25M后张法预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计.doc

1、25M后张法预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计 内 容 摘 要 本设计为后张法预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计。跨径布置为25m，计算跨径24.12m, 主梁全长24.92m, 桥面宽度为净9m（行车道）+20.75m（防撞栏）。设计荷载：公路I级；环境标准：I类环境；设计安全等级：二级。施工方法采用后张法，用金属波纹管和夹片锚具，预应力钢束用曲线形，用高强度低松弛预应力钢绞线。依据桥梁规范计算荷载验算应力然后确定桥梁的截面及其配筋情况，按照全预应力构件设计。 本文主要阐述了该桥的设计、计算及验算过程。首先进行了主体设计及计算。包括主梁作用效应计算；预应力钢束的估算及其布置；钢束预应力损

2、失计算。然后进行主梁截面承载力与应力计算。主要包括承载能力极限状态计算；持久状况正常使用极限状态抗裂性验算；持久状况构件应力计算；短暂状况构件的应力验算及主梁变形验算。其次进行横隔梁和行车道板的设计。最后进行了主梁端部的局部承压验算。 关 键 词 预应力；后张法；T型梁；内力计算；强度验算 1 25m prestressed concrete T-beam bridge design Author: Xu Zhiwei Instructor: Jia Yan Abstract This design is the method of post-tensioning prestressed co

3、ncrete simply-supported T-beam bridge upper structure design. Standard lengths：25m; calculated span :24.12m；main length :24.92m； width : 9m (carriageway) + 2 * 0.75 m (bull). Design load: highway - I, Environmental standard of environment: I;Design safety level: 2. Using the method of post-tensionin

4、g construction with metal corrugated pipe and slice the anchorage, prestressing tendons with high strength, with measures of low relaxation prestressed strands. According to the standard load and stress calculation of bridge checking design bridges section and reinforcement, according to the prestre

5、ssed component design. This article mainly discusses the design and calculation of bridge and checking process. First, the main design and calculation. Including the main effect; Estimation of prestressing tendons and its layout, Steel beam prestress loss calculation. Then on deck with stress calcul

6、ation capacity. Mainly includes the bearing capacity calculation limit state, Lasting condition normal use limit state cracking-resistance, checking, Lasting condition; structural stress computation Briefly state of stress 2 calculation and structural deformation calculation girder. Next to the traf

7、fic plate and centromeres beam design. Finally the girder ends of local pressure calculation. Key words Prestressed；post-tensioning；T-beam；Internal force calculation；Strength calculation 3 目 录 1设计基本资料及构造布臵 . 1 1.1设计资料 . 1 1.2主要材料和工艺 . 1 1.3结构设计 . 1 1.4几何特性计算. 2 2主梁设计 . 6 2.1主梁作用效应计算 . 6 2.2预应力钢束数量估算

8、及其布臵 . 22 2.3计算主梁截面几何特性计算 . 30 2.4钢束预应力损失计算 . 40 2.5主梁截面应力与变形验算 . 53 3横隔梁的设计 . 73 3.1横隔梁的内力计算 . 73 3.2横隔梁的截面配筋和验算 . 75 3.3横隔梁剪力验算和配筋 . 77 4.行车道板计算 . 78 4.1悬臂板荷载效应计算 . 78 4.2连续板荷载效应计算 . 80 4.3截面设计、配筋与承载力验算 . 85 5.端部的局部承压验算 . 88 5.1局部承压区的截面尺寸验算 . 88 4 5.2局部抗压承载力验算 . 89 谢 辞 . 90 参 考 文 献 . 91 5 第一章 设计基本

9、资料及构造布臵 1.1设计资料 （1）设计跨径和桥面宽度 1）标准跨径：25m（墩中心线）。 2）计算跨径：24.12m。 3）主梁全长：24.92m. 4) 桥面宽度（桥面净宽）：9+20.75m(人行道)。 （2）设计标准 1）设计荷载：公路级，人群荷载3KN/m2,每侧栏杆、人行道的重量分别为1.52KN/m和3.6KN/m。 2）环境标准：类环境。 3）设计安全等级：二级。 1.2主要材料和工艺 （1）混凝土：主梁、翼缘板、横隔板、湿接缝均采用C50混凝土；桥面铺装采用C40混凝土。 （2）钢材：预应力钢束：采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞筋，公称直径为15.20mm，公称面积14

10、0mm2，标准强度fpk=1860MP, 弹性模量Ep=1.95105MPa。 （3）施工工艺：按后张法施工工艺制作主梁，采用金属波纹管和夹片锚具，波纹管内径70mm，外径77mm。 1.3结构设计 1 （1）本设计为简支T形梁。 （2）桥面板横坡假定为和桥面横坡相同，本设计假设为平坡。 （3）主梁断面：主梁高1.3m，梁间距为2.0m其中预制梁宽1.8m，翼缘板中间湿接缝宽度为0.2m。主梁跨中肋厚0.16m，马蹄宽为0.32m端部腹板厚度加厚到与马蹄同宽，以满足端部锚具布臵和局部应力需要。 （4）横隔梁设臵：横隔梁公设6道，间距为4.824m，端横隔梁宽度为0.2m，跨中横隔梁宽度为0.1

