简支转连续T梁毕业设计.doc

湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）简支转连续T梁毕业设计目 录前言- 1 -第一章 工程概况- 2 -1.1 工况简介- 2 -1.2 桥型布置- 2 -1.3方案比选- 3 -1.4结构尺寸- 4 -1.4.1主梁间距及主梁片数- 4 -1.4.2截面效率指标- 5 -1.5 预应力钢筋布置- 6 -1.6 桥面铺装及防水排水系统- 6 -1.6.1桥面铺装- 6 -1.6.2桥面纵横坡- 6 -1.6.3防水层- 7 -1.6.4桥面排水系统- 7 -第二章 设计资料及主要技术标准- 7 -2.1 主要设计规范及设计参考资料- 7 -2.2 主要设计技术指标- 7 -第三章 设计荷载及主要材料- 9 -3. 1主要材料及特性- 9 -3. 1.1基本材料及特性见表：- 9 -3.1.2 施工工艺- 9 -3.2设计荷载- 9 -3.2.1恒荷载计算- 10 -3.2.2横向分布系数计算- 11 -3.3 活载内力计算- 15 -3.4 桥面板的计算- 20 -3.4.1 桥面板恒载内力计算- 20 -3.4.2 桥面板活载内力计算- 21 -3.4.3 内力组合及桥面板配筋- 22 -第四章 桥梁结构分析- 23 -4.1 结构离散化的基本原则- 23 -4.2计算模型和单元的划分- 24 -4.3 结构毛截面几何特性计算- 24 -4.4施工阶段的划分- 26 -第五章 主要结构计算分析及结论- 28 -5.1各施工阶段的内力计算- 28 -5.1.1第一施工阶段- 28 -5.1.2第二施工阶段- 31 -5.1.3第三施工阶段- 33 -5.3 使用阶段恒载内力的计算- 36 -5.4 附加内力的计算- 38 -5.4.1 温度引起的内力计算- 38 -5.4.2 支座位移引起的内力计算- 42 -5.4.3徐变收缩引起的内力计算- 43 -5.5 内力组合计算- 47 -5.5.1承载能力极限状态组合- 47 -5.5.2正常使用极限状态组合- 51 -5.6预应力钢束的计算及布置- 54 -5.6.1预应力钢筋数量的估算及布置- 54 -5.6.2 预应力损失计算- 57 -5.6.3锚下局部应力计算- 62 -第六章 结构应力和承载能力验算- 65 -6.1主要控制结构截正面强度验算- 65 -6.1.1承载能力极限状态验算- 65 -6.1.2正常使用极限状态正截面应力验算- 67 -6.2 结构变形验算- 73 -6.2.1成桥结构位移变形验算- 73 -6.2.2 各支点的挠度验算- 73 -第七章 下部结构计算- 74 -7.1支座设计- 74 -7.1.1边跨桥台上支座的设计- 74 -7.1.2中跨桥墩上支座的设计- 76 -7.2盖梁的设计- 79 -7.2.1盖梁的设计尺寸- 79 -7.2.2 结构计算- 79 -7.3 桥墩与桩基础的设计- 83 -7.3.1桥墩的设计计算- 84 -7.3.2单桩的设计计算- 85 -参 考 文 献- 91 -结束语- 92 -致 谢- 94 - 94 -前言预应力连续T型梁在中小跨径桥梁的设计中能满足安全、经济、合理的基本要求。而且还有美观、适用、施工方便等优势。连续T型梁的应用极其广泛，30米跨径的桥梁在设计方案的选择中，连续T梁的优势很明显。榕树大桥设计采用5跨等跨径的连续预应力T型梁，简支转连续施工。做榕树大桥的简支转连续结构总体设计就需要有各种地质水文资料、设计标准、参考文献等。在连续T梁的设计中，要对桥梁的各个结构，各个施工阶段进行具体的计算和分析。（1）拟定桥梁的分跨、T梁的截面尺寸，查看各种设计资料，采用桥梁博士软件进行模型的建立。（2）计算恒载和活载，估算配筋面积，配置预应力钢束，计算细部结构的受力状况。（3）划分各个施工阶段，对每个施工阶段进行结构安全的受力计算和分析。（4）在使用阶段进行结构永久荷载、活荷载、预应力和附加应力的计算和结构合理性的评估，进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的截面验算。（5）根据上部结构的计算结果对下部结构进行设计。在本设计中，把连续T梁当做全预应力构件，所以在设计说明书中主要考虑预应力钢束，普通钢筋的作用几乎可以忽略。我在做毕业设计的这段时间内认真学复习了专业知识，学习了新的知识。我通过复习课本知识，了解了我所要做的设计的基本方向；通过去图书馆查阅资料使我有了设计的具体思路；通过与同学、老师的交流使我知晓了我的设计细节；通过我具体的行动操作使我明白了为什么要这么做。本设计中主要的应用软件是桥梁博士，我花了大量的时间用在学习使用桥梁博士上。