青兰高速公路大桥施工图设计.doc

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1、摘 要连续T梁混凝土是预应力桥梁中的一种，作为现代公路的主要结构形式，预应力混凝土连续梁桥结构在现今的公路工程中得到了广泛的应用。本着“安全，经济，实用，美观”的设计理念，根据设计任务书和规范，对不同的桥型方案进行比较和选择，经由施工等诸多方面的考虑，确定预应力混凝土连续梁桥为最终设计方案。、本设计预应力混凝土连续梁桥共分为三跨30+30+30m，桥面净宽为0.50 m栏杆+43.5 m车行道+0.50 m栏杆，底板厚度从支座处的1.5m到跨中呈线性变化。腹板厚度在支座处为0.2 m，跨中为0.6 m，顶板厚度全桥一致。设计荷载为公路一级。在本设计中，运用了桥梁设计软件桥梁博士，对桥梁结构（主

2、要是上部结构）进行设计、模拟，并采用预制施工法对施工步骤加以模拟。同时对桥梁恒载、活载及徐变内力等进行分析计算，得出预应力钢束的预估值，进一步完善模型。最后，在各种荷载的组合下，对桥梁进行详细的有限元分析，并将分析结果与规范的要求进行对比，对主梁的应力、变形等进行验算，从而判断在设计荷载作用下该设计是否足够合理安全，以此得到完整的设计。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。关键词：桥梁设计；预应力；T梁；连续梁三跨；桥梁博士AbstractContinuous T-beam concrete is one of the prestressed bridges

3、. As the main structural form of modern highways, the prestressed concrete continuous beam bridge structure has been widely used in todays highway projects.Based on the design concept of safety, economy, practicality, and beauty, according to the design task book and specifications, different bridge

4、 schemes are compared and selected. After consideration of construction and other aspects, the prestressed concrete continuous beam bridge is determined as the final Design. ,The prestressed concrete continuous beam bridge of this design is divided into three spans of 30 + 30 + 30m. The net width of

5、 the bridge deck is 0.50 m railings + 4 3.5 m driveway + 0.50 m railings. Linear to span. The thickness of the web is 0.2 m at the support and 0.6 m in the mid-span. The thickness of the roof is consistent across the bridge. The design load is highway level.In this design, the bridge design software

6、 Dr. Bridge was used to design and simulate the bridge structure (mainly the superstructure), and the prefabricated construction method was used to simulate the construction steps. At the same time, the dead load, live load and creep internal force of the bridge are analyzed and calculated to obtain

7、 the estimated value of the prestressed steel beam, and the model is further improved. Finally, under various load combinations, detailed finite element analysis is performed on the bridge, and the analysis results are compared with the requirements of the code, and the stress and deformation of the

8、 main beam are checked to determine the design under the design load. Is it reasonably secure enough to get a complete design. Analysis and comparison and check calculations show that the design calculation method is correct, the internal force distribution is reasonable, and meets the requirements

9、of the design task.Keywords: bridge design; prestressing; T-beam; continuous beam three-span; bridge doctor 青兰高速公路大桥施工图设计 目录1 尺寸拟定与方案比选51.1 设计条件51.2 方案比选52 设计资料及构造布置202.1 设计资料202.2 构造布置223 横向分布系数及主梁内力计算253.1 永久作用效应计算253.2 可变作用效应及横向分布系数计算273.3 主梁内力计算294 预应力钢束的估算及其布置324.1 跨中截面钢束的估算和确定324.2 预应力钢束布置334.

