预应力混凝土T形梁桥.docx
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预应力混凝土T形梁桥
预应力混凝土T形梁桥
【扌商要】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汁的桥型，笫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、张拉预应力钢筋和讣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汁算，同时还简单的讣算复核了横隔梁和行车道板的承载力。
关键i司：
预应力内力组合承载力应力损失
PrestressedConcreteT-beamBridge
Abstract:
ThispaperisthedesignofprestressedconcreteT-beambridge.Thefirstpartismainlydeterminedbyhydrologycalculationslongbridge,Adoptionoftheprogramandtheselectionofidentifyingthistypedesignofthebridge,thesecondpartofthecontentsofmore,keystructuraldimensions,includingthedesign,deadloadandliveLoad.Accordingcapacityreinforcementandthecapacityforcrosssectionsandstresscalculation,prestressedreinforcedandprestressedreinforcedthestressloss,partialpressureandcheckingthebeamdeflection,alsosimplecalculationreviewedCrossbeamsandplateslanecapacity・
Keywords:
prestressedinternalforceportfolioCarryingCapacity
lossescapacitystress
1D河桥位水文设计原始资料及计算5
1.1设计原始资料5
1.2河段类型判断5
13设计流量和设计流速的复核5
1.4桥孔长度计算6
1.5计算桥面标高7
1.6桥梁墩台冲刷计算9
1.7方案比选10
2上部结构设计基本资料及上部构造12
2.1设计资料12
2.2截面布置13
2.3横截面沿跨长的变化15
2.4横隔梁的位置15
3主梁作用效用计算15
3.1.1永久作用集度15
3.1.2永久作用效用计算17
3.2可变作用效应计算18
3.2.1冲击系数和车道折减系数计算18
3.2.2计算主梁的荷载横向分布系数19
3.2.3车道荷载的取值26
3.2.4计算可变作用效应27
3.3主梁作用效应组合29
4预应力钢束数量估算及其布置31
4.1预应力钢束数量的估算31
4.2预应力钢束的布置33
4.2.1跨中截面及锚固端截面的钢束位置33
4.2.3钢束长度计算39
5主梁计算主梁截面几何特性39
6钢束预应力损失估算49
6.1预应力钢筋张拉的控制应力ocon49
6.2钢束应力损失49
6.2.1预应力钢束与管道壁间的摩擦损失49
6.2.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失52
6.2.4由预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失55
6.2.5混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失56
7主梁截面承载力与应力验算63
7.1持久状况承载能力极限状态承载力验算63
7.1.1正截面承载力验算63
7.1・2斜截面承载力验算64
7.2持久状况正常使用极限状态抗裂性验算68
7.2.1正截面抗裂性验算68
7.3短暂状况构件的应力验算73
7.3.1预加应力阶段的应力验算73
7.3.2吊装应力验算76
8主梁变形验算78
8.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算78
&2预加力引起的上拱度计算78
&3预拱度的设置79
9横蹣梁计算79
10行车道板的计算83
10.1悬臂板荷载效应计算83
10.2行车道板截面设计、配筋与承载力验算85
11支座的设计与计算86
11.1确定支座平面尺寸86
11.2确定支座的厚度87
11.3验算支座偏转的情况88
11.4验算支座的抗滑稳定性88
12.桥墩计算89
1D河桥位水文设计原始资料及计算
1.1设计原始资料
1.该河属于华北地区山区河流，i二2%。
河床粗糙系数m二62。
2.设计流量Q:
=980,设计流速Vs=5.7m/s,设计洪水位1066.72。
3.该地区基本风压为ooOPa,暴风期最大风为六级，基本风速为Wg二11.5m/s,风向与浪程方向夹角为小于22.5°，最大浪程D二300m,浪程端处最大水深2.伽。
4.该地区标准冻深1.2m。
5.该河为季节性河流无通航要求。
该地区无抗震性要求。
期含砂率为7.6kg/m3。
6.两岸花岗片麻岩，风化程度不厉害，属碎块状。
基本承载力为2000MPao
7.第一层土卵石含砂95二40m,第二层土粗砂含卵石d95二25mm,第三层土角砾含砂稍含土d95=4mm,第四层土卵石含砂d95二50mm。
12河段类型判断
此河地处华北山区，稳定抗冲刷能力强，无河床属于稳定类河段。
13设计流量和设计流速的复核
根据地质纵剖面图绘出的河床桩号，绘制河流纵断面图。
（见下表1-1）表1-1
桩号
+891.20
+891.20
910.40
940.80
940.80
944.80
•—A•Q■标咼
1066.72
1063.32
1063.82
1062.72
1063.22
1066.72
此河为全河槽
W
入二172.36m2X=58.84mh=亠二2.93m
Be
叫二51n二1/mi二2%。
由谢才公式V二C
AV=meXV3XiV2=l/51X2.932/3X0.0021/2=5.67m/s
Qc=AcXV=172.36X5.7=976.7mVs
因为设计流速为5.7m/s>5.67m/s,所以取V。
=5.7m/s
设计流量为980m3/s>976.7m'/s所以取Q=980m3/s0
桩号
河床标高
m
水深
m
平均水深
m
间距
m
湿周
m
水面宽度过水面积m2
合计
50+891.20
1066.72
0
172.36F
XA.
