多跨简支箱型梁桥设计计算说明-2019年文档资料

1、多跨简支箱型梁桥毕业设计计算说明书第一章 桥梁设计概况1 、设计技术标准(1) 设计荷载：公路U级；(2) 桥梁宽度：净-7m+ 2X 0.5m；( 3)桥梁跨径： 32+40+32；( 4)路面横坡： 2%；2、结构形式：上部结构为预应力混凝土箱梁；3、材料：混凝土采用C40以上混凝土；钢筋采用热轧R235 HRB235!卩HRB400钢筋；预应力混凝土构件中的箍筋应选用其中的带肋钢筋； 按构造配置的钢筋网 可采用冷轧带肋钢筋；预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线，钢丝；3、地震动参数：地震动峰值加速度 0.05g；4、桥址条件：桥址区内场地可划分为可进行建筑的一般地段，场地类别属I类

2、；第二章 桥跨布置方案比选及尺寸拟定2.1 方案比选本设计桥梁的形式可考虑拱桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。从实用、安 全、经济、美观、环保以及占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设 计原则：（1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适 和安全。既满足当前的需要， 又要考虑今后的发展。 要能满足交通运输本身的需 要，也要考虑到支援农业等等。（2）安全性。 桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要， 能够保证其 耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。（3）经济性。 在社会主义市场经济体制的今天， 经济性是不得不考虑的重要 因素。在能够满足桥两个方面需求的情况下

3、要尽量考虑是否经济， 是否以最少的 投入获得最好的效果。（4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美， 要与周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。（5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出 了更高的要求， 在建筑领域， 一个工程的建设不能以牺牲环境作代价， 在保证顺 利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。 应根据上述原则，对桥梁作出综合评估：（1）梁桥：梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下， 其支座仅产生垂直反力， 而无水平推力 的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确， 理论计算较简单， 设计和施工的方法日 臻完善和成熟。预应

4、力混凝土梁式桥具有以下主要特征：（a）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；（ b ）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；（c）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；（d）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；（e） 可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；设 计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；（j）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效 的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大 了装配式结构的应用范围。简支梁： 简支梁可以降低梁高，节省工程数量

5、，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结 构刚度大， 具有良好的动力特性以及减震降噪作用， 使行车平稳舒适， 后期的维 修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅， 将给城市争色不少。连续梁： 目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。 简支梁受力明确， 因 温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化。（2） 拱桥： 拱桥的静力特点是， 在竖直何在作用下， 拱的两端不仅有竖直反力， 而且还有水 平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载 q 的作用下， 简直梁的跨中弯矩为 ql2/8 ，全梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的

6、拱轴， 主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要 承受压力的结构， 因而可以充分利用抗拉性能较差、 抗压性能较好的石料， 混凝 土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少 采用。由墩、 台承受水平推力的推力拱桥， 要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱 端的强大推力， 因而修建推力拱桥要求有良好的地基。 对于多跨连续拱桥， 为防 止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不 平衡的推力。（3）方案比选及截面形状选定：由上述条件可知，根据本设计具体的情况，制作拱桥难度较大，放弃拱桥方 案。简支梁结构简单施工方便，箱形简

7、支梁桥主要用于预应力混凝土梁桥。尤其 适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁结构和跨度较大的斜交桥和弯桥。最后选定简支梁箱形梁桥。2.2主梁尺寸拟定箱梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高跨比通常为1/15 1/25，本设计的主梁高度采用160cm其高跨比为1/20和1/25。箱梁顶、底、腹板的厚度箱梁顶板主要考虑桥面板手里需要，考虑受力要求外，还要考虑布置预应力钢束到的需要，拟定高度为30cm,腹板厚度考虑布置预应力钢束到的需要和抗剪 墙厚度的要求，定为30cm,底板拟定高度为30cm.腹板和顶板接处做成 0.15m 0.15m的承托，使箱壁剪力流能顺利传递，避免在转角处产生过大的应力 集中。2.3横

8、隔梁设置为方便施工，各主梁均不设跨中横隔梁，反设端横隔梁，各主梁之间的横向 联系依靠现浇湿接缝来完成。横截面布置图如下：2.4主梁全截面几何特征的计算表1截面几何特性计算表分块 名称分块面 积（亦）分块 形心 至上 缘的 距离（cm分块对 上缘的 静矩（鬲）自身惯 性矩1 i（ent）di=ys-yi(cm)对截面形 心惯矩（cm）i=i 1+12(cm4)顶板2400015:36000044.3卜三 角承托3300351155004125024.3腹板600080480000-20.7下三 角承 托225125281252812.5-65.7971210.25974022.75底板11700