10、3 钢束的计算344.4 非预应力钢筋截面积估算及布置384.5 主梁各截面几何特性计算384.5.1 各控制截面几何特性计算38截面特性截图396 持久状况截面承载能力极限状态计算406.1 正截面承载能力计算406.2 斜截面承载能力计算427 钢束预应力损失估算458 应力验算538.1 短暂状况的正应力验算538.2 持久状况的正应力计算549 抗裂性验算559.1 作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算559.2 作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算5610 主梁变形计算59活载最大最小位移频遇值59结构竖向位移验算表格59预拱度的设置6011 横隔梁的设计计算6011.1 确定作

11、用在跨中横隔梁上的可变作用6011.2 跨中横隔梁作用效应影响线6111.3 截面作用效应计算6411.4 截面配筋计算6512 行车道板计算6612.1 悬臂板荷载效应计算6612.2 连续板荷载效应计算6712.3 截面设计、配筋与承载力验算6913 支座计算7113.1 确定支座平面尺寸7113.2 确定支座厚度7113.3 验算支座的偏转情况7213.4 验算支座的抗滑稳定性7314 下部结构计算7414.2 桥台自重计算7414.3 活载计算7414.4 土侧压力计算7414.5 荷载组合及截面强度验算7614.1 设计资料78参考文献84设计总结85致谢851 尺寸拟定与方案比选1

12、.1 设计条件1.1.1设计条件青兰高速公路大桥设计，必须遵照五大基本的要求，这五大要求为技术先进、安全可靠、耐久适用、经济、美感。青兰高速公路大桥的主要技术标准：(1) 设计荷载：公路-级；(2) 设计速度：80 km/h（双向四车道）；(3) 桥梁全长：330m（每跨T梁长30米）；(4) 桥面宽度：15.0m，横向布置为0.5m（防撞护栏）+14.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；(5) 设计洪水频率：百年一遇；(6) 通航等级：无1.2 方案比选1.2.1 方案比选下表列出了3种方案，进行三种桥型的比较选择合适的方案。表1-2-1 方案比选表方案设计方案一设计方案二设计方案三桥型预

13、应力混凝土连续梁桥简支预应力混凝土T梁桥预应力混凝土连续刚构桥美观性线条相对比较简洁而且与周围环境协调性好线型简单单一桥型较为美观且气势雄伟恢弘 安全性1在较大跨越能力下结构轻型化2有效防止混凝土的开裂3能节省大量的材料、变形和缓、伸缩缝少、刚度大、养护简便。1. T形截面，施工简单，跨径适中。1.技术先进而且不需大量施设备，施工简单，质量良好。2.维护费用少；3.行车舒适。适用性1. 与河流相适应； 2. 高度小，外形简单3. 桥面平顺，行车舒适性较好。1. 桥型的受力明确，构造简单，施工方便，经济合理，缩短了工期。1费用高1.2.2 预应力混凝土T梁介绍1.2.2.1 构造布置当跨径超过2

14、0m时，则采用是预应力混凝土梁，且主梁梁距大概在1.52.2m之间。1.2.2.2 主要尺寸主梁：高跨比的经济范围是1/151/25之间，跨径大，取偏小值；肋厚1416cm，在接近梁的两端的区段内，为满足抗剪强度和预应力束筋布置锚具的需要，将肋厚逐渐扩展加厚。梁高：标准设计有四种是25m，30m，35m，40m，对应的梁高分别是 1.251.45m，1.651.75m，2.00m，2.30m。肋厚：构造一般情况下决定了肋板的厚度横梁：横隔梁的高度是由主梁决定的，取值为主梁的四分之三。翼板：翼板的特点端部较薄，根部需要加厚，因此需要加厚到主梁的1/12以上。下马蹄：面积一般由截面的总面积决定，大

15、约为总面积的1020。1.2.2.3 配筋受力钢筋： (1) 预应力筋(2) 横梁钢筋(3) 斜筋(4) 箍筋 (5) 翼缘板横向钢筋 (6) 非预应力纵受力钢筋。分布钢筋： (1) 架立钢筋(2) 水平分布钢筋(3) 锚固区的加强钢筋 (4) 支座下局部加强钢筋1.2.2.4 横向联结钢板式接头：扣环式接头：图1-2-1 钢板式图1-2-2 扣环式企口铰联结：图1-2-3 企口铰1.2.2.5 简支梁桥的常用施工方法现场浇筑法：由于就地浇筑施工是一种非常古老的施工方法，因此就地浇筑施工在简支梁中较少使用。就地浇筑施工方法的优缺点：(1) 施工稳定且不需大型设备，梁的整体性好； (2) 工期较

