图1:
桥梁纵剖面图
2上部结构设计
2.1梁高
截面跨高比Hs/L一般取1/16~1/18,当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是比较经济的方案,所以选取支点截面高度取2.1m。
跨中截面高跨比Hc/L一般取1/25~1/50,也取跨中截面高度为2.1m[2]。
2.2横截面形式
参考例图2,桥宽12m宜采用六片T型连续梁形式。
图2:
跨中截面示意图
2.3细部尺寸
T梁横截面由翼缘板根部,翼缘板边缘,马蹄,主梁高度,主梁梁肋厚度构成;各部分构造须满足受力、构造、施工方便的要求,具体尺寸如图3和图4。
图3:
跨中主梁截面图
图4:
端部主梁断面图
T型梁各部分要求
T梁需要满足横向抗弯以及布置预应力钢筋的需求,一般翼缘根部可采用1/10H,翼缘板边缘不应小于10cm。
主梁梁肋厚度在满足抗剪要求下可适当减薄。
主梁梁肋b采用0.18~0.22之间为宜。
一般主梁预制宽度为1.7m,吊装后接缝宽度为30cm。
其跨中截面图为图。
3下部结构设计
下部结构尺寸根据工程经验和《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)初步选定,最后通过计算进行验算,调整下部结构尺寸。
《桥规》规定两柱间距不得小于2.5倍的柱径,这里初步选取柱径150cm,桩径150cm,两柱间距为370cm。
盖梁厚度一般不小于柱径,取200cm[6]。
为了防止T梁向两侧滑动,在桥墩桥台处的盖梁上都设置挡块,挡块的构造依据T梁横断面,由于T梁下部是竖直的,因此这里挡块是垂直的,挡块与T梁底两侧留10cm的允许伸缩距离。
挡块高50cm,宽30cm。
耳背墙长度取3m,一般耳墙顶要高于锥坡顶0.1m[2]。
在桩柱连接处设置系梁,主要是加强横向联系,保证桩柱稳定性。
这里系梁尺寸取为高140cm,宽140cm,长323cm。
根据工程施工条件,初步拟定桥台处桩长25m,桥墩处桩长20m。
桥型立面图如下:
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图:
桥型一般布置图
4细节设计
4.1滴水槽
在T梁悬臂板边缘宜设置向下凸出的滴水槽构造。
4.2通风孔
一般设计在T梁横隔板上,主要功能为减小风力影响T型梁的受力特点。
其形状一般为直径10cm左右的圆形,间距约5m。
4.3泄水孔
桥面泄水孔设置在桥面较低侧,一般采用预埋铸铁泄水孔或PVC泄水孔,在桥墩处设置。
T型梁泄水孔设置在翼缘板处,形状为圆形,直径一般为10cm。
4.4防水层
在T梁顶面混凝土与桥面构造之间应设置可靠的防水层构造。
本设计采用三涂FYT-1改进型防水层。
4.5桥面横坡的形成
桥面横坡采用桥面铺装造坡,通过铺装层的人字横坡。
本设计桥向两侧设置1.5%横坡,主要是利于排水[1]。
4.6伸缩缝
常用的伸缩缝装置有填塞嵌固对接型、钢制支承型、板式橡胶型、模数式、无缝(暗缝)型等类型。
伸缩缝装置的设置应保证桥梁接缝处的变形自由、协调,车辆能平稳、安全的通过,并适应接缝周围可能出现的少量的错位,不致因此而引起伸缩缝装置部件的受损或脱落。
在桥墩和桥台处T梁横截面要变为实心,在桥台处由于伸缩缝挖槽,防止混凝土损失过大,因此要加厚翼缘板,加厚25cm。
四、结构计算
1几何特征计算
计算内容包括:
净截面和换算截面的面积、截面中心位置、截面对重心轴的惯性矩。
计算方法采用手算和电算相结合。
2荷载和组合
结构计算包括:
各阶段的横载计算(包括二期横载)、活载计算、附加荷载计算(季节温差、日照温差、汽车制动力、支座沉降、地震荷载、船撞力、风荷载等)。
同时依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)规定[5],对桥梁结构进行正常使用和承载能力两种极限状态下的合作组合分析。
3预应力钢筋的估算及布置
3.1预应力钢筋的估算
按构件正截面抗裂性要求估算预应力筋数量。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)的规定,预应力梁应满足使用阶段的应力要求和承载能力极限能力状态的强度要求[5]。
对各控制截面在各种荷载组合下,分别按上述要求对主梁所需的钢束数进行估算。
在确定了预应力钢束的数量之后,普通钢筋的数量可由正截面承载能力极限状态的要求确定。
3.2预应力钢筋的布置
预应力钢筋的布置根据《公预规》的规定,预应力梁应满足使用阶段的应力要求和承载能力极限能力状态的强度要求,满足梁端锚固和张拉的要求,同时预应力管道布置符合《公路桥规》中的相关构造要求。
