25mT型梁结构设计毕业设计.doc

安徽理工大学毕业设计25米T型梁桥结构设计 摘要 本次毕业设计的课题为预应力混凝土25m简支T型梁结构设计。按照要求，设计公路等级拟定为为高速公路等级，汽车荷载等级为公路一级，桥面宽度为211.25m，设计过程采用后张法进行施工。设计初期要进行方案比选，选择最为经济、适用、安全、美观的设计方案作为施工方案。本次设计，按照导师的要求，主要利用桥梁博士进行建模设计，输入T梁断面信息，按照相关规范输入各施工阶段信息，对桥梁模型进行加载，添加钢束信息等。从而进行各种力的计算，钢束信息的布置，安全性的验算等。设计过程中，首先进行主梁内力的计算，然后是预应力钢束的布置与估算和预应力损失的计算，最后再进行安全性验算。通过章节的计算，在最后的安全性验算中，验算结果都满足，设计合理。关键词： T型梁，后张法，桥梁博士，建模 Abstract The content of this design for 25 m prestressed concrete simply supported T beam structure design. Design highway, highway level for the vehicle load rating for road, bridge deck width to 2 x 11.25 m, the construction process of the design process mainly USES the method of post-tensioned. Early design for scheme comparison, select the most economical, applicable, safe, beautiful design as a construction plan. In this design, according to the requirements of the tutor, the main use of bridge model design, Dr Input T beam section information, in accordance with the relevant specification input information, each construction stage model of the bridge to load, adding steel beam information, etc. Thus for a variety of force calculation, the arrangement of information, security check, etc. The design process, first, the calculation of internal force of main girder, and then the arrangement and estimation of prestressed steel beam and prestressed loss calculation, and then for security check. Through the calculation of section, at the end of the security check, meet the requirements of various kinds of limit state.KEY WORDS：T-shaped beam，Doctor bridge ，Modeling，Post-tensioning method目录Abstract2第一章 方案比选41.1 方案比选的原则41.2 方案一：25m简支T梁51.3方案二：预应力混凝土连续梁桥61.4 方案三：T型刚构桥71.5本章小结8第二章 设计原始资料82.1 T型梁桥桥面尺寸布置92.2截面细部尺寸的确定92.3 主要设计参数指标102.4截面几何特征计算112.4.1截面型芯至上缘距离为：112.4.2检验截面效率指标11第三章 主梁内力计算123.1 恒载内力计算133.2冲击系数和车道折减系数143.2.1 冲击系数计算143.3.2折减系数计算153.3 横向分布系数计算153.4 活载内力的计算163.4.1人群荷载效应计算163.5主梁内力效应计算273.6本章小结29第四章 预应力钢束估算与布置294.1 按承载能力极限状态估算：304.3钢束布置设计参数344.4本章小结34第五章 预应力损失计算345.1 预应力损失种类355.1.1 预应力钢束与管道壁之间的摩擦损失355.1.2锚具变形钢束回缩引起的预应力损失355.1.3预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的预应力损失355.1.4预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的预应力损失365.1.5 钢筋松弛引起的预应力损失365.1.6混凝土收缩徐变引起的预应力损失365.2预加力计算及钢束预应力损失汇总365.3本章小结37第六章 结构安全性验算386.1 阶段截面几何特征信息386.2 阶段内力累计386.3阶段施工组合应力396.4.1长效效应组合验算446.5持久状况下预应力构件标准值效应组合应力验算496.6承载能力极限状态基本组合正截面应力验算516.6.1确定受压区的高度516.6.2验算截面承载能力516.7 预应力钢束最大拉应力验算536.8本章小结54结论：55参考文献：56致谢：57第一章 方案比选1.1 方案比选的原则 桥梁结构的方案设计方案比选中，主要考虑建桥地址的地质地形因素，综合考虑梁桥的手里特点，施工材料，按照国家相关规范，满足其安全性、稳定性、可靠性、美观性的要求。