内蒙古大学创业学院桥梁毕业设计G河课件.docx
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内蒙古大学创业学院桥梁毕业设计G河课件
预应力混凝土T形梁桥
【摘要】本文设计的是预应力混凝土T形梁桥，第一部分主要内容主要是通过水文计算确定桥长，并通过方案的比选确定出本次设计的桥型，第二部分的内容比较多，主要包括结构尺寸的拟、恒载和活载内力计算、根据承载力配筋并进行截面的承载力和应力验算、张拉预应力钢筋和计算预应力钢筋的各种应力损失、验算局部承压和梁的挠度变形计算，同时还简单的计算复核了横隔梁和行车道板的承载力。
最后进行了下部结构盖梁和墩柱进行了简单的计算。
关键词：
预应力内力组合承载力应力损失
PrestressedConcreteT-beamBridge
Author:
BaiXueliang
Tutor:
ChangJianmei
Abstract:
ThispaperisthedesignofprestressedconcreteT-beambridge.Thefirstpartismainlydeterminedbyhydrologycalculationslongbridge,Adoptionoftheprogramandtheselectionofidentifyingthistypedesignofthebridge,thesecondpartofthecontentsofmore,keystructuraldimensions,includingthedesign,deadloadandliveLoad,Accordingcapacityreinforcementandthecapacityforcrosssectionsandstresscalculation,prestressedreinforcedandprestressedreinforcedthestressloss,partialpressureandcheckingthebeamdeflection,alsosimplecalculationreviewedCrossbeamsandplateslanecapacity.
Keywords:
prestressedinternalforceportfolioCarryingCapacity
lossescapacitystress
1G河水文设计原始资料及计算
1.1设计原始资料
（1）、桥面平面图
（2）、桥位地质纵剖面图
（3）、设计流量：
Qs=377m3/s
（4）、设计流速：
3.02m/s
（5）、河床比降：
0.5‰
（6）、汛期洪水含沙量：
11㎏/m3
（7）、桥位处于山区地区。
汛期多为六、七级风，风速为15m/s，风压0.55kpa，无流冰现象，亦无流木和加大漂浮物，无通航，无抗震要求。
（8）、该河为季节性河流，洪水时波浪推进长度为200m，此段水深与桥位处基本相同，该地区标准冻深为1.2m，雨季在6、7、8月份。
1.2河段类型判断
该河段处于山区峡谷性河段的出口处，该桥位在河段归入干流的出口处，河岸稳定，冲击变化小，滩槽不宜划分，所以综合分析判断：
G河属于稳定河段。
1.3设计流量和设计流速的复核
由于滩槽不易划分,故河床全部改为河槽
R=A/x=140.89/82.71=1.70m
m/s
其中：
粗糙系数n值查表所得
Qc=V/A=1.27140.89=178.93m³/s
该桥位设计流量：
377m³/s,设计流速：
3.02m/s,设计水位标高：
231m
由于该桥前有一大河，倒洪水位为232m，利用其经过计算水文，所得数据依然是按照给定的设计流量与流速计算。
过水面积、水面宽度、湿周计算表表1.2
桩号
河床标高
水深
平均水深
水平距离
湿周
过水面积
2+368.2
231
0
0.7
10.24
10.26
7.17
2+357.96
229.06
1.4
1.48
5.3
5.56
7.84
2+352.66
230.04
1.56
1.88
15.02
15.14
28.24
2+337.64
228.8
2.2
2.3
5.62
6.07
12.93
2+332.02
228.6
2.4
2.5
8.82
9.17
22.05
2+323.2
228.4
2.6
2.4
13
13.22
31.2
2+310.2
228.8
2.2
1.8
12
12.13
21.6
2+298.2
229.06
1.4
1.2
6.22
6.33
7.46
2+291.98
230
1
0.5
4.8
4.83
2.4
2+287.18
231
0
1.4拟定桥长
该河段处于山区峡谷性河段的出口处，对于山区峡谷性河段，一般不做桥孔长度计算，一般不压缩河床。
但该桥位在归入干流的出口处，河岸稳定，冲淤变化小且滩槽不可分，现按稳定性河段计算，作为参数。
所以：
1.5计算桥面标高
（1）壅水高度
η=0.05
×140.89=136.8
所以，ΔZ=0.05（2.012-3.022）=-0.25（m）
