25米预应力小箱梁 桥梁设计 手算.doc
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辽宁工程技术大学毕业设计
设计资料及构造布置
2.1设计资料
2.1.1桥面跨径及桥宽
标准跨径:
总体方案选择的结果,采用装配式预应力混凝土箱型梁,跨度25m,共四跨。
主梁长:
伸缩缝采用4cm,预制梁长24.96m。
计算跨径:
取相邻支座中心间距24.5m。
桥面净空:
20m
单侧桥横向布置:
0.52(护栏)+3.752(两车道)=8.5m
2.1.2设计荷载
根据线路的等级,确定荷载等级,由二级公路,设计时速80km/h可查得:
计算荷载:
公路二级荷载。
2.1.3材料及工艺
1)水泥混凝土:
主梁、栏杆采用C50号混凝土,桥面铺装采用C50号混凝土。
抗压强度标准值=32.4,抗压强度设计值=22.4,抗拉强度标准值=2.65,抗拉强度设计值=1.83,=3.45×。
2)预应力钢筋采用(ASTMA416—97a标准)低松弛钢绞线1×7标准型。
抗拉强度标准值=1860,抗拉强度设计值=1260,公称直径15.2,公称面积139,弹性模量=1.95×。
2.1.4设计依据
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》(JTJD62-2004);
2.2构造布置
2.2.1主梁间距与主梁片数
为使材料得到充分利用,拟采用抗弯刚度和抗扭刚度都较大的箱型截面,按单箱单室截面设计,为减小下部结构的工程数量,采用斜腹式。
施工方法采用先预制,在吊装的方法。
在保证行车道板使用性能—挠度和裂缝控制的前提下,将预制箱梁控制在可以吊装的范围内,整桥横向按6片预制箱梁布置,设计主梁间距均为3.33m,边主梁宽3.23m,中主梁宽3.13m,主梁之间留0.2m后浇段,以减轻吊装重量,同时能加强横向整体性。
2.2.2主梁尺寸拟定
1)主梁高:
根据预应力混凝土简支梁的截面尺寸设计经验梁高跨比通常为1/15-1/25,本设计取1/20,即梁高h=1.25m。
2)顶板宽度与厚度:
顶板宽度在桥面宽度和主梁片数确定以后,就已经确定:
3.33m;厚度与其受力有关,此处采用变厚度,悬臂远端10cm,在20cm处开始逐渐变厚,与腹板相交处厚度为16cm,由腹板向内依然采用相同的变厚度。
3)底板宽度与厚度:
底板宽度取110cm,厚度既要满足受力要求,又要考虑到预应力钢筋孔道的布置,因此厚度取18cm。
4)腹板厚度:
除了要满足抗剪及施工要求外,腹板厚度选取时还应考虑到预应力钢筋的布置和弯起,此处取20cm(注:
水平厚度20.6cm)。
2.2.3横截面沿跨长改变
本设计梁高采用等高度形式,梁端部分由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力,也因布置锚具的要求,在端头附近做成锯齿形,截面厚度在距支座1m处开始变化,厚度由原来各自向内增加一倍。
2.2.4横隔梁设计
为了增强主梁之间的横向连接刚度,除设置端横隔梁外,还在跨中、四分之一处设置三片中横隔梁,共计五片。
横隔梁厚度为20cm,为了减轻吊装质量、节省材料横隔梁中间留孔。
主梁跨中、支点截面以及横隔梁尺寸见图2-1、图2-2所示:
图2-1箱梁跨中横截面
Fig.2-1Thecross-sectionofmid-spanboxbeam
图2-2箱梁支点截面
Fig.2-2Thecross-sectionofsideend-spanboxbeam
2.2.5桥面铺装
采用厚度为8cm水泥混凝土垫层,表面7cm的沥青混凝土,桥面横坡为1.5%。
2.2.6桥梁横断面图
图2-3桥梁横断面图(单位:
cm)
Fig.2-3Thediagramofbridgecrosssection
2.3主梁毛截面几何特性计算
2.3.1计算截面几何特性
本设计采用分块面积法,因为只在距支点1m处开始变截面,为简便计算,可近似按等截面计算,所以只需分别计算边主梁、中主梁预制时和使用时跨中截面的几何特性。
主要计算公式如下:
毛截面面积:
(2—1)
各分块面积对上缘的面积距:
(2—2)
毛截面重心至梁顶的距离:
(2—3)
毛截面惯性距计算移轴公式:
(2—4)
式中——分块面积;
——分块面积重心至梁顶的距离;
——毛截面重心至梁顶的距离;
——各分块对上缘的的面积距;
——各分块面积对其自身重心的惯性距。
利用以上公式,分别计算边主梁、中主梁预制时和使用时跨中截面的几何特性,将结果列入一下各表中。
其中:
矩形自身惯性矩,三角形自身惯性矩
=50.63
I==19681396.26cm4
表2-1边梁的截面几何特性计算表(使用前)
Tab.2-1Thecalculationofthegeometricalfeaturesofsidebeam(beforeuse)
分块号
/cm2
/cm
/cm4
/cm
/cm4
/cm4
顶板
3230
5
16150
45.63
26916.667
6725172.987
底板
