预应力混凝土连续梁桥毕业设上计计算书.doc
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1、I 摘摘 要要 本设计题目为贤村桥 2 号预应力混凝土连续梁桥,该桥位于京福高速公路 泰安至曲阜段,桥梁跨径布置为 24+26+24m,双向四车道,上部结构采用先简 支后连续的预应力混凝土连续 T 型梁桥。简支转连续是桥梁施工中较为常见的 一种方法,该施工方法的主要特点是施工方法简单可行,施工质量可靠,实现了 桥梁施工的工厂化、标准化和装配化。目前随着高等公路的发展,为改善桥梁 行车的舒适性,简支转连续梁桥在中、小跨径的连续梁桥中得到了广泛地应用。 在设计过程中,综合考虑了材料以及结构的强度、刚度、稳定性,还注意 到了混凝土强度以及钢筋等级及其性能。使本桥梁设计兼具简支梁的经济易施 工特点和连
2、续梁的结构稳定、受力状态好的优点,是值得推广和使用的一种有 效梁跨方式。 本设计参阅了很多相关设计及规范,也采用了一些既有设计成果,使得设 计具有一定的实践性,同时也采用了 MIDAS 来计算桥梁结构内力,节约了设 计时间,设计过程中得到指导老师的悉心指导及帮助,使我的设计事半工倍, 在此对设计界的前辈及指导老师表示衷心的感谢! 由于设计时间仓促,加上本人经验有限,设计中难免会有许多不足或缺点, 请大家提出宝贵意见及建议。 关键词关键词:简支转连续;预应力;MIDAS II Abstract The design entitled Juxian Village, Bridge 2, prest
3、ressed concrete continuous girder bridge, the bridge is located in Jingfu Expressway Taian to Qufu section, bridge span arrangement for the 24 +26 +24 m, two-way four-lane, the upper structure with simply supported Continuous prestressed concrete continuous T-beam bridge. Simply supported continuous
4、 construction of the bridge a more common method of construction, the main features of the construction method is simple and feasible, the construction quality, the factory realized the bridge construction, and assembly of standardization. With the current high road of development, to improve the dr
5、iving comfort of the bridge, simply supported continuous beam bridge in the small span continuous bridge has been widely applied. In the design process, considering the material and structural strength, stiffness, stability, and also noted the strength of reinforced concrete and its performance leve
6、ls. So that both the simple beam bridge design and easy construction of the economic characteristics and the continuous beam structural stability, good mechanical advantage of the state, is worthy of promotion and use of an effective cross-beam method. See a lot of the design specifications related
7、to design and also used some existing design results, making the design has some practical, but also used to calculate the bridge structure MIDAS internal forces, saving design time, the design process by guiding the teacher Careful guidance and help to make my design work half the times in the desi
8、gn of the older generation and to express my sincere thanks to the instructor! Because of the design time constraints, coupled with my limited experience, inevitably, there are many deficiencies in the design or fault, we made valuable comments and suggestions. Key words: simply supported continuous
9、; prestressed; MIDAS I 目目 录录 摘要I ABSTRACTII 前言1 第 1 章 设计基本资料.1 1.1 桥梁线形布置.1 1.2 设计标准.1 1.3 材料规格.2 1.4 施工方式.2 1.5 设计计算依据.3 1.6 基本计算数据表.3 第 2 章 设计要点及结构尺寸拟定.5 2.1 设计要点 5 2.2 结构尺寸的拟定 5 2.3 横截面沿跨长的变化 6 2.4 横隔梁的设置 6 2.5 毛截面几何特性计算.6 第 3 章 主梁自重作用效应计算.6 3.1 结构自重作用效应计算 6 3.2 汽车荷载作用效应计算(边梁) 6 3.2.1 冲击系数和车道折减系数
10、.6 3.2.2 计算主梁的荷载横向分布系数.6 3.2.3 汽车荷载效应内力计算.6 3.3 基础沉降内力及温差应力计算 6 3.3.1 基础沉降内力计算.6 3.3.2 温差应力计算.6 3.4 内力组合 6 3.4.1 按承载能力极限状态设计.6 3.4.2 按正常使用极限状态设计.6 3.4.3 计算结果.6 第 4 章 预应力钢束估算及其布置.6 II 4.1 钢束估算 6 4.1.1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估束.6 4.1.2 按正常使用极限状态截面压应力要求估算.6 4.1.3 按承载能力极限状态的应力要求计算.6 4.1.4 估算结果.6 4.2 钢束布置 6
11、4.3 主梁净、换算截面几何特性计算 6 第 5 章 预应力损失及有效预应力计算.6 5.1 基本理论 6 5.2 预应力损失计算 6 5.2.1 后张法由预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失.6 5.2.2 后张法由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值引起的应力损失.6 5.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失.6 5.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值.6 5.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失.6 5.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力.6 第 6 章 配束后主梁内力计算及内力组合.6 6.1 配束后主梁内力计算及内力组合.6 第 7 章 截面强度验算.
