20m简支t梁桥毕业设计

本科毕业设计本科毕业设计 题题 目目 宿迁市宿迁市 330 省道溧河洼大桥设计省道溧河洼大桥设计 作作 者者 杨梦浩 专专 业业 土木工程 指导教师指导教师 鹿健 完成日期完成日期 2017 年 5 月 24 日 诚信承诺书诚信承诺书 本人声明 所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果 参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签 名 日 期 本论文使用授权说明本论文使用授权说明 本人完全了解南通大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留论文及送交论文复印件 允许论文被查阅和借阅 学 校可以公布论文的全部或部分内容 保密的论文在解密后应遵守此规定保密的论文在解密后应遵守此规定 学生签名 指导教师签名 日期 姓 名 杨梦浩 指导教师 鹿健 专 业 土木工程 南通大学建筑工程学院 2017 年 5 月 24 日 题目 宿迁市 330 省道溧河洼大桥设计 南 通 大 学 毕 业 设 计 论文 南通大学毕业设计 论文 摘 要 本设计为宿迁市 330 省道溧河洼大桥设计 桥梁全长为 60m 桥面净宽 9 2 1 5m 设计荷载为 公路 级 本桥采用了预应力混凝土 T 形梁桥 第一部 分主要内容主要是通过方案的比选确定本次设计的桥型 第二部分是上部结构设计 主要包括结构尺寸的拟定 恒载和活载内力计算 根据承载力配筋并进行截面的承 载力和应力验算 张拉预应力钢筋和计算预应力钢筋的各种应力损失 验算局部承 压和梁的挠度变形计算 横隔梁和行车道板的承载力计算 第三部分是下部结构设 计 主要包括双柱式桥墩和钻孔灌注桩的设计资料以及尺寸拟定 盖梁和桥墩柱计 算 最后进行了钻孔灌注桩的计算 关键词关键词 预应力 简支 T 形梁 钢束 桥墩柱 南通大学毕业设计 论文 I ABSTRACT The design of the Suqian 330 provincial road Lihewa bridge design the brid ge length of 60m bridge width 9 2 1 5m the design load Highway level Th is bridge designed of prestressed concrete T beam bridge the first part of the mai n content is mainly determined by comparison of the design of the bridge The sec ond part is the design of super structure mainly includes the structure size of dead load and live load internal force calculation according to the bearing capacity of r einforcement and bearing capacity of cross section and stress calculation tensioned prestressed reinforcement and calculation of prestressed reinforcement stress loss and local pressure calculation and beam deflection calculation but running of cross bea m and bearing capacity calculation The second part is the design of substructure mainly includes double column pier and design data of bored piles and to formulat e cap beam and pier column size calculation the calculation of bored piles was ca rried out in the end Key words Prestressed T beam steel beam pier column 南通大学毕业设计 论文 II 目录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 工程概况及方案比选 1 1 1 工程概况 1 1 2 方案比选 1 1 2 1 方案初拟 1 1 2 2 方案比选 4 第二章 预应力混凝土简支 T 形梁桥设计 5 2 1 上部结构计算及构造布置 5 2 1 1 设计资料 5 2 1 2 横隔梁布置 6 2 1 3 计算截面几何特征 7 2 1 4 横截面沿跨长的变化 9 2 1 5 横隔板设置 9 2 2 主梁作用效应计算 9 2 2 1 永久作用效应计算 10 2 2 2 可变作用效应计算 11 2 2 3 主梁作用效应组合 17 2 3 预应力钢束的估算及布置 18 2 3 1 跨中截面钢束的估算和确定 18 2 3 2 预应力钢束布置 20 南通大学毕业设计 论文 III 2 4 主梁截面几何特性计算 