预应力简支T梁(20m)优秀毕业设计计算书范文文档格式.doc
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在钢筋混凝土简支梁桥中，经济合理的常用跨径在20m以下。
我国预应力混凝土简支梁桥的常用跨径载40m以下。
图1.2预应力混凝土简支T型梁桥
1.2.2预应力空心板桥
板桥的承重结构是矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板，其主要特点是构造简单，施工方便，而且建筑高度较小。
对于高等级公路和城市立交工程，板桥又以机易满足斜、弯、坡及S形、喇叭形等特殊要求的特点而受到重视。
从力学性能上分析，位于受拉区域的混凝土材料不但不能发挥作用，反而增大了结构的自重，当跨度稍大时就显得笨重而不经济。
板桥大多为小跨径。
从桥梁空心板桥的发展来看，空心板桥所用水泥相对较少，所用钢材比T梁要大，16m至20m都用先张法预应力空心板桥，其高跨比在1/18左右，板宽一般是1m。
板桥跨径超过一定限度时，截面的增高使自重加大。
预应力混凝土空心板桥常用跨径范围为8～16m。
空心板较同跨径的实心板质量轻，运输安装方便，而建筑高度又较同跨径的T梁小，一般板厚为0.4～0.7m。
板桥以它美观的结构和可靠的安全性，以及较短的施工周期和较少的造价，从而广泛应用于现阶段的中小桥。
图1.3预应力空心板桥
1.2.3石拱桥
拱桥的跨越能力大，能充分做到就地取材，与钢桥和钢筋混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；
能耐久，而且养护费用少，承载能力大；
外形美观，构造较简单，尤其是圬工拱桥，技术容易掌握，有利于广泛采用。
如果要在地质条件不好的地区修建拱桥时，就可从结构体系上、构造形式上采取措施，或利用轻质材料来减轻结构物的自重，或设法提高地基承载能力等。
为了节约劳动力、加快施工进度，可采用预制构件及无支架施工。
这些措施更加扩大了拱桥的使用范围，提高了拱桥的跨越能力。
总之，今后拱桥仍将是我国公路桥梁的一种主要形式。
图1.4石拱桥
1.2.4技术经济比较和最佳方案的确定
观桥梁的发展，从安全考虑石拱桥用的已经越来越少；
空心板桥安全性比石拱桥要高，但比起梁桥又稍差；
连续梁桥对桥下净空要求高，造价高；
预应力混凝土简支T形梁桥在小桥中用途最广，由于T梁可以预制，施工速度比同类型桥梁要快等许多优点，经过上述方案的比较，决定采用预应力混凝土简支T形梁桥。
2上部结构设计
2.1设计资料和结构尺寸
2.1.1设计资料
（1）设计跨径：
标准跨径20.00m（墩中心距离），简支梁计算跨径（相邻支座中心距离）19.50m，主梁全长19.96m。
（2）荷载：
公路—II级
（3）设计行车车速：
20km/h
（4）坡度：
纵坡1%,横坡2%
（5）设计洪水频率：
1/100
（6）航度等级：
无
（7）材料及工艺：
混凝土：
主梁采用C40混凝土,桥面铺装层采用C40防水混凝土;
T梁铰缝、搭板等构件采用C40混凝土;
防撞栏杆采用C30混凝土。
预应力钢束：
采用低松弛预应力钢铰线,抗拉强度,弹性模量,张拉控制应力,单束张拉吨位18.4t。
普通钢筋直径大于和等于12mm的用HRB335,Rbg=335Mpa,小于12mm采用R235,Rbg=235Mpa。
钢板和角钢：
制作锚头下支承垫板、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。
按后张法工艺制作主梁，采用45号优质碳素结构钢的锥形锚具，锥形锚具外径110mm，高度53mm，锚孔直径57mm；
预留孔道采用直径50mm抽拔橡胶管。
（8）设计依据
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004以下简称《公预规》。
《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004以下简称《桥规》。
2.1.2横截面布置
（1）主梁间距和主梁片数
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ρ很有效，故在许可的条件下应适当加宽T梁翼板。
但标准设计主要为配合各种桥面宽度，使桥梁标准化而采用统一的主梁间距。
由《公预规》第9.9.3条规定选取主梁间距1.5m（留2cm工作缝，T梁上翼沿宽度为148cm）,片数为3片。
（2）主梁尺寸拟定
①主梁高度
预应力混凝土简支T梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15~1/25，本设计取1.24m。
②主梁腹板厚度
在预应力混凝土梁中腹板处因主拉力很小，腹板厚度一般由布置孔管的构造决定，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。
标准图的T梁腹板厚度均取16cm。
腹板高度80cm。
在跨中区段,钢束主要布置在梁的下缘,以形成较大的内力偶臂,故在梁腹板下部设置马蹄,以利数量较多的钢束布置,设计实践表明马蹄面积与截面面积以10%～20%为宜,马蹄宽32cm,高18cm。
（3）翼板尺寸拟定
