田家湾桥施工图设计方案毕业论文.doc

河南城建学院本科毕业设计 目录 田家湾桥施工图设计方案毕业论文田家湾桥施工图设计方案毕业论文 目目 录录 前前 言言 1 1 引言引言 2 1 1 本毕业设计课题的技术参数 2 1 2 主要材料规格 2 2 方案拟定与比选方案拟定与比选 3 3 毛截面几何特性计算毛截面几何特性计算 5 3 1 基本资料 5 3 1 1 主要技术指标 5 3 1 2 材料规格 5 3 1 3 设计规范 5 3 2 截面几何尺寸图 6 3 2 1 桥面横断面布置图 6 3 2 2 板块结构几何尺寸 6 3 3 毛截面几何特性计算 7 4 主梁内力计算主梁内力计算 8 4 1 永久作用效应计算 8 4 2 可变作用效应计算 8 4 2 1 汽车荷载冲击系数计算 12 4 2 2 可变作用效应计算 13 4 3 作用效应组合 15 4 3 1 承载能力极限状态 16 4 3 2 正常使用极限状态 16 5 预应力钢束的估算及布置预应力钢束的估算及布置 18 5 1 预应力钢筋数量的估算 18 5 2 预应力钢筋的布置 19 5 3 普通钢筋数量的估算及布置 20 6 换算截面几何特性计算换算截面几何特性计算 23 6 1 换算截面面积 23 6 2 换算截面重心位置 23 6 3 换算截面惯性矩 24 6 4 换算截面弹性抵抗矩 24 河南城建学院本科毕业设计 目录 I 7 承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算 25 7 1 跨中截面正截面抗弯承载力计算 25 7 2 斜截面抗剪承载力计算 25 7 2 1 截面抗剪强度上 下限复核 25 7 2 2 斜截面抗剪承载力计算 26 8 预应力损失计算预应力损失计算 29 8 1 锚具变形 回缩引起的应力损失 29 8 2 加热养护引起的温度损失 29 8 3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失 29 8 4 钢筋松弛引起的应力损失 30 8 5 混凝土收缩 徐变引起的预应力损失 30 8 6 预应力损失组合 32 9 验算验算 34 9 1 正常使用极限状态计算 34 9 1 1 正截面抗裂性验算 34 9 1 2 斜截面抗裂性验算 35 9 2 变形计算 38 9 2 1 正常使用阶段的挠度计算 38 9 2 2 预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置 38 9 3 持久状态应力验算 40 9 3 1 跨中截面混凝土的法向压应力验算 40 9 3 2 跨中预应力钢绞线的拉应力验算 40 9 3 3 斜截面主应力验算 41 9 4 短暂状态应力验算 42 9 4 1 跨中截面 43 9 4 2 四分之一截面 44 9 4 3 支点截面 45 10 最小配筋率复核最小配筋率复核 47 11 支座的选用支座的选用 48 11 1 选定支座的平面尺寸 48 11 2 确定支座的厚度 48 11 3 验算支座的偏转 50 11 4 验算支座的稳定性 51 12 下部结构计算下部结构计算 53 12 1 盖梁计算 53 12 1 1 设计资料 53 12 1 2 盖梁计算 54 12 1 3 内力计算 62 12 1 4 截面配筋设计与承载力校核 64 河南城建学院本科毕业设计 目录 II 12 1 5 斜截面抗剪承载能力验算 68 12 2 桥墩墩柱设计 69 12 2 1 方案比选 69 12 2 2 作用效用计算 70 12 2 3 截面配筋及应力计算 72 12 3 桩基设计 74 12 3 1 荷载计算 74 12 3 2 桩长计算 75 12 3 3 桩的内力计算 76 12 3 4 桩身截面配筋与承载力验算 78 12 3 5 墩顶纵向水平位移验算 79 12 3 6 墩顶纵向水平位移验算 79 12 4 埋置式桥台设计 80 12 4 1 土压力计算 80 12 4 2 支座反力引起的桥台内力计算 81 12 4 3 荷载组合 82 12 4 4 桥台配筋及验算 83 设计总结设计总结 84 致致 谢谢 85 参考文献参考文献 86 河南城建学院本科毕业设计 前言 0 前 言 毕业设计是专业教学过程的最后一个环节 是学生对所学知识的综合运用 通过毕业设计 使学生较系统的掌握所学的理论知识 同时与工程实际相结合 是培养学生实际工作能力的一个重要实践性教学环节 在教师的指导下使学生能 独立地系统地全面完成桥梁工程的初步设计和施工图设计 掌握桥梁工程的设计 基本程序和任务 学会搜集资料 考虑问题 分析问题和解决问题的方法 进一 步巩固所学课程 并能查阅资料 理解和应用公路工程技术标准 公路桥涵设计 和施工规范 为毕业后从事桥梁技术工作打好基础 通过毕业设计 也使我们学 生对某一课题作专门深入系统的研究 巩固 扩大 加深已有知识 培养综合运 用已有知识独立解决问题的能力 毕业设计也是我们学生走上国家建设岗位前的 一次重要的实习 本次设计主要包括以下几个方面的内容 1 根据已有的原始资料 确定 不同的桥式方案并绘图 2 进行桥式方案的比选和工程量的计算 3 对基本 尺寸的选择进行探讨 包括梁高 边跨与中跨长度及比值等参数 4 对选用 方案进行施工图设计 选择合理可行的建筑材料 初步拟定合适的施工方法 确 定设计荷载等级及各种作用因素量值 细化结构及构件的具体几何尺寸 5 建 立构件与结构的计算简图 计算各种荷载作用下结构的内力 位移及反力 按照 规范进行荷载效应组合 分析出最不利 