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文档简介
930米装配式预应力混凝土箱型梁桥设计毕业论文目录第一章总论- 1 -1 概述- 1 -1.1 预应力混凝土梁桥概述- 1 -1.2 我国预应力混凝土梁桥的发展- 2 -第二章方案比选- 3 -1具体方案比选- 3 -1.1 预应力混凝土箱型梁桥方案- 3 -1.2 部分预应力混凝土斜拉桥方案- 3 -1.3 上承式刚架拱桥方案- 3 -2 方案比选- 4 -第三章 Y河水文设计原始资料及计算- 5 -1 设计原始资料- 5 -2 河段类型判断- 5 -2.1 稳定性及变化特点- 5 -2.2 河段平面图形- 5 -2.3 断面及地址特征- 5 -3 设计流量和设计流速的复核- 5 -3.1 根据地质纵剖面图绘出的河床桩号,绘制河流横断面图- 5 -4 桥孔长度计算- 8 -5 桥面设计高程计算- 8 -5.1 计算桥下雍水高度- 8 -6 冲刷计算- 9 -6.1 一般冲刷- 9 -6.2 局部冲刷计算- 10 -第四章 上部结构- 11 -1 设计基本资料- 11 -1.1 桥梁跨径及桥宽- 11 -1.2 设计荷载- 11 -1.3 材料及工艺- 11 -1.4 设计依据与设计规范- 12 -2 箱型梁构造形式及相关设计参数- 12 -3 主梁作用效应计算- 14 -3.1 永久作用效应计算(按边主梁计算)- 14 -3.2 可变作用效应计算- 16 -3.3 主梁的效应组合- 16 -4 预应力钢束的估算及其布置- 16 -4.1 预应力钢束数量的估算- 16 -4.2 预应力钢束布置- 16 -5计算主梁截面几何特性- 16 -5.1 截面面积及惯性矩计算- 16 -5.2 截面静矩计算- 16 -5.3 截面几何特性总表- 16 -6 钢束预应力损失计算- 16 -6.1 预应力钢束与管道壁间的摩擦损失- 16 -6.2 由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失- 16 -6.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失- 16 -6.4 由钢束应力松弛引起的预应力损失- 16 -6.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失- 16 -6.6 成桥后四分点截面由张拉钢束产生的预加力作用效应计算- 16 -6.7 预应力损失汇总及预加力计算- 16 -7 承载能力极限状态计算- 16 -7.1 跨中截面正截面承载能力计算- 16 -7.2 验算最小配筋率(跨中截面)- 16 -7.3 斜截面抗剪承载力计算- 16 -8 持久状况正常使用极限状态抗裂性验算- 16 -8.1 正截面抗裂性验算- 16 -8.2 斜截面抗裂性验算- 16 -9 持久状况构件的应力计算- 16 -9.1 正截面混凝土法向压应力验算- 16 -9.2 预应力筋拉应力验算- 16 -9.3 斜截面混凝土主压应力验算- 16 -10 短暂状况构件的应力验算- 16 -10.1 预加应力阶段的应力验算- 16 -10.2 吊装预应力验算- 16 -11 主梁端部的局部承压验算- 16 -11.1 局部承压区的截面尺寸验算- 16 -11.2 局部抗压承载力验算- 16 -12 主梁变形验算- 16 -12.1 计算由预加力引起的跨中反拱度- 16 -12.2 计算由荷载引起的跨中挠度- 16 -12.3 结构刚度验算- 16 -12.4 预拱度的设置- 16 -13 行车道板计算- 16 -13.1 悬臂板荷载效应计算- 16 -13.2 连续板荷载效应计算- 16 -14 支座计算- 16 -14.1 选定支座的平面尺寸- 16 -14.2 确定支座的厚度- 16 -14.3 验算支座的偏转- 16 -14.4 验算支座的抗滑稳定性- 16 -第五章 下部结构的计算- 16 -1 设计资料- 16 -1.1 设计标准及上部结构- 16 -1.2 水文地质条件- 16 -1.3 材料- 16 -1.4 桥墩尺寸- 16 -1.5设计依据- 16 -2 盖梁计算- 16 -2.1 荷载计算- 16 -2.2 内力计算- 16 -2.3 截面配筋设计与承载力校核- 16 -3 桥墩墩柱验算及设计计算- 16 -4 钻孔灌注桩设计及计算验算- 16 -第六章 施工组织设计- 16 -1施工测量- 16 -1.1施工测量的内容和要求- 16 -1.2 施工测量与放样质量要求- 16 -2模板的制作与安装- 16 -3混凝土浇筑- 16 -3.1孔道施工- 16 -3.2 混凝土浇筑- 16 -3.3 混凝土养护- 16 -4 施加预应力- 16 -致 谢.