30mT梁毕业设计_4×30装配式预应力简支T梁设计.doc
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摘要
预应力混凝土梁式桥在我国桥梁建筑上占我重要的地位，在目前，对于中小跨径的永久性桥梁，无论是公路桥梁或者城市桥梁，都在尽量采用预应力混凝土梁式桥，因为这种桥梁具有就地取材，工业化施工，耐久性好，适应性强，整体性好以及美观等多种优点。
本设计采用装配式简支T梁结构，其上部结构由主梁、横隔梁、行车道板，桥面部分和支座等组成，显然主梁是桥梁的主要承重构件。
其主梁通过横梁和行车道板连接成为整体，使车辆荷载在各主梁之间有良好的横向分布。
桥面部分包括桥面铺装、伸缩装置和栏杆等组成，这些构造虽然不是桥梁的主要承重构件，但它们的设计与施工直接关系到桥梁整体的功能与安全，这里在本设计中也给予了详细的说明。
本设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中由恒载和活载产生的弯矩将急剧增加，是材料的强度大部分为结构重力所消耗，因而限制的起跨越能力，本设计采用30m标准跨径，合理地解决了这一问题。
在设计中通过主梁内力计算、应力钢筋的布置、主梁截面强度与应力验算、行车道板及支座、墩台等等设计，完美地构造了一座装配式预应力混凝土简支T梁桥，所验算完全符合要求，所用方法均与新规范相对应。
本设计重点突出了预应力在桥梁中的应用，这也正体现了我国桥梁的发展趋势。
关键词：
预应力，简支T梁，后张法，应力验算
Abstract
Theprestressedconcretebeamplatebridgeoccupiesmyimportantstatusinourcountrybridgeconstruction,inatpresent,regardingsmallspanpermanentbridge,regardlessofisthehighwaybridgeorthecitybridge,allasfaraspossibleisusingtheprestressedconcretebeamplatebridge,becausethiskindofbridgehasmakesuseoflocalmaterials,theindustrializationconstruction,thedurabilityisgood,compatible,integritygoodaswellasartisticandsoonmanykindsofmerits.
ThisdesignusesassemblytypesimplesupportTbeamstructure,itssuperstructurebythekingpost,septumtransversumbeam,thelaneboard,thebridgefloorpartandthesupportandsooniscomposed,theobviouskingpostisthebridgemaincarrier.Itskingpostconnectsintothewholethroughthecrossbeamandthelaneboard,enablethevehiclesloadtohavethegoodtraversebetweenvariouskingposts.Bridgefloorpartincludingcompositionsandsoonflooring,expansionandcontractioninstallmentandparapet,thesestructuresalthoughisnotthebridgemaincarrier,buttheirdesignandtheconstructionrelatesthebridgewholedirectlythefunctionandthesecurity,herehasalsogiventhedetailedexplanationinthisdesign.
Thisdesignmainlystepsthesaggingmomentcontrol,whenthespanincreases,crossthebendingmomentwhichproducesbythedeadloadandtheliveloadthesharpgrowth,isthematerialintensitymajorityofconsumesforthestructuregravity,thuslimitsthespanningability,thisdesignusesthe30mstandardspan,hassolvedthisproblemreasonably.Inthedesignthroughthekingpostendogenicforcecomputation,thestresssteelbararrangement,kingpostsectionintensityandstresscheckingcalculation,laneboardandsupport,pillarTaiwanandsoondesigns,astructureassemblytypeprestressedconcretesimplesupportTbeambridge,thecheckingcalculationcompletelyhasconformedtotherequirementperfectly,usesthemethodandthenewstandardcorresponds.Thisdesignhashighlightedthepre-stressedwithemphasisinthebridgeapplication,thishasalsobeenmanifestingourcountrybridgetrendofdevelopment.
