35m预应力混凝土简支T梁桥设计 毕业设计.doc
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1、I Title of the 35 meters of prestressed concrete simply supported T beam bridge design Author: Li Fujun Instructor: Xie Xiaopeng Abstract At present, the prestressed concrete is widely used in all kinds of medium and small span bridges, and a large number of pre-stressed concrete will be the future
2、development trend of bridge; T shaped clear force, simple structure, convenient construction, is most widely applied in medium and small span bridges. From the degree of difficulty of construction and the structure, the prestressed concrete simply supported T beam bridge can meet the design requirem
3、ents and the practical engineering. With the actual local situation, this design is medium span bridge, the scheme selection of prestressed concrete T beam bridge. Structure calculation are focused on the upper structure calculations, including the section size formulation, calculation of internal f
4、orce, reinforcement design, construction stage and using stage of stress calculation, bearing capacity limit state of strength checking, rigidity, deformation calculation. Keywords Prestressed concrete ; T beam bridge; Calculation Structure; Section design 内 容 摘 要 当前,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
5、应力混凝土将是未来桥梁发展的趋势;T 形截面受力明确,构造简单,施工方便, 是中小跨径中应用最广泛的桥型。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。从施工难易程度和结构形 式考虑,预应力混凝土简支 T型梁桥都更能符合设计要求和工程实际。结合实际情 况,本次设计是中等跨径桥,本方案选择预应力混凝土 T形简支梁桥。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,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。 关 键 词 预应力混凝土;T 型梁桥;结构计算;截面设计 III 目 录 一、
6、工程概述 1 二、 设计资料及构造布置 .2 (一)设计资料 2 (二)横截面布置 4 (三)横截面沿跨长的变化 8 (四)横隔梁的设置 8 三、 主梁作用效应计算 .9 (一)永久作用效应计算 9 (二)可变作用效应计算(修正刚性横梁法) .11 (三)主梁作用效应组合 .20 四、 预应力钢束的估算及其布置 22 (一)跨中截面钢束的估算和确定 .22 (二)预应力钢束布置 .23 五、 计算主梁截面几何特性 30 (一)截面面积及惯性矩计算 .30 (二)截面静距计算 .32 (三)截面几何特性汇总 .35 六、 钢束预应力损失计算 36 (一)预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损
7、失 .36 (二)由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失 .36 (三)混凝土弹性压缩引起的预应力损失 .38 (四)由钢束应力松弛引起的预应力损失 .38 (五)混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 .40 (六)预加力计算及钢束预应力损失汇总 .42 七、 主梁截面承载力与应力验算 45 (一)持久状况承载能力极限状态承载力验算 .45 (二)持久状况正常使用极限状态抗裂验算 .52 (三)持久状态构件的应力验算 .57 (四)短暂状况构件的应力验算 .63 八、主梁端部的局部承压验算 .67 (一)局部承压区的截面尺寸验算 .67 (二)局部抗压承载力验算 .68 九、主梁变形验算 .71 I