16、长，施工费用相对其他较高；(3) 施工简单；(4) 需要使用大量施工支架(5) 施工中无体系转换；预制安装法：预制安装法有联合架桥机法、双导梁安装法、扒杆吊装法、跨墩龙门吊机安装法、自行式吊车安装法、浮吊架设法几种，且是一种常用的施工方法。特点：预制装配施工的特点为：(1) 可大规模工业化生产；(2) 可提高工程质量、降低劳动强度、降低造价、提高生产；(3) 节省大量材料；(4) 空中作业多；1.2.3 方案确定对三种方案进行对比，综合三个方案的优点和缺点，最后选定：多跨简支预应力混凝土T梁方案。1.2.4 计算理论1.2.4.1 主梁的内力计算主梁的内力计算有设计和施工内力计算两个部分，主梁

17、内力包括恒载内力、活载内力和附加内力。恒载内力： （1-2-1） 式中：主梁自重内力（弯矩或剪力）； 主梁自重集度； 相应的主梁内力影响线座标。活载内力：因为要对汽车荷载的进行冲击力影响的考虑，所以主梁活载内力计算公式为： （1-2-2）式中：主梁最大活载内力； 汽车荷载的冲击系数 汽车荷载的折减系数 荷载横向分布系数 汽车列车的轮重； 主梁内力影响线的纵座标； 主梁内力影响线的等代荷载； 相应的主梁内力影响线的面积。1.2.4.2 挠度计算短期挠度：构件的自重直接与初始预张拉相迭合，故构件在预张拉作用下的实际挠度为： （1-2-3）式中：构件在预张拉作用下的实际挠度； 初始预张拉力的作用引起

18、的短期挠度；张拉时参与作用的构件自重产生的挠度。 用共轭梁法、等效荷载法等几种人们熟悉的计算方法来。对于具有抛物线形预应力筋的预应力混凝土简支梁，如图所示，在初始张拉力作用下的跨中短期挠度为： （1-2-4）任意时刻的挠度：考虑到徐变是在由于收缩、松弛和徐变本身的组合作用而逐渐减小的预张拉力作用下发展的。在此情况下： （1-2-5）式中：将任意时刻t时的挠度； 由于应力损失发生后的预张拉力所引起的挠度值； 表示某一时段起始时的预张拉应力所引起的挠度值；表示某一时段起始时和终止时的徐变系数。1.2.4.3 简支梁桥横向分布计算杠杆原理法：因为早期有些桥梁在形式上是属于空间结构，但实际上从力学观点

19、下分析得出属于平面结构， 1.2.4.4 横向分布系数沿纵向的变化弯矩荷载：弯矩的横向分布系数的计算方法有三种分别是：梁格法、梁系法、板系法。 图1-2-5 弯矩荷载剪力荷载:图1-2-6 剪力荷载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；计算跨径：28.66m；桥面宽度：15.0m，横向布置为0.5m（防撞护栏）+14.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；2.1.2 设计荷载公路-级，不设人行道，两侧防撞护栏重力的作用力为5.0KN/m。2.1.3 材料及工艺混凝土：主梁使用C50，栏杆及桥面铺装使用C30。预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土

20、桥涵设计规范（JTG D62-2004）15.2mm的钢绞线，每束6根， =1860MPa。普通钢筋均采用HRB400钢筋。后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋式波纹管和夹片锚具。2.1.4 设计依据1.交通部颁的公路工程技术标准（JTG B01-2003）,简称标准；公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）,简称桥规；交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），简称公预规。2.1.5 基本计算数据表表2-1-1 基本数据计算表名称项目符号单位数据混凝土立方强度50弹性模量续表2-1-1名称项目符号单位数据混凝土轴心抗压标准强度