所比选的方案中选择一个最能满足符合以上建桥条件的方案作为施工方案，进行内里计算，方案设计。总的来说，方案比选的最终结果要满足以下要求： 满足正常使用需求，满足地区未来发展需要； 考虑桥梁的美观性，大胆富有创新； 结构设计安全合理，满足安全性验算。 本设计中所需梁桥是一个总跨径为125m的桥梁，考虑以上各种影响因素，我们考虑采用以下方案中的一个方案进行施工建设。根据设计要求，选择三个备选方案，从中最终选择一个最经济适用的方案。1.2 方案一：25m简支T梁 T型梁桥是以T型梁为主要承重构件的桥梁结构。在现代桥梁建设中，有着较为广泛的应用，设计简单方便，受力特征明显，受力性能好。可以综合承受各种日常荷载。同时T型梁桥的结构施工工期较短，可以较快的完成设计建造，使结构更快投入使用中，更好的发挥经济效益。相比其他桥梁结构，在结构设计施工后期维护处理简单，可能在外观方面不是最好的设计，但综合来考虑确实很好的一个选择。如果采用这种设计，按照要求，桥面布置为525m跨设计。 图1-1 25m简支T梁桥型布置图图1-2 T型梁桥跨中横断面1.3方案二：预应力混凝土连续梁桥 预应力混凝土连续梁因为结构稳定安全，在所以设计中应用比较广泛。本方案中，主体采用单箱双室横断面，在各种荷载作用下，跨中会受到较大的弯矩作用。相反支点处可以产生负弯矩，相互可以抵消。减轻桥面负荷。结构稳定性好，变形小，桥面设计平缓，因此有利于高速行车。施工方法简单多样，选择性好，生产线简单，施工速度快。 拟定采用三跨结构，根据边跨和中跨的关系，桥长布置为36+53+36，总长125m。 图1-3预应力混凝土连续梁桥桥型布置图 图1-4 主梁横断面图1.4 方案三：T型刚构桥该方案采用36+53+36mT型刚构桥设计，T型刚构桥属于超静定结构体系，外形美观，在早期桥梁施工中被大量采用。在造价施工工期方面，都很有优势。但桥梁容易受温度变化的影响，混凝土收缩徐变的作用，容易造成不均匀沉降，影响路面的平整度，使行车不适。 由设计图纸可知，梁桥设计总跨径125m，所以确定桥桥长为125m。桥的两端靠近岸边主梁的下方，设置人行通道。根据设计规范要求，主梁上部用5个箱形式的截面，施工工艺方面，混凝土用现浇式的。 这种设计方案较前两种方案相比，在设计方面难度要求更高，同时施工也不容易。 图1-5T型刚构桥桥型布置图 图1-6 T型刚构桥跨中横断面图 经过以上方案的比较研究，选择方案一为使用方案。1.5本章小结本章主要进行了方案比选。方案比选的任务就是为施工选择最为合理的方案，列出了三个待选方案，从造价施工等方面进行了比较，方案一相比方案二和三来说，施工更加方便，造价更低，更加经济适用。最终，我们选择25m简支T型梁桥结构设计作为最终的方案。第二章 设计原始资料2.1 T型梁桥桥面尺寸布置 桥面净空：211.25m 标准跨径：25.00m（相邻两桥墩中心线之间距离） 计算跨径：24.00m 桥长：24.50m2.2截面细部尺寸的确定 T梁翼板的厚度可以反映桥面板的承载能力。在车辆荷载人群荷载以及恒载的作用下，要以一定的翼板厚度来抵抗。本方案中梁翼板厚度取160mm，翼板根部加厚到250mm，以抵抗在梁上产生的弯矩作用。 本方案中梁桥会受到较小的拉应力，考虑结构安全稳定性的要求，在设计方面梁的细部尺寸要给与重视，满足相关规范。对于腹板本身的设计，翼板来说腹板的厚度要与其高度成一定的比例。本设计方案中，腹板厚度取200mm。 马蹄尺寸与钢束信息的布置密切相关，按照相关规范和施工经验，马蹄尺寸与截面面积的也要成一定比例，一般在0.1到0.2之间。本设计方案中，马蹄尺寸宽度初拟为480mm，高度为200mm，高度也为200mm，可以更好抵抗荷载。详见下图所示。图2-1边梁跨中 图2-2中梁跨中2.3 主要设计参数指标表2-1 设计参数指标公路等级高速公路路基宽度（m）23.0（分离式路基）汽车荷载等级公路一级行车道数二车道桥面宽度（m）211.25跨径25斜交角（）0、15、30单幅桥梁片数5梁间距（m）2.25预制梁长（m）中跨：24.50；边跨：24.50预制梁高（m）1.70 表2-2各主梁弯惯矩扭惯矩表梁号梁宽弯惯矩扭惯矩左板宽左惯矩右板宽右惯矩连接12.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接22.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接32.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接42.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接52.