翼板的高度由主梁间距决定,考虑主梁间必须留工作缝,故取翼板宽度1.48m,施工缝宽2cm。
（4）横截面沿跨长度变化
横截面沿跨长变化,主要考虑预应力钢束在梁内布置的要求,以及锚具布置的要求,故为配合钢束的弯起而从四分点开始向支点逐渐抬高,同时腹板的宽度逐渐加厚。
（5）横隔梁设置
为了增强主梁间的横向连接刚度，除设置端横隔梁外，还设置3片中横隔梁，间距为4×
4.875m，共5片，采用开洞形式,平均厚度0.15m。
T型梁翼板厚度为8cm，翼板根部加到18cm以抵抗翼缘根部较大弯矩。
为了翼板与腹板连接和顺，在截面
在当今的科学发展飞速的新时代，越来越多的高科技开始运用于我们的学习、工作和生活当中。
科技，已成为我们走向高质量生活的一座桥梁，一根绳梯。
ofvision.3,build,fittinginwiththeurbanmasterplaninYibincityrapidrailtransitlongtermnetwork,aswellasthevisionofYibincity,andfuturedevelopmentofrailtransitnetwork.4,Yibincity,preliminaryrailtrafficlevelsservicelevels,systemmodel,andtechnicalstandards.5,toensurethatnetworkcanbeimplemented.6,stableconditionsforplanningandsupportingofYibincitytracktrafficconstructionandformationofrailtransitindustry,provideconditionsforthestart-upanddevelopmentofrailtransitinYibincity.1.7technicalcoursetechnologyistheproject'
sresearchprogramandresearchideas.Technologyreflectsthevariousstagesintheprocess,logicalrelationsbetweenvariouslevels,research,techniquesandphases.Networkplanningprocessthewholeprocesscanbedividedintofourparts,namely,backgroundresearch,networkarchitectureresearch,planningandimplementationofresearchandprogramminginterfaces.Figure1.7-1Yibincityrailtransitnetworkplanningtechnologyroadmapplanninginterfaceismainlyresponsiblefornetworkplanninginterfacewithfollow-upplanningtasks.NetworkplanningUrbanplanningsysteminatransitionalposition,onlinenetworkplanningiscompleted,willbecarriedoutassoonaspossiblethefollowingplanningprojects:
1,detailedcontrolofthelandofrapidrailtransitnetworkplanning;
2,thepartitioningfornetworkplanning;
3,jointplanningofrailtransportandurbantransportinotherways;
Detailedtechnicalcoursesseebelow.Figure1.7-2Generaltechnologyroutefigure2ndchapterCitystatusanddevelopmentplanning2.1citybasicprofile2.1.15
转角处设置圆角，以减小局部应力和便于脱模。
根据以上拟定的主梁尺寸,见右图2.1所示,进行主梁截面几何特性计算,为主梁内力计算做好准备,跨中
截面几何特性见表2.1所示。
图2.1预制梁跨中截面图
表2.1主梁跨中截面何特性计算表
5
分
块
号
分块
面积
Ai（）
分块面积
形心至上
缘的距离
yi（cm）
分块面积对上缘静距Si=Ai*yi
（cm3）
=ys-yi
（cm）
分块面积自身的惯性矩Ix=Ai（ys-yi）2
（cm4）
分块面积对截面形心的惯性矩Ii（cm4）
（1）
（2）
（3）=
（1）*
（2）
（4）
（5）
（6）=
（1）*（4）
①
1056
4
4224
39.05
16.103×
105
②
660
11.33
7477.8
27.72
5.071×
③
1696
53
89888
-9.95
1.679×
④
64
103.33
6613.12
-60.28
2.326×
⑤
576
115
66240
-71.95
29.818×
合
计
=
4052
=43.05
.9
2.2主梁内力计算
主梁的内力计算包括恒载内力计算和活载内力计算。
