335m装配式预应力简支t梁桥设计.docx
- 文档编号:23336774
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:112
- 大小:125.47KB
335m装配式预应力简支t梁桥设计.docx
《335m装配式预应力简支t梁桥设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《335m装配式预应力简支t梁桥设计.docx(112页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
335m装配式预应力简支t梁桥设计
摘要
本设计依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD—2004)与《公路桥涵设计设计通用规范》(JTGD—2004)进行桥梁上部结构设计与验算。
全桥总长105m,桥面净宽—14+2×0.5m,荷载等级为公路—Ⅰ级。
本桥上部结构采用装配式预应力混凝土简支T梁桥,净跨径35m,计算跨径34.2m;单跨采用6根预应力T梁,梁高230cm;桥面坡度为1.5%;支座采用板式橡胶支座。
全桥以A类构件进行设计。
本设计主要以手算为主,对主梁即预应力混凝土简支梁桥进行永久效应计算,可变作用效应计算并进行效应组合,以此对主梁进行预应力钢筋的估算和布置。
手算的内容:
主梁截面的几何特性,预应力损失计算,验算主梁各个危险截面主拉应力和主压应力,对行车道板和横隔梁进行荷载效应计算、配筋计算以及应力验算。
在算得数据后用桥梁博士进行全桥结构安全验算与预应力钢筋的计算,可以得到桥梁博士算得的数据,最后将手算和电算进行比较。
通过手算与电算的比较可知桥梁的设计是可行的。
计算书的数据主要是以手算的数据为主。
关键词:
T梁;预应力混凝土;A类构件;手算;电算。
Abstract
Thedesignbasis"ofreinforcedconcreteandprestressedconcretehighwaybridgedesignspecifications"(JTGD-2004)and"HighwayBridgeDesignGeneralSpecification"(JTGD-2004)carriedoutthedesignandcheckingtheupperpartofthebridgestructure.Full-bridgelengthof105m,deckwidth-14+2×0.5m,thedesigneffectfortheroad—Ⅰlevel.TheBridgesoftheassembledprestressedconcreteT-beambridage,netspan35m,calculatethespanof34.2m;usingsixsingle-spanprestressedTbeams,beamheight230cm;deckslopeof1.5%;bearingusinglaminatedrubberbearings.Full-bridgewithaClassAmemberofthedesign.
Thedesignbriefforthemainbeamthatisprestressedconcretebeambridgepermanenteffectcalculations,aswellasvariable-actioneffectscalculatedeffectcombination,inorderforthemainbeamsprestressedreinforcedestimatesandlayout.Calculatethegeometriccharacteristicsofthemainbeamsection,aftertheprestressinglosses.Checkingthegirderdangeroussectionofeachprincipaltensilestressandcompressivestress.Rightlaneplateanddiaphragmbeamsloadeffectcalculations,stresscalculationsandcheckingreinforcement.Theseareobtainedbyhandcalculation,andcalculatedthefullbridgestructuralsafetycheckingandprestressedsteelbeambridgewithaPhD,andfinallythehandcountandcountforcomparison.
Keywords:
T-beam;estimatetendonsarrangement;Aclassmember;theoreticalcalculations;computercalculation
第1章设计资料及构造布置
1.1设计资料
1.1.1桥梁跨径及桥宽
标准跨径:
3×35m;
预制梁长:
34.92m;
计算跨径:
34.20m;
桥面净空:
净—14m+2×0.5m(防撞栏)=15m。
1.1.2设计荷载
公路—Ⅰ级,每侧防撞栏重力的作用力为7.5kN/m(混凝土防撞栏)。
1.1.3材料工艺
混凝土:
主梁用C50混凝土;立柱,盖梁及桥头搭板采用C30混凝土,桩基采用C25混凝土。
桥面铺装采用10cm厚沥青混凝土、FYT-1改进型防水层和8cm厚C50水泥混凝土调平层。
预应力筋:
采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的钢绞丝Φ15.2钢绞丝,每束6根,全梁可配七束,ƒ=1860MPa。
普通钢筋直径大于等于12mm的采用HRB335钢筋;直径小于12mm的均用R235钢筋。
后张法制作主梁,采用内径70mm,外径77mm的波纹管,其厚度不小于7mm。
1.1.4设计依据
1)交通部颁《公路工程技术标准》(JTGB01-2003),简称《标准》;
