20米空心板桥毕业设计.docx

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20米空心板桥毕业设计

郑州航空工业管理学院毕业论文设计2009届土木工程专业*******班级题目20米预应力混凝土空心板桥设计姓名学号*********指导教师马亚丽职称副教授二ОО九年五月二十七日内容摘要立足桥梁设计的基本原则坚持合理选用标准本着质量第一、节约资源的设计理念以及综合考虑所提供的设计资料本次设计——20米预应力空心板桥主梁依照部分预应力A类构件方案设计采用先张法超张拉工艺施工。

依据《公路桥涵设计通用规范》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》等国家通用规范依序完成承载能力及正常使用两大极限状态设计以及持久和短暂状态应力验算充分保证了本桥全寿命周期的安全度。

本次设计的内容主要包括空心板、盖梁、桩柱三大部分的设计与计算。

分别先后完成几何尺寸设计、荷载组合计算、钢筋配置及验算、预应力损失计算、裂缝及变形验算、持久和短暂状态应力验算等具体项目每一部分都有详细、精确的计算过程。

本次设计成果有计算书和配套施工图纸。

关键词预应力空心板盖梁桩柱AbstractThefootholdbridgedesignsbasicprincipleinsistedthatselectsthestandardreasonablyinlinewiththequalityfirstnurseresourcesdesignideathedesigninformationwhichaswellastheoverallevaluationprovidesthisdesign--20meterpre-stressedhollowplankbridgesthekingpostaccordingtothepartialpre-stressedAkindofcomponentprojectdesignusespretensioninglawultratopullthecraftconstruction.RestsonquotRoadArchofbridgeDesignGeneralStandardquotquotRoadReinforcedconcreteAndPrestressedconcreteArchofbridgeDesignStandardquotandsoonnationalgeneralstandardscompletesthebearingcapacityinorderandusestwobiglimitingconditiondesignnormallyaswellaslastingandshortconditionstresscheckingcalculationhasguaranteedthisbridgetotallifecycledegreeofsecurityfully.Thisdesignscontentmainlyincludes:

SpatialcoreGeLiangpilethreemajorpartdesignsandcomputation.Doesthingsinorderofimportanceandurgencycompletesthegeometrysizedesigntheloadcombinationcomputationthesteelbardispositionandthecheckingcalculationthelossofprestresscomputationthecrackandthedistortioncheckingcalculationlastingandtheshortconditionstresscheckingcalculationandsoonspecificitemseachparthasindetailtheprecisecomputationalprocess.Thisdesignachievementincludes:

Accountbookandnecessaryconstructionblueprint.KeyWordsPre-stressedSpatialcoreCapbeamPile目录第一章设计资料...........................................71.1地质、地貌及标高.....................................71.2跨径及桥宽...........................................71.3设计荷载.............................................71.4材料.................................................71.4.1混凝土........................................71.4.2钢筋............................................81.4.3.板式橡胶支座...................................81.5施工工艺.............................................81.6结构尺寸.............................................81.6.1空心板的横断面尺寸见图所示...................81.6.2上部构造尺寸如下图...........................91.7设计依据和参考书.....................................9第二章设计内容...........................................92.1方案比选............................................92.2上部结构计算.......................................112.2.1主梁截面几何特性计算先计算中板后计算边板112.2.2作用效应计算..................................122.3预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置...............212.3.1预应力钢筋数量的估算..........................212.3.2预应力钢筋的布置..............................242.3.3普通钢筋数量的估算和布置......................242.4主梁截面换算特性计算...............................252.4.1中板...........................................252.4.2边板...........................................272.5主梁截面强度及应力验算.............................282.5.1正截面强度计算.................................282.5.2斜截面强度验算....................................292.6预应力损失计算......................................342.6.1锚具变形、钢筋回缩引起的应力损失σ2l...........342.6.2加热养护引起的损失σ3l.........................342.6.3预应力钢筋松弛引起的损失σ5l...................352.6.4混凝土弹性压缩引起的应力损失4l................352.6.5混凝土收缩徐变引起的应力损失6l................362.6.6预应力损失组合.................................4027正常使用极限状态计算..............................412.7.1正截面抗裂性验算..............................412.7.2斜截面抗裂性验算..............................432.8空心板变形计算.....................................462.8.1正常使用阶段的挠度计算........................462.8.2预加力引起的反拱度计算及预拱度设置............472.9持久状态应力验算...................................492.9.1跨中截面混凝土法向压应力验算..................502.9.2跨中截面预应力钢绞线拉应力验算................502.9.3斜截面主应力验算..............................512.10空心板截面短暂状态应力验算.........................552.11最小配筋率复核.....................................612.12桥梁下部结构的计算...............................622.12.1盖梁..........................................622.12.2桩柱计算......................................73第三章附图附表..........................................803.1....................................................802009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计7第一章设计资料1.1地质、地貌及标高桥址位于地势平坦地区河床淤泥顶标高-0.2m常年水位标高0.7m桥面顶标高5.2m。