一般为最大和最小 荷载效应作为设计 依据 进行截面配筋设计 验算上部结构主要构件的强度 刚度与稳定性 若不 符合要求 则需修改设计或提出修改措施 6 桥梁下部结构尺寸拟定 验算下 部结构主要构件的强度 刚度与稳定性 总之 通过毕业设计 使我们达到基本知识基础理论 基本技能 三基 和 运用知识网络获取知识的能力 计算机应用的能力 外语能力以及文化素质 思 想品德素质 业务素质 三个素质 的训练 培养我们运用所学专业知识和技术 研究 解决本专业实际问题的初步能力 河南城建学院本科毕业设计 引言 1 1 引言 1 1 本毕业设计课题的技术参数 1 地质水文资料 根据本次勘察结果 结合区域地质资料及本次地质调查结果综合分析 桥位 区覆盖层厚度较大 下伏基岩为二叠系上统山西组 P2S 含砾砂岩 泥质粉砂岩 呈单斜构造 桥位区地质构造简单 区域地质基本稳定 桥位区地表水较发育 右侧 40m 处为黄河 地下水主要为孔隙水及基岩中裂隙水 孔隙水主要赋存于粉 砂 卵石层中 接受大气降水补给 裂隙水主要赋存于含砾砂岩 泥质粉砂岩的 风化裂隙及构造裂隙中 以裂隙发育带为主要赋水部位 主要靠大气降水及地表 水下渗补给 本次勘察 钻孔揭露地下水埋深 0 8m 6 0m 水量丰富 2 工程概况 田家湾桥位于城市环线道路 设计桥梁与道路正交 双向四车道 设计行车 速度 100km h 该桥跨越道路形式为城市交通繁忙地带 净 11 2 3m 绿化 2 4 5m 3 设计荷载 城市 A 级 4 地震烈度 地震烈度 7 度 具体按 公路桥涵抗震设计规范 办理 5 工程地质评价 根据本次勘察结果 结合区域地质资料及本次地质调查结果综合分析 桥位 区下伏基岩为二叠系上统山西组 P2S 含砾砂岩 泥质粉砂岩 呈单斜构造 地 质构造简单 桥位区区域地质基本稳定 适宜桥梁建设 1 2 主要材料规格 1 普通钢筋主要用 HRB335 钢筋 预应力钢筋用钢铰线 2 15 s 2 采用 C50 混凝土浇注预制主梁和浇注铰缝 栏杆和安全带用 C30 混凝土 桥面面层为沥青混凝土 3 施工工艺采用先张法施工 预应力钢铰线采用两端同时对称张拉 支座 采用板式橡胶支座 河南城建学院本科毕业设计 方案拟定与比选 2 2 方案拟定与比选 设计原则主要是要根据建设单位的对于桥梁的功能要求进行设计 满足该桥 梁的特定功能 田家湾桥位于城市环线道路 设计桥梁与道路正交 双向四车道 设计行车速度 100km h 该桥跨越道路形式为城市交通繁忙地带 净 11 2 3m 绿化 2 4 5m 既要满足车辆的通行安全 同时必须考虑汽车等 的通行顺畅 在接受设计任务时是要考虑以上情况的 其次建设这座桥一方面要 考虑安全问题 同时设计时一定要考虑经济方面 尽量要在满足功能的情况下 降低造价 另外还考虑了施工技术上和环境的结合 总结起来 安全 适用 经 济 美观 环保 通过以上内容选定一下三种方案 表 2 1 各方案主要优缺点比较表 桥梁方案 装配式预应力空心板简支 梁桥 装配式预应力混凝土 T 形梁桥 预应力混凝土连续箱 梁桥 桥跨布置 m 2 162 162 30 安全性 自重轻 跨径合适 施工 安全 整体性好 自重小 整体性好 结构刚度大 变形小 抗震性能好 适用性 1 属静定结构 且相邻桥 孔各自单独受力 故最易 设计成各种标准跨径的装 配式构件 2 适用于中小跨径桥梁 重量不大 架设方便 3 技术成熟 且使用较广 1 减少了结构自重 充分利用了扩展的混 凝土桥面板的抗压能 力 2 制造简单 肋内配 筋可做成刚劲的钢筋 骨架 整体性好 接 头也较方便 1 属于超静定结构 结构刚度大 稳定性好 2 连续梁各跨共同受 力 由于支点的负弯矩 减小了主梁的跨中弯矩 主梁受力更加均匀 截 面高度小 3 变形小 伸缩缝少 行车平顺舒适 4 设计计算比较复杂 美观性标准形式 使用于较长桥较空心板桥 更为轻主桥线条简洁明快 因 河南城建学院本科毕业设计 方案拟定与比选 3 梁时 多跨降低了美观性 便 且可用于较大跨 径 克服多跨对美观 影响的缺点 为其截面高度适中 高 跨比显的协调 通过方案比较很容易确定装配式预应力简支空心板桥为最佳设计方案 河南城建学院本科毕业设计 毛截面几何特性计算 4 3 毛截面几何特性计算 3 1 基本资料 3 1 1 主要技术指标 桥跨布置为 2 16 m 空心板配筋计算及验算按任一孔计算 单孔技术指标 如下如下 标准跨径 16 00 m 计算跨径 15 56 m 桥面总宽 路基宽 25 5m 城市环线道路 半幅桥全宽 12 5m 设计荷载 城市 A 级 环境标准 类环境 3 1 2 材料规格 预应力钢筋采用 钢绞线 非预应力普通钢筋 HRB335 R235 空心2 15 s 71 板块混凝土采用 C50 铰缝采用C40 混凝土 桥面 铺装采用 C30 沥青混凝土和 C40 防水混凝土 3 1 3 设计规范 1 JTJ01 1997 公路工程技术标准 S 北京 人民交通出版社 1997 简称 标准 2 JTG D60 2004 公路桥涵设计通用规范 S 北京 人民交通出版社 2004 简称 桥规 3 JTG D62 2004 公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范 S 北京 人民 交通出版社 2004 简称 公预规 4 JTG D60 1985 公路桥涵地基与基础设计规范 S 北京 人民交通出版 1985 3 2 截面几何尺寸图 该桥净空为 0 5 1 2 3 75 3 0 5 全桥宽采用 9 块 C50 混凝土空心板预制件 每块空心板宽度为 124cm 