23 2 4 1 截面面积及惯性矩计算 23 2 4 2 截面静矩计算 24 2 4 3 截面的几何特性汇总 26 2 5 钢束预应力损失计算 26 2 5 1 预应力钢束和管道壁之间的摩擦损失 26 1l 2 5 2 锚具变形 钢束回缩引起的应力损失 29 2l 2 5 3 分批张拉时混凝土弹性压缩引起的预应力损失 30 4l 2 5 4 钢筋松弛引起的预应力损失 32 5l 2 5 5 混凝土收缩 徐变引起的预应力损失 32 6l 2 5 6 预加力计算及钢束预应力损失汇总 33 2 6 主梁截面承载能力与应力验算 34 2 6 1 持久状况下承载能力极限状态的验算 34 2 6 2 持久状况下正常使用极限状态抗裂性验算 37 2 6 3 持久状态下构件的应力验算 39 2 6 4 短暂状态下构件的应力计算 43 2 7 主梁端部锚固区局部承压验算 45 2 7 1 局部承压区的截面尺寸验算 45 2 7 2 局部抗压承载力验算 47 2 8 主梁变形验算 49 2 8 1 计算由预加力引起的跨中反拱度 49 2 8 2 计算由荷载引起的跨中挠度 49 南通大学毕业设计 论文 IV 2 8 3 结构刚度验算 49 2 9 横隔梁计算 50 2 9 1 横隔梁上的可变作用计算 G M 法 50 2 9 2 横梁截面配筋与验算 51 2 9 3 横梁剪力效应计算及配筋设计 53 2 10 行车道板的设计 53 2 10 1 悬臂荷载效应计算 53 2 10 2 连续板荷载效应计算 54 2 10 3 截面设计 配筋和承载力验算 58 2 11 双柱式桥墩和钻孔灌注桩的设计资料 59 2 12 盖梁计算 60 2 12 1 荷载计算 60 2 12 2 内力计算 68 2 12 3 盖梁各截面的配筋设计与承载力校核 71 2 13 桥墩墩柱计算 73 2 13 1 荷载计算 73 2 13 2 截面配筋计算及应力验算 75 2 14 钻孔灌注桩计算 77 2 14 1 荷载设计 78 2 14 2 桩长计算 79 2 14 3 桩的内力计算 m 法 80 2 14 4 桩身截面配筋与强度验算 82 南通大学毕业设计 论文 V 2 14 5 墩顶纵向水平位移验算 83 参考文献 86 致 谢 88 南通大学毕业设计 论文 0 第一章 工程概况及方案比选 1 1 工程概况工程概况 330 省道溧河洼大桥位于宿迁市泗洪县境内 工程区地处平原区 总干渠河道 顺直 断面整齐 两侧大堤平行 设计桥梁与河道正交 工程是连接 西南岗片区 与 成子湖片区 的重要连接线 是南京 徐州两大都市圈经宁宿徐高速及省道 121 进入洪泽湖湿地最近通道 本桥设计规划的河道宽度为 56m 设计洪水频率值为 1 100 桥下不通航 不需 要考虑流冰 桥面上设有 1 5 横向坡度 不设置纵坡 在每跨间设 4cm 的伸缩缝 设计荷载为公路 级 项目区域属黄淮冲积平原区 地势西北高 东南低 地面标高大约为 6 17m 该地区主要的地貌类型包括 岗地 苏北冲积平原 黄河决口扇形平原 波状平原 等 区域内人工及天然河流分布广泛 水系发达 沟渠池塘众多 地表为第四系沉 积物覆盖 其岩性多为亚粘土 洪泽湖沿岸为湖积平原 地表堆积物为棕色湖积粘 土 亚粘土 地势平坦 微向湖滨倾斜 汛期部分被淹 全区无基岩出露 本区域在地质构造上属华北地台南缘 郯庐断裂带纵贯境内南北 区域内只有 在丘岗地区有零星基岩出露 平原地区皆为第四系覆盖 根据区域地质研究成果 项目区域内主要为堆积地形 其成因主要为湖积和湖 沼积 普遍沉积全新统地层 岩性主要为湖积粘性土 局部分布软土 桥区地处东亚季风区 又属北亚热带和北暖温带的过渡区 季风显著 四季分 明 雨量集中 雨热同季 冬冷夏热 春温多变 秋高气爽 光能充足 项目位于洪泽湖区域 大部分位于洪泽湖溧河洼滞洪区内 洪泽湖是中国著名 的四大淡水湖之一 水面面积 1749 6 平方公里 容量 111 亿立方米 蓄水水位 13m 湖底高程 10 5m 洪泽湖是我国重要的有代表性的湿地类型 1 2 方案比选方案比选 1 2 1 方案初拟方案初拟 初步选取的方案有装配式预应力混凝土简支 T 梁桥 钢筋混凝土拱桥和预应力 混凝土连续梁桥三种桥型方案 方案一 一跨下承式系杆拱桥 南通大学毕业设计 论文 1 图 1 1 下承式钢筋混凝土系杆拱桥 尺寸单位 cm 拱桥在竖向荷载作用下 两端产生水平推力 使拱内产生轴向压力 大大减小 了拱圈的弯矩 应力分布均匀 跨越能力较大 拱圈的弧形使结构摆脱了单纯的直 线组合 形式鲜活美观 中 下承式拱桥不仅保持了拱桥一般的力学特点 特别是 桥梁标高受限时 采用中 下承式拱桥可以降低桥面标高 方便两端的接线 更重 要的是中 下承式拱桥的拱圈中连续梁桥的巨大水平推力可以由系杆来承受 从而 减小拱桥对地基的要求 使基础的造价降低 根据地质资料显示 本桥河床较平坦 若选用拱桥不适宜做有推力拱桥 故考 虑设计成中承式或下承式系杆拱桥 从桥墩布置 地质 地形 通航富余以及两岸 与道路接线等方面考虑 拟设计为三等跨拱桥 属无推力结构体系 钢箱系杆拱组 合结构体系可最大限度地利用混凝土材料所具有的耐久 耐压 经济的特性和钢材 所具有的轻质 高强的特性 把合理小跨结构组合成大跨结构 使安全 实用 经 济 美观的设计思想得以充分体现 结构简洁 舒畅 是场地条件 功能需求 景 观协调自然结合的产物 方案二 连续梁桥 图 1 2 预应力钢筋混凝土连续梁桥 尺寸单位 cm 连续梁在恒活载作用下 