35m的预应力混凝土T型简支梁桥.docx

1、35m的预应力混凝土T型简支梁桥重庆大学桥梁毕业设计0 前言随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。本设计为葫芦岛市女儿河大桥下部结构设计，是根据公路桥涵设计手册系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。在设计过程中，作者还参考了诸如桥梁工程、土力学、基

2、础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑女儿河大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。1 原始资料及方案比选女儿河大桥位于葫芦岛寺缸线上，桥孔布置为435m的预应力混凝土T型简支梁桥，桥梁全长140m。本桥上部为预应力混

3、凝土T型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。1.1 技术设计标准1）桥面净宽：10.5m；2）荷载等级：公路级荷载；3）设计洪水频率：1/100；4）设计安全等级：二级；5）环境类别：级；6）计算行车速度：60km/h；7）公路等级：公路级，二车道。1.2 主要设计依据1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；3）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；4）公路桥涵设计手册墩台与基础；5）公路桥梁墩台设计与施工；6）女儿河大桥设计资料。1.3 工程地质资料根据地质勘察，得出地形、地貌及地层的特征如下

4、：1）地形地貌：女儿河大桥位于葫芦岛市缸屯镇钢东村北侧，勘察场地较平坦，属河谷、洪积相地貌。2）地层特征：地层由上至下主要划分为三层：.圆砾、.强风化花岗岩、.中风化花岗岩，各岩层特征分述如下：（1）圆砾：黄褐色，松散中实，以稍密为主，由辉岩、砂岩、安山岩、花岗岩等卵、砾及长石、石英质砂砾组成，卵、砾呈中风化、次圆状，级配中等，厚度3.43.7m，基层标高92.2193.26m，分布普通。（2）强风化花岗岩：太古界，黄褐色，花岗结构，块状构造，由长石、石英、云母等矿物组成，结构部分破坏，风化裂隙发育，岩石较软，属软岩，岩体基本质量等级为级。控制层厚2.03.8m，层底标高88.4191.26m

5、，分布普遍。（3）中风化花岗岩：黄褐色，花岗结构，块状构造，结构少部分破坏，风化裂隙较发育，矿物成分主要为长石、石英和云母，岩石硬度较大，岩芯呈短柱状，属较软岩，岩体基本质量等级为级，岩石质量指标RQD较好。控制层厚3.64.5m，层底标高84.8186.76m，分布普遍。3）地下水状况：拟建场地地下水主要赋存于圆砾层中，水量较丰富，属第四季孔隙式潜水类型，地下水对钢结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土无腐蚀性。4）该区域地震基本烈度为度，标准冻层深度为1.10m。5）岩土层承载力（表1-1）表1-1 岩石承载力Tab.1-1 Rock capacity list图层编号岩（土）层名称容许承载力 水下

6、钻孔灌注桩极限侧阻力标准值（）极限侧阻力端准值（ ）圆砾400130强风化花岗岩5001401800弱风化花岗岩12002002800注：单位：KPa1.4 水文资料桥位滩面广阔，主河槽沟形不太明显，相对较窄，河道弯曲。测量时水面宽约5.0 ，水深约0.5 。设计洪水频率为1/100，设计流量为3895.00 ，设计水位为100.501 ，桥址上游汇水面积542 /s。1.5 气候资料该地区地处严寒地区，年平均最高气温为30，年平均最低气温为-14，本区地震基本烈度为度。1.6 桥型拟定从桥梁受力体系可以将桥梁分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥和刚架桥，从安全、适用、经济和美观四个方面分析。同

7、时，桥型的选择应充分考虑施工及养护维修的便利程序。根据水文、气象、地质等条件，初拟桥型方案有三种。方案一：斜拉桥图1-1斜拉桥示意图Fig.1-1 Cable stayed bridge方案分析：斜拉桥抗风能力较大，且跨越能力较强，做成变截面时，外形也很美观；但是它风险较大，塔也过高，支架昂贵，维修费用高，多适用于城市桥梁。方案二：预应力混凝土连续T型梁桥图1-2预应力混凝土连续T型梁桥Fig.1-2 Prestressed concrete continual T-beam bridge方案分析：预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍，但预应力梁的反拱度不

