30m预应力简支T梁毕业设计计算书-土木工程-道桥.doc
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1、目录目录 摘要.I ABSTRACT.II 第 1 章设计内容及构造布置1 1.1设计内容1 1.2方案比选2 1.3横截面布置4 1.4横截面沿跨长的变化7 1.5横隔梁的设置7 第 2 章主梁内力计算7 2.1恒载内力计算7 2.2活载内力计算10 2.3主梁内力组合18 第 3 章预应力钢束的估算以及布置19 3.1跨中截面钢束的估算与确定19 3.2预应力钢束布置19 3.3非预应力钢筋截面积估算及布置24 第 4 章计算主梁截面几何特性24 4.1主梁预制并张拉预应力钢筋25 4.2灌浆封锚,主梁吊装就位并现浇 300MM湿接缝25 4.3桥面、栏杆施工和运营阶段26 第 5 章钢束
2、预应力损失计算27 5.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失27 5.2由锚具变形、钢束回缩引起的损失28 5.3混凝土弹性压缩引起的损失29 5.4由钢束应力松弛引起的损失30 5.5混凝土收缩和徐变引起的损失31 5.6预应力内力计算及钢束预应力损失汇总32 第 6 章主梁截面验算32 6.1截面应力验算33 6.2抗裂性验算37 第 7 章锚固区局部承压验算39 第 8 章主梁变形验算41 8.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算41 8.2预加力引起的上拱度计算42 8.3预拱度的设置43 第 9 章横隔梁计算43 9.1确定作用在跨中横隔梁上的计算荷载43 9.2跨中横隔梁的内
3、力影响44 第 10 章行车道板计算 .47 10.1悬臂板荷载效应计算(边梁)47 10.2铰接悬臂板荷载效应计算(中梁)48 参考文献 52 致谢 53 30m30m 预应力简支预应力简支 T T 型梁桥设计型梁桥设计 专业年级:土木 05 级道桥班 学号:7011505030 摘要:摘要:目前,预应力混凝土被广泛的使用于各种中小跨度的桥梁中,而且大量采用预 应力混凝土将是未来桥梁发展的趋势。在本次毕业设计中,对目前在公路桥梁中经常使 用的预应力混凝土简支 T 型梁桥的设计做了全面的介绍,其中包括调研,外文资料的 翻译,方案设计,结构计算以及施工图的绘制,并对预应力混凝土梁桥的特点做了详细
4、 的介绍。在确定方案时,根据调研及查阅大量的资料,在此桥位上布置了钢管混凝土桥, 钢筋混凝土箱型拱桥及预应力混凝土简支 T 型梁桥三种设计方案,根据“安全,功能, 经济,美观”的原则,对各种桥型的优缺点进行了比选,而预应力混凝土简支 T 型梁 桥在此桥位上更具有竞争力,反映在工程造价比较低,施工工期短,施工技术成熟,因 此,最终选择了预应力混凝土简支 T 梁桥为设计方案。 结构计算着重进行了上部结构 的计算,包括截面尺寸的拟定,内力计算(恒载内力,活载内力和附加内力的计算,内 力组合以及影响线) ,配筋设计,施工阶段和使用阶段的应力验算,承载能力极限状态 强度验算,刚度验算,变形验算。 通过本
5、次毕业设计,进一步加深了我对桥梁以及预应力混凝土的认识。 关键词关键词: 预应力混凝土 T 型梁桥 结构计算 设计方案 施工图 The design and calculation of Fantang Bridge -the design of a T section pre-stressed concrete beam with simply supported bridge in 30m span specialty:civil engineering 053 number:7011505030 name:Xiong HongJiao teachers:Jia QiaoYan Abstr
6、act: Nowdays, the pre-stressed concrete is extensively used in various kinds of bridges with medium and small span ,and it will be a development trend in future to adopt the bridge of the pre-stressed concrete in a large amount.In this paper,I made an overall introduction of the pre-stressed T-secti
7、on concrete beam bridge which is ofen used among highway at present. Including investigation and research,translation,scheme design ,calculation of structure and drawing. According to the investigation, I give three schemes-the steel tube filled concrete,the reinforced concrete arch bridge and T-sec
8、tion beam with pre-stressed concrete bridge. According to the principle of “safe,capability,economical,artistic”, I choose the T-section beam bridge with pre-stressed concrete finally.The calculation of structure mainly includes the superstructure such as the size design of the section , the interna