产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用 使内 力状态比较均匀合理 因而梁高可以减小 由此可以增大桥下净空 节省材料 且 南通大学毕业设计 论文 2 刚度大 整体性好 超载能力大 安全度大 桥面伸缩缝少 并且因为跨中截面的 弯矩减小 使得桥跨可以增大 连续梁桥在 40 200m 的跨径范围内 与其它结构体系比较 常成为最佳的桥型 方案 其充分发挥了高强材料的特性 具有可靠强度 刚度以及抗裂性能 而且 施工方法已达到相当先进的水平 工期短 效益明显 伸缩缝少 行车舒适 满足 高速行车的要求 再用滑动支座时 连续长度 可增大 温度 混凝土收缩徐变产生 的附加内力较小 且全桥有较好的抗震性能 连续梁桥内力的分布较合理 其刚度 大 对活载产生的动力影响较小 混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的 连续梁 桥超载时有可能发生内力重分布 提高梁部结构的承载力 连续梁结构在车辆运营 中噪音小 维修量小 本桥河床较为平坦 基岩埋深较浅 可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求 考虑到桥墩布置 地质 地形以及连续梁桥的适宜跨径等条件 故跨径布置为 28 24 18 60m 方案三 简支 T 形梁桥 图 1 3 预应力混凝土简支 T 梁桥 尺寸单位 cm 简支梁桥 以孔为单元 相邻桥孔各自单独受力 属静定结构 适用于中小跨 度 它的优点是结构简单 架设方便 可减低造价 缩短工期 同时最易设计成各 种标准跨径的装配式构件 T 形梁一般是 16 50 米 适合小跨径桥梁 大都采用后 张法预应力混凝土 T 形梁 优点 1 截面形式简单 可大量节省材料 节约成本 加快施工进度 2 结构简单 线条简洁美观 3 桥梁整体可平行施工 工期减少 不需要高空作业 质量容易控制 可批 量生产 降低成本 南通大学毕业设计 论文 3 4 适用于对桥下视觉有要求的工程 适用于各种地质情况 用于对工期紧的 工程 对通航无过高要求的工程 1 2 2 方案比选方案比选 如表 2 1 所示 表 1 1 方案比选表 比选项目方案一方案二方案三 主跨桥形 下承式钢筋混凝土 拱桥 现浇预应力混凝土连续梁 桥 装配式预应力混凝土简支 T 形梁桥 使用性能 桥面连续 行车舒 适 行车平稳舒适 抗震能力 较强 建筑高度比较高 但结构容易开裂 建筑高度低 桥下视觉效 果良好 受力性能 受力合理 结构变 形小 桥墩受弯 主梁弯矩减小 超静定次数较大对基础的 要求比较高 受力方式简单 明确 计 算简单 经济性 材料用量较大 结 构措施较为复杂 增加了成本 采用相变截面的现浇梁 可充分利用截面 合理配 置钢筋 凸显经济性 采用等截面预制形式 能 节省大量模板 工期短 更加经济 适用性 较大的跨度易于满 足桥下净空的要求 在本设计条件下 不宜采用跨越能力 较大的拱桥 对通航无过高要求的工程 对抗震有要求的工程 对 整体性有要求的工程 适用于各种地质条件 工 期紧 对通航无过高要求 的工程 美观性 桥型优美 与环境 相协调 线条简洁 融于地形 美 观大方 构造简易 线型简洁美观 但相对单调 施工简便 程度 技术上要求较高 施工机具要求较严 格 工期长 对地 形依赖性强 主要采用逐孔分节段施工 法及顶推施工法 在高空 作业 施工危险度高 桥梁的上下部分能平行施 工 工期较短 采用预制 构件 受地形 气候影响 小施工方便 维护较难易易 综上所述 在本工程条件下 预应力混凝土简支梁桥具有设计简单 材料用量 小 工程造价低等优点 而下承式钢筋混凝土拱桥构造复杂成本较大 工期较长 预应力混凝土连续梁桥施工难度大 故选用预应力混凝土简支梁桥 南通大学毕业设计 论文 4 第二章第二章 预应力混凝土简支预应力混凝土简支 T T 形梁桥设计形梁桥设计 2 1 上部结构计算及构造布置上部结构计算及构造布置 2 1 1 设计资料设计资料 1 桥梁跨径以及桥梁宽度 标准跨径 20m 主梁全长 19 96m 计算跨径 18 66m 桥面净宽 净 9 2 1 5 12m 2 设计荷载 汽车荷载 公路 级 人群荷载 3 00KN m 每侧人行道栏杆的作用力 1 52KN m 每侧人行道重 3 57KN m 3 材料 混凝土 主梁采用 C50 混凝土 钢绞线 预应力钢数采用15 2 钢绞线 每束 s 4 根 全梁配 4 束 钢筋 直径大于 12mm 的采用 HRB335 钢筋 直径小于 12mm 的采用 R235 钢筋 4 基本计算数据 基本计算数据见表 2 1 表 2 1 材料及特性 名称项目符号单位数据 MPa50 00 MPa 3 45 104 Mpa32 40 MPa2 65 MPa22 40 立方强度 弹性模量 轴心抗压标准强度 轴心抗拉标准强度 轴心抗压设计强度 轴心抗拉设计强度 fcu k Ec fck ftk fcd ftd Mpa1 83 MPa20 72 短暂状态 容许压应力 容许拉应力 0 7f ck 0 7f tkMPa1 76 MPa16 20标准荷载 组合 容许压应力 容许主压应力 0 5fck 0 6fckMPa19 44 MPa0 00 C50 混凝 土 持久状态 短期效应 组合 容许拉应力 容许主拉应力 st 0 85 pc 0 6 ftkMPa1 59 MPa1860 MPa 1 95 106 MPa1260 