21、32.4轴心抗拉标准强度2.65轴心抗压设计强度22.4轴心抗拉设计强度1.83暂停状态容许压应力20.72容许拉应力1.757持久状态标准荷载组合容许压应力16.2容许主压应力19.44短期效应组合容许拉应力0容许主拉应力1.59钢绞线标准强度1860弹性模量抗拉设计强度1260最大控制应力1395持久状态应力标准荷载组合1209材料重度钢筋混凝土25.0沥青混凝土23.0钢绞线78.5钢束与混凝土的弹性模量比无量纲5.652.2 构造布置2.2.1 主梁与梁片数本设计中主梁翼板宽度为1250mm。2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定2.2.2.1 主梁高度设计中主梁的高度取值为2778mm

22、。2.2.2.2 主梁截面细部尺寸本设计中预制T梁的翼板厚度为160mm，翼板根部加厚到278mm，腹板厚度取223mm。预应力钢束的需要来确定马蹄尺寸，初拟马蹄的宽度和高度为600mm，390-600mm。马蹄与腹板交接处作三角过度，高度220mm，以减小局部应力。图2-2-1 截面图2.2.3 计算截面几何特征将主梁跨中截面划分为五个规则的小单元，截面几何特性列表计算。表2-2-1 跨中截面几何特性计算表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静矩分块面积的自身惯性矩分块面积截面形心的惯性矩（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）翼板4450.008.9039605.0011

23、7494.83 109.25306464853182142.83 三角承托481.2013.702309.761267.19 96.74499648.2684500915.46 腹板4930.00123.70609841196100.67 6.84230653.008426753.67 下三角616.20137.7084850.7413415.11 -36.49820482.6856833897.80 马蹄2592.52157.20407544.14291254.75 -140.351031397.0151322651.76 13069.921144150.64110266361.52 2.2

24、.4 横隔梁的设置(a) 主梁横隔梁布置图(b) 跨中截面(c) 变化点截面(d) 支点截面图2-2-2 主梁各部分尺寸图（尺寸单位mm）在本设计中共设五道横隔梁，其间距为7500mm。3 横向分布系数及主梁内力计算3.1 永久作用效应计算3.1.1 预制梁自重跨中截面段主梁的自重：马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重：支点段梁的自重：中横隔梁体积：端横隔梁体积：故横梁重力为：预制梁永久作用集度：3.1.2 二期永久作用铺装：8cm混凝土铺装：5cm沥青铺装：若将桥面铺装均摊给10片主梁，则：栏杆：一侧防撞栏：5kN/m。如果将两侧防撞栏平均分摊给10片主梁，则：二期永久作用集度：3.1.3 永久作用

25、效应主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： （3-1-1） （3-1-2）表3-1-1 1号梁永久作用效应计算表作用效应跨中四分点变化点支点一期弯矩（）3862.362896.77551.050.00剪力（）0.00257.49476.84514.98二期弯矩（）-295.10107336888.89107949499.570.00剪力（）0.000.00231928751.510.00弯矩（）3567.26107339785.67107950050.620.00剪力（）0.00257.49231929228.35514.983.2 可变作用效应及横向分布系数计算3.2.1 冲击系数和车道折减系数简

26、支梁桥的基频可以使用下列公式：其中： 根据桥规基频，可计算冲击系数为：按桥规4.3.1条，本设计是按照四车道进行设计，因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。3.2.2 计算主梁的横向分布系数3.2.2.1 跨中的荷载横向分布系数T形截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算： （3-2-1）式中：，相对应为单个矩形截面的宽度，高度；矩形截面抗扭刚度系数；梁截面划分成单个矩形截面的个数。图3-2-1 计算图示（尺寸单位mm）表3-2-1 计算表分块名称翼缘板2501813.8880.313215.0936腹板240406.0000.33273.0021马蹄673.589920.6865由于主梁间距相同，

