毕业设计77536

1、预应力混凝土简支T型梁桥设计一、大桥总体方案构思（1）造价要求。所选桥型力求技术先进, 结构独特有别于附近已建桥梁, 同时满足工程数量省、造价低、投资少、经济合理的原则。 （2）施工要求。所选桥型应满足有成熟施工经验、所需施工设备少、工艺简单的要求, 以减小施工难度、加快施工进度、节省投资金额、保证施工质量。（3）景观要求。桥梁作为一种功能性的结构物，同时也是一种美学的艺术。所以在满足桥梁实用功能和桥下通航要求的前提下，力求桥梁造型美观，使大桥与周围环境相协调。并应最大限度地减少施工对河水及周围环境的污染。方案一：预应力混凝土T型简支梁桥该方案采用跨径为25m预应力混凝土简支T梁桥，桥面净宽为

2、11.5米。桥面没有2%的单向横坡，由桥面铺装三角垫层来实现，桥墩采用直径为1.2米的双柱式圆形墩，基础采用直径为1.2米的双排桩，预应力混凝土简支梁桥的特点： 1.简支梁桥属于单孔静定结构，它受力明确，结构简单，施工方便，结构内力系受外力影响，能适应在地质较差的桥位上建桥。 2.在多孔简支梁桥中，由于各跨经结构尺寸同意，其结构尺寸易于设计成系列化，标准化。有利于组织大规模的工厂预制生产并用现代化起重设备，进行安装，简化施工管理工作，降低施工费用。 3.装配式的施工方法可以节省大量模板，并且上下部结构可用时施工，显著加快建桥速度缩短工期。 4.在简支梁桥中，因相邻各单独受力，桥墩上常设置相邻简

3、支梁的支座，相应可以增加墩的宽度。方案二：预应力混凝土空心板桥本方案采用预应力混凝土空心板桥作为桥型设计方案，该方案有三方面的优点：建筑高度小，适用于桥下净空受限的桥梁，与其它类型的桥梁相比，可以降低桥头引道路堤高度和缩短引道长度。外形简单，制作方便，即便采用土模技术，又便采用工业化大规模成批量生产。做成装配式桥板的预制构件时，自重不大，建设方便。该方案中预应力混凝土空心板桥的标准跨径是20m，板厚是85cm，板用C50混凝土，采用后张法施工，桥面设双向横坡为1.5 。由三角垫层实现。预应力混凝土板桥的主要的缺点是：预应力混凝土板桥跨径一般不宜过大，以不超过30m为宜，跨径超过一定限制时，截面

4、便要显著加高，从而导致自重增大，截面材料使用不经济，所以建筑高度小的优点也被抵消，板桥适用于建筑小跨径桥梁。方案三：钢筋混凝土拱桥该方案采用上承式肋拱桥，在竖向荷载作用下，拱的两端不仅有竖向反力。由于水平力的作用，功德弯矩大大减小。如在均布荷载q的作用下，简支梁的跨中弯矩为82ql，全梁的弯矩图呈抛物线，而拱的轴线为抛物线形的三角拱的任何截面上弯矩均为零，拱只受轴向压力。设计合理的拱轴，主要承受压力，弯矩，剪力均较小，故拱的跨越能力比梁的跨越能力大得多。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，混凝土来建筑，由墩台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地

5、基必须承受拱端很强大的推力，因而修建推力拱桥要求有良好地基。综上三种方案，方案一的预应力混凝土T型简支梁桥在垂直荷载作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平剪力，并且预应力混凝土T型简支梁桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日趋完善和成熟，并适用于中小跨径桥梁。方案二的预应力混凝土的空心板桥，算然外形简单，制作方便，做成装配式板桥在预制构件时，自重不大，建设方便，但当跨径较大时，截面尺寸便要显著加高，导致自重较大，截面材料使用不经济，不适合本设计要求。方案三的钢筋混凝土拱桥虽然手里简单，造价较低，但是对墩台和地基的承载力较高，对于本设计所给的地质条件，不适合修建拱桥。所以本设计采用预应力

