《预应力混凝土简支T形梁桥设计(22页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《预应力混凝土简支T形梁桥设计(22页).doc（22页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-预应力混凝土简支T形梁桥设计-第 - 18 - 页桥梁工程课程设计计算说明书题目:预应力混凝土T形简支梁桥设计说明书姓 名： * * * 班 级： 道桥*-*班 学 号： 311200000000 2015年00月00日目录一、设计资料及构造布置11.设计资料.11.1 桥梁跨径及桥宽11.2 设计荷载11.3 材料规格11.4 设计依据11.5 基本计算数据12.横截面布置22.1主梁间距与主梁片数22.2 主梁跨中截面主要尺寸拟订43.横隔梁沿跨长的变化64.横隔梁的设置6二、主梁作用效应计算62.1永久作用效应计算62.2可变作用效应计算92.3主梁作用效应组合19三、横隔梁计算193
2、.1确定作用在跨中横隔梁上的可变作用193.2跨中横隔梁的作用效应影响线20四、行车道板的计算244.1悬臂板荷载效应计算254.2连续板荷载效应计算26五、支座计算315.1选定支座的平面尺寸31 5.2确定支座的厚度315.3验算支座的偏转.32 5.4验算支座的抗滑稳定性.32参考文献33预应力混凝土T形简支梁桥设计说明书一、设计资料及构造布置1.设计资料1.1 桥梁跨径及桥宽 标准跨径：36m（墩中心距离） 主梁全长：35.96m 计算跨径：35.00m 桥面净空：净14+21.75m=17.5m1.2 设计荷载 汽车：公路级，人群：,每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为。 1.3 材
3、料规格混凝土：主梁用，栏杆及桥面铺装用。预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）的钢绞线，每束6根，全梁配7束，标准强度。普通钢筋直径大于和等于12mm采用HRB335级钢筋；直径小于12mm的均用R235钢筋。1.4 设计依据 公路工程技术标准（JTG B01-2003） 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）1.5 基本计算数据表1-1 基本数据计算表名 称项 目符 号单 位数 据混 凝 土 立方强度fcu,kMPa50 弹性模量EcMPa3.45轴心抗压标准强度fck
4、MPa32.40 轴心抗拉标准强度ftkMPa2.65 轴心抗压设计强度fcdMPa22.40 轴心抗拉设计强度ftdMPa1.83 短暂状态容许压应力0.7fckMPa20.72 容许拉应力0.7ftkMPa1.757持久状态标准荷载组合:容许压应力0.5fckMPa16.20 容许主压应力0.6fckMPa19.44短期效应组合:容许拉应力st-0.85pcMPa0 容许主拉应力0.6ftkMPa1.59 s15.2 钢 绞 线标准强度fpkMPa1860 弹性模量EpMPa1.95105抗拉设计强度fpdMPa1260 最大控制应力con0.75fpkMPa1395 持久状态应力:标准状
5、态组合0.65fpkMPa1209 材料重度钢筋混凝土1KN/325.0 沥青混凝土2KN/323.0 钢绞线3KN/378.5 钢束与混凝土的弹性模量比Ep无纲量5.65 注：考虑混凝土强度达到90%时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=29.6MPa， =2.51MPa。2.横截面布置2.1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.本桥主梁翼板宽度为2500mm,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:
6、预施应力,运输,吊装阶段的小截面()和运营阶段的大截面().半幅净的桥宽采用七片主梁,如图所示1-1。22 主梁跨中截面尺寸拟订（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，本桥梁取用1800mm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，要应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本算例预制T梁的翼板厚度取用150