2)交通部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004),简称《桥规》;
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),简称《公预规》;
4)交通部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63--2007);
5)《桥梁工程》、《结构设计原理》、《基础工程》等教材。
1.1.5基本计算数据
基本计算数据表表1-1
名称
项目
符号
单位
数据
混凝土
立方强度
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
ƒ
E
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
50
3.45×104
32.4
2.65
22.4
1.83
短暂状态
容许压应力
容许拉应力
0.7ƒ
0.7ƒ
MPa
MPa
20.72
1.757
持久状态
标准荷载组合
容许压应力
容许主压应力
短期效应组合
容许拉应力
容许主拉应力
0.5ƒ
0.6ƒ
σst-0.85σpc
0.6ƒ
MPa
MPa
MPa
MPa
16.2
19.44
0
1.59
φs15.2钢绞丝
标准强度
弹性模量
抗拉设计强度
最大控制应力σcon
ƒ
E
ƒ
0.75ƒpk
MPa
MPa
MPa
MPa
1860
1.95×105
1260
1395
持久状态应力
标准荷载组合
0.65ƒ
MPa
1209
材料重度
钢筋混凝土
沥青混凝土
钢绞丝
kN/m3
kN/m3
kN/m3
25.0
23.0
78.5
钢筋与混凝土的弹性模量比
无量纲
5.65
本设计考虑混凝土强度达到C45是开始张拉预应力钢束。
ƒ和ƒ分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度,则:
ƒ=29.6MPa,ƒ=2.51MPa。
1.2横截面布置
1.2.1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ρ很有效,故可在许可条件下适当加宽T梁翼板。
本设计主梁翼板宽度为2500mm,由于跨度较大,为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。
运输阶段的小截面(bi=1600)(主梁比较多的才用1600mm的预制长度)和运营阶段的大截面(bi=2500)。
净—14m+2*0.5m的桥宽选用六片主梁。
(如下图1.1所示)
图1-1结构尺寸图(尺寸单位:
mm)
1.2.2主梁跨中截面主要尺寸拟定
1)主梁高度
预应力简支梁桥的主梁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(《公预规》:
主梁在没有建筑高度的要求下,增加高度是比较经济的,同时梁高加大一般只是腹板加高,而混凝土的用量增加不多)。
本算例取用2300mm的主梁高度是比较合适的。
2)主要截面细部尺寸
T梁的翼板厚度取用150mm,翼板根部加厚到250mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩(《公预规》:
当T梁间采用横向整体现浇连接时,其悬臂端厚度不应小于140mm,T梁与腹板连
接处的翼缘厚度,不应小于梁高的1/10,当该处设有承托时翼缘厚度可计入承托加厚部分厚度),腹板厚度取200mm(《公预规》:
T形截面梁的腹板宽度不应小于140mm,其上下承托之间的腹板高度,腹板内设有竖向预应力筋时,不应大于腹板宽度的20倍,没有设预应力筋时,不应大于腹板宽度的15倍)。
初拟马蹄宽度为550mm,高度250mm,马蹄与腹板交接处作三角过度,高度150mm,以减少局部应力(《公预规》:
马蹄面积占截面面积的10%—20%为宜)。
按照以上拟定尺寸,就可绘出梁跨中截面图(如图1.2所示)。
图1-2跨中截面尺寸图(尺寸单位:
mm)
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,截面几何特性列表计算见表1-2
分块面积Ai(cm2)
分块面积形心至上缘距离yi(cm)
分块面积对上缘静矩Si=Aiyi
(cm3)
分块面积自身惯矩Ii
(cm4)
Di=ys-yi
(cm)
分块面积对截面形心的惯矩
Ix=AIdi2(cm4)
I=II+IX
(cm4)
(1)
(2)
(3)=
(1)×
(2)
(4)
(5)
(6)=
(1)×(5)2
(7)=(4)×(6)
大毛截面
翼板
3750
7.5
28125
70312.5
75.79
21540465
21610778
三角承托
500
18.33
9166.5
2777.778
64.957
2109706
2112484
腹板
3800
110
418000
11431667
-26.71
2711012
14142678
下三角
262.5
200
52500
3281.25
-116.7
3575571
3578853
马蹄
1375
217.5
299062.5
71614.6
-134.2
24766946
24838560
∑
9687.5
806854
∑I=66283353
小毛截面
翼板
2400
7.5
18000
45000
88.06
18610953
18655953
三角承托
500
18.33
9166.5
2777.78
77.23
2982005
2984783
腹板
3800
110
418000
11431667
-14.44
792352
12224018
下三角
262.5
200
52500
3281.25
-104.4
2863275
2866556
马蹄
1375
217.5
299062.5
71614.6
-121.9
20445375
20516990
∑
8337.5
796729
∑I=57248299
跨中截面几何特性计算表表1-2
注:
大毛截面形心至上缘距离:
y=∑S/∑A=83.29(cm);