9、145877500-85.745225102232622.8第3章结构内力计算3.1箱梁自重(一期恒载)由主梁构造，故一期恒载集度有：gi=4.5225 X 25=109.219KN/m3.2二期恒载二期恒载由护栏及桥面铺装构成。gi=2X 24 0.5 /2.5 = 9.6 KN/mg2= (0.06+0.14 ) /2 8 24+0.05 8 23= 28.4KN/mgi=gi+ g 2 =38 KN/m3.3恒载内力设X为计算截面至左支承中心的距离，令a =X/L,则箱梁的恒载内力计算见表3 1恒载内力计算表表3 1计算数据L= 31.40 m L2=2985.96 m项目giM=L2a

10、 (1- a )gi/2(KN/m)Vg= (1-2 a) L gi/2(KN)跨中四分点四分点支点a0.50.250.250a (1- a )/20.1250.0938(1-2 a)/20.250.5第一期恒载109.21913460.710100.9857.41714.7第二期恒载38.04683.313514.36298.3596.6计算数据L= 39.40m L 2=21552.36 m项目giM= a (1- a )L2 gi/2(KN/m)Vg= (1-2 a/ L gi/2(KN)跨中四分点四分点支点a0.50.250.250a (1- a )/20.1250.0938(1-2

11、a)/20.250.5第一期恒载109.21921193.415903.51075.82151.6第二期恒载38.07373.715533.23374.3748.63.4活载内力计算341冲击系数和车道折减系数车道荷载的冲击系数计算得：f=0.003,0.005.均小于 1.5HZ 取 0.05。双车道不考虑汽车荷载折减，所以车道折减系数E=1.03.4.2 计算活载内力10.5=7.875 KN/m 和集中荷公路二级车道荷载由均布荷载qk = 0.75载31.4 5 180Pk= 1800.75 214.2KN50 5Pk = 18039.4 518050 50.75 238.2KN两部分组

12、成，计算剪力效应时，集中荷载标准值 Pk应乘以1.2的系数，即 计算剪力时，4=1.2 当 L=31.4m 时，Pk= 1.2 214.2=257.04 KN L=39.4m 时，Pk= 1.2238.2= 285.84 KN由杠杆原理法计算出荷载横向分布系数mc =1.3053.4.2.1 计算跨中截面最大弯矩及最大剪力跨中弯矩Pk=257.04KN/285.84KN1/2l/2跨中剪力图3-11 21=1l123.2451,yl 7.85 9.85m14M1 (1)mc(qk 1 F)k y) 1.05 1 1.305 (7.875123.245214.2 7.85)3633.KN?Mm1

13、 (1 )qk1 Pky1) 1.05 1 1.305 (7.875 194.045 238.2 9.85)5308.9<N?M12=21l 12 23.925 4.925 , y 0.5m3.4.2.2计算四分点截面最大弯矩及最大剪力31/16四分点截面弯矩tP_!_JF ；*13/4四分点截面剪力图3-23=- l l 92.434 145.5343 2 16y34=1 3l 38.83 11.08 ,2 443l 5.8875 7.3875 m16y40.75m3.4.2.3计算支点截面最大剪力O三-一一-L-支点剪力图3-33.5内力组合计算表32内力组合表L=31.4m时，内力

14、组合表荷载类别跨中截面四分点截面支点截面MVMVVKN*mKNKN*mKNKN第一期何载13460.7010100.9857.41714.7第二期荷载4683.303514.4298.3596.6总何载18144.0013615.31155.72311.3车道何载3633.9218.53301.5413.3521.6恒+活21777.9218.516916.81569.02832.9Sj=1.2 恒+1.4活26860.3305.920960.51965.53503.8恒+0.7活20687.7153.015926.31445.02676.4提咼后的sj47548458.936886.8341

15、0.56180.2L=39.4m时，内力组合表荷载类别跨中截面四分点截面支点截面MVMVVKN*mKNKN*mKNKN第一期荷载21193.4015903.51075.82151.6第二期荷载7373.705533. 2374.3748.6总荷载28567.1021436.71450.12900.2车道何载5308.9249.04785.4413.3604.2恒+活33876.0249.026222.11863.43504.4Sj=1.2 恒+1.4活41713.0348.632413.62318.74326.1恒+0.7活32283.3174.324786.51739.43323.1提咼后的