27、故将主梁近似看成等截面，则可以得出：计算横向影响线竖坐标值： （3-2-2）式中：表3-2-2 值梁号10.32670.23600.23600.19070.145320.28130.24510.20880.17250.136330.23600.20880.18160.15440.127240.19070.17250.15440.13630.118150.14530.13630.12720.11810.1091计算荷载横向分布系数：图3-2-2 跨中横向分布系数计算图示（尺寸单位cm）四车道：所以取得横向分布系数为：。3.2.2.2 支点截面的荷载横向分布系数按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并

28、进行布载，1号梁可变作用的横向分布系数：可变作用（汽车）：3.2.2.3 横向分布系数汇总表3-2-3 1号梁可变作用横向分布系数可变作用类别公路-级0.50.3人群3.3 主梁内力计算3.3.1 均布荷载和内力影响线面积计算表3-3-1 均布荷载和内力影响线面积计算表截面公路-级影响线面积影响线图示L/4LLL/2L/2-+L13.3.2 公路-级集中荷载计算计算弯矩时：计算剪力时：3.3.3 计算冲击系数则：3.3.4 跨中弯矩、跨中剪力计算表3-3-2 跨中弯矩、跨中剪力计算表截面类型公路-级kN/m2801.3090.6083112.50593.601648.897.501055.29

29、公路-级kN/m2521.3090.60833.7514.8478.160.5063.323.3.5 计算支点截面汽车荷载最大剪力横向分布系数变化区段的长度：变化区内力影响线坐标为 图 3-3-1 支点截面汽车荷载剪力影响公路-级，1号梁支点的最大剪力为：3.3.6 主梁内力组合表3-3-3 主梁内力组合表序号荷载类别弯矩剪力梁端变化点四分点跨中梁端变化点跨中1结构自重0498.75 2621.73 3495.63 466.08 431.56 0.00 2汽车荷载（不计冲击系数）0249.23 713.70 1116.09 89.18 168.94 60.14 3人群荷载（计入冲击系数）032

30、3.90927.521236.67126.63249.978.1640598.50 3146.08 4194.76 559.30 517.87 0.00 50453.461298.531731.34162.26349.86109.42601051.96 4444.61 5926.10 721.56 867.73 109.42 70.7汽0419.65599.51937.5274.91141.950.524 预应力钢束的估算及其布置4.1 跨中截面钢束的估算和确定4.1.1 按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数钢束数n的估算公式： （4-1-1）式中：持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值；

31、与荷载有关的经验系数，取用0.565；一般9、15.2钢绞线截面积，一根钢绞线的截面积是1.4，故=12.2。已计算出成桥后跨中截面=277.8-126.84=150.96，=37.00，初估=15，则钢束偏心距为：=-=150.96-15=135.96。1号梁：4.1.2 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示，则钢束数的计算公式为： （4-1-2）式中：承载能力极限状态的跨中最大弯矩； 经验系数，区间为0.74-0.78，本设计采用0.76； 预应力钢绞线的色合计强度，为1260。计算得：根据两种极限状态可以得出钢束数=4。4.2 预应力钢束布置4.2.1 跨中截面钢束位置

32、对于跨中截面，在符合要求的前提下使钢束群重心的偏心距大。本设计中采用内径70mm、外径77mm的预埋式波纹管，根据根据公预规9.4.9和公预规9.1.1条条规定，跨中截面的细部构造如图N-2-1-1所示。由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为：4.2.2 锚固区的钢束位置因为需要考虑预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心使截面均匀受压和锚头布置的可能性，才能张拉操作方便的要求。钢束群重心至梁底距离为：计算锚固端截面几何特性为验核上述布置的钢束群重心位置其中：表4-2-1 钢束锚固端截面几何特性计算表分块名称(1)(2)(3)=(1)(2)(4)(5)(6)(7)=(4)+(6)翼板4450.008