高 95cm 采用先张法施工 预应力钢绞线采用两端同 时对称张拉 河南城建学院本科毕业设计 毛截面几何特性计算 5 3 2 1 桥面横断面布置图 图 3 1 横断面布置图 3 2 2 板块结构几何尺寸 图 3 2 边板图 河南城建学院本科毕业设计 毛截面几何特性计算 6 图 3 3 中板图 3 3 毛截面几何特性计算 表 3 1 毛截面几何特性表 板号边板中板 AI x yAI x y 几何特性 0 72100 07980 4180 55510 06220 484 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 7 4 主梁内力计算 4 1 永久作用效应计算 一期恒载 预制板重力密度取 1 q 3 m 26KN 边板 A边 26 0 721 18 746 1 q m KN 中板 A中 26 0 5551 14 433 1 q m KN 二期恒载 q2 100mm C40 混凝土和 100mm 沥青混凝土铺装重力密度取 3 m 24KN 铰缝混凝土 0 1144 重力密度取 m m3 3 m 25KN 护栏 单侧 0 35 重力密度取 近似按横向分布系数分配m m3 3 m 25KN 重量 边板取 0 236 中板取 0 194 边板 q2 m 560 14236 0 35 0 2525 01144 025875 1 1 0242KN 中板 q2 m 255 12194 0 35 0 2521144 0 2525 1 1 0242KN 由此可计算出简支空心板的恒载 自重效应 计算结果见表 4 1 表 4 1 永久作用效应汇总表 中板 项目作用效应 kN m M作用效应 kN V 跨中1 4 跨 作用种类 计算 跨径436 80327 60支点1 4 跨跨中 1 g370 89278 17112 2956 140 2 g 15 56 95 3447 670 4 2 可变作用效应计算 本设计为城市环线道路 故汽车荷载采用城市 A 级荷载 它由车道荷载和车 辆荷载组成 桥规 规定桥梁结构整体计算采用车道荷载 城市 A 级车道荷载 的均布荷载标准值集中荷载两部分组成 k q k p 10 5KN m k q KN24 2221805 56 15 5 50 180 360 pk 而在计算剪力效应时 集中荷载标准值应乘以 1 2 的系数 即计算剪力 k p 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 8 KN69 26624 2222 1p2 1p kk 按 桥规 车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响 线上 集中荷载标准值只作用在相应影响线中一个最大影响线峰值处 本桥采用 双车道 应考虑折减为 1 0 汽车荷载横向分布系数计算 空心板跨中和 L 4 的横向分布系数按铰接板法计算 支点按杠杆法计算荷载 横向分布系数 支点到 L 4 间按直线内插求得 1 跨中和 L 4 的荷载横向分布系数 首先计算空心板的刚度系数 由前面计算得到 IT 4 0622 0 mI 111 0 4 m b 1 24m L 15 56m 将以上数据代入 r 0 0206 求得刚度系数后 即可查 公路桥涵设计手册 梁桥 上册 徐光辉 胡明 义 主编 人民交通出版社 1996 年 3 月 中铰接板桥荷载横向分布影响线表 由 r 0 0206 车道荷载作用下荷载横向分布系影响线 计算结果列表 4 2 中 由表 4 2 画出各板横向分布影响线图 4 1 并按横向最不利位置布载 求得两车道情况 下各板的横向分布系数 由于桥梁横断面结构对称 所以只需计算 1 号至 5 号板 的横向分布影响线坐标值 表 4 2 各板的横向分配影响线竖标值表 荷载作用板 号 节点号 1 2 3 4 5 10 2360 1940 1470 1130 088 20 1940 1890 1600 1220 095 30 1470 1600 1640 1410 110 40 1130 1220 1410 1520 134 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 9 180013001800 续表 荷载作用板 号 节点号 1 2 3 4 5 50 0880 0950 1100 1340 148 60 0700 0750 0870 1060 134 70 0570 0620 0720 0870 110 8 0 0490 0530 0620 0750 095 90 0460 0490 0570 0700 088 根据表 4 2 作出影响线 一号板影响线 0 236 0 194 0 147 0 113 0 088 0 07 0 059 0 0490 046 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 123456789 二号板影响线 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 123456789 三号板影响线 0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 0 16 0 18 123456789 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 10 四号板影响线 0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 