7、mm，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。本算例腹板厚度取150mm。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，马蹄面积占截面面积的10%20%为合适。本算例考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置，一层最多三束，同时还根据公预规9.4.9条对钢束净矩及预留管道的要求，初拟马蹄宽度为550mm，高度250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度150mm，以减少局部应力。按照以上拟订的外形尺寸，就可以绘出预制梁的跨中截面图（
8、见图1-2）（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1-2跨中截面几何特性计算表1-2分块名称分块面积 （）分块面积形心至上缘距离（）分块面积对上缘的静矩 （）分块面积自身惯矩（）（）分块面积对截面形心的惯矩（）（）（1）（2）（3）=（1）*（2）（4）（5）（6）=（1）*（7）=（4）+（6）大毛截面翼板37507.52812570312.575.792154046521610778三角承托50018.3391662777.7865.9621097062112484腹板21001002100003430000-16.71586371.63
9、488637下三角262.5150393753281.25-66.7111681841171465马蹄1375167.5230312.571614.58-84.21975057198221867987.551697938205550小毛截面翼板24007.5180004500088.061861095318655953三角承托50018.3339166.52777.77877.2329820052984783腹板21001002100003430000-3.44248513454851下三角262.5150393753281.25-53.44749656752937马蹄1375167.5230
10、312.571614.58-70.946919665205169906637.551697946365514注：大毛截面形心至上缘距离：806854/9687.5=83.29cm 小毛截面形心至上缘距离：796729/8337.5=96.56cm （4）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：上述计算表明，初拟的主梁跨中截面是合理的。3. 横截面沿跨长的变化如图1-1，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
11、从六分点附近（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亦开始变化。4.横隔梁的设置模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当面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，在跨中设置一道横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中点和三分点、六分点、支点处设置七道横隔梁，其间距为5.83m。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。如图1-1。二、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
12、的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得主梁控制截面的永久作用和最大可变作用效应，然后在进行主梁作用效应组合。2.1永久作用效应计算1. 永久作用集度（1）预制梁自重1） 跨中截面段主梁的自重(六分点截面至跨中截面，长13m) 2）马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长5m）支点段梁的自重（长5.436m）边主梁的横隔梁中横隔梁体积：端横隔梁体积故半跨内横梁重力为预制梁永久作用集度 （2）二期永久作用1）现浇T梁翼板集度边梁现浇部分横隔梁一片中横隔梁体积一片端横隔梁体积故：桥面铺装8cm混凝土铺装：5cm沥青铺装若将半幅桥面铺装均摊给五片主梁，则将两侧防护栏均分给七片主梁，则：栏杆一侧人行栏：一侧防撞栏：
13、边梁二期永久作用集度2.永久作用效应如图1-3所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：永久作用效应计算见表1号梁永久作用效应表1-3作用效应跨中=0.5四分点=0.25锚固点支点=0.0一期弯矩4810.163607.62686.20剪力0246.68456.81493.35二期弯矩2338.541753.9333.610剪力0119.93222.08239.85弯矩3148.75361.521019.810剪力0366.81678.89733.22.2可变作用效应计算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，因此首先要计
