预应力T型梁桥设计毕业设计.docx

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预应力T型梁桥设计毕业设计

预应力T型梁桥设计

1B河水文设计原始资料及计算

1.1设计原始资料

（1）、设计流量：

500m3/s

（2）、设计流速：

2.66m/s

（3）、河床比降：

7‰。

（4）、汛期含沙量：

18kg/m3

（5）、桥位处于重丘陵区，汛期多为六、七级风，风压0.75kpa，该河流无流冰现象，亦无流木和较大漂浮物，不道航，无抗震要求。

该地区标准冻深为1.40m，雨季7、8、9月份。

1.2河段类型判断

岸线不太稳定，河槽内天然冲淤比较明显，主流在河槽内摆动，和段微弯，边滩比较发达，河槽较宽浅，洪水期漫滩流量较大，所以综合分析判断：

B河属于次稳定河段。

1.3设计流量和设计流速的复核

根据地质纵剖面图绘出的河床桩号，绘制河流纵断面图。

（见下表1.1）

表1.1

桩号

K6+056.45

K6+057.75

K6+124.95

K6+126.05

K6+197.45

标高

478.95

477.05

476.95

477.45

478.95

由于滩槽不易划分,故河床全部改为河槽

Wc=187.75㎡

Bc=141m

hc=

=1.33m

过水面积、水面宽度、湿周计算表表1.2

桩号

河床标高（m）

水深（m）

平均水深（m）

间距（m）

过水面积（m）

湿周（m）

K6+056.45

478.95

0.95

1.3

1.235

2.3

57.75

477.05

1.9

1.95

67.2

131.04

67.2

124.95

476.95

1.75

1.1

1.925

1.2

126.05

477.45

1.5

0.75

71.4

53.55

71.42

197.45

478.95

合计

141

187.75

142.12

1.4拟定桥长

B河属次稳定河段，查规范《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002），采用6.2.1-1式计算

kq=0.95n3=0.87Qp=Qc=500m3/sBc=141m

桥孔最小净长度为：

0.95×10.87×141=133.95m

综合分析桥型拟订方案为5×30m预应力T型梁桥，采用双柱式桥墩

建桥后实际桥孔净长:

Lj=5×（30－1.5）=142.5m﹥133.95m

（初步拟订柱宽为1.5m）

1.5计算桥面标高

（1）、雍水高度

Fr=

=2.032/9.8×1.33=0.54＜1即设计流量通过时为缓流

v0M=vc=vs=2.66m/s

∴Aj=187.75－4×1.5×1.33=179.77㎡

vM=1/2（Qp/Aj+vc）=2.72

KN=

KY=

△Z=

·（vM2-v0M2）=（13.3×0.65）×（2.722-2.662）/2×9.8=0.14m

∴桥下雍水高度△Z’,=△Z/2=0.07m

（2、计算水位

Hj=Hc+△Z’=478.95+0.07=479.02m

（3）、桥面标高

不通航河段△hT=0.5m

建筑高度△hD=1.75+0.14=1.89m

桥面标高Hq=Hj+△hT+△hD=479.02+0.5+1.89=481.41m

路面标高484.61m

1.6冲刷计算

（1）、一般冲刷

查13-2得

按公式13-20考虑B1=B2=BC=141mQ1=QC=500m3/sQ2=QCP=500m3/s

（2）、局部冲刷

查附录15

E=0.86

由公式13—25得

总冲刷深度

由表13—4

公式13—29

河槽最长冲刷线高程

桥下河槽基底最小埋置高程

1.7方案比选

方案比较表表1.2

方案类别

比较项目

第一方案

第二方案

主桥：

预应力混凝土T形简支梁桥

（5×30m）

主桥：

预应力混凝土空心板桥（8×20m）

桥长（m）

150

160

最大纵坡（%）

工艺技术要求

技术较先进，工艺要求较严格，采用后张法预制预应力混凝土T梁，需要采用吊装设备，且在近几年预应力混凝土T行梁桥施工中有成熟的施工经验和施工技术

工艺较先进，有成熟的施工经验和施工工艺，使用范围广，相对板的自重也较小，但制作麻烦，需要使用大量的钢筋

使用效果

属于静定结构，桥面平整度较好，使用阶段易于养护，养护经费较低。

属于静定结构，桥面平整，行车条件较好，但养护较麻烦

从对比来看，我比较倾向于预应力混凝土T形梁桥。

2设计资料及构造布置

2.1设计资料

2.1.1桥梁跨径及桥宽

标准跨径=30m

主梁全长=29.96m

计算跨径=29.16m

桥面净空=2×3.75+3.3+2×0.5=11.80m

2.1.2设计荷载

公路—Ⅰ级，人群荷载3.0KN/m，每侧人行护栏,防撞栏的作用力分别为1.52KN/m和4.99KN/m。

2.1.3材料及工艺

混凝土：

主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30

预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范》（JIGD62—2004）中的Φs15.2钢铰线，每束6根，全梁配3束，fpk=1860Mpa