计算的控制截面右跨中、四分点、变化点和支点截面。
主梁和横隔梁、混凝土面层的重度均为25，每侧栏杆的重力为1.52。
2.2.1恒载内力计算
（1）恒载集度
主梁：
横隔梁：
对于边主梁
对于中主梁
桥面铺装层：
栏杆：
作用于边主梁的全部恒载集度g为：
作用于中主梁的全部恒载集度g为：
（2）恒载内力
计算边主梁的弯矩和剪力，用材料力学中的公式计算，各计算截面的剪力和弯矩值列于表2.2所示。
表2.2①号主梁恒载内力
内力
截面位置
剪力Q
弯矩M
145.77kN
=532.98
2.2.2活载内力计算
由于上述桥梁属于单车道小桥，不考虑人行道荷载，所以活载内力主要由可变荷载中的汽车荷载产生。
主梁活载内力计算分为两步：
第一步求某一主梁的荷载横向分布系数m；
第二步应用主梁内力影响线，将荷载P乘以横向分布系数后，在纵向按不利位置的内力影响线上加载，求得主梁最大活载内力。
根据《桥规》要求，对汽车荷载还必须考虑冲击力的影响。
（1）支点截面的荷载横向分布系数
如图2.2所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线进行布载，①号、②号梁可变作用的横向分布系数可计算如下：
①号主梁活载横向分布系数公路—II级：
②号主梁活载横向分布系数公路—II级：
图2.2 支点的横向分布系数计算图示（尺寸单位：
cm）
（a）桥梁横截面；
（b）①号梁横向影响线；
（c）②号梁横向影响线
（2）跨中的荷载横向分布系数
由图2.2可知，此桥设有刚度强大的横隔梁，且承重结构的宽跨比为
故可按偏心压力法来计算横向分布系数，其步骤如下：
①求荷载横向分布影响线竖标
本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=3，梁间距1.50m，则
则①号主梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标值为：
则②号主梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标值为：
②绘出荷载横向分布影响线
在最不利位置布载，如图2.3，其中Δ为0。
图2.3 荷载横向分布系数计算图示（尺寸单位：
a）桥梁横断面；
b）①号主梁横向分布影响线
荷载横向分布影响线的零点至①号梁位的距离为x,可按比例关系求得：
；
解得x=2.5m
并据此计算出对应个荷载点的影响线竖标和。
③计算荷载横向分布系数
在中间横隔梁刚度相当大的窄桥上，在沿横向偏心布置的汽车荷载作用下，总是靠近汽车荷载一侧的边主梁受载最大。
则①号梁的最不利布载受载最大。
则①号梁的活载横向分布系数分别计算如下：
汽车荷载
则②号梁的活载横向分布系数
求得①号主梁和②号主梁的各种荷载横向分布系数后，就可得到各类荷载分布至该梁的最大荷载值。
横向分布系数汇总如表2.3所示。
表2.3 荷载横向分布系数汇总
梁号
荷载位置
公路－II级
①号主梁
跨中
0.450
支点
0.357
②号主梁
0.333
0.343
（3）计算活载内力
在活载内力计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：
计算主梁活载弯距时，均采用统一的横向分布系数，鉴于跨中和四分点剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变化的来计算。
求支点和变化点截面活载剪力时，由于主要荷重集中在支点附近而考虑支撑条件的影响，按横向分布系数沿桥跨的变化曲线取值，即从支点到之间，横向分布系数用与值用直线内插法，期于区段取值。
计算跨中截面最大弯距及相应荷载位置的剪力和最大剪力及相应荷载位置的弯距采用直接加载求活载内力，计算公式为：
对于汽车荷载：
①均布荷载和内力影响线面积计算如表2.4所示
表2.4 均布荷载和内力影响线面积计算
类型
截面
均布荷载
影响线面积（或m）
影响线图示
7.875
=47.53
=2.44m
=35.65
=9.75m
②公路—II级集中荷载计算
计算弯距效应时：
计算剪力效应时：
③计算冲击系数和车道拆减系数
按《桥规》第4.3.2条规定汽车荷载在T梁上的冲击系数采用1.3。
本设计按两车道设计，不拆减，则。
④计算①号主梁的、、、，数据如表2.5所示。
表2.5 ①号主梁弯距和剪力计算表
荷载
或
（）
或y
（或m）
S（或）
S
公路—
II级
1.3
47.53
218.96
728.02
y==4.875
509.06
214.2
2.44
11.24
73.89
0.5
62.65
35.65
164.24
546.43
y==3.66
382.17
214.2
9.75
44.92
由于①号主梁和②号主梁只有跨中的横向分布系数不相同，则②号主梁的弯矩和剪力结果如下：
。
⑤计算支点截面荷载最大剪力
绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图2.4所示。
=1.0=0.833
图2.4 汽车荷载支点剪力计算图示（尺寸单位：
（a）主梁纵断面图；
（b）车辆荷载作用下支点剪力的荷载横向分布系数沿跨长分布图；
（c）车辆集中荷载和均布荷载的布置；
（d）支点截面剪力影响线图.
