20米空心板桥毕业设计.doc

郑州航空工业管理学院 毕 业 论 文设 计 2009 届 土木工程 专业 0509081 班级 题 目 20米预应力混凝土空心板桥设计 姓 名 学号 050908126 指导教师 马亚丽 职称 副教授 二 九 年 五 月 二十七 日 内 容 摘 要 立足桥梁设计的基本原则坚持合理选用标准本着质量第一、节约资源的设计理念以及综合考虑所提供的设计资料本次设计20米预应力空心板桥主梁依照部分预应力A类构件方案设计采用先张法超张拉工艺施工。依据公路桥涵设计通用规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范等国家通用规范依序完成承载能力及正常使用两大极限状态设计以及持久和短暂状态应力验算充分保证了本桥全寿命周期的安全度。 本次设计的内容主要包括空心板、盖梁、桩柱三大部分的设计与计算。分别先后完成几何尺寸设计、荷载组合计算、钢筋配置及验算、预应力损失计算、裂缝及变形验算、持久和短暂状态应力验算等具体项目每一部分都有详细、精确的计算过程。 本次设计成果有计算书和配套施工图纸。 关 键 词 预应力空心板盖梁桩柱 Abstract The foothold bridge designs basic principle insisted that selects the standard reasonably in line with the quality first nurse resources design idea the design information which as well as the overall evaluation provides this design - - 20 meter pre-stressed hollow plank bridges the king post according to the partial pre-stressed A kind of component project design uses pretensioning law ultra to pull the craft construction. Rests on quotRoad Arch of bridge Design General Standardquot quotRoad Reinforced concrete And Prestressed concrete Arch of bridge Design Standardquot and so on national general standards completes the bearing capacity in order and uses two big limiting condition design normally as well as lasting and short condition stress checking calculation has guaranteed this bridge total life cycle degree of security fully. This designs content mainly includes: Spatial core Ge Liang pile three major part designs and computation. Does things in order of importance and urgency completes the geometry size design the load combination computation the steel bar disposition and the checking calculation the loss of prestress computation the crack and the distortion checking calculation lasting and the short condition stress checking calculation and so on specific items each part has in detail the precise computational process. This design achievement includes: Account book and necessary construction blueprint. Key Words Pre-stressed Spatial core Cap beam Pile 目 录 第一章 设计资料 . 7 1.1地质、地貌及标高 . 7 1.2跨径及桥宽 . 7 1.3设计荷载 . 7 1.4材料 . 7 1.4.1混凝土 . 7 1.4.2钢筋 . 8 1.4.3.板式橡胶支座 . 8 1.5施工工艺 . 8 1.6结构尺寸 . 8 1.6.1 空心板的横断面尺寸见图所示 . 8 1.6.2 上部构造尺寸如下图 . 9 1.7设计依据和参考书 . 9 第二章 设计内容 . 9 2.1 方案比选 . 9 2.2 上部结构计算 . 11 2.2.1主梁截面几何特性计算先计算中板后计算边板 11 2.2.2 作用效应计算 . 12 2.3 预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置 . 21 2.3.1 预应力钢筋数量的估算 . 21 2.3.2 预应力钢筋的布置 . 24 2.3.3 普通钢筋数量的估算和布置 . 24 2.4 主梁截面换算特性计算 . 25 2.4.1中板 . 25 2.4.2边板 . 27 2.5 主梁截面强度及应力验算 . 28 2.5.1正截面强度计算 . 28 2.5.2斜截面强度验算 . 29 2.6预应力损失计算 . 34 2.6.1锚具变形、钢筋回缩引起的应力损失2l . 34 2.6.2 加热养护引起的损失3l . 34 2.6.3预应力钢筋松弛引起的损失5l . 35 2.6.4混凝土弹性压缩引起的应力损失4l . 35 2.6.5混凝土收缩徐变引起的应力损失6l . 36 2.6.6预应力损失组合 . 40 27 正常使用极限状态计算 . 41 2.7.1 正截面抗裂性验算 . 41 2.7.2 斜截面抗裂性验算 . 43 2.8 空心板变形计算 . 46 2.8.1 正常使用阶段的挠度计算 . 46 2.8.2 预加力引起的反拱度计算及预拱度设置 . 