毕业设计40m预应力混凝土简支T型梁桥设计Word文档下载推荐.docx
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15横截面沿跨长的变化5
16横隔梁的设置5
第2章主梁计算6
21恒载内力计算6
com恒载集度6
com恒载内力7
22活载内力计算修正刚性横梁法7
com冲击系数和车道折减系数7
com计算主梁的荷载横向分部系数8
com车道荷载的取值12
23主梁内力组合15
24预应力钢束的估算及其布置15
com跨中截面钢束的估算和确定15
com预应力钢束布置17
25计算主梁截面几何特性22
com净截面几何特性计算22
com换算截面几何特性计算22
com有效分布宽度内截面几何特性计算23
com各阶段截面对形心轴的静矩计算24
26钢束预应力损失计算26
com预应力钢束与管道壁之间的摩擦损失27
com由锚具变形钢束回缩引起的损失28
com混凝土弹性压缩引起的损失30
com由钢束应力松弛引起的损失31
com混凝土收缩和徐变引起的损失31
com预加内力计算即钢束预应力损失汇总34
27主梁截面承载力与应力验算36
com持久状况承载能力极限状态承载力验算37
com持久状况构件的应力验算41
com短暂状况构件的应力验算49
28主梁端部的局部承压验算50
29主梁变形验算54
com计算由预加应力引起的跨中反拱度54
com计算由荷载引起的跨中挠度56
com结构刚度验算57
com预拱度的设置57
第3章横隔梁计算58
31确定作用在跨中横隔梁的可变作用58
32跨中横隔梁的作用效应影响线58
com绘制弯矩影响线59
com绘制剪力影响线61
33截面作用效应计算62
34截面配筋计算63
第4章行车道板计算65
41悬臂板荷载效应计算65
42荷载效应组合67
43截面设计配筋与承载力验算68
结束语70
参考文献71
致谢72
中英文翻译73
第1章纵横截面布置
11设计目的
通过设计全面掌握公路预应力公路桥梁的设计过程培养和运用所学专业知识的能力达到能适应桥梁工程施工设计和管理的基本要求水平
12基本资料
1桥面跨径及桥宽净空
标准跨径墩中心距离
计算跨径支座中心距离
主梁全长主梁预制长度
桥面净空净72×
075人行道
2设计荷载公路Ⅱ级人群荷载302人行道40护栏栏杆的作用力为152防撞栏499
3材料及工艺混凝土主梁用C40人行道栏杆及桥面铺装用C20
预应力钢筋束采用标准的碳素钢丝每束由24丝组成普通钢筋直径大于等于12mm的用钢筋直径小于12mm的均用热轧R235光圆钢筋钢板及角钢制作锚头下支撑垫板支座垫板等均用普通A3碳素钢主梁间的联接用低合金结构钢板
工艺按后张工艺制作主梁采用45号优质碳素结构钢的维形锚具和直径50mm抽拔橡胶管
4基本计算数据
表1基本计算数据表
名称项目符合单位数据混
凝
土立方强度RMPa40弹性模量EhMPa33×
104轴心抗压标准强度MPa280抗拉标准强度MPa260轴心抗压设计强度RaMPa230抗拉设计强度RlMPa215预施应力阶段极限压应力0.70MPa1764极限拉应力0.70MPa1638使用荷载
作用阶段荷载组合Ⅰ极限压应力05MPa140极限主拉应力08MPa208极限主压应力06MPa168荷载组合Ⅱ或组合ⅢMPa极限压应力06MPa168极限主拉应力09MPa234极限主压应力065MPa1825
碳
素
钢
丝标准强度MPa1600弹性模量EyMPa20×
103抗拉设计强度RyMPa1280最大控制应力σk075MPa1200使用荷载作用阶段极限应力荷载组合Ⅰ065MPa1040荷载组合Ⅱ或组合Ⅲ070MPa1120材料
容重钢筋混凝土r1KNm3250混凝土r2KNm3240钢丝束R3KNm3785钢束与混凝土的弹性模量比值ny无量钢606注本设计考虑主梁混凝土达90标准强度时开始张拉预应力钢束与分别表示钢束张拉时混凝土的抗压抗拉标准强度则
13主梁间距与主梁片数
com.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尺寸标准人而采用统一的主梁间距交通《公路桥涵标准图》中钢筋混凝土和预应力混凝土装配式简支T形梁跨径
从16m到40m主梁间距均为16m考虑人行道适当挑出净7附2×
075m的桥宽则选用五片主梁
com.主梁跨中截面主要尺寸的拟定
1主梁高度
预应力混凝土简支桥桥梁的主梁高度与其跨径之比通常在115125标准设计中高跨比约在113119当建筑高度不受限制时增大梁高往往是较经济的方案因为增大梁高可节省预应力钢束用量同时梁高加大一般只是腹板加高而混凝土用量增加不多综上所述标准设计中对于40m跨径的简支梁桥取用230cm的主梁高度是比较合适的
图1结构尺寸图尺寸单位cm
2主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面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本示例预制T梁的翼板厚度取用10cm翼板根部加厚到22cm以抵抗翼缘根部较大的弯矩为使翼板与腹板连接和顺在截面转角处设置圆角以减少局部应力和便于脱模
14主梁跨中界面尺寸拟定
在预应力混凝土梁中腹板内因主拉应力甚小腹板厚度一般由布置制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115标准图的T梁腹板厚度均取16cm