1.7
0
3.4
0
50+891.20
1063.32
3.4
3.15
19.2
19.2
60.48
50+910.40
1063.82
2.9
3.45
30.4
30.42
30.42
50+940.80
1062.72
4.0
3.75
0
0.5
0
50+940.80
1063.22
3.5
1.75
4
5.32
7
50+944.80
1066.72
0
14桥孔长度计算
桥孔长指：
设计水位条件下，两桥台前缘之间的水面宽度，用L表示。
桥孔净长以L,表示。
桥墩厚度为d,孔数为n.则：
L=Lj+心
1.用经验公式法计算L,
经判断该地区属于稳定河段，用稳定、次稳定、不稳定（滩槽可分）河段（河槽宽度公式）。
L.=HQ/）/Qt.）nBf稳定河段K=0.84,n=0.90
Qp设计流量Q„=Vc=5.7m3/s；
Q.——河槽流量Qc二980m3/s；
Bc——河槽宽度B「=53.6m；
所以L,=R（Q“/Q,）"B,=0.84X（5.7/980）90x53.6二45.02m
综合分析桥型拟订方案为2X25m预应力T型梁桥，釆用圆柱式桥墩
建桥后实际桥孔净长：
Lj=2X（25-1.5）=47m>45.02m
（初步拟订柱宽为1.5m）o
1.5计算桥面标高
桥面中心线上的最低点的标高称为桥面标高。
它用以表示桥梁的高度
丹丽=Hp+EAh++丛°
Hmn——桥面最低标高；
Hp——设计水位Hp二1066.72m；
EAh——各种水面升高值之和，其中包括桥前壅水、风浪、河湾横比降,涨水时的水拱现象以及河床淤积等因素引起的桥下水面升高值；
△勺一一桥下净空高度；
皿——桥梁上部结构高度，包括桥面铺装层高度。
1桥前最大壅水高度AZ,
△Z=Q（Vm2-K2）
其中n水流阻力系数。
取n二0.05
%——桥下断面设计平均流速（m/s）（由设计材料知河槽为中等密实）
%=觊/勾弋）
V——河槽断面平均流速
A——桥下净过水面积
州E——圆柱桥墩的面积
H——平均水深
H=Q,/B=98O/53.6=18.28mA.=2RXH=2X1.5X18.28=54.84m2
牛4-州产172.36-54.84=117.52加2
v„=-（a/Aj+K）=-（~^-+5.7）=7.02m/s
，”2、"2117.52
△Z=0.05x（7.022一5.7?
）=0.84/h
2桥下最大雍水高度
因为是山区河流aZ*=aZ=0.84m
3波浪高度九
波浪高度按经验公式计算，计算桥面标高时，以波浪高度的三分之二计入。
其中:
/：
=累计频率P=l%的波浪高度（m），即联系观测100个波浪，其中波
高最大的一个；
th为双曲正切函数；
叱一风速（m/s）,为水面上10m高度洪水期2min平均风速的多年实测平均值;
K〃一有效浪程系数；
D—浪程，乂称为吹程（m）,子桥位出沿主风向至洪水泛滥边界的最大距离（m）D=300m;
斤一沿浪程的平均水深（m）,取浪程最大水深2.4mo
%0.88-
=ll-5-°-8=12.16,n/s
0.88
式中：
吒。
一洪水期水面处实测lOmin平均最大风速的多年平均值。
—536
因为B/D=—=0.18查表得K厂0.46
300
代入上述得Z
一2
l=0.15/?
7所以力=0.15x—=0.\m
LL3
4△勺一桥下净空高度取Mi=3mo
5对于预应力T型梁，梁高取1.7m,桥面铺装层取0.1m沥青混凝土铺装从层和0.08m的混凝土铺装层；所以AAd=1.88nu
建筑高度
Ah0=l.7+0.18=1.88m
桥面标高%=Hp+EAh+g
=1066.72+0.84X2+0.1+1.88+3=1073.38m
路面标高1072.92m
1.6桥梁墩台冲刷计算
⑴确定一般冲刷线深度心
歹一单宽流量集中系数，对于宽滩性河段^<1.8,取歹=1.4£—桥孔测收缩系数
\0.06
£=&竺（其中K严1）
色一河槽宽度B「=53.6m
hc—河槽平均水深he=117.52/=2.6m
因为”==届=R=\
n
其中：
v=5.7m/snc=丄=0.028,/=0.0007
m
Ly=45.02,E=0.46（/?