Keyword:
Pre-stressed，SimplesupportTbeam，Tensioning，Stresscheckingcalculation
目录
摘要 1
Abstract 2
前言 1
第1章桥型设计方案 2
1.1方案一：
预应力钢筋混凝土简支梁（锥型锚具） 2
1.1.1基本构造布置 2
1.1.2设计荷载 2
1.2方案二：
钢筋混凝土箱形拱桥 3
1.2.1方案简介 3
1.2.2尺寸拟定 3
1.2.3桥面铺装及纵横坡度 4
1.2.4施工方法 4
1.2.5总结 4
1.3桥型方案三：
预应力混凝土连续箱梁方案 4
1.3.1基本尺寸 4
1.3.2箱梁桥的优缺点 4
第2章上部结构设计 5
2.1计资料及结构布置 5
2.1.1设计资料 5
2.1.2横截面布置 5
2.1.3横截面沿跨长变化 9
2.1.4横隔梁的布置 9
2.2主梁作用效应计算 9
2.2.1永久作用效应计算 9
2.2.2可变作用效应计算 11
2.2.3.主梁作用效应组合 19
2.3.预应力钢束的估算及其位置 19
2.3.1跨中截面钢束的估算和确定 19
2.3.2预应力钢束布置 20
2.4计算主梁截面几何特征：
25
2.4.1截面面积及惯矩计算 25
2.4.2截面静矩计算 26
2.4.3.截面几何特性汇总 27
2.5预应力损失计算 27
2.5.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失 30
2.5.2由锚具变形、钢束回缩引起的损失 30
2.5.3混凝土弹性收缩引起的预应力损失 31
2.5.4由钢束应力松弛引起的损失 32
2.5.5混凝土收缩和徐变引起的损失 34
2.5.6预加力计算及钢束预应力损失汇总 35
2.6主梁截面承载力与应力验算 38
2.6.1持久状况承载能力极限状态承载力验算 38
2.6.2持久状态正常使用极限状态抗裂验算 40
2.6.3持久状态构件的应力验算 42
2.6.4短暂状况构件的应力验算 50
2.7主梁端部的局部承压验算 51
2.7.1局部承压区的截面尺寸验算 51
2.7.2局部抗压承载力验算 55
2.8行车道板计算 56
2.8.1悬臂板荷载效应计算 56
2.8.2连续板荷载效应计算 57
第3章基础的设计 62
3.1荷载计算 62
3.1.1上部构造恒载 62
3.1.2盖梁自重计算 62
3.1.3墩柱及系梁自重计算 62
3.2钻孔灌注桩计算 63
3.2.1荷载计算 63
3.2.2桩长计算 64
结论 66
致谢 67
主要参考文献 68
67
前言
公路桥梁交通是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。
我国从“七五”开始，公路建设进入了高等级公路建设的新阶段，近几年随着公路等级的不断提高，路桥方面知识得到越来越多的应用，同时，各项规范也有了较大的变动，为掌握更多路桥方面知识，我选择了30m装配式预应力混凝土简支T梁设计这一课题。
本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定，选定装配式预应力T形截面简支梁桥，该类型的梁桥具有受力均匀、稳定，且对于小跨径单跨不产生负弯矩，施工简单且进度迅速等优点。
设计内容包括拟定桥梁纵,横断面尺寸、上部结构计算，下部结构计算，施工组织管理与运营，施工图绘制,各结构配筋计算，书写计算说明书、编制设计文件这几项任务。
在设计中，桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在施工及使用过程中恒载以及活载的作用力，采用整体的自重荷载集度进行恒载内力的计算。
按照新规范公路I级车道荷载进行布置活载，并进行了梁的配筋计算，估算了钢绞线的各种预应力损失，并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度，正应力及主应力的验算。
下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的墩柱，并分别对桥墩和桩基础进行了计算和验算。
主要依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD062-2004）,《公路桥涵地基与基础设计规范》,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（简称《预规》）JTGD60—2004《公路桥涵设计通用规范》（简称《通用规范》）
在本次设计过程.中，新旧规范的交替，电脑制图的操作，都使我的设计工作一度陷入僵局。
在指导老师王老师及本组其他组员的帮助下，才使的这次设计得以顺利完成。
在此，对老师和同学们表示衷心的感谢。
由于公路桥梁工程技术的不断进步，技术标准的不断更新，加之本人能力所限，设计过程中的错误和不足再所难免，敬请各位老师给予批评指正。
第1章桥型设计方案
根据现桥位地形、水文条件，并综合考虑工程的经济性和施工难易程度，本桥桥跨布置的单跨跨径宜在30m以上，因此选定简支T型梁、连续箱梁和连续刚构桥这三种桥型方案来进行方案比
1.1方案一：
预应力钢筋混凝土简支梁（锥型锚具）
1.1.1基本构造布置
设计资料
桥梁跨径及桥宽
标准跨径：
30m
全桥共：
120米，分4跨
主梁全长：
29.96m，
桥面净空：
净—9m+21.5m=12m；
计算跨径：
29m。
（1）上部构造为预应力混凝土T型梁，梁高1.8m；下部构造为柱式墩身，肋板式桥台，桩基础；采用简支转连续施工。