小毛截面形心至上缘距离:
y=∑S/∑A=96.56(cm)。
4)检验截面效率指标ρ(希望ρ在0.5以上)
上核心距:
k==66283353/9681.5×(230-83.29)=46.64(cm)
下核心距:
k==82.15(cm)
截面效率指标:
ρ==46.64+82.15/230=0.56>0.5
表明以上截面初拟的主梁跨中截面是合理的。
1.3横截面沿跨长变化
在距梁端支座中心线1500mm内将腹板加厚到与马蹄同宽。
马蹄部分在六分点开始向支点逐渐抬高,马蹄抬高的同时腹板亦开始变化(《公预规》马蹄抬高与腹板变宽的长度不小于12倍的宽度差且要在5m范围内变化完成),再距第一道横隔梁处4.2m变化完成。
1.4横隔梁设置
本设计在桥跨中、六分点、四分点和支点设置七道横隔梁,其间距为5.7m(《桥规》:
横隔梁的间距在5—10m设置一道为宜)。
端横隔梁与主梁同高,厚度为上部260mm,下部240mm;中横隔梁高度为2050mm(中横隔梁的高度与马蹄的下坡低端齐平),厚度为上部180mm,下部160mm(内横隔梁的厚度在160—180mm为宜)。
第2章主梁作用效应计算
根据上述梁跨结构纵、横截面的布置,并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布系数计算,可分别求得主梁控制截面(一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截面)的永久作用和最大可变作用效应,然后再进行主梁作用效应组合。
2.1(边主梁)永久作用效应计算
2.1.1永久作用集度
(1)预制梁自重
1跨中截面段主梁自重(六分点截面至跨中截面,长11.4m):
G=0.83375×25×11.4=237.62kN
2马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重(长5m):
G=(1.443625+0.83375)×4.2×25/2=119.56(kN)
3支点段梁自重(长1.86m):
G=1.443625×25×1.86=67.85kN
4边主梁的横隔梁
中横隔梁体积:
0.17×(1.9×0.7-0.5×0.1×0.5-0.175×0.5×0.15)=0.2196(m3)
端横隔梁体积:
0.25×(2.15×0.525-0.5×0.065×0.325)=0.2795(m3)
故半跨内横隔梁重力为:
G=(2.5×0.2196+1×0.2795)×25=20.71(kN)
5预制梁永久作用集度
g=(237.62+119.56+67.85+20.71)/17.48=25.5(kN/m)
则中间横隔梁的重力是边梁重力的2倍。
即:
g=(237.62+119.56+67.85+41.425)/17.48=26.68(kN/m)
(2)二期永久作用
1现浇T梁翼板集度
g=0.15×0.9×25=3.38(kN/m)
2边梁现浇部分横隔梁
一片中横隔梁(现浇部分)体积:
0.17×0.45×1.90=0.14535(m3)
一片端横隔梁(现浇部分)体积:
0.25×0.45×2.15=0.241875(m3)
故:
g=(5×0.14535+2×0.241875)×25/34.96=0.86(kN/m)
则:
g=(5×0.2907+2×0.48375)×25/34.96=1.73(kN/m)
3铺装
10cm厚的沥青混凝土:
0.1×23×14=32.2(kN/m)
8cm厚的混凝土铺装:
0.08×25×14=28(kN/m)
若将桥面铺装均摊给六片主梁,则:
g=(28.00+32.20)/6=10.03(kN/m)
4栏杆
一侧防撞栏:
7.5(kN/m);
若将防撞栏均摊给六片主梁,则:
g=7.5×2/6=2.5(kN/m)
5边梁二期永久作用集度:
g=3.38+0.86+10.03+2.5=16.77(kN/m)
则中主梁二期永久作用集度:
g=3.38+1.73+10.03+2.5=17.64(kN/m)
2.1.2永久作用效应
如图2-1所示,设ⅹ为计算截面离左支座的距离,并令α=。
主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:
M=
Q=
永久作用效应计算见表2-1。
图2-1永久作用效应计算图
1号梁永久作用效应表2-1
作用效应
跨中
α=0.5
四分点
α=0.25
N7锚固点
α=0.0424
支点
α=0
一期
弯矩(kN•m)
3677.1
2757.79
594.95
0
剪力(kN)
0
215.03
393.74
430.07
二期
弯矩(kN•m)
2451.86
1838.89
396.71
0
剪力(kN)
0
143.38
262.54
286.77
Σ
弯矩(kN•m)
6128.96
4596.68
991.66
0
剪力(kN)
0
358.41
656.28
716.84
2.2可变作用效应计算(修正刚性横梁法)
2.2.1冲击系数和车道折减系数
按《桥规》4.2.3条规定,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:
ƒ==3.14(Hz)
其中:
m=G/g=0.96875×25×103/9.81=2468.78(kg/m)
根据本桥的基频,可计算出汽车荷载的冲击系数为:
μ=0.1767㏑ƒ-0.0157=0.186
根据《桥规》4.3.1条,当车道数大于两车道时,需进行车道折减,三车道折减22%,四车道折减33%,但折减后不得小于用两行车队不载的计算结果。
本算例按四车道设计,因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。
2.2.2计算主梁的荷载横向分布系数
(1)跨中的荷载横向分布系数mc
如前所述,本桥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:
=34.2/15=2.28>2
所以可按修正的刚性横梁法来绘制横向系数影响线和计算横向分布系数mc.