- 16 -参考文献:.-16-附表A-16-附表B-16-第一章 总论1 概述1.1 预应力混凝土梁桥概述预应力混凝土梁桥以结构受力性能好、变形小、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本章主要简介其发展:由于普通混凝土存在不少缺点,如过早的出现裂缝,并且使得材料利用率低。为了解决这些问题混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,解释在结构承担荷载之前预先对混凝土施加压力这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力,自从混凝土结构产生之后,很多混凝土结构被预应力结构取代。预应力混凝土桥梁是二战前后发展起来的,当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下,为节省材料各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。50年代,预应力混凝土桥梁跨径开始突破100米,到80年代则达到440米。虽然跨径时并不总是用预应力结构比其他结构好,但是在实际工程中跨径小于400米时,预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。我国预应力混凝土结构起步较晚,但近年来得到了飞速发展。现在,我国已经有了简支梁、带铰或带挂篮的T梁、连续梁桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。虽然预应力混凝土桥梁发展不到80年。但是,在桥梁结构中随着预应力理论不断成熟和实践的不断发展,预应力混凝土结构的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁比较:在恒载作用下,连续梁支点处有负弯矩,由于负弯矩的卸载作用跨中正弯矩显著减小,其弯矩与同跨悬臂梁相差不大,但是在活载作用下因主梁连续产生支点负弯矩对跨中整弯矩仍有卸载作用其弯矩分布由于悬臂梁虽然连续梁有很多优点。但是刚开始它不是预应力结构中佼佼者,因为限于当时施工主要采用满堂支架法采用连续梁费工费时。到后来悬臂施工方法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中的应用得到了飞速发展。60年代在中等跨预应力混凝土连续梁中,应用了主跨架设法与顶推法;在较大跨径梁中则应用更完善的悬臂施工方法,这使得连续梁法案重新获得竞争力,并逐步在40200米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路,还是跨河大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了其优势,成为优胜方案。目前,连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。1.2 我国预应力混凝土梁桥的发展1 桥梁施工技术(1)在我国中小跨径的预应力混凝土梁桥施工中,除了最古老的支架现浇方法外,还采用了先简支后连续、顶推法、移动模架逐孔浇筑法、移动导梁逐孔拼装法和梁体预制浮吊安装法等施工技术。 (2)平衡悬臂拼装施工法和平衡悬臂浇筑施工法的采用促进了预应力混凝土连续梁桥的发展。大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇筑法施工。大跨径预应力混凝土连续箱梁广泛采用挂篮进行悬臂浇筑施工。常用的挂篮形式有偏架式和斜拉式。随着施工技术的进步,挂篮结构向着轻型化的方向发展,尽可能采用构造合理、受力明确、自重轻、利用系数高、使用安全方便,具有良好技术经济指标的挂篮。 (3)高强度预应力钢材、高标号混凝土和大吨位预应力锚固体系的研制开发和应用,促进了大跨径预应力混凝土连续梁桥的发展。在80年代后期,国内开始生产1860MPa的低松弛预应力钢绞线,加上与其配套的大吨位预应力锚具和张拉设备的研制成功C50与C60混凝土的应用,使得预应力连续梁桥结构轻型化,跨越能力得到很大提高。 相信在不久的将来,通过我国的桥梁和公路建设者的不懈努力,我国预应力混凝土连续梁桥技术一定会遥遥领先全世界的。