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1020为合适本示例考虑到主梁需要配置较多的钢束将钢束按三层布置每层排三束同时还根据《桥规》互6226条对钢束净距及预留管道的构造要求初拟马蹄宽度36cm高度38cm马蹄与腹板交接处做成45°
斜坡的折线钝角以减少局部应力如此布置的马蹄面积约占整个截面积的18
按照以上拟定的外形尺寸就可绘出预制梁的跨中截面布置图见图2
图2跨中截面尺寸图尺寸单位mm
1.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的几何特性列表计算见表2
2.检验截面效率指标
上核心距
下核心距
表2核心距计算结果
分
块
名
称分块面积
Aicm2分块面积形至上缘距离
cm分块面积至缘静矩
cm3分块面积的自身惯矩Ii
cm4diys-yi
cm分块面积对截面形心的惯矩IXAidi2cm4IIiIX
cm4翼板126445056674187596699819676722三角
支撑8521210224681679553802485387064腹板31041053259209735179-13556855710303736下三角100198719867556-107211492051149761马蹄136821128864865856-12452103436821323016∑6328578795∑IT42215926注截面效率指标05
表明以上初拟的主梁跨中截面尺寸时合理的
15横截面沿跨长的变化
如图1所示本设计主梁采用等高形式横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变马蹄部分为配合钢束弯起而从跨径四分点附近开始向支点逐渐抬高梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力同时也为布置锚具的需要在距梁端2060mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽变化点截面腹板开始加厚处到支点的距离为2060mm其中还设置一段长300mm的腹板加厚过渡段
16横隔梁的设置
模型试验结果表明主梁在荷载作用位置的弯矩横向分布在当该位置有横隔梁时比较均匀否则主梁弯矩较大为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩在跨中位置设置一道中横隔梁当跨度较大时还应在其它卫士设置较多的横隔梁本设计在桥跨中四分点支点处共设置五道横隔梁其间距为1097mm横隔梁采用开洞形式他的高度取2060mm平均厚度150mm详见图1所示
第2章主梁计算
根据上述梁跨结构纵横截面的布置并通过活载作用下的梁桥荷载横向分布计算可分别求得主梁隔控制截面一般取跨中四分点变化点截面和支点截面的恒载和最大活载内力然后再进行主梁内力组合
21恒载内力计算
com恒载集度
1预制梁自重
①按跨中截面计主梁的恒载集度
②由于马蹄抬高形成四个横置的三棱柱折算成恒载集度为
③由于腹板加厚所增加的重量折算成恒载集度为
④边主梁的横隔梁中横隔梁体积
⑤端横隔梁体积
故
⑥预制梁恒载集度
2二期恒载栏杆及铺装
一侧栏杆
人行道板
铺装
若将两侧人行道板栏杆均摊给5片主梁则
com恒载内力
如图3所示社x为计算截面离左支座的距离并令
图3永久作用计算效应计算图
主梁弯矩和剪力的计算公式分别为
恒载内力计算见表3
表31号梁永久作用效应
跨中
四分点
变化点
支点
一
期弯矩kN·
m44626334873799700剪力kN0203393685540679二
m204581535236660剪力kN093241690186522活载内力计算修正刚性横梁法
com冲击系数和车道折减系数
按《桥规》com结构的冲击系数与结构的基频有关因此要先计算结构的基频简支梁桥的基频可采用下列公式估算
其中
根据本桥的基频可以计算出汽车荷载的冲击系数为
按桥规规定当车道当车道数多于两道时需进行车道折减三车道折减四车道折减本次是双车道不需考虑车道折减系数为1
com计算主梁的荷载横向分部系数
1跨中的荷载横向分布系数
如前所示本例桥跨内设五道横隔梁具有可靠的横向联系且承重结构的长宽比为
所以可以按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线并计算横向分布系数
①计算主梁抗扭惯矩IT
对于T形梁截面抗扭惯矩可近似按下式计算
式中和相应为单个矩形截面的宽度和高度
矩形截面的抗扭刚度系数
梁截面划分成单个矩形截面的个数
对于跨中截面翼缘板的换算平均厚度
马蹄部分的换算平均厚度
图4示出了IT的计算图式IT的计算见表4
图4 IT计算图式尺寸单位mm
表4IT计算表
分块名称bicmticmbiticiITici×
bi×
ti×
10-3m4翼缘板①1601600875033315267腹板②1831600874033324935马蹄③3643091670152724675∑66877②计算抗扭修正系数β
主梁间距相同同时将主梁近似的看成等截面则得
式中
计算得
③按修正的刚性横梁计算横向影响线竖向影响线竖坐标值
计算所得的值列于表5内
表5计算所得的值
梁号1320548200259-0148221603741011300025930020202④计算荷载横向分布系数
1号梁横向影响线和最不利布载图式如图4-5所示
123号梁的横向分布系数
