精品简支梁桥设计范例-本科毕业设计

1、1*大学本科毕业设计1 设计依据1.1 工程概述该桥设计车速为 80Km/h，桥位于直线段内，桥位起迄中心桩号为k0+100k0+220。 桥梁全长 430m，上部结构为装配式预应力混凝土简支 T 型梁桥，下部结构为双柱式墩， 桩基础，轻型薄壁桥台。本桥上部结构采用先预制后张拉的施工形式。1.2 自然条件(1)河流及水文情况河床比降为+1.25，设计洪水位为 14m，桥下没有通航要求。(2)当地建材情况桥梁附近采石场有充足的碎石、块石可供，水泥与钢材可选择当地材料市场供应。 (3)气象情况查阅当地气象资料。年极端最高气温 44C，年最低气温-12C。(4)地震情况 地震烈度为 6 级。1.3

2、设计标准及规范1.3.1 设计标准桥型：双向整体式装配预应力混凝土简支 T 型梁桥桥面宽度：全宽 17.6m桥面净宽：净 14+21.8m。桥面纵坡： 2.0%桥面横坡： 2.0%车辆荷载等级：公路- 级1.3.2 设计规范公路工程抗震设计规范 (JTJ004-2005)公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000)公路工程技术标准 ( JTG01-2003)公路桥涵通用规范 (JTG60-2004)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)2*大学本科毕业设计2 方案构思与设计2.1 桥梁设计原则(1)使用上的要求桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通

3、量增长的需要。桥型、跨度 大小和桥下净空应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并 便于检查和维修。(2)舒适与安全性的要求现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上 振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足 够的强度、刚度、稳定性和耐久性。(3)经济上的要求在设计中必须进行详细周密的技术经济比较， 使得桥梁的总造价和材料等的消耗为 最少。桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。并且桥梁的桥型应该是 造价和使用年限内养护费用综合最省的桥型， 设计中应该充分考虑维修的方便和维修费 用少，维修时尽可能不

4、中断交通，或中断交通的时间最短。能满足快速施工要求以达到 缩短工期的桥梁设计， 不仅能降低造价， 而且提早通车在运输上将带来很大的经济效益。(4)先进性上的要求桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进 工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量 和施工安全。(5)美观上的要求一座桥梁应具有优美的外形， 应与周围的景观相协调。城市桥梁和游览地区的桥梁， 可较多的考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把 美观片面的理解为豪华的细部装饰。2.2 桥型方案构思与总体设计2.2.1 方案初选(拟定桥型图式)根据桥梁设计

5、原则，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期等多方面比 选，初步确定梁桥、拱桥、刚架桥三种桥梁形式。 3 种方案的比较表暂列于后。3*大学本科毕业设计方案一、预应力混凝土简支梁桥图 2.1 预应力混凝土简支梁桥(单位： cm)方案二、上承式拱桥图 2.2 上承式拱桥(单位： cm)方案三、刚架桥图 2.3 刚架桥(单位： cm)4*大学本科毕业设计2.2.2 桥墩方案比选桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。现选 取前 3 种形式进行比较，以便选择一个较好的方案。 重力式实体桥墩采用混凝土或石砌的实体结构施工简易，取材方便，节约钢材。但是墩身较 为厚重，圬工量

6、大，外形粗大笨重，减少桥下有效孔径，增大地基负荷；当桥墩较 高，地基承载力较低时尤为不利。 空心桥墩这种桥墩具有截面积小、截面模量大、自重轻、结构刚度和强度较好的特点， 多用于高桥。但是薄壁空心桥墩施工较复杂，又费钢材。 柱式桥墩柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或者多根立柱所组成， 城市路桥的桥墩 布置和形式好环，直接影响交通和美观，双柱式桥墩楣梁可以外露或出于美观需要 而隐蔽于上部结构之内，造型美观，此地基采用钻空罐注桩，双柱式桥墩在强度和 刚度上也满足要求。此外双柱式桥墩外形轻巧大方，圬工体积较少。所以采用双柱 式桥墩。三种桥型方案主要优缺点比较表第三方案预应力混凝土刚构桥(1)跨越能力较

