉降无影响。主梁高跨比适中， 技术成熟，计算简单，施工方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶，满足交通运输安全要求经济性需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建桥时间也较长。技术较先进，工艺要求较严格。上部构造除用挂篮施工外，挂梁须另搞一套安装设备。主桥后期营运养护较麻烦，费用较多。需要大量拉索钢丝，预应力束，主塔构造复杂，高空作业多，斜拉索施工复杂，工期较长。斜拉索后期营运养护费用较高，基础施工复杂，还需要减震装置。施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。表1.2 方案比选表续表1.2 方案比选表上承式桁架拱桥预应力混凝土刚构桥部分预应力混凝土斜拉桥预应力混凝土简支梁桥美观性曲线造型优美墩梁固结作用可降低梁高，使梁看起来更纤巧。现代感强，可通过索塔与拉索布置形式获得满意造型，塔较高，使桥向纵向和横向延伸，比例协调，均匀。形式简明，造型简单适用性上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加，地质条件要求高。属有推力结构，对地基要求比简支梁桥高，此处地势平缓，地质条件复杂，跨径大，墩高小，温度，混凝土收缩产生较大位移，对桥墩不利。跨度大，行车性能好，不用作大量基础工程，由于拉索多点支撑作用，梁高小，可采用悬臂施工，不影响通航，梁可以预制，可加快施工速度。变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。可保证司机正常行驶，满足交通运输安全要求。且施工简单。因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比较后最终以适用最广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土简支梁桥作为最佳设计方案。- 109 -第2章 水文计算2.1 计算河床横断面过水面积A及水面宽度B表2.1 A B计算表桩号地面标高（m）水深（m）平均水深（m）水面宽度（m）过水面积()累计面积()合计K60+0002.82.30A=1051.77B=1802.851028.5+0101.703.428.54.1536.60151.89+046.600.204.9180.3961166+057.60-2.607.1246.397.5812.493.93+070-2.958.05340.327.581075.75+080-2.607.1416.077.651076.5+090-3.108.2492.578.051080.5+100-2.807.9573.077.51075+110-2.607.1648.077.551075.5+120-2.908723.577.114.6103.66+134.60-1.106.2827.235.531.8174.9+166.400.304.81002.133.6513.649.64+1802.602.51051.77合计1801051.772.2 确定桥孔长度2.2.1 河段类型选择 依据桥位地质条件，假定该桥位河段为顺直型稳定性河段。2.2.2桥孔布设原则(1)桥孔不宜过多的压缩河槽； (2)墩台基础可以视冲刷程度，置于不同的标高上。2.2.3 采用过水面积计算 采用公式上部构造采用预应力钢筋混凝土T形梁桥；标准跨径为30m（桥墩中心间距），假定采用单排双柱式桥墩，柱直径d=1.8m，设计流速=2.2m/s，设计流量=2000；公式中各系数如下：(1) 根据公路桥涵设计规范冲刷系数表得到平原区河段的冲刷系数： P=1.2(2) 涡流阻力系数为： =0.971(3) 桥墩阻力系数为： =0.05(4) 所需桥下毛过水面积计算值： =821.26(5) 参照A、B计算表，采用m桥跨，将两岸桥台置于K60+020，K60+170处，计算得桥下实有毛过水面积为945.27，略大于计算值，可以采用。(6) 确定采用的桥孔净长： =142.5m第3章 上部结构设计3.1 设计资料及构造布置3.1.1 设计资料(1) 跨径和桥面宽度标准跨径：30m（墩中心距）；计算跨径(正交、简支)：28.90m；主梁预制长度：29.92m；桥面宽度：整体式路基宽34.5m(高速公路),按左、右两幅桥设计，单幅桥面净宽各15.0m，全宽16.25m。其布置为0.5m（外侧护栏）+15m（行车道）+0.75m（内侧护栏）+1.5m（中央分隔带）+0.75m（内侧护栏）+15m（行车道）+0.5m（外侧护栏）。全宽：34m。 (2) 技术标准设计荷载：公路级；环境标准：类环境；单幅桥面单向横坡：1.5%；设计安全等级：一级。(3) 主要材料混凝土：预制T梁及横隔梁、湿接缝、封锚端、桥面现浇混凝土均采用C50，重力密度=26.0kN/,弹性模量=3.45 MPa；桥面铺装采用沥青混凝土, 重力密度=24.0 kN/。钢材：1）预应力钢束：采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为15.20mm，标准强度1860MPa，弹性模量1.95105MPa，1000小时后应力松弛率不大于2.5%；2）普通钢筋：采用R235钢筋、HRB335钢筋。 (4)施工工艺后张法张拉预应力，采用夹片式锚具。预应力管道采用圆形金属波纹管。 (5)设计依据公路工程技术标准（JTG B012003）；公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）（简称通规）；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）（简称桥规）。(6)设计要点1）本设计按全预应力混凝土构件设计；2）结构重要性系数取1.1；3）预应力钢束张拉控制应力值=0.75；4)计算混凝土收缩、徐变引起的预应力损失时传力锚固龄期为7d;5)环境平均相对湿度RH=55%；6）存梁时间为90d;7)温度梯度效应计算的温度基数，=14,=5.5。3.1.2 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，故在许可的条件下应适当加宽T梁翼板。本设计主梁翼板宽度为2350 mm,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钢性接头，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（=1700mm）和运营阶段的大截面（=2350mm）。净15m（行车道）+0.5m（外侧防撞护栏）+0.75m（内侧防撞护栏）的单幅桥宽选用七片主梁，如图3.1所示。(2)主梁跨中截面主要尺寸拟订主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15/25，通常随跨径增大而取较小值，随梁数减少而取较大值。