标准强度 弹性模量 抗拉设计强度 最大控制应力 con fpk Ep fpd 0 75fpk MPa1395 As15 2 钢 绞线 持久状态应力标准荷载组合0 65fpkMPa1209 南通大学毕业设计 论文 5 续表 2 1 抗拉标准强度fskMPa335 HRB335 抗拉设计强度fsdMPa280 抗拉标准强度fskMPa235 普通钢筋 R235 抗拉设计强度fsdMPa195 1KN m325 00 材料重度 钢筋混凝土 钢绞线 1KN m378 50 钢筋与混凝土的弹性模量比 Ep无量纲5 65 2 1 2 横隔梁布置横隔梁布置 1 主梁的间距以及主梁片数 主梁间距随梁高与跨径的增大 而加宽较为经济 同时加宽翼缘板 对提高主 梁截面效率指标 很有效 应适当加宽 T 梁翼板 根据所需桥面的宽度 主梁间距 采用 2500mm 选用 5 片主梁 横隔梁布置如图 2 1 所示 截面 跨中 截面 变化点 截面 支点 图 2 1 结构布置图 尺寸单位 mm 2 主梁跨中截面的主要尺寸拟定 1 主梁的高度 南通大学毕业设计 论文 6 按照规范 预应力混凝土简支梁桥主梁高度与桥梁的跨径的比值通常在 1 15 1 25 标准设计中 高跨比大约在 1 18 1 19 当建筑高度不受限制时 增大 梁高可以节省预应力钢束的用量 与此同时梁的高度加高一般只是腹板加高 而混 凝土的用量增加不多 因此增大梁的高度通常是较为经济的方案 综上考虑 取主 梁的高度为 1700mm 2 主梁截面细部尺寸 T 梁翼板厚度主要由桥面板所承受的车轮局部荷载的要求决定 还要考虑能否 满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求 预制 T 梁的翼板厚度取用 180mm 翼板的 根本加厚至 300mm 来来抵抗翼缘根部比较大的弯矩 腹板内主拉应力较小 其厚度一般由布置预制孔道的构造确定 同时从腹板本 身的稳定条件考虑 其厚度不宜小于高度的 1 15 本题腹板厚度取 200mm 马蹄的尺寸由布置的预应力钢束的需要来确定 通常马蹄面积占总截面面积的 10 20 较合适 考虑到主梁可能需要配置较多钢束 将钢束按三层布置 一层最 多布置三束 同时参照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 9 4 9 条对 钢束净距与预留孔道的构造的要求 初步拟定马蹄宽 450mm 高 300mm 马蹄和腹 板交界处做成三角过渡 高度 100mm 用来减小局部应力 按照以上拟定的尺寸外形 绘制出预制主梁跨中截面如图 2 2 所示 2 1 3 计算截面几何特征计算截面几何特征 1 受压翼缘的有效宽度 f b 根据 公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范 4 2 2 条 对 T 形截面受压 翼缘的计算宽度 取下列三者最小值 f b l 3 18660 3 6220mm f b 相邻两主梁的平均间距 2500mm f b b 2bh 12h f 200 2 360 12 240 3800mm f b 式中 b 梁腹板的宽度 bh 承托长度 bh 3hb 取 bh 3 120 360mm 受压区翼缘的悬出板厚度 取跨中截面翼缘板厚度的平均值 f h f h 南通大学毕业设计 论文 7 综上所述 取受压翼缘有效宽度 2500mm f b 2 全截面几何特性的计算 将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元 见图 3 2 将截面形心至上缘的距离为 A yA ii s y 式中 Ai 分块面积 yi 分块面积的形心至上缘的 距离 由于主梁宽度较大 为了保证桥梁的整体 的受力性能 桥面板使用现浇混凝土刚性 接头 因此主梁的工作截面有 2 种 预制和吊装阶段 的小截面 b 180cm 运 图 2 2 主梁跨中截面分块图 尺寸单位 mm 营阶段的大截面 b 250cm 主梁跨中 截面全截面的几何特性见表 2 2 和表 2 3 表 2 2 主梁跨中小毛界面的几何特性 分块名称 分块面积 Ai cm2 1 yi cm 2 分块面积 对上缘静 矩 Si cm3 3 1 2 di ys yi cm 4 分块面积对截 面形心惯矩 Ix cm4 5 1 4 2 分块面积的 惯矩 Ii cm4 6 翼板 160 18 28809 2592060103 68 1050 77 105 三角承托 80 12 96022211204721 20 1050 07 105 腹板 140 20 280079 102 8 10545 73 105 下三角 12 5 10 12513717125 685 78 1050 008 105 马蹄 45 30 1350155 8699 85 1051 01 105 8115 233 31 10547 59 105 105cm4 90 280 xi IIIcm A A 69 y y ii s 南通大学毕业设计 论文 8 cm10169170yx 表 2 3 主梁跨中大毛截面的集合特性 分块名称 分块面积 Ai cm2 1 yi cm 2 分块面积 对上缘静 矩 Si cm3 3 1 2 di ys yi cm 4 分块面积对截 面形心惯矩 Ix cm4 5 1 4 2 分块面积的 惯矩 Ii cm4 6 翼板 230 18 41409 372604583 84 