0 16 123456789 五号板影响线 0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 0 16 123456789 图 4 1 影响线图及布载位置 根据各板的横向分布影响线图 在上加载求得各种作用下的横向分布系数如 下 汽车荷载作用下 m汽 1 2 i 汽 板号 1 二列汽车 m2 汽 1 2 0 245 0 183 0 130 0 102 0 330 板号 2 二列汽车 m2 汽 1 2 0 200 0 181 0 152 0 105 0 319 板号 3 二列汽车 m2 汽 1 2 0 155 0 164 0 152 0 128 0 300 板号 4 二列汽车 m2 汽 1 2 0 115 0 138 0 152 0 131 0 268 板号 5 二列汽车 m2 汽 1 2 0 120 0 140 0 148 0 135 0 272 见表 4 3 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 11 表 4 3 车道荷载作用下的横向分布系数表 板号1 2 3 4 5 m2 汽0 3300 3190 3000 2680 272 为设计和施工方便 各空心板设计成统一规格 同时考虑到人群荷载与汽车 荷载效应组合 因此跨中和处的横向分布系数偏于安全地取不利数值 4 l m2 汽 0 330 2 支点的荷载横向分布系数 则按杠杆法计算 由图 4 2 得板的支点荷载横 向分布系数如下 图 4 2 支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图 m汽 0 5 1 200 0 600 3 支点到 L 4 处的荷载横向分布系数按内插法求得 空心板荷载横向分布系数汇总于如下 表 4 4 空心板的荷载横向分布系数 作用位置跨中至 L 4 处支点 汽车荷载0 3000 600 4 2 1 汽车荷载冲击系数计算 桥规 规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 按结构基频的不同而不同 对于简支板桥 f 2 2 c c EI f lm 当时 0 05 当时 0 45 当时 z Hf5 1 z Hf14 1 514 z HZfH 0 1767ln0 0157f 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 12 其中 Imml56 15 a MPE 5 1045 3 0622 0 c 4 c mmkg G 10471 1 81 9 5551 0 1026 g 3 3 代入得 83 7 10471 1 0622 0 1045 3 56 152 3 10 2 Hzf 所以 0 0157 0 348 f0 1767ln 1 1 348 4 2 2 可变作用效应计算 1 车道荷载效应 跨中截面 两车道荷载 不计冲击时 kkkk Mm qp y 汽 kN m16 390 89 324 2222642 305 10 330 0 1 计入冲击 1 kkkk Mm qp y 汽 kN m94 52516 390348 1 不计冲击时 kkkk ypqmV 汽 kN74 50 5 069 266945 1 5 10330 0 1 计入冲击 V 1 kkkk m qp y 汽 kN 40 6874 50348 1 l 4 截面 两车道荷载 不计冲击时 kkkk Mm qp y 汽 kN m61 2929175 224 2226981 22 5 10 330 01 计入冲击 1 kkkk Mm qp y 汽 KN m44 39461 292348 1 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 13 不计冲击时 kkkk ypqmV 汽 kN81 170 75266 694 3762 5 10330 01 计入冲击 V1 kkkk m qp y 汽 KN42 10917 81348 1 支点截面剪力 计算支点截面由于车道荷载产生的效应时 考虑横向分布系数沿空心板跨长 的变化 同样均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利的同号影响线上 集中 荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处 见图 4 5 两车道荷载 不计冲击时 600 0 69 2668 5 1056 15270 0 2 56 155 10330 0 1 汽 V KN49 192 计入冲击 KNV48 25949 192348 1 汽 图 4 5 简支空心板支点截面内力影响线及加载图 可变作用效应汇总表 4 5 中 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 14 表 4 5 可变作用效应汇总表 跨中弯矩 M kN mA剪力 V kN 位置 跨中L 4 处跨中L 4 处支点 车道荷载 不计冲击系数 390 16292 6150 7481 17192 49 车道荷载 计冲击系数 525 94394 4468 40109 42259 48 4 3 作用效应组合 按 桥规 公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进 行效应组合 并用不同的计算项目 4 3 1 承载能力极限状态 