16、sj73996.3522.957200.14182.17649.2经计算可知，两种不同的跨径受力，跨径大的箱梁需承受较大的力。 所以按大跨 径箱梁分析预应力钢束的布置是安全的。第4章预应力钢束的布置及估算4.1预应力梁应满足的强度要求1按跨中正截面抗裂性要求估算钢筋面积根据跨中正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量，为满足抗裂性要求，所需 的有效预应力为：式中：M s 短期效应弯矩组合设计值;Ms = MGi M G2 M Qs =33876.01 kN mA跨中截面全截面面积。由表有：A =4522500 mnn ；W全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩。由表有;2680.125 IO。=10143

17、7 X 10饰4522500ep 预应力钢筋合力作用点到毛截面重心轴的距离。设预应力钢筋截面重心距截面下缘为 aP=100mm则 eP= yb aP =1007 100=907mmftk 混凝土抗拉强度标准值；ftk =2.65MPa所以有效预应力合力为:NpeMsW(丄鸟A W0.7 ftk6 633876.01 10 /1014.837 100.7 2.65145225009071014.837 10=2.838 X 107 N预应力钢筋的张拉控制应力为con =0.75 fpk 0fpk为钢筋抗拉强度标准值。单根个钢绞线的公称面积con=0.75 X 1860=1395 MPa。预应力损

18、失按张拉预应力钢筋采用低松弛钢绞线1X 7标准型Ap| =139mm， fpk=1860 MPa,控制应力的20%古算，则可得需要预应力钢筋的面积为Npe2.838 1072Ap=(10.2) conp=25430.1mm20.8 1395根据估算结果，采用27束7 j15.2的预应力钢绞线；锚具采用夹片式群锚,提供的预应力钢筋截面积为 Ap =27X 7X139=26270mm，采用70金属波纹管道 成孔，预留孔道直径75mm4.2 预应力钢筋布置 1跨中截面预应力钢筋的布置后张法预应力混凝土受弯构件的预应力布置应符合公路桥规中的有关构造要求的规定。参照有关设计图纸并按公路桥规中的规定，对跨

19、中截面预应 力束的初步布置如图11:图11跨中截面钢束布置图（尺寸单位/cm）2锚固面刚束布置锚固面刚束布置如图12:图12锚固面钢束布置图（尺寸单位/cm）4.3其他截面刚束位置及倾角计算（1）刚束弯起形状、弯起角采用直线段中接圆弧段的方式弯起；为使预应力钢筋的预加力垂直作用于锚垫板，N12 N34 N56 N7 8 N910Nn 12 N1314 N1516 N17 的弯起角都为1°N1819的弯起角都为2°；N2021的弯起角为4°；N22 23心425心627的弯起角为 6.N 12N34N 56N 78 N9 10 N11 12N1314N1516N仃升

20、咼值为50mm N1819的升高值为100mm N20 21的升高值为200mm, N22 23的升高值 为300mm , N24 25 N26 27的升高值为400mm各钢束的弯起半径分别为RN1 =40000mm; RN2=35000mm; RN3 =35000mm; RN4=20000mm; RN5=20000mm 钢束各控制点位置的确定各号刚束计算及其弯起布置如图13:图13曲线预应力钢筋计算图（尺寸单位/cm）弯起半径分别为 40000mm,35000mm,35000mm,20000mm, 20000mm.计算过程：ld =c cot =50cot 1o =2864mmlb2=Rta

21、n =40000 tan - =349mm2 2b2lwld+lb.=2864+349=3213mmb2Xkd lw31400 106 3213=12765mm2lb1 =lb2 cos =349 cos 1o=349mm Xk+ %+lb2 =12593+349+349=13291mmld =c cot =100 cot 2o=2863mmlb2 =Rtan=45000 tan =611mm2 2b2lw = ld + lb, =2863+61 仁3474mmXklw =迴 89 34742=12315mmlb1=bcos=611cos 2o =611mmxk+ lb1 + lb2 =123