7、大；(2)能充分就地取材， 与 混凝土梁式桥相比，可 以节省大量的钢材和水 泥；(3)耐久性能好，维修， 养护费用少，外形美观， 构造较简单；(4)自重较大， 相应的水 平推力也较大，增加了 下部结构的工程量，当 采用无铰拱时，对地基 要求高；(5) 上承式拱桥的建筑 高度较高使桥面标高提 高，使两岸接线长度增 长。第二方案预应力混凝土刚构桥(1) 主梁的恒重和车辆 荷载都是通过主梁与斜 腿相交处的横隔板，再 经过斜腿传至地基上。 这样的单隔板或承三角 形的隔板将使此处梁截 面产生较大的负弯矩峰 值，使得通过此截面的 预应力钢筋十分密集， 在构造布置上比较杂。(2)预应力、徐变、 收缩、 温度

8、变化以及基础变位 等因素都会使斜腿刚架 桥产生次内力，受力分 析上也相对较复杂。(3) 该方案的斜腿使施第一方案预应力混凝土简支梁桥(1)混凝土材料以砂、 石 为主，可方便取材，经 济性较好；(2) 结构的耐久性和耐 火性较好，结构简单， 建成后维修费用较少；(3)结构的整体性能好， 刚度较大，变形较小；(4)结构自重较大， 自重 耗掉很大部分材料的强 度，因而大大限制桥梁 跨越能力；(5) 预应力混凝土梁式 桥可有效利用高强钢筋 与高强混凝土，并明显 降低自重所占全部设计方案 比较项目主要特征5*大学本科毕业设计荷载的比重。 工难度增加。适用性安全性工艺技术要求美观性(1)在无特殊需求、 通

9、航 要求的航道采用多跨简 支分离式桥型，满足桥 下净空的要求。(2)河床的压缩少， 有利 于汛期泄洪。(3) 属于静定结构，受 力简单，行车条件好， 养护也容易。(1)跨度适中， 简支 T 型 梁桥的施工方便，工期 较短。(2)采用预制 T 梁，可以 在工厂预制施工，质量 可靠，工期有保障。(3)行车较平顺技术先进，工艺要求较 严格，所需设备较少， 占用施工场地少。桥型简洁明快，与周围环境的协调性好。(1)本身主桥的跨度很 大，也满足桥下净空的 要求。但是在无特殊需 求通航要求的航道中采 用连续刚构体系显得没 有必要。(2)河床的压缩多， 汛期 泄洪能力较差(3) 属于静定结构，桥 面平整度易

10、受悬臂挠度 影响，行车条件较差， 伸缩缝易坏。(1) 主梁与斜腿均采用 箱形截面，且在斜腿基 脚之间采用固结构造， 施工较为复杂，而且工 期较长。(2)对地基的要求高。 (3)后期维护和检测费 用高。技术较先进，工艺要求 较严格，桥梁上部结构 除用挂篮施工外，挂梁 需另用一套安装设备。 桥型简洁明快，与周围的协调性好。(1)上承式拱桥的跨度 大，满足桥下净空的要 求。同连续刚构体系一 样，在桥下没有特殊需 求通航要求的航道中采 用跨越能力较大 的拱 桥，显得没有必要。(2)河床压缩较多， 泄洪 能力较好。(3) 拱的承载能力大，但伸缩缝较多，养护较麻烦，纵坡较大，引道填土太高，土方量大，土方来

11、源困难。(1)跨度大， 在竖向荷载 作用下，桥墩或桥台将 承受很大水平推力。对 下部结构和地基的要求 性较高。(2)施工较为复杂， 施工 机具也较多，工期较长。(3)桥面平顺， 但是伸缩 缝和变形缝较多，养护 费用大已有成熟的工艺技术经 验，需用大量的吊装设 备，占用施工场地，劳 动力多。桥型结构复杂，与周围的协调性较差3 初步设计3.1 设计资料及构造布置3.1.1 地质资料6*大学本科毕业设计弥渡河地质分布：.亚粘土：分布在标高 503.54m 以上， = 210KPa， = 18.5KN / m3 ，C = 10KPa ，0 1 10 = 200 ，m = 12000 KN / m4 ，

12、k = 3105 KN / m3 ；1 . 中 中 砂 ： 分 布 在 高 505.74m 至 502.51m 之 间 ， = 350KPa ，0 = 19.5 KN / m3 ， C = 0KPa ，0 = 380 ，m = 20000 KN / m4 ，k = 6 105 KN / m3 ；3 ， 3 ， 3 ， 3 ， 32 . 砂砾 石 层：2 属 中密 圆 ， 分布标 高 502.51m 以2 下 ， = 550KPa ， = 21KN / m 3 C = 0KPa 0 = 40 0 m = 60000 KN / m 4 k = 12 105 KN / m 33.1.2 桥梁跨径及桥