1051 00 105 三角承托 80 12 9602219140329 83 1050 07 105 腹板 140 20 280079 2517 50 10545 73 105 下三角 12 5 10 12513740005 838 61 1050 008 105 马蹄 45 30 1350155 101137 71 1051 01 105 9375 257 49 10547 81 105 105cm4 30 305 xi IIIcm A A 54 y y ii s cm11654170yx 3 校验截面效率指标 截面重心至上核心点的距离 cm07 28 116 9375 10 3 305 y k 5 x s A I 截面重心至下核心点的距离 cm31 60 54 9375 10 3 305 y k 5 s x A I 截面效率指标 满足要求0 50 52 0 170 31 6007 28 h kk xs 2 1 4 横截面沿跨长的变化横截面沿跨长的变化 主梁使用等高形式 T 梁翼板厚度沿跨长不变 梁端部区段因为锚头集中力的 作用 引起较大的局部应力 所以在距梁端 2250mm 范围内将腹板加厚至和马蹄同 宽 见图 2 1 2 1 5 横隔板设置横隔板设置 在桥跨中点 四分点和支点处设置 5 道横隔板 其间距分别是 4m 和 4 83m 南通大学毕业设计 论文 9 2 2 主梁作用效应计算主梁作用效应计算 先对永久作用效应计算 再计算活载作用下的荷载的横向分布系数 并且求得 各主梁控制截面 包括跨中 四分点 变化点以及支点截面 的最大可变作用效应 最后进行作用效应的组合 2 2 1 永久作用效应计算永久作用效应计算 1 永久作用集度 1 预制梁自重 一期恒载 按跨中截面计算 主梁的恒载集度 20 3KN m25 0 8121g 由变截面的过度区段折算的恒载集度 m 34 2 18 66 255 08115 0 9375 0 2 2g KN 因为梁端腹板加宽而增加的重力折算成的恒载集度 m 98 0 66 18 2522 1 3 00 12 3 KNg 中间横隔梁体积 3 19m015 0 5 012 0 80 8 01 62 端部横隔梁体积 3 16m015 0 5 012 0 75 601 575 60 边主梁的横隔板恒载集度 m 19 1 6618 25 160219 0 3g 4 KN 中主梁的横隔板恒载集度 mKNg 38 2 19 1 2 4g 2 4 m 81 2419 1 98 034 2 3 20g一一一一一一一一一一一 4 1i 1 KN m 2638 2 98 0 34 2 3 20g 一一一一一一 4 1i 1 KN 恒载集度 2 二期恒载 一侧人行道栏杆 1 52KN m 一侧人行道 3 57KN m 桥面铺装层重 1 号梁 m 42 1 2575 0 0813 0 07 0 5 0KN 2 号梁 m 26 6 255 2191 0 081305 0KN 3 号梁 m 02 8 255 21375 0 119 0 5 0KN 2 永久作用效应 设 x 为计算截面到支座的距离 并让 则主梁弯矩与剪力的计算公式 l x 为 南通大学毕业设计 论文 10 i glM 2 g 1 2 1 ig g2 1 2 1 lQ 恒载计算汇总见表 2 4 表 2 4 恒载汇总表 梁号一期恒载 g1 KN m 二期恒载 g2 KN m 总恒载 KN m 124 816 51 1 52 3 57 1 4231 32 2266 2632 26 3268 0234 02 永久作用效应的计算结构见表 2 5 表 2 5 永久作用效应计算表 Mg KN m Qg KN 项目 总恒载 KN m 跨中四分点四分点支点 0 50 0 25 0 25 0 00 1 号梁31 32 1363 19 1022 39 146 11 292 22 2 号梁32 26 1404 10 1053 07 150 49 300 99 3 号梁 34 02 1480 70 1110 53 158 70 317 41 2 2 2 可变作用效应计算可变作用效应计算 1 冲击系数和车道折减系数 简支梁桥结构基频计算 c c m EI l f 2 2 式中 mkgm mmImNEl c c 42 239081 9 100025938 0 1030 305 1045 3 m66 18 49210 则 Hzf99 2 42 2390 1030 3051045 3 66 182 310 2 冲击系数 那么178 0 0157 0 99 2 ln1767 0 178 1 1 根据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 4 3 1 条 当车道数目大 于 2 时 需进行车道折减 三车道折减系数为 0 78 四车道为 0 67 2 主梁的荷载横向分布系数 1 跨中的荷载横向分布系数 mc 修正刚性横梁法 设计桥跨内设置有 7 道横隔梁 承重结构的宽跨比 5 041 0 66 43 18 lB 认为是具有可靠的横向联结 并且宽跨比接近 0 5 可按修正刚性横梁法计算荷载的 横向分布系数mc 南通大学毕业设计 论文 11 计算主梁的抗扭惯矩 T I 对于 T 形截面 单根主梁抗扭惯矩可近似计算为 m iiiT tbcI 1 3 i 式中 bi ti 相应单个矩形截面的宽度和高度 m 梁截面划分成单个矩形的个数 ci 矩形截面抗扭刚度系数 对跨中截面 