47 2.9 持久状态应力验算 . 49 2.9.1 跨中截面混凝土法向压应力验算 . 50 2.9.2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算 . 50 2.9.3 斜截面主应力验算 . 51 2.10空心板截面短暂状态应力验算 . 55 2.11最小配筋率复核 . 61 2.12 桥梁下部结构的计算 . 62 2.12.1盖梁 . 62 2.12.2桩柱计算 . 73 第三章 附图附表 . 80 3.1 . 80 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 7 第一章 设计资料 1.1地质、地貌及标高 桥址位于地势平坦地区河床淤泥顶标高-0.2m常年水位标高0.7m桥面顶标高5.2m。地基土上层为硬塑粘性土下层为中密细砂夹 砾石。 1.2跨径及桥宽 本设计为两等跨预应力混凝土空心板桥。 标准跨径20m 主梁全长19.96米 计算跨径19.5米 桥宽净9.020.75m 1.3设计荷载 公路I级 人群荷载3.5kN/m2 1.4材料 1.4.1混凝土 采用C50混凝土浇注预制主梁栏杆和人行道板采用C30混凝土C30防水混凝土和沥青混凝土磨耗层铰缝采用C40混凝土浇注封锚混凝土也使用C40桥面连续采用C30混凝土。 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 8 1.4.2钢筋 普通钢筋主要采用HRB335钢筋预应力钢筋为钢绞线。 1.4.3.板式橡胶支座 采用三元乙丙橡胶采用耐寒型尺寸根据计算确定。 1.5施工工艺 先张法施工预应力钢绞线采用两端同时对称张拉。 1.6结构尺寸 1.6.1 空心板的横断面尺寸见图所示 预制中板101010315R30105101056565预制边板30.510315R3065551083555555123.510128105655 图 1 空心板截面构造及尺寸尺寸单位cm 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 9 1.6.2 上部构造尺寸如下图 3cm细粒沥青混凝土4cm粗粒沥青混凝土10cm C30防水砼中i1.5i1.5103103103817112525心线梁桥 图2 横断面布置图尺寸单位cm 1.7设计依据和参考书 1、公路工程技术标准JTGB01-2003 2、公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004 4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ 023-85 5、公路桥涵设计手册梁桥上册人民交通出版社1996年 6、桥梁工程本科教材 7、混凝土简支梁板桥易建国编第二版人民交通出版社2000年 第二章 设计内容 2.1 方案比选 设计的桥为跨径为20米的中型桥采用公路I级荷载为设计荷载2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 10 人群荷载3.5kN/m2 。经综合比较采用预应力混凝土空心板桥且边板与中板采用不同的截面形式即直接在边板悬出挑梁来承担人行荷载。 比较优势分析如下 1. 板桥的优点 建筑高度小使用于桥下净空受限制的桥梁与其它类型桥梁相比可以降低桥头引道路堤高度缩短引道的长度。板桥外形简单制造方便既便于采用土模技术又便于进行工厂化成批生产且空心板桥重量轻运输、安装均比较方便。预应力混凝土简支板桥常用跨径在20米以下。 2. 预应力优点 有效利用现代高强度材料减小了构件截面降低自重增大跨越能力节省钢材达到了显著的经济效益。预应力桥梁刚度大在长期荷载作用下减小裂缝发生的可能提高构件的耐久性。 3. 装配式的优点 构件的尺寸及形式趋于标准化可采用大规模工业化制作。装配式构件可以节省劳动力和降低劳动强度提高工程质量和生产力降低了工程造价。构件制作不受季节、天气影响保证了预制构件的质量上下部同时施工也加快了施工进度缩短了工期节省了大量模板的消耗。 综合以上优点选用预应力混凝土空心板桥较为经济、合理。 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 11 2.2 上部结构计算 2.2.1主梁截面几何特性计算先计算中板后计算边板 1.毛截面面积A 221482921510521510652151023085103cmA中板 边板5806215.30776521551021655102151030855.133222cmA 2.质心 正向上为负对于圆心横轴向下为66.166531302105653130256535532255557025.2851031ayAcmya4157 故距下缘为40.43cm 两边铰缝对圆心轴的距离cmya15.0110066.166 3.空心板毛截面对质心惯性矩 中板1011945.457.430646057.415.011005.257.4851031285103422242231mI 109178.4422mI 空心板截面的抗扭刚度可简化为下图图3的单向截面来近似计算 423212210911812.524mthtbtbhbIT 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 12 404315431027 图3 截面的抗扭刚度简化图 2.2.2 作用效应计算 1. 永久作用效应 1空心板自重第一阶段结构自重g1 2310.48326/12.558/gmkNmkNm中板 2310.58126/15.106/gmkNmkNm边板 2桥面系自重第二阶段结构自重 人行道及栏杆重力平均分布于各板上栏杆5/21/10kNmkNm 桥面铺装沥青混凝土0.071.04341.747/kNm 混凝土0.11.04262.704/kNm 铰缝自重0.118526/3.08/kNmkNm 3恒载自重g 12.5883.0814.451121.09/iggkNm 中板 15.1063.0814.451123.638/iggkNm边板 计算图式如图4设x为计算截面离左支座的距离并令Lx2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 13 则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为2/12LggMMg 4/21LggVVg 由此可计算简支空心板永久作用自重效应计算结果如下 永久作用效应汇总表 表1 2. 