11、5m。 （5）桥面铺装：设计总厚度17cm，其中水泥混凝土厚度为8cm，沥青混凝土厚度为9cm，两者之间加设防水层。 1.4几何特性计算 上述资料拟定尺寸，绘制T梁的跨中及端部截面见图12，图13。 1/2跨中横截面 梁 中 心 线 2 梁 中 心 线 图 1-1 预应力混凝土T梁结构尺寸图（尺寸单位：cm） 从上到下分别为横断面、内梁立面、外梁立面、II剖面图 图12 T形梁跨中截面尺寸图（尺寸单位：cm） 3 现浇部分 图13 T形梁端部截面尺寸图（尺寸单位：cm） 计算截面几何特征，计算时可将整个主梁截面划分为n个小块面积进行计算，跨中截几何特征列表计算见表11。 表11 跨中截面几何特

12、性计算表 4 （续） 5 第二章 主梁设计 2.1主梁作用效应计算 主梁的作用效应计算包括永久作用和可变作用。根据梁跨结构纵、横截面的布臵，计算可变作用下荷载横向分布系数，求处各主梁控制截面（取跨中、四分点截面及支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，再进行主梁作用效应组合（标准组合、短期组合和极限组合）。 2.1.1永久作用效应计算 （1）永久作用集度 1）主梁自重 跨中截面段主梁自重（五分点截面至跨中截面，长7.236）： q(1)=0.476267.236 = 89.55（KN） 马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重近似计算（长2m）： q(2)=（0.6145+0.476）2622=63.28

13、（KN） 支点段梁的自重（长282.4m）： q(3)=0.4762.82426=34.95（KN） 横隔梁体积 中横隔梁体积为：0.15（1.220.82-0.8220.72-0.080.08/2）=0.1422（m3） 端横隔梁体积为：0.2（1.020.72-0.110.74=0.1428（m3） 故半跨内边主梁横隔梁重量： 6 q(4)=（20.1422+0.1428）26 =11.11（KN） 中主梁的横隔梁重量： q(5)=2（0.1422+0.1428）26 =14.82（KN） 主梁永久作用集度 qI边=（89.55+28.35+34.95+11.11）12.46=13.16（

14、KNm） qI中=（89.55+28.35+34.95+14.82）12.46=13.46（KNm） 2）二期恒载 翼缘板中间湿接缝集度： =0.20.0826=0.416（KN/m） q（6） 现浇部分横隔梁 一片中横隔梁（现浇部分）体积： 0.151.020.1=0.0153（m3） 一片端部横隔梁（现浇部分）体积： 0.21.210.1 =0.0242（m3） 故 q=（40.0153+20.0242）2624.92=0.1143（KNm） （7） 桥面铺装层 8cm水泥沥青混凝土铺装：0.08925=18（KN/m） 9cm沥青混凝土铺装：0.09923=18.63（KN/m） 将桥面

15、铺装重量均分给五片梁，则： =（18+18.63）5=7.326（KN/m） q（8） 单侧人行道荷载为3.6KN/m，单侧栏杆荷载为1.52KN/m，将两侧人行道和栏杆均分给五片梁，则 7 =(1.523.60)25 =2.048（KN/m） q（9） 主梁二期永久作用集度 qII边=qII中=0.416+0.1143+7.326+2.048=9.90（KNm） （2）永久作用效应：下面进行永久作用效应计算，参照图21，设a为计算截面至左侧支座的距离，并令c=al，主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为： 影响线 影响线 图21 永久作用效应 1 c?(1?c)?l2q2 1 Vc?(1?2c)

16、ql 2Mc? 永久作用效应计算表见表21。 表 21边主梁作用效应计算表 8 2.1.2可变作用效应计算： （1） 冲击系数和车道折减系数的计算：结构的冲击系数?与结构的基频f有关，故应计算结构的基频，简支梁桥的基频可按下式计算 ?f?2?Z?4.175HZ 2l2?24.122? G0.4920?26?103 其中，mc?kg/m?1303.98kg/m由于mHZ?f?14HZ, g9.81 故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数为 ?0.1767Inf?0.0157?0.2368 当车道大于两车道时，应进行车道折减22%，但折减后不得小于两车道布臵的计算结果。 （2） 计算主梁的荷载横向分布

17、系数 1）跨中的荷载横分布系数： 本桥在跨度内设有横隔梁，具有强大的横向连接刚性，且承重结构的长宽比为： 9 l24.12?2.412?2 B5?2 故可按偏心压力法来绘制横向影响线并计算横向分布系数mc。 本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=5,梁间距为2m，则： 22222222222 a?a?a?a?a?a?(2?2)?2?0?（?2）?（2?2）?40m?i?12345 i?15 故1号梁横向影响线的竖标值为： a1211(2?2)?11?n?0.6 n540?ai2 i?12 a1211(2?2)?15?n?0.2 n5402a?i i?12 由?11和?15绘制1号梁横向影响线，如图22 所示，图中按公 路桥涵设计通用规范（JTG D602004）规定确定了汽车荷载的最不利荷载位臵。 图22横向分布系数计算图示（尺寸单位：cm） 图中：从上到下分别为桥梁横截面，1、2、3号梁横向影响线 10 进而由?11和?15计算横向影响线的零点位臵，在本设计中，设零 点至1号梁位的距离为x，则： x4?2?x? 0.60.