6、混凝土T型简支梁桥作为设计方案。二、 设计资料 1.桥梁跨径：十二跨全长300m； 单跨：标准跨径25m，主梁全长24.96m，计算跨径24m； 2.设计荷载：城市A级人群作用，人群荷载根据CJJ77-98城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）取用； 3.桥面宽度：双幅总宽度24m，双幅中间留1m间隙。单幅净空：9.25+1.75m（人行道）+2×0.25m（栏杆）； 4.桥面纵坡：1.5 %； 5.桥面横坡：2.0%。三、桥梁设计说明及上部构造布置 3.1 基本资料 1.标准跨径：25m（墩中心距）； 2.计算跨径：24.00m； 3.主梁全长：24.96m； 4.桥面宽度：单幅

7、净9.25+1.75m人行道+2×0.25m栏杆；5.地震荷载：地震烈度为7度； 6.桥面纵坡：1.5 %； 7.桥面横坡：2.0%。 8.设计采用规范 (1)交通部颁公路工程技术标准(JTG B012003)，简称标准； (2)交通部颁城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)，简称城标； (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(JTG D622004)，简称公预规； (4)交通部颁公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ0242007），简称公桥基规。 3.2 技术指标 1.荷载：城市A级人群作用，人群荷载根据城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)第4.1.9条取用，人

8、群荷载为5.0kN/m2。 2.单幅11.5m桥宽采用五片梁，预制梁高1.8m，标准桥宽梁间距均为2.3m，横桥向梁间现浇湿接缝宽度均为0.7m。 3.3 主要材料 1.桥梁预制、现浇湿接缝和桥面铺装混凝土均采用C50，封锚混凝土也采用C50。桥面铺装采用C50，下部结构采用C30，水下混凝土采用C25。 2.预应力采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD622004)中的2.15sf(截面面积为1.4cm2) 钢绞线，每束6根，全梁配4束， fpk1860MPa (锚下张拉控制应力为0.75 fpk1395Mpa)。最大松弛率为2.5；预应力束管道采用内径70mm、外径77mm

9、的预埋波纹管和夹片锚具。 3.普通钢筋：直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm 的均用R235钢筋。 4.水泥：符合国家有关最新标准的硅酸盐水泥，普通水泥几矿渣水泥。 5.桥面铺装：采用8cm防水混凝土，10cm沥青混凝土路面。 6.栏杆：人行栏重力作用1.52kN/m。3.4 截面设计 3.4.1 主梁间距与主梁片段 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r很有效，放在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本设计主梁翼板宽度为2300mm，由于宽度较大，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，因此主梁的工作截面有两种：

10、预施应力、运输、吊装阶段的小截面（mm1600=ib）和运营阶段的大截面（mm2300=ib）。净9.25+1.75+2×0.25的桥宽采用五片主梁。3.4.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定图3.1 预应力混凝土T梁结构尺寸图（尺寸单位：mm）（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，标准设计中高跨比在1/181/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。本设计取用1800mm的主梁高度是比较合适的。（2）主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面

11、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。本设计预制T梁的翼板厚度取用150mm，翼板根部加厚到300mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。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制孔管的构造决定，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。本设计腹板厚度取200mm。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。本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按二层布置，一层最多排两束，同时还根据公预规对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为500mm，高度为250mm，马蹄与腹

12、板交接处作三角过渡，高度为100mm，以减少局部应力。按照以上拟定的外形尺寸，绘出预制梁的跨中及支点截面图，如下图。图3.2 T形梁跨中截面尺寸图（单位：mm） 图3.3 T形梁梁端截面尺寸图（单位：mm） （3）计算截面几何特征将主梁跨中截面划分为五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表3.1。表3.1 跨中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（）分块面积对上缘净距（）分块面积的自身惯距（）（）分块面积对截面形心的惯距（）（）（1）(2)（3）=（1）×（2）（4）（5）（7）=（4）+（6）大毛截面翼板34507.52587564687.550.889