9、l force calculation ,the steel bars calculation ,the stress and intensity and displacement. Through this graduation design, my understanding of the pre-stressed concrete are strengthened further . Keywords: pre-stressed concrete, T-section bridge ,steucture calculation ,construction design 第第 1 章章 设
10、计内容及构造布置设计内容及构造布置 1.1 设计内容设计内容 1.1.1 设计标准 桥梁全长:34m 标准跨径:30.00m 主梁全长:29.96m 计算跨径:29.30m 设计车速:100 km/h 桥面净空:高速公路,分离式,半幅桥全宽 12.75m 0.75+1+7.5+3+0.512.75m 设计荷载:公路 I 级 两侧栏杆的总重:10.65kN/m 1.1.2 设计资料 1、上部结构 普通受力钢筋:采用 R235 和 HRB335 级钢筋; 预应力钢筋:采用抗拉强度标准值 pk=1860Mpa,公称直径 d=15.2mm 的低松弛高强 f 度钢绞线; 混凝土:预制 T 梁、横隔梁、湿
11、接缝、封锚端及桥面现浇混凝土均用 C50,Ec=3.45 桥面铺装采用沥青混凝土; 锚具:预制 T 梁正弯矩钢束采用 158 型,159 型和 1510 型系列锚具 及其配件,预应力管道采用圆形金属波纹管。 2、水文条件:水位随季节变化,不通航;两岸为微风化砂岩 3、其他: 洪水频率 1/100,地震峰值加速度:0.05g。 1.1.3 设计依据 1、 公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004) 2、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D622004) 3、 公路桥涵设计手册 (桥梁上册) (人民交通出版社 2004.3) 基本计算数据表基本计算数据表 表表 1 名称项
12、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 抗拉标准强度 轴心抗压设计强度 抗拉设计强度 f Ec fck ftk fcd ftd MPa MPa MPa MPa MPa MPa 50 3.45104 32.4 2.65 22.4 1.83 预 应 力 钢 筋 标准强度 弹性模量 抗拉设计强度 最大控制应力 con 使用荷载作用阶段极限应力: 荷载组合 I 荷载组合 III fpk Ep fpd 0.75fpk 0.65 fpk 0.70 fpk MPa MPa MPa MPa MPa MPa 1860 1.95105 1260 1395 1209 1302 材料 容重
13、钢筋混凝土 沥青混凝土 钢绞线 1 2 3 kN/m3 kN/m3 kN/m3 26.0 24.0 78.5 钢束与混凝土的弹性模量比ny无量纲5.43 1.2 方案比选方案比选 1.2.1比选的标准 比选的标准只要依据安全、功能、经济、与美观。其中以安全与经济为重。至于桥梁美观, 要视经济与环境而定。 1、安全 安全的标准可以从行车安全、基础地质条件的安全与安全施工等几个方面考虑。行车安全主 要通过桥面设置的布置来实现。基础地质条件应当真实,不要有虚假数据。 2、功能 桥梁的功能无非就是两个方面:一是跨越障碍(河流、山谷或线路) ,二是承受荷载。在方 安中,应选择传力路线直接、简捷的结构形式
14、,以保障结构功能的施工 3、经济 评价一坐桥梁可以从一下几个方面进行:造价、工期和养护维修。 造价包括材料费、人工费和机械设备费。 工期:一座桥梁建设工期的长短与造价有很大的关系,上下部构造的类型的桥梁,要求特种 设备的新体系的工期也长;非就地取材的桥型,不仅造价高,而且工期长;采用脚手架施工的工 期长。而且有水毁之虞。都需一一加以考虑。 在桥梁规定使用期限内经常维修费用的多少需要考虑,混凝土桥的养护和维护费用要比刚桥 低的多。 4、美观 桥梁建筑是技术与艺术的结晶。一座美丽的桥梁,实际必须考虑本身造型的美观,还须与周 遍环境相协调,使能成为当地优美的景点,受到人们的的欣赏。也可以成为当地的典
15、型建筑标志。 5、施工 选择的桥型要能采用先进的施工方法。并考虑施工单位的施工能力和机械设备。在一般的情 况下选择简便熟悉可靠的施工方案。有时如需要用新的技术,应对其优点和不足之处进行比较。 1.2.2方案 根据已知材料,可以初步拟定以下几种方案。 方案一:钢筋混凝土箱型拱桥 拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型。拱桥与梁桥的区别不仅在于外形不同,更重要的 是两者受力性能有较大的差别。由力学知,梁式桥结构在竖向荷载作用下,支撑处仅产生竖向支 撑反力,而拱式结构在竖向荷载作用下,两端支撑处除了有竖向支撑反力外,还有水平推力,使 拱内产生轴向压力,从而大大减小了拱圈的截面弯矩,使之成为偏心受压构件
16、,截面上的应力分 布与受弯的应力相比,较为均匀。因此拱式结构可以充分利用主孔截面材料强度,使跨越能力增 大。拱桥上部结构由主孔圈和拱上建筑组成,主拱圈是拱桥的主要承重结构,拱桥的下部结构由 桥墩、桥台及基础组成,用以支承桥跨结构,将桥跨结构的荷载传至地基。 钢筋混凝土箱型拱桥虽然造价最低,但是需要使用大量的木材,劳动力,工期也较长。拱的 承载潜力大。但是伸缩缝多,养护较麻烦,纵坡较大,土方量较大。 方案二:钢管混凝土桥 钢管混凝土拱桥的受力特点:由于钢材在弹性工作阶段时,他的泊松比 s变动很小,在 0.250.30 之间,而混凝土的泊松比 c随着纵向力的增加从低应力的 0.167 左右逐渐增加
