3×30m公路连续梁桥毕业设计桥宽12.5m

1、郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计） xxxx 届 xxxx 专业 xxxxxx 班级题 目 3×30m公路连续梁桥设计-桥宽12.5m 姓 名 xxx 学号 xxxxxxxx 指导教师 xxx 职称 xxx 2014年 5月15日内 容 提 要本设计采用简支转连续T梁结构总体的设计，需要理解桥梁体系的转换，采用桥迈达斯软件建立模型。设计主要内容有：恒载和活载计算，估算配筋面积，配置预应力钢束；计算细部结构的受力状况；划分各个施工阶段，对每个施工阶段进行结构安全的受力计算和分析；使用阶段进行结构永久荷载、活荷载、预应力和附加应力的计算和结构合理性的分析；承载能力极限状态和正常

2、使用极限状态的截面验算，作出包络图。关键词简支转连续；预应力连续T型梁；迈达斯 Abstract The design uses a simply supported beam structure continuous T overall design, the need to understand the conversion of the bridge system, using the bridge Midas software modeling. The design of the main contents are: dead load and live load

3、 calculations, estimates reinforcement area, configure the prestressing steel beam; calculate the stress state in detail the structure; divide each construction stage, the structural safety of the construction phase of each force calculation and analysis ; the use phase permanent structural loads, l

4、ive loads, prestressed and additional stress calculation and analysis of the reasonableness of the structure; bearing capacity limit state and serviceability limit state sectional checking to make envelope.Key wordssimply supported continuous ；prestressed T-beam ；MIDAS目

5、 录一 设计基础资料21、主要技术标准22、设计依据23、设计基本数据2二 设计内容21、 设计思路22、 主梁截面拟定及桥梁横断面组合23、 截面特性计算24、 汽车荷载横向分布计算2三 主梁截面内力计算21、内力组合系数22、作用界定与计算23、内力计算24、内力组合25、布置钢绞线：26、计算预应力损失。27、主梁截面强度及应力验算28、持久状况下构件的应力验算29、短暂状况下混凝土截面的应力验算2一 设计基础资料一、主要技术标准1、 荷载标准：公路-级；2、 跨径：3×30m。施工方法为简支转连续。3、 桥面宽度：单幅桥宽12.5m。4、 主梁高度：200cm。5、 结构重要

6、性系数：1.1。6、 设计安全等级：一级。7、 按照全预应力构件进行设计。8、 桥梁平面线行布置：直线。9、 桥梁竖曲线情况：桥梁处于平坡内。10、 桥面铺装：采用10cm C50混凝土+柔性防水涂层+10cm沥青混 凝土。 11、 环境年平均相对湿度：70%。二、设计依据1、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；2、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）3、公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；4、公路工程技术标准（JTGB01-2003）；5、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；6、其它有关规范及手册。三、设计基本数据

7、1、混凝土：主梁均采用C50混凝土，重力密度=26.0kN/，弹性模量EC=3.45×MPa。2、沥青混凝土：重力密度=24.0kN /。3、预应力钢筋：预应力筋采用15.20 高强度低松弛钢绞线、抗拉强度标准值MPa，弹性模量Ep=1.95×105 MPa，松驰率=0.035，松驰系数=0.3，采用金属波纹管，摩擦系数为0.25。4、普通钢筋：直径大于和等于12mm的用HRB335级热轧螺纹钢筋、直径小于12mm的均用R235级热轧光圆钢筋。5、锚具：锚具变形、钢筋回缩按6mm（一端）计算；金属波纹管摩阻系数=0.25，偏差系数k=0.0015。6、支座不均匀沉降：本次设

8、计不考虑。7、竖向梯度温度效应：按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）规定取值。二 设计内容1、 设计思路1、本设计计算报告采用桥梁结构计算分析软件MIDAS/CIVIL 2010进行分析计算，并考虑汽车荷载的横向分布。预制装配式T型梁结构桥梁，在分析计算时，采用梁格法计算较为精确，但工作量较大，由于考虑横向分布的单梁计算较为安全，估本次分析计算采用单梁模型分析计算。2、本设计为3跨预应力混凝土连续T型梁桥，采用先简支后连续施工方法，即主梁预制架梁，浇注墩顶现浇连续段及翼缘板、横隔板湿接缝，张拉中墩顶T梁负弯矩钢束形成连续体系浇筑桥面现浇层混凝土安装护栏，浇筑沥