按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为 4 12 1 100QjKKQGKud SSSrSr 式中 结构重要性系数 本桥属中小桥 1 0 0 0 效应组合设计值 永久作用效应标准值 ud S GK S 汽车荷载效应 含汽车冲击力 的标准值 1Q k S 人群荷载效应的标准值 QjK S 4 3 2 正常使用极限状态 按正常使用极限状态设计时 应根据不同的设计要求 采用以下两种效应组 合 作用短期效应组合表达式 QjKKQGKsd SSSS 1 7 0 式中 作用短期效应组合设计值 sd S 永久作用效应标准值 GK S 不计冲击的汽车荷载效应标准值 1Q k S 人群荷载效应的标准值 QjK S 作用长期效应组合表达式 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 15 QjKKQGKsd SSSS 1 7 0 式中 各符号意义见上面说明 桥规 还规定结构构件当需要弹性阶段截面应力计算时 应采用标准值效 应组合 即此时效应组合表达式为 QjKKQGKsd SSSS 1 式中 标准值效应组合设计值 S 永久作用效应 汽车荷载效应 含汽车冲击力 的标准值 GK S 1Q k S 根据计算得到的作用效应 按 桥规 各种组合表达式可求得各效应组合设 计值 现将计算汇总于表 4 6 中 表4 6 空心板作用效应组合计算汇总表 跨中截面四分点截面支点截面 MVMVV序号荷载类别 KN mKNKN mKNKN 1g1436 80327 656 14112 29 2g2370 890278 1747 6795 34 3 g 总807 690605 77103 81207 63 4可变作用不计冲击390 1650 74292 6181 17192 49 5可变作用计冲击525 9468 4394 44109 42259 48 6标准组合1333 6368 41000 21213 23467 11 7短期组合1080 835 52810 6160 63342 37 8极限组合1705 5495 761279 14277 76612 43 9长期组合963 7520 3722 81136 28284 63 河南城建学院本科毕业设计 预应力钢束的估算及布置 16 5 预应力钢束的估算及布置 5 1 预应力钢筋数量的估算 本桥设计时它应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求 例如承载力 抗裂性 裂缝宽度 变形及应力等要求 在这些控制条件中 最重要的是满足结 构在正常使用极限状态下的使用性能要求和保证结构在达到承载能力极限状态时 具有一定的安全储备 因此 预应力混凝土桥梁设计时 一般情况下 首先根据 结构在正常使用极限状态正截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量 在由构件的承载能力极限状态要求确定普通纲纪的数量 本桥以部分预应力 A 类 构件设计 首先按正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力 Npe 按 公预规 6 3 1 条 A 类预应力混凝土构件正截面抗裂性是控制混凝土的 法向拉应力 并符合以下条件 在作用短期效应组合下 应满足要求0 70 stpctk f 式中 在作用短期效应组合作用下 构件抗裂性验算边缘混凝土 st sd M 的法向拉应力 构件抗裂验算边缘混凝土的有效预应力 pc 在初步设计时 和可按公式近似计算 st pc W Msd st W lN A N ppepe pc 式中 构件毛截面面积及对毛截面受拉边缘的弹性抵抗矩 WA 预应力钢筋重心对毛截面重心轴的偏心矩 可预先假定 p la pp ly p a 代入即可求得满足部分预应力 A 类构件正截面抗裂性要求0 70 stpctk f 所需的有效预加力为 0 70 1 sd tk pe p M f W N l AW 式中 混凝土抗拉强度标准值 tk f 本预应力空心板桥采用 C50 2 65Mpa 由表 4 6 得 tk fmKNM 80 1080 sd 河南城建学院本科毕业设计 预应力钢束的估算及布置 17 空心板的毛截面换算面积 2 m5551 0 A 38 12 103348 1 484950 100622 0 mmyIW 下 假设 则mm42145 484 950ecm5 4a pp 代入得 NNpe1259627 103348 1 421 105551 0 1 65 2 7 0 103348 1 1080 1080 86 8 6 则所需的预应力钢筋截面面积 Ap 为 pe p conl N A 式中 预应力钢筋的张拉控制应力 con 全部预应力损失值 按张拉控制应力的 20 估算 l 本桥采用 1 7 股钢绞线作为预应力钢筋 直径 15 2mm 公称截面面积 139mm 1860Mpa 1260Mpa Mpa 按 公预规 2 pk f pd f p E 5 1095 1 pkcon f75 0 现取 0 65 预应力损失总和近似假定为 20 张拉控制应力来估算 则 con pk f 2 1410 186065 08 0 1259627 2 0 mm NN A concon pe lcon pe p 采用 1215 2 钢绞线 单根钢绞线公称面积 140mm2 则 12 140 j p A 2 cm 8 16 满足要求 5 2 预应力钢筋的布置 预应力空心板选用 