8、容易控制。从使用效果方面看，该结构属于超静定结构受力较好，无伸缩缝，行车条件好，养护方便，但是该方案机具耗用多，前期投入大，成本较多，成本回收难。方案三：预应力混凝土简支T型梁桥图1-3预应力混凝土简支T型梁桥Fig.1-3 Prestressed concrete simple support T-beam bridge方案分析：简支梁受力明确，构造简单施工方便，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，同时伸缩缝多，养护麻烦，但是造价低廉劳动力耗用少，工作量小，经济，中小型桥尤其适用。1.7 比选结果综上所述：结合女儿河大桥的地质、水文条件进行比选，

9、本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则以及未来使用条件，女儿河大桥不是城市的标志性建筑，故不用过多考虑美观性因素。方案一由于造价昂贵，虽然桥型美观，但是女儿河大桥不是城市道路桥梁，因此，可不考虑美观性因素。方案二属于超静定结构，施工比较复杂，同时造价也比较高。而方案三的简支T型梁桥具有结构造型灵活、整体性好、重量轻、用料省、造价低、耐久性强、行车舒适、外形美观等特点，其跨径较小，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。方案三虽然在工期上会比方案一长，但在从安全角度看，更具有优势，而且方案三中混凝土材料以砂、石为主，对于本设计可就地取材，更加经济合理。1.8 墩台比选1.8.1 桥墩比选

10、方案一：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由分离的两根桩柱所组成。外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低。最重要的是它能减轻墩身重力节约圬工材料，还能配合各种基础，设计灵活多样。它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。方案二：重力式桥墩：它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。它的缺点就是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。另外，阻水面积也较大。1.8.2 比选结果综上，着重从经济、安全的立足点出发，结合本设计联系的相

11、关地质条件情况。方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。不是很符合本设计的经济和安全的立足点原则，而方案一能够节省材料，节约成本。所以，选择方案一。1.8.3 桥台比选方案一：重力式桥台：适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。但圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。方案二：轻型桥台：轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可以节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围。1.8.4 比选结果综上，根据女儿河大桥的地质条件，桥址周围的

12、材料以及经济、节约的角度进行比选。重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。因此选择方案二。2 支座的设计2.1 板式橡胶支座的选用板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合压制而成。有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台，有良好的弹性，以适应梁端的转动；又有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。板式橡胶支座与原用的钢支座相比，有构造简单，安装方便；节约钢材，价格低廉；养护简便，易于更换等优点，且建筑高度低，对桥梁设计与降低造价有益；有良好的隔震作用，可减少活载与地震力对建筑物的冲击

13、作用，因此本设计选用板式橡胶支座。采用天然橡胶，适用温度为（温度环境 ），硬度取 。2.2 计算支座反力根据上部结构计算结果，梁体自身构造产生的支座反力标准值为 ，公路级荷载引起的支座反力标准值为 ，则支座压力标准值 。公路级荷载作用下产生的跨中挠度 ，根据当地的气象资料，主梁的计算温差 。2.3 支座平面尺寸的确定对于橡胶板：式中： 橡胶制作承受的平均压应力。支座压力标准值。橡胶支座使用阶段的平均压应力限值， 。则有，选定支座的平面尺寸为 ， 为顺桥方向长，为横桥方向宽。为使支座与梁肋等宽，在三根主梁每一梁端设置一个橡胶支座。支座初拟定选用66mm，其中有四层钢板和五层橡胶片，上下表层橡胶片

14、厚8mm,中间各层10mm，加劲钢板每层厚5mm，橡胶片总厚度。1）计算支座的平面形状系数S： （2-1）(注： )2）计算橡胶支座的弹性模量： （2-2）式中： 常温下支座抗剪弹性模量，取Ge=1.0Mpa。3）橡胶支座的应力验算： （2-3）2.4 确定支座的厚度主梁上的计算温差为44，伸缩变形为两端均摊，则每一支座的水平位移：车道荷载在一个设计车道上的总重力为。按桥规规定，制动力标准不得小于90 ，故取90 参与计算。五片梁共10支座，作用于一个支座，每个支座承受水平力 。确定需要的橡胶片总厚度不计汽车动力：计入汽车制动力：按桥规的其他规定： ，满足要求。支座总厚度 。2.5 支座偏转情

