毕业设计毕业论文预应力简支T梁20m优秀毕业设计计算书课程设计.docx
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毕业设计毕业论文预应力简支T梁20m优秀毕业设计计算书课程设计
1工程概况及桥型方案比选
1.1工程概况
1.1.1基本条件
本工程位于隆回县横板桥镇,设计桥梁的河床断面标高如表1.1所示。
表1.1隆回县东南桥河床断面标高(m)
桩号
100
113
133
153
173
178.5
190
地面高程
201.5
198.11
196.03
195.28
196.37
201.3
201.5
1.1.2地质条件
地面以下2.0m为砂卵石层,承载力基本容许值为300KPa,卵石层以下6m为中风化碳质灰岩,承载力基本容许值为2000KPa。
设计洪水高程为198.50m,常水位高程为196.28m。
地震烈度为6度区,地震动峰值加速度为0.05g。
图1.1某农村渡改桥河床断面标高图(单位:
m)
1.2编制方案和拟定桥型图示
1.2.1预应力混凝土简支T型梁桥
简支梁桥是梁桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。
它的结构简单,最易设计成各种标准跨径胡装配式结构;施工工序少,架设方便;造价比较低,施工周期相对其它桥梁要短;结构美观,安全性好;在多孔简支梁桥中,由于各跨构造和尺寸划一,可简化施工管理工作,降低施工费用;因相邻桥孔各自单独受力,桥墩上需要设置相邻简支梁的两个基本点支座;简支梁桥的构造较易处理而常被选用。
简支梁桥的静定结构,结构内力不受地基变形等的影响,因而能在地基较差的桥位上建桥。
简支梁的设计主要受跨中正弯距的控制。
在钢筋混凝土简支梁桥中,经济合理的常用跨径在20m以下。
我国预应力混凝土简支梁桥的常用跨径载40m以下。
图1.2预应力混凝土简支T型梁桥
1.2.2预应力空心板桥
板桥的承重结构是矩形截面的钢筋混凝土或预应力混凝土板,其主要特点是构造简单,施工方便,而且建筑高度较小。
对于高等级公路和城市立交工程,板桥又以机易满足斜、弯、坡及S形、喇叭形等特殊要求的特点而受到重视。
从力学性能上分析,位于受拉区域的混凝土材料不但不能发挥作用,反而增大了结构的自重,当跨度稍大时就显得笨重而不经济。
板桥大多为小跨径。
从桥梁空心板桥的发展来看,空心板桥所用水泥相对较少,所用钢材比T梁要大,16m至20m都用先张法预应力空心板桥,其高跨比在1/18左右,板宽一般是1m。
板桥跨径超过一定限度时,截面的增高使自重加大。
预应力混凝土空心板桥常用跨径范围为8~16m。
空心板较同跨径的实心板质量轻,运输安装方便,而建筑高度又较同跨径的T梁小,一般板厚为0.4~0.7m。
板桥以它美观的结构和可靠的安全性,以及较短的施工周期和较少的造价,从而广泛应用于现阶段的中小桥。
图1.3预应力空心板桥
1.2.3石拱桥
拱桥的跨越能力大,能充分做到就地取材,与钢桥和钢筋混凝土梁式桥相比,可以节省大量的钢材和水泥;能耐久,而且养护费用少,承载能力大;外形美观,构造较简单,尤其是圬工拱桥,技术容易掌握,有利于广泛采用。
如果要在地质条件不好的地区修建拱桥时,就可从结构体系上、构造形式上采取措施,或利用轻质材料来减轻结构物的自重,或设法提高地基承载能力等。
为了节约劳动力、加快施工进度,可采用预制构件及无支架施工。
这些措施更加扩大了拱桥的使用范围,提高了拱桥的跨越能力。
总之,今后拱桥仍将是我国公路桥梁的一种主要形式。
图1.4石拱桥
1.2.4技术经济比较和最佳方案的确定
观桥梁的发展,从安全考虑石拱桥用的已经越来越少;空心板桥安全性比石拱桥要高,但比起梁桥又稍差;连续梁桥对桥下净空要求高,造价高;预应力混凝土简支T形梁桥在小桥中用途最广,由于T梁可以预制,施工速度比同类型桥梁要快等许多优点,经过上述方案的比较,决定采用预应力混凝土简支T形梁桥。
2上部结构设计
2.1设计资料和结构尺寸
2.1.1设计资料