12、6 7.1 基本理论 6 7.2 计算公式 6 第 8 章 抗裂验算.6 8.1公预规要求 .6 8.2 正截面抗裂验算.6 8.3 斜截面抗裂验算.6 第 9 章 持久状况构件的应力验算.6 9.1 正截面混凝土压应力验算 6 9.2 预应力筋拉应力验算 6 9.3 混凝土主压应力验算 6 第 10 章 短暂状况构件的应力验算6 10.1 预加应力阶段的应力验算 .6 10.2 吊装应力验算 .6 第 11 章 挠度验算6 11.1 汽车荷载作用下主梁边跨和中跨的最大截面挠度计算 .6 III 11.2 消除结构自重后长期挠度验算 .6 第 12 章 行车道板计算6 12.1 悬臂板荷载效应
13、计算6 12.2 连续板荷载效应计算6 12.3 截面设计、配筋与承载力验算 .6 结束语6 致谢6 参考文献6 第 1 页 前前 言言 进入二十一世纪以来,随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化,我 国的公路交通有了跨越式的发展。特别是桥梁建设得到了飞速的发展,桥梁工 程无论在建设规模上,还是在科技水平上,均已跻身世界先进行列。各种功能 齐全、造型美观的立交桥、高架桥,横跨长江、黄河等大江大河的特大跨度桥 梁,如雨后春笋频频建成。 桥梁是公路、铁路和城市道路的重要组成部分,特别是大、中桥梁的建设 对当地政治、经济、国防等都具有重大意义。因此,桥梁工程的设计应符合技 术先进、安全可靠、适用耐
14、久、经济合理的要求,同时应满足美观、环境保护 和可持续发展的要求。 简支转连续是桥梁施工中较为常见的一种方法,一般先架设预制主梁,形 成简支梁状态;进而再将主梁与墩顶连成整体,最终形成连续梁体系。该施工 方法的主要特点是施工方法简单可行,施工质量可靠,实现了桥梁施工的工厂 化、标准化和装配化。概括地讲,简支转连续施工法是采用简支梁的施工工艺, 却可达到建造连续梁桥的目的。目前随着高等公路的发展,为改善桥梁行车的 舒适性,简支转连续梁桥在中、小跨径的连续梁桥中得到了广泛地应用。 第 1 页 第第 1 章章 设计基本资料设计基本资料 1.1 桥梁线形布置桥梁线形布置 平曲线半径:无平曲线。 竖曲线
15、半径:无竖曲线。 1.2 设计标准设计标准 跨径:24m+26m+24m,施工方法为简支转连续;桥梁布置立面图如图 1- 1。 图 1-1 桥跨总体布置立面图(尺寸单位:cm) 荷载标准:公路-级。 桥面净宽:半幅桥宽为 12.50m;桥梁布置横断面如图 1-2 所示。 主梁片数:两幅,每幅各 6 片梁。 结构重要性系数:1.0 第 2 页 图 1-2 桥跨总体布置横断面图 1.3 材料规格材料规格 混凝土:预制梁及其现浇接缝、封锚、墩顶现浇连续段、主梁采用 C50 混 凝土。盖梁、系梁、桥头搭板、桥墩、柱、台身等均采用 C30 混凝土。 预应力钢绞线:采用公预规 (JTG D62-2004)
16、中 d=15.2mm 的钢绞线, 公称面积为 140 mm2,标准强度 FPK=1860MPa,弹性模量 EP=1.95105MPa。 普通钢筋:R235、HRB335 钢筋标准应符合 GB13013-1991 和 GB1499- 1998 的规定。凡钢筋直径大于等于 12mm 者,均采用 HRB335 热轧带肋钢筋; 凡钢筋直径小于 12mm 者,采用 R235 钢,钢板应符合 GB700-88 规定的 Q235 钢板。 锚具:预应力锚具采用符合国际后张法预应力混凝土协会 FIP 标准的类 锚具,其锚固效率系数大于 95%。 预应力管道:采用预埋圆形和扁形塑料波纹管成型。 支座:桥梁支座根据
17、设置部位不同,分别采用 GYZ、GYZF4 板式橡胶支 座,其技术性能应符合公路桥梁板式橡胶支座 (JT/T 493)的要求。 伸缩缝:采用 SSF80A 大变位伸缩缝 桥面铺装:11cm 厚的沥青混凝土铺装。 1.4 施工方式施工方式 第 3 页 采用分段预制后吊装转连续的方式,达到设计强度后,张拉预应力钢束并 压注水泥浆,待混凝土达到预定强度后拆除临时支座,再设置永久支座,最后 进行防护栏及桥面铺装施工。 1.5 设计计算依据设计计算依据 公路工程技术标准 (JTG B01-2003) 。 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) ,以下简称通规 。 公路钢筋混凝土及预应力混凝土
18、桥涵设计规范 (JTG D62-2004) ,以下 简称公预规 。 1.6 基本计算数据表基本计算数据表 根据通规中各条规定,混凝土、钢绞线和钢筋的各项基本数据以及在 各阶段的容许值,见表 1-1。 表 1-1 基本计算数据 名称项目符号单位数据 立方体强度标准值 弹性模量 轴心抗压强度标准值 轴心抗拉强度标准值 轴心抗压强度设计值 轴心抗拉强度设计值 fcu,k Ec fck ftk fcd ftd MPa MPa MPa MPa MPa MPa 50 3.45104 32.4 2.65 22.4 1.83 短暂 状态 极限压应力 极限拉应力 0.7fck 0.7fck MPa MPa 20
