4乘30米预应力简支T型梁桥毕业设计.docx
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4乘30米预应力简支T型梁桥毕业设计
山东交通学院
2015届毕业生毕业论文(设计)
题目:
牛石路柴汶河大桥施工图设计—4*30米装配式预支T梁施工图设计
院(系)不 交通土建工程学院
专业 土木工程
班级 土木114
学 号 110711411
姓 名 姜星 宇
指导教师 于业栓
2015年 6月
原 创 声 明
本人姜星宇郑重声明:
所呈交的论文“牛石路柴汶河大桥施工图设计—4×30m装配式预应力钢筋混凝土简支T梁施工图设计”,是本人在导师于业栓的指导下开展研究工作所取得的成果、除文中特不加以标注与致谢的地方外,论文中不包罗任何其她个人或集体差不多发表或撰写过的研究成果,对本文的研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中以明确方式标明,本人完全意识到本声明的法律后果,尊重知识产权,并愿为此承担一切法律责任。
论文作者(签字):
日期:
年 月 日
摘要
本设计4跨预应力混凝土简支桥梁、桥面净宽9+2×1、5m,桥下净空5m,跨径为30m、本设计分为以下几个部分:
桥面板的设计,综合各种因素,本桥采纳预应力T型简支梁,预应力T型简支梁具有安装重量轻、跨度大等优点,适用于大中跨度桥梁、桥面采纳6块宽度为2m,梁高为1、7m,跨度为29、96m的预应力T型梁、作用在桥面上的荷载有结构重力、预加应力、土的重力,混凝土收缩以及徐变影响力,汽车荷载以及其引起的冲击力、离心力,与人群荷载,以及所有车辆引起的土侧压力。
基本原理是假定忽略主梁之间横向结构的联系作用,桥面板视为沿横向支撑在主梁上的简支梁、画出最不利位置的影响线,据影响线得到横向分布系数M,取最大的横向分布系数作为主梁的控制设计。
桥墩设计,桥墩采纳桩柱式。
由盖梁柱与灌注桩组成、经过荷载计算与组合后,由极限状态设计法决定配筋。
桥台采纳双柱式桥台,基础采纳钻孔灌注桩、桥梁下部结构设置在地基上,其主要作用是支撑桥跨结构,同时将桥跨结构承受的荷载传到地基中去,以确保上部结构的安全使用。
关键词预应力混凝土;简支T梁;G-M法;桥梁墩台;杠杆原理
Abstract
The designis aboutareinforceconcretesimplysupportedgirderbridge,what hasfive spans、 The bridgedeckslab's netbreadth is 14+2×1、75 meter,Theclearance under bridge superstructureis 5meterandeachspan to25meters、This designisposedofthreepartsasfollows, thedesign of deckslab、Consideringall of thefactors,we designthepre-stressedconcretebridge T—simplebeam、 Thepre—stressedbridgehas manygoodqualities,such asithassmall weightwheninstalled, itisverysimplywhen construction、Andnotuse somuchtemplate、It issuitablefor thesmallbridge、The bridgedeckslabisposedof 6 T-simplebeams, andthehollowslabis 2meterwidth,1、7 meterheightand24、96 length、 Consideringtheload isnot simple、 Theloads thatimposedonthebridgeareas follows:
thegravityofstructure,thegravityofpre-stressedsoil,concretestructure’sshrinkageand creepthatcauseinfluenceforce,thecarload andimpactforce,trailerloadpedestrianload andlateralearthpressure、Thebasicprincipleis thatweneglect thelink effect of thehorizontalstructurebetweenthemaingirder、Andsupposed thebridgedeck slab assimply-supported girderthatis supportedonthemainbeam 、We drawtheinfluence line thatwhichpointisthemostadverse,fromwhich wecan know thetransverse loadfoundation‘ssedimentation,to ensureit suittothe requireofthestandard、Thebridge'sundersidestructureisinstalled under thefoundationsoil, it’s mainuseisto supporttheupside structureandtransfer theload fromtheupside structuretotherequireof the standard 、The bridge’sunderside structureisinstalledunderthe foundationsoil,it’smainuseis to supportthe upsidestructure to thefoundation,toensure the safe useoftheupsidestructure、
KeyWords Reinforceconcrete,simply supported genderbridge,bridge pierGravityabutment,cast–in-place pile,leverprinciple
前 言1
第1章 桥型设计方案ﻩ2
1、1方案一:
预应力钢筋混凝土简支T梁ﻩ2
1、1、1基本构造布置ﻩ2
1、1、2 设计荷载ﻩ2
1、2方案二:
钢筋混凝土箱形拱桥ﻩ3
1、2、1方案简介3
1、2、2尺寸拟定ﻩ3
1、2、3桥面铺装及纵横坡度ﻩ4
1、2、4施工方法4
1、2、5总结ﻩ4
1、3桥型方案三:
预应力混凝土连续刚构方案(比较方案)4
第2章 上部结构设计5
2、1 计资料及结构布置ﻩ5
2、1、2 横截面布置ﻩ5
2、1、3 横截面沿跨长变化9
2、1、4 横隔梁的布置ﻩ9
2、2主梁作用效应计算ﻩ9
2、2、2 可变作用效应计算11
2、2、3、主梁作用效应组合22
2、3、预应力钢束的估算及其位置ﻩ22
2、3、2预应力钢束布置ﻩ23
2、4计算主梁截面几何特征:
ﻩ28
2、4、1 截面面积及惯矩计算ﻩ28
2、4、2截面静矩计算ﻩ30
2、4、3、截面几何特性汇总ﻩ30
2、5、1 预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失ﻩ34
2、5、2由锚具变形、钢束回缩引起的损失ﻩ34
2、5、4由钢束应力松弛引起的损失ﻩ37
2、5、5混凝土收缩与徐变引起的损失ﻩ37
2、5、6预加力计算及钢束预应力损失汇总39
2、6 主梁截面承载力与应力验算42
2、6、1持久状况承载能力极限状态承载力验算42
2、6、2 持久状态正常使用极限状态抗裂验算ﻩ45
2、6、3持久状态构件的应力验算ﻩ46
2、6、4短暂状况构件的应力验算ﻩ53
2、7 主梁端部的局部承压验算ﻩ53
2、7、1 局部承压区的截面尺寸验算ﻩ53
2、7、2局部抗压承载力验算ﻩ55
第3章下部结构的设计59
3、1盖梁的计算ﻩ59
3、1、1荷载计算ﻩ59
3、1、2内力计算67
3、2桥墩墩柱计算ﻩ67
3、2、1荷载计算ﻩ67
3、2、2 截面配筋计算及应力验算69
3、3钻孔灌注桩计算ﻩ71
3、3、1荷载计算ﻩ71
3、3、2桩长计算72
3、3、4 桩身截面配筋与承载力验算ﻩ75
3、3、5 墩顶纵向水平位移验算76
结论78
致 谢ﻩ79
参考文献ﻩ80
前 言
公路桥梁交通是为国民经济、社会发展与人民生活服务的公共基础设施,是衡量一个国家经济实力与现代化水平的重要标志。
我国从“七五”开始,公路建设进入了高等级公路建设的新时期,近几年随着公路等级的不断提高,路桥方面知识得到越来越多的应用,同时,各项规范也有了较大的变动,为掌握更多路桥方面知识,我选择了28m装配式预应力混凝土简支T梁设计这一课题。