第二章 方案比选1具体方案比选初步设计阶段,对桥型提出三种方案,分别是:预应力混凝土箱型梁桥、部分预应力混凝土斜拉桥、上承式桁架拱桥。1.1 预应力混凝土箱型梁桥方案m九跨预应力混凝土箱型梁桥。主梁采用箱形截面,桥墩均采用双柱式桥墩,桥台为肋式桥台,基础为钻孔灌注桩基础。简图如图1.1所示: 图1.1 预应力混凝土箱型梁桥1.2 部分预应力混凝土斜拉桥方案(30+40+100+40+30)m三跨部分预应力混凝土斜拉桥, 桥梁全长240m。采用双索面形式,塔、梁固结,主梁采用变高度预应力混凝土箱梁,单箱多室截面,主塔采用实心混凝土矩形截面。下部采用钢筋混凝土空心墩,灌注桩基础。简图如图1.2所示: 图1.2 部分预应力混凝土斜拉桥1.3 上承式刚架拱桥方案简图如图1.3所示: 图1.3 上承式刚架拱桥三种方案比较详见表1.1。2 方案比选方案比较表1.1预应力混凝土箱型梁桥部分预应力混凝土斜拉桥上承式刚架拱桥 安全性静定结构,构造简单。主梁高跨比适中, 技术成熟,计算简单,施工方法简单,质量好,保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶,满足交通运输安全要求高次超静定结构,包含更多设计变量,全桥中的技术经济合理性不能简单地由结构体积小、重量轻或者满足应力要求等概念准确表示,给选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。主桥跨度适中,拉索是柔性体系,风力作用下会振动,会影响桥上行车和桥本身的安全,横向刚度小。行车平顺舒适。拱的承载潜力大。但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车条件较差。经济性施工技术成熟,方法简单,易掌握,需要的机具少,无需大型设备,可充分降低施工成本,所用材料简单,价格低,成桥后养护费用少。需要大量拉索钢丝,预应力束,主塔构造复杂,高空作业多,斜拉索施工复杂,工期较长。斜拉索后期营运养护费用较高,基础施工复杂,还需要减震装置。需要大量的吊装设备,占用施工场地大,需劳动力多。工序较多,建桥时间也较长。美观性形式简明,造型简单现代感强,可通过索塔与拉索布置形式获得满意造型,塔较高,使桥向纵向和横向延伸,比例协调,均匀。曲线造型优美适用性变形小,动力性能好,主梁性能好,主梁变形挠曲线平缓,行车较为平顺。可保证司机正常行驶,满足交通运输安全要求。且施工简单。跨度大,行车性能好,不用作大量基础工程,由于拉索多点支撑作用,梁高小,可采用悬臂施工,不影响通航,梁可以预制,可加快施工速度。上部结构的自重较大,且存在水平推力,下部结构工程量增加,地质条件要求高。因本地段为非通航河流地段,且地质条件复杂,经综合比较后最终以适用最广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土箱型梁桥作为最佳设计方案。第三章 Y河水文设计原始资料及计算1 设计原始资料(1).该河属于平原区河流,河床底的坡降i=4,河床粗糙系数m=35。(2).该河设计流量 2630m3/s ,设计流速为4.5m/s,设计水位为98.35m,标准冻深为1.4m,含沙量为5kg/m3,浪程为D=500m,d95=300mm。(3).该地区基本风压为W0=180Pa。(4).该地区标准冻深为1.4m。(5).该河道无流水无道航要求,无抗震要求。(6)每年雨季为7月到9月。2 河段类型判断2.1 稳定性及变化特点(1)岸线不太稳定(2)槽内天然冲刷较明显,主流易摆动2.2 河段平面图形(1)分汊河段(2)河流弯曲且有沙洲(3)滩槽不分明2.3 断面及地址特征(1) 河床宽浅(2) 河床为砾石组成综上所述,本河段属于次稳定性问题。3 设计流量和设计流速的复核3.1 根据地质纵剖面图绘出的河床桩号,绘制河流横断面图(见下表2.1 、2.2图2-1)桩号K2+138K2+140K2+150K2+155K2+165K2+168K2+180K2+185K2+200标高98.5796.0895.2195.1795.4195.61 96.295.7695.62桩号K2+210K2+220K2+227K2+240K2+250K2+260K2+270K2+280K2+294标高95.7695.5695.795.9695.4595.62 95.5295.0795.75桩号K2+300K2+310K2+320K2+330K2+340K2+350K2+351K2+400标高95.3995.595.5395.7695.7397.17 98.1198.45表2.1 