1980
116
229680
-65.37
53460
8461009.062
上三角承托
120
12
1440
38.63
240
179073.228
承托矩形
123.6
13
1606.8
37.63
370.8
175019.689
腹板
1650
61.5
115287.9
-10.87
1293630.217
221496.925
腹板处三角形
40.5
113
4576.5
-62.37
729
157545.685
9767.4
494532.4
2670796.704
17010199.56
表2-2中梁的截面几何特性计算表(使用前)
Tab.2-2Thecalculationofthegeometricalfeaturesofcenterbeam(beforeuse)
分块号
/cm2
/cm
/cm4
/cm
/cm4
/cm4
顶板
3130
5
15650
46.1
26083.33
6651907.3
底板
1980
116
229680
-64.9
53460
8339779.8
上三角承托
120
12
1440
39.1
240
183457.2
承托矩形
123.6
13
1606.8
38.1
370.8
179418.996
腹板
1650
61.5
115287.9
-10.4
1293630.217
202756.736
腹板处三角形
40.5
113
4576.5
-61.9
729
155180.205
9667.4
494532.4
2669963.364
16800227.77
其中:
=51.1
I==19470191.13cm4
表2-3主梁的截面几何特性计算表(使用阶段)
Tab.2-3Thecalculationofthegeometricalfeaturesofmainbeam(Theuseofphase)
分块号
/cm2
/cm
/cm4
/cm
/cm4
/cm4
顶板
3330
5
16150
45.17
27750
6794295.237
底板
1980
116
229680
-65.83
53460
8580506.022
上三角承托
120
12
1440
38.17
240
174833.868
承托矩形
123.6
13
1606.8
37.17
370.8
170766.86
腹板
1650
61.5
115287.9
-11.33
1293630.217
240640.3399
腹板处三角形
40.5
113
4576.5
-62.83
729
159878.161
9867.4
494532.4
2587260.434
17216707.45
其中:
=50.17
I==19888337.48cm4
2.3.2检验截面效率指标
以跨中截面为例:
上核心距:
==cm
下核心距:
==cm
截面效率指标:
根据设计经验,一般截面效率指标取,且较大者较经济。
上述计算表明,初拟的主梁截面是合理的。
3主梁内力计算
3.1恒载内力计算
3.1.1第一期恒载(主梁自重)
在距主梁端部1m处为过渡宽度。
1)边主梁自重荷载:
跨中部分:
支点部分:
边主梁荷载集度:
2)中主梁自重荷载:
跨中部分
支点部分
中主梁荷载集度:
3)横隔梁自重荷载:
一个横隔梁体积:
横隔梁荷载集度:
边梁部分:
中梁部分:
第一期恒载集度:
3.1.2第二期恒载(主梁现浇湿接缝)
边主梁:
中主梁:
3.1.3第三期恒载(防撞墙、桥面铺装)
1)防撞墙:
按规定:
(只有边梁承担)
2)桥面铺装:
第三期恒集度:
3.1.4恒载集度汇总
表3-1主梁恒载汇总表
Tab.3-1Thecollectionofthedeadloadofmainbeam
荷载
梁
第一期荷载
第二期荷载
第三期荷载
总和g
边主梁
26.65
0.25
18.86
44.76
中主梁
26.189
0.50
12.0213
38.7103
3.2恒载内力
设为计算截面至支撑中心的距离,并令
图3-1恒载内力计算图
Fig.3-1Thediagramofconstantloadcalculation
则计算公式为:
(3—1)
(3—2)
其中:
则边主梁和中主梁的恒载内力计算如下表
表3-2恒载内力表
Tab.3-2Thetableofdeadload
项目
/KNm
/KN
跨中
四分点
变化点
四分点
变化点
支点
a(1-a)L2/2
77.88
58.41
34.07
(1-2a)L/2
6.24
9.36
12.48
一期
恒载
边主梁
1997.62
1498.22
873.896
160.06
240.084
320.112
25.65
中主梁
2039.59
1529.69
892.259
163.42
245.129
326.84
21.189
二期
恒载
边主梁
19.47
14.60
8.5175
1.56
2.34
3.12
0.25
中主梁
38.94
2
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