本设计是依照设计任务书的要求与《公路桥规》的规定,选定装配式预应力T形截面简支梁桥,该类型的梁桥具有受力均匀、稳定,且关于小跨径单跨不产生负弯矩,施工简单且进度迅速等优点、设计内容包括拟定桥梁纵,横断面尺寸、上部结构计算,下部结构计算,施工组织管理与运营,施工图绘制,各结构配筋计算,书写计算讲明书、编制设计文件这几项任务、
在设计中,桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在施工及使用过程中恒载以及活载的作用力,采纳整体的自重荷载集度进行恒载内力的计算、依照新规范公路I级车道荷载进行布置活载,并进行了梁的配筋计算,估罢了钢绞线的各种预应力损失,并进行预应力时期与使用时期主梁截面的强度,正应力及主应力的验算、下部结构采纳以钻孔灌注桩为基础的墩柱,并分不对桥墩与桩基础进行了计算与验算、主要依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D062-2004),《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85),《公路桥涵设计通用规范》(简称《通用规范》)
在本次设计过程中,新旧规范的交替,电脑制图的操作,都使我的设计工作一度陷入僵局。
在指导老师于老师及本组其她组员的帮助下,才使的这次设计得以顺利完成。
在此,对老师与同学们表示衷心的感谢、
由于公路桥梁工程技术的不断进步,技术标准的不断更新,加之本人能力所限,设计过程中的错误与不足再所难免,敬请各位老师给予批评指正。
第1章 桥型设计方案
依照现桥位地形、水文条件,并综合考虑工程的经济性与施工难易程度,本桥桥跨布置的单跨跨径宜在30m以上,因此选定简支T型梁、连续箱梁与连续刚构桥这三种桥型方案来进行方案比
1、1 方案一:
预应力钢筋混凝土简支T梁
1、1、1 基本构造布置
设计资料
桥梁跨径及桥宽
标准跨径:
30m(墩中心距),
全桥共:
120米,分4跨,
主梁全长:
29、96m,
桥面净空:
净-9+21、5m=12m;
计算跨径:
29、5m。
1)、上部构造为预应力混凝土T型梁,梁高1、7m;下部构造为柱式墩身,肋板式桥台,桩基础;采纳简支转连续施工。
2)、预应力混凝土T型梁是目前公路桥梁中经济合理的桥型之一。
桥型能习惯桥位环境,施工工艺成熟、安全可靠;采纳简支转连续桥型,桥面连续,行车舒适,施工方便,工期较短、上部结构施工较连续梁与连续刚构要简单,材料用量与费用较少、能有效控制投资规模,造价最省。
4* 30
图1、1桥梁立面图
1、1、2设计荷载
公路I级,两侧防撞栏杆重量分不为3kN/m、
材料及工艺
本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥;
混凝土:
主梁采纳C50混凝土,桥面铺装用C30混凝土;
预应力钢筋:
采纳《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的ф15、2钢绞线,每束6根,全梁配6束,=1860MPa。
简支梁的优点是构造、设计计算简单,受力明确,缺点是中部受弯矩较大,同时没有平衡的方法,而支点处受剪力最大,假如处理不行主梁的连接,就会出现行车不稳的情况
1、2方案二:
钢筋混凝土箱形拱桥
1、2、1方案简介
本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥、全桥分四跨,每跨均采纳标准跨径30m。
采纳箱形截面的拱圈。
桥墩为重力式桥墩,桥台为U型桥台。
1、2、2尺寸拟定
本桥拟用拱轴系数m=2、24,净跨径为60、0m,矢跨比为1/8、桥面行车道宽9、0m,两边各设1、5m的人行道。
拱圈采纳单箱多室闭合箱,全宽11、2m,由8个拱箱组成,高为1、2m。
拱箱尺寸拟定如图1、1
图1、2箱梁尺寸拟定
(1)拱箱宽度:
由构件强度、刚度与起吊能力等因素决定,一般为130~160cm、取140cm。
(2)拱壁厚度:
预制箱壁厚度主要受震捣条件限制,按箱壁钢筋保护层与插入式震动棒的要求,一般需有10cm,若采纳附着式震捣器分段震捣,可减少为8cm,取8cm、
(3)相邻箱壁间净宽:
这部分空间以后用现浇混凝土填筑,构成拱圈的受力部分,一般用10~16cm,这个地方取16cm、
(4)底板厚度:
6~14cm、太厚则吊装重量大,太薄则局部稳定性差且中性轴上移、这个地方取10cm。
(5)盖板:
有钢筋混凝土板与微弯板两种型式,最小厚度6~8cm,这个地方取8cm。
(6)现浇顶部混凝土厚度:
一般不小于10cm,这个地方取10cm、
(7)横隔板:
多采纳挖空的钢筋混凝土预制板,厚6~8cm,间距3、0~5、0m、横隔板应预留人行孔,以便于维修养护。
这个地方取厚6cm。
1、2、3桥面铺装及纵横坡度
桥面采纳沥青混凝土桥面铺装,厚0、08m、桥面设双向横坡,坡度为2、0%。
为了排除桥面积水,桥面设置预制混凝土集水井与φ10cm铸铁泄水管,布置在拱顶实腹区段、双向纵坡,坡度为0、6%、
1、2、4施工方法
采纳无支架缆索吊装施工方法,拱箱分段预制。
采纳装配-—整体式结构型式,分时期施工,最后组拼成一个整体、
1、2、5总结
预应力混凝土连续箱梁也是目前公路大跨径桥梁中经常采纳的桥型之一、结构受力合理,变形小;桥面连续,行车舒适;较T型梁增加了施工的难度与工期;材料用量与费用较T型梁要多一些。
上部构造施工采纳移动支架一次性投入费用要高;且由于增加了大吨位支座,日后维护费用要增加。
1、3桥型方案三:
预应力混凝土连续刚构方案(比较方案)
桥梁全长:
4x30m
(1)上部构造为预应力混凝土变高度箱梁,根部高4、5m,跨中高2、0m;下部构造为空心矩形截面墩身、肋板式桥台,桩基础;采纳挂篮悬臂浇筑施工。
(2)预应力混凝土连续刚构桥外型美观,是目前公路大跨径桥梁中经常采纳的桥型之一,尤其是墩身高度特不高时,更能体现出它的优势、该桥型连续,行车舒适;但上部结构施工工序较T型梁与连续梁要多、周期较长,造价较高。
ﻫ鉴于桥位处的地形条件,河流断面宽约70m,桥墩高28m左右,且由于连续刚构桥桥梁上部结构建筑高度较高,如采纳该方案需要提升桥面标高,增加桥头引道长度、结合投资规模、与考虑施工的难度,本桥不适合于修建连续刚构桥。
方案的最终确定:
经考虑,简直梁的设计较简单,受力的点明确,比较适合初学者作为毕业设计用,因此我选着了方案一。
第2章上部结构设计
2、1 计资料及结构布置
2、1、1设计资料
(1)桥梁跨径及桥宽
标准跨径:
30m(墩中心距离);
主梁全长:
29、96m;
计算跨径:
29、5m;
桥面净空:
净—9m+21、5m=12m;
(2)设计荷载
公路I级,每侧防撞栏重力的作用力为3KN/m、
(3)材料及工艺
混凝土:
主梁用C50,桥面铺装用C30。
预应力钢筋采纳《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的ф15、2钢绞线,每束6根,全梁配6束,=1860MPa、
普通钢筋直径大于与等于12mm的采纳HRB335钢筋;直径小于12mm的均用R235钢筋、
按后张法施工工艺制作主梁,采纳内径70mm、外径77mm的预埋波纹管与夹片锚具、
(4)设计依据
(1)交通部颁《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)
(2)交通部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
(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)
(5)基本计算数据(见表2、1)
2、1、2横截面布置
(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指标特不有效,故在许可条件下应适当加宽T梁翼板、翼板的宽度为2000mm,由于宽度较大,为了保证桥梁的整体受力性能,桥面板采纳现浇混凝土刚性接头,因此主梁的工作截面有两种:
预应力、运输、吊装时期的小截面(b1=1200mm)与运营时期的大截面(b2=2000mm)、净—9m+21、5m的桥款选用六片主梁,如图2、1所示、
表2、1基本计算数据
名称
项目
符号
单位
数据
C50混凝土
立方体
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
50
32、4
2、65
22、4
1、83
短暂状态
容许压应力
20、72
容许拉应力
1、757
持久状态
标准荷载组合
容许压应力
16、2
容许主压应力
19、44
短期效应组合
容许拉应力
0
容许主拉应力
1、59
钢绞线
标准强度
弹性模量
抗拉设计强度
最大控制应力
1860
1260
1395
容许压应力
容许拉应力
1209
材料重度
标准荷载组合
25
容许压应力
23
容许主压应力
78、5
短期效应组合
无量纲
5、65
(2)主梁跨中主要尺寸拟定
1)主梁高度
预应力简支梁桥的主要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。