河床桩号表2.2 水位数据桩号K2+设计洪水位河床高程水深平均水深间距湿周过水面积累计面积合计13898.3598.57-0.22138.0398.3598.3502.214098.3596.082.271.1351.973.01 2.2 29.3 15098.3595.213.142.7051010.04 27.1 45.1 15598.3595.173.183.1655.00 15.8 75.6 16598.3595.412.943.061010.00 30.6 84.2 16898.3595.612.742.8433.01 8.5 113.5 18098.3596.22.152.4451212.01 29.3 125.4 18598.3595.762.592.3755.02 11.9 165.3 20098.3595.622.732.661515.00 39.9 192.2 21098.3595.72.652.691010.00 26.9 219.4 22098.3595.562.792.721010.00 27.2 238.4 22798.3595.72.652.7277.00 19.0 271.2 24098.3595.962.392.521313.00 32.8 297.6 25098.3595.452.92.6451010.01 26.5 325.8 26098.3595.622.732.8151010.00 28.1 353.6 27098.3595.522.832.781010.00 27.8 384.1 28098.3595.073.283.0551010.01 30.6 425.3 29498.3595.752.62.941414.02 41.2 441.9 30098.3595.392.962.7866.01 16.7 471.0 31098.3595.52.852.9051010.00 29.0 499.3 32098.3595.532.822.8351010.00 28.3 526.4 33098.3595.762.592.7051010.00 27.0 552.4 34098.3595.732.622.6051010.00 26.0 571.4 Bc=247.56m35098.3597.171.181.91010.10 19.0 572.2 =576.335198.3598.110.240.7111.37 0.7 576.3 =249.21m385.5998.3598.3500.1234.5934.59 4.2 40098.3598.45-0.1图2-1 河流纵断面图示4 桥孔长度计算由于滩槽不易划分,故河床全部改为河槽由于Y河属分汊、弯曲河段,查规范公路工程水文勘测设计规范(JTGC30-2002),采用下式计算 桥孔最小净长度为: 综合分析Y河上拟定的桥型方案为:预应力箱型梁桥,双柱式桥墩,A型框架桥台,钻孔灌桩基础,实际桥孔净长为5 桥面设计高程计算按设计水位计算的桥面最低高程,根据公路工程水文计规范式中:-桥面设计高程 -考虑雍水,浪高,波浪雍高-桥下净空高度-桥梁上部结构建筑高度应包括桥面铺装高度5.1 计算桥下雍水高度 1 桥下雍水高度因该河流属平原易冲刷河段,故2 桥位处波浪高度V w 风速。V w =16m/sD浪程。D=500m平均水深。=2.58m所以HL =0.486 冲刷计算6.1 一般冲刷式中:-桥下河槽平均水深();-桥下河槽部分通过的设计流量();-天然状态下河槽部分设计流量();-桥长范围河槽宽度;-桥墩水流侧向压缩系数;-桥下河槽最大水深()-单宽流量集中系数 6.2 局部冲刷计算,所以采用进行计算。河床颗粒影响系数:墩前泥沙始冲流速:动床冲刷()时的指数墩柱为双柱式,墩宽1.5m,不带系梁,查墩形系数表知为1.00,桥墩计算宽度。第四章 上部结构1 设计基本资料1.1 桥梁跨径及桥宽(1)标准跨径:30 m (2)主梁全长:29.96m (3)计算跨径:29.16m(4)桥面净空:净11 m(行车道)+20.5 m(防撞栏)1.2 设计荷载(1)设计荷载:公路级。(2)环境标准:类环境。(3)设计安全等级:二级。1.3 材料及工艺(1)混凝土:预制主梁、端横梁、现浇接头、湿接缝、封锚、桥面现浇层混凝土均为C50;桥面铺装采沥青混凝土。(2)钢绞线:采用符合GB/T 5224-2003技术标准的低松弛高强度钢绞线,抗拉强度标准值、公称直径。(3)非预应力钢筋:采用符合新规范的R235,HRB335钢筋。凡钢筋直径12毫米者,采用HRB335(20MnSi)热轧螺纹钢;凡钢筋直径12毫米者,采用R235钢。