16m跨径设计计算书

黄淮学院本科毕业设计本科毕业设计攀枝花菁河桥系 院：建筑工程学院学生姓名：郭小伟学 号：专 业：土木工程年 级：1003ZB完成日期：2012.05.20指导教师： 李修忠摘 要预应力混凝土简支T形梁桥由于其具有外形简单，制造方便，结构受力合理，主梁高跨比小，横向借助横隔梁联结，结构整体性好，桥梁下部结构尺寸小和桥型美观等优点，目前在公路桥梁工程中应用非常广泛。本次毕业设计为一级公路桥设计，主梁就选用了后张法预应力混凝土简支T形梁。首先进行了桥型方案的比选，确定简支梁桥方案后，就其进行了结构设计，设计的主要内容有：拟定截面尺寸；计算控制截面的设计内力及其相应的组合值；估算预应力钢筋的数量并对其进行布置；计算主梁截面的几何特征值；计算预应力损失值；正截面和斜截面的承载力复核；正常使用极限状态下构件抗裂性及变形验算；持久状态下和短暂状态下构件截面应力验算。接着进行了简单的施工方法设计，包括施工前的准备，主要分项工程的施工方法设计，冬季和雨季的施工安排以及施工过程中的环境保护措施等。 关键词：预应力；T形梁；方案比选；结构设计；施工方法AbstractPrestressed concrete T-shaped girder bridges are of many advantages. They have simple outlines and can be fabricated easily. The forces that act on their structures are reasonable.The ratio of height of girders to span of girders is small. In landscape orientation the girders are connected by intersecting girders. Therefore the whole structure is of good entirety. And there are still many other merits, such as small size of infrastructure, the beauty of this type of bridge and so on. Because of these advantages the PC T-shaped girder bridges are now widely applied in highway bridge projects. The paper is about the design of first class highway. Posttensioning prestressed concrete T-shaped girder is chosen as the main girder of the bridge. In the process of the design of the bridge, the comparison of different types of bridge is done firstly. After the comfirmation of the type of the bridge, the design of the structure is done, including confirming the size of cross sections, calculating the design forces of restraining sections and combining them according to The Criterion, estimating the amount of prestressed steels and arranging them, calculating the geometrical traits of cross sections of girders, calculating the loss of prestress, checking the carrying capacity of cross sections, check computations of the anticrack capacity of the structure and deformation in the ultimate state of normal use, and the stress of cross section respectively in the state of lasting load and in the state of temporary load. After all the work, next is the design of construction method. It includes the preparation before construction, the design of construction method of small projects, the arrangements of construction in the rainy season and in winter, the measurements of protecting environment in the process of construction.Keywords: prestress; T-shaped girder; comparion of different schemes; the design of the structure; construction method目 录 桥梁上部结构设计6 1 引桥计算61.1 设计资料61.1.1 桥面净空61.1.2 主梁跨径及全长61.1.3 设计荷载61.1.4 材料61.1.5 计算方法61.1.6 结构尺寸61.1.7 设计依据71.2 主梁的计算71.2.1 跨中荷载弯矩横向分布系数（按GM法）71.2.2 横梁抗弯及抗扭惯矩81.2.3 计算抗弯参数和抗弯参数91.2.4 计算荷载弯矩横向分布系数影响坐标91.3 作用效应计算131.3.1 永久作用效应131.3.2 永久作用效应计算141.3.3 可变作用效应151.3.4 可变荷载剪力效应计算171.4 持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算201.4.1 