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接62.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接72.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接82.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接92.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接102.2500.2800.1201.0250.1001.0250.100铰接 2.4截面几何特征计算2.4.1截面型芯至上缘距离为： 其中：Ai为分块面积 Yi为分块面积形心到上缘距离2.4.2检验截面效率指标 截面重心至上核心点距离： 截面重心至下核心点距离： 截面效率指标： 当0.5时候，认为截面设计合理。 截面高度：1.7m 换算面积：1.14m2 换算惯矩：0.333 中性轴高度：1.07m 表2-3 主界面静矩表点号:高度(m):静矩(m3):11.70.021.270.26230.850.26140.4250.17450.00.0 1.5本章小结 本章主要对设计原始资料进行了分析汇总。对桥面尺寸进行了拟定，确定了截面细部尺寸，同时给出了边梁跨中和中梁跨中的截面，直观的向我们展示了界面的特性。同时，讲述了桥梁设计的设计技术参数，确定了桥梁设计的基本依据。如道路等级划分车道划分等等。在后面的表格数据中，利用桥博软件，计算得到高度和静矩的信息。至此，基本的设计原始资料都已经得到，为接下来的计算设计工作做好铺垫。第三章 主梁内力计算3.1 恒载内力计算恒载内力计算即单元的永久载结果，包括桥面铺装层，人行道，栏杆护栏，灯柱等基础设施，随时间的变化其荷载效应不会发生改变，是一期恒载的基础上加上的。除了灯柱设施外，其他的均以体积乘以重度进行计算，并且可以按照均布荷载来考虑二期恒载，桥面铺砖及护栏铺装:0.12.2524=5.4kN/m 0.082.2526=4.68kN/m表3-1 第一施工阶段永久荷载效果单元号节点号剪力kN弯矩kNm112.997e+002-2.675e-01112-2.716e+0022.855e+002222.716e+0022.855e+00223-2.443e+0025.434e+002332.443e+0025.434e+00234-2.178e+0027.744e+002442.178e+0027.744e+00245-1.921e+0029.793e+002551.921e+0029.793e+00256-1.671e+0021.159e+003661.671e+0021.159e+00367-1.428e+0021.314e+003771.428e+0021.314e+00378-1.191e+0021.445e+003881.191e+0021.445e+00389-9.617e+0011.552e+003999.617e+0011.552e+003910-7.382e+0011.637e+00310107.382e+0011.637e+0031011-5.206e+0011.700e+00311115.206e+0011.700e+0031112-3.086e+0011.741e+00312123.086e+0011.741e+003 续表3-11213-1.020e+0011.762e+00313131.020e+0011.762e+00313141.020e+0011.762e+0031414-1.020e+0011.762e+00314153.086e+0011.741e+0031515-3.086e+0011.741e+00315165.206e+0011.700e+0031616-5.206e+0011.700e+00316177.382e+0011.637e+0031717-7.382e+0011.637e+00317189.617e+0011.552e+0031818-9.617e+0011.552e+00318191.191e+0021.445e+0031919-1.191e+0021.445e+00319201.428e+0021.314e+0032020-1.428e+0021.314e+00320211.671e+0021.159e+0032121-1.671e+0021.159e+00321221.921e+0029.793e+0022222-1.921e+0029.793e+00222232.178e+0027.744e+0022323-2.178e+0027.744e+00223242.443e+0025.434e+0022424-2.443e+0025.434e+00224252.716e+0022.855e+0022525-2.716e+0022.855e+00225262.997e+002-2.491e-0113.2冲击系数和车道折减系数3.2.1 冲击系数计算冲击系数是由车道基频决定的，即要算冲击系数首先得算出基频。