m跨简支梁桥设计计算书

PAGE目录HYPERLINK\l"_Toc185315746"一、设计资料2HYPERLINK\l"_Toc185315747"1.概述2HYPERLINK\l"_Toc185315748"2．设计标准2HYPERLINK\l"_Toc185315749"3．设计规范2HYPERLINK\l"_Toc185315750"4.材料及工艺2HYPERLINK\l"_Toc185315751"5.基本计算数据2HYPERLINK\l"_Toc185315753"二、设计方案比选3HYPERLINK\l"_Toc185315754"1.第一方案：简支梁桥4HYPERLINK\l"_Toc185315755"2.第二方案：圬工拱桥4HYPERLINK\l"_Toc185315756"三、结构构造设计5HYPERLINK\l"_Toc185315757"1.主梁尺寸拟定5HYPERLINK\l"_Toc185315758"（1）主梁高度6HYPERLINK\l"_Toc185315759"（2）主梁截面细部尺寸6HYPERLINK\l"_Toc185315760"2.计算跨中截面几何特性7HYPERLINK\l"_Toc185315761"3.横隔梁设置7HYPERLINK\l"_Toc185315762"四.主梁内力计算8HYPERLINK\l"_Toc185315763"1.恒载内力计算8HYPERLINK\l"_Toc185315764"（1）预制梁自重（一期恒载）8HYPERLINK\l"_Toc185315765"（2）二期恒载8HYPERLINK\l"_Toc185315766"（3）恒载内力计算8HYPERLINK\l"_Toc185315767"2.活载内力计算9HYPERLINK\l"_Toc185315768"（1）冲击系数和车道折减系数9HYPERLINK\l"_Toc185315769"（2）计算主梁荷载横向分布系数9HYPERLINK\l"_Toc185315770"（3）计算活载内力12HYPERLINK\l"_Toc185315771"五．主梁内力组合13HYPERLINK\l"_Toc185315772"六.预应力钢束的估算与布置14HYPERLINK\l"_Toc185315773"1.跨中截面刚束的估算与确定14HYPERLINK\l"_Toc185315774"2.预应力钢束布置15HYPERLINK\l"_Toc185315775"3.非预应力钢筋的面积估算和布置15HYPERLINK\l"_Toc185315776"七．承载能力验算16HYPERLINK\l"_Toc185315777"1.正截面承载能力验算16HYPERLINK\l"_Toc185315778"2.斜截面承载能力验算16HYPERLINK\l"_Toc185315779"八．施工组织设计17HYPERLINK\l"_Toc185315780"1.编制说明17HYPERLINK\l"_Toc185315781"2.施工方案与施工工艺17HYPERLINK\l"_Toc185315782"3.混凝土扩大基础施工18HYPERLINK\l"_Toc185315783"4.桥台的施工19HYPERLINK\l"_Toc185315784"5.支座安装20HYPERLINK\l"_Toc185315785"6.预应力混凝土T型梁预制21PAGE30毕业设计书一、设计资料1.概述该桥设计为简支梁桥，主桥全长90米，桥面宽10米，双向两车道。2．设计标准设计荷载：公路-Ⅱ级，人群荷载3.0kN/m2,每侧栏杆、人行道重量的作用力分别为1.52kN/m和2.25kN/m。桥面布置：净7.0m(车行道)+2×1m（人行道）+2×0.5（栏杆）航道等级：不通航桥面纵坡：0桥面横坡：车行道：双向1.5％；标准跨经：30m（墩中心距离）3．