14、算结构的基频。简支梁桥的基频可采用下列公式估算：其中： 根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：按桥规4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减22%，四车道折减33%，但折减后不得小于用两行车队布载的计算结构。本算例按四车道设计，因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。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如前所述，本例桥跨内设五道横隔梁，具可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为：所以可按修正的刚性横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矩对于T梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算：式中： 相应为单个矩形截面的宽度和高度 矩形截面抗扭刚度系数
15、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：马蹄部分换算成平均厚度图1-4示出了的计算图示，的计算见表1-4 计算表 表1-4分块名称（cm）(cm)/翼缘板25017.814.0451/34.6998腹板129.7158.650.311.35699马蹄5532.51.69230.20983.9611210.01791计算抗扭修正系数式中：计算得：。按偏心压力法计算横向影响线竖坐标值式中：计算所得的值列于表1-5：值 表1-5梁号10.46430.35710.250.14290.6357-0.0714-0.178620.35710.28570.21430.14290.0
16、7140.0057-0.062930.250.21430.17860.14290.10710.07140.035740.14290.14290.14290.14290.14290.14290.1429计算何在横向分布系数1号梁的横向影响线和最不利布载如图1-5.可变作用（汽车公路级）：四车道：三车道：两车道：故取可变作用（汽车）的横向分布系数为：。可变作用（人群）：2）支点截面的荷载横向分布系数如图1-6所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布系数影响线并进行布载，1号梁可变作用的横向分布系数可计算如下：可变作用（汽车）：。可变作用（人群）：。横向分布系数汇总（见下表1-6）一号梁可变作用横向分布系
17、数 表1-6 可变作用类别公路级0.61900.3 人 群0.46891.173.车道荷载取值根据桥规4.3.1条，公路级的均布荷载标准值和集中荷载标准值为：计算弯矩时：计算剪力时： 4.可变作用效应在可变作用效应计算中，本算例对于横向分布系数的取值作如下考虑，支点处横向分布系数取，从支点至第一根横段梁，横向分布系数从直线过渡到，其余梁段取。（1）求跨中截面的最大弯矩和最大剪力计算跨中截面最大弯矩和最大剪力采用采用直接加载求可变作用效应。图1-7示出跨中截面作用效应计算图式，计算公式为：式中：所求截面汽车标准荷载的弯矩和剪力； 车道均布荷载标准值； 车道集中荷载标准值； 影响线上同号区段的面积
18、； 影响线上最大坐标值：可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）标准效应：(2)求四分点截面的最大弯矩和最大剪力图1-8为四分点截面作用效应的计算图式。 可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）标准效应 （3）求锚固截面的最大弯矩和最大剪力如图1-9，为钢束锚固截面作用效应的计算图式。由于本计算例中该处预应力筋锚固，应力有突变，是控制界面，位置离支座中心1.4444mm。可变作用（汽车）效应：通过分析，集中荷载作用在第一根横梁处为最不利情况，结果如下：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应：（4）求支点截面的最大剪力图1-10示出