13、032088967896三角承托7502015000937538.311001681109543腹板280077.52170004573333-19.210321925605525下三角150157.6722750.5833-93.3713076941308527马蹄1250167.520937.565104-109.2149058001497090840049000131962066小毛截面翼板24007.5180004500058.181014648146464三角承托7502015000937545.615595201568895腹板280077.52170004573333-11.93

14、965084969841下三角150151.67222750.5833-86.0711112071112040马蹄1250167.520937565104-101.91297951313044617735048212628841857大毛截面形心至上翼缘距离58.3小毛截面形心至上翼缘距离65.6（4）检验截面效率指标上核心距：=31.27cm下核心距：=65.27cm截面效率指标：=0.540.5根据设计经验，预应力混凝土T形梁在设计时，检验截面效率指标取=0.450.55，且较大者亦较经济。上述计算表明，初拟的主梁跨中截面是合理的。 （5）横隔梁的设置本设计在桥跨中点和四分点、支点处设置五

15、道横隔梁，间距为6.0m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度250mm；中横隔梁高度为1550mm，厚度为170mm。4.1 永久作用效应计算4.1.1 永久作用集度1. 预制梁自重(1)跨中截面段主梁的自重（跨中至四等分点，长6.0m）：q(1)=0. 735×26×6.0=114.66(kN)(2)马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重近似计算（长4m）：主梁端部截面面积为A=1.065m2q(2)1/2×(1.065+0. 735)×26×4=93.6 (kN)(3)支点段梁的自重（长2.0m）q(3)= 1.065×26×2.0=

16、55.38 (kN)(4)跨中和四分点截面横隔梁自重中梁：(180-15-25) ×(160-20)-50×15-10×15 ×17×10-6×26=8.265kN边梁：8.265×0.5=4.133kN(5)支点截面横隔梁自重中梁：(180-15) ×(160-50) 10.5×35 ×25×10-6×26=11.56kN边梁：11.56×0.5=5.78kN故半跨内主梁和横梁的重力为：中梁：q(4) =114.66+93.6+55.38+8.265×1

17、.5+11.56=287.6（kN）边梁：q(4) =114.66+93.6+55.38+4.133×1.5+5.78=275.62（kN）(6)预制梁永久作用集度：中梁：g1=287.6/12.48=23.04(kN/m)边梁：g1=275.62/12.48=22.08 (kN/m)2. 二期永久作用(1)翼缘板中间湿接缝集度q(5)=0.7×0.15×26=2.73(kN/m)(2)现浇部分横隔梁跨中横隔梁的体积：中梁：0.7×(180-15-25)×10-2×0.17=0.167m3边梁：0.167×0.5=0.083

18、 m3支点处横隔梁的体积：中梁：0.7×1.65×0.25=0.289m3边梁：0.289×0.5=0.144 m3故横隔梁的集度：中梁：q(6)=( 0.167×3 +2×0.289)×29/24.96=1.12(kN/m)边梁：q(6)=1.12×0.5=0.56 (kN/m)(3)桥面铺装层8cm防水混凝土，10cm沥青混凝土路面平均集度为：0.18×9.5×26=44.46kN/m。将桥面铺装重量均分给五片主梁，则q(7)= 44.46/5=8.892（kN/m）(4)人行栏与人行道单侧防撞栏荷载

19、为6.51kN/m，单侧人行道荷载为3.71kN/m，将两侧人行栏与人行道均分给五片主梁，则q(8)= (6.51+3.71)/5=2.044（kN/m）(5)边中梁二期永久作用集度中梁：g2=2.73+1.12+8.892+2.044=14.79(kN/m)边梁：g2=2.73+0.56+8.892+2.044=14.23 (kN/m)4.1.2 永久作用效应如下图所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令=x/l。主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：M=(1-) l2g/2，Q=(1-2) lg/2图4.1 永久作用效应计算图永久效应计算见表4.1表4.1 边梁（中梁）永久作用效应作用效应跨中(