基频计算公式如下： 冲击系数： 计算所得：3.3.2折减系数计算 当路幅数不小于2时，车道要进行一定的折减。折减系数由车道数决定，三车为0.78，四车为0.67，但折减后的值要满足一定的要求，一般不小于车道车辆歩载的总和。在这个设计方案中，最终取=0.55。3.3 横向分布系数计算 横向分布系数即路面横断面某一宽度范围的频率，主要受车辆类型，车轮数量和宽度的影响。本设计中，按照刚接板梁法进行求解。 计算主梁抗扭惯矩IT,对于T型主梁： 其中：bi 和ti分别表示高度和宽度 m表示可划分的矩形数目表3-2 影响线数值1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁7#梁8#梁9#梁10#梁0.0000.4960.2500.1260.0640.0320.0160.0080.0040.0021.1250.4340.2800.1410.0710.0360.0180.0090.0050.0032.2500.3730.3110.1570.0790.0400.0200.0100.0050.0033.3750.2800.2950.2100.1060.0540.0270.0140.0070.0044.5000.1880.2800.2640.1330.0670.0340.0170.0090.0055.6250.1410.2100.2600.1920.0970.0490.0250.0130.0076.7500.0950.1410.2560.2520.1270.0640.0330.0170.0097.8750.0710.1060.1920.2510.1880.0950.0480.0250.0149.0000.0480.0710.1290.2500.2490.1260.0640.0330.01810.1250.0360.0540.0970.1880.2490.1870.0950.0490.02711.2500.0240.0360.0650.1260.2490.2490.1260.0650.036 续表3-2 12.3750.0180.0270.0490.0950.1870.2490.1880.0970.05413.5000.0120.0180.0330.0640.1260.2490.2500.1290.07114.6250.0090.0140.0250.0480.0950.1880.2510.1920.10615.7500.0060.0090.0170.0330.0640.1270.2520.2560.14116.8750.0050.0070.0130.0250.0490.0970.1920.2600.21018.0000.0030.0050.0090.0170.0340.0670.1330.2640.28019.1250.0030.0040.0070.0140.0270.0540.1060.2100.29520.2500.0020.0030.0050.0100.0200.0400.0790.1570.31121.3750.0020.0030.0050.0090.0180.0360.0710.1410.28022.5000.0020.0020.0040.0080.0160.0320.0640.1260.250桥面布置概况： 左车道数 = 2, 右车道数 = 2, 车道数为4，所以要进行折减。 等级: 汽车超-20级 人群集度: 3.500 KPa 人行道 分隔带车行道中央分隔带 车行道 分隔带人行道 3.000 0.750 7.500 0.250 7.500 0.750 3.000表3-3横向分布系数计算结果梁号汽车挂车人群满人特载车列10.3420.0001.6043.1210.0000.00020.3940.0000.6922.4710.0000.00030.4240.0000.3642.3020.0000.00040.4180.0000.2132.1580.0000.00050.4280.0000.3362.5400.0000.00060.4080.0000.2002.0620.0000.00070.4150.0000.2102.1550.0000.00080.4220.0000.3652.3000.0000.00090.3930.0000.6932.4700.0000.000100.3420.0001.6043.1210.0000.0003.4 活载内力的计算 活载内力即可以变化波动的内力。在桥梁结构设计中，活载内力主要包括人群荷载和车辆荷载产生的作用效应。3.4.1人群荷载效应计算本次计算中，由于轴力较小，所以忽略轴力的存在。