33、.9039605.00117494.83 109.25306464853182142.83 三角承托481.2013.702309.761267.19 96.74499648.2684500915.46 腹板2800.0070.00140000.001666666.676.8493571.201760237.877731.2181914.7659443296.16计算得：说明钢束群重心处于截面的核心范围内。4.3 钢束的计算4.3.1 钢束弯起形状、弯起角及弯曲半径采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲；为使预应力钢筋的预加力垂直作用于锚垫板，N1、N2、N3、N4和N5弯起角均取；各钢束的弯曲半

34、径为：；。4.3.2 钢束各控制点位置的确定以N4、N5号为例，其弯矩如图4-3-1所示。由确定导线点距锚固点的水平距离：由确定弯起点至导线点的水平距离：导线点弯起点直线段RR弯止点3002778211129312328直线段LzLb1Lb2LdLwXk2900/2Xi1008001878i图4-3-1 曲线预应力钢筋计算图所以弯起点至锚固点的水平距离为：则弯起点至跨中截面的水平距离为：弯止点至导线点的水平距离为：故弯止点至跨中截面的水平距离为：同理可以计算N1、N2和N3、N4和N5的控制点位置，将各钢束的控制参数汇总于表中。表4-3-1 各钢束弯曲控制要素表钢束号升高值弯起角弯起半径支点至

35、锚固点的水平距离弯起点至距跨中截面水平距离弯止点距跨中截面水平距离N116108450001565956858N2、N3900830000256679610972N4、N550081500031210747128354.3.3 各截面钢束位置及倾角计算以N4、N5号为例。计算钢束上任一点离梁底距离及该点处钢束的倾角，式中为钢束弯起前其重心至梁底的距离，；为点所在计算截面处钢束位置的升高值。当时，点位于直线段还未弯起，故；当时，点位于圆弧曲段，及按下式计算。 （4-3-1） （4-3-2）当时，点位于靠近锚固段的直线段，此时，按下式计算。即： （4-3-3） 各截面钢束位置及倾角计算列于下表。表

36、4-3-2 各截面钢束位置及倾角计算表计算截面钢束编号跨中截面N15956263为负值，钢束未弯起00100N267964176N367964176N4107472088N5107472088L/4截面N159562638.000481581N2679641760.7052102N3679641760.7052102N4107472088为负值钢束未弯起0.0000100N5107472088为负值钢束未弯起0.0000100变化点截面N159562638.0009681068N2679641767.342246346N3679641767.342246346N4107472088为负值钢束未

37、弯起0.0000100N5107472088为负值钢束未弯起0.0000100支点截面N159562638.00014881588N2679641768.000764864N3679641768.000764864N41074720888.000356456N51074720888.0003564564.3.4 钢束平弯段的位置及平弯角每段曲线弧的弯曲角为：4.4 非预应力钢筋截面积估算及布置按要求估算非预应力钢筋数量：在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力点到截面底边的距离为。则有:先假定为第一类T形截面，由公式计算受

38、压区高度。即：求得：则根据正截面承载力计算需要的非预应力钢筋截面积为：则不需要配置非预应力钢筋。 5 主梁各截面几何特性计算5.1 各控制截面几何特性766 持久状况截面承载能力极限状态计算6.1 正截面承载能力计算最大弯矩计算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2018)第5.1.5条的规定，桥梁构件的承载能力极限状态计算应满足：0MdR6.1.1 求受压区高度计算混凝土受压区高度即：受压区全部位于翼板内，说明确实是第一类T形截面梁。6.1.2 正截面承载力计算跨中截面的预应力钢筋和非预应力钢筋（本设计中未设置）的合力点作用点到截面底边距离为：则：使用桥梁博士计算结果如下：最大弯矩及其对应的抗力图