8、V (一)计算由预加力引起的跨中反拱度 .71 (二)计算由荷载引起的跨中挠度 .73 (三)结构刚度验算 .76 (四)预拱度的设置 .76 十、横隔梁计算 .77 (一)确定作用在跨中横隔梁上的可变作用 .77 (二)跨中横隔梁的作用效应影响线 .78 (三)截面作用效应计算 .80 (四)截面配筋计算 .81 (五) 截面抗剪承载力验算要求 84 十一、行车道板计算 .85 (一)悬臂板荷载效应计算 .85 (二)连续板荷载效应计算 .86 (三)截面设计、配筋与承载力验算 .92 致 谢 95 参考文献 .96 1 35m预应力混凝土简支 T梁桥设计 一、工程概述 预应力混凝土 T型梁
9、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。 从施工难易程度考虑,简支梁桥施工最简单,上部结构采用预制装配法施工, 上、下部可同时平行施工,工期短,砼收缩徐变的影响小;从结构形式考虑,
10、简支 梁桥属静定结构受力明确,构造简单,施工方便,肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架, 在保证抗剪等条件下尽可能减小腹板的厚度,以减小构构件自重。结合本地的实际 情况,本次设计是中等跨径桥,最后方案选择预应力混凝土 T形简支梁桥。因为 T 形截面受力明确,构造简单,施工方便,是中小跨径中应用最广泛的桥型。 二、 设计资料及构造布置 (一)设计资料 1梁跨径及桥宽 标准跨径:35m(墩中心距离) ; 主梁全长:34.96m(主梁预制长度) ; 计算跨径:34.00m(支座中心距离) ; 桥面净空:净3.75m2+3m+1m+0.5m=12m。 2设计荷载 公路级,人行道板 4.0kN/m2,每侧防护栏
11、的作用力均为 8.5kN/m。 3材料及工艺 混凝土:主梁用 C50,栏杆及桥面铺装用 C25。 预应力钢筋束:预应力钢筋采用公预规 (JTG D622004)的 15.2 钢绞线, 每束 6根,全梁配 6束。 普通钢筋:直径大于等于 12mm的用 HRB335钢筋,直径小于 12mm的均用热轧 R235光圆钢筋。 钢板及角钢:制作锚头下支撑垫板、支座垫板等均用普通 A3碳素钢,主梁间的 联接用 16Mn低合金结构钢钢板。 工艺:按后张法工艺制作主梁,采用内径 70mm、外径 77mm的预埋波纹管和夹 片锚具。 4设计依据 (1)交通部颁公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004) (2)
12、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 D62 2 2004) ,简称公预规 ; (3)叶见曙编结构设计原理 ,人民交通出版社,1997 年 4月版; (4)姚玲森编桥梁工程 ,人民交通出版社,1985 年 12月版。 5. 基本数据见表 1 表 1 基本计算数据 名称 项目 符号 单位 数据 立方强度 cu,k MPa 50.00 弹性模量 Ec MPa 3.45104 轴心抗压标准强度 ck MPa 32.40 轴心抗拉标准强度 tk MPa 2.65 轴心抗压设计强度 cd MPa 22.40 轴心抗拉设计强度 td MPa 1.83 容许压应力 0.7ck MPa
13、20.72 短暂状态 容许拉应力 0.7tk MPa 1.76 标准荷载组合 容许压应力 0.5ck MPa 16.20 容许主压应力 0.6ck MPa 19.44 短期效应组合 容许拉应力 pt-0.85pc MPa 0.00 混凝土 持久状态 容许主拉应力 0.6tk MPa 1.59 标准强度 pk MPa 1860.00 弹性模量 Ep MPa 1.95105 抗拉设计强度 pd MPa 1260.00 最大控制应力 0.75pk MPa 1395.00 持久状态应力 15.2 钢绞线 标准荷载组合 0.65pk MPa 1209.00 3 钢筋混凝土 1 KN/m3 25.00 沥
14、青混凝土 2 KN/m3 23.00 材料重度 钢绞线 3 KN/m3 78.50 钢束与混凝土的弹性模量比 EP 无量纲 5.65 (二)横截面布置 1主梁间距及主梁片数 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。本设计主梁翼板宽 度为 2400mm,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,因为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 1=1600mm)和运营阶段的大截面(b 1=2400mm) 。净12.0m 的桥宽选用五片主梁, 如图 1所示。 2主梁
15、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通常在 1/151/25,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是腹板加高,而混凝 土用量增加不多。综上所述,本设计中取用 2300mm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受压的强度要求。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
16、板内主拉应力较小,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条件出发,腹板厚度不宜小于其高度的 1/15。本设 计腹板厚度取 200mm。 4 图 1 结构尺寸图(单位:mm) 马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的,设计实践表明,马蹄面积占截 面总面积的 10%20%为合适。本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束,将钢束按二 层布置,一层最多排三束,同时还根据公预规9.4.9 条对钢束净距及预留管道 的构造要求,初拟马蹄宽度为 550mm,高度为 250mm,马蹄与腹板交接处作三角过渡, 高度 150mm,以减小局部应力。 按照以上拟定的外形尺寸,就可绘出预制梁的跨中截面图(