19、支点截面最大剪力计算图式。可变作用（汽车）效应：可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应：2.3主梁作用效应组合本算例按桥规4.1.64.1.8条规定，根据可能同时出现的作用效应选择三种最不利效应组合，短期效应组合，标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，见表1-7。主梁作用效应组合 表1-7序号荷载类别跨中截面四分点锚固点截面支点1第一期永久作用4810.1603607.62246.68686.2456.81493.352第二期永久作用2338.54017533.9119.93333.61222.08239.853总永久作用7148.705361.52366.611019.81678.
20、89733.24可变作用（汽车）2171.98104.441624.52174.71289.87222.42233.595可变作用（汽车）冲击403.9919.43302.1632.553.9241.3740.256可变作用（人群）293.057.51224.0516.9748.5734.0636.177标准组合10017.7131.387512.25590.791412.17976.741026.038短期组合8962.1480.626722.73505.881271.29868.64920.869极限组合12513.0181.839382.11749.031759.481222.12127
21、9.673.横隔梁计算3.1作用在跨中横隔梁上的可变作用 鉴于具有多根横隔梁的桥梁跨中处的横隔梁受力最大，通常可只计算跨中横隔梁的作用效应，其余横隔梁可依据中横隔梁偏安全地选用相同的截面尺寸和配筋。根据桥规4.3.1条规定，桥梁结构的局部加载计算应采用车辆荷载，图1-11示出跨中横隔梁纵向的最不利荷载布置。纵向一行车轮和人群荷载对跨中横隔梁的计算荷载为：汽车：跨中横隔梁受力影响线的面积：人群荷载：3.2跨中横隔梁的作用效应影响线通常横隔梁弯矩为靠近桥中线的截面较大，而剪力则在靠近两侧边缘处的截面较大。所以下图1-12所示的跨中横隔梁，取A,B两个截面计算横隔梁的弯矩，取1号梁右和2号梁右截面计
22、算剪力。用修正的刚性横隔梁作用效应，先做出相应的作用效应影响线。1. 绘制弯矩影响线（1） 计算公式如图1-12a，在桥梁跨中当单位荷载作用在j号梁轴上时，i号所受的作用为竖向力（考虑主梁抗扭）。因此，由平衡条件就可写出A截面的弯矩计算公式：当作用在截面A的左侧时：即 式中：i号梁轴到A截面的距离； 单位荷载作用位置到A截面的距离。当作用在截面A的右侧时，同理可得： （2）计算弯矩影响线值对于A截面的弯矩的影响线可计算如下：作用在1号梁轴上时：作用在6号梁轴上时：作用在7号梁轴上时：根据上述三点坐标和A截面位置，绘出影响线图1-12b如。同理，影响线计算如下：绘出影响线如图1-12c。2. 绘
23、制剪力影响线（1）1号主梁右截面的剪力影响线计算：作用在计算截面以右时：作用在计算截面以左时：（2）2号主梁右截面的剪力影响线计算：作用在计算截面以右时：如作用在3号梁轴上时：同理： 作用在计算截面以左时：绘成的影响线如图1-12e。3.3截面作用效应计算计算公式： 式中： 横隔梁冲击系数，取0.3； 车道折减系数，三车道为078，四车道为0.67； 车辆对于跨中横隔梁的计算荷载； 人群对于跨中横隔梁的计算荷载； 与计算荷载相对应横隔梁作用效应影响线的竖坐标值； 影响线面积。可变作用车辆荷载和人群荷载在相应影响线上的最不利位置加载见图1-12，截面作用效应的计算为：横隔梁截面作用效应计算表 表
24、1-8汽车(KN)124.922人群17.50.13761.18571.94161.79061.16240.2945三车道687.31二车道662.59-1.1303-0.2633-0.1518-1.3053-395.10.31520.30150.26700.19160.13250.0657三车道160.59二车道172.050.59470.47820.38520.26860.18700.0621三车道243.76二车道265.37荷载组合组合4.行车道板的计算 考虑到主梁翼缘板内钢筋是连续的，故行车道板可按悬臂板（边梁）和两端固结的连续板（中梁）两种情况来计算。4.1 悬臂板（边梁）荷载效应
25、计算由于宽跨比大于2，故悬臂板可按单向板计算，悬臂长度为1.15m。1. 永久作用（1）主梁架设完毕时，桥面板可看成70cm长的单向悬臂板，计算图式见图1-13b。计算悬臂根部一期永久荷载作用效应为弯矩：剪力：（2） 成桥之后：桥面现浇部分完成后，施工二期永久作用，此时桥面板可看成净跨径为1.15m的悬臂单向板。计算图示见图1-13c。图中，为现浇部分悬臂板自重；,为人行栏重力。计算二期永久作用效应如下：弯矩：剪力：（3）总永久作用效应：悬臂根部永久作用效应为 弯矩： 剪力：2.可变作用在边梁悬臂板处，只作用有人群,如图1-13d。 弯矩： 剪力： 3.承载能力极限状态作用基本组合极限状态作用