∴桥下壅水高度为零
（2）波浪高度
B/D=81.02/200=0.406
KD=0.71
所以，
桥下各项水面升高值：
桥面标高：
因为桥位处于山区地区，无通航要求。
所以：
=231+0.15+0.5+2=233.65（m）＜路面标高236（m）
1.6冲刷计算
（1）一般冲刷
按64-1公式计算
综合分析桥型拟订方案为4×35m预应力T型梁桥，采用双柱式桥墩
建桥后实际桥孔净长:
Lj=4×35-3×1=137m>133.10m
（初步拟订柱宽为1m）
故：
m/s
因为原始资料中指出，汛期洪水含沙量：
11kg/m3
所以,E=0.66
=1.05mm
×
所以，
（2）局部冲刷
按65-1公式计算
按下部结构式查附录15得：
m
所以，v0=0.542（m/s）
因为v＞v0
所以，
（3）冲刷线标高
全部冲刷完成后最大水深：
为自然演变冲刷深度，假定为零），则各墩台最大冲刷时标高
m
（4）基底最小埋置深度计算
由表13-4查得，取
m，则各墩台最小埋置深度为：
m
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
第三方案
主桥：
预应力混凝土T形简支梁桥
主桥：
钢筋混凝土T形简支梁桥
主桥：
预应力混凝土空心板桥
桥孔长（m）
3×25=75m
4×20=80m
6×13=78m
工艺技术要求
技术较先进，工艺要求较严格，满足一定的承载力，跨径大，桥墩少，便于下部结构施工
技术较先进，钢筋用量大，承载能力小，跨径小，桥墩多，下部结构麻烦
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。
桥墩多，下部结构施工相对比较麻烦
跨度
适用于跨径较大的桥
适用于跨度较小的桥
适用于跨度较小的桥
强度、刚度、抗裂性
强度大、刚度大、抗裂性强
相对于预应力来说较小
强度、刚度、抗裂性强，优于第二种方案
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=35m
主梁全长=34.92m
计算跨径=33.80m
桥面净空=-10.5+2×0.75m
2.1.2设计荷载
公路—级，人群荷载3.0KN/m，设计速度为60，栏杆及人行道构件自重为5KN/m，环境标准：
Ⅰ类环境
2.1.3材料及工艺
混凝土：
主梁、翼缘板、横隔板、湿接缝、封锚均用C50混凝土，桥面铺装采用沥青混凝土
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的低松弛高强度钢铰线，每束8根，全梁配4束，=1860Mpa
普通钢筋采用R235和HRB335钢筋，钢筋按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70㎜，外径77㎜的金属波纹管和夹片锚具。
凡钢筋直径大于等于12mm者采用HRB335热轧带肋钢筋，凡钢筋直径小于12mm者采用R235钢筋。
钢板：
采用《碳素结构钢》（GB700-1998）规定的Q235B钢板
支座：
可采用极式橡胶支座或盆式橡胶支座，其材料和力学性能均应符合现行国家和行业的标准规定
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
名称
项目
符号
单位
数据
C50砼
立方强度
fcu，k
MPa
50
弹性模量
Ec
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
0
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
r1
KN/m3
25.0
沥青砼
r2
KN/m3
23.07
钢绞线
r3
KN/m3
78.5
C30砼
r4
KN/m3
24
栏杆
r5
KN/m
1.0
钢束与混凝土的弹性模量比
аEP
5.65
注：
本设计混凝土强度达到C45开始张拉预应力钢束。
和分别表示钢束张拉时混凝土的抗压，抗拉标准强度，则：
=2.51MPa
基本数据表2.1
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1700㎜,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=1700㎜）和运营阶段的大截面（bi=2400㎜），净—10.5+2×3.75=12m的桥宽选用5片主梁，如图（2-1）
2.2.2主梁跨中截面主要尺寸拟订
1.主梁高度
预应力混凝土简支梁的主梁高度与跨径之比通常取～故本设计取用2300㎜的主梁高度是比较合适的。
2.翼板厚度
T梁的翼板厚度为16cm，翼板根部厚度加到25cm，以抵抗翼缘根部较大的弯矩。
3.腹板厚度
腹板厚度不宜小于其梁高度的。
本桥的厚度取20cm
4.马蹄尺寸
预应力混凝土简支梁的梁肋下部通常要加宽做成马蹄形，以便预应力钢筋的布置和满足承受很大的需要，现初步拟定马蹄宽为60cm、高度20cm，马蹄与腹板交接处做三角过渡，高度为20cm以减小局部应力。