我向老师，同学还有学长请教过，终于使我从了解到熟悉再到最后能够熟练的使用。使用它我完成了模型的建立，结构的计算。数据的处理是用excel来完成的，图纸是使用autoCAD来做成的。设计中的每个环节都使我获益匪浅。第一章 工程概况1.1 工况简介榕树大桥是福建省永定至永春高速上的一座跨线桥，位于龙岩市永定县下洋镇。榕树大桥位于高速公路上，平面走向与双永高速完全一致。桥梁起点里程K975+125，终点里程为K975+275，单幅桥宽12.25m，全桥长150m，桥梁线型为直线。全桥上部结构采用5跨等跨等高度预应力混凝T梁，桥型采用连续梁桥，跨径布置为530m。桥梁总宽12.25m，其组成为：0.5m路缘石（含栏杆）+11.25m机动车道（单向3车道）+ 0.5m（含栏杆） = 12.25m。道路和桥梁设计高程为道路和桥梁中心线高程。桥梁车行道横坡采用2.0%，纵坡3%。1.2 桥型布置榕树大桥桥采用530m三跨连续梁。是由以上和地质情况下，综合考虑经济、安全、美观决定下部结构采用双柱式墩，钻孔灌注桩基础；重力式桥墩，钻孔灌注桩基础，单桩；桩基础深至弱风化泥质沙岩。上部结构在初步设计阶段做了三个比较方案，桥型布置如图1.1单位（cm）图1.1 整体桥型布置方案一： 采用30m跨先简支后连续T梁上部结构采用30m预应力混凝土T型先简支后连续梁桥，桩基为1根直径为165m的钻孔灌注桩。该T梁较长，可采用现场大批量集中预制，再使用架桥机架设的施工方案，局部区段也可以采用直接吊装就位，再者T形梁施工工艺成熟、工期较短；造价较箱形梁略低。这种桥型一般用预制安装施工工艺，具有标准化程度高，适宜于高精度制造和高精度安装，行车平顺，造简洁流畅，而且上下部可以平行施工因而工期较短，桥梁的刚度及动力特性好等优点，被广泛应用于各种桥梁的引桥、高架桥以及轨道交通线等多跨中小跨径的桥梁。经估算，30m跨先简支后连续T梁所需费用约2 800元m2。30 m预应力混凝土T形梁，梁高2.0m；也是目前公路桥梁中经济合理的桥型之一。方案二：采用30m跨先简支后连续箱梁，30 m 预应力混凝土简支转连续箱梁，梁高16m；是目前公路桥梁中经常采用的桥型之一。结构受力合理，整体刚度大，变形小，整体稳定性好、抗扭能力大、施工工艺成熟、技术可靠、线形优美，所以在很多场合中均被采用。 采用移动支架法施工，所需设备昂贵，而且箱梁本身施工工序复杂，且费用高。经估算，按桥面面积计算30m跨箱梁所需平均费用约为3 100元m2。箱形截面除了施工难度增加以外，由于受力和构造上的需要，纵、横向的普通钢筋配筋率都不能过低。方案三：采用预应力空心板梁预应力空心板桥。本方案的优点在于造型简洁流畅，施工快捷，成本较低。缺点是桥型普通，不能很好体现桥梁造型美观、新颖，富有时代特点的功能。1.3方案比选对于多跨中小跨度(1650 m)的桥梁，简支梁桥都是应用最为普遍的桥型。这种桥型一般用预制安装施工工艺，具有标准化程度高，适宜于高精度制造和高精度安装，行车平顺，造简洁流畅，而且上下部可以平行施工因而工期较短，桥梁的刚度及动力特性好等优点，各种桥梁的一期桥型、目前，简支梁桥在中小跨径桥梁中具有最为强劲的竞争力，这得益于上世纪80年代初期发展起来的“桥面连续构造”。桥面连续构造的成熟使得多跨简支梁桥不必每道梁缝设置伸缩缝，而是若干跨一联集中设置大位移伸缩缝，彻底解决了以往多跨简支梁桥伸缩缝多，养护维修困难，行车不顺甚至跳车等影响桥梁服务水平的致命弱点。并且谁全桥下面是河流，采用等截面连续梁桥现场浇筑施工方法不太可行，连续梁桥由于弯矩图正负交替，等截面连续梁桥在同等跨径条件下弯矩绝对值比简支梁要小，可采用较小梁高，此外；多跨等截面连续梁桥用于4060 m跨径范围仍显经济性，此跨径范围已经接近或超过简支梁的跨度极限。因此着重考虑简直转连续的桥梁形式。30 m结构简支转连续方案，建筑高度比变截面预应力混凝土连续梁方案小，且桥梁美观性。30m结构简支转连续方案造价最省，因此，榕树大桥桥桥型方案推荐采用30 m 结构简支转连续方案，孔径布置方案为530m，桥梁全长150 m。在中小跨径桥梁中，连续箱梁被公认为较美观的桥型方案之一。由于连续箱梁的整体稳定性较好，抗扭能力大，在多个场合被采用。其施工工艺成熟，技术可靠，具有良好的耐久性及抗风、抗震性能。箱梁本身施工工序复杂、费用高。经估算，按桥面面积计算30m跨T梁所需费用约2500元/ m2。就经济性而言，T梁与小箱梁具有绝对优势，可采用预制吊装施工法，工期较短，且可大批量生产，进一步降低成本。经估算，按桥面面积计算30m跨小箱梁所需费用约3400元m2，30m跨T梁所需费用约2300 元/m2 。但美观性较差。再者，T梁充分利用利用了混凝土、钢筋、钢绞线的各自特点，节约材料，减少梁的自重，真大跨度。