26、的基本组合计算如下4.2 连续板荷载效应计算行车道板与主梁梁肋是连接在一起的，当桥面现浇部分完成后，行车道板与主梁梁肋之间的连接情况，既不是固结，也不是铰接，而应该考虑弹性固结，即支撑在一系列弹性支撑上的多跨连续板。鉴于桥面板受力情况比较复杂，影响因素比较多，通常采用简便的近似方法进行计算。对于弯矩，先算出一个跨度相同的简支板的跨中荷载（恒载、活载及其组合）弯矩，再乘以偏安全的修正系数加以修正，以求得支点处和跨中截面的设计弯矩。弯矩修正系数可据板厚与梁肋高度的比值来确定，本设计中，即主梁的抗扭能力较大，取跨中弯矩为，支点弯矩为。对于剪力，可不考虑板和主梁的弹性固结作用，认为简支板的支点剪力即为
27、连续板的支点剪力。 1.永久作用（1）主梁架设完毕时：桥面板可以看成长的单向悬臂板，其根部一期永久作用效应为 （2）成桥之后：先计算简支板的跨中弯矩和支点剪力值。梁肋间的板，其计算跨径按下列规定取用：1）计算弯矩时：，但不大于本设计中 2）计算剪力时：。式中 板的计算跨径； 板的净跨径； 板的厚度 ； 梁肋宽度。计算图示见图1-14。图1-14中，为现浇部分桥面板的自重，其值为；是二期永久作用，包括防水混凝土和的沥青混凝土。计算得到简支板跨中二期永久作用弯矩及支点二期永久作用剪力为（3）总永久作用效应 1）支点截面永久作用弯矩为 2)支点截面永久作用剪力为 3）跨中截面永久作用弯矩为 2.可变
28、作用当进行桥梁结构局部加载时，汽车荷载采用车辆荷载。汽车后轮着地宽度和长度分别为，。平行于板的跨径方向的荷载分布宽度为（1）车轮在板的跨径中部时，垂直于板的跨径方向的荷载分布宽度取 ，此时两个后轮的有效分布宽度发生重叠，应求两个车轮荷载的有效分布宽度 ，（式中d为多个车轮时外轮之间的中距）折算成一个荷载的有效分布宽度为 。（2）车轮在板的支承处时，垂直于板的跨径方向荷载的有效分布宽度（3）车轮在板的支承附近，距支点的距离为时，垂直于板的跨径方向荷载的有效分布宽度 a的分布见图1-15。 将重车后轮作用于板的中央，求出简支板跨中最大可变作用（汽车）的弯矩为 计算支点剪力时，可变作用必须尽量靠近梁
29、肋边缘布置。考虑了相应的有效工作宽度后，每米板宽承受的分布荷载如图1-15所示，支点剪力计算如下 其中 将以上数据代入上式，得 通过上面计算，可得到连续板可变作用效应如下：支点截面弯矩：跨中截面弯矩：支点截面剪力： 3.承载能力极限状态作用基本组合取永久作用效应分项系数为1.2，取汽车荷载效应分项系数为1.4，则承载能力极限状态的基本组合计算如下：支点截面弯矩：支点截面剪力：跨中截面弯矩：5.支座计算5.1选定支座平面尺寸橡胶支座的平面尺寸由橡胶板的抗拉强度和梁端或墩台顶混凝土的局部承压强度来确定。对橡胶板应满足：选取支座平面尺寸 ，则支座形状系数S为：满足要求。橡胶板的平均容许压应力为，橡胶
30、制作的剪变弹性模量，橡胶支座的抗压弹性模量为：支座反力：故 可选用。5.2确定支座的厚度主梁的计算温差取,温度变形由两端的支座均摊，则每个支座承受的水平力位移为：计算汽车荷载制动力引起的水平位移，确定每个制作上的制动力.对于36m梁桥可布置车道上总重力的10%，车道荷载：,又要求不小于90KN，取制动力为90KN。七根梁共14个支座，每支座承受的水平力为:橡胶层总厚度应满足：（1） 不计汽车制动力时：。（2） 计汽车荷载动力时：选用六层钢板、七层橡胶支座。上下层橡胶片厚度为0.25cm，中间层厚度为0.5cm,薄钢板厚度为0.2cm,则：橡胶片的总厚度为：支座总厚度：，满足要求。5.3验算支座
31、的偏转支座的平均压缩变形为：按规范要求应满足，即梁端转角为：设恒载时主梁处于水平状态。已知公路级荷载作用下梁端转角验算偏转情况应满足：符合规范要求。5.4验算支座的抗滑稳定性按下式验算支座抗滑稳定性：计入汽车制动力时：不计入汽车制动力时：式中：;1. 计入汽车制动力时：2. 不计入汽车制动力时：均满足规范要求，支座不会发生相对滑动。参考文献 1公路工程技术标准（JTG B010-2003） 2公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 3公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004） 4 JTJ01-1997.公路工程技术标准S.北京:人民交通出版社,19975 JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.北京:人民交通出版社,2004.6 JTG D61-2005.公路圬工桥涵设计规范S.北京:人民交通出版社，20057 JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范S.北京:人民交通出版社,2004.8 JTG D60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范S. 北京:人民交通出版社,1985.