①计算主梁抗扭惯矩
对于T形梁截面,抗扭惯矩可近似按下列公式计算:
=
式中:
,——相应为单个矩形截面的宽度和高度;
——系数;
m——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:
==17.2(cm)
马蹄部分的换算平均厚度:
==32.5(cm)
图2-2(尺寸单位:
mm)
图2-2示出了,的计算见表2-2。
IT计算表表2-2
分块名称
bi(cm)
ti(cm)
bi/ti
ci
ITi=ci•bi•t3i(×103m4)
翼缘板①
250
17.2
14.5349
1/3
4.24037
腹板②
180.3
20
9.015
0.3100
4.47144
马蹄③
55
32.5
1.6923
0.2098
3.96112
Σ
12.67293
②计算抗扭修正系数β
对于本算例主梁的间距相同,并将主梁近似的看成等截面,则得:
β=
式中:
G=0.4E;l=34.2m;6×0.01267293=0.07603758m4;a1=6.25m,a2=3.75m,a3=1.25m,a4=-1.25m,a5=-3.75m,a6=-6.25m;Ii=0.66283353m4。
计算得:
β=0.96。
③按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值:
ηij=
式中:
n=6,,=2×(6.252+3.752+1.252)=109.375(m2)
计算所得的ηij列于表2-3内
ηij值表2-3
梁号
1
0.5095
0.3724
0.2352
0.098
-0.039
-0.176
2
0.3724
0.29
0.2078
0.1255
0.0432
-0.039
3
0.2352
0.2078
0.1804
0.1529
0.1255
0.098
④计算荷载横向分布系数
(1号梁)可变作用(汽车公路—I级)(图2-3):
四车道:
mcq=(0.5231+0.425+0.355+0.257+0.186+0.085+0.017-0.0092)×0.67=0.5883
三车道:
mcq=(0.5231+0.425+0.355+0.257+0.186+0.085)×0.78=0.7141
两车道:
mcq=(0.5231+0.425+0.355+0.257)×1=0.779
故取可变作用(汽车)的横向分布系数:
mcq=0.779。
图2-3跨中的横向分布系数m计算图式
(2)支点截面的荷载横向分布系数m0(图2-4)
图2-4支点的横向分布系数m计算图式
(一号梁)可变作用(汽车):
m0q=0.5×(1.1+0.38)=0.74
(3)横向分布系数汇总(见表2-4)表2-4
位置
梁号
m
m
1号梁(公路-I)
0.779
0.74
2号梁(公路-I)
0.6099
0.81
3号梁(公路-I)
0.4744
0.81
2.2.3车道荷载的取值
根据《桥规》4.3.1条,公路-I级的均布荷载标准值q和集中荷载标准值P为:
q=10.5(kN/m)
计算弯矩时:
P==297kN
计算剪力时:
P=297×1.2=356.4(kN)
2.2.4计算可变作用效应
在可变作用效应计算中,本算例对于横向分布系数的取值如下考虑:
支点横向分布系数取m,从支点至第一根横梁段,横向分布系数从m直线过渡到m,其余梁段均取m。
(1)求跨中截面的最大弯矩和最大剪力
计算跨中最大弯矩和最大剪力采用直接求可变作用效应(如图2-5),计算公式公式为:
S=mqkΩ+mPky
式中:
S——所求截面汽车标准荷载的弯矩或剪力;
q——车道均布荷载标准值;
P——车道集中荷载标准值;
Ω——影响线上同号区段的面积;
y——影响线上最大坐标值;
可变作用(汽车)标准效应:
M=0.5×8.55×34.2×10.5×0.779-0.039×5.7×10.5×0.95+0.779×297×8.55=3171.82(kN•m)
V=0.5×0.779×10.5×0.5×17.1-0.5×0.039×5.7×10.5×0.056+0.779×356.4×0.5=173.72(kN)
可变作用(汽车)冲击效应:
M=3171.82×0.186=589.96(kN•m)V=173.720×0.186=32.31(kN)
图2-5跨中截面作用效应计算图式
(2)求四分点截面的最大弯矩和最大剪力(图2-6所示)
图2-6四分点截面作用效应计算图式
可变作用(汽车)标准效应:
Mmax=0.5×0.779×34.2×10.5×6.4125-0.5×(1.425)+5.7×0.475×0.039×10.5+0.779×297×6.4125=2378.31(kN•m)
Vmax=0.5×0.779×10.5×0.75×25.65-0.5×0.039×5.7×10.5×0.056+0.779×356.4×0.75=286.84(kN)
可变作用(汽车)冲击效应:
M=237
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 335 装配式 预应力 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)