22、15+611+611=13537mmld =c cot=200cot 4o=2860mmlb2 =Rtan=35000 tan 4 =1222mm2 2b2lwldlb,=2860+1222=4082mmXkd lw31400 72 4082=11690mm2lb1 =lb2cos =1222 cos 4o=1219mmXk + lb1+lb2=11690+1219+1222=14131mmld =c cot=300 cot 6o =2854mm6°lb2=Rtan =20000 tan =1310mm2b2lw = ld + lb2=2854+1310=4164mmXkd lw31

23、400255 4164=11591mmlb1lb2cos=1310cos6o=1303mmXk + lq+lb2=11591+1310+1303=14203mmld=c cot =400 cot 6° =2846mmlb=Rtan 2=20000tan=1399mm2lw =ld+b =2846+1399=4245mm Xk 1 2 d lw =11510mmlb1=lb2cos=1399cos3140038 4245 =6o=1385mmXk + l +lb2 =11510+1399+1385=14294mm将各刚束的控制点汇总于下表7:表7各钢束弯曲控制要素表1当 L=31.4m

24、 时钢束号c(mm)(° )cosR(mm)sinl w(mm)d(mm)x k /2 d l w弯止 点距 跨中 距离1-234.5-6.7-8.9-10.11-12.5011.0400000.0173213106125931329118-1910021.0350000.035347489123151353720-2120041.0350000.070408272116901413122-2330060.995200000.105 1416455115911420324-25.26-2740060.995200000.1054245381151014294表7各钢束弯曲控制要素表2

25、当 L=39.4m 时钢束号c(mm)(° )cosR(mm)sinl w(mm)d(mm)Xk Y2 d lw弯止 点距 跨中 距离1-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.5011.0400000.0173213106165931729118-1910021.0350000.035347489163151753720-2120041.0350000.070408272156901713122-2330060.995200000.105 1416455155911820324-25.26-2740060.995200000.1054245381551018294（3）各

26、截面钢束位置及其倾角计算计算钢束上任一点i离梁底距离ai = a+ci及该点处钢束的倾角i，式中a为钢束弯起前其重心至梁底的距离，°为i点所在计算截面处钢束位置的升高值。计算时，首先应判断出i点所在的区段，然后计算&及i，即1）当（xi - xk） 0时，i点所在的区段还未弯起，ci =0,故ai=a=100mm点位于圆弧弯曲段，Ci及i按下列式计sin1丄上2）当 0XiXkLbiLb2时，i算，即：ciR. R2xixk 2和i3）当Xi XkLbi Lb2时，i点位于靠近锚固端的直线段,此时i 0, Ci按下式计算，即CiXi Xk Lb2 tan o各钢束和各钢束的各

27、个截面的ai及其倾角i计算值见下表8当 L=31.4m 时：计算截面钢束编号Xk(mrhLb1Lb2(mmXiXk(mrhi(°)Ci(mm)ai a ci(mm跨中截面Xi =01-234.5-6.7-8.9-10.11-12.12593698<00010018-19123151222<00025020-21116902441<00035022-23115912613<00045024-25115102784<00055026-27115102784<000650截面X 78501-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.1259369

28、8<00010018-19123151222<00025020-21116902441<00035022-23115912613<00045024-25115102784<00055026-27115102784<0006501-234.5-6.7-8.9-10.11-12.125936983107>698148.14148.14支点截面18-191231512223385>1222296.87196.8720-211169024414010>24414194.96294.96xi 1570022-231159126134109>26

29、136294.19394.1924-251151027844190>27846293.35393.3526-271151027844190>27846293.35393.35当 L=39.4m 时:计算截面钢束编号Xk(mrhLb1Lb2(mmXiXk(mrhi(o)c(mm)ai a ci(mr)跨中截面Xi =01-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.16593698<00010018-19163151222<00025020-21156902441<00035022-23155912613<00045024-25155102784<

30、00055026-27155102784<000650截面X 98501-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.16593698<00010018-19163151222<00025020-21156902441<00035022-23155912613<00045024-25155102784<00055026-27155102784<000650支点截面xi 197001-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.165936983107>698148.14148.1418-191631512223385>12222

31、96.87196.8720-211569024414010>24414194.96294.9622-231559126134109>26136294.19394.1924-251551027844190>27846293.35393.3526-271551027844190>27846293.35393.35第五章非预应力钢筋截面面积估算及布置5.1受力普通钢筋按极限承载力确定普通钢筋数量。在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋 根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。设预应力钢筋和非预应力钢筋的合 力点到截面底边的距离为a =120, h°=1600-120=