13、宽桥梁总长： 120m桥梁分孔布置： 4 等跨标准跨径： 30m (墩中心距离)主梁全长： 29.96m计算跨径： 28.66m桥面净空：净 1.8m+14m+1.8m+m=17.6m3.1.3 设计荷载公路 级，人群荷载： 3.0N/m2 ，一侧栏杆重量的作用力为 1.52kN/m，每侧人行 道重： 3.57 kN/m。3.1.4 材料及工艺混凝土：主梁用 C50。应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范 (JTG D622004) 的s 15.2 钢绞线，每束 6 根，全梁配 5 束。普通钢筋采用 HRB335 钢筋；吊环采用R235 钢筋。按后张法采用 TD 双作用千斤顶两端

14、同时张拉施工工艺制作主梁，采用内径 70mm、 外径 77mm 的预埋波纹管和锚具;主梁安装就位后现浇 60cm 宽的湿接缝。 最后施工混凝 土桥面铺装层。3.1.5 设计依据交通部颁公路工程技术标准 (JTG B012003)，简称标准；交通部颁公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004)，简称桥规；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)。7混 凝 土*大学本科毕业设计表 3.1 基本计算数据名 称s 15.2钢绞线材料重度项 目立方强度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容许压应力短暂状态容许拉应力标准荷载组合:

15、容许压应力容许主压应力持久状态短期效应组合:容许拉应力容许主拉应力标准强度弹性模量抗拉设计强度最大控制应力 con持久状态应力:标准状态组合钢筋混凝土沥青混凝土钢绞线钢束与混凝土的弹性模量比符 号fcu,kEcfckftkfcdftdcktk0.7f0.7f0.5fckck0.6fst-0.85pctk0.6ffpkEpfpd0.75fpk0.65fpk123Ep单 位MPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaKN/m3KN/m3KN/m3无纲量数 据503.4510432.402.6522.401.8320.721.7616.201

16、9.4001.5918601.9510512601395120925.023.078.55.65注： 考虑混凝土强度达到 C45 时开始张拉预应力钢束。 f 和 f 分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、 抗拉标准ck tk强度，则 f =29.6Mpa ， f =2.51Mpa 。 ck tk8*大学本科毕业设计3.2 截面布置1400180220 220 220 220 220 220 220支点截面跨中截面 501530跨中截面 变化点截面 支点截面65 100 125 508 70014331498图 3.1 结构尺寸(尺寸单位： mm)3.2.1 主梁跨中截面主要尺寸拟订主梁高度：预应力混

17、凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在 1/151/25，标准设计中高跨比约在 1/181/19。当建筑高度有受限制时，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宽，而混凝土用量增加不多。 综上所述， 本设计中取用 2100mm 的主梁高度是比较合适的， 本桥桥体有 8 片梁。9*大学本科毕业设计主梁截面细部尺寸：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。本设计预制 T 梁的翼板厚度取用 180mm，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

18、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。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。考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置，一层 最多排三束，同时还根据公预规9.4.9 条对钢束间距及预留管道的构造要求，初拟马 蹄宽度为 500mm，高度为 300mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度过 100mm，以 减小局部应力。按照以上拟订的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面图(见图 3.2)。图 3.2 跨中截面尺寸图(尺寸单

19、位： mm)3.2.2 计算截面几何特征对于 T 型截面受压翼缘的计算宽度 bf，根据公路桥规计算得出的有效宽度为2200mm.将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元。见图 3.3截面形心至上缘距离为：y = i i s A A y10*大学本科毕业设计式中： Ai 分块面积y 分块面积的形心至上缘的距离i主梁的工作截面有两种：预制和吊装阶段的小截面( b=160cm)；运营阶段的大截面 (b=220cm)。主梁跨中截面的全截面几何特性如表 3.2图 3.3 主梁跨中截面分块图表3.2(1)主梁跨中小毛截面的几何特性分块面 yi 分块面积对上缘 di=ys-yi 分块面积对截面形心积 Ai

20、(cm) 静 矩 Si=Aiyi (cm) 的惯矩 Ix=Aidi2 (cm4)(cm2) (cm3)分块名称(1) (2) (3) = (1) (2) (4) (5) = (1)(4) 2翼板2520 9 22680 68.5 118.24105三角承托 840 22 1848 55.5 25.87105腹板 3600 90 324000 - 12.5 5.63105下三角 150 163.3 24495 -85.8 11.00105马蹄 1500 185 277500 - 107.5 173.34105 8610 - 667155 - 334.1 105 A yi s A x分块面积 的静