设计规范遵照中华人民共和国交通部部颁标准：《公路工程技术标准》—（JTGB01-2003）《公路桥涵设计通用规范》—（JTGD60-2004）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》—（JTGD62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》—（JTJ024-85）《公路工程抗震设计规范》—（JTJ004-89）4.材料及工艺：混凝土：主梁C40，人行道、栏杆及桥面铺装用C30；预应力钢束：标准的mm1860钢绞线，每束由6根组成；普通钢筋：直径大于和等于12mm的采用16Mn钢或Ⅱ级热轧螺纹钢筋，直径小于12mm的均用Ⅰ级热轧光圆钢筋。钢板及角钢：制作锚头下支承垫板、支座垫板等均用普通As碳素钢，主梁间的联接用16Mn低合金结构钢板。按后张法工艺制作主梁，采用OVM15-6锚具和直径65mm抽拔橡胶管。5.基本计算数据（见表1－1）表1-1名称项目符号单位数值立方强度40弹性模量3.25×1004混凝土轴心抗压标准强强度26.8抗拉标准强度2.4轴心抗压设计强强度18.4抗拉设计强度1.65预施应力阶段极限压应力0.716.88极限拉应力0.71.51使用荷载作用阶阶段极限压应力0.513.4极限主拉应力0.81.92极限主压应力0.616.08钢绞线标准强度1860弹性模量1.95×1005抗拉设计强度1395最大控制应力σσcon0.81116材料容量钢筋混凝土25.0混凝土24.0钢束与混凝土的的弹性模量量比值无量纲6.31考虑主梁混凝土达90%标准强度时，开始张拉预应力钢束。与分别表示钢束张拉时混凝土的抗压，抗拉标准强度，则:=0.9=24.12MPa；=0.9=2.16MPa二、设计方案比选桥梁设计一般遵循安全、实用、经济和美观原则，因地制宜选择合适的桥型，以期达到预期的经济和社会效益。综合考虑，在桥型选择方面还应遵循以下原则：①桥梁要既要保证交通的需要，又要充分考虑泄洪的需要。航运标准是一个基本标准，在技术上可行、经济合理的情况下，尽可能的为航运发展留有余地。②桥梁结构造型优美、简单、轻巧，并能体现地域风格，与周围环境协调。③方案力求结构安全可靠，具有特色，又要保证结构受力合理。施工方便，可行。④根据需要采用新工艺、新技术、新材料。根据桥的地形、地质、水文条件和技术标准的要求，拟制出不同体系、不同材料且各具特色的并可能实现的若干个桥梁综合布置图式，共提出了2个桥型图式。从总体布局、设计要求，受力性能，使用性能，施工，材料，美观，维护，估算造价与工期，地域性影响、技术经济等多方面考虑后，选出以下两个方案来作方案比选，方案比选表见表2-11.第一方案：简支梁桥此方案的桥跨布置为3×30m，为预应力混凝土简支T梁。桥面为：净7.0m(车行道)+2×1m（人行道）+2×（栏杆）。桥墩均采用双柱式圆形墩。参照手工图方案一图2-12.第二方案：圬工拱桥此方案的桥跨布置为90m，圬工拱桥。参照手工图方案二图2-2方案比选表表2-1方案类别比较项目第一方案第二方案主跨桥型结构3x30m简支梁桥桥90m圬工拱桥桥桥跨梁高2m根部3m；跨中1m桥梁全长98m94m养护维修工作一般简单工期短长施工方案和难易程度预制安装，施工工简单挂篮施工方法，一般，工程数量混凝土（）2291.23924.1钢筋（吨）76.86133.73比选结果优选可选三、结构构造设计主梁尺寸拟定（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与跨径之比通常在1/15～1/25之间，当建筑高度不受限制时，增大梁高往往上较经济的方案，因为增大梁高可节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，30m跨径的简支梁桥取用2m的主梁高度是较合适的。