为了方便张拉操作,腹板钢束都锚固在梁端,支座负弯矩钢束在人孔处张拉。
(1)跨中截面预应力钢筋的布置
后张法预应力混凝土受弯构件的预应力管道布置按《公路桥规》中的相关构造要求布置,并参考已有的设计图纸,对跨中截面的预应力钢筋进行初步布置。
(2)锚固面钢束布置
对于锚固端截面,钢束布置考虑下面两方面:
一是预应力钢束群重心尽可能靠近截面形心,使截面均匀受压;二是考虑锚头布置的可能性,以满足张拉操作方便等要求。
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(3)其它截面钢束位置及倾角计算。
4强度验算
验算内容包括:
正截面抗弯强度验算、斜截面抗剪强度验算、正截面抗裂验算、斜截面抗裂验算、应力验算、局部受压验算。
(1)正截面抗弯强度验算
先将结构进行简化,选取控制截面按照规范要求进行验算。
(2)斜截面抗剪强度验算
需要验算的截面位置:
①支点横梁边缘处截面;②梁高突变处截面;③腹板厚度突变处截面;④1/4跨径处截面;⑤腹板箍筋布置方式突变处截面;⑥剪力较大区域,下弯或弯起预应力钢筋无法覆盖或布置较少的截面。
按照规范相关条文要求,对以上截面进行斜截面抗剪验算。
(3)正截面抗裂验算
按照《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)6.3.1条1款验算,计算混凝土和钢筋应力的内力时所用的弯矩值,是乘以频遇系数以后的组合弯矩值。
(4)斜截面抗裂验算
斜截面抗裂按《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)6.3.1条2款验算。
主应力按照《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)6.3.3条计算。
计算时所用的内力值,是乘以频遇系数以后的组合内力值。
(5)应力验算
持久状况T梁计算截面的应力,需满足《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的规定。
短期状况T梁计算截面的应力,需要满足《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的规定。
(6)局部受压验算
对于局部受压的预应力锚下混凝土、支座处混凝土,应进行局部受压验算,必要时需添加配置局部受压间接钢筋。
验算方法参照《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)5.7.1条和5.7.2条[5]。
五、桥梁软件复核分析
建立模型——内力计算——预应力筋的估算——全桥结构安全验算——截面调整(正截面强度、斜截面强度、预应力损失、预拱度等)——内力图和变形图——最终成果。
六、设计工作计划及进度安排
根据学校的要求,本毕业设计的进度安排如下表:
周次
内容
要求
备注
1-2
查阅资料、英文翻译和开题报告
3000字以上(汉字)的翻译、至少4000字的开题报告。
在保证质量的前提下满足数量要求。
3
实训
根据学校要求。
4-6
生产实习
每天编写不少于500字的实习日记,最后撰写不少于3000字的实习总结报告。
7-9
建模计算
使用桥梁博士和桥梁通完成桥梁上部和下部结构的计算分析。
软件要满足最新规范的要求。
10-11
整理结构计算书
按照规范的要求整理上下部结构的计算书,不少于40页。
字数不少于10000字。
12-13
CAD绘制
具体图纸要求详见设计任务书,内容清晰、准确。
至少15张图纸,按要求绘制。
14
最后整理、装订成册及准备答辩
完成纸质文档和图纸,还有电子文档、图纸和模型程序等。
文档要按要求装订成册。
15
毕业答辩
包括自述和老师提问两部分。
自述5-10分钟,老师提问(包括三个必答题和若干随机题目)不限时,具体不一。
首次有4%的人员进入二次答辩,全院二辩人员在一起,有一半将无法毕业,即没有学位证。
七、预期成果
完成一座整桥计算,并编制设计说明书。
图形绘制包括图纸目录、设计总说明、全桥工程数量汇总表、桥型布置图、一般构造图、预应力钢筋布置图等。
提交的成果包括纸质和电子文档两部分。
参考文献:
1、《桥梁工程》(第二版)人民交通出版社;
2、《公路桥涵设计通用规范》(D07JTGD60-2004);
3、《组合结构设计原理》人民交通出版社;
4、《基础工程》(第二版)清华大学出版社;
5、《4公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(D10JTGD62-200);
6、《公路桥涵地基及基础设计规范》(JTGD63-2007)。