2.2.3计算截面几何特性
净截面的计算（b=240cm）表2.2
分块名称
分块面积（）
到上缘的距离（cm）
分块面积对上缘的静矩（）
分块面积自身惯性矩Ii（）
=-
（cm）
分块面积对形心惯性矩Ix（）
I=+
（
翼板
3840
8
30720
81920
75.65
2197622.4
22057942.4
三角承托
540
19
10260
2430
64.65
2256996.15
2259426.15
腹板
3880
113
438440
12168973.33
-29.35
3342319.3
15511292.63
下三角
400
203.33
81333.3
8888.89
-119.68
5729320.96
5738209.85
马蹄
1200
220
264000
40000
-163.35
22309587
22349587.0
9860
824753.3
67916458.03
==824753.3/9860=83.65㎝
毛截面的计算（b=170cm）表2.3
分块名称
分块面积（）
到上缘的距离（cm）
分块面积对上缘的静矩（）
分块面积自身惯性矩Ii（）
=-
（cm）
分块面积对形心惯性矩Ix（）
I=+
（
翼板
2720
8
21760
58026.67
85.34
1980930.43
19867557.1
三角承托
540
19
10260
2430
74.34
2984275.22
2986705.22
腹板
3880
113
438440
12168973.33
-19.66
1499680.53
13668653.86
下三角
400
203.33
81333.3
8888.89
-109.99
4839120.04
4848008.93
马蹄
1200
220
264000
40000
-126.66
1925130.672
19291306.72
8740
820272.3
60662231.83
==820272.3/8740=93.34㎝
2.2.4检验截面效率指标ρ
检验截面效率指标（希望在0.5以上）
上核心距:
=
㎝
下核心距:
=
㎝
截面效率指标:
ρ=
=0.58＞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
本设计采用高等形式横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变，梁端部分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离梁端1600mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽
2.4横隔梁的位置
本桥设计5道横隔梁间距为中横隔梁与中横隔梁的间距为8.45m，端横隔梁与梁的高度同高，中横隔梁的高度为2160mm。
厚度为上部200mm下部为180mm。
2.5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。
3主梁作用效应计算
3.1恒载内力计算
3.1.1.恒载集度
1．预制梁自重
1跨中截面段主梁的自重、长11.1m
=0.874×26×11.1=252.24KN
2马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重、长4.8m
=（1.27+0.874）×4.8×=133.79KN
支点段主梁的自重、长1.6m
=1.27×26×1.6=52.83KN
④变主梁的中横隔梁
中横隔梁的体积=（2000×750-×90×600-×200×200-60×200）
=0.27
边横隔梁的体积=（2080×650-×400×90）=0.25
⑤故半垮内横隔梁重力为=（1×0.25+1.5×0.27）=17.03KN
⑥预制边主梁永久作用集度
==27.01KN.m
预制中主梁永久作用集度
==27.98KN.m
2.二期恒载
1现浇T梁翼板集度
=0.7×0.16×26=2.912
中主梁=2.912×2=5.824
2一片中横隔梁（现浇部分）体积
0.35×1.94×0.19=0.129
一片端横隔梁（现浇部分）体积
0.35×2.14×0.19=0.142
故=（1×0.142+1.5×0.129）=0.336
中主梁=0.336×2=0.672
③桥面铺装
8cm混凝土铺装：
0.08×10.5×26=21.84
10cm沥青混凝土铺装：
0.1×10.5×24=25.2
将桥面铺装重量均分给5片梁则：
=9.41
④防撞栏：
一侧栏杆及人行道构件自重的作用力为5将两侧均分
5×=2
⑤边梁二期永久作用集度
=2.912+0.336+9.41+2=14.66
中梁二期永久作用集度
=5.824+0.672+9.41+2=17.91
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,则主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为：
