毕业设计毕业论文预应力简支T梁20m优秀毕业设计计算书课程设计.docx

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1工程概况及桥型方案比选

1.1工程概况

1.1.1基本条件

本工程位于隆回县横板桥镇，设计桥梁的河床断面标高如表1.1所示。

表1.1隆回县东南桥河床断面标高（m）

桩号

100

113

133

153

173

178.5

190

地面高程

201.5

198.11

196.03

195.28

196.37

201.3

201.5

1.1.2地质条件

地面以下2.0m为砂卵石层，承载力基本容许值为300KPa，卵石层以下6m为中风化碳质灰岩，承载力基本容许值为2000KPa。

设计洪水高程为198.50m，常水位高程为196.28m。

地震烈度为6度区，地震动峰值加速度为0.05g。

图1.1某农村渡改桥河床断面标高图（单位：

m）

1.2编制方案和拟定桥型图示

1.2.1预应力混凝土简支T型梁桥

简支梁桥是梁桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。

它的结构简单，最易设计成各种标准跨径胡装配式结构；施工工序少，架设方便；造价比较低，施工周期相对其它桥梁要短；结构美观，安全性好；在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸划一，可简化施工管理工作，降低施工费用；因相邻桥孔各自单独受力，桥墩上需要设置相邻简支梁的两个基本点支座；简支梁桥的构造较易处理而常被选用。

简支梁桥的静定结构，结构内力不受地基变形等的影响，因而能在地基较差的桥位上建桥。

简支梁的设计主要受跨中正弯距的控制。

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

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

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

5.071×105

③

1696

53

89888

-9.95

1.679×105

④

64

103.33

6613.12

-60.28

2.326×105

⑤

576

115

66240

-71.95

29.818×105

合

计

=

4052

=43.05

174442.9

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：

cm）

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

梁号

荷载位置

公路－II级

②号主梁

跨中

0.333

支点

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