1215 2 钢绞线布置在空心板下缘 45mm 沿空心 j p a 板跨长直线布置 即沿跨长 45mm 保持不变 见图 5 1 预应力钢筋布置应满 p a 足公预规的要求 钢绞线净距不小于 25mm 端部设置长度不小于 150mm 的螺旋 钢筋等 河南城建学院本科毕业设计 预应力钢束的估算及布置 18 图 5 1 空心板中板跨中截面预应力钢筋的布置 5 3 普通钢筋数量的估算及布置 在预应力钢筋数量已经确定的情况下 可由正截面承载能力极限状态要求的 条件确定普通钢筋的数量 暂不考虑在受压区配置预应力钢筋 也暂不考虑普通 钢筋的影响 空心板截面根据惯性矩相等和面积相等可换算成等效工字形截面来 考虑 由 2 cm5180812 815 71762 kkh b b 12 1 k 3 k h 1078812107881518 81218 81512 71760 5 333 4 cm83 1016573 求得cm 37 8cm 6 68 k h k b 则得到等效工字形截面的上翼缘板厚度 f h cm f h 2 13 2 6 68 2 95 2 2 h k h y 等效工字形截面的下翼缘板厚度 f h 13 2cm f h 等效工字形截面的肋板厚度 b b b 2b 124 2 37 8 48 4cm fk 等效工字形截面尺寸见图 5 2 河南城建学院本科毕业设计 预应力钢束的估算及布置 19 图 5 2 空心板换算等效工字形截面 mm 可先假定 则由下列可求得受压区的高度 设 f h cm 5 905 4 95 0 s ahh 由公预规 0 1 0 MPafcd 4 22 由表4 6 跨中 mKN54 1705 ud Mmmbf1240 2 0 0 x hxbfM fcdud 代入上式得 2 905 1240 4 221054 17050 1 6 x x 整理得 且mmhmmx f 13260 70 mmhx b 3629054 0 0 说明中和轴在翼缘板内 可用下式求得普通钢筋面积 0 280 1680126060 701240 4 22 sd ppdfcd s f Afxbf A 说明按受力计算不需要配置纵向普通钢筋 现按照构造要求配置 普通钢筋选用HRB335 MPafsd280 MPaEs 5 102 由公预规 2 0 06 1314905484003 0 003 0 mmbhAS 普通钢筋选用的HRB335 1212 22 06 1314mm 2 1357 1 11312mmAS 普通钢筋布置在空心板下缘一带 截面受拉边缘 沿空心板跨长直线布1212 置 钢筋重心至板下缘45mm处 即 mmas45 见图5 4 河南城建学院本科毕业设计 预应力钢束的估算及布置 20 图 5 4 普通钢筋及预应力钢筋布置图 河南城建学院本科毕业设计 换算截面几何特性计算 21 6 换算截面几何特性计算 由前面计算已知空心板毛截面的几何特性 毛截面面积 毛截面 2 5551 0 mA 对其重心轴惯性 4 m0622 0 I 6 1 换算截面面积 A0 sEspEp AAAA 1 1 0 65 5 1045 3 1095 1 4 5 c p Ep E E 2 1680mmAp 80 5 1045 3 102 4 5 c s Es E E 2 2 1357 mmAs 2 mm555100 A 代入得 2 0 mm569426 A 6 2 换算截面重心位置 所有钢筋换算截面对毛截面重心的静矩为 421 1 421 1 01 sEspEp AAS 3 01 6031482421 2 1357 180 5 4211680165 5 mmS 换算截面重心至空心板毛截面重心的距离为 向下移 mm59 10 0 01 01 A S d 则换算截面重心至空心板毛截面下缘的距离为 mm 4 45559 109475 01 l y 则换算截面重心至空心板毛截面上缘的距离为 mm 6 49459 109475 01 u y 换算截面重心至预应力钢筋重心的距离为 mm 4 41045 4 455 01 p e 换算截面重心至普通钢筋重心的距离为 mm4 41045 4 455 01 s e 河南城建学院本科毕业设计 换算截面几何特性计算 22 6 3 换算截面惯性矩 0 I 2 01 2 01 2 010 1 1 ssEsppEp eAeAAdII 4102 2210 104675 6 4 410 2 1357180 5 4 4101680 165 5 59 105551001022 6 mm 6 4 换算截面弹性抵抗矩 下缘 38 01 0 01 mm10420 1 l l y I W 上缘 38 01 0 01 mm10308 1 u u y I W 河南城建学院本科毕业设计 承载能力极限状态计算 23 7 承载能力极限状态计算 7 1 跨中截面正截面抗弯承载力计算 预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离 普通钢筋离截面底mm45 p a 边的距离 则预应力钢筋和普通钢筋的合理作用点到截面底边的距离mmas45 为 mm45 mm90545950 0 h 采用换算等效工字形截面来计算 上翼缘厚度 上翼缘工作宽mm132 f h 度 肋宽b 首先按公式来判断截面mm1240 f bcm 4 48 ffcdssdppd hbfAfAf 类型 NAfAf ssdppd 2496816 2 135728016801260 Nhbf ffcd 36664321321240 4 22 所以属于第一类T型 应按宽度的矩形截面来计算其抗弯承载mm1240 