15、况的验算2.5.1 计算支座的平均压缩变形 （2-4）式中： 橡胶体积模量， 。按桥规规定， ，验算通过。2.5.2 计算梁端转角由关系式 和 可得： （2-5）设结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路级荷载作用下的跨中挠度 ，代入上式得：2.5.3 验算偏转情况 （2-6）即 ，验算合格，支座不会落空。2.6 验算支座的抗滑稳定性2.6.1 计算温度变化引起的水平力 （2-7）2.6.2 验算滑动稳定性以及 （合格）。结果表明支座不会发生相对滑动。3 桥墩设计3.1 桥墩类型和主要材料桥墩选用钻孔灌注桩双柱式桥墩。主要材料：混凝土采用 混凝土；主筋采用 钢筋；钢筋混凝土容重取 。3.2

16、桥墩截面尺寸拟定根据女儿河大桥的设计资料，参照公路桥涵设计手册墩台与基础中的有关规定和计算实例以及其它相关的规范中的相关要求，先初步拟定桥梁桥墩的尺寸如图3-1所示，然后进行配筋设计和验算，如不符合要求，进行必要的修改。图3-1桥墩一般构造/cmFig.3-1 Pier general structure /cm3.3 盖梁计算盖梁截面尺寸见图3-2。图3-2盖梁尺寸/cmFig.3-2 The size of bent cap /cm3.3.1 垂直荷载计算1）盖梁自重及内力计算（表3-1）表3-1 梁自重及内力表截面自重/弯矩/剪力/左右1-1 -34.38-34.382-2 -40.48

17、-40.483-3 -97.18189.004-4 126.00126.005-5 00Tab.3-1 The dead-weight and internal force of bent cap2）活载计算（1）活载横向分配荷载对称布置用杠杆法,非对称布置用偏心压力法。a. 单列公路级荷载对称布置：图3-3单列公路级荷载对称布置Fig.3-3 Single row road- level of load symmetrical arrangement， ，b. 双列公路级荷载对称布置：图3-4双列公路级荷载对称布置Fig.3-4 Double row road- level of load

18、symmetrical arrangement， ，c. 单列公路级荷载非对称布置：图3-5单列公路级荷载非对称布置Fig.3-5 Single row road- level of load asymmetrical arrangement， ， （3-1）d. 双列公路级荷载非对称布置图3-6双列公路级荷载非对称布置Fig.3-6 Double row road- level of load asymmetrical arrangement， ，（2）公路级荷载顺桥行驶：a. 单孔单列公路级荷载图3-7公路级荷载单孔单列布置Fig.3-7 Road- level of load singl

19、e-hole and single row arrangementb. 双孔单列公路级荷载图3-8公路级荷载双孔单列布置Fig.3-8 Road - level of load two-hole and single row arrangement（3）活载横向分配后各梁支点反力：计算式为：计算结果见表3-2表3-2 梁活载反力计算表Tab.3-2 Calculation of anti-beam live load荷载横向分布情况公路级荷载计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔 对称布置按杠杆理法计算单列行车 366.4070507.1630 82.442114.112 201.524278.

20、940 82.442114.112 00双列行车 366.40741.221507.16357.056 201.524278.940 247.325342.335 201.524278.940 41.22157.056非对称布置按偏心受压法计算单列行车 366.407196.028507.163303.432 134.655186.382 73.281101.433 11.90816.483 -49.465-68.467双列行车 366.407139.235507.163192.722 106.258147.077 73.281101.433 40.30555.788 7.32810.143（

21、4）恒载与活载反力汇总恒载与活载反力汇总见表3-3双孔布载L=69.92m45m，故表中冲击系数 。表3-3 各梁反力汇总表Tab.3-3 The summary of anti-beam force荷载情况1号梁2号梁3号梁3号梁3号梁 /KN/KN/KN/KN/KN上部恒载1202.881059.661097.921059.661202.88公路级 （双孔双列对称布置） 70.189343.10421.07334.1070.19公路级（双孔双列非对称布置） 237.05180.91124.7668.6212.483.3.2 双柱反力 计算计算式为： ；图3-9双柱反力计算图/cmFig.3