1号梁
2号梁
3号梁
图6mo计算图式尺寸单位cm
2支点截面的何在横向分布系数
如图6所示按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载1号梁可变作用的横向分布系数可计算如下
可变作用汽车
可变作用人群
3横向分布系数汇总见表6
表61号梁可变作用横向分布系数
可变作用类别公路-II级0621604375人群0519714219com车道荷载的取值
根据《桥规》com公路––I级的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk为
计算弯矩时
计算剪力时
·
com计算可变作用效应
1求跨中截面的最大弯矩和最大剪力
计算跨中截面最大弯矩和最大剪力采用直接加载求可变作用效应图4-7示出跨中截面作用效应计算图示计算公式为
式中所求截面汽车人群标准荷载的弯矩或剪力
车道均布荷载标准值
车道集中荷载标准值
影响线上同号区段的面积
---影响线上最大坐标值
可变作用汽车标准效应
可变作用汽车冲击效应
可变作用人群效应
2求四分点截面的最大弯矩和最大剪力
图7四分点截面作用效应的计算图示
3求截面变化点的弯距和剪力
图7有变化点截面作用效应的计算图示位置离支座中心206m
可变作用汽车效应
计算变化点截面汽车荷载产生的弯矩和剪力时应特别注意集中荷载Pk的作用位置集中荷载若作用在计算截面虽然影响线纵坐标最大但其对应的横向分布系数较小荷载向跨中方向移动就出现相反的情况因此应对两个截面进行比较即影响线纵坐标最大截面和横向分布系数达到最大值的截面然后取一个最大的作为所求值
通过比较集中荷载作用在变化点为最不利情况结果如下
4求支点截面的最大剪力
图7出支点截面最大剪力计算图示
23主梁内力组合
本设计按《桥规》com~com根据可能同时出现的作用效应应选择了三种最不利效应组合短期效应组合标准效应组合和能力极限状态基本组合见表7
表7主梁作用效应组合
序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点kN·
mkNkN·
mkNkN1第一类永久作用3345902510717216718307734422第二类永久作用999607501514200791910283总永久作用124345503260822358725399644704可变作用汽车231996173919338372042125可变作用汽车冲击32213324172685332842956可变作用人群265632728178611282407标准组合
345692914115670451528716424788086368短期组合307×
4682737735635494441474698477059极限组合12×
314×
〔45〕112×
611756160882846772039498981081424预应力钢束的估算及其布置
com跨中截面钢束的估算和确定
根据《公预规》规定预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求以下就跨中截面在各种作用效应组合下分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算并且按这些估算的钢束数的多少确定主梁的配束
1估算钢束数对于简支梁带马蹄的T形截面
按正常使用极限状态的应力要求
当截面混凝土不出现拉应力控制时则得到钢束数n的估算公式
式中Mk持久状态使用荷载产生的跨中弯距标准组合值按表4-7取用
Ci与荷载有关的经验系数对于公路Ⅱ级取用051
△Ap一股245钢绞线截面积
故△Ap4712
在第一章中已计算出成桥后跨中截初故则钢束偏心矩为
2按承载能力极限状态估算钢束数
根据极限状态的应力计算图式受压区混凝土达到极限强度fcd应力图式呈矩形同预应力钢束也达到设计强度fcd则钢束数的估算公式为
式中承载能力极限状态的跨中最大弯矩按表4-7取用
经验系数一般采用075~077本算例取用076
预应力钢绞线的设计强度见表4-1为1280MPa
计算得
根据上述两种极限状态取钢束数n13
com预应力钢束布置
com1跨中截面及锚固端截面布置
1对于跨中截面在保证布置预留管道构造要求的前提下尽可能使钢束群重心的偏心距大些本算例采用直径50mm的抽拔橡胶管成型的管道根据《公预规》com定管道至梁底和梁侧净矩不应小于5cm管道净距为40mm根据以上规定跨中截面的细部构造如图8所示由此可得出钢束群重心至梁底距离为
2为方便张拉操作将所有钢束都锚固在梁端对于锚固端截面钢束布置通常考虑下述两个方面一是预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心使截面均匀受压二是考虑锚头布置的可能性以满足张拉操作方便的要求
图8钢束布置图尺寸单位mm
a跨中截面b锚固截面
按照上述锚头布置的均匀分散原则锚固端截面所布置的钢束如图8b所示钢束群重心至梁底距离为
为验核上述布置的钢束群重心位置需计算锚固端截面几何特性图9示出计算图示锚固端截面特性计算见表8所示
表8钢束锚固截面几何特性计算表
分块名称Ai
cm2yi
cmSi
cm3Ii
cm4Diys-yi
cmIxAidi2
cm4IIiIx
cm4翼板12645632070
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- 毕业设计 40 预应力 混凝土 型梁桥 设计