32、1480mm依据公路桥规（JTDD62）第423条，确定箱型截面翼缘板的有效宽度，对于中间梁的跨中截面:bmif bi计算跨径'39.4m；式中：bmi腹板两侧上、下各翼缘的有效宽度，i =1,2,3,，见公路 桥规（JTD D62）图 4.2.3-1 ;f简支梁的跨中截面翼缘有效宽度的计算系数，可按公路桥规(JTD D62)图 4.2.3-2 和表 4.2.3 确定；bi 腹板两侧上、下各翼缘的实际宽度，i =1,2,3,，见桥规（JTDD60)图 4.2.3-1 ;bm1 = fb1b1 =1650 =0.042<0.05bm1 =b1=1650mmli39400bm2 =

33、fb22050=0.05 < 0.05bm2 =b2 =2050mmli39400bm5= fbs匹=0.0076<0.05bm5=b5 =300mmli39400根据上述b±的比值，由公路桥规（JTD D62图423-2）查得f =1.0li所以 b'f =2(b+bmi+bm2) =2X(300+1650+2050 =8000mm b 为梁腹板宽度 先假定为第一类T形截面由公式：r°Mdfcdb；x(h。号)求解xr。为结构重要性系数，r°=1.0,查表得Md=41713MPa所以 1.0 X 41713X 10622.4 X 8000x

34、(1480- X )2解得：x=166.5mm<hf = 375mm ( hf为截面受压翼缘厚度)为第一类T形截面。则根据正截面承载力计算需要非预应力钢筋截面面积为：fcdbfx fpd Ap 22.4 8000 166.5 1260 26270A 匕 p<0fsd330所以不需要配非预应力筋。5.2箍筋设计检验是否需要根据计算配置箍筋跨中截面：(0.5 10 3)ftdbhg 0.5 103 1.83 600 1314.8 =721.83KN支座截面：(0.5 10 3)ftdbh00.5 10 31.83 600 1179.6=647.6KN因为 0Vd305.9KN 0.5

35、10 3 ftdbh00Vd,0 3503.8KN故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段按计算配置箍筋。图16计算剪力分配图(尺寸单位/cm)上图所示的剪力包络图中，支点处剪力计算值r°Vd,0，跨中处剪力计算值r°Vd/2。Vx r°Vd,x (0.5 103)ftdbh。721.83KN 的截面距跨中截面的距离 可由剪力包络图比例求得，为同时，根据公路桥规规定，在支座中心线附近h/2=800mm范围内箍筋的间距最大为100mm距支点中心线h/2处的计算剪力值V'按剪力包络图按比例得本设计中由混凝土和箍筋承担全部剪力计算值为V'。箍筋

36、采用直径为10mn的四肢箍筋，箍筋截面积Asv nAsv =4X 78.5=314mnnh。跨中截面：PAp As100 7- 100262703.33bhb600 1314.8支座截面：P100Ap A5 100262703.71bh0600 1179.6则，平均值分别为3.33 P -3.7123.52mm1314.8 1179.621247.2mm箍筋间距Sv为6iSv玄旧3(0.56 10)(20.6P) fcu,kAsvfsubh。(V)21 1.120.56 10 62 0.6 3.52.50 314 195 600 1247.224164.62=64mm确定箍筋间距的设计值还应考

37、虑公路桥规的构造要求。1取Sv=80mm寸，满足Sv =300 -h 800及400mm,也满足箍筋配筋svAsvbSv31480 300=0.65%0.18%满足要求所以，在支座中心向跨径长度方向的800mn范围内，设计箍筋间距Sv=100mm而后到跨中截面的箍筋间距为 80mm5.3水平纵向钢筋水平纵向钢筋的作用主要是在梁侧面发生混凝土裂缝后，可以减小混凝土的裂缝宽度。水平纵向钢筋为构造钢筋，此箱梁腹板跨中到距支点一倍梁高处配置 7对直径为12mm勺水平纵向钢筋，间距200mm5.4架立钢筋根据公路桥规的规定及截面尺寸选用直径为12mm的架立钢筋。5.5堵头板钢筋根据预制箱梁堵头板的行状及截面尺寸，横向采用7根直径12mm钢筋，间距20cm,纵向采用19根直径10mm钢筋间距15cm个别间距及钢筋长度依截面 尺寸而定。第六章持久状况截面承载能力极限状态计算（一）正截面承载能力计算取弯距最大的跨中截面进行正截面承载力的计