（2）预应力混凝土T型梁是目前公路桥梁中经济合理的桥型之一。
桥型能适应桥位环境，施工工艺成熟、安全可靠；采用简支转连续桥型，桥面连续，行车舒适，施工方便，工期较短。
上部结构施工较连续梁和连续刚构要简单，材料用量和费用较少。
能有效控制投资规模，造价最省。
图1.1桥梁立面图
1.1.2设计荷载
公路-Ⅱ级人群荷载3.0kN/m²，每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为1.52kN/m和4.99kN/m。
材料及工艺
本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥，锥形锚具；
混凝土：
主梁采用50号混凝土，桥面铺装用30号混凝土；
预应力钢筋：
采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）的ф15.2钢绞线，每束6根，全梁配6束，=1860MPa。
简支梁的优点是构造、设计计算简单，受力明确，缺点是中部受弯矩较大，并且没有平衡的方法，而支点处受剪力最大，如果处理不好主梁的连接，就会出现行车不稳的情况
1.2方案二：
钢筋混凝土箱形拱桥
1.2.1方案简介
本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥。
全桥分三跨，每跨均采用标准跨径40m。
采用箱形截面的拱圈。
桥墩为重力式桥墩，桥台为U型桥台。
1.2.2尺寸拟定
本桥拟用拱轴系数m=2.24，净跨径为40.0m，矢跨比为1/8。
桥面行车道宽9.0m,两边各设1.5m的人行道。
拱圈采用单箱多室闭合箱，全宽11.2m，由8个拱箱组成，高为1.2m。
拱箱尺寸拟定如图1.1
图1.1箱梁尺寸拟定
（1）拱箱宽度：
由构件强度、刚度和起吊能力等因素决定，一般为130～160cm。
取140cm。
（2）拱壁厚度：
预制箱壁厚度主要受震捣条件限制，按箱壁钢筋保护层和插入式震动棒的要求，一般需有10cm，若采用附着式震捣器分段震捣，可减少为8cm,取8cm。
（3）相邻箱壁间净宽：
这部分空间以后用现浇混凝土填筑，构成拱圈的受力部分，一般用10～16cm，这里取16cm。
（4）底板厚度：
6～14cm。
太厚则吊装重量大，太薄则局部稳定性差且中性轴上移。
这里取10cm。
（5）盖板：
有钢筋混凝土板和微弯板两种型式，最小厚度6～8cm,这里取8cm。
（6）现浇顶部混凝土厚度：
一般不小于10cm，这里取10cm。
（7）横隔板：
多采用挖空的钢筋混凝土预制板，厚6～8cm，间距3.0～5.0m。
横隔板应预留人行孔，以便于维修养护。
这里取厚6cm。
1.2.3桥面铺装及纵横坡度
桥面采用沥青混凝土桥面铺装，厚0.10m。
桥面设双向横坡，坡度为2.0%。
为了排除桥面积水，桥面设置预制混凝土集水井和φ10cm铸铁泄水管，布置在拱顶实腹区段。
1.2.4施工方法
采用无支架缆索吊装施工方法，拱箱分段预制。
采用装配——整体式结构型式，分阶段施工，最后组拼成一个整体。
1.2.5总结
预应力混凝土连续箱梁也是目前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一。
结构受力合理，变形小；桥面连续，行车舒适；较T型梁增加了施工的难度和工期；材料用量和费用较T型梁要多一些。
上部构造施工采用移动支架一次性投入费用要高；且由于增加了大吨位支座，日后维护费用要增加。
1.3桥型方案三：
预应力混凝土连续箱梁方案
1.3.1基本尺寸
上部构造为预应力混凝土变高度箱梁，根部高4.5m，跨中高2.0m；下部构造为空心矩形截面墩身、肋板式桥台，桩基础；全长120m。
1.3.2箱梁桥的优缺点
预应力混凝土连续刚构桥外型美观，是目前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一，尤其是墩身高度很高时,更能体现出它的优势。
该桥型连续，行车舒适；但上部结构施工工序较T型梁和连续梁要多、周期较长，造价较高。
鉴于桥位处的地形条件，河流断面宽约90m，桥墩高28m左右，且由于连续刚构桥桥梁上部结构建筑高度较高，如采用该方案需要提升桥面标高，增加桥头引道长度。
结合投资规模、和考虑施工的难度，本桥不适合于修建连续刚构桥。
1.4方案的最终确定
经考虑，简支梁的设计较简单，受力的点明确，比较适合初学者作为毕业设计用，因此我选着了方案一。
第2章上部结构设计
2.1计资料及结构布置
2.1.1设计资料
（1）桥梁跨径及桥宽
标准跨径：
30m；
主梁全长：
29.96m；
计算跨径：
29m；
桥面净空：
净—9m+21.5m=12m；
（2）设计荷载
公路-Ⅱ级人群荷载3.0kN/m²，每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为1.52kN/m和4.99kN/m。
（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混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）的ф15.2钢绞线，每束6根，全梁配6束，=1860MPa。
普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用R235钢筋。
按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片锚具。
（4）设计依据