(4)钢板应符合GB7001988规定的Q235B钢板。(5)材料容重:钢筋混凝土=26kN/m3,沥青混凝土=23kN/m3,钢板容重=78.5kN/m3。(6)锚具:GVM15-3、GVM15-4和GVM15-5。以上各种材料特性参数值参见公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。1.4 设计依据与设计规范(1)公路工程技术标准(JTG B012003)(2)公路桥涵设计通用规范(JIG D602004)(3)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JIG D622004)(4)公路桥涵施工技术规范(JTJ 0412000)(5)公路交通安全设施设计规范(JTG D812006)2 箱型梁构造形式及相关设计参数(1)本箱梁按全预应力混凝土构件设计,施工工艺为后张法。(2)桥上横坡为2%(计算时按照简化的中梁截面特性进行计算)。(3)箱型梁截面尺寸:梁高为1.6m;为了便于模板制作和外形美观,主梁沿纵向外轮廓尺寸保持不变,端部设置横隔梁,高1.25m,宽0.5m;横向共计4片箱梁,采用湿接缝进行连接,湿接缝宽度0.5m厚度为0.18m,预制箱型梁顶板宽2.4m,跨中腹板厚0.18m;顶板、底板均厚0.18m;端部腹板厚0.25m;顶板厚0.18m,底板厚0.25m,腹板和顶板之间设有承托。底板厚度、腹板厚度在距支座1.78米处开始渐变为距支座中心线0.1m处的0.25m和0.25m(即端部的截面尺寸),如图3-1所示。(4)预应力管道采用金属波纹管成形,波纹管内径为60mm,外径70mm,管道摩擦系数,管道偏差系数,锚具变形和钢束回缩量为6mm(一端)。(5)沥青混凝土重度按计,预应力混凝土结构重度按计,混凝土重度按计,单侧防撞栏线荷载为。(6)根据以上拟定的各部件尺寸,绘制箱型梁的跨中及端部截面图,见图3-2。计算跨中截面几何特性,见表3-1。图3-1 箱型梁的跨中及端部截面图(单位尺寸mm) 表3-1 跨中截面几何特性计算表跨中截面分块名称分块面积分块面积分块面积形心到上缘距离分块面积对上缘静矩分块面积自身惯矩di=ys-yi分块面积对截面形心惯矩I=Ii+Ixcm2cmcm3cm4cmcm4cm4大毛截面顶板5220946980 140940 50 13060744 13201684 承托546.721.211590 2482 38 781998 784480 腹板4186.885355878 4719113 -26 2825798 7544911 底板1881151.12284031 69947 -92 15913662 15983609 11834.5698479 4932482 32582203 37514685 小毛截面顶板4320938880 116640 54.14 12661441 12778081 承托546.721.211590 2482 41.94 961519 964001 腹板4186.885355878 4719113 -21.86 2001126 6720239 底板1881151.12284031 69947 -87.86 14520918 14590865 10934.5690379 4908182 30145004 35053186 大毛截面形心到上缘距离ys1=59.02cm小毛截面形心到上缘距离ys2=63.14cm 检验截面效率指标(希望0.5)上核心距=31.39cm下核心距=53.71cm截面效率指标=0.530.5说明以上初步拟定主梁跨中截面尺寸是合理的。图3-2 端部及跨中截面尺寸图(尺寸单位mm)3 主梁作用效应计算主梁的作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应。根据梁跨结构纵横截面的布置,计算可变作用下荷载横向分布系数,求出个主梁控制截面(取跨中、四分点、变化点截面及支点截面)的永久作用和最大可变作用效应,在进行主梁作用效应组合(标准组合、短期组合和极限组合)。3.1 永久作用效应计算(按边主梁计算)(1) 永久作用集度1)主梁自重跨中截面段主梁自重(底板宽度变化处截面至跨中截面,长12.8m)底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算(长1.68m)主梁端部截面面积为支点段梁的自重(长0.5m)主梁的横隔梁(只在端部设置横隔梁)端横隔梁体积为故半跨内横隔梁重量为主梁永久作用集度2)二期永久作用顶板中间湿接缝集度边梁现浇部分横隔梁一片端横隔梁(现浇部分)体积:所以桥面铺装层10cm厚沥青混凝土铺装6cm厚C50混凝土铺装将桥面铺装均分给我四片主梁,则防撞栏:单侧防撞栏线荷载为7将两侧防撞栏均分给四片主梁,则边梁二期永久作用集度(2) 永久作用效应按图3-3进行永久作用效应计算,设为计算截面离左侧支座的距离,并令。