可变作用效应 本示例汽车荷载采用公路I级荷载它由车道荷载及车辆荷载组成车道荷载qk10.5kN/m和23855055.19180360180kNpk的集中荷载组成。而在计算剪力效应时集中荷载标准值pk应乘以1.2的系数即计算剪力时pk1.2pk1.2238285.6kN 按桥规车道荷载的均布系数应满布于使结构产生最不利效应作用类型 作用gikN/m 计算跨径m 计算效应MkN.m 作用效应VkN 中板 边板 中板 边板 跨中1/8gl2 1/4跨3/32gl2 支点1/2gl 1/4跨1/4gl 跨中 中板 边板 中板 边板 中板 边板 中板 边板 中板 边板 g 21.09 23.638 19.5 19.5 1002.4 1124 751.826 842.66 205.6 230.5 102.8 115.2 0 0 图 4 恒载内力计算图式 VRgL/2 x VxMxL19.5mx2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 14 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峰值处多车道桥梁还要考虑多车道折减本示例布置双车道不折减. 1荷载横向分布系数计算 1支座处的荷载横向分布系数m0的计算杠杆法 支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。 首先绘制横向影响线图在横向影响线上按最不利荷载布置根据对称性只需计算1、2、3、4、5号板的荷载横向分布系数即可。 1号板 汽车 oqm1/2i2346.0210.1173 人群 orm i 1.188 13018010i1.5252550180qr124356789qr1.1880.23461.00 2跨中及L/4处的荷载横向分布系数 预制板间采用企口缝连接所以跨中的荷载横向分布系数按铰接板法计算。 首先计算空心板的刚度系数 图5 12号板支点处横向分布影响线 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 15 其中I4.1194510-2m4 b104cml19.5m 故0115.05.1904.110911812.51011945.48.5222 综上从ltlt梁桥工程gtgt中的铰接板荷载横向分布影响线用表附表中查表在0.01和0.02内插求得0.0115时1号至4号板在车道荷载作用下的荷载横向分布系数值。计算结果如下图6所示 3 支点到L/4处的荷载横向分布系数 支点到L/4处的荷载横向分布系数按直线内插法求得计算结果汇总如下表2. 横向分布系数汇总表 表2 荷载 类别 1号 2号 3号 4号 5号 mc mo mc mo mc mo mc mo mc mo 汽车 0.2346 0.1731 0.2365 0.5 0.2359 0.5 0.2308 0.5 0.2207 0.5 人群 0.2421 1.188 0.165 0 0.133 0 0.111 0 0.091 0 4 荷载横向分布系数沿桥跨的变化 在计算荷载的横向分布系数时通常用65杠杆原理法66来计算荷载位于支点处的 横向分布系数m0而用其它的方法来计算荷载位于跨中的横向分布系数mc这是因为荷载在桥跨纵向的位置不同对某一主梁产生的横向分布系数也各异。位于桥跨其它位置的荷载横向分布系数的处理方法是方法一对于无中间横隔梁或仅有一根中间横隔梁的情况跨中部分采用不变的mc从离支点l/4处起至支点的区段内mc呈直线形2225.84TTEIbIbGIlIl2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 16 过渡方法二对于有多根内横隔梁的情况mc从第一根内横隔梁起向m0直线过渡。依据公路桥涵通用规范规本设计跨中采用不变的mc从离支点L/4处起至支点的区段内mx呈直线过渡的 方法计算如图6所示。 图6 各板横向分布系数沿桥跨方向变化图 1 冲击系数的计算 公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004第4.3.2规定汽车冲击系数的计算采用以结构基频为主要影响因素的计算方法对于简支梁桥结构频率f可采用下式计算 ccmEIlf22 中板41045.3cE MPa21011945.4cIm45.19lm9.1231gGmckg/m分别代入公式 436.49.123181.91011945.41045.35.192142.32102中fHz 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 17 1.5Hzf中14Hz所以有248.00157.0436.4ln1767.0通用规范JTG D6020044.3.2 所求有11.248 2 按通用规范JTG D602004第4.3.1规定公路I级车道荷载的均布 荷载标准值为5.10KqKN/m。 集中荷载标准值内插为 23818055018036055.19KPKN 人群荷载25.20.375.0rqKN/m 计算弯矩所用公式为 1ypmqmMkikkiKQ rriKQqmM2 1号板 L/2截面图7 弯矩 mkNqypmMkkkcKQ82.485215.19875.45.10875.42382346.00.1248.0111 30.60682.485248.1111KQKQMMKNm 09.2595.1062346.0215.19875.425.22346.02KQMKNm 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 18 1950L/44.875DLL/847.531975DLL/82.43750.50.50.17310.23460.17311.1881.1880.24210.2421公路-I级人群 图7 跨中截面弯矩剪力 2 剪力 kNqypmVkkkcKQ3.49215.05.19215.105.06.2852346.0248.1121 526.613.49248.1111KQKQVVKN kNVKQ286.19534.05332.0484.52346.02346.0188.145.192142425.193145.192125.195.025.22346.02 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 19 图8 L/4截面弯矩剪力 图9