地基土上层为硬塑粘性土下层为中密细砂夹砾石。

1.2跨径及桥宽本设计为两等跨预应力混凝土空心板桥。

标准跨径20m主梁全长19.96米计算跨径19.5米桥宽净—9.02×0.75m1.3设计荷载公路I级人群荷载3.5kN/m21.4材料1.4.1混凝土采用C50混凝土浇注预制主梁栏杆和人行道板采用C30混凝土C30防水混凝土和沥青混凝土磨耗层铰缝采用C40混凝土浇注封锚混凝土也使用C40桥面连续采用C30混凝土。

2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计81.4.2钢筋普通钢筋主要采用HRB335钢筋预应力钢筋为钢绞线。

1.4.3.板式橡胶支座采用三元乙丙橡胶采用耐寒型尺寸根据计算确定。

1.5施工工艺先张法施工预应力钢绞线采用两端同时对称张拉。

1.6结构尺寸1.6.1空心板的横断面尺寸见图所示预制中板101010315R30105101056565预制边板30.510315R3065551083555555123.510128105655图1空心板截面构造及尺寸尺寸单位cm2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计91.6.2上部构造尺寸如下图3cm细粒沥青混凝土4cm粗粒沥青混凝土10cmC30防水砼中i1.5i1.5103103103817112525心线梁桥图2横断面布置图尺寸单位cm1.7设计依据和参考书1、《公路工程技术标准》JTGB01-20032、《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-20043、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-20044、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-855、《公路桥涵设计手册》梁桥上册人民交通出版社1996年6、《桥梁工程》本科教材7、《混凝土简支梁板桥》易建国编第二版人民交通出版社2000年第二章设计内容2.1方案比选设计的桥为跨径为20米的中型桥采用公路I级荷载为设计荷载2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计10人群荷载3.5kN/m2。

经综合比较采用预应力混凝土空心板桥且边板与中板采用不同的截面形式即直接在边板悬出挑梁来承担人行荷载。

比较优势分析如下1.板桥的优点建筑高度小使用于桥下净空受限制的桥梁与其它类型桥梁相比可以降低桥头引道路堤高度缩短引道的长度。

板桥外形简单制造方便既便于采用土模技术又便于进行工厂化成批生产且空心板桥重量轻运输、安装均比较方便。

预应力混凝土简支板桥常用跨径在20米以下。

2.预应力优点有效利用现代高强度材料减小了构件截面降低自重增大跨越能力节省钢材达到了显著的经济效益。

预应力桥梁刚度大在长期荷载作用下减小裂缝发生的可能提高构件的耐久性。

3.装配式的优点构件的尺寸及形式趋于标准化可采用大规模工业化制作。

装配式构件可以节省劳动力和降低劳动强度提高工程质量和生产力降低了工程造价。

构件制作不受季节、天气影响保证了预制构件的质量上下部同时施工也加快了施工进度缩短了工期节省了大量模板的消耗。

综合以上优点选用预应力混凝土空心板桥较为经济、合理。

2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计112.2上部结构计算2.2.1主梁截面几何特性计算先计算中板后计算边板1.毛截面面积A221482921510521510652151023085103cmA中板边板5806215.30776521551021655102151030855.133222cmA2.质心正向上为负对于圆心横轴向下为66.166531302105653130256535532255557025.2851031ayAcmya4157故距下缘为40.43cm两边铰缝对圆心轴的距离cmya15.0110066.1663.空心板毛截面对质心惯性矩中板1011945.457.430646057.415.011005.257.4851031285103422242231mI109178.4422mI空心板截面的抗扭刚度可简化为下图图3的单向截面来近似计算423212*********.524mthtbtbhbIT2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计12404315431027图3截面的抗扭刚度简化图2.2.2作用效应计算1.永久作用效应1空心板自重第一阶段结构自重g12310.48326/12.558/gmkNmkNm中板2310.58126/15.106/gmkNmkNm边板2桥面系自重第二阶段结构自重人行道及栏杆重力平均分布于各板上栏杆5/21/10kNmkNm桥面铺装沥青混凝土0.071.04341.747/kNm混凝土0.11.04262.704/kNm铰缝自重0.118526/3.08/kNmkNm3恒载自重g12.5883.0814.451121.09/iggkNm中板15.1063.0814.451123.638/iggkNm边板计算图式如图4设x为计算截面离左支座的距离并令Lx2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计13则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为2/12LggMMg4/21LggVVg由此可计算简支空心板永久作用自重效应计算结果如下永久作用效应汇总表表12.可变作用效应本示例汽车荷载采用公路I级荷载它由车道荷载及车辆荷载组成车道荷载qk10.5kN/m和23855055.19180360180kNpk的集中荷载组成。

而在计算剪力效应时集中荷载标准值pk应乘以1.2的系数即计算剪力时pk′1.2pk1.2×238285.6kN按《桥规》车道荷载的均布系数应满布于使结构产生最不利效应作用类型作用gikN/m计算跨径m计算效应MkN.m作用效应VkN中板边板中板边板跨中1/8gl21/4跨3/32gl2支点1/2gl1/4跨1/4gl跨中中板边板中板边板中板边板中板边板中板边板g21.0923.63819.519.51002.41124751.826842.66205.6230.5102.8115.200图4恒载内力计算图式VRgL/2xVxMxL19.5mx2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计14的同号影响线上。