17、到 0.5 接近破坏时,将超出 0.5。因此内填混凝土型圆钢管混凝土随着轴向力 N 的增大。混凝土的泊松 比 c迅速超过钢管的泊松比 s使的混凝土的径向变形受到钢管的约束而处于三向受力状态, 其承载力大大提高。同时钢管的套箍作用大大提高了混凝土的塑性性能,使得混凝土,特别是高 强混凝土脆性的弱点得到了克服。另一方面。混凝土填于钢管之内,增强了钢管的管壁稳定性刚 度也远大于钢结构,使其整体稳定性也有了极大的提高。在施工方面,钢管混凝土中的钢管可作 为劲性骨架甚至是模板,施工吊装轻,进度快,施工用钢量省,具有强度大、抗变形能力强的优 点,结构轻巧、造型美观,但是这种结构的桥梁的施工技术复杂,制造和
18、安装的精度要求高,施 工,施工要使用一些大型的机械,难度也比较大,因此这里不予采用。 方案三:预应力混凝土 T 型梁 预应力混凝土 T 型梁结构简单,受力明确,上部结构主要采用预制吊装法。构件由于是工厂 生产,质量好。有利于保证构件的质量和尺寸的精度,并可能多的采用机械化施工;上下部可以 平行施工作业。可以缩短现场工期;有效的利用了劳动力,这样就可以节约降低工程造价;施工 速度快。由于构件制成后要存放一段时间,因此在安装是已经有了一定的期龄。可以减少预应力 的收缩、徐变引起的变形。而且这种桥型与当地的环境、地理相适合,有可以就地取材,施工设 备也可以容易实现,所以应当采取这种桥型,较为适宜。
19、从以上三种方案比较来看,综合“安全、经济、美观、适用”的原则, 由于此桥是高速公 路,对桥梁的承载能力要求较高,施工进度也要尽快完成,所以我选择了做单跨的预应力混凝土 简支 T 形梁桥。 1.3 横截面布置横截面布置 1.3.1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。以右半幅桥为例,主梁翼板宽度设计为 2100mm,在桥宽的左右两边各加宽 75mm,桥宽为:0.75m(中央分隔带)+1m(路缘带) +7.5m(行车道)+3m(硬路肩)+0.5(护栏)12.75m。桥梁横向布置选用六片主梁
20、(如图 1 所示) 。 7507500 500 300 157560015006001500600150060015006001575 300 1.5% 80mm C50 100mm 30001000 1/2 支点断面 1/2 跨中断面 图 1 横断面结构尺寸(尺寸单位:mm) 图 2 半纵剖面结构尺寸图 (尺寸单位:mm) 1.3.2主梁跨中截面主要尺寸拟定 1、 主梁高度 预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比约在 1/141/25 之间,标准设计中高跨比约 在 1/181/19。当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案,因为增大梁高可以节省 预应力钢束用量,同时梁高加大一般只
21、是腹板加高,而混凝土用量不多。综上所述,本设计中取 用 1900mm 的主梁高度是比较合适的。 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 上翼板抗压强度的要求。本设计预制 T 梁的翼板厚度取用 150mm,翼板根部加厚到 250mm 以抵 抗翼缘根部较大的弯矩。 在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力应较小,腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定,同 时从腹板本身的稳定要求出发,腹板厚度不宜小 于其高度的 1/15,且在 180200mm 之间。本设 计腹板厚度取 200m。 马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定, 设计实践表明,马蹄
22、面积占截面总面积的 10%20%为合适。考虑到主梁需要配置较多的钢 束,将钢束按三层布置,一层最多排三束,初拟 马蹄宽度为 550mm,高度 250mm,马蹄与腹板 交接处做三角过滤,高度 150mm,以减小局部应力。 图 3 跨中截面尺寸图(尺寸单位 mm) 按照以上拟定的外形尺寸,就可绘出预制梁的跨中截面布置图,如图 3 所示。 3、 计算截面几何特征 将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元,截面几何特征性列表计算见表 2。 跨中截面几何特性计算表跨中截面几何特性计算表 表表 2 分块 面积 Ai (cm2) 分块面 积 形心至 上缘距 离 yi (cm) 分块面积 对上缘 静距 Si=
23、Aiyi (cm3) 分块面积 的自身惯 性矩 Ii (cm4) di=ys-yi (cm) 分块面积对 截面形心的 惯性矩 Ix=Aidi2 (cm4) I=Ii+Ix (cm4) (1)(2) (3)=(1) (2) (4)(5) (6)=(1) (5)2 (7)=(4)+(6) 分块 名称 大毛截面 翼板31507.52362559062.555.239608611.6359667674.135 三角承 托 50018.3339166.52777.77844.397985546.8045988324.5825 腹板3000902700005625000-27.272230958.7785
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