（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。为使翼板与腹板连接和顺，在截面转角处设置圆角，以减小局部应力和便于脱模。在预应力混凝土梁中腹板内因主拉应力较小，其厚度一般由布置孔管的构造决定，同时从其本身的稳定条件出发，其厚度不宜小于其高度的1/15。则T梁腹板厚度均取15cm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，其面积占总面积的10%-20%为合适。考虑到主梁需配较多的钢束，将钢束按三层布置，每层排三束，同时根据公预规对钢束净距及预留管道的要求，初拟马蹄宽40cm，高度29cm。马蹄与腹板交接处做成45°斜坡的折线钝角，以减小局部应力。如此布置的马蹄面积约占总面积的19%。跨中截面尺寸和端部截面尺寸见图3-2。跨中和端部截面图图3-12.计算跨中截面几何特性截面几何特性的计算采用分块计算的方式，计算过程和结果见表3-1。跨中截面几何特性计算表表3-1分块名称分块面积Aii(c㎡)到上缘距离yyi(cmm)分块面积对上缘缘静矩Sii=Ai××yidi=ys-yyi分块面积对截面面形心惯矩矩Ix=AAidi22I=Ii+Ixx翼板30007.5890092.09556250125922885.98899承托10.716.133274.8879.2959.431433690.00847腹板234093537240-23.90554745520057634833.09441下三118.3005120013508866.10445马蹄1160185.5264320-138.900581296.66667149871554.52241∑=SUM(ABBOVE))66600.7=SUM(ABBOVE))8652274.88347274999.79973注：截面形心距距上缘距离离ys=∑Si/∑Ai=722.14227上核心距===40.8下核心距===72.3截面效率指标==0.565＞0.5则以上初拟跨中截面尺寸合理。3.横隔梁设置为了使在荷载作用处的主梁弯矩横向分布较均匀，同时也为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，故在桥跨共设置7道横隔梁，其间距为5m，厚度取为0.2m。横隔梁采用开洞形式，详见图3-2所示。四.主梁内力计算1.恒载内力计算（1）预制梁自重（一一期恒载）a.跨中等截面主梁梁恒载集度度：＝0.6661225.0110/300＝5.55508b.变截面恒载载集度：[（0.6661++1.00411）25.00/2]20//29.996＝14.22267C．主梁横隔梁折算算恒载集度度：＝1.13130.22725.00/29..96＝1.311985d.一期恒载：（2）二期恒载一侧栏杆：1.552一侧人行道：3.6桥面铺装：0.55（0.088+0.115）725＝20.1125将以上三项恒载载均摊给55片梁，则则：＝/5＝6.073（3）恒载内力计算恒载内力计算见见表4-11，计算图图示见图44-1。恒载内力力（外梁）计计算表4-1计算数据=28.90=835..21项目g跨中四分点四分点支点0.50.250.2500.1250.0940.250.5一期恒载23.679552472.16691859.07710171.08444342.16888二期恒载6.073634.02888476.7899743.8774471.90288恒载内力计算图图示图4-12.活载内力计计算（1）冲击系数和车道道折减系数数（2）计算主梁荷载横横向分布系系数跨中荷载横向分分布系数本例桥跨内设五五道横隔梁梁，承重结结构长宽比比为：按刚性横梁法来来绘制横向向影响线和和计算横向向分布系数数。主梁抗扭惯矩计计算分块图图图4-2a.