简支t梁桥毕业设计

山东交通学院毕业设计（论文） 1 摘 要 预应力混凝土梁式桥在我国桥梁建筑上占 重要的地位，在目前，对于中小跨径的永久性桥梁，无论是公路桥梁或者城市桥梁，都在尽量采用预应力混凝土梁式桥，因为这种桥梁具有就地取材，工业化施工，耐久性好，适应性强，。整体性好以及美观等多种优点。 本设计采用装配式简支 T 梁结构，其上部结构由主梁、横隔梁、行车道板，桥面部分和支座等组成，显然主梁是桥梁的主要承重构件。其主梁通过横梁和行车道板连接成为整体，使车辆荷载在各主梁之间有良好的横向分布。桥面部分包括桥面铺装、伸缩装置和栏杆等组成，这些构造虽然不是桥梁的主要承 重构件，但它们的设计与施工直接关系到桥梁整体的功能与安全，这里在本设计中也给予了详细的说明。 本设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中由恒载和活载产生的弯矩将急剧增加，是材料的强度大部分为结构重力所消耗，因而限制的起跨越能力，本设计采用 27m 标准跨径，合理地解决了这一问题。在设计中通过主梁内力计算、应力钢筋的布置、主梁截面强度与应力验算、行车道板及支座、墩台等等设计，完美地构造了一座装配式预应力混凝土简支 验算完全符合要求，所用方法均与新规范相对应。本设计重点突出了预应力在桥梁中的应用，这也 正体现了我国桥梁的发展趋势。 关键词 ：预应力，简支 张法，应力验算 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 2 he my in in at of is or as as is of of is as as so on of by so on is is to so on is in by is of 7m In so on a to in of 东交通学院毕业设计（论文） 3 目 录 摘要 1 2 前言 5 第 1章 桥型设计方案 6 案一：预应力钢筋混凝土 简支梁（锥型锚具） 6 本构造布置 6 计荷载 6 案二：钢筋混凝土箱形拱桥 7 案简介 7 寸拟定 7 面铺装及纵横坡度 8 工方法 8 结 8 型方案三：预应力混凝土连续刚构方案（比较方案） 8 第 2 章 上部结构设计 9 资料及结构布置 9 计资料 9 截面布置 9 截面沿跨长变化 12 隔梁的布置 13 梁作用效应计算 13 久效应计算 13 变作用效应计算 15 梁作用效应组合 25 应力钢束的估算及其位置 26 中截面钢束的估算和确定 26 应力钢束布置 27 算主梁截面几何特征 31 面面积及惯矩计算 31 面静矩计算 33 面几何特性汇总 34 应力损失计算 34 应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失 37 锚具变形、钢束回缩引起的损失 37 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 4 混凝土弹性收缩引起的预应力损失 38 钢束应力松弛引起的损失 39 凝土收缩和徐变引起的损失 41 加力计算及钢束预应力损失汇总 42 梁截面承载力与应力验算 45 久状 况承载能力极限状态承载力验算 45 久状态正常使用极限状态抗裂验算 48 久状态构件的应力验算 49 暂状况构件的应力验算 56 梁端部的局部承压验算 56 部承压区的截面尺寸验算 56 部抗压承载力验算 59 梁变形验算 59 第 3 章 基础的设计 62 梁的计算 62 载计算 62 力计算 69 墩墩柱计算 70 载计算 70 面配筋计算及应力验算 72 孔灌注桩计算 74 载计算 74 长计算 75结论 77 致谢 78 参考文献 79 山东交通学院毕业设计（论文） 5 前 言 公路桥梁交通是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。我国从“七五”开始，公路建设进入了高等级公路建设的新阶段，近几年随着公路等级的不断 提高，路桥方面知识得到越来越多的应用，同时，各项规范也有了较大的变动，为掌握更多路桥方面知识，我选择了 28m 装配式预应力混凝土简支 本设计是根据设计任务书的要求和公路桥规的规定，选定装配式预应力 类型的梁桥具有受力均匀、稳定，且对于小跨径单跨不产生负弯矩，施工简单且进度迅速等优点。设计内容包括 拟定桥梁纵 ,横断面尺寸、上部结构计算，下部结构计算，施工组织管理与运营，施工图绘制 ,各结构配筋计算，书写计算说明书、编制设计文件这几项任务 。 在设计中，桥梁上部结构的计算着重分析 了桥梁在施工及使用过程中恒载以及活载的作用力，采用整体的自重荷载集度进行恒载内力的计算。按照新规范车道荷载进行布置活载，并进行了梁的配筋计算，估算了钢绞线的各种预应力损失，并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度，正应力及主应力的验算。下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的墩柱，并分别对桥墩和桩基础进行了计算和验算。主要依据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ 062,公路桥涵地基与基础设计规范（ 24,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（简称预规） 602004公路桥涵设计通用规范（简称通用规范） 在本次设计过程中，新旧规范的交替，电脑制图的操作，都使我的设计工作一度陷入僵局。