同时T梁截面不封闭且有马蹄型的构造，因而钢束锚端外露，有利于二期负弯矩预应力束的张来操作和预应力钢束的布置。T梁制作简单，粱肋内的配筋可以做成刚性的钢筋骨架，各梁之间横隔板的预制、安装、连接方便可靠。1.4结构尺寸1.4.1主梁间距及主梁片数主梁间距2.4m，其横截面布置形式见图1.2：图1.2横截面布置（单位cm）主梁尺寸拟定内梁尺寸：梁高200cm。顶板厚度16cm，宽度240cm 。外梁尺寸: 梁高200cm。顶板厚度16cm，宽度252.5cm。横隔板尺寸:为了增强主梁之间的横向连接刚度，设置横隔梁，间距6 m，横隔板厚度20cm高度170cm。截面沿跨长度变化。本设计梁高采用等高度形式，横截面顶板厚度沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也应布置锚具的需要，在靠近支点处腹板要加宽，加宽至48。见图1.3示： 支点截面 跨中截面 图1.3梁截面尺寸图（单位cm）图1.4横隔板尺寸图(单位cm)1.4.2截面效率指标跨中截面几何特性可以由CAD中面域性质可得: A=8900 质心位置（距下边缘）133I=42900000cm4由此可计算出截面的效率指标（希望在0.40.55之间）为： （1.1） 式中： KS上核心距离， （1.2）KX下核心距离， （1.3）得：= =36.2= = =71.9 Mud=27.66kNm承载力满足要求，间距为200，也满足要求抗剪验算：（厚板的计算公式）Vu=0.7hftbbh0 （3.20）Vu =0.71.651000280=323.4103 N=323.4kNQ0=37.05 kN第四章 桥梁结构分析4.1 结构离散化的基本原则结构离散时应遵循以下三个基本原则：（1）计算模型应尽量符合实际结构的构造特点和受力特点，以保证解的真实性；（2）保证体系的几何不变性，特别是在错综复杂的转换过程中更应注意，同时要避免出现与实际结构受力不符的多余联结；（3）在合理模型的前提下，减少不必要的节点数目，以缩短计算时间，减少后处理工作量。杆系单元的划分，应根据结构的构造特点，实际问题的需要以及计算精度的要求来决定。因此，用来划分单元的结点，应在以下位置设置：（1）各关键控制截面处；（2）构件交接点、转折点；（3）截面突变处；（4）不同材料结合处；（5）所有支承点（包括永久和临时支承）；（6）对于变截面杆或曲杆结构，尽量细分，使折线形模型尽可能接近实际曲线结构的受力状态；（7）施工缝处。 4.2计算模型和单元的划分依照本桥的结构布置与施工节段划分，每跨除了第一二和倒数一二四个单元以外，按每2m浇T梁段设定为一个单元的方法进行结构离散，全桥主梁共5跨，共分76个结点，75个单元，175号为主梁单元。图4.1主梁单元划分示意图表 4.1节点坐标与单元号表 节点号X坐标(m)节点号X坐标(m)节点号X坐标(m)10.53160.561120.5243264621243-133-2633-4363-8663-73123-1461429.54489.574149.515304590751501630.54690.51734479418-2833-5648-5893-1162959.559119.5306060120表4.2单元节点信息表 施工阶段的划分是根据结构详细的施工步骤予以确定的。根据施工步骤全桥共划分3个施工阶段形成结构体系，施工阶段的分析中须考移动、混凝土的浇注、预应力筋的张拉以及施工临时荷载的变化等。4.3 结构毛截面几何特性计算毛截面几何特性计算是结构内力计算、配筋计算及挠度计算的前提。毛截面几何特性的计算方法很多，常用的有节线法、分块面积法等，可根据截面类型选用具体地计算方法。采用桥梁博士中的计算模块进行电算后，结果输出如表2.2所示。表 4.3阶段截面几何特征信息单元号节点号截面抗弯惯距(m4)截面面积(m2)截面高度(m)中性轴高(m)110.5305421.3048721.24220.5208781.2798621.25330.4652451.1093421.3440.442161.0255821.32550.4245910.94854221.34660.4143810.87822221.35770.4142740.87822221.35880.4142740.87822221.35990.4142740.87822221.3510100.4142740.87822221.3511110.4143920.87822221.3512120.4247210.94854221.3413130.4424611.0255821.3214140.4659181.1132721.2917170.5210281.2798621.2518180.4659181.1132721.2919190