=7.6N/屛）资料已知d=5/n/n
Q“一桥下河槽部分的计算流量Qq=980m3/S/仏=4加
=2.09m
1.2x980?
5（4]
1.5x45.02x0.46xO.26lZ6J*苑
2•确定局部冲刷深度用包尔达可夫公式
式中V“一桥下设计流速（m/s）—般vp=vz=5.7m/s
"唤一岩土容许不冲刷流速（皿）查附录vmax=0.95m/sn—墩台形状指数，查表I匸丄
4
所以九二丄=「ix2.09=1.18m
hK0.950J
3.确定基础底埋置高程
①由上面计算结果得:
1）一般冲刷深度：
hp=2.09m
2）局部冲刷深度：
/.=1.18m
3）总冲刷深度为：
hRp+g=3.21m
Q桥下河槽最低冲刷线高程H’
基础埋深安全值，取H,A==2〃？
所以Hs=Hp-hs=1066.72-3.52=1063.2m
3桥台基底最小埋置高程
Hn=Hx-At.=l063.2-2m=1061.2加
1.7方案比选
案方
一
第
案方二第
・一X?
和削3m主混X
长桥
m
50
n
21
5
n
01
5
2%
2%
2%
工艺技术要求
JJrUyTV才»TJo技要后力要且力桥的工泛
外形简单，制作方便，节月模板，建筑高度小，降低桥面标高，缩短引道长度，外形美观，轻盈，便于工厂化生产，构架自重较轻，便于施工。
求T施要土，艺凝备
•丄总设较粉需轨艺严，复工较梁工
使用效果
・1IZ/0属和妬养低
从对比来看，我比较倾向于预应力混凝土T型梁桥。
2上部结构设计基本资料及上部构造
2.1设计资料
1跨度和桥面宽度
1）标准跨径：
25m（墩中心距）
2）计算跨径：
24.12m
3）主梁全长：
24.92m
4）桥面宽度（桥面净空）：
净2X3.75+1+0.75X2
@设计荷载
!
）公路一I【级，人群荷载3.OKN/m.
2）环境标准：
II类环境
3）设计安全等级：
二级
③材料及工艺
混凝土：
主梁用C50,桥面铺装用C30
预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范MJIGD62-2004）中的0=15.2钢较线，每束7根，全梁配4束，fPk=1860Mp,弹性模量二E,=1.95xlO5^/
普通钢筋釆用HRB335级钢筋，/；,=335Mpafid=280M/%钢筋弹性模量均为Ev=2.OxlO5^,钢筋按后张法施工工艺制作主梁，采用金属波纹管和夹片锚具和夹片锚具，波纹管内径70mm,外径77mm。
4结构设计
1）本设计釆用简支T型梁
2）主梁断面：
主梁高度1.7m,梁间距2.0m,其中预制梁宽度1.5m,翼缘板中间湿接缝宽度0.5m主梁跨中肋厚0.16m,马蹄宽为0.48m,端部腹板厚度加厚到与马蹄同宽，以满足锚具布置和局部应力需要。
3）横隔梁设置：
横隔梁设置五道，间距6.0m,端横隔梁宽度0.19m,跨中横隔梁宽度0.19m
4）桥面铺装：
设计总厚度18cm,其中水泥混凝土厚度8cm,沥青混凝土厚度10cm,两者之间加设防水层。
5相关设计参数
预应力混凝土结构重度按26KN/M计,普通钢筋混凝土重度按25KN/m\
沥青混凝土重度按23KN/沪计,单侧防撞栏荷载为l.SKN/m。
6施工方法
采用后张法施工，预制主梁时，预留孔道釆用金属波纹管成型，钢绞线釆用TD双作用千斤顶两端同时张拉，主梁安装就位后现浇20cm宽的湿接缝，最后施工90mm厚的沥青桥面铺装层。
7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讣规范》（JIGD62-2004）,简称《公预规》。
2.2截面布置
计算截面儿何特征，计算时可将整个主梁截面划分为n个小块面积进行计算,跨中截面儿何特征列表计算如下；
分块名称
分块面积A
分块面积形心值上缘距离y
分块面积对上缘静矩
Si=A>7
分块面积的自身惯性矩
12
d,=儿-X
分块面积对截面形心的惯性矩=A^2
心厶+人
cm2
cm
cm3
cm4
cm
cm4
cm4
大毛面积（含湿接缝）
翼板
3200
8.00
25600.00
68266.00
51.01
8326464.32
8394730.99
三角承托
543.00
19
10260.00
2430.00
40.01
864432.05
866862.05
腹板
2680.0
83.00
222440.00
4010173.33
-23.99
1542393.87
55525567.201
下三角
280.00
143.33
40132.42
6222.22
-84.32
1990761.42
1996983.69
马蹄
960.00
160.00
153600.00
3200.00
-100.99
9891020.89
9823020.89
452032.00
266341643.83
小毛截面（不含湿接缝）
翼板
2400.0
8.00
19200.00
51200.00
56.96
77866599.84
7837859.84
三角承托
543.00
19
10260.00
2430.00
45.98
1141646.61
1144076.62
腹板
2680.0
83.00
222440.00
4010173.33
-1&04
872183.48
4882356.82
下三角
280.00
143.33
40132.42
6222.22
-78.37
1719719.93