f b 力 由计算混泥土受压区高度x 0 x xbfAfAf fcdssdppd mm3629054 0mm89 89 1240 4 22 2 135728016801260 0 h x b mm132 f h 将代入下式计算出跨中截面的抗弯承载力mm89 89 x ud M m37 214710 89 895 0905 89 891240 4 22 5 0 6 0 KNxhxbfM fcdud mKNMd 54 170554 17050 1 0 计算结果表明 跨中截面抗弯承载力满足要求 7 2 斜截面抗剪承载力计算 7 2 1 截面抗剪强度上 下限复核 选取距支点处截面进行斜截面抗剪承载力计算 h5 0 首先进行抗剪强度上 下限复核 按公预规5 2 9条 1051 0 0 3 0 KNbhfV kcud 式中 验算截面处的剪力组合设计值 KN 由表2 7得支点处剪力及跨 d V 河南城建学院本科毕业设计 承载能力极限状态计算 24 中截面剪力 内插得到的距支点 475mm处的截面剪力 h5 0 d V kNVd56 571 3890 277 76 612 43475 43 612 代入数据得 kNKNVd61 1579905484501051 056 57156 5710 1 3 0 计算结果表明空心板截面尺寸符合要求 按公预规5 2 10条 kNbhftd23 62690548483 1 25 1 105 025 1 105 025 1 3 02 3 由于KNKNVd23 62656 57156 5710 1 0 因此 不需要进行斜截面抗剪承载力计算 梁体可按构造要求配置箍筋即 可 参考构造要求 在支座中心向跨中方向不小于1倍梁高范围内 箍筋间距不 应大于100mm 故在支座中心到跨中1 03m范围内箍筋间距取为100mm 其他梁段 箍筋间距取为250mm 箍筋布置见图7 1 图 7 1 箍筋布置图 跨中部分箍筋配筋率为 12 0 130 0 250484 08 157 b min v sv sv sv S A 满足最小配筋率的要求 7 2 2 斜截面抗剪承载力计算 我们选取以下两个位置进行空心板斜截面抗剪承载力计算 距支座中心处截面 mm h 475 2 mmx7305 距支座中心处截面 箍筋间距变化处 m03 1 mm6750 x 计算截面的剪力组合设计值 可按表5 1由跨中和支点的设计枝内插得到 计 河南城建学院本科毕业设计 承载能力极限状态计算 25 算结果见表7 1 表 7 1 各计算截面剪力组合设计值 截面位置 mmx 7780 x 支点截面 7305 x6750 x 3890 x 截面 4 l 剪力 kNVd612 43571 56523 82277 76 1 距支座中心处截面 mm475h5 0 mmx7305 由于是直线配筋 故此截面有效高度取与跨中近似相同 mmh905 0 由于不设弯起钢筋 因此 斜截面抗剪承载力按下式计算 svsvkcucs ffPbhV 0 3 321 6 02 1045 0 公式中 b h 与前面相同 321 0 12 0 325 0 100484 08 157 min sv v sv sv bs A 此处 箍筋间距 2 08 157 102 100mmAmmS svv 693 0 905484 2 13571680 100100p 57 1068 280 325 050 693 0 6 02 9054841045 0 1 125 11 3 kN Vcs kNVkNV csd 57 106856 57156 5710 1 0 抗剪承载力满足要求 2 距跨中截面处截面mmx6750 此处 箍筋间距 mmsv250 kNVd82 523 kNVcs82 675280 130 0 50 693 0 6 02 9054841045 0 1 125 1 1 3 kNVkNV csd 82 67582 52382 5230 1 0 斜截面抗剪承载力满足要求 以上计算均表明满足斜截面抗剪承载力要求 河南城建学院本科毕业设计 预应力损失计算 26 8 预应力损失计算 预应力损失与施工工艺 材料性能及环境影响等有关 影响因素复杂 在无 可靠试验资料的情况下 则按 公路桥规 的规定估算 本桥采用先张法施工 本桥预应力钢筋采用直径为15 2mm的1 7股钢绞线 Mpa1095 1 5 p E pk f 控制应力取 MPa1860MPafpk con 1209186065 0 65 0 8 1 锚具变形 回缩引起的应力损失 2l 预应力钢绞线的有效长度取为张拉台座的长度 设台座长 采用一端mL50 张拉及夹片式锚具 有顶压时 则mmL4 MPaE L l pl 6 151095 1 1050 4 5 3 2 8 2 加热养护引起的温度损失 3l 先张法预应力混凝土空心板采用加热养护的方法 为减少温度引起的预应力 损失 采用分阶段养护措施 设控制预应力钢绞线与台座之间的最大温差 Cttt 0 12 15 则 2 3l MPat30152 8 3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失 4l 对于先张拉法构件 PeEpl 4 65 5 EP 0 0 00 0 0 y I eN A N ppp pe slPPp AAN 600 0lconp 由公预规6 2 8条 先张法构件传力锚固时的损失为 532 5 0 llll 则 5 0 5320lllconp 36 265 030 6 151209 MPa22 1150 KNAAN slppp 37 19320 