配置主筋201.4.2 持久状况截面承载能力极限状态计算211.4.3 根据斜截面抗剪承载力进行斜筋配置211.4.4 箍筋配置241.4.5 斜截面抗剪承载能力验算251.5 持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算271.6 持久状况正常使用极限状态下的挠度验算282 主桥计算302.1设计资料302.1.1 桥面净空302.1.2 主梁跨径及全长302.1.3 设计荷载302.1.4 材料302.1.5 施工工艺302.1.6 设计依据302.2 横截面布置312.2.1 主梁间距与主梁片数312.2.2 主梁跨中截面主要尺寸（图 - 1图 - 2）322.2.3 检验截面效率指标332.2.4 横截面沿跨长变化332.2.5 横隔梁的设置342.3 永久作用效应计算342.3.1 永久作用集度342.3.2 二期永久作用352.3 永久作用效应352.3.1 冲击系数和车道折减系数362.3.2 计算主梁的荷载横向分布系数372.4 预应力钢束的估算及其布置452.4.1 跨中截面钢筋的估算和确定452.4.2 其它截面钢束位置及倾角计算472.4.3 钢束预应力损失估算512.5 持久状况截面承载能力极限状态计算562.5.1 正截面承载能力计算562.5.2 斜截面承载力计算572.5.3 斜截面抗弯承载力582.5.4 持久状况下的混凝土主应力验算602.5.5 抗裂性验算632.6 支座计算682.6.1 选定支座的平面尺寸682.6.2 确定支座的厚度682.6.3 验算支座的偏转692.6.4 验算支座的抗滑稳定性69 桥梁上部结构设计1 引桥计算1.1 设计资料1.1.1. 桥面净空 净8m + 20.75m（挡石及防撞栏杆）1.1.2 主梁跨径及全长 标准跨径：l=16.00m (墩中心距离)； 计算跨径：l=15.50m (支座中心距离)； 主梁全长：l=15.96m （主梁预制长度）。1.1.3 设计荷载 公路级。人群荷载取3KN/m。1.1.4 材料 钢筋：主筋用HRB335钢筋，其他选用R235钢筋； 混凝土：标号C30。1.1.5 计算方法 极限状态法。1.1.6 结构尺寸 如图 - 1所示，全断面五片主梁，设五根横梁。图 - 1 （尺寸单位：cm）1.1.7 设计依据（1） 公路桥涵设计通用规范（JTG D602004），简称桥规；（2） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004），简称公预规。 (3) 公路小桥涵设计示例 刘培文周卫编著 人民交通出版社 2005年2 主梁的计算1.2.1 跨中荷载弯矩横向分布系数（按GM法） 主梁的的抗弯及抗扭惯矩和主梁界面的重心位置 (图- 2)： 图1- 2（单位：cm）h1=1/2（8+12）=10（cm）= =42.14 (cm) = (m)T形截面抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即： =式中： 矩形截面抗扭惯矩刚度系数（见表 - 1）； ，相应各矩形的宽度和厚度。 表- 1 t/b10.90.80.70.60.50.40.30.20.1 0.1c0.1410.1550.1710.1890.2090.2290.2500.2700.2910.3121/3查表可知： /=0.10/2.00=0.050 0.1，=1/3 /=0.20/（1.3-0.10）=0.167，内插得 =0.40故 =4.408 （m）单位宽度抗弯及抗扭惯矩：=/b=7./180=4.023 (m/cm) =/b=4.408/180=2.45(m/cm)1.2.2 横梁抗弯及抗扭惯矩翼板有效宽度计算 （图 - 3） 横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即：l=4b=41.8=7.2 (m) c=1.85 (m)=100 cm, =15 cm =1.85/7.2=0.275根据比值可查表- 2，求得：/=0.6995则=0.6995=1.294 (m)求横梁截面中心位置：= 图 - 3 = =0.21 m 横梁的抗弯和抗扭惯矩和： =3.2010 (m)=，查表 - 1，有： =0.0285 %=0.22%0.2故正截面复核验算满足要求，即设计安全。1.4.2 腹筋配置 截面尺寸检查 根据构造要求，梁最底层钢筋232通过支座截面，支点截面的有效高度为：故截面尺寸符合设计要求。斜截面的配筋的计算图式。按公预规526条与5211条规定： 最大剪力取用梁高一半处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担不小于60%，弯起钢筋承担不大于40%； 计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心处由弯起钢筋承担的那部分剪力值； 计算以后每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。弯起钢筋配置计算图式如图- 9所示。图- 9(尺寸单位：cm)由内插可得：距梁高处的剪力效应为：=579.32KN，其中：相应各排弯起钢筋位置与承担的剪力值见表- 17.相应各排弯起钢筋位置与承担的剪力值 表- 17斜筋排次弯起点距支座中心的距离 m承担的剪力值 kN11.15109.8222.2770.1533.3531.89(2) 各排弯起钢筋的计算，按公预规527条规定,与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载能力（KN）按下式计算： 式中：弯起钢筋的抗拉设计强度； 在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋的总面积 ； 弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。相应的各排钢筋弯起钢筋的面积按下式计算：式中：=280，=45，=0.75。则每排钢筋的面积为：弯起：在近跨中处，增设辅助斜筋。按公预规5211条规定，弯起钢筋的弯起点，应设在抗弯强度计算不需要该钢筋的截面以外不小于，满足要求。(3) 主筋弯起后持久状况承载能力极限状态正截面承载能力校核：计算每一弯起截面的抵抗弯矩时，由于钢筋根数不同，其钢筋的重心亦不相同，则有效高度大小不同，现进行估算。