本桥采纳1700mm的主梁高度比较合适、
2)主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板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、预置T梁的翼板厚度取用110mm,翼板跟部加厚到200mm以抵抗翼缘跟部较大的弯矩、
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小,腹板厚度一般由布置预置孔道的构造决定,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。
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10%-20%为合适。
图2、1结构尺寸图
依照以上拟订的外形尺寸就能够绘出预制梁的跨中截面图(见图2、2)
图2、2跨中截面图
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,截面几何特征列表计算见表2、2、
表2、2截面几何特性计算表
分块名称
分块面积
分块面积形心至上缘距离
分块面积对上缘静距
分块面积的自身惯矩
(cm)
分块面积对截面形心的惯矩
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(7)=(4)+(6)
大毛截面
翼板
2200
5、5
12100
22183、3
56、83
7105227、58
三角承托
300
13、5
4050
937、5
48、83
715310、67
716248
腹板
2085
80、5
167842、5
-18、17
688360
下三角
165
146、333
24144、9
1101、7
—84
马蹄
900
160
144000
30000
-97、67
5650
352137、4
小毛截面
翼板
1320
5、5
7260
13310
67、31
5980439、7
三角承托
300
13、5
4050
937、5
59、31
1055302、8
腹板
2085
80、5
167842、5
—7、69
123298、8
下三角
165
146、333
24144、9
1101、7
—73、52
891856、4
892966
马蹄
900
160
144000
30000
—87、19
6841886、5
4770
347297、4
(4)检查截面效率指标(希望在0、5以上)
上核心距:
下核心距:
截面效率指标:
表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的、
2、1、3横截面沿跨长变化
横截面沿跨长的变化,该梁的翼板厚度不变,马蹄部分逐渐抬高,梁端处腹板加厚到与马蹄等宽,主梁的基本布置到这个地方就基本结束了。
2、1、4 横隔梁的布置
由于主梁特不长,为了减小跨中弯矩的影响,全梁共设了五道横隔梁,分不布置在跨中截面、两个四分点及梁端,其间距为7、25m、
2、2主梁作用效应计算
2、2、1永久作用效应计算
(1)永久作用集度
1)预制梁自重
①跨中截面段主梁的自重
②马蹄抬高与腹板宽度段梁的自重(长7、25m)
③支点段梁的自重
④边主梁的横隔梁
中横隔梁体积:
端横隔梁体积:
故半跨内横隔梁重力为:
⑤预制梁永久作用集度
2)二期永久作用
3)①现浇T梁翼板集度
②边梁现浇部分横隔梁
一片中横隔梁(现浇部分)体积:
一片端横隔梁(现浇部分)体积:
故:
③铺装 8cm混凝土铺装:
5cm沥青铺装:
若将桥面铺装均摊给六片主梁,则:
④栏杆 两侧防撞护栏分不为4、99KN/m
若将两侧防撞栏均摊给六片主梁,则:
⑤边梁二期永久作用集度:
(2)永久效应
如图1、3所示,设x为计算截面离左支座的距离
主梁弯矩与剪力的计算公式分不为:
图2、3主梁弯矩与剪力图
表2、3永久作用效应计算表
作用效应
跨中
四分点
变化点
支点
弯矩(KN、m)
2478、7
1859、01
1084、43
0
剪力(KN)
0
183、6
275、41
367、21
2、2、2 可变作用效应计算
(1)冲击系数与车道折减系数
按《桥规》4、3、2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频率。
简支梁桥的频率可采纳下
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