(1)设计跨径:
标准跨径20.00m(墩中心距离),简支梁计算跨径(相邻支座中心距离)19.50m,主梁全长19.96m。
(2)荷载:
公路—II级
(3)设计行车车速:
20km/h
(4)坡度:
纵坡1%,横坡2%
(5)设计洪水频率:
1/100
(6)航度等级:
无
(7)材料及工艺:
混凝土:
主梁采用C40混凝土,桥面铺装层采用C40防水混凝土;T梁铰缝、搭板等构件采用C40混凝土;防撞栏杆采用C30混凝土。
预应力钢束:
采用低松弛预应力钢铰线,抗拉强度,弹性模量,张拉控制应力,单束张拉吨位18.4t。
普通钢筋直径大于和等于12mm的用HRB335,Rbg=335Mpa,小于12mm采用R235,Rbg=235Mpa。
钢板和角钢:
制作锚头下支承垫板、支座垫板等均用普通A3碳素钢,主梁间的联接用16Mn低合金结构钢钢板。
按后张法工艺制作主梁,采用45号优质碳素结构钢的锥形锚具,锥形锚具外径110mm,高度53mm,锚孔直径57mm;预留孔道采用直径50mm抽拔橡胶管。
(8)设计依据
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004以下简称《公预规》。
《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004以下简称《桥规》。
2.1.2横截面布置
(1)主梁间距和主梁片数
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ρ很有效,故在许可的条件下应适当加宽T梁翼板。
但标准设计主要为配合各种桥面宽度,使桥梁标准化而采用统一的主梁间距。
由《公预规》第9.9.3条规定选取主梁间距1.5m(留2cm工作缝,T梁上翼沿宽度为148cm),片数为3片。
(2)主梁尺寸拟定
①主梁高度
预应力混凝土简支T梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15~1/25,本设计取1.24m。
②主梁腹板厚度
在预应力混凝土梁中腹板处因主拉力很小,腹板厚度一般由布置孔管的构造决定,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。
标准图的T梁腹板厚度均取16cm。
腹板高度80cm。
在跨中区段,钢束主要布置在梁的下缘,以形成较大的内力偶臂,故在梁腹板下部设置马蹄,以利数量较多的钢束布置,设计实践表明马蹄面积与截面面积以10%~20%为宜,马蹄宽32cm,高18cm。
(3)翼板尺寸拟定
翼板的高度由主梁间距决定,考虑主梁间必须留工作缝,故取翼板宽度1.48m,施工缝宽2cm。
(4)横截面沿跨长度变化
横截面沿跨长变化,主要考虑预应力钢束在梁内布置的要求,以及锚具布置的要求,故为配合钢束的弯起而从四分点开始向支点逐渐抬高,同时腹板的宽度逐渐加厚。
(5)横隔梁设置
为了增强主梁间的横向连接刚度,除设置端横隔梁外,还设置3片中横隔梁,间距为4×4.875m,共5片,采用开洞形式,平均厚度0.15m。
T型梁翼板厚度为8cm,翼板根部加到18cm以抵抗翼缘根部较大弯矩。
为了翼板与腹板连接和顺,在截面
转角处设置圆角,以减小局部应力和便于脱模。
根据以上拟定的主梁尺寸,见右图2.1所示,进行主梁截面几何特性计算,为主梁内力计算做好准备,跨中
截面几何特性见表2.1所示。
图2.1预制梁跨中截面图
表2.1主梁跨中截面何特性计算表
分
块
号
分块
面积
Ai()
分块面积
形心至上
缘的距离
yi(cm)
分块面积对上缘静距Si=Ai*yi
(cm3)
=ys-yi
(cm)
分块面积自身的惯性矩Ix=Ai(ys-yi)2
(cm4)
分块面积对截面形心的惯性矩Ii(cm4)
(1)
(2)
(3)=
(1)*
(2)
(4)
(5)
(6)=
(1)*(4)
①
1056
4
4224
39.05
16.103×105
②
660
11.33
7477.8