图3-3 永久作用效应计算图式主梁弯矩和简历的计算公式分别为永久作用效应计算见表3-2。图3-2 边梁(1号梁)永久作用效应计算表作用效应跨中四分点支点C=0.50 C=0.25 C=0.00 一期弯距/KNm3188.43 2391.33 0.00 剪力/KN0.00 218.69 437.37 二期弯距/KNm2025.64 1519.23 0.00 剪力/KN0.00 138.93 277.87 弯距/KNm5214.07 3910.56 0.00 剪力/KN0.00 357.62 715.24 3.2 可变作用效应计算(1) 冲击系数和车道折减系数计算:结构的冲击系数与结构的基频有关,故应先计算结构的基频,简支梁桥的基频可按下式计算其中由于1.5Hz14Hz,故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数当车道大于两车道时,应进行车道折减,三车道折减22%,但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。(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;由于个主梁均不设跨中横隔梁,各主梁之间的横向联系依靠现浇湿接缝来完成,故可以按刚接梁法来绘制横向分布影响线和计算横向分布系数。计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩和:抗弯惯性矩在前面以求得,见表3-1,为;对箱形截面,其抗扭惯性矩可根据式计算式中箱型梁闭合截面中线所包含的面积;相应单个矩形截面的宽度和高度;矩形截面抗扭刚度系数,可根据由表得;梁截面划分成单个矩形截面的个数。对箱形截面,计算图示见图3-4,计算如下。上式中其中由表可查得,参数。图3-4 抗扭惯性矩计算图式计算主梁的扭转位移与挠度之比及悬臂板挠度与主梁挠度之比:主梁的抗弯刚度与抗扭刚度比例参数和主梁抗弯刚度与桥面板抗弯刚度比例参数,可分别根据下式计算式中主梁抗弯惯性矩;主梁抗扭惯性矩;主梁翼缘板全宽;主梁计算跨径,;相邻两主梁梁肋的净距之半;计算单位板宽抗弯惯矩时所取的板厚,若板厚从梁肋至悬臂端按直线变化时,可取靠梁肋处的板厚,。因此,有 计算荷载横向分布影响线竖坐标值:根据计算出的参数及,可查附表A,内插得到横向分布影响线竖坐标值结果见表3-3。表3-3 横向分布影响线竖坐标值计算表0.0060.01荷载位置12341234梁号10.100 0.415 0.293 0.187 0.104 0.422 0.292 0.182 0.105 0.150 0.457 0.306 0.173 0.064 0.461 0.303 0.167 0.066 0.1175 0.430 0.298 0.182 0.090 0.436 0.296 0.177 0.091 20.100 0.293 0.281 0.238 0.187 0.292 0.288 0.238 0.182 0.150 0.306 0.287 0.234 0.173 0.303 0.294 0.236 0.167 0.1175 0.298 0.283 0.237 0.182 0.296 0.290 0.237 0.177 12341=0.00780.4328 0.2969 0.1795 0.0902 2=0.11750.2969 0.2863 0.2369 0.1795 计算各梁的荷载横向分布系数:1号梁(边梁)的横向分布系数计算和最不利荷载图示如图3-5所示。图3-5 1号梁的横向分布影响线及最不利布载图示(尺寸单位:cm)1号梁荷载横向分布系数计算,其中包含了车道折减系数,以下计算方法相同:三车道:两车道:2号梁的横向分布系数计算和最不利荷载图示如图3-6所示。