（1）交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）
（2）交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）
（3）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）
（5）基本计算数据（见表2.1）
2.1.2横截面布置
（1）主梁间距与主梁片数
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很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。
翼板的宽度为2400mm,由于宽度较大，为了保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种：
预应力、运输、吊装阶段的小截面（b1=1600mm）和运营阶段的大截面（b2=2400mm）。
净—9m+21.5m的桥款选用五片主梁，如图2.1所示。
表2.1基本计算数据
名称
项目
符号
单位
数据
C50混凝土
立方体
弹性模量
轴心抗压标准强度
轴心抗拉标准强度
轴心抗压设计强度
轴心抗拉设计强度
50
32.4
2.65
22.4
1.83
短暂状态
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
弹性模量
抗拉设计强度
最大控制应力
1860
1260
1395
容许压应力
容许拉应力
1209
材料重度
标准荷载组合
25
容许压应力
23
容许主压应力
78.5
短期效应组合
无量纲
5.65
（2）主梁跨中主要尺寸拟定
①主梁高度
预应力简支梁桥的主要高度与其跨径之比通常在1/15—1/25，标准设计中高跨比约在1/18—1/19。
本桥采用1800m的主梁高度比较合适。
②主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。
预置T梁的翼板厚度取用150mm，翼板跟部加厚到250mm以抵抗翼缘跟部较大的弯矩。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预置孔道的构造决定，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。
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%—20%为合适。
图2.1结构尺寸图
按照以上拟订的外形尺寸就可以绘出预制梁的跨中截面图（见图2.2）
③计算截面几何特征
将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特征列表计算见表1.2。
图2.2跨中截面图
表2.2跨中截面几何特征计算表
分块名称
分块面积
分块面积形心至上缘距离
分块面积对上缘静距
分块面积的自身惯矩
（cm）
分块面积对截面形心的惯矩
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（7）=（4）+（6）
大毛截面
翼板
3600
7.5
27000
67500
56.2
11370384
11437884
三角承托
500
18.3
9166.5
2777.8
45.4
1029082.3
1031860
腹板
2800
85
238000
4573333
-21.3
1270332
5843665
下三角
262.5
150
39375
3281
-86.3
1955018.6
1958300
马蹄
1375
167.5
230312.5
71615
-103.8
14814855
14886470
8537.5
543854
35158179
小毛截面
翼板
2400
7.5
18000
45000
65.39
10262045.04
10307045
三角承托
500
18.3
9166.5
2777.8
54.557
1488233.1
1491011
腹板
2800
85
238000
4573333
-12.1
410625.9
4983959
下三角
262.5
150
39375
3281.3
-77.1
1560812.4
1564094
马蹄
1375
167.5
230312.5
71614.6
-94.6
12307697
12379311
7337.5
534854
30725420
注：
大毛截面形心至上缘距离：
小毛截面形心至上缘距离：
④检查截面效率指标（希望在0.5以上）
上核心距：
下核心距：
截面效率指标：
表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。
2.1.3横截面沿跨长变化
横截面沿跨长的变化，该梁的翼板厚度不变，马蹄部分逐渐抬高，梁端处腹板加厚到与马蹄等宽，主梁的基本布置到这里就基本结束了。
2.1.4横隔梁的布置
由于主梁很长，为了减小跨中弯矩的影响，全梁共设了六道横隔梁，分别布置在跨中截面、两个五分点及梁端，其间距为5.8m。
2.2主梁作用效应计算
2.2.1永久作用效应计算
（1）永久作用集度
预制梁自重（长5.8+0.5×5.8=8.7m）
跨中截面段主梁的自重
马蹄抬高与腹板宽度段梁的自重（长4.3m）
支点段梁的自重（长1.98m）
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