钢筋的抵抗弯矩为：1.4.4 箍筋配置 按公预规5211条规定，箍筋间距的计算公式：式中：异形弯矩影响系数，取； 受压翼缘的影响系数，取； 距支座中心处截面上的计算剪力； 同一截面上箍筋的总截面面积； 箍筋的抗拉设计强度； 混凝土和钢筋的剪力分担系数，取。选用双肢箍筋，则面积；距支座中心处的主筋为，计算剪力。代入公式，可得:选用 根据 公预规 9.3.13 条规定，在支座中心向跨径方向长度不小于1倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。 综上所述，全梁箍筋的配置为双肢箍筋：由支点至距支座中心2.27m处，为10cm，其余地方箍筋间距为20cm。则配筋率分别为：当=10cm时：当=20cm时： 均大于规范规定的最小配筋率：R235钢筋不小于0.18%的要求。1.4.5 斜截面抗剪承载能力验算按公预规526条规定，斜截面抗剪强度验算位置为：(1)距支座中心（梁高一半）处截面；(2)受拉区弯起钢筋弯起点处的截面；(3)锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面；(4)箍筋数量或间距有变化改变处的截面；(5)受弯构件腹板宽度改变处的截面。因此，本桥主梁斜截面抗剪斜截面强度的验算截面如图 - 10 所示。 图- 10（单位：cm）(1)距支座中心（梁高一半）处截面1-1， ；(2) 距支座中心1.2m处截面2-2，相应的；(3) 距支座中心2.3m处截面3-3，相应的；(4) 距支座中心3.4m处截面4-4，相应的；按 公预规 527 条的规定：受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为：式中： 斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力；与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪能力；斜截面内在同以弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积。斜截面水平投影长度C按下式计算：式中：斜截面受压端正截面处的剪跨比。近似取，即：由C值内插求得各个截面顶端处的最大剪力和相应的弯矩，按公预规取，。斜截面1-1：截割一组弯起钢筋，纵向钢筋含筋率。 斜截面2-2：截割一组弯起筋,纵向钢筋含筋率， ）斜截面3-3：截割二组弯起钢筋，纵向钢筋含筋率， ）斜截面4-4：截割二组弯起钢筋，纵向钢筋含筋率， 经验算，斜截面抗剪承载力满足要求。1.5 持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算按公预规643条的规定，最大裂缝宽度按下式计算： 式中： 考虑钢筋表面形状的系数，取。考虑荷载作用的系数，长期荷载作用时，其中为长期荷载效应组合下的内力，为短期效应组合计算的内力；与构件形式有关的系数，取； 受拉钢筋在使用荷载作用下的应力，按公预规644条公式计算：取1号梁的弯矩组合效应相结合：短期效应组合： =797.08+0.7783.96+66.3=1412.15长期效应组合：=1137.18选短期组合时,钢筋应力：代入公式得满足公预规642条的要求。但是，还应满足公预规938条规定，在梁腹高的两侧设置直径为的纵向防裂钢筋，以防止产生裂缝。选用，则介于0.00120.002之间，可以选用。1.6 持久状况正常使用极限状态下的挠度验算按公预规651条和公预规652条规定：式中：全截面（不考虑开裂）换算截面重心轴以上部分对重心轴的面积矩；换算截面中性轴T梁顶面的距离。代入数据并化简解方程得：全截面对重心轴的惯性矩：全截面抗裂边缘弹性抵抗矩：为开裂截面的惯性矩，按下式计算：代入数据后得：=4.5997将所有数据代入公式后得：根据上述的计算结果，结构的自重弯矩为645.95。公路级可变荷载；，跨中横向分布系数；人群荷载，跨中横向分布系数。永久作用：可变作用（汽车）：可变作用（人群）：式中：作用短期效应组合的频遇值系数，对汽车，对人群。 根据公预规6.5.3条规定，当采用C40以下混凝土时，挠度长期增长系数，施工中可以通过预拱度消除永久作用挠度，则：挠度符合规范的要求。2 主桥计算2.1 设计资料2.1.1 桥面净空 净 8m + 2 0.75m 人行道。2.1.2 主梁跨径及全长 标准跨径： l=35m (墩中心距离)； 计算跨径： l=34m (支座中心距离)； 主梁全长： =34.96m （主梁预制长度）。2.1.3 设计荷载 公路级，荷载级。人群荷载取3KN/m；每侧人行栏、防撞栏的作用力分别为1.52KN/m和4.99KN/m.2.1.4 材料 钢筋：主筋用HRB335钢筋，其它选用R235钢筋； 混凝土：标号C50，栏杆及桥面铺装用C30。2.1.5 施工工艺 后张法部分预应力施工，采用内径70外径77的预埋波纹管和夹片锚具。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 （JTC D622004）的钢绞线，。普通钢筋直径大于和等于12的采用HRB335，直径小于12的均用R235钢筋。2.1.6 设计依据 （1） 交通部颁公路工程技术标准 （JTG B012003），简称标准； （2） 交通部颁公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004），简称桥规； （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 （JTG D622004），简称公预规。2.2 横截面布置2.2.1 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T梁翼板。本桥主梁翼板宽度为1800mm，由于宽度较大，为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：预施应力、运输、吊装阶段的小截面(b=1400mm)和运营阶段的大截面( b=1800mm)。净8m+20.75m的桥宽选用五片主梁，如图II1所示。 基本计算数据见表1。 基本计算数据 表1名称项目符号单位数据混凝土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5032.42.6522.41.83短暂状态容许压应力容许拉应力20.721.757持久状态标准荷载组合：容许压应力容许主压应力短期效应组合