翼缘板的换算平均厚度为 mmt240 2 120180180 马蹄部分的换算平均厚度 mmt350 2 400300 图 2 5 I 计算图示 尺寸单位 cm 的计算结果见表 2 6 i T I 表 2 6 计算表 i T I 分块名称bi m ti m ti bici 3 iiiT tbcI i 翼缘板2 500 240 100 3110 71 10 3 腹板0 910 200 220 271 97 10 3 马蹄0 450 350 780 183 47 10 3 i T I 16 15 10 3 计算抗扭修正系数 南通大学毕业设计 论文 12 本设计主梁的间距相同 可将主梁近似看成等截面 则得 ii T IaE IGl i 2 2 12 1 1 式中 计算 4 3 3 2 5 1 43 31 0 05 2 508374 0 1075 16566 184 0 mImamaa maamImlEG i Ti 得到 95 0 按修正刚性横梁法计算横向影响线坐标值 5 1 2 1 i i ji ij a aa n 式中 计算得值见表 2 7 222 5 1 2 5 625 252 5man i i ij 表 2 7 值 ij 梁号 i m i a i1 i5 150 58 0 18 22 50 390 01 300 20 2 计算荷载横向分布系数 图 2 6 汽车荷载 人群荷载 qi 2 1 mcq rcr m 1 号梁 3 车道 0 47 3 cq m 2 车道 0 60 2 cq m 53 0 60 0 max 32 cq crcqcq mmmm 同理 2 号梁 63 0 48 0 crcq mm 3 号梁 02 0 74 0 crcq mm 计算结果见表 2 8 南通大学毕业设计 论文 13 250250250250100100 12345 5018013018050180130 1号梁 2号梁 3号梁 图 2 6 跨中荷载横向分布系数计算图 尺寸单位 cm 表 2 8 荷载横向分布系数计算表 汽车荷载作用点相应影响线竖标值 qi 梁 号 1q 2q 3q 4q 5q 6q cq m cr m 10 450 340 260 140 06 0 050 530 53 20 320 260 220 160 120 060 480 36 30 200 200 200 200 200 200 470 20 2 支点的荷载横向分布系数 m 杠杆原理法 支点的荷载横向分布系数计算如图 2 7 所示 按杠杆原理法绘制荷载横向影响 线并进行布载 可变作用横向分布系数计算如下 1 号梁 1 13 06 05 0 orcq mm 2 号梁 000 0 8 032 0 88 04 05 0 orcq mm 3 号梁 000 076 0 12 0 64 0 12 0 64 0 5 0 orcq mm 南通大学毕业设计 论文 14 250250250250100100 1 2345 5018013018050180130 3号梁 2号梁 1号梁 1 0 0 6 0 12 0 64 0 4 0 88 0 32 1 0 1 1 1 0 图 2 7 支点的荷载横向分布系数计算图 尺寸单位 cm 3 荷载横向分布系数汇总 表 2 9 表 2 9 荷载横向分布系数汇总表 123 作用类别 mcmomcmomcmo 汽车荷载0 530 300 480 800 470 76 人群荷载0 531 100 360 0000 200 000 3 车道荷载取值 根据 公路桥涵设计通用规范 4 3 1 公路 级车道荷载的均布荷载标准值 集中荷载标准值 计算弯矩时 mKNqk 875 775 0 5 10 计算剪力时 KNPk99 22275 0 13066 182 KNPk59 2672 199 222 4 计算可变作用效应 在可变作用效应计算中 对于荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化 取值时应 考虑 支点处取 mo 跨中处取 mc mc 从第一根内横隔梁起向 mo 直线过渡 1 计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力 按下式直接加载求得跨中截面的内力 图 2 8 rcrrikkcqq qmSyPqmS o 1 式中 汽车荷载的冲击系数 取 1 178 1 南通大学毕业设计 论文 15 弯矩或剪力影响线的面积 人群荷载 取 1 5 3 0 4 5KN m or q 内力计算结果见表 2 11 18 66m Pk 223KN qk 7 875KN m Pk 268KNqk 7 875KN m 剪力影响线 弯矩影响线 12 17 图 2 8 跨中截面作用效应计算图 表 2 10 跨中截面内力计算表 2 求四分点截面的最大弯矩和最大剪力 内力计算结果见表 2 11 表 2 11 四分点截面内力计算表 梁号123 Mmax KN m 654 18572 89536 70公路 级 考虑冲击系数 Qmax KN 142 39227 41131 28 Mmax KN m 176 31125 37129 44人群荷载 Qmax KN 30 1424 3710 14 3 求支点截面最大剪力 图 2 9 梁号123 Mmax KN m 900 79815 81798 82 公路 级 考虑冲击系数 Qmax KN 101 0491 5181 60 Mmax KN m 222 