桥梁设计装配式预应力混凝土简支T形梁.docx
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桥梁设计装配式预应力混凝土简支T形梁
吉林大学桥梁毕业设计(装配式预应力混凝土简支T形梁)
第一部分 前言
第二部分 设计任务书
第三部分 上部结构
一 设计资料……………………………………………
二 横截面布置……………………………………………
三 主梁内力计算……………………………………………
四 预应力纲束的估算与布置……………………………………………
五 主梁截面几何特性……………………………………………
六 承载能力极限状态计算……………………………………………
七 预应力损失计算……………………………………………
八 抗裂性验算……………………………………………
九 持久状况应力验算……………………………………………
十 短暂状态应力验算……………………………………………
十一行车道板计算……………………………………………
使二横隔梁计算……………………………………………
十三支座计算……………………………………………
第四部分 下部结构设计
一 设计资料……………………………………………
二 盖梁计算……………………………………………
三 桥墩墩柱计算……………………………………………
四 钻孔灌注桩计算……………………………………………
第五部分 主要参考资料
第六部分 对设计的评价及心得体会
前言
一、 设计简介:
本设计主要依据设计任务书完成,因桥位横断面及地质资料不明,故本桥采用假设地质资料。
二、 工程地质:
水文地质条件(本设计为假设条件);
地基土上层为硬塑性粘土,土层厚度为8米,其地基土的比例系数m=15000KN/m4,桩周土极限摩阻力τ=60Kpa,σ容许承载力[σ0]=260Kpa;①中层为硬塑性亚粘土,土层厚度为7米,其地基比例系数m=18000KN/m4,桩周土极限摩阻力τ=70Kpa,容许承载力[σ0]=300Kpa;下层为中密粗沙加砾石,土层厚度为12米,其地基土的比例系数m=35000KN/m4,桩周土极限摩阻力τ=120Kpa,容许承载力[σ0]=450Kpa。
三、设计要点:
设计荷载:
汽-20,挂-100;地震基本烈度为7度
桥梁设计宽度:
桥面净宽:
9+2×1.5m;
上部构造:
预应力混凝土T型梁桥;
下部构造:
柱式墩台,钻孔灌注桩基础;
标准跨径:
40m;
计算跨径:
39.96m;
孔径长3+3×35+3m,桥梁全长126m;
钢筋:
预应力钢筋:
Φ15.24(7Φ5.0)钢铰线,后张法施工。
非预应力钢筋:
Ⅰ钢筋和Ⅱ级螺纹钢筋
混凝土:
T梁为C40砼;桥面铺装为C30沥青砼;栏杆、人行道采用C30号砼;盖梁用C30砼,墩柱、系梁及钻孔桩用C25砼。
四、 设计符号采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJD62-2004)及《公路桥涵通用设计规范》(JTJD60-2004)。
五、 本设计下部构造设计采用手算与电算程序结合的方法。
电算程序采用〈桩柱式桥墩、桥台CAD系统〉。
吉林大学桥梁毕业设计
装配式预应力混凝土简支T形梁毕业设计
一. 设计的任务与内容(论文需阐述的问题)
1. 从国计民生对交通发展的要求上阐述建桥的必要性与可行性。
2. 按适用、经济、安全、美观的原则,至少选择3个可比性桥型方案,主要从工程材料数量、工程概算、投资来源、施工及养护难易程度和施工力量等方面综合分析比较,推荐一种桥型方案。
3. 对推荐方案进行结构设计。
选择合理可行的建筑材料,拟订结构与构件的几何尺寸,并作出配筋设计(钢筋砼结构、预应力钢筋砼结构)或桥面系的结构设计(拱桥、钢桥)。
4. 对一跨或一个受力单元进行受力分析,计算各种作用荷载及非荷载因素所产生的内力,并进行荷载组合。
5. 按照荷载效应不超过结构抗力效应的原则,验算结构构件的强度、刚度与稳定性。
如不符合要求,则需修改设计或提出修改设计的措施。
6. 根据桥梁所处位置、环境和施工力量的配备情况,选择合理可行的施工方案与方法,以及主要的施工程序。
(专科生不要求)
二. 设计原始资料(试验研究方案)
1. 路等级:
二级
2. 桥面净宽:
净9+2×1.5人行道或净11+2×0.5砼防撞护栏
3. 桥下净空:
1.0
4. 设计荷载:
汽-20级 挂-100
5. 地震烈度:
7
6. 设计水位:
622.50
7. 最低水位:
8. 冲刷深度:
一般冲刷线低于河床1m,最大冲刷线低于河床2m。
9.气温:
年最高月平均温度 °C,最低温度 °C。
10.河床地质与常水位:
见地质剖面图
三.设计(论文)完成后应提交的文件和图表
(一)、计算说明部分:
1. 目录;
2. 建桥意义;
3. 桥型方案比较;
4. 拟定结构构件尺寸;
5. 配筋设计(钢筋砼结构、预应力钢筋砼结构)或桥面系结构设计(拱桥、钢桥);
6. 结构构件内力计算和荷载组合;
7. 强度、刚度与稳定性验算;
8. 施工方案;(专科生不要求)
9. 对设计的评价及心得体会;
(二)、图纸部分
1. 方案比较;
2. 推荐方案总体图(三视);
3. 配筋图(钢筋砼结构、预应力钢筋砼结构);
4. 桥面系(拱桥、钢桥);
5. 施工程序。
(专科生不要求)
四、主要参考资料
1. 公路工程技术标准;
2. 公路桥涵设计规范;
3. 公路桥涵标准图;
4. 公路桥涵设计手册;
5. 桥梁计算示例;
6. 其它有关图纸与资料。
五、毕业设计内容与要求
1. 依据毕业设计任务书的要求,以及桥址河床断面,地质资料和有关特殊条件等资料,选择至少两座以上桥型方案,进行方案比较。
对各方案分别拟定主要尺寸,绘制草图(装订在计算机中的草图),并计算上、下部结构的主要材料工程数量(砼、钢、木三大材料),说明材料的施工方法。
然后根据“适用、经济、安全、美观”的原则,叙述各方案的优、缺点,最后确定一个推荐方案,进行各部分的详细设计。
2. 上部结构设计与计算
依据“桥规”及有关资料,对上部结构各部分尺寸进行详细拟定。
根据设计荷载及验算荷载进行上部结构计算和配筋,并绘制装订在计算书中的上部结构和配筋草图。
结构计算一般要求采用手算,若具有桥梁结构电算程序和电算条件,可以采用电算来完成上部结构计算和配筋,但在计算书中必须说明该程序的框图和功能、输入和输出项目,它的适用性,对电算结果应逐项加以说明,并且要求对主要截面进行手算,手算与电算结果进行相互校核。
无手算内容不得参加毕业答辩。
3. 下部结构设计与计算
根据地质资料和“桥规”等有关资料,拟定下部结构详细尺寸,绘制装订在计算书中的结构草图。
选择一个桥墩或一个桥台进行下部结构基础部分的详细计算。
要求采用手算,若采用电算,要求与上部结构设计相同。
4. 施工方案选择
根据桥型方案选择时,对推荐桥型方案所叙述的施工方案进行仔细分析、并按施工程序对于采用的主要施工设备和施工工艺进行论述。
并绘制装订在计算书中的施工程序草图。
5. 绘图
绘制4—5张图纸以上(本科5张以上,专科4张以上),图框型号不得超过两种以上。
必须绘制桥型图一张(几相桥型方案必须绘在一张图纸上,主要绘立面和侧面图);推荐方案结构总体图一张(立面、平面、侧面图必须绘在一张图纸上);上部结构配筋图1—2张;施工工艺流程图一张。
其它绘图内容,学员与指导教师协商确定,图纸要求手工绘制。
6. 要求计算书和图纸整洁。
计算书整理成册进行装订,计算书内容除上述设计与计算(包括草图)内容之外,应包括目录、前言、设计任务书(含原件)、结束语(体会)、主要参考书等内容。
电算打印资料不装订计算书内,作为计算书附件放入毕业设计资料袋中,计算书至少50页以上。
7. 路线设计不作为本次设计的内容,但要求学员必须掌握以下内容:
(1) 公路技术等级的确定
(2) 公路平面设计(纸上定线)
(3) 公路纵断面设计
(4) 公路横断面设计
(5) 公路排水或防护工程设计
(6) 路面设计
(7) “技术标准”的指标选择与计算
8. 所有设计内容都采用A3纸按标准装订成册
装配式预应力混凝土简支T形梁毕业设计
一、 设计资料
1. 桥梁跨径及桥宽
标准跨径:
40m(墩中心距离)
主梁全长:
39.96m
计算跨径:
39.00m
桥面净空:
净9+2×1.5人行道=12m
桥面横坡:
2.0%
2.设计荷载
公路-I级
3.材料及施工工艺
混凝土:
主梁用40号混凝土,栏杆及桥面铺装用30号混凝土,桥梁墩台及基础用25号混凝土。
预应力钢筋采用1×7(7股)钢绞线,标准强度fpk=1860Mpa;
普通钢筋采用HRB335级和R235级钢筋;
钢板:
锚头下支撑垫板.支座垫板等均采用普通A3碳素钢。
按后张法施工工艺制作主梁,采用70mm的波纹管和OVM锚具。
4.材料性能参数:
(1)混凝土
强度等级为C40,主要强度指标:
强度标准值:
fck=26.8MPa,ftk=2.4MPa
强度设计值:
fcd=18.4MPa,ftd=1.65MPa
弹性模量 :
Ec=3.25×104MPa
(2)预应力钢筋采用1×7标准型15.2-1860-Ⅱ-GB/T5224—1995钢绞线
抗拉强度标准值:
fpk=1860MPa 抗拉强度设计值:
fpd=1260MPa
弹性模量:
Ep=1.95×105 MPa
相对界限受压区高度:
ξa=0.4,ξpu=0.2563
(3)普通钢筋
a.纵向抗拉及构造普通钢筋采用HRB335,其强度指标
抗拉强度指标:
fsk=335MPa 抗拉强度设计值:
fsd=280MPa
弹性模量:
Es=2.0×105 MPa
b.采用的R235钢筋,其强度指标
抗拉强度指标:
fsk=235MPa 抗拉强度设计值:
fsd=195MPa
弹性模量:
Es=2.1×105 MPa
5.设计依据
《结构设计原理》叶见曙主编,人民交通出版社
《桥梁计算示例集》(梁桥)易建国主编,人民交通出版社
《桥梁工程》(1985)姚玲森主编,人民交通出版社
《公路桥涵标准图》公路桥涵标准图编制组,人民交通出版社
《公路桥涵设计规范(合订本)》(JTJ021-85)人民交通出版社
《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ022-85)
二、横截面布置
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。
本设计主梁翼板宽度为2200mm,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,因此主梁的工作截面有两种:
预施应力、运输、吊装阶段的小截面(上翼板宽度1600mm)和运营阶段的大截面(上翼坂宽度2200mm).桥面为净9+2×1.5人行道=12m米,桥面横向布置采用5片主梁(如图1-1)。
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通常在1/15~1/25之间,标准设计中高跨比约在1/18~1/19。
当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案,因一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。
图1-1(尺寸单位:
mm)
(2)主梁截面细部尺寸
主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260mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。
图1-2跨中截面尺寸图(尺寸单位:
mm)
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小,腹板厚度一般由布置预制管道的构造决定,同时从腹板本身的稳定要求出发,腹板的厚度不宜小于其高度的1/15。
本设计腹板厚度取200mm。
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定,初拟马蹄宽度为560mm,高度260mm,马蹄与腹板交接处做三角过渡,高度140mm,以减少局部应力。
(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,截面几何特性列表计算见表1-1
跨中截面几何特性计算表 表1-1
分
块
名
称
分块面积
Ai
cm2 分块面积
形心至上
缘距离
yi
cm 分块面积
对上缘净
矩
Si=Aiyi
cm4 分块面积
的自身惯
矩
Ii
cm4 d=ys-yi
cm 分块面积
对截面形
心的惯矩
I=Aidi2
cm4 I=Ii+Ix
cm4
⑴ ⑵ ⑶=⑴×⑵ ⑷ ⑸ ⑹=⑴×
⑸2 ⑺=⑷+⑹
大毛截面
翼板 3300 7.5 24750 61875 78.21 20185453 20247328
三角承托 770 18.67 14373.59 5176.111 67.043 3460968 3466144
腹板 3780 109.5 413910 11252115 -23.79 2139344 13391459
下三角 252 199.333 50231.9 2744 -113.623 3253366 3256110