计算主梁抗扭惯惯矩对于T形梁截面式中：和─单个个矩形截面面的宽度和和厚度─矩形截面抗扭刚刚度系数─梁截面划分为单单个矩形截截面的个数数对于跨中截面：：翼缘板的的换算平均均厚度＝15马蹄部分的换算算平均厚度度＝29+12/2＝35图1-5示出的计计算图示，其其计算表见见表4-22。计算表表4-2分块名称/翼缘板200150.13560.30492.0581腹板150150.10240.36541.8498马蹄40350.82500.16672.85896.7668系数是根据/值值由姚玲森森主编的««桥梁工程程»表2-5--2查得。b.按刚性横梁法计计算横向影影响线竖坐坐标值：计算所得的值列列于表4--3内。值计算表表4-3梁号12345420-2-40.60.40.20-0.2-0.200.20.40.5877c.计算主梁横向分分布系数1号主梁的横向影影响线和最最不利布载载图式如图图4-3所示。横向影响线计算算图示图4-3对于一号梁：汽车人群荷载＝00.68775（3）计算活载内力计算主梁活载弯弯矩时，采采用全跨统统一的横向向分布系数数，跨中和和四分点剪剪力也按不不变的计算算（见图44-4和4-5）。1）车道荷载加载求求活载内力力计算公式式为：式中：─所求截面的弯矩矩或剪力─车辆荷载的轴重重─延桥跨纵向与荷荷载位置对对应的内力力影响线坐坐标值。由规范查得：；；；则有：跨中：＝11.158810.71（2707.2225+7..875228.977.2255/2）＝2279.8331四分点：＝11.158810.711（2706.4119+7..875228.966.4199/2）＝2025.5＝1.158100.71（1.227700.775+7..87500.75228.900.75//2）＝252.41666跨中横向分布系系数计算图图示图4-4四分点横向分布布系数计算算图示图4-5人群荷载效应计计算跨中四分点五．主梁内力组组合基本组合：（用用于承载极极限应力状状态）短期组合：（用用于正常使使用极限状状态）长期组合：（用用于正常使使用极限状状态）内力组合见表55-11号梁内力组合总表表表表5-1梁号序号荷载类别跨中四分点11第一期恒载2472.166901859.0771171.08442第二期恒载634.02990476.789943.8773总恒载=SUM(ABBOVE))31066.19880=SUM(ABBOVE))23355.86=SUM(ABBOVE))214..9614人群161.49665.588143.4811.445汽车2279.8331156.58332025.5252.41777基本组合7100.0777225.47555799.4229624.151118短期组合4484.333494.6533560.2555367.544459长期组合3893.700454.0873035.5114302.15116六.预应力钢束的估估算与布置置1.跨中截面刚刚束的估算算与确定按使用阶段的应力力要求估算算钢束数，首先，根根据跨中截截面正截面面的抗裂要要求，确定定预应力钢钢筋的数量量。为满足足抗裂要求求，所需的的有效预加加力为：根据跨中截面毛毛截面几何何性质：=0.928886×106mm2,=721..43mmm,=12788.57mmm,=0.32274744998××1012mm4,=0.25561266×109mm3.=44844.3344为预应力筋重心心到毛截面面重心的距距离，，设设为120mmm，则=12788.57--120==11588.57mmm.采用钢绞线，单单根钢绞线线=139mmm2，张拉控控制应力，预预应力损失失按张力控控制应力的的20%估算。所所需预应力力钢绞线的的面积为：：采用4束7预应应力钢筋，预预应力束的的布置如图图1-12，OVM115-6型锚具，供供给的预应应力钢筋截截面面积为为Ap=4×7×1399=38992mm2，采用金属属波纹管成成孔，预留留孔道直径径70mm。