在指导老师王老师及本组其他组员的帮助下，才使的这次设计得以顺利完成。在此，对老师和同学们表示衷心的感谢。 由于公路桥梁工程技术的不断进步，技术标准的不断更新，加之本人能力所限，设计过程中的错误和不足再所难免，敬请各位老师给予批评指正。 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 6 第 1 章 桥型设计方案 根据现桥位地形、水文条件，并综合考虑工程的经济性和施工难易程度，本桥桥跨布置的单跨跨径宜在 30m 以上，因此选定简支 续箱梁和连续刚构桥这三种桥型方案来进行方案比 3 30 简支粱结构施工图设计 案一：预应力钢筋混凝土简支梁（锥型锚具） 本构造布置 设计资料 桥梁跨径及桥宽 标准跨径： 28m（墩中心距）， 全桥共： 84米，分 3 跨， 主梁全长： 桥面净空：净 13m+2 4m； 计算跨径： 27m。 1) 型梁，梁高 1.7 m；下部 构造为柱式墩身，肋板式桥台，桩基础；采用简支转连续施工。 2) 型梁是目前公路桥梁中经济合理的桥型之一。桥型能适应桥位环境，施工工艺成熟、安全可靠；采用简支转连续桥型，桥面连续，行车舒适，施工方便，工期较短。上部结构施工较连续梁和连续刚构要简单，材料用量和费用较少。能有效控制投资规模，造价最省。 图 梁立面图 计荷载 ，两侧防撞栏杆重量分别为 m。 材料及工艺 山东交通学院毕业设计（论文） 7 本桥为预应力钢筋混凝土 形锚具； 混凝土：主梁采用 50 号混凝土，桥面铺装用 30 号混凝土； 预应力钢筋：采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ 622004）的 绞线，每束 6根，全梁配 6 束，860 简支梁的优点是构造、设计计算简单，受力明确，缺点是中部受弯矩较大，并且没有平衡的方法，而支点处受剪力最大，如果处理不好主梁的连接，就会出现行车不稳的情况 案二：钢筋混凝土箱形拱桥 案简介 本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥。全桥分八 跨，每跨均采用标准跨径 60m。采用箱形截面的拱圈。桥墩为重力式桥墩，桥台为 U 型桥台。 寸拟定 本桥拟用拱轴系数 m=跨径为 跨比为 1/8。桥面行车道宽 边各设 人行道。拱圈采用单箱多室闭合箱，全宽 8个拱箱组成，高为 拱箱尺寸拟定如图 881681 0 81 3 2 161 2 416881 0 810820846820102120 8图 梁尺寸拟定 （ 1）拱箱宽度：由构件强度、刚度和起吊能力等因素决定，一般为 130 160140 （ 2） 拱壁厚度：预制箱壁厚度主要受震捣条件限制，按箱壁钢筋保护层和插入式震动棒的要求，一般需有 10采用附着式震捣器分段震捣，可减少为 8 8 （ 3）相邻箱壁间净宽：这部分空间以后用现浇混凝土填筑，构成拱圈的受力部分，一般用 10 16里取 16 （ 4）底板厚度： 6 14厚则吊装重量大，太薄则局部稳定性差且中性轴上移。这里取 10 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 8 （ 5）盖板：有钢筋混凝土板和微弯板两种型式，最小厚度 6 8里取 8 （ 6）现浇顶部混凝土厚度：一般不小于 10里取 10 （ 7）横隔板：多采用挖空的钢筋混凝土预制板，厚 6 8距 隔板应预留人行孔，以便于维修养护。这里取厚 6 面铺装及纵横坡度 桥面采用沥青混凝土桥面铺装，厚 面设双向横坡，坡度为 为了排除桥面积水，桥面设置预制混凝土集水井和 10铁泄水管，布置在拱顶实腹区段。双向纵坡，坡度为 工方法 采用无支架缆索吊装施工方法，拱箱分段预制。采用装配 整体式结构型式，分阶段施工，最后组拼成一个整体。 结 预应力混凝土连 续箱梁也是目前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一。结构受力合理，变形小；桥面连续，行车舒适；较 料用量和费用较 部构造施工采用移动支架一次性投入费用要高；且由于增加了大吨位支座，日后维护费用要增加。 型方案三：预应力混凝土连续刚构方案（比较方案） 桥梁全长： 90m （ 1）上部构造为预应力混凝土变高度箱梁，根部高 中高 部构造为空心矩形截面墩身、肋板式桥台，桩基础；采用挂篮悬臂浇筑施工。 （ 2） 预应力混凝土连续刚构桥外型美观，是目 前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一，尤其是墩身高度很高时 ,更能体现出它的优势。该桥型连续，行车舒适；但上部结构施工工序较 T 型梁和连续梁要多、周期较长，造价较高。 鉴于桥位处的地形条件，河流断面宽约 70m，桥墩高 28m 左右，且由于连续刚构桥桥梁上部结构建筑高度较高，如采用该方案需要提升桥面标高，增加桥头引道长度。结合投资规模、和考虑施工的难度，本桥不适合于修建连续刚构桥。 方案的最终确定：经考虑，简直梁的设计较简单，受力的点明确，比较适合初学者作为毕业设计用，因此我选着了方案一。 山东交通学院毕业设计（论文） 9 第 2 章 上部结 构设计 资料及结构布置 计资料 （ 1） 桥梁跨径及桥宽 标准跨径： 28m（墩中心距离）； 主梁全长： 计算跨径： 27m； 桥面净空：净 13m+2 4m； （ 2） 设计荷载 ，每侧防撞栏重力的作用力为 m。 （ 3） 材料及工艺 混凝土：主梁用 面铺装用 预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ 62 2004）的 绞线，每束 6根，全梁配 6束，860 普通钢筋直径大于和等于 12采用 筋；直径小于 12均用 筋。 按后张法施工工艺制作主梁，采用内径 70径 77预埋波纹管和夹片锚具。 （ 4） 设计依据 （ 1）交通部颁公路工程技术标准（ 01 2003） （ 2）交通部颁公路桥涵设计通用规范（ 60 2004） （ 3）交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ 62 2004） （ 5） 基本计算数据（见表 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，故在许可条件下应适当加宽 板的宽度为 2000于宽度较大，为了保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种：预应 力、运输、吊装阶段的小截面（ 200运营阶段的大截面（ 000净 13m+2 桥款选用七片主梁，如图 示。 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 10 表 本计算数据 名称 项目 符号 单位 数据 立方体 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 50 暂状态 容许压应力 7.0 许拉应力 7.0 久状态 标准荷载组合 容许压应力 许主压应力 期效应组合 容许拉应力 0 容许主拉应力 绞线 标准强度 弹性模量 抗拉设计强度 最大控制应力 1860 1260 1395 容许压应力 容许拉应力 1209 材料重度 标准荷载组合 1 3/25 容许压应力 2 3/23 容许主压应力 3 3/期效应组合 无量纲 2） 主梁跨中主要尺寸拟定 1）主梁高度 预应力简支梁桥的主要高度与 其跨径之比通常在 1/15 1/25，标准设计中高跨比约在 1/18 1/19。本桥采用 1700 的主梁高度比较合适。 2）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局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。预置 T 梁的翼板厚度取用 110板跟部加厚到200抵抗翼缘跟部较大的弯矩。 在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预置孔道的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的 1/15。马蹄尺寸基本由布置预应 力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的 10% 20%山东交通学院毕业设计（论文） 11 为合适。 图 构尺寸图 按照以上拟订的外形尺寸就可以绘出预制梁的跨中截面图（见图 图 中截面图 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 12 3）计算截面几何特征 将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特征列表计算见表 表 中截面几何特征计算表 分块名称 分块面积块面积形心至上缘距离)()( 3分块面积的自身惯矩 （ 分块面积对截 面形心的惯矩 2)4 )( 4(1) (2) (3) (4) (5) 2516 ）（）（）（ （ 7） =（ 4）+（ 6） 大毛截面 翼板 2200 2100 127411 三角承托 300 050 16248 腹板 2085 357024 88360 4045386 下三角 165 84 1164240 1188385 马蹄 900 160 144000 30000 585486 8729486 5650 21806914 小毛截面 翼板 1320 260 13310 993750 三角承托 300 050 056240 腹板 2085 357024 480323 下三角 165 92966 马蹄 900 160 144000 30000 871887 4700 18295166 4）检查截面效率指标 （希望 在 上） 上核心距： )( 6 5 0 2 1 8 0 6 9 1 4. k 下核心距： )( 7 01 8 2 9 5 1 6 6. k 截面效率指标： h kk 明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。 截面沿跨长变化 横截面沿跨长的变化，该梁的翼板厚度不变，马蹄部分逐渐抬高，梁端处腹板加厚山东交通学院毕业设计（论文） 13 到与马蹄等宽，主梁的基本 布置到这里就基本结束了。 隔梁的布置 由于主梁很长，为了减小跨中弯矩的影响，全梁共设了五道横隔梁，分别布置在跨中截面、两个四分点及梁端，其间距为 梁作用效应计算 久作用效应计算 （ 1） 永久作用集度 1）预制梁自重 跨中截面段主梁的自重 )( 马蹄抬高与腹板宽度段梁的自重（长 )(2( 支点段梁的自重 )( 8 6 2 5 ( 边主梁的横隔梁 中横隔梁体积： )( m 端横隔梁体积： )(1 4 m 故半跨内横隔梁重力为： )(4( 预制梁永久作用集度 )/(1 8 2）二期永久作用 现浇 T 梁翼板集度 )/( 边梁现浇部分横隔梁 一片中横隔梁（现浇部分）体积： 一片端横隔梁（现浇部分）体积： )(1 5 m 故：( 6 ) ( 3 0 . 