20、=0.5)四分点(=0.25)支点(=0)边梁中梁边梁中梁边梁中梁一期弯矩(KN·m)1589.761658.881192.321244.1600剪力(KN)00132.48138.24264.96276.48二期弯矩(KN·m)1024.561064.88768.42798.6600剪力(KN)0085.3888.74170.76177.48弯矩(KN·m)2614.322723.761960.742042.8200剪力(KN)00217.86226.98435.72453.964.2 可变作用效应计算4.2.1 冲击系数和车道折减系数按城标4.1.7.4条规定

21、，车道冲击系数可采用下列公式估算：=0.19其中，l为跨径，本例l=25m。当车道大于两车道时，应进行车道折减，但折减后不得小于两车道布载的计算结果。本设计按两车道布载进行计算，取最不利情况进行设计。4.2.2 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：由于承重结构的宽跨比为：<0.5，故可用修正的刚性横梁法来绘制影响线和计算荷载横向分布系数。（1）计算主梁的抗扭惯性矩对于T形梁截面，抗扭惯距可近似按下式计算： 式中： bi ,ti 相应为单个矩形截面的宽度和高度； ci 矩形截面抗扭刚度系数,根据ti /bi比值按表计算； m 梁截面划分成单个矩形截面的个数。对于跨中截面，

22、翼缘板的换算平均厚度：t1=18.3(cm)表4.2 IT 计算表马蹄部分的换算平均厚度：t3= 28(cm)图4.2 抗扭惯矩计算图式（尺寸单位：mm）块名称bi(cm)ti(cm)bi/ti ci翼缘板23018.312.5681/34.6985腹板121.55206.6850.28813.0815马蹄4631.51.7860.21032.308310.0883（2）计算抗扭修正系数对于本设计主梁的间距相同，并将主梁近似看成等截面，则得：式中：G=0.4E,l=24.00m,=5×0.0100883=0.0514415, 0.31962066带入计算得：=0.946（3）按修正的

23、刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值n=5=2×（4.62+2.32）=52.9(m2)由于桥梁半幅横断面结构对称，所以只需计算1号至3号梁的横向分布影响线即可。表4.3 计算表梁号10.57840.38920.20.0108-0.178420.38920.29460.20.10540.010830.20.20.20.20.24）计算荷载横向分布系数可变作用（城市A级）对于号梁，其横向影响线和最不利布载图示如图4.3所示。 三车道：mcq =（0.4591+0.3111+0.2041+0.0560-0.0509-0.1990）×0.78=0.3044 两车道：mcq =（0.4

24、591+0.3111+0.2041+0.0560）=0.5152 故取可变作用（汽车）的横向分布系数为：mcq =0.5152 可变作用（人群）：mcr=0.5479对于号梁，其横向影响线和最不利布载图示如图4.3所示。 三车道：mcq =（0.3257+0.2555+0.2021+0.1280-0.0746-0.0005）×0.78=0.3847 两车道：mcq =（0.3257+0.2555+0.2021+0.1280）=0.4557 故取可变作用（汽车）的横向分布系数为：mcq =0.4557 可变作用（人群）：mcr=0.3902对于号梁，其横向影响线和最不利布载图示如图4.