9、青混凝土铺装、安装附属设施成桥，3、数值分析按照五个施工阶段进行分析：CS1为T梁预制简支阶段；CS2为T梁墩顶现浇段浇筑；CS3为负弯矩预应力束张拉；CS4为桥面铺装和栏杆等二期恒载施工；成桥阶段：成桥后考虑汽车活载、温度梯度的作用，考虑10年的混凝土收缩、徐变影响，按照规范要求进行组合验算。4、 预制T梁预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到混凝土强度设计等级的90%后，且混凝土龄期不小于7d，方可张拉。5、 预制梁内正弯矩钢束及墩顶连续段处的负弯矩钢束均采用两端同时张拉，锚下控制应力为0.75 fpk =1395MPa。6、 主梁按全预应力构件设计。2、 主梁截面拟定及桥梁横断面组合1、桥

10、梁标准横断面如下图。图1 桥梁标准横断面2、 桥梁主梁截面如下图：跨中截面（上）、支点截面（下）如下图：图2 桥梁主梁截面3、 截面特性计算 （中梁跨中处截面） （中梁支点处截面） （边梁跨中处截面） （边梁支点处截面） 图3 截面特性计算表1 截面几何特性计算结果汇总表截面位置截面积A（m2）截面惯性矩I(m4)中性轴至梁底距离（m）中梁跨中处0.78400.39211.240支点处1.23250.48721.170边梁跨中处0.7840.40691.270支点处1.2700.50581.1914、 汽车荷载横向分布计算1、 横向分布系数计算，支点处采用杠杆法计算，跨中采用刚接梁法计算。2、

11、 跨中横向分布系数计算（1）按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖标值， （2）绘出横向分布影响线，按最不利布载，并据此求出对应荷载点的影响线竖标图示如下：n=6,A=(1.052+3.152+5.252)×2=77.175n11=1/6+0.9952×5.252/77.175=0.5221n16=1/6-0.9952×5.252/77.175=-0.1888（3）计算荷载横向分布系数mcq三车道：计入横向折减系数为0.78。 mcq= 0.5×q=0.5 ×（0.524+0.402+0.313+0.191+0.102）×0.78 =0.

12、597 两车道：mcq= 0.5×q= 0.5×（0.524+0.402+0.313+0.191）=0.720所以1号梁横向分布系数取0.715。（4） 同理计算2号和3号主梁跨中横向分布系数，详见如下：图4 主梁跨中横向分布系数表2 主梁跨中荷载横向分布系数项目主梁编号123跨中荷载横向分布系数mcq两车道0.7150.430.349三车道0.5970.3830.3363、 支点处荷载横向分布系数按照杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线，并按最不利进行布载，1号梁可变作用下横向分布系数可计算如下：mcq=0.5×(1.0839 + 0.3175) = 0.7007同

13、理可以计算2、3号主梁荷载横向分布系数，详见如下：表3 主梁支点处荷载横向分布系数项目主梁编号123支点处荷载横向分布系数mcq0.70070.5850.5624、荷载横向分布系数取值根据荷载横向分布系数计算可知，三跨连续梁的1号梁荷载横向分布系数大于其它梁位的相应值。为简化连续梁的汽车效应内力计算，偏安全地全桥统一取用1号主梁荷载横向分布系数，采用中梁截面进行受力分析。三、主梁截面内力计算 1、内力组合系数（1） 按承载能力极限状态设计根据通规4.1.6中规定，各作用的分项系数取值如下：结构重要性系数取= 1.1；恒载作用效应的分项系数取G1 =1.2 （对结构承载力不利），或 G1=1.0

14、 （对结构承载力有利）；汽车荷载效应的分项系数取Q1=1.4 ；温度作用效应的分项系数取Q2=1.4 ；其它可变作用效应的组合系数c= 0.8 。(2)按正常使用极限状态组合状态设计1）短期效应组合汽车荷载（不计冲击）效应的频遇值系数取11=0.7 ；温度作用效应的频遇值系数取12=0.8 。2）长期效应组合汽车荷载（不计冲击）效应的频遇值系数取21=0.4 ；温度作用效应的频遇值系数取22=0.8 。2、作用界定与计算二期铺装：q=(2.1×0.1)×26+(2.1×0.1)×24=10.5kN/m;温度荷载：整体升温200C，整体降温200C；截面正