19、.72 1.757 主 梁 混 凝 土 持 久 状 态 压应力极限值 极限压应力 极限主压应力 拉应力极限值 短期效应组合极限拉应力 短期效应组合极限主拉应力 长期效应组合极限拉应力 0.5fck 0.6fck st-pc0.7ftk 0.7ftk lt-pc MPa MPa MPa MPa MPa 16.2 19.44 1.855 1.855 0 第 4 页 15.2 钢 绞 线 标准强度 弹性模量 抗拉设计轻度 最大控制应力 con 持久状态应力 标准荷载组合 fpk Ep fpd 0.7fpk 0.65 fpk 0.65fpk MPa MPa MPa MPa MPa MPa 1860 1
20、.95105 1260 1395 1209 1209 续表 1-1 名称项目符号单位数据 材料 重度 钢筋混凝土 沥青混凝土 钢绞线 1 2 3 kN/ m kN/ m kN/ m 25.0 23.0 78.5 钢绞线与混凝土的弹性模量比 EP 无量纲 5.65 注:fck、ftk钢束张拉时混凝土轴心抗压、抗拉强度标准值,本例考虑混凝土强度达到 设计强度的 90%时开始张拉预应力钢束,即混凝土强度等级为 C45 时开始张拉钢束,因此 fck=29.6MPa,ftk=2.51MPa。 第 5 页 第第 2 章章 设计要点及结构尺寸拟定设计要点及结构尺寸拟定 2.1 设计要点设计要点 本桥上部结构
21、为 3 跨预应力混凝土连续梁桥,采用先简支后连续施工方法, 即采用如下施工方法: 1.预制简支 T 梁,吊装到位; 2.浇筑墩顶连续段接头混凝土,达到设计强度后,张拉负弯矩区预应力钢 束并压注水泥浆; 3.在拆除临时支座,完成体系转换; 4.完成主梁横向接缝浇筑; 5.最后进行防撞护栏及桥面铺装施工。 预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到设计混凝土强度等级的 90%后 (且龄期不小于 4d) ,方可张拉。预制梁内正弯矩感受采用两段同时张拉,锚 下控制应力为 0.7fpk=1395MPa;墩顶桥面现浇层负弯矩钢束采用单端张拉,锚 下控制应力为 0.72 fpk=1339.3MPa,未计入预应力钢
22、筋与锚圈口之间的摩擦损失。 主梁按部分预应力混凝土 A 类构件设计。 2.2 结构尺寸的拟定结构尺寸的拟定 1.主梁片数与主梁间距 主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济,同时加宽翼缘板对提 高主梁截面效率指标 很有效,故在许可条件下应适当的加宽 T 梁的翼缘板。 本例主梁內梁翼缘板宽度为 210cm,外梁翼缘板宽度为 205cm,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 第 6 页 作截面有两种:预制应力、运输、吊装阶段的小截面(内梁翼缘板宽 140cm, 外梁翼缘板宽 170cm) ,二期恒载施工以及运营阶段的大截面。 单幅桥面宽为 12.
23、50m,选用 6 片 T 梁,横断面布置如图所示: 图 2-1 主梁横断面布置图(尺寸单位:cm) 2.主梁结构尺寸的拟定 主梁采用 T 形截面,梁高为 1.6m,高跨比为 H/L=1/15。 T 梁直面如图所示 (跨中) (梁端) 中梁 第 7 页 (跨中) (梁端) 边梁 图 2-2 中梁和边梁预制 T 梁断面图(尺寸单位:cm) 本桥上部结构为 3 跨预应力混凝土连续梁桥,采用先简支后连续,考虑伸 缩缝的设置,实际桥跨长度为 73.84m,即在桥的两头各设 8cm 的伸缩缝,主梁 立面与平面构造如图 2-3 所示。预制安装时,边跨预制梁长为 23.60m,计算跨 径均为 22.95m;中
24、跨预制梁长均为 25.60m,计算跨径均为 24.95m。简支变连 续后边跨计算跨径为 23.475m,中跨计算跨径为 26m。 2.3 横截面沿跨长的变化横截面沿跨长的变化 如图 2-3 所示,本设计主梁采用等高形式,横截面的 T 梁翼缘板厚度沿跨 长不变。两端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力,也为布置 锚具的需要,在距梁端 2000mm 范围内将腹板加厚到与马蹄同宽,同时马蹄宽 度亦从 40mm 变到 50mm,马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点附近(第二道 横隔梁处)开始向支点逐渐抬高,在马蹄抬高的同时,腹板宽度亦开始变化。 2.4 横隔梁的设置横隔梁的设置 模型试验结果表明
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