桥梁工程课程设计-西南交大.doc
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西南交通大学
桥梁工程课程设计
――预应力混凝土简支梁桥
设计计算书
姓名:
学号:
班级:
指导教师:
年九月
目 录
第1章设计依据 2
1.1设计规范 4
1.2方案简介及上部结构主要尺寸 4
1.3基本参数 5
1.3.1设计荷载:
5
1.3.2跨径及桥宽 5
1.3.3主要材料 5
1.3.4材料参数 5
1.4计算模式及主梁内力计算采用的方法 6
1.4.1计算模式 6
1.4.2计算手段 6
1.5计算截面几何特征 7
第2章荷载横向分布系数计算 8
2.1梁端的荷载横向分布系数计算 9
2.2主梁跨中的荷载横向分布系数计算 10
2.3计算成果汇总 13
第3章边梁内力计算 14
3.1计算模型 14
3.2恒载作用效应计算 15
3.2.1恒载作用集度 15
3.2.2恒载作用效应 15
3.3活载作用效应 15
3.3.1冲击系数和车道折减系数 16
3.3.2车道荷载及车辆荷载取值 17
3.3.3活载内力计算 17
3.4活载作用效应 20
3.4.1承载能力极限状态下荷载效应组合(考虑冲击作用) 20
3.4.2正常使用极限状态下荷载短期效应组合(不计冲击作用) 20
3.4.3正常使用极限状态下荷载长期效应组合(不计冲击作用) 20
3.4.4持久状况应力计算时的荷载效应组合(考虑冲击作用) 20
3.4.5短暂状况应力计算的荷载效应组合 21
第4章边梁预应力钢束设计 22
4.1钢束估算 22
4.1.1按正截面抗弯承载力估算 22
4.1.2按正截面上下缘应力状态估算 23
4.1.3结论 23
4.2钢束布置 23
4.2.1跨中截面及锚固端截面的钢束位置 24
4.2.2钢束起弯角和线形的确定 25
4.2.3钢束布置 25
4.3截面特性计算 27
4.4预应力损失计算 27
4.4.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦损失 27
4.4.2由锚具变形、钢筋回缩和接缝压密引起的预应力损失 28
4.4.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失 29
4.4.4预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失 30
4.4.5混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 31
4.5各阶段的有效预应力及钢束效应 32
4.5.1有效预应力计算 32
4.5.2钢束效应计算 33
4.6本章小结 33
第5章主梁验算 34
5.1承载能力验算 34
5.1.1正截面抗弯承载力验算 34
5.1.2斜截面抗剪承载力验算 35
5.2抗裂性验算 37
5.2.1正截面抗裂性验算 37
5.2.2斜截面抗裂性验算 37
5.3刚度验算 38
5.4持久状况预应力混凝土构件应力验算 39
5.4.1混凝土正截面压应力和预应力钢筋拉应力验算 39
5.4.2混凝土主压应力和主拉应力验算 40
5.5短暂状况预应力混凝土构件应力验算 42
5.6本章小结 43
第6章参考文献 44
第1章设计依据
1.1设计规范
(1)《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004
(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004
1.2方案简介及上部结构主要尺寸
本桥是某一级公路上的一座5梁式后张法预应力混凝土简支T梁桥,设计安全等级为二级,设计荷载等级采用公路—I级,设计时速为60km/h。
该桥按上下行分左右幅分离式布置,单幅桥面行车道宽度为10.5m(三车道),单幅桥面总宽度为11.50m,防撞栏杆宽度为50cm。
梁全长为39.96m,计算跨度为38.76m,梁高2.50米;主梁中心距2.40m,T梁之间采用湿接缝连接,湿接缝宽度为50cm。
T梁混凝土设计标号为C50(学号倒数第2位为双数)。
桥面铺装为8cm厚W8级C40防水混凝土铺装层+7cm厚沥青混凝土铺装层。
图1.1T梁半立面图(单位:
cm)
图1.2T梁A-A断面图(单位:
cm)
图1.3T梁B-B断面图(单位:
cm)
图1.4单幅桥横截面尺寸(单位:
cm)
1.3基本参数
1.3.1设计荷载:
公路-I级,无人群荷载。
1.3.2跨径及桥宽
本桥T梁长度为39.96m,T梁计算跨径为38.76m。
桥梁单幅总宽度11.50m,由5根T梁组成,设置有两片端横隔梁和三片中横隔梁。
桥面设计为3车道。
1.3.3主要材料
T梁混凝土:
C50混凝土
现浇湿接缝及现浇横隔梁接头混凝土:
C50混凝土
铺装层混凝土:
上层为7cm厚沥青混凝土,下层为8cm厚W8级C40防水混凝土。
预应力钢绞线:
符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003的七股钢绞线,即直径15.2mm的高强度低松弛钢绞线。
普通钢筋:
直径≥12mm采用HRB335钢筋,直径<12mm采用R235钢筋。
T梁预应力张拉锚固时龄期为14d和平均湿度90%。
(学号最后位是5)
预应力钢绞线张拉顺序同钢束编号。
1.3.4材料参数
(1)C50混凝土
容重:
弹性模量:
轴心抗压强度标准值:
轴心抗压强度设计值:
轴心抗拉强度标准值:
轴心抗拉强度设计值:
(2)钢绞线
弹性模量:
抗拉强度标准值:
抗拉强度设计值:
张拉控制应力:
(3)桥面铺装混凝土
容重:
1.4计算模式及主梁内力计算采用的方法
1.4.1计算模式
(1)T梁的横向分布系数:
梁端采用“杠杆原理法”,跨中采用“修正刚性横梁法”。
(2)T梁按A类预应力混凝土构件设计。
(JTGD60-2004第6.3.1条)
1.4.2计算手段
梁內力计算采用手算,部分几何参数采用电算。
1.5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如图1-2所示,截面几何特性计算表见表1-1、1-2。
(用于一期与二期荷载集度的计算)
表1-1跨中截面几何特性计算表
大毛截面
分块名称
翼缘
三角承托
腹板
下三角
马蹄
分块面积
3840
400
3294
169
1232
小毛截面
分块名称
翼缘
三角承托
腹板
下三角
马蹄
分块面积
3040
400
3294
169
1232
表1-2梁端截面几何特性计算表
大截面
分块名称
翼缘
三角承托
腹板
分块面积
3840
90.25
13755
小截面
分块名称
翼缘
三角承托
腹板
分块面积
3040
90.25
13755
第2章荷载横向分布系数计算
由于本桥各T梁之间采用混凝土湿接缝刚性连接,故其荷载横向分布系数在两端可按“杠杆原理法”计算、在跨中按“修正刚性横梁法”计算。
2.1梁端的荷载横向分布系数计算
计算的加载详见图2-1,计算结果见表2-1
图2-1计算的加载图(尺寸单位:
cm)
表2-1的计算
梁号
1号轴
2号轴
3号轴
4号轴
5号轴
6号轴
1
1
0.25
0
0
0
0
0.625
2
0.25
1
0.458
0
0
0
0.854
3
0
0.458
1
0.25
0
0
0.854
首先绘制1号梁、2号梁和3号梁的荷载横向影响线,如上图所示。
再根据《公路桥涵设计规范》规定,在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置。
2.2、跨中横向分布系数计算—修正刚性横梁法
计算简图:
图2.2截面特性计算简图(单位:
cm)
设单位荷载P=1作用在号梁轴上(),则任意号主梁所分担的荷载的一般公式为:
式中—号梁的抗弯惯性矩;
—桥梁横截面内所有主梁抗弯惯性矩的总和,对于已经确定的桥梁横断面,它是一常数;
—号梁距桥横断面中心线的距离;
—号梁距桥横断面中心线的距离,所求出的影响线即为号梁的横向分布影响线;
—修正系数,与梁号无关,只取决于结构的几何尺寸和材料性质
在每片主梁间距相等的情况下,主梁数为5时,
主梁抗弯惯性矩I:
(由AutoCAD算得)
,对于已经确定的桥梁横断面,它是常数。
根据结构力学中的反力互等定理,可得关系式
由于各梁的截面均相同,则有
式中—号主梁的荷载横向分布影响线在号梁处的竖标值。
以计算1号梁的荷载横向分布影响线为例。
表2-2各梁的及的值
梁号
1
2
3
4
5
/m
4.80
2.40
0
-2.40
-4.80
0
/
23.04
5.76
0
5.76
23.04
0
因为各主梁的截面均相同,则横向分布影响线的竖标值为
其他梁的横向分布影响线的竖标值计算方法同上,考虑结构的对称性,计算结果见下表2-3
表2-3各梁的横向分布影响线的竖标值
梁号
P=1的位置(主梁梁轴)
1
2
3
4
5
1
0.576
0.388
0.200
0.012
-0.176
2
0.388
0.294
0.2000
0.106
0.012
3
0.2000
0.2000
0.2000
0.2000
0.2000
计算出本桥1、2、3号梁的荷载横向分布系数在各主梁轴下的竖坐标值后,对该影响线进行最不利的加载即可求出T梁的荷载横向分布系数,计算的加载图详见图2-3,计算结果如表2-4所示。
图2-3计算的加载图(尺寸单位:
cm)
表2-4的计算结果
梁号
1号轴
2号轴
3号轴
4号轴
5号轴
6号轴
1
0.576
0.459
0.3576
0.2172
0.1158
0.0246
0.8751
2
0.388
0.3128
0.2671
0.1969
0.1462
0.076
0.6935
3
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
2.3计算成果汇总
表2-5T梁的荷载横向分布系数
主梁
梁号
汽车
梁端
跨中
1
0.625
0.8751
2
0.854
0.6935
3
0.854
0.6000
第3章边梁内力计算
3.1计算模型
由于整个结构对称,取主梁的跨中、四分点、支点截面为控制截面,取其永久荷载作用和最大可变活载作用效应,然后再进行主梁作用效应组合。
本设计以1号梁作用效应为例。
3.2恒载作用效应计算
3.2.1恒载作用集度
(1)预制梁自重(一期恒载)
①跨中截面段主梁的自重(四分点截面至跨中截面,长9.69m):
kN
②马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重(长2.50m)
kN
③支点段梁的自重(长1.60m)
kN
④边主梁的横隔梁
横隔梁的体积
故半跨内横梁重力为:
kN
⑤预制梁(一期恒载)作用集度:
kN/m
(2)二期恒载作用
①现浇T梁翼板集度
kN/m
②边梁现浇部分横隔梁
一片横隔梁(现浇部分)体积:
故:
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