15、温差梯度T1=140C,T2=5.50C,截面负温差梯度在正温差梯度上乘以-0.5。3、内力计算 （1）反力计算图5 CS1简支阶段反力图6 运营成桥阶段活载反力图7 运营成桥阶段承载能力极限状态荷载组合下反力 （2）荷载内力计算：图8 CS1简支阶段内力同样可以查到其他阶段的内力：本设计主要控制两个重要阶段处的内力状态，现分别把两个状态下，恒荷载和活荷载内力计算如下：表4 内力及最不利内力组合项目最大弯矩（kN.m）最大剪力 （kN）简支状态恒载2089314.7连续成桥状态活载2541.5518.2恒载2812.8（-1215.1负弯矩处）533.64、内力组合图9 弯矩内力组合图10 剪

16、力内力组合5、布置钢绞线 根据内力最不利组合，参考其他资料上图纸，现估及钢绞线根数及布置如下图，详见大图。图11 钢绞线布置估算主梁布置3束15-11钢绞线以抵抗主梁正弯矩，估算墩顶处设置4束15-5钢绞线以抵抗墩顶负弯矩。 图12 主梁及墩顶处钢绞线布置6、计算预应力损失 由midas/Civil程序中可直接查询出各个钢绞线的预应力损失量：现整理如下：表5 边跨正弯矩处N1钢绞线预应力损失单元位置应力(考虑瞬间损失) : A(N/mm2)弹性边形损失: B(N/mm2)比值(A+B)/A徐变/收缩损失(N/mm2)松弛损失(N/mm2)应力(考虑所有损失)/应力(考虑瞬间损失)端部有效钢束数

17、钢束组T1阶段CS41I00000001J1176.9470.90071.0008-22.4514-24.37660.96112I1176.9470.90191.0008-22.4504-24.37660.96112J1185.53010.89851.0008-23.3599-25.40780.959613I1185.53010.9431.0008-25.6625-25.40780.957713J1201.99252.55951.0021-35.1117-27.42020.950114I1201.99252.55251.0021-35.0879-27.42020.950114J1220.935

18、36.85931.0056-53.0217-29.79210.937815I1220.93537.2221.0059-58.3296-29.79210.933715J1255.301111.62331.0093-69.4067-34.24880.926716I1255.301111.6231.0093-69.4072-34.24880.926716J1278.36713.28611.0104-71.7871-37.35120.92517I1278.36713.2861.0104-71.7873-37.35120.92517J1268.546114.0431.0111-72.0383-36.01

19、930.925918I1268.546114.0431.0111-72.0384-36.01930.925918J1246.307213.71871.011-70.2261-33.06330.928119I1246.307213.71871.011-70.2262-33.06330.928119J1227.871512.49581.0102-67.2311-30.67560.9304110I1227.871512.49591.0102-67.2312-30.67560.9304110J1246.917611.30711.0091-66.449-33.14330.9292111I1246.917

20、611.30731.0091-66.4492-33.14330.9292111J1268.789.43211.0074-64.7864-36.05090.928112I1268.789.43231.0074-64.7866-36.05090.928112J1278.187.01391.0055-61.909-37.32570.9278113I1278.187.01821.0055-61.9114-37.32570.9279113J1255.10945.2411.0042-65.468-34.22340.9247114I1255.10945.23911.0042-65.4667-34.22340

21、.9247114J1220.73631.88111.0015-58.4332-29.76680.9293115I1220.73631.52311.0012-53.0655-29.76680.9334115J1201.78961.07181.0009-43.3459-27.39510.942116I1201.78961.08291.0009-43.3781-27.39510.942116J1185.32393.62371.0031-43.3617-25.38280.9451117I1185.32393.51231.003-40.0739-25.38280.9477117J1176.7395.83

22、091.005-44.8443-24.35170.9462118I1176.7395.83071.005-44.8404-24.35170.9462118J1174.21816.62511.0056-46.3255-24.05130.94571其余8根钢绞线与此同理，不一一整理，在随后极限承载能力计算时一并考虑。表6 负弯矩处N4钢绞线预应力损失单元位置应力(考虑瞬间损失) : A(N/mm2)弹性边形损失: B(N/mm2)比值(A+B)/A徐变/收缩损失(N/mm2)松弛损失(N/mm2)应力(考虑所有损失)/应力(考虑瞬间损失)端部有效钢束数钢束组T4-1阶段CS413I00000001

23、3J1107.55594.35761.0039-61.2582-16.4940.9337114I1107.55594.35571.0039-61.2572-16.4940.9337114J1184.28359.22281.0078-70.9153-25.2570.9266115I1184.28358.98871.0076-64.8093-25.2570.9315115J1199.777212.04851.01-69.0965-27.1470.9298116I1199.777212.05691.01-69.1002-27.1470.9298116J1215.087914.43361.0119-6