25、3所示。 三车道：mcq =（0.2×6）×0.78=0.468 两车道：mcq =（0.2×4）=0.4 故取可变作用（汽车）的横向分布系数为：mcq =0.468 可变作用（人群）：mcr=0.2 图4.3 跨中的横向分布系数计算图式（尺寸单位：mm）2.支点截面的荷载横向分布系数计算杠杆原理法可变作用（城市A级）根据杠杆原理法绘制各梁横向影响线和最不利布载图示如图4.4所示。图4.4 支点的横向分布系数计算图式（尺寸单位：mm）对于号梁：可变作用（汽车） moq=×0.37=0.185可变作用（人群） mor=1.01对于号梁：可变作用（汽车） m

26、oq=×（0.63+0.59）=0.61可变作用（人群） mor=0对于号梁：可变作用（汽车） moq=×（0.22+1+0.43）=0.825可变作用（人群） mor=03.横向分布系数汇总表4.4 主梁可变作用横向分布系数 梁号 类型跨中支点汽车人群汽车人群1(5)0.51520.54790.1851.012(4)0.45570.39020.61030.4680.20.82504.2.3 车道荷载的取值根据城标4.1.4.2条，城市A级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值分别为计算弯矩时：车道荷载的均布荷载标准值 所加集中荷载=300kN 计算剪力时：车道荷载的均布

27、荷载标准值 所加集中荷载=300×1.25=375kN4.2.4 计算可变作用效应在可变作用效应计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下处理：支点处横向分布系数取，从支点至第一根横梁段，横向分布系数从直线过渡到，其余梁段均取，本设计在计算跨中截面、四分点截面和支点截面时，均考虑了荷载横向分布系数沿桥梁跨径方向的变化。1. 计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力：计算跨中截面最大弯矩和最大剪力采用直线加载求可变作用效应，如下图所示，可变效应计算公式为：式中 所求截面汽车（人群）标准荷载的弯矩或剪力； 车道均布荷载标准值； 车道集中荷载标准值； 影响线上同号区段的面积； y影响线上最大坐标值

28、。图4.5(a) 跨中截面号梁可变作用效应计算图式图4.5(b) 跨中截面号梁可变作用效应计算图式图4.5(c) 跨中截面号梁可变作用效应计算图式对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 2. 计算四分点截面的最大弯矩和最大剪力：四分点截面可变作用效应的计算式见下图。图4.6(a) 四分点截面号梁可变作用效应计算图式 图4.6(b) 四分点截面号梁可变作用效应计算图式图4.6(c) 四分点截面

29、号梁可变作用效应计算图式对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 3. 计算支点截面的最大剪力：支点截面可变作用效应的计算图式见下图。图4.7(a) 支点截面号梁可变作用效应计算图式图4.7(b) 支点截面号梁可变作用效应计算图式图4.7(c) 支点截面号梁可变作用效应计算图式对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可

30、变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 对于号梁：可变作用（汽车）标准效应可变作用（汽车）冲击效应 可变作用（人群）效应 4.3 主梁作用效应组合本设计按城标3.2条规定，根据可能同时出现的作用效应选择了三种最不利效应组合：短期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，见表4.5、4.6、4.7。表4.5 1号梁作用效应组合 序号荷载类别跨中截面四分点截面支点MmaxVmaxMmaxVmaxVmax(kN·m)(kN)(kN·m)(kN)(kN)（1）第一期永久作用1589.760.00 1192.32132.48264.96（2）第二期永久作用1024.56

31、0.00 768.4285.38170.76（3）总永久作用=（1）+（2）2614.320.00 1960.74217.86435.72（4）可变作用（汽车）城市A级1278.49118.96953.92195.83222.78（5）可变作用（汽车）冲击242.9122.60 181.2437.2142.33 （6）可变作用（人群）369.4415.39283.1433.3769.66（7）标准组合 =（3）+（4）+（5）+（6）4505.16156.953379.04484.27770.49（8）短期组合=（3）+0.7×（4）+（6）3878.70 98.66 2911.62 388.31 661.33 （9）极限组合=1.2×(3)+1.4×(4)+(5)+1.12×(6)5680.92 215.42 4259.23 625.06 972.04 表4.6 2号梁作用效应组合 序号荷载类别跨中截面四分点截面支点MmaxVmaxMmaxVmaxVmax(kN·m)(kN)(kN·m)(kN)(kN)（1）第一期永久作用1658.880.00 1244.16138.24276.48（2