普通钢筋采用HRB335钢筋，钢筋按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70㎜，外径75㎜的金属波纹管和夹片锚具。

2.1.4设计依据

1）交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01—2003），简称《标准》。

2）交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JIGD60—2004），简称《桥规》。

3）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JIGD62—2004），简称《公预规》。

2.1.5设计基本数据，见下表2.1

基本数据表2.1

名称

项目

符号

单位

数据

C50砼

立方强度

fcu，k

MPa

弹性模量

MPa

3.45×104

轴心抗压标准强度

fck

MPa

32.4

轴心抗拉标准强度

ftk

MPa

2.65

轴心抗压设计强度

fcd

MPa

22.4

轴心抗拉设计强度

ftd

MPa

1.83

短暂状态

容许压应力

0.7fck‘

MPa

20.72

容许拉应力

0.7ftk‘

MPa

1.757

持久状态

标准轴载组合：

MPa

①容许压应力

0.5fck

MPa

16.2

②容许主压应力

0.6fck‘

MPa

19.44

短期效应组合：

MPa

①容许拉应力

σst-0.85σpc

MPa

②容许主拉应力

0.6ftk‘

MPa

1.59

¢s15.2

钢

绞

线

标准强度

fpk‘

MPa

1860

弹性模量

Ep‘

MPa

1.95×105

抗拉设计强度

fpd

MPa

1260

最大控制应力

0.75fpk‘

MPa

1395

持久状态：

MPa

标准荷载组合

0.65fpk‘

MPa

1209

材

料

重

度

C50砼

KN/m3

25.0

沥青砼

KN/m3

23.07

钢绞线

KN/m3

78.5

C30砼

KN/m3

栏杆

KN/m

1.0

钢束与混凝土的弹性模量比

аEP

5.65

在考虑混凝土强度达到C45时开始张拉预应力钢束。

f，ck和f，tk分别表示钢束张拉时混凝土的抗拉，抗压标准强度：

则f，ck=29.6Mpa,f，tk=2.51Mpa

2.2横截面布置

2.2.1主梁间距与主梁片数

通常主梁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ρ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1600㎜,由于宽度较大,为保证桥梁的整体受拉性能,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（bi=1600㎜）和运营阶段的大截面（bi=1700㎜），净—2×3.75+3.3+2×0.5=11.80m的桥宽选用7片主梁，如图（2-1）

1/2支断面1/2跨中断面

2.2.2主梁跨中截面主要尺寸拟订

预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与跨径之比通常在

～

，故本设计取用1750㎜的主梁高度。

2.2.3计算截面几何特性

净截面的计算（b=160cm）表2.2

分块面积

到上缘的距离yi（cm）

分块面积Ai（cm2）

分块面积对上缘的静矩Si（cm3）

分块面积自身惯性矩Ii（cm4）

di=ys-yi

（cm）

分块面积对形心惯性矩Ix（cm4）

I=Ii+Ix

（cm4）

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

翼板

①

1280

5120

6826.67

61.2

4794163.2

4800990

三角承托

②

11.3

720

8136

4000

53.9

2091751.2

2095751

腹板

③

2368

194176

4322389.33

-16.8

668344.32

4990734

下三角

④

152.7

100

15270

555.56

-87.5

765625

766181

马蹄

⑤

165.5

684

113202

20577

-100.3

6881101.56

6901679

⑥

5152

335904

19555335

ys=∑Si/∑Ai=335904/5152=65.2㎝

yx=175－65.2=109.8㎝

毛截面的计算（b=170cm）表2.3

分块面积

到上缘的距离yi（cm）

分块面积Ai（cm2）

分块面积对上缘的静矩Si（cm3）

分块面积自身惯性矩Ii（cm4）

di=ys-yi

（cm）

分块面积对形心惯性矩Ix（cm4）

I=Ii+Ix

（cm4）

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

翼板

①

1360

5440

7253.333

60.3

5093798.4

5101052

三角承托

②

11.3

720

8136

4000

2091751.2

2095751

腹板

③

2368

194176

4322389.33

-17.7

668344.32

4990734

下三角

④

152.7

100

15270

555.56

-88.4

765625

766181

马蹄

⑤

165.5

684

113202

20577

-101.2

6881101.56

6901679

⑥

5232

336224

19555335

ys=∑Si/∑Ai=336264/5232=64.3㎝

yx=175－64.3=110.7㎝

2.2.4检验截面效率指标ρ

上核心距:

ks=

㎝

下核心距:

kx=

㎝

截面效率指标:

ρ=

=0.53＞0.5

表明以上初步拟订的主梁跨中截面是合理的

2.3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的局部应力,也为布置锚具的需要,在距梁端1.75m范围内将腹板加厚到与马蹄同宽,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,在马蹄抬高的同时,腹板宽度亦开始变化。

2.4横隔梁的位置

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。

为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。

本设计共设置七道横隔梁，其间距为4.86m。

端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部240㎜，下部220㎜；中横隔梁高度为1600㎜，厚度为上部160㎜，下部

横隔梁

3主梁作用效应计算

3.1永久作用效应计算

3.1.1.恒载集度

（1）预制梁自重

1跨中截面主梁的自重

（1）=

×r1=0.5152×25=12.88KN/m

（1）=12.88×7.29=93.90KN

2马蹄抬高与腹板宽段梁的自重

（2）=（0.8012+0.5152）×25/2=16.455KN/m

（2）=16.455×5.94=97.74KN

3支点段梁的自重

g（3）=0.8012×25=20.03KN/m

G（3）=20.03×1.75=35.05KN

4边主梁的横隔梁

中横隔梁的体积：

0.15×〔0.72×1.6-

×（0.08+0.18）×0.72－

×（0.04+0.14）

×0.1－0.1×1-

×（0.6+1）×0.2+2×0.04×0.26〕

=0.1365m3

端横隔梁的体积：

0.23×〔0.62×1.75-

×0.62-0.1×1-

×0.2+0.2×0.04×0.26〕=0.1760m3

故半跨内横隔梁重力为：

G（4）=（5×0.1365+2×0.1760）×25=25.86KN

5预制边主梁的恒载集度为：

g1=（93.90+97.74+35.05+25.86）/14.98=16.859KN/m

预制中主梁的恒载集度为：

g1，=（93.90+97.74+35.05+2×25.86）/14.98=18.586KN/m

（2）二期恒载

1混凝土垫层铺装：

×10.8×24=20.866KN/m

6㎝沥青铺装：

0.06×10.8×23=14.904KN/m

若将桥面铺装均摊给七片主梁，则：

g（5）=（20.866+14.904）/7=5.110KN/m

2栏杆：

一侧防撞栏：

5KN/m

若将两侧防撞栏均摊给七片主梁，则：

g（6）=5×2/7=1.429KN/m

3边主梁现浇T梁翼板集度：

g（7）=0.08×0.05×25=0.1KN/m

中主梁现浇T梁翼板集度：

g（7），=0.08×0.1×25=0.2KN/m

④边主梁二期恒载集度：

g2=g（5）+g（6）+g（7）=1.429+5.110+0.1=6.639KN/m

中主梁二期恒载集度：

g2，=g（5）+g（6）+g（7），=6.739KN/m

⑤边主梁总的恒载集度：

g=g1+g2=16.859+6.639=23.498KN/m

中主梁总的恒载集度：

g，=g1，+g2，=18.586+6.739=25.325KN/m

3.1.2恒载内力

如图3-1所示，设x为计算截面离左支座的距离,并令α=x/L，则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:

Mα=α（1－α）l2g/2,

=（1－2α）lg/2

恒载内力计算表表2.4

截面位置

边主梁

中主梁

跨中

1791.913

1975.472

705.647

716.276

2497.56

2691.748

L/4

1343.945

122.902

1481.604

135.492

529.236

48.398

537.207

49.127

1873.181

171.300

2018.811

184.619

变截面

314.545

223.190

346.777

246.053

123.867

87.89

125.732

89.215

438.412

311.081

472.509

335.268

支点

245.804

270.984

96.797

98.255

342.601

369.239

3.2可变作用效应计算（修正刚性横隔梁）

3.2.1冲击系数和车道折减系数

按《桥规》4.3.2条规定,结构的冲击系数与结构的基频有关,因此要先计算结构的基频。

简支梁桥的基频可采用下列公式计算。

=4.196HZ

其中mc=

=0.5152×25×103/9.8=1.3142×103N/m

根据《桥规》的规定,可计算出汽车荷载的冲击系数为:

μ=0.1760㏑f-0.0157=0.24

∴1+μ=1.24

按《桥规》4.3.1条,当车道大于两车道时,需进行车道折减,当采用两车道布载时不需要进行折减，采用三车道布载时，折减系数为0.78。

3.2.2计算主梁的荷载横向分布系数

（1）跨中的荷载横向分布系数mc

本桥跨内设有七道横隔梁，具有可靠的横向联结，且承重结构的长宽比为：

=2.47＞2

所以可修正刚性横隔梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc。

1计算主梁抗扭惯性矩IT

对于T形梁截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算：

IT=

cibiti3

bi，ti—相应为单个矩形截面的宽度和厚度；

ci—矩形截面抗扭刚度系数；根据t/b查表计算；

m—梁截面划分成单个矩形截面的块书。

对于跨中截面，翼缘板的换算厚度：

t1=

=13㎝

马蹄部分的换算厚度平均为：

t3=

=24㎝

IT的计算图式如图3-2

IT计算表表2.4

分块名称

ti/bi

IT=cibiti3

翼缘板

1.7

0.13

0.07647

0.0011717

腹板

1.38

0.16

0.11594

0.0017466

马蹄

0.36

0.24

0.66667

0.0009745

0.0038974

②计算抗扭修正系数β

本设计主梁间距相同，并将主梁近似看成等截面。

查表得n=7时，ξ=1.021,G=0.4E

则：

β=

=0.953

③计算横向影响线竖坐标值：

ηij=

+β·

式中：

n=7,a1=5.1，a2=3.4，a3=1.7，a1=5.1，a4=0，a5=-1.7，a6=-3.4，a7=-5.1，

=2×（5.12+3.42+1.72）=80.92㎡

1#梁：

η11=1/7+0.953×5.12/80.92=0.449

η17=1/7-0.953×5.12/80.92=-0.163

2#梁：

η21=1/7+0.953×3.4×5.1/80.92=0.347

η27=1/7-0.953×3.4×5.1/80.92=-0.061

3#梁：

η31=1/7+0.953×1.7×5.1/80.92=0.245

η37=1/7-0.953×1.7×5.1/80.92=0.041

4#梁：

η41=η47=1/7=0.143

将计算所得的ηij值汇总于表2.5内

各梁的影响线竖标值表2.5

梁号

ηi1

ηi7

5.1

0.449

-0.163

3.4

0.347

-0.061

1.7

0.245

0.041

0.143

④计算荷载横向分布系数

可变作用：

（汽车公路—I级）

1号梁：

两车道：

mc=

×4η2=2n1=2×0.272=0.544

三车道：

mc=

×6η2×0.78=2.34η2=2.34×0.179=0.419

mc=0.544

2号梁：

两车道：

mc=

×4η2=2n1=2×0.229=0.458

三车道：

mc=

×6η2×0.78=2.34η2=2.34×0.167=0.391

mc=0.458

3号梁：

两车道：

mc=

×4η2=2n1=2×0.162=0.324

三车道：

mc=

×6η2×0.78=2.34η2=2.34×0.119=0.278

mc=0.324

4号梁：

三车道：

mc=

×6η2×0.78=2.34η2=2.34×0.143=0.335

（2）支点截面的荷载横向分布系数mo

如图所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载，计算横向分布系数。

M01=0.5×0.882=0.441

M01=0.5×1.00=0.500

M01=0.5×2×0.618=0.618

（3）横向分布系数汇总，见表2.6

表2.6

可变作用类别

0．544

0．458

0．324

0．335

0．441

0．500

0．618

3.2.3车道荷载的取值

根据《桥规》4.3.1条,公路—I级的均布荷载标准值qk=10.5KN/m，集中荷载标准值pk按以下规定选取：

桥梁计算跨径小于或等于5m时，pk=180KN；桥梁计算跨径大于或等于50m时，pk=360KN；桥梁计算跨径在5m～50m时，pk采用直线内插求得。

计算剪力效应时，上述集中荷载标准值应乘以1.2的系数。

本设计中，计算弯矩时qk=10.5KN/m，pk=〔

×（29.16-5）+180〕=276.64KN

计算剪力时:

pk=276.64×1.2=331.968KN

3.2.4计算可变作用效应

对于横向分布系数的取值作如下考虑：

计算主梁活载跨中弯矩时，采用全跨中统一的横向分布系数mc，考虑到跨中和四分点剪力影响线的较大竖标位于桥跨中部，故按不变化的mc计算，计算支点附近应考虑支承条件的影响，按横向分布系数沿桥跨的变化曲线取值，即从支点到l/4之间，横向分布系数用mc与mo值直线插入，其余均取mc值。

（1）求跨中截面的最大弯矩和最大剪力

弯矩:

M=（1+μ）ξmc（pkyk+qkww）

剪力:

Q=（1+μ）ξ（mkpkyk+mkqkwQ+△Q）

△Q=

（mo-mc）（2+yk）

其中：

（1+μ）—汽车冲击系数

Mmax=1.24×1×0.544×（276.64×7.29+10.5×

×7.29×29.16）

=2113.2155KN/m

Vmax=1.24×1×0.544×（331.968×0.5+10.5×

×0.5×14.58）

=137.7833KN

（2）四分点截面的最大弯矩和最大剪力

图3-7

△Q=

×（0.441-0.544）×（-0.25）=0.219

Mmax=1.24×1×0.544×（276.64×5.4675+10.5×

×5.4675×29.16）=1584.9116KN/m

Vmax=1.24×1×（0.544×331.968×0.75+0.544×10.5×

×0.75×4.87+0.219）=226.309KN

（3）变截面的最大弯矩和最大剪力

计算变截

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