24、9.6888-29.0540.9306117I1215.087914.25431.0117-64.8871-29.0540.9344117J1222.927516.15121.0132-68.3001-30.0450.9328118I1222.927516.1511.0132-68.2964-30.0450.9328118J1225.362316.7351.0137-68.9047-30.3550.9327119I1225.362315.81131.0129-65.9383-30.3550.9343119J1228.294616.37931.0133-65.0796-30.730.935312

25、0I1228.294616.35791.0133-64.971-30.730.9354120J1225.362315.9431.013-66.0836-30.3550.9343121I1225.362316.86521.0138-69.0271-30.3550.9327121J1222.927516.40681.0134-68.5996-30.0450.9328122I1222.927516.4071.0134-68.6032-30.0450.9328122J1215.08814.91311.0123-65.771-29.0540.9342123I1215.08815.09791.0124-7

26、0.6327-29.0540.9304123J1199.777213.59081.0113-71.3485-27.1470.9292124I1199.777213.58451.0113-71.3488-27.1470.9292124J1184.283511.49511.0097-68.4728-25.2570.9306125I1184.283511.73791.0099-74.8301-25.2570.9254125J1107.55597.0131.0063-65.4975-16.4940.9323126I1107.55597.01371.0063-65.4963-16.4940.932312

27、6J0000000与正弯矩处钢绞线损失原理一样，同理，其余7根负弯矩处钢绞线损失在之后计算承载能力时，统一考虑。7、主梁截面强度及应力验算预应力混凝土受弯构件截面强度的验算内容包括两大类：正截面强度验算和斜截面强度验算。（1） 使用阶段正截面抗弯验算。其验算原则基本上与普通钢筋混凝土受弯构件相同。根据公预规5.1.5条，桥梁构件的承载能力极限状态计算。根据右侧公式， 计算结果如下，及其与抗力包络图如下。表7 使用阶段正截面抗弯验算单元位置最大/最小组合名称类型验算rMu(kN*m)Mn(kN*m)边跨支点I2最大cLCB6FX-MAXOK-10.06294137.5817边跨支点I2最小cLC

28、B6FX-MINOK-266.07714137.5817边跨1/4I6最大cLCB6FX-MAXOK6634.583610550.7212边跨1/4I6最小cLCB6FX-MINOK3003.414510550.7212边跨跨中I11最大cLCB6FX-MAXOK8382.406111093.8333边跨跨中I11最小cLCB6FX-MINOK3733.791711093.8333边跨3/4I16最大cLCB6FX-MAXOK3333.92347822.8031边跨3/4I16最小cLCB6FX-MINOK513.08347822.8031边跨右支点I20最大cLCB6FX-MAXOK1091

29、.74383445.5098边跨右支点I20最小cLCB6FX-MINOK-2466.03947303.3809中跨1/4I25最大cLCB6FX-MAXOK4668.28218292.2489中跨1/4I25最小cLCB6FX-MINOK1449.0048292.2489中跨跨中I30最大cLCB6FX-MAXOK8405.37811109.519中跨跨中I30最小cLCB6FX-MINOK4003.504511109.519图13 抗力包络图由图可看出，满足规范要求。（2） 使用阶段斜截面抗剪验算。 原理与正截面抗弯类似，与钢筋混凝土原理一致，在此不再赘述。表8 使用阶段斜截面抗剪验算单元

30、位置最大/最小组合名称类型验算rVd(kN)Vn(kN)截面验算剪力验算边跨支点I2最大cLCB6FX-MAXOK-592.01878958.1476OK 跳过边跨支点I2最小cLCB6FX-MINOK-1375.60658958.1476OK 验算边跨1/4I6最大cLCB6FX-MAXOK-127.27637339.0224OK 跳过边跨1/4I6最小cLCB6FX-MINOK-789.27377339.0224OK 验算边跨跨中I11最大cLCB6FX-MAXOK485.31537529.8491OK 验算边跨跨中I11最小cLCB6FX-MINOK-172.8467529.8491OK

31、 跳过边跨3/4I16最大cLCB6FX-MAXOK1161.95658690.7456OK 验算边跨3/4I16最小cLCB6FX-MINOK408.07628690.7456OK 跳过边跨右支点I20最大cLCB6FX-MAXOK-557.56588810.0429OK 跳过边跨右支点I20最小cLCB6FX-MINOK-1445.387311080.1748OK 验算中跨1/4I25最大cLCB6FX-MAXOK-284.47837109.6776OK 跳过中跨1/4I25最小cLCB6FX-MINOK-1035.49677109.6776OK 验算中跨跨中I30最大cLCB6FX-MA