52151 1583 97 人群荷载 Qmax KN 22 2515 128 40 南通大学毕业设计 论文 16 剪力影响线 Pk 268Knqk 7 875Kn 图 2 9 支点截面剪力计算图 内力计算结果见表 2 12 表 2 12 支点截面内力计算表 梁号123 公路 级 考虑冲击系数 Qmax K N 202 04182 98179 16 人群荷载 Qmax K N 44 5030 2316 79 2 2 3 主梁作用效应组合主梁作用效应组合 对可能出现的作用效应选择了三种最不利效应组合 短期效应组合 标准效应 组合以及承载能力极限状态基本组合 见表 2 13 表 2 13 1 1 号梁内力组合表 跨中截面四分点截面支点截面 序 号 荷载类别 M KN m Q KN M KN m Q KN Q KN 1 总恒载1363 19 0 00 1022 39 146 11 292 22 2 人群恒载222 5222 25 176 31 30 14 44 50 3 汽车荷载 考虑冲击系数 900 79 189 94 654 18 142 39 202 04 3 汽车荷载 未考虑冲击系 数 757 60 159 75 550 19 119 76 169 92 4 短期组合 1 0 7 3 2 2116 03 134 07 1583 84 260 08 455 67 5 标准组合 1 2 3 2486 50 212 19 1852 88 318 64 538 76 6 基准组合 1 2 1 1 4 3 3146 16 290 84 2340 19 408 43 683 36 南通大学毕业设计 论文 17 0 8 2 表 2 13 2 2 号梁内力组合表 跨中截面四分点截面支点截面 序 号 荷载类别 M KN m Q KN M KN m Q KN Q KN 1 总恒载1404 10 00 1053 07150 49300 99 2 人群恒载151 1515 12125 3724 3730 23 3 汽车荷载 考虑冲击系数 815 81 91 51 572 89 227 41 182 98 3 汽车荷载 未考虑冲击系数 686 13 76 96 481 83 191 26 153 89 4 短期组合 1 0 7 3 2 2035 54 68 99 1515 72 308 74 438 95 5 标准组合 1 2 3 2371 06 106 63 1751 33 402 27 514 20 6 基准组合 1 2 1 1 4 3 0 8 2 2996 34 145 05 2206 14 526 26 651 22 表 2 13 3 3 号梁内力计算表 跨中截面四分点截面支点截面 序 号 荷载类别 M KN m Q KN M KN m Q KN Q KN 1 总恒载1480 70 00 1110 53158 7317 41 2 人群恒载83 978 4129 4410 1416 79 3 汽车荷载 考虑冲击系数 798 82 81 60 536 70 131 28 179 16 3 汽车荷载 未考虑冲击系数 671 84 68 63 451 39 110 41 150 68 4 短期组合 1 0 7 3 2 2034 96 56 44 1555 94 246 13 439 68 5 标准组合 1 2 3 2363 49 90 00 1776 67 300 12 513 36 南通大学毕业设计 论文 18 6 基准组合 1 2 1 1 4 3 0 8 2 2989 23 123 65 2228 99 385 59 650 52 2 3 预应力钢束的估算及布置预应力钢束的估算及布置 2 3 1 跨中截面钢束的估算和确定跨中截面钢束的估算和确定 规范规定 预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态 的强度要求 对框中截面估算在各种作用效应组合下所需的钢束树木 并确定主梁 的配束 按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数目 对于简支梁带马蹄的 T 形截面 当截面混凝土不出现拉应力控制时 则得到钢束数 n 的估算公式 pspkp k ekfAC M n 1 式中 持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值 取表 1 13 中第 5 k M 项 与荷载有关的经验系数 对于公路 级 取 0 565 1 C 钢绞线截面积 一根钢绞线的截面积是 1 40cm2 所以 p A 2 5 60cm p A 已计算出成桥后跨中截面 ks 28 07cm 初步估计 ap 15cm 则钢束偏心距为 cmaye pxp 01115 116 按最大的跨中弯矩值 1 号梁 计算 3 28 1 01 28070101860105 6565 0 102486 50 64 3 1 pspkp k ekfAC M n 2 按承载能力极限状态的应力要求估算钢束数 根据极限状态的应力计算图式 受压去混凝土达到极限强度 应力图式呈矩 sd f 形 同时预应力钢束也达到设计强度 则钢束数目的估算公式为 pd f 南通大学毕业设计 论文 19 ppd d Afha M n 式中 承载能力极限状态的跨中最大弯矩值 取表 1 13 中第 6 项 d M 经验系数 一般采用 0 75 0 77 取 0 76 a 预应力钢绞线的设计强度 