2.预应力钢束束布置确定跨中及锚固固端截面的的钢束位置置，见图6--1。预应力筋布置图图图6-13.非预应力钢筋的的面积估算算和布置设预应力钢筋和和非预应力力钢筋的合合力点到截截面底边的的距离为80mm，则有先假定为第一类类T梁截面，计计算受压区区高度x，即求得则非预应力钢筋筋的截面积积4.预应力损失估算算预应力损失取跨跨中截面进进行计算，按按照规范后后张法预应应力损失共共有5项。1）摩擦损失2）锚具回缩损失失3）弹性压缩损失失4）钢束松弛损失失5）混凝土收缩徐徐变损失有效预应力为11395--31.0037-80.9969-33.1165-30.1173-73.2201=11466.4555MPa七．承载能力验验算1.正截面承载能力力验算正截面验算取弯弯矩最大的的跨中截面面，先按第第一类T梁计算受受压区高度度x，即受压区全部在翼翼缘板内，说说明是第一一类T形截面。正截面抗弯承载载力验算按按下式进行行2.斜截面承载能力力验算斜截面承载能力力验算的验验算取四分分点处截面面进行验算算，按下式式进行：式中箍筋采用双肢直直径为100mm的HRB3335钢筋，间间距2000mm，则则故所以，四分点截截面处的斜斜截面抗剪剪满足要求求。八．施工组织设设计1.编制说明考虑到当前及未未来交通量量发展的趋趋势，以及及行人需要要通行等客客观要求，本本桥采用等等跨布置，桥桥面宽为：：净9+2×0..75m。且当需需要拓宽桥桥面的时候候，可以在在其旁边再再造一座与与之平行的的同种类型型的桥，这这不仅美观观，而且有有利于节约约费用。为保证工程顺利利进行，按按合同工期期按时完成成任务，本施工组组织计划一一旦被批准准，要对上上部结构与与下部结构构的施工分分别制定实实施细则，以以切实指导导施工。2.施工方案与与施工工艺艺1）成桥过程桥墩浇筑→支座座安装→中部T梁的吊装→边梁吊装→边梁横移移就位→边梁吊装装完成→桥面板现现浇→防撞护栏栏浇筑→桥面铺装→栏杆安装→沥青路面→细部观察察2）T梁施工工艺流程程图：铺设架梁及运梁及轨道铺设架梁及运梁及轨道组装架桥机试吊脱空前支架整机推进到位支顶前支架喂梁吊梁、纵移到位落梁、横移就位安放支座焊接梁片连接板、支座上下钢板架下一片梁施工流程图8--1主梁浇注1）T梁内部设置普通通钢筋，形形成钢筋骨骨架，完成成部分构造造功能。2）在T梁两端，为适应应内部预应应力束的抬抬高，要将将马蹄抬高高。3）后张法预应力TT梁施工，在在主梁浇筑筑完毕，穿穿束完成后后，要进行行预应力张张拉。所以以在张拉端端设置锚头头构件预留留张拉位置置。锚头可可设置在梁梁端、梁顶顶等位置。4）多数T梁在梁内部设置置通长的预预应力钢束束。5）由于梁的两端剪剪力较大，所所以要将预预应力钢束束在两端抬抬起。这和和钢筋混凝凝土梁很相相似。6）预应力钢束要套套橡胶管，在在锚头处要要加锚垫板板，以克服服由于局部部受力所引引起的应力力集中。穿束预应力筋穿入孔孔道的方法法有先穿束束法和后穿穿束法两种种。先穿束束法即在浇浇注混凝土土之前穿束束。这种穿穿束法较省省力，但束束端保护不不当易生锈锈。后穿束束法即在混混凝土浇筑筑之后穿束束。穿束可可在混凝土土养护期内内进行，不不占工期，便便于用通孔孔器或高压压水通孔，穿穿束后及时时张拉，易易于防锈，但但穿束较为为费力。后后穿束法可可用人工穿穿束、卷扬扬机穿束和和穿束机穿穿束。穿束束前应全面面检查孔道道是否完整整无缺。张拉1）预应力T梁一一般采用后后张法（先先浇筑混凝凝土，后张张拉预应力力钢筋）。后后张法是利利用构件自自身作为加加力台座进进行预应力力筋的张拉拉，并用锚锚夹具将张张拉完毕的的预应力筋筋锚固在构构件的两端端，再在预预应力筋的的管道内压压入水泥浆浆，使预应应力筋与混混凝土粘结结成整体。后后张法主要要是靠锚夹夹具来传递递和保持预预加应力的的。2）预应力筋张拉拉时的混凝凝土强度直直接影响构构件的安全全度、锚固固区的局部部承压、徐徐变引起的的损失等，是是施加预应应力成败的的关键。