0 9 4 5 2 2 0 . 1 5 9 ) 2 5 / 2 7 . 9 6 0 . 5 3 8 ( / )g K N m 铺装 8凝土铺装： )/(26251308.0 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 14 5青铺装： )/( 若将桥面铺装均摊给七片主梁，则： )/(7( 栏杆 两侧防撞护栏分别为 m 若将两侧防撞栏均摊给七片主梁，则： )/(4 2 ( 边梁二期永久作用集度： )/(（ 2） 永久效应 如图 示，设 截面离左支座的距离 主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： 22121 21图 梁弯矩和剪力图 表 久作用效应计算表 作用效应 跨中 2 四分点 4 变化点 8 支点 0x 一期 弯矩（ 剪力 (0 期 弯矩（ 剪力 (0 东交通学院毕业设计（论文） 15 弯矩（ 剪力 (0 可变作用效应计算 （ 1） 冲击系数和车道折减系数 按桥规 规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的频率。简支梁桥的频率可采用下列公式估算： )( 3 92 1 8 c c 其中： )( 3 根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为： 2 6 5 6 桥规 ，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减 22%，四车道折减 33%，但折减后不得小于用两行车队 布载的计算结果。 （ 2） 计算主梁的荷载横向分布系数 1）跨中的荷载横向分布系数有可靠地横向联系，且承重结构的长宽比为： 属于宽桥）(因此采用 主梁的抗弯及抗扭惯性矩 21806914=110 m 对于 扭惯性矩可以近似按下式计算： 3 式中 ： ii 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 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： 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 16 )(马蹄部分的换算平均厚度： )(1203 图 I 的计算图示， 计算见表 I 的计算图 表 I 的计算 分块名称 )(tb/0( 433 翼缘板 200 3103 1 3 3 6.4 单位抗弯及抗扭惯矩： 31 0101 8 0 6 9 1 53 0103 1 3 3 横梁抗弯及抗扭惯矩 翼板有效宽度 计算： 横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即： 山东交通学院毕业设计（论文） 17 9 1 50 4 1 2,08/2 9 根据 值可查桥梁工程（上册）附表 1 求得 求横梁截面重心位置 y 3 1 222222111 横梁的抗弯和抗扭惯矩I 和： 221131 )2(121)2(22121 =m 32223111 y 3/1, 111 表得 222 表得 故 4333 y 单位弯矩及抗扭惯矩 441 4531 计算抗弯参数 和扭弯参数 434 式中： B 为桥宽的一半 )( 按第 ，取 G= : 曹春林： 3 28m 装配 式预应力简支 T 梁 18 1 1 计算荷载弯矩横向分布影响线坐标 已知 ，查 得表中 数值，如表 表 表值 桥位 荷载位置 b 3b/4 b/2 b/4 0 -/2 -b b/4 b/2 b/4 .6 b .5 .7 b/2 b/4 b/4 b 内插法求各梁位处值： 1 号、 7号梁：4343 bb 2 号、 6号梁： 2432 bb 3 号、 5号梁：42424 4 号梁 ： （ 梁位在 k 值） 列表计算各梁的横向分布影响线坐标 值：（如下表 绘制横向分布影响线图 （如 下图 示） ，求横向分布系数 . 对 号梁：两车道 1 山东交通学院毕业设计（论文） 19 501 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 01 3 0 1 3 0 1 3 0一号梁501 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 01 3 0 1 3 0 1 3 0二号梁501 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 01 3 0 1 3 0 1 3 0三号梁501 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 01 3 0 1 3 0 1 3 0四号梁0 . 6 0 8 9 0 . 4 6 8 80 . 3 7 1 5 0 . 2 4 7 90 . 1 5 80 . 0 5 1 10 . 4 6 5 4 0 . 3 8 6 40 . 3 2 7 30 . 2 4 5 90 . 1 8 4 6 0 . 0 9 5 1 0 . 0 4 90 . 0 1 8 30 . 3 0 9 70 . 3 0 2 0 . 2 8 7 0 . 2 7 0 50 . 2 4 3 50 . 2 1 3 6 0 . 1 6 4 60 . 1 2 5 90 . 1 6 3 90 . 1 9 1 20 . 2