图3-6 2号梁的横向分布影响线及最不利布载图示(尺寸单位:cm)2号梁荷载横向分布系数计算:三车道:两车道:2)支点截面的荷载横向分布系数;如图3-7所示,按杠杆原理法作出荷载分布影响线并进行布载,各梁的可变作用横向分布系数可计算如下:图3-7 支点截面的横向分布系数计算图示(尺寸单位:mm)可变作用(汽车)荷载的横向分布系数:3)横向分布系数取值:通过上述计算,可变作用横向分布系数1号梁为最不利,故可变作用横向分布系数取值为:跨中截面: (两车道)支点截面:(3) 车道荷载取值公路-级车道荷载均布荷载标准值和集中荷载标准值为计算弯矩时:计算剪力时:(4) 可变作用效应计算 在可变作用效应计算中,对于横向分布系数取值作如下处理:计算主梁可变作用弯矩时,均采用全跨统一的横向分布系数;计算跨中及四分点可变作用剪力效应时,由于剪力影响线的较大坐标也位于桥跨中部,故也采用横向分布系数取;计算支点可变作用剪力效应时,从支点至梁段,横向分布系数从直线过渡到,其余梁段均取。1)计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力(见图3-8)弯矩:(不计冲击时) (冲击效应)不及冲击:冲击效应:剪力:(不计冲击时) (冲击效应)不及冲击:冲击效应:2)计算处的界面的最大弯矩和最大剪力(见图3-9)3-8跨中截面内力影响线和加载图示(单位m) 3-9 l/4出截面内力影响线和加载图示(单位m)弯矩: (不计冲击时)(冲击效应)不及冲击:冲击效应:剪力: (不计冲击时)(冲击效应)不及冲击:冲击效应:3)支点截面剪力计算:如图3-10图3-10 支点截面剪力计算图式(单位m)不及冲击:冲击效应:3.3 主梁的效应组合根据可能同时出现的作用效应选择三种最不利效应组合:短期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态基本组合,见表3-4.表3-4 主梁作用效应组合计算表序号荷载类型跨中截面四分点截面支点MmaxVmaxMmaxVmaxVmaxKN.mKNKN.mKNKN第一期永久作用3188.43 0.00 2391.33 218.69 437.37 第二期永久作用2025.64 0.00 1519.23 138.93 277.87 总永久作用(=+)5214.07 0.00 3910.56 357.62 715.24 可变作用(汽车)2027.00 138.29 1520.25 222.72 368.77可变作用(汽车)冲击438.44 29.91 328.83 48.18 93.67 标准组合(=+)7679.51 168.20 5759.64 628.52 1177.67 短期组合(=+0.7)6632.97 96.80 4974.73 513.52 973.38 极限组合(=1.2+1.4)+9708.50 235.48 7281.38 808.40 1505.69 4 预应力钢束的估算及其布置4.1 预应力钢束数量的估算在预应力混凝土桥梁设计时,应满足结构在正常使用极限状态下的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。以下就以跨中截面在各种作用效应组合下,分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算,并按这些估算的钢束数确定主梁的配束数。(1)按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数:本梁按全预应力混凝土受弯构件设计,按正常使用极限状态组合计算时,截面不允许出现拉应力。当截面混凝土不出现拉应力控制时,则得到钢束数n的估算公式式中使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值,按表3-4取值;与荷载有关的经验系数,对于公路级,取0.565;一束6s15.2钢绞线截面积,一根钢绞线的截面积是1.4 cm2,故=8.4cm2大毛截面上核心距,设梁高为,可按下式计算预应力钢束重心对大毛截面重心轴的偏心距,可预先假定,;大毛截面形心到上缘的距离,可查看表3-1;大毛截面的抗弯惯性矩,参见表3-1;采用的预应力钢绞线,公称直径为15.20mm,公称面积140mm2,标准强度为,设计强度为,弹性模量。假设,则钢束n可求得为(2)按承载能力极限状态估算钢束数:根据极限状态的应力计算图式,受压区混凝土达到极限强度,应力图式呈矩形,同时预应力钢束也达到设计强度,则钢束数n的估算公式为式中承载能力极限状态的跨中最大弯矩组合设计值,按表3-4采用;经验系数,一般采用0.75-0.77,;估算得钢束数n为据上述两种极限状态所估算的钢束,故取钢束数为n=8。4.2 预应力钢束布置(1) 跨中截面及锚固端截面的钢束位置1)对于跨中截面,在保证布置预留管道构造要求的前提下,应尽可能加大钢束群重心的偏心距。