3）施加预应力的的方法很多多，除常用用的一端张张拉、两端端张拉、对对称张拉、超超张拉等以以外，还有有分批张拉拉、分段张张拉、分阶阶段张拉、补补偿张拉等等。截断由于预应力筋要要设置工作作区而预留留长度（770cm），在在预应力筋筋张拉后钢钢筋又被拉拉长，从而而在端部产产生多余的的钢筋长度度。为便于于封锚，必必须将这部部分截断。封堵1）钢筋张拉完成成后即可进进行孔道灌灌浆。孔道道灌浆用的的水泥标号号不应低于于425号普通硅硅酸盐水泥泥。灌浆后后，应用人人工再从泌泌水管内徐徐徐补入水水泥浆，并并用细铁丝丝不断插捣捣，直至密密实。2）对于埋置在梁梁体内的锚锚具，在预预加应力完完毕后，应应先在其周周围设置钢钢筋网，然然后浇筑混混凝土。混混凝土的标标号不宜低低于构件本本身标号的的80%，亦不宜宜低于构件件本身标号号的80%，亦不低低于30号。成型3.混凝土扩大大基础施工工1）施工工艺流程（见见图8-2）图8-222）施工技术措施及及要点基坑开挖及检验验基坑施工不可延延续时间过过长，自基基坑开挖至至基础完成成，应抓紧紧连续不断断施工。挖挖掘机开挖挖至坑底时时，应保留留30cm以上的厚厚度，用人人工挖至基基底高程。同同时应注意意观察坑缘缘顶地面有有无裂缝，坑坑壁有无松松散塌落现现象发生，确确保安全施施工。待检验符合以上上要求时，方方可进行基基础砼的施施工。模板的制作与安安装模板安装要求：：A、安装侧模板时，应应防止模板板移位和凸凸出，基础础侧模在模模板外设立立支撑加固固。B、模板安装完毕后后，应对其其平面位置置、顶部标标高、节点点联系及纵纵横向稳定定性进行检检查，签认认后方可浇浇筑砼，浇浇筑时，发发现模板有有超过允许许偏差变形形值的可能能时，应及及时纠正。砼基础的浇筑砼浇筑一般要求求：A、砼应按一定厚厚度、顺序序和方向分分层浇筑，应应在下层砼砼初凝前浇浇筑完成上上层砼，上上下层同时时浇筑时，上上层与下层层前后浇筑筑距离应保保持1.55m以上。B、使用插入式振振动器时，移移动间距不不应超过振振动器作用用半径的1.5倍，与侧侧模应保持持50～100mmm的距离离，插入下下层砼50～100mmm，每一一处振动完完毕后应边边振动边徐徐徐提出振振动棒，应应避免振动动棒碰撞模模板。C、对每一振动部部位，必须须振动到该该部位砼密密实为止，密密实的标志志是砼停止止下沉，不不再冒出起起跑，表面面呈现平坦坦、泛浆。D、砼的浇筑应连连续进行，如如因故必须须间断时，其其间段时间间应小于前前层砼的初初凝时间。E、浇筑砼期间，设设专人检查查支架、模模板、钢筋筋和预埋件件等稳固情情况，当发发现有松动动、变形、移移位时，应应及时处理理。4.桥台的施工工1）板的加工制作为保证外观质量量，桥台外外露部分结结构的模板板用防水胶胶合板制作作。桩帽及及桥台填土土面以下均均属隐蔽部部分，故拟拟采用钢模模板拼制，要要求尺寸准准确，拼缝缝严密，平平整度符合合规范要求求。2）钢筋钢筋在钢筋场地地下料加工工，制成半半成品，运运到作业地地点现场绑绑扎成型。较较粗的钢筋筋尽量采用用对焊接头头，保证受受力筋轴线线在同一直直线上；对对于搭接焊焊，严格控控制焊接长长度，双面面焊不小于于5d，单面焊焊不小于10d（d为钢筋直直径）。3）混凝土浇筑由于系梁的高度度在50ccm以上，故故采取分层层浇筑、分分层振捣的的方式。严严格掌握振振捣顺序和和振捣时间间，注意不不振露、不不过振。浇浇筑同时做做好浇筑记记录。混凝凝土浇完成成后及时覆覆盖洒水养养生。4）墩柱、盖梁的施施工工程技术措施及及要点：A.主筋预埋筋定位位根据施工图钢筋筋骨架尺寸寸，用槽钢钢制作一个个墩柱钢筋筋骨架定型型模具。在在承台钢筋筋及模板定定位之后，先先将定型模模具固定，然然后再按模模具安装主主筋，同时时加设墩柱柱定位加强强箍筋。采采用该方法法，只要将将定型模具具准确定位位并进行必必要的加固固，能够保保证承