马蹄 1456 217 315952 82021.33 -131.29 25097165 25179186
∑ 9558 —— 819217.5 ∑I=65540227
小毛截面
翼板 2400 7.5 18000 45000 85.95 17729766 17774766
三角承托 770 18.67 14373.59 5176.111 74.78 4306223 4311399
腹板 3780 109.5 413910 11252115 -16.05 973737 12225852
下三角 252 199.333 50231.9 2744 -105.88 2825065 2827809
马蹄 1456 217 315952 82021.33 -123.55 22225261 22307282
∑ 8568 —— 809092.5 ∑I=59447108
注:
大毛截面形心至上缘距离ys=∑Si/∑Ai=85.71cm;
小毛截面形心至上缘距离ys=∑Si/∑Ai=93.45cm
(4)检验截面效率指标ρ(希望ρ在0.5以上)
上核心距:
ks=∑I/∑Ayx=65540227/9558×(230-85.71)=47.52cm
下核心距:
kx=∑I/∑Ays=65540227/9558×85.71=80.00cm
ρ=(ks+kx)=(47.52+80)/230=0.55>0.5
表明以上初拟的主梁跨中截面尺寸是合理的。
(5)横截面沿跨长的变化
如图1-1所示,本设计采用等高形式,横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变,马蹄部分配合钢束弯起而从四分点附近开始向支点逐渐抬高。
梁端部分段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力,同时也为布置锚具的需要,在距梁端7800mm范围内将加厚到与腹板同宽。
变化点截面(腹板开始加厚处)到支点的距离为2800mm,其中还设置一段长为500mm的腹板加厚过渡段。
(6)横隔梁的设置
为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩,在跨中位置设置一道中横隔梁当跨度较大时,还应在其它位置设置较多的横隔梁。
本设计在桥跨中点和四分点、支点处共设置五道横隔梁,其间距为9.75m。
考虑脱模,端横隔梁高度为2300mm,厚度简化计算为160mm;中横隔梁高度为2040mm,厚度为上部180mm,下部140mm,简化计算为160mm。
见图1-1。
三、主梁内力计算
(一) 恒载内力计算
1. 恒载集度
(1) 预制梁自重
a.按跨中截面计,主梁的恒载集度:
g
(1)=0.8658×25=21.645KN/m
b.由于马蹄抬高形成四个横置的三棱拄,折算成恒载集度为:
g
(2)≈4×(0.73-0.26)×0.18×5.25×25/39.96=0.56KN/m
c.由于腹板加厚所增加的重量折算成恒载集度为:
g(3)≈2×(1.4858-0.8658)×(1.98+0.25)×25/39.96=1.73KN/m
d.中横隔梁体积:
0.16×(0.8×1.89-0.5×0.077-0.5×0.14×0.18-0.5×0.45×0.7-0.64×0.35)=0.1727m3
端横隔梁体积:
0.16×(0.62×1.89-0.5×0.52×0.008)=0.184m3
故:
g(4)=(3×0.1727+2×0.184)×25/39.96=0.554KN/m
e.预制梁恒载集度:
g1=21.645+0.56+1.73+0.554=24.489KN/m
(2)二期恒载
a.现浇T梁翼板恒载集度:
g(5)=0.15×0.6×25=2.25KN/m
b.横隔梁现浇部分体积:
一片中横隔梁(现浇部分)体积0.16×0.2×0.55=0.0176m3
一片端横隔梁(现浇部分)体积0.16×0.2×1.89=0.06048m3
故:
g(6)=(3×0.0176+2×0.06048)×25/39.96=0.11KN/m
c.铺装
10cm混凝土铺装:
0.1×15×24=25.2KN/m
8cm沥青铺装:
0.08×10.5×23=19.32KN/m
若将桥面铺装均摊给五片主梁,则
g(7)=(25.2+19.32)/5=8.904KN/m
d.若将两侧防撞拦均摊给五片主梁,则