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案。本设计中取用2000mm的主梁高度是比较合适的。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T型梁翼板厚度为160mm，翼板根部加到250mm以抵抗翼缘根部较大弯矩。腹板厚度一般由布置制孔器的构造决定。从腹板本身稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。本设计的T梁腹板厚度取200mm。为适应预应力筋布置的要求，T梁的下缘一般要扩大成马蹄形，从截面效率指标来分析，马蹄宽而矮为经济，马蹄面积不宜少于全截面的1020%。马蹄宽度约为肋宽的24倍，并注意马蹄部分（特别是斜坡区）的管道保护层不宜小于6cm。马蹄全宽部分高度加1/2斜坡区高度约（0.150.20）h，斜坡宜陡于45。初拟马蹄宽度为500mm，高度200mm，。马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度200mm，以减小局部应力。根据以上拟定，图3.2示出预制梁的截面尺寸图。a)横断面图b)半立面图c)半底平面图图3.1 结构尺寸图（尺寸单位：mm）b)中梁支点a)中梁跨中d)边梁支点c)边梁跨中 图3.2 T梁截面尺寸图（3）T梁翼板有效宽度计算根据桥规4.2.2条规定计算T梁翼缘有效宽度：中梁：L/3=9.633m(L为计算跨径); S=2.35m(S表示相邻两梁的平均间距)； b+2+12=b+6+12=0.2+60.09+120.16=2.66m(其中b为梁腹板宽度，为承托长度，为受压区翼缘悬出板的厚度。此处/=0.09/0.6=0.150.5，故可将其简化比拟为一块矩形的平板，用比拟正交异性板法（G-M法）求荷载横向分布系数。计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I和主梁刚度按中梁跨中截面考虑，抗弯惯性矩I在前面已求得：I=0.4162对于T形梁截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算式中 、相应为单个矩形截面的宽度和高度； 矩形截面抗扭刚度系数，可由表下式计算 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=cm=18.51cm马蹄部分的换算平均厚度=cm=30cm的计算见表2.6。表3.6 计算表分块名称/cm/cm/翼板23518.510.0787660.3167930.004721腹板151.5200.1320130.3056110.003704马蹄50300.60.2086810.0028170.011243单位宽度的抗弯及抗扭惯性矩=I/b=/cm=/cm=/b=/cm=/cm计算横梁抗弯及抗扭惯性矩：翼板有效宽度的计算见图3.4。 图3.4 翼板有效宽度计算图式（尺寸单位：cm）横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即 l=62.35=14.1m,c=(7.225-0.19)m=3.5175m=200-14=186cm, =0.19m=19cm, = =20.5cm所以c/l=3.5175/14.1=0.2495可查依据c/l的值计算表，通过内插法求得：/c=0.7108,故=0.7108c=0.71083.5175=2.5m求横梁截面重心位置=0.3147m横梁的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩 = = =0.28543=根据=0.205/7.225=0.02840.1，查c取值表得=1/3，但由于连续桥面的单宽抗扭惯性矩只有独立板宽扁板者的翼板，取=1/60.167，=0.19/（1.86-0.205）=0.19/1.655=0.1148，查表计算得=0.3089。 = = =0.0139则单位抗弯及抗扭惯性矩为 = =计算抗弯参数和抗扭参数 B=8.125=B/l=0.4091式中 B桥梁承重结构的半宽； l计算跨径。 =式中 材料的切变模量，取=0.4，则=0.01604=0.12665计算荷载横向分布影响线坐标：已知=0.4091，查G-M法计算用表，可得表3.7中数据。用内插法求各梁位处横向分布影响线坐标值，实际梁位与表列梁位的关系见图3.5。因此，对于1号梁： =0.47+0.53 对于2号梁： =0.32 +0.68对于3号梁： =0.16+0.84对于4号梁： （是梁位在0点的K值）图3.5 梁位关系图（尺寸单位：cm）表3.7 影响线系数和取值表荷载横向影响系数梁位荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-B00.920.951.001.031.101.031.000.950.92B/41.081.121.121.121.050.980.900.830.74B/21.321.281.221.120.980.900.800.700.653B/41.601.461.261.10.950.830.740.660.58B1.951.601.301.080.900.780.650.580.4800.770.871.001.121.181.121.000.870.77B/41.621.521.401.321.170.930.680.390.17B/22.282.032.301.670.930.550.17-0.24-0.633B/43.402.762.081.450.880.36-0.2-0.58-1.03B4.33.42.371.520.770.14-0.51-1.00-1.53计算各梁的横向分布影响线坐标值见表3.9。计算荷载横向分布系数：荷载横向分布系数的计算中包含了车道折减系数。按照最不利方式布载，并按相应影响线坐标值计算荷载横向分布系数。如图3.6所示。对于1号梁：四车道：=（0.460+0.368+0.298+0.214+0.159+0.089+0.042-0.028）0.67=0.537三车道：=（0.460+0.368+0.298+0.214+0.159+0.089）0.78=0.62二车道：=（0.460+0.368+0.298+0.214）=0.67对于2号梁：四车道：=（0.331+0.304+0.299+0.228+0.172+0.108+0.073+0.023）0.67=0.515三车道：=（0.331+0.304+0.299+0.228+0.172+0.108）0.78=0.562二车道：=（0.331+0.304+0.299+0.228）=0.581对于3号梁：四车道：=（0.228+0.218+0.213+0.194+0.175+0.145+0.124+0.093）0.67=0.466三车道：=（0.228+0.218+0.213+0.194+0.175+0.145）0.78=0.457二车道：=（0.228+0.218+0.213+0.194）=0.427对于4号梁：四车道：=（0.118+0.132