表3-4 人群荷载效应单元号节点号剪力k N弯矩k Nm110.000e+0000.000e+00012-4.524e+0014.620e+001224.331e+0014.620e+00123-4.139e+0018.855e+001333.946e+0018.855e+00134-3.754e+0011.271e+002443.561e+0011.271e+00245-3.369e+0011.617e+002553.176e+0011.617e+00256-2.984e+0011.925e+002662.791e+0011.925e+00267-2.599e+0012.195e+002772.406e+0012.195e+00278-2.214e+0012.426e+002882.021e+0012.426e+00289-1.829e+0012.618e+002991.636e+0012.618e+002910-1.444e+0012.772e+00210101.251e+0012.772e+0021011-1.059e+0012.888e+00211118.663e+0002.888e+0021112-6.737e+0002.965e+00212124.813e+0002.965e+0021213-2.887e+0003.003e+00213139.625e-0013.003e+00213149.625e-0013.003e+0021414-2.887e+0003.003e+00214154.813e+0002.965e+0021515-6.737e+0002.965e+00215168.663e+0002.888e+0021616-1.059e+0012.888e+002 续表3-4单元号节点号剪力k N弯矩k Nm16171.251e+0012.772e+0021717-1.444e+0012.772e+00217181.636e+0012.618e+0021818-1.829e+0012.618e+00218192.021e+0012.426e+0021919-2.214e+0012.426e+00219202.406e+0012.195e+0022020-2.599e+0012.195e+00220212.791e+0011.925e+0022121-2.984e+0011.925e+00221223.176e+0011.617e+0022222-3.369e+0011.617e+00222233.561e+0011.271e+0022323-3.754e+0011.271e+00223243.946e+0018.855e+0012424-4.139e+0018.855e+00124254.331e+0014.620e+0012525-4.524e+0014.620e+00125260.000e+0000.000e+0003.4.2 车道荷载效应计算 由计算可知，十片主梁的横向分布系数近似对称分布的。所以在计算汽车荷载效应在每片主梁上的作用时候，我们只需要将前5片主梁的汽车MaxM输出即可。表3-5 1号梁汽车荷载效应单元号节点号剪力k N弯矩k Nm110.000e+0000.000e+00012-1.446e+0021.285e+002223.613e+0011.285e+00223-1.368e+0022.462e+002332.827e+0012.462e+00234-1.289e+0023.533e+002442.041e+0013.533e+002 续表3-545-1.211e+0024.496e+002551.255e+0014.496e+00256-1.132e+0025.352e+002664.694e+0005.352e+00267-1.053e+0026.102e+00277-3.165e+0006.102e+00278-9.748e+0016.744e+00288-1.102e+0016.744e+00289-8.962e+0017.279e+00299-1.888e+0017.279e+002910-8.176e+0017.707e+0021010-2.674e+0017.707e+0021011-7.390e+0018.028e+0021111-3.460e+0018.028e+0021112-6.604e+0018.243e+0021212-4.246e+0018.243e+0021213-5.818e+0018.350e+0021313-5.032e+0018.350e+0021314-5.032e+0018.350e+0021414-5.818e+0018.350e+0021415-4.246e+0018.243e+0021515-6.604e+0018.243e+0021516-3.460e+0018.028e+0021616-7.390e+0018.028e+0021617-2.674e+0017.707e+0021717-8.176e+0017.707e+0021718-1.888e+0017.279e+0021818-8.962e+0017.279e+0021819-1.102e+0016.744e+0021919-9.748e+0016.744e+0021920-3.165e+0006.102e+0022020-1.053e+0026.102e+002 续表3-5单元号节点号剪力kN弯矩kNm20214.694e+0005.352e+0022121-1.132e+0025.352e+00221221.255e+0014.496e+0022222-1.211e+0024.496e+00222232.041e+0013.533e+0022323-1.289e+0023.533e+00223242.827e+0012.462e+0022424-1.368e+0022.462e+00224253.613e+0011.285e+0022525-1.446e+0021.285e+00225260.000e+0000.000e+000表3-6 