g(8)=2×2/5=0.8KN/m
e.二期恒载集度:
g2=2.25+0.11+8.904+0.8=12.06KN/m
2. 恒载内力
如图1-3所示,设x为计算截面离左支座的距离,并令α=x/l。
图1-3 恒载内力计算图
主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:
Mα=0.5α(1-α)l2g;
Qα=0.5(1-2α)lg;
恒载内力计算见表1-2
(二)活载内力计算(修正刚性横梁法)
1.冲击系数和车道折减系数
按“桥规”第2.3.2条规定,对于汽—20
1+μ=1+(1.3-1.0)/(45-5)×(45-39)=1.178
1+μ=1.178
按“桥规”第2.3.5条规定,平板挂车不计冲击力影响,对于挂—100荷载1+μ=1.192。
按《桥规》第2.3.1规定两车道车道折减系数为1。
按“桥规”第4.3.1条规定,车辆单向行驶,,取二车道设计,车道折减系数为1.0。
恒载内力计算表 表1-2
跨中 四分点 支点
α=0.5 α=0.25 α=0.0
边梁 一期 MG1K (KN•m) 2471.91 1896.32 0
VG1K (KN) 0 92.60 496.37
二期 MG2K (KN•m) 1314.32 733.8 0
VG2K (KN) 0 94.66 103.95
Σ MGK (KN•m) 3786.23 2630.12 0
VGK (KN) 0 187.26 600.12
中梁 一期 MG1K (KN•m) 2500.06 1367.37 0
VG1K (KN) 0 107.24 452.32
二期 MG2K (KN•m) 1463.21 1423.42 0
VG2K (KN) 0 90.99 182.86
Σ MGK (KN•m) 3963.27 2790.79 0
VGK (KN) 0 198.23 635.175
2.计算主梁的荷载横向分布系数
(1)跨中的荷载恒载横向分布系数mc
如前所述,本设计桥跨采用内设五到横隔梁,具有可靠的横向联系,且承重结构的长宽比为:
l/b=39.00/11>2,所以可按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线并计算横向分布系数mc。
a.计算主梁抗扭惯矩IT
图1-4 It计算图示 (尺寸单位:
mm)
图1-4示出了IT的计算图示,IT的计算表见表1-3。
对于T形梁截面,抗扭惯矩可近似按下式计算:
IT=
式中:
bi和ti——相应为单个矩形截面的宽度和高度;
ci——矩形截面抗扭刚度系数;
m——梁截面划分成单个矩形截面的个数。
对于跨中截面,翼缘板的换算平均厚度:
t1==18.9cm
马蹄部分的换算平均厚度:
t3==33cm
It计算表 表1-4
分块名称 bi ti bi/ti ci IT=cibiti3*10-3(m4)
翼缘板①
220 18.9 11.6711 1/3 4.91174
腹板②
178.15 20.0 8.9075 0.310 4.41812
马蹄③
56.0 33.0 1.6970 0.2098 4.22217
∑ ∑It=13.55203
b.计算抗扭修正系数β
本设计主梁的间距相同,同时将主梁近似看成等截面,则得:
β=
式中:
G=0.4E;l=39.00m;IT=0.06776015m4;I=0.65540227m4;
计算得:
β=0.8957。
表1-5
梁号 ηi1 ηi2 ηi3 ηi4 ηi5
1 0.5583 0.3791 0.200 -0.021 -0.1583
2 0.3791 0.2896 0.200 0.104 -0.0209
3 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200
d.计算荷载横向分布系数
1-3号梁的横向影响线和最不利布载图式如图1-5所示(以①号梁为例)。
车辆荷载:
一号梁:
汽—20mcq=1/2Ση1i=1/2×(0.5868+0.4402+0.3344+0.1878)=0.6901
挂—100mcq=1/4Ση1i=1/2×(0.3210+0.2992+0.2550+0.2368)=0.3965
二号梁:
汽—20 mcq=1/2×(0.3503+0.2969+0.2584+0.2051)=0.5554
挂—100mcq=1/4×(0.2310+0.1982+0.16