=g.l.x-g.=（l-x）
=g.l–gx=（l-2x）
恒载内力计算表表2.4
作用效应
边梁永久作用效应组合
中梁永久作用效应组合
一期
作用
跨中
支点
四分点
跨中
支点
四分点
弯矩
3857.16
0
2892.872
3995.684
0
2996.763
剪力
0
456.49
228.234
0
236.431
472.862
二期作用
弯矩
2093.52
0
1570.14
2557.63
0
1918.23
剪力
0
247.75
123.88
0
302.68
151.34
弯矩
5826.44
0
4369.84
6426.22
0
4819.67
剪力
0
689.52
344.76
0
760.5
380.25
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。
f=
=
=4.11HZ
其中==2613.25N/m
根据《桥规》的规定,可计算出汽车荷载的冲击系数为:
μ=0.1767㏑f-0.0157=0.23405
∴1+μ=1.234
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
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：
==6.76＞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。
计算主梁抗扭惯性矩
对于T形梁截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算：
=
—相应为单个矩形截面的宽度和厚度；
—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：
=
=20.5㎝
==23cm
马蹄部分的换算厚度平均为：
=
=30㎝
的计算图式如图3-2
计算表表2.4
分块名称
（cm）
（cm）
=
（）
翼缘板①
240
23
0.096
9.7336
腹板②
177
20
0.113
0.309
4.37544
马蹄③
60
30
0.5
0.2295
3.726
Σ
17.83504
当﹤0.1时C=
当=0.1时C=0.312，=0.2时C=0.291
=0.113时根据内插可推出C=0.309同理可知当=0.5时Ｃ＝0.2295
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=５时，ξ=1.042,G=0.425E
则：
＝
=0.90
3.算横向影响线竖坐标值：
由于本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=5，梁间距为2.4m则：
=++++
=++0++=40.32
1号梁横向影响线的竖标为:
=+=+0.9×=0.714
=-=-0.9×=-0.314
2号梁横向影响线的竖标为:
=+=+0.9×=0.457
=-=-0.9×=-0.057
3号梁横向影响线的竖标为:
=+=+0.9×=0.2
=-=-0.9×=0.2
将计算所得的值汇总于表2.5内
各梁的影响线竖标值表2.5
梁号
1
0.714
-0.314
2
0.457
-0.057
3
0.200
0.200
设影响线零点距离一号梁轴线的距离为x
则：
=解之得x=6.67m
计算荷载的横向分布系数、1号边梁的横向影响线的图式：
1号梁汽车==（0.709+0.409+0.184）
=0.909
人群：
=0.797
计算荷载的横向分布系数、2号边梁的横向影响线的图式：
2号梁汽车==（0.454+0.288+0.192+0.123+0.026）
=0.721
人群：
=0.498
支点截面的荷载横向分布系数，如下图所示，按杠杆原理法绘制支点截面荷载横向分布影响线并进行布载1号梁可变作用横向分布系数可计算如下：
汽车==（0.979）=0.604
人群：
=1.323需要折减乘以0.75则：
=0.992
4.横向分布系数汇总，见表2.6
横向系数表2.6
作用位置
跨中及处
0.909
0.797
支点处
0.604
0.992
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=10.5KN/m，集中荷载标准值按以下规定选取：
桥梁计算跨径小于或等于5m时，=180KN；桥梁计算跨径大于或等于50m时，=360KN；桥梁计算跨径在5m～50m时，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，采用公路--Ⅱ级荷载，则均布荷载=10.5×0.75=7.875KN/m。
计算弯矩时KN（内插求得）
计算剪力时:
=295.2
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