22、-9 Reactions acting of double Pier/cm表3-4 墩柱反力计算表Tab.3-4 Calculation of pier reaction荷载情况计算式上部恒载 2811.50公路级（双孔双列对称布置） 623.82公路级（双孔双列非对称布置） 499.053.3.3 盖梁各截面内力计算1）弯矩计算支点弯矩采用非对称布置时的计算值，跨中弯矩采用对称布置时的计算值。图3-10盖梁各截面内力计算图/cmFig.3-10 Interal forces of coping in sections on bent cap /cm其盖梁各截面弯矩值见表3-5表3-5 弯矩计

23、算表Tab.3-5 The calculation of moments荷载情况墩柱反力梁的反力各截面弯矩1-1上部恒载2811.501202.881059.661097.920-120.29-1202.88405.741503.66公路级对称623.8270.19343.10421.070-7.02-70.19483.44904.51非对称499.05237.05180.91124.760-23.71-237.0524.95187.152）相应于最大弯矩值时的剪力计算见表3-6一般计算公式：1-1截面： ， ；2-2截面： ；3-3截面： ， ；4-4截面： ， ；5-5截面： 。表3-6

24、剪力计算表/KNTab.3-6 The calculation of shear forces/KN荷载情况墩柱反力梁的反力各截面剪力1-12-23-34-45-5左右左右左右左右左右上部恒载2811.501202.881059.661097.920-1202.881202.881202.88-1202.881608.621608.62548.96548.96-548.96公路级对称623.8270.19343.10421.070-70.1970.19-70.19553.63553.63553.63210.54210.54-210.54公路级非对称499.05237.05180.91124.7

25、60-237.05237.05237.05-237.05262.00262.0081.1081.10-43.673）截面内力组合（1）弯矩组合见表3-7其中活载按最不利情况考虑。表3-7 弯矩组合表Tab.3-7 Combination of moments截面号弯矩组合值1-12-23-34-45-51上部恒载0-120.29-1202.88405.741503.662盖梁自重-12.03-15.78-77.7279.78-366.583公路级对称布置0-7.02-70.19483.44904.514公路级非对称布置0-23.71-237.0524.95187.1551+2+3-14.44-

26、173.11-1634.991259.442630.8161+2+4-14.44-196.48-1868.59617.551626.50（2）剪力组合见表3-8表3-8 剪力组合表Tab.3-8 Combination of shear forces截面号剪力组合值/KN1-12-23-34-45-51上部恒载01202.88-1202.881608.62548.96-1202.881202.881608.62548.96-548.962盖梁自重-34.38-40.48-97.18126.000-34.38-40.48198.00126.0003公路级 对称布置070.19-70.19553.

27、63210.54-70.1970.19553.63210.54-210.544公路级 非对称布置0237.05-237.05262.0081.10-237.05237.05262.0081.10-43.6751+2+3-42.261493.15-1658.342856.63953.51-1582.981493.152932.231104.71-953.5161+2+4-42.261726.751891.942448.34772.292-1816.581726.752523.94923.49-719.893.3.4 各墩水平力计算采用集成刚度法进行水平力分配。上部构造每片内中梁支点反力为548.96KN，每片内边梁支点反力为529.83KN，每片外边梁支点反力为601.44KN。中墩橡胶支座中钢板总厚度20mm，剪切模量 1000 ，每跨梁一端设有4个支座，每个支座的抗推刚度为： （3-2）每个墩上设有两排橡胶支座，则支座刚度为220869.5741739.1 （3-3）取桥台及两联间桥墩的橡胶支座的摩擦系数=0.3，其中最小摩擦系数=0.2。1）桥墩（台）刚度计算墩（台）采用C40混凝土，其弹性模量 。（1）各墩（台）悬臂刚度 计算（图3-11）； ； ；一墩一柱： （3-4）图3-11桥面连续布置/mFig.3-11 The consecu