预应力孔道采用内径60mm、外径67mm的金属波纹管成孔,管道至梁底和梁侧净距不应小于30mm及管道直径的一半。另外直线管道的净距不应小于40mm,且不宜小于管道直径的0.6倍,在竖直方向两管道可重叠,跨中截面及端部截面的构造如图3-12所示,Nl,N2,N3号钢筋均需进行平弯。由此求得跨中截面钢束群重心至梁底距离为图3-11 钢束布置图(跨中、端部 单位mm)2)将所有钢束都锚固在梁端截面,对于锚固端截面,钢束布置应考虑以下两方面:一是预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心,使截面均匀受压;二是要考虑锚头布置的可能性,以满足张拉操作方便的要求。锚头布置应遵循均匀、分散的原则。锚固端截面布置的钢束如图3-11所示,则端部钢束重心至梁底的距离为对钢束群重心位置进行复核,首先需计算锚固端截面的几何特性。图3-11为计算图式,锚固端截面几何特性计算见表3-5。表3-5 锚固端截面几何特性分块名称分块面积分块面积分块面积形心到上缘距离分块面积对上缘静矩分块面积自身惯矩di=ys-yi分块面积对截面形心惯矩I=Ii+Ixcm2cmcm3cm4cmcm4cm4顶板5220946980 140940 55 15658532 15799472 承托654.522.3314615 3051 41 1123939 1126990 腹板546580.35439113 5440631 -17 1502365 6942996 底板2656.25147.5391797 138187 -84 18622345 18760532 13995.75892505 5722808 36907181 42629989 其中:故计算得上核心距为下核心距为说明钢束群重心处于截面的核心范围内。(2) 钢束弯起角度及线形的确定:预应力钢筋在跨中分为三排,最下排两根(N4)弯起角度为1.5,其余6根弯起角度均为7.5。为了简化计算和施工,所有钢束布置的线形均为直线加圆弧,具体计算及布置如下。(3) 钢束计算1)计算钢束起弯点至跨中的距离。锚固点至支座中心线的水平距离为 (见图3-12);图3-13为为钢束计算图式,钢束起弯点至跨中的距离x,列表计算于表 3-6内。 图3-12 锚固端尺寸图示(单位mm) 图3-13 钢束计算图式表3-6 钢束起弯点至跨中距离计算表y1/cmY2/cmL1/cmx3/cm起弯角/()R/cmx2/cmx1/cm2.6177 0.8823 10099.9657 1.52574.7577 67.3993 1303.3050 19.5789 27.4211 150148.7167 7.53205.2165 418.3647 914.6086 26.1052 40.8948 200198.2890 7.54780.1401 623.9335 655.2575 39.1579 47.8421 300297.4335 7.55592.2112 729.9300 445.9065 上表中各参数的计算方法如下:L1为靠近锚固端直线段长度,y为钢束锚固点至钢束起弯点的竖直离,如图3-13所示,则根据各量的几何关系,可分别计算如下: 式中钢束弯起角度(); 计算跨径(cm); 锚固点至支座中心线的水平距离(cm)。2)控制截面的钢束重心位置计算各钢束重心位置计算:由图3-13所示的几何关系,当计算截面在曲线段时,计算公式为当计算截面在近锚固点的直线段时,计算公式为式中钢束在计算截面处钢束中心到梁底的距离;钢束起弯前到梁底的距离;钢束弯起半径;圆弧段起弯点到计算点圆弧长度对应的圆心角。计算钢束群重心到梁底的距离。见表3-7,钢束布置图(纵断面)见图3-14。表3-7 各计算截面的钢束位置及钢束群重心位置计算表截面钢束号x4(cm)R(cm)sincosa0(cm)ai(cm)ap(cm)四分点4未弯起2574.7577 0199.00 19.9347 3未弯起3205.2165 0199.00 273.74 4780.1401 0.01543 0.99988 2121.5688 1283.09 5592.2112 0.05062 0.99872 3340.1699 直线段yx5x5*tana0ai支点43.51.50 12.67 0.3318 912.1682 67.1186 3477.50 23.69 3.1188 952.8812 2677.50 19.48 2.5646 2185.4354 1877.50 15.27
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