17、如图 2所示) 。 5 图 2 跨中截面尺寸图(单位:mm) (3)计算截面几何特征 将主梁跨中截面划分为五个规则图形的小单元,截面几何特性列表计算见表 2。 表 2 截面几何特性列表计算表 分块 面积 )(2cmAi 分块 面积 对上 缘距 离yi 分块面积对 上缘静距 )(3cmyASii 分块面 积的自 身惯距 )(4IT(cmydisi 分块面 积对截 面形心 的惯距 )(42cdAIix)(4cmIxT 分块 名称 (1) (2) )2(1)3((4) (5) 2516 (7)=(4)+(6) 大毛截面 6 翼板 3600 7.5 27000 67500 76.98 21333313
18、 21400813 三角 承托 500 18.33 3 9166.5 2777.77 8 66.147 2187713 2190491 腹板 3800 110 418000 11431667 -25.52 2474828 13906495 下三 角 262.5 200 52500 3281.25 -115.52 3503028 3506309 马蹄 1375 217.5 299062.5 71614.58 -133.02 24329691 24401306 9537.5 805729 I=65405414 小毛截面 翼板 2400 7.5 18000 45000 88.06 18610953
19、18655953 三角 承托 500 18.33 3 9166.5 2777.77 8 77.23 2982005 2984783 腹板 3800 110 418000 11431667 -14.44 792352 12224018 下三 角 262.5 200 52500 3281.25 -104.44 2863275 2866556 马蹄 1375 217.5 299062.5 71614.58 -121.94 20445375 20516990 8337.5 796729 I=57248299 表中:大毛截面形心至上缘距离: )(48.5.93702cmASyis 小毛截面形心至上缘距离
20、: )(68is (4)检验截面效率指标 (希望 在 0.5以上) 上核心距: )(13.47)8.230(5.97641cmyAIkxs 下核心距: )(.1cyIksx 截面效率指标: 7 5.06.23048.1.67hkxs 表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。 (三)横截面沿跨长的变化 如图 1所示,本设计主梁采用等高形式,横截面的梁翼板厚度沿跨长不变。 梁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 1980mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而从五 分点附近(第一道横隔梁处)开始向支点逐渐抬高,在马蹄抬高的同时腹板宽度也 开
21、始变化。 (四)横隔梁的设置 试算结果表明,在荷载作用处的主梁弯矩横向分布,当该处有横隔梁时比较均 匀,否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的 跨中弯矩,在跨中设置一道中横隔梁;当跨度较大时,应设置较多的横隔梁。本设 计在桥跨五分点、支点处设置五道横隔梁,其间距为 6.8m。端横隔梁的高度与主梁 同高,厚度为上部 260mm,下部 240mm;中横隔梁高度为 2050mm,厚度为上部 180mm,下部 160mm。 三、 主梁作用效应计算 根据上述梁跨结构纵、横截面的布置,并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布 计算,可分别求得各主梁控制截面(一般取跨中、四分点、变化
22、点截面和支点截面) 的永久作用和最大可变作用效应,然后再进行主梁作用效应组合。 (一)永久作用效应计算 1. 永久作用集度 (1)预制梁自重 跨中截面段主梁的自重(第一道横隔梁至跨中截面,长 10.2m):)(61.2.05837.0)1( kNG 马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重(长 5.3m): )(8.503.).462.()2 支点段梁的自重(长 1.98m): )(46.7198.53.1)3( kNG 边主梁的横隔梁 中横隔梁体积: )(219.0)5.007.9(1.0 3m 端横隔梁体积: )(7.)3.6.52.(25. 3 故半跨内横梁重力为: )(9.125)9.01.()4
23、 kNG 预制梁永久作用集度 8 )(91.2584.7)9.146.78.1506.2(1 mkNg (2)二期永久作用 现浇 T梁翼板集度 )(0.325.)5( k 边梁现浇部分横隔梁 一片中横隔梁(现浇部分)体积: )(19.4.0173m 一片端横隔梁(现浇部分)体积: )(2525. 3 故: )(68.09.4)1.019.4()6 kNg 铺装 8cm混凝土铺装: )(.25.8. mk 5cm沥青铺装: )(07.13.0. N 若将桥面铺装均摊给五片主梁,则: )(62.5).2.()7 mkg 护栏、栏杆 两侧防护护栏的作用力均为 8.5kN/m。 若将两侧防护栏均摊给五
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