.4424611.0255821.3220200.4247210.94854221.3421210.4143920.87822221.3522220.4142740.87822221.3523230.4142740.87822221.3524240.4142740.87822221.3525250.4142740.87822221.3526260.4143920.87822221.3527270.4247210.94854221.3428280.4424611.0255821.3229290.4659181.1132721.2932320.5210281.2798621.2533330.4659181.1132721.2934340.4424611.0255821.3235350.4247210.94854221.3436360.4143920.87822221.3537370.4142740.87822221.3538380.4142740.87822221.3539390.4142740.87822221.3540400.4142740.87822221.3541410.4143920.87822221.3542420.4247210.94854221.3443430.4424611.0255821.3244440.4659181.1132721.2947470.5210281.2798621.2548480.4659181.1132721.2949490.4424611.0255821.3250500.4247210.94854221.3451510.4143920.87822221.3552520.4142740.87822221.3553530.4142740.87822221.3554540.4142740.87822221.3555550.4142740.87822221.3556560.4143920.87822221.3557570.4247210.94854221.3458580.4424611.0255821.3259590.4659181.1132721.2962620.5210281.2798621.2563630.4659181.1132721.2964640.4424611.0255821.3265650.4247210.94854221.3466660.4143920.87822221.3567670.4142740.87822221.3568680.4142740.87822221.3569690.4142740.87822221.3570700.4142740.87822221.3571710.4143810.87822221.3572720.4245910.94854221.3473730.442161.0255821.3274740.4652451.1093421.375750.5208781.2798621.254.4施工阶段的划分在恒载内力计算之前有必要对本设计的施工过程给与简要介绍，以便进行合理内力计算。如图4.2，第一施工阶段为预制主梁，待混凝土达到设计强度90%后张拉正弯矩区预应力钢束，再将各跨预制T梁安装就位，形成有临时支座支承的简支梁状态；第二施工阶段浇筑各跨连续段接头混凝土，达到设计强度90%后，张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆，拆除已浇筑端的临时支座，使主梁在永久支座上；第三施工阶段主梁支承在永久支座上，完成体系转换，完成主梁横向接缝，形成五跨连续梁，加二期恒载，如横隔板、防护栏及桥面铺装施工； 图4.2由施工过程可知结构恒载是分阶段形成的，主要包括：预制T梁一期恒载集度（g1），成桥后T梁一期荷载集度（g1），二期恒载集度（g2）。根据本设计横断面的具体构造特点及平面杆系有限元计算分析的特点，恒载计算时将空间桥跨结构简化为平面结构进行分析，即只对由单片梁够成的五跨简支转连续梁进行结构分析，在活载计算时将采用横向分布这一实用计算方法（全桥都采用跨中横向分布系数），恒载空间效应按每片梁均分考虑（将桥面铺装和栏杆及其他空间效应给五片梁均摊）。 第五章 主要结构计算分析及结论 5.1各施工阶段的内力计算5.1.1第一施工阶段本阶段是五跨简支梁状态，支座为中临时和边永久组，荷载为自重。各跨的受力情况一样，计算第一跨即可。1到14号单元可以代表全桥。表格取内容114号单元。1永久荷载效应表5.1单元号剪力弯矩单元号剪力弯矩10016002375192173810326513071827211394209178119216162651572146201642004610924122111622837632584226924698172