1725942.15
马蹄
960.00
160.00
153600.00
3200.00
-95.04
8671297.54
8674497.54
445632.42
24264732.97
大毛截面形心至上翼缘距离儿-z,s;
59.01
小毛截面形心至上翼缘距离X-"Si
SA,
64.96
大毛截面形心至上翼缘距离ys=ZSi/EAi=452032.42/7660二59.01cm小毛截面形心至上翼缘距离yFESi/EAi二445632.42/6860二64.96cm检验截面效率指标P（希望在0.5以上）
上核心距：
防F空竺亠刊.335
丫人•儿7660x（170-59.01）
截面效率指标：
P二匚乞=丄空±竺逻二0.53>0.5
h170
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
如图2-3所示,本设汁主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。
梁端部区段山于锚头集中力的作用而引起的较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端5.00m范圉内将腹板加厚到与马蹄同宽，马蹄部分配合钢束弯起而从四分点附近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。
2・4横隔梁的位置
在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当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。
为减少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。
本设讣共设置五道横隔梁，其间距为6.00m。
端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部200mm,下部180mm；中横隔梁高度为1560mm,厚度为上部2000mm,下部180mm。
3主梁作用效用计算
主梁作用效应讣算包括永久作用效应和可变作用效应，根据梁跨结构纵、横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面（取跨中，五分点，变化点截面及支点截面）的永久作用的最大可变作用效应，再进行主梁作用效应组合。
3.1永久作用效应计算
3.1.1永久作用集度
1主梁自重
1跨中截面段主梁自重（四分点截面，到跨中截面长6m）
G⑴=0.686X25X6kN=107kN
2马蹄台高与腹板变宽段梁的自重近似计算（长5m）
主梁端部截面面积为A=1.01038»r
Gi2（=（0.686+1.066694）x5x—kN=U3.94kN
3支点段梁的自重（长1.46m）
Gr）=1.06694x26x1.46W=40.50W
4边主梁的横隔梁
中横隔梁体积为
0.19x（0.65x1.4-0.09x0.6/2-0.2x0.5x0.14-0.06x0.14）m3=0.1635屛端横隔梁体积为：
0.19X（1.54X0.51-0.069X0.46/2）=0.1462用
故半跨内横梁重量：
G⑷=（1.5x0.1635+1x0.1462）x26册=10.18RN
◎主梁永久作用集度
（107+113.94+40.50+10.\0kN“
cl==21.SOkN/m
12.46〃？
1）二期永久作用
a）翼缘板中间湿接缝集度
久）=0.16x0.5x26=02.08RN/m
b）边梁现浇部分横隔梁
一片中横隔梁（现浇部分）体积：
0.19X1.4X0.25=0.0665w3
一片端横隔梁（现浇部分）体积；
0.19X1.56X0.25=0.074w3
故G⑹=（3x0.0665+2x0.074）x26/24.92ZN/m=0.13628RN/m
2）桥面铺装层
8cm水泥混凝土铺装：
0.08X9X23二18.72kN/m
10cm沥青混凝土铺装：
0.1X9X26=21.6kN/m
将桥面铺装重量均分给五片主梁，则
厂_（216+18.72）—
G（7}_~_8.06AAr/Hl
3）防撞栏：
一侧人行栏1.52kN/m
将两侧防撞栏均分给五片主梁，则
G）s）=1?
；x2=0.068^//n
⑹边梁二期永久作用集度
qn=（2.08+0.3628+8.06+0.068）=11.1lkN/m
3丄2永久作用效用计算
下面进行永久作用效应计算（如图），
设a为计算截面至左侧支座的距离，并令c=a/L主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为：
Mc=-c（l-c）l2q
2
v=l（l-2c）q
r2甲
@1-2iiIh.l
永久作用效应计算表
边梁永久作用效应计算表2・2
作用效应
跨中
四分点
支占
00.5
9=0.25
00
_期
弯矩IKNm
1585.34
1189.00
0.00
剪力/KN
0.00
131.45
262.91
二期
弯畑KN•m
953.38
715.04
0.00
剪力/KN
0.00
79.05
158.11
弯矩/A7V•加
2538.72
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