168022 1150 600 2 0 mm569426 A 410 0 104675 6mmI 河南城建学院本科毕业设计 预应力损失计算 27 则 MPa pe 43 8 4 410 104675 6 4 4101037 1932 569426 1037 1932 10 33 MPa l 63 4743 8 65 5 4 8 4 钢筋松弛引起的应力损失 5l pe pk pe l f 26 0 52 0 5 MPa MPaf lconpe pk 4 1193 6 151209 1860 3 0 0 1 2 MPa l 36 26 4 1193 26 0 1860 4 1193 52 0 3 00 1 5 8 5 混凝土收缩 徐变引起的预应力损失 6l ps pcEpcsp l ttttE 151 9 0 00 6 533 0 569426 2 13571680 0 A AA sp 2 10 0 0 2 3 113579 569426 104675 6 mm A I i 构件受拉区全部纵向钢筋重心处 由预应力 扣除相应阶段的预应力 pc 损失 和结构自重产生的混凝土法向压应力 其值为 0 0 00 0 0 y I eN A N ppp pc 0 5 0 5432600 pllllconslppp AAAN KN351 18521680 36 265 063 4730 6 15 1209 mmey p 4 410 00 预应力钢筋传力锚固龄期 计算龄期为t时的混凝土收缩应变 0 tt cs 0 t 加载龄期为 计算考虑的龄期为t时的徐变系数 0 tt 0 t 河南城建学院本科毕业设计 预应力损失计算 28 MPay I eN A N ppp pc 08 8 4 410 104675 6 4 4101852351 569426 1852351 10 0 0 00 0 0 483 2 3 113579 4 410 11 2 2 2 i eps ps 考虑自重的影响 由于收缩徐变持续时间较长 采用全部永久作用 查表3 6 得空心板全部永久作用弯矩 在全 mkNMGK 69 807 跨中 mkNM l GK 77 605 4 部钢筋重心处由自重产生的拉应力为 跨中截面 MPay I MGK t 13 5 4 410 104675 6 1069 807 10 6 0 0 截面 4 l MPay I MGK t 84 3 4 410 104675 6 1077 605 10 6 0 0 支点截面 0 t 则全部纵向钢筋重心处的压应力为 跨中截面 MPa pc 95 2 13 508 8 截面 4 l MPa pc 24 484 3 08 8 支点截面 MPa pc 08 8 公预规 6 2 7规定 不得大于传力锚固时混凝土立方体抗压强度的 pc cu f 0 5倍 设传力锚固时 混凝土达到C 则 45MP 0 5 22 5MP 则跨中 45 cu f cu f L 4 支点截面全部钢筋重心处的压应力为2 95MPa 4 24 MPa 8 08MPa 均小 于22 5 MPa 满足要求 设传力锚固龄期为7d 计算龄期为混凝土终极值t 设桥梁所处环境的大气 u 相对湿度为80 由前面计算知 空心板毛截面面积A 555100 空心板与大 2 mm 气接触的周边长度为u u 1042812281529521242 2222 cm84 708 理论厚度 h u A2 cm66 15 708 84 5551 2 查公预规表6 2 7直线内插得到 224 2 10277 0 0 3 0 tt tt cs 河南城建学院本科毕业设计 预应力损失计算 29 把各项数据代入计算公式得 6l 跨中截面 MPa l 40 68 483 2 533 0 151 224 2 95 2 65 5 10277 01095 1 9 0 3 5 6 截面 4 l MPa l 57 80 483 2 533 0151 224 2 24 4 65 5 10277 01095 1 9 0 3 5 6 支点截面 MPa l 80 116 483 2 533 0 151 224 208 8 65 5 10277 0 1095 1 9 0 3 5 6 8 6 预应力损失组合 传力锚固时第一批损失 1 l MPa lllll 41 10636 26 2 1 63 4730 6 15 2 1 54321 传力锚固后预应力损失总和 l 跨中截面 MPa llllll 99 18740 6836 2663 4730 6 15 65432 截面 4 l MPa llllll 16 20057 8036 2663 4730 6 15 65432 支点截面 MPa llllll 39 23680 11636 2663 4730 6 15 65432 各截面的有效预应力 lcony 河南城建学院本科毕业设计 预应力损失计算 30 跨中截面 MPa lconpe 01 102199 1871209 截面 4 l MPa lconpe 84 100816 2001209 支点截面 MPa lconpe 61 97239 2361209 河南城建学院本科毕业设计 验算 31 9 验算 9 1 正常使用极限状态计算 9 1 1 正截面抗裂性验算 正截面抗裂性计算是对构件跨中截面混凝土的拉应力进行计算 并满足 公 预规 6 3 条要求 对于部分预应力 A 类构件 应满足两个要求 第一 在作用短期效应组合下 0 7 stpctk f 第二 在作用长期效应组合下 即不出现拉应力 0 ltpc 为在作用短期效应组合下 空心板抗裂验算边缘的混凝土法向拉应