32、XOK347.37597517.0211OK 跳过中跨跨中I30最小cLCB6FX-MINOK-345.72587517.0211OK 跳过图14 抗力包络图由上图可以看出，抗剪设计满足规范要求。8、持久状况下构件的应力验算（1） 、正截面混凝土压应力验算 根据公预规7.1.5规定，使用阶段正截面应力应符合下列要求： 式中：-由作用标准值产生的混凝土的法向压应力，按下式计算： -由预应力产生的法向应力，按下式计算： 根据上述公式原理，计算各个截面压应力如下 ：表9 使用阶段正截面压应力验算位置验算Sig_T(N/mm2)Sig_B(N/mm2)Sig_TL(N/mm2)Sig_BL(N/mm2

33、)Sig_TR(N/mm2)Sig_BR(N/mm2)Sig_MAX(N/mm2)Sig_ALW(N/mm2)边跨支点OK1.0913.6511.3473.7260.8353.5763.72616.2边跨1/4OK5.5963-0.25.156-0.336.036-0.086.03616.2边跨跨中OK7.5002-3.567.791-3.487.21-3.657.79116.2边跨3/4OK7.9655-0.868.245-0.787.686-0.948.24516.2边跨右支点OK5.1953-3.695.423-3.624.968-3.765.42316.2中跨1/4OK9.6267-0

34、.888.83-1.1210.42-0.6510.4216.2中跨跨中OK8.0655-4.498.327-4.427.804-4.578.32716.2根据表格选出最不利的压应力包络图如下：图15 最不利的压应力包络图由最不利压应力包络图可以看出，压应力满足规范要求。（2） 预应力筋拉应力验算 对于钢绞线、钢丝，未开裂构件：式中：-受拉区预应力钢筋扣除全部预应力损失后的有效预应力； -由于结构自重、汽车、温差产生的应力； -预应力钢筋抗拉强度标准值，取1860MPa， 式中：-按作用标准值组合计算的弯矩值；根据公预规7.1.5规定，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋的拉应力应符合上述要求

35、：根据公式计算结果如下：表10 受拉区钢筋的拉应力验算钢束验算Sig_DL(N/mm2)Sig_LL(N/mm2)Sig_ADL(N/mm2)Sig_ALL(N/mm2)T1OK1174.21811196.093313951209T10OK1127.42111159.335813951209T11OK1081.64721144.255613951209T2OK1127.66121157.872713951209T3OK1082.54911142.617513951209T4-1OK1101.22941157.06113951209T4-1-复制OK1101.22941157.912139512

36、09T4-1-复制-复制OK1101.22941159.129813951209T4-1-复制-复制-复制OK1101.22941160.032313951209T5OK1174.21211198.091313951209T6OK1127.42111162.050613951209T7OK1080.53241146.897313951209T8-1OK1101.22941157.20413951209T8-1-复制OK1180.5391182.714313951209T8-1-复制-复制OK1101.22941159.320413951209T8-1-复制-复制-复制OK1101.229411

37、60.27413951209T9OK1174.21831195.858713951209有上述表格可以看出，预应力钢筋拉应力均在规范允许范围之内，满足规范要求。（3） 使用阶段混凝土斜截面主压应力验算根据公预规7.1.6规定，预应力混凝土受弯构件由作用标准值和预加力产生的混凝土主压应力组成，应按下式计算； 式中参数含义详见公预规说明。 根据公预规7.1.6规定，斜截面混凝土主压应力应符合下列要求: 计算混凝土主拉应力时应选择跨径中最不利截面，对该截面的重心处和宽度急剧改变处进行验算，根据分析可以看出结果符合规范要求，详见有限元分析。表11 使用阶段斜截面主压应力验算单元验算Sig_P1(N/m

38、m2)Sig_P2(N/mm2)Sig_P3(N/mm2)Sig_P4(N/mm2)Sig_P5(N/mm2)Sig_P6(N/mm2)边跨支点OK1.3470.8353.57583.72641.57891.4375边跨1/4OK6.36047.11342.73072.6066.34585.9156边跨跨中OK7.79067.2098006.18196.1143边跨3/4OK8.24487.686200.00016.936.8162边跨右支点OK5.42264.968004.21064.0727中跨1/4OK9.290910.8171.76821.58328.62838.9726中跨跨中OK8.32737.80430.00040.00046.53726.4837单元验算Sig_P7(N/mm2)Sig_P8(N/mm2)Sig_P9(N/mm2)Sig_P10(N/mm2)Sig_MAX(N/mm2)Sig_AP(N/mm2)边跨支点OK2.34362.23.239