27.72
5.071×105
③
1696
53
89888
-9.95
1.679×105
④
64
103.33
6613.12
-60.28
2.326×105
⑤
576
115
66240
-71.95
29.818×105
合
计
=
4052
=43.05
174442.9
2.2主梁内力计算
主梁的内力计算包括恒载内力计算和活载内力计算。
计算的控制截面右跨中、四分点、变化点和支点截面。
主梁和横隔梁、混凝土面层的重度均为25,每侧栏杆的重力为1.52。
2.2.1恒载内力计算
(1)恒载集度
主梁:
横隔梁:
对于边主梁
对于中主梁
桥面铺装层:
栏杆:
作用于边主梁的全部恒载集度g为:
作用于中主梁的全部恒载集度g为:
(2)恒载内力
计算边主梁的弯矩和剪力,用材料力学中的公式计算,各计算截面的剪力和弯矩值列于表2.2所示。
表2.2①号主梁恒载内力
内力
截面位置
剪力Q
弯矩M
145.77kN
=532.98
2.2.2活载内力计算
由于上述桥梁属于单车道小桥,不考虑人行道荷载,所以活载内力主要由可变荷载中的汽车荷载产生。
主梁活载内力计算分为两步:
第一步求某一主梁的荷载横向分布系数m;第二步应用主梁内力影响线,将荷载P乘以横向分布系数后,在纵向按不利位置的内力影响线上加载,求得主梁最大活载内力。
根据《桥规》要求,对汽车荷载还必须考虑冲击力的影响。
(1)支点截面的荷载横向分布系数
如图2.2所示,按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线进行布载,①号、②号梁可变作用的横向分布系数可计算如下:
①号主梁活载横向分布系数公路—II级:
②号主梁活载横向分布系数公路—II级:
图2.2 支点的横向分布系数计算图示(尺寸单位:
cm)
(a)桥梁横截面;(b)①号梁横向影响线;(c)②号梁横向影响线
(2)跨中的荷载横向分布系数
由图2.2可知,此桥设有刚度强大的横隔梁,且承重结构的宽跨比为
故可按偏心压力法来计算横向分布系数,其步骤如下:
①求荷载横向分布影响线竖标
本桥各根主梁的横截面均相等,梁数n=3,梁间距1.50m,则
则①号主梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标值为:
则②号主梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标值为:
②绘出荷载横向分布影响线
在最不利位置布载,如图2.3,其中Δ为0。
图2.3 荷载横向分布系数计算图示(尺寸单位:
cm)
a)桥梁横断面;b)①号主梁横向分布影响线
荷载横向分布影响线的零点至①号梁位的距离为x,可按比例关系求得:
;解得x=2.5m
并据此计算出对应个荷载点的影响线竖标和。
③计算荷载横向分布系数
在中间横隔梁刚度相当大的窄桥上,在沿横向偏心布置的汽车荷载作用下,总是靠近汽车荷载一侧的边主梁受载最大。
则①号梁的最不利布载受载最大。
则①号梁的活载横向分布系数分别计算如下:
汽车荷载
则②号梁的活载横向分布系数
求得①号主梁和②号主梁的各种荷载横向分布系数后,就可得到各类荷载分布至该梁的最大荷载值。
横向分布系数汇总如表2.3所示。
表2.3 荷载横向分布系数汇总
梁号
荷载位置
公路-II级
①号主梁
跨中
0.450
支点
0.357
梁号
荷载位置
公路-II级
②号主梁
跨中
0.333
支点
0.343
(3)计算活载内力
在活载内力计算中,本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑:
计算主梁活载弯距时,均采用统一的横向分布系数,鉴于跨中和四分点剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部,故也按不变化的来计算。
求支点和变化点
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