2号主梁汽车荷载效应单元号节点号剪力kN弯矩kNm110.000e+0000.000e+00012-1.666e+0021.480e+002224.162e+0011.480e+00223-1.576e+0022.836e+002333.257e+0012.836e+00234-1.485e+0024.070e+002442.352e+0014.070e+00245-1.395e+0025.180e+002551.446e+0015.180e+00256-1.304e+0026.166e+002665.408e+0006.166e+00267-1.213e+0027.029e+00277-3.646e+0007.029e+00278-1.123e+0027.769e+00288-1.270e+0017.769e+00289-1.032e+0028.386e+00299-2.175e+0018.386e+002 续表3-6单元号节点号剪力kN弯矩kNm910-9.419e+0018.879e+0021010-3.081e+0018.879e+0021011-8.513e+0019.249e+0021111-3.986e+0019.249e+0021112-7.608e+0019.496e+0021212-4.892e+0019.496e+0021213-6.703e+0019.619e+0021313-5.797e+0019.619e+0021314-5.797e+0019.619e+0021414-6.703e+0019.619e+0021415-4.892e+0019.496e+0021515-7.608e+0019.496e+0021516-3.986e+0019.249e+0021616-8.513e+0019.249e+0021617-3.081e+0018.879e+0021717-9.419e+0018.879e+0021718-2.175e+0018.386e+0021818-1.032e+0028.386e+0021819-1.270e+0017.769e+0021919-1.123e+0027.769e+0021920-3.646e+0007.029e+0022020-1.213e+0027.029e+00220215.408e+0006.166e+0022121-1.304e+0026.166e+00221221.446e+0015.180e+0022222-1.395e+0025.180e+00222232.352e+0014.070e+0022323-1.485e+0024.070e+00223243.257e+0012.836e+0022424-1.576e+0022.836e+00224254.162e+0011.480e+002 续表3-6单元号节点号剪力kN弯矩kNm2525-1.666e+0021.480e+00225260.000e+0000.000e+000表3-7 3号主梁汽车荷载效应单元号节点号剪力kN弯矩kNm110.000e+0000.000e+00012-1.793e+0021.593e+002224.479e+0011.593e+00223-1.696e+0023.052e+002333.505e+0013.052e+00234-1.598e+0024.380e+002442.531e+0014.379e+00245-1.501e+0025.574e+002551.556e+0015.574e+00256-1.403e+0026.636e+002665.819e+0006.636e+00267-1.306e+0027.565e+00277-3.924e+0007.565e+00278-1.208e+0028.361e+00288-1.367e+0018.361e+00289-1.111e+0029.024e+00299-2.341e+0019.024e+002910-1.014e+0029.555e+0021010-3.315e+0019.555e+0021011-9.162e+0019.953e+0021111-4.290e+0019.953e+0021112-8.187e+0011.022e+0031212-5.264e+0011.022e+0031213-7.213e+0011.035e+0031313-6.239e+0011.035e+0031314-6.239e+0011.035e+0031414-7.213e+0011.035e+003 续表3-7单元号节点号剪力kN弯矩kNm1415-5.264e+0011.022e+0031515-8.187e+0011.022e+0031516-4.290e+0019.953e+0021616-9.162e+0019.953e+0021617-3.315e+0019.555e+0021717-1.014e+0029.555e+0021718-2.341e+0019.024e+0021818-1.111e+0029.024e+0021819-1.367e+0018.361e+0021919-1.208e+0028.361e+0021920-3.924e+0007