集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处多车道桥梁还要考虑多车道折减本示例布置双车道不折减.1荷载横向分布系数计算1支座处的荷载横向分布系数m0的计算杠杆法支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。

首先绘制横向影响线图在横向影响线上按最不利荷载布置根据对称性只需计算1、2、3、4、5号板的荷载横向分布系数即可。

1号板汽车oqm1/2i2346.0210.1173人群ormi1.18813018010i1.5252550180qr124356789qr1.1880.23461.002跨中及L/4处的荷载横向分布系数预制板间采用企口缝连接所以跨中的荷载横向分布系数按铰接板法计算。

首先计算空心板的刚度系数γ图512号板支点处横向分布影响线2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计15其中I4.11945×10-2m4b104cml19.5m故0115.05.1904.110911812.51011945.48.5222综上从ltlt梁桥工程gtgt中的铰接板荷载横向分布影响线用表附表中查表在γ0.01和γ0.02内插求得γ0.0115时1号至4号板在车道荷载作用下的荷载横向分布系数值。

计算结果如下图6所示3支点到L/4处的荷载横向分布系数支点到L/4处的荷载横向分布系数按直线内插法求得计算结果汇总如下表2.横向分布系数汇总表表2荷载类别1号2号3号4号5号mcmomcmomcmomcmomcmo汽车0.23460.17310.23650.50.23590.50.23080.50.22070.5人群0.24211.1880.16500.13300.11100.09104荷载横向分布系数沿桥跨的变化在计算荷载的横向分布系数时通常用�6�5杠杆原理法�6�6来计算荷载位于支点处的横向分布系数m0而用其它的方法来计算荷载位于跨中的横向分布系数mc这是因为荷载在桥跨纵向的位置不同对某一主梁产生的横向分布系数也各异。

位于桥跨其它位置的荷载横向分布系数的处理方法是方法一对于无中间横隔梁或仅有一根中间横隔梁的情况跨中部分采用不变的mc从离支点l/4处起至支点的区段内mc呈直线形2225.84TTEIbIbGIlIl2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计16过渡方法二对于有多根内横隔梁的情况mc从第一根内横隔梁起向m0直线过渡。

依据《公路桥涵通用规范规》本设计跨中采用不变的mc从离支点L/4处起至支点的区段内mx呈直线过渡的方法计算如图6所示。

图6各板横向分布系数沿桥跨方向变化图1冲击系数μ的计算《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.3.2规定汽车冲击系数的计算采用以结构基频为主要影响因素的计算方法对于简支梁桥结构频率f可采用下式计算ccmEIlf22中板41045.3cEMPa21011945.4cIm45.19lm9.1231gGmckg/m分别代入公式436.49.123181.91011945.41045.35.192142.32102中fHz2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计171.5Hz≤f中≤14Hz所以有248.00157.0436.4ln1767.0《通用规范》JTGD60—20044.3.2所求有11.2482按《通用规范》JTGD60—2004第4.3.1规定公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为5.10KqKN/m。

集中荷载标准值内插为23818055018036055.19KPKN人群荷载25.20.375.0rqKN/m计算弯矩所用公式为1ypmqmMkikkiKQrriKQqmM21号板L/2截面图7弯矩mkNqypmMkkkcKQ82.485215.19875.45.10875.42382346.00.1248.011130.60682.485248.1111KQKQMMKN〃m09.2595.1062346.0215.19875.425.22346.02KQMKN·m2009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计181950L/44.875DLL/847.531975DLL/82.43750.50.50.17310.23460.17311.1881.1880.24210.2421公路-I级人群图7跨中截面弯矩剪力2剪力kNqypmVkkkcKQ3.49215.05.19215.105.06.2852346.0248.1121526.613.49248.1111KQKQVVKNkNVKQ286.19534.05332.0484.52346.02346.0188.145.192142425.193145.192125.195.025.22346.022009届土木工程专业毕业设计先张法预应力简支梁设计19图8L/4截面弯矩剪力图9支点截面弯矩剪力同理可以得到2、3、4、5号板的跨中截面、L/4截面、支点截面的弯矩和剪力计算结果汇总于表3中。

各板活载内力标准值表3板号荷载类别弯矩KNm剪力KN支点L/4L/2支点L/4L/21汽车0.00364.74485.8291.8079.5749.30人群0.0018.8425.099.2552.8951.2862汽车0.00381.41489.75216.1580.2249.70人群0.0018.9925.293.6202.9181.2963汽车0.00380.51488.51216.0980.0149.58人群0.0018.9425.232.9182.9111.2934汽车0.00372.85477.95215.5978.2848.51人群0.0018.5324.682.4352.8481.2655汽车0.00357.67457.03214.5974.8646.38人群0.0017.7223.601.9962.7231.2092.2.2.3.内力组合效应公