pd f 3 45 105 61012601 776 0 103146 16 4 6 3 ppd d Afha M n 综上所述两种极限状态 取钢束数 n 4 2 3 2 预应力钢束布置预应力钢束布置 1 跨中预应力钢束布置 采用内径 70mm 外径 77mm 的预埋铁皮波纹管 根据 公桥规 9 1 1 条规定 管道至梁的底部和梁侧净距不应低于 3cm 及管道直径的 按照 公桥规 9 4 9 2 l 条规定 水平净距不应小于 4cm 及管道直径的 0 6 倍 跨中截面的细部构造如图 2 10 所示 由此能直接得到钢束群重心至梁底距离为 cmap18 5 4 3222102 2 锚固端截面预应力钢束的布置 对于锚固端截面 钢束布置通常考虑两个方面 一是预应力钢束重心尽可能靠 近截面形心 让截面均匀受压 二是考虑锚头布置的可能性 来满足张拉操作方便 的要求 按照上述锚头布置的 均匀 分散 原则 锚固端截面所布置的钢束 如图 2 11 所示 钢束群的重心到梁底距离为 cmap85 4 4515106525 钢束锚固端截面的几何特性见表 2 14 南通大学毕业设计 论文 20 1012 12 40404025 跨中截面 锚固截面 12 3 4 3 4 1 2 图 2 10 钢束布置图 尺寸单位 cm 故计算得 0 21 280 705 42 11458 50 70 58 5512750 10359 25 24 14 42 11412750 1029 523 5 5 cmkyay cm yA I k cm yA I k xxp s x x s 表 2 14 钢束锚固端截面的几何特性 分块名称 分块面积 Ai cm2 1 yi cm 2 分块面积对 上缘静矩 Si cm3 3 1 2 di ys yi cm 4 分块面积对截面形 心惯矩 x I cm4 5 1 4 2 分块面积的惯 矩 cm4 i I 6 翼板 230 18 4140 937260 0046 58 89 83 1051 12 105 三角承托 80 12 960 2221120 0033 58 10 83 1050 07 105 腹板 170 45 7650 85 00 29 42 66 21 105184 24 105 12750 00 166 86 105185 43 105 cmycm A yA ycmIII x ii six 114 4255 58 17055 5810352 29 45 3 钢束弯起角与线形的确定 确定钢束弯起角时 既要照顾到因其弯起产生足够的竖向预剪力 也有要考虑 到所引起的摩擦预应力损失不宜过大 设计中钢束弯起角和相应的弯曲半径 R 见 表 2 15 同时为了简化计算和施工 所有钢束布置的线性都为直线加圆弧 并且 整根钢束都布置在同一个竖直面内 南通大学毕业设计 论文 21 4 钢束计算 1 计算钢束弯起点和弯止点分别至跨中截面的水平距离 钢束弯起布置如图 2 11 所示 由确定导线点距锚固点的水平距离 conyld 由确定弯起点到导线点的水平距离 所以弯起点至锚固点的水平距离为 2 tan 2 Rlb 那么弯起点至跨中截面的水平距离为 2bdw lll wk ld l x 2 根据圆弧切线的性质 图中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线 点的距离相等 所以弯止点至导线点的水平距离为 则弯止点至跨中 cos 21 bb ll 截面的水平距离为 由此可计算出各钢束的控制点布置 各钢束的控制 21bbk llx 参数见表 2 15 图 2 11 钢束计算图 2 各截面钢束位置及其倾角的计算 钢束上任意一点 i 梁底距离及该处钢束的倾角 式中为钢束弯起 ii yaa i a 前其重心至梁底的距离 为 i 点所在的计算截面出钢束位置的升高值 计算时 i y 首先应判断出 i 点所在处的区段 然后计算及 i y i 表 2 15 各钢束的控制要素参数表 钢 束 号 升高值 y mm 弯起角 弯起半径 R mm 支点至锚 固点的水 平距离 弯起点距 跨中截面 水平距离 弯起点距 导线点的 水平距离 弯止点距跨 中截面水平 距离 南通大学毕业设计 论文 22 d mm xk mm mm 2b l 21bbk llx mm N1300470001507622 681222 2310064 15 N2500665001506908 161703 2610305 34 N3800855001506220 871922 9910048 12 N411001045001505902 301968 509809 39 即当时 i 点位于直线段还未弯起 0 ki xx00 iii aay 当时 i 点位于圆弧弯曲段 及按照下式计算 21 0 bbki llxx i y i R xx xxRRy ki ikii 122 sin 当时 i 点位于靠近锚固端的直线段 此时 21bbki llxx 各截面钢束位置及其倾角计算见表 2 16 tan 2 bkiii lxxy i a i 表 2 16 各截面钢束位置及其倾角计算值 i a i 计算截面 钢 束 编 号 k x mm 21bb ll mm mm ki xx i i y mm ii yaa mm N17622 682441 48100 N26908 163397 18200 N36220 873827 26200 跨中截面 0 i x N45902 303907 09 为负