可知①号主梁汽车荷载的支点剪力为：
=162.28kN
可知②号主梁汽车荷载的支点剪力为：
=148.06kN
2.2.3主梁内力组合
为了按各种极限状态来设计钢筋混凝土及预应力混凝土梁，需要确定主梁沿桥跨结构各个截面的计算内力。
它就是将各种作用效应乘以相应的系数后，按《桥规》规定进行效应组合而得到的内力值。
根据《桥规》规定，当永久作用与汽车荷载和人群荷载组合时，基本组合的效应组合表达式为：
式中：
、—分别为汽车荷载和人群荷载效应的标准值。
①号主梁截面的弯矩
①号主梁截面的弯矩
①号主梁截面的剪力
①号主梁支点截面的剪力
②号主梁截面的弯矩
②号主梁截面的剪力
②号主梁支点截面的剪力
2.2.4弯矩和剪力包络图
根据上述主梁内力组合绘制①号主梁和②号主梁的弯矩和剪力包络图如图2.5和2.6所示。
图2.5①号主梁和②号主梁的弯矩包络图（单位:
）
图2.6①号主梁和②号主梁的剪力包络图（单位:
2.3预应力钢束的估算及其布置
2.3.1跨中截面钢束的估算与确定
根据《公预规》规定，预应力梁应满足使用阶段的应力要求和承载能力极限状态的强度条件。
以下就跨中截面在各种荷载组合下，分别按照上述要求对各主梁所需的钢束数进行估算，并且按这些钢束数的多少确定各梁的配束。
由《结构设计原理》有：
——混凝土强度安全系数，取＝1.25；
——计算弯矩，由主梁荷载组合可得＝1871.23,为设计经验系数，这里取＝0.76计算，由此可得：
每束为49φs5mm，面积为，其抗拉设计强度，钢束数为：
。
（1）按使用阶段的应力要求估算钢束数
对于简支梁带马蹄的T形截面，当截面混凝土不出现拉应力控制时，则得到钢束数n的估算公式：
—使用荷载产生的跨中弯矩；
—与荷载有关的经验系数，在这里取；
—一根49φs5的钢束截面积，即。
在主梁内力计算中已经计算出跨中截面，，初估，则钢束偏心距。
①号梁
②号梁
（2）按承载能力极限状态估算钢束数
根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度时，应力图式呈矩形，预应力钢束也达到标准强度，则钢束数的估算公式为：
——经荷载组合并提高后的跨中计算弯矩；
——估计钢束群重心到混凝土合力作用点力臂长度的经验系数，在这里取；
——主梁有效高度，即。
①号梁
对于全预应力梁，希望在弹性阶段工作，同时边主梁与中间主梁所需的钢束数相差不多，为方便钢束布置和施工，同时为了更安全，主梁统一确定为3束。
2.3.2预应力钢束布置
（1）确定跨中及锚固端截面的钢束布置
本例采用直径5cm波纹管，对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束重心偏心距大些。
根据《公预规》规定，在布置钢束同时，首先必须满足构造要求：
预留孔道间净距≥，梁底净距≥，梁侧净距≥，由此可直接得出钢束群重心到梁底距离为：
为了方便张拉操作，将所有的钢束都锚固在梁端。
对于锚固端截面，钢束布置考虑以下两方面：
一是预应力钢束重心尽可能靠近截面形心，使界面均匀受压；
二是考虑锚头布置得可能性，以满足张拉操作方便等要求。
按着上述锚头布置的均匀、分散等原则，锚固端截面所布置得钢束，钢束群重心至梁底距离为：
为检验上述布置得钢束群重心位置，可绘制全预应力混凝土简支梁的束界，以确保钢束群重心处于截面的核心范围内。
（2）钢束起弯角和线形的确定
确定钢束起弯角时，既要顾到因其弯起所产生的竖向剪力有足够的数量，又要考虑到由其增大而导致摩擦预应力损失不宜过大。
为此，本例将锚固端截面分成上下两部分，上部钢束的弯起角初定为10º
，相应的钢束竖向间距为30cm。
为简化计算和施工，所有钢束布置得线形均选用两端为圆弧线中间再加一段直线，并且整根束道布置在同一个竖直面内。
（3）钢束几何计算
锚固点到支座中线的水平距离，由图可知求得一根钢
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