21、矩 Ii(cm4)(6)0.681050.0710597.21050.0041051.1310599.08105 = + =433.18105(cm4), y = i i =77.5cm ， y =210-77.5=132.50cm11*大学本科毕业设计表 3.2(2)主梁跨中大毛截面的几何特性分块面积对截面形心的惯矩 Ix=Aidi2 (cm4)(cm3)分块名称(5) = (1)(4) 2翼板133.310519.2010514.6210513. 10105198.89105379. 11105 = i+ =478.78105(cm4), y s =69.85cm, yx =210-69.

22、25=140. 15cm(3) = (1) (2)324001848032400024495277500676875(6)0.971050.0710597.201050.0041051. 1310597.37105三角承托腹板下三角马蹄(4)60.8547.85-20. 15-93.45- 115. 15(1)36008403600015015009690分块面积的静矩 Ii(cm4)(2)92290163.3185分块面积对上缘静矩 Si=Aiyi分块面积 Ai (cm2)di=ys-yi (cm)yi (cm)-3.2.3 检验截面效率指标 (希望 在 0.5 以上)上核心距：k = I

23、= 47848000 =35.25cms A y 9690 140.15x下核心距：k = I = 4784800 =70.69cmx A y 9690 69.85s截面效率指标：= = = 0.504 0.5表明以上初拟的主梁中截面是合理的。3.3 横截面沿跨长的变化如图 3.1 所示，本设计主梁采用等高的形式，横截面的 T 梁翼板厚度沿跨长不变。12*大学本科毕业设计梁端部区段由于锚头集中力的作用引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距支 座 2250mm 范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。见图(3.1)3.4 横隔梁的设置模型试验结果表明， 在荷载作用处的主梁弯矩横向分布， 当该处有横隔

24、梁时比较均 匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中 弯矩，在跨中设置一道路中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。本设计在桥 跨中点、四分点、和支座处共设置五道横隔梁，其间距分别为 7m 和 7.33m。端横隔梁 的高度与主梁同高，厚度为上部 260mm，下部 240mm；中横隔梁高度为 2000mm，厚 度为上部 180mm，下部 160mm。详见图 3.1 所示。4 上部结构施工图设计4.1 主梁永久作用效应计算4.1.1 永久作用集度(1) 预制梁自重(一期横载) 按跨中截面计，主梁的横载集度： g (1) =0.86125=21.53kN/m由

25、于变截面的过渡区段折算成的横载集度：g (2) =21.250.35(1.4+1.5+0.026)0.525/28.66=1.11kN/m由于梁端腹板加宽所增加的重力折算成的横载集度：g (3)21.00.31.4625/28.66=0.76kN/m中横隔梁体积： (0.71.62-0.70.50.12) 0.15=0.16mm3端横隔梁体积： (0.551.5+0.550.50.12) 0.15=0.13mm3边主梁的横隔梁横载集度：g (4) = (30.1638+20.1287) 25/28.66=0.65kN/m边主梁的横隔梁横载集度：g (4) =2 g (4) =20.653=1.

26、31kN/m边主梁的一期横载集度为：g1= 4 = 21.53 +1. 11+ 0.76 + 0.65 = 24.05 kN/mi=1中主梁的一期横载集度为：g1 =21.53+1.11+0.76+1.31=24.71kN/m13*大学本科毕业设计(2)二期永久作用一侧人行道栏杆 1.52 kN/m；一侧人行道 3.57 kN/m；桥面铺装层重(图 4.1)图 4.1 桥面铺装(尺寸单位： mm)1 号梁： 0.5 (0.07+0.076) 0.425=0.73 kN/m2 号梁： 0.5 (0.76+0.109) 2.225=5.09 kN/m3 号梁： 0.5 (0.109+0.142)

27、2.225=6.90 kN/m4 号梁： 0.5 (0.142+0.175) 2.225=8.72 kN/m 现将恒载作用汇总如表 4.14.1 恒载汇总表梁号 一期横载 g1 (kN/m)1 24.052 24.713 24.714 24.71二期横载 g2 (kN/m)5.82=1.52+3.57+0.735.096.908.72总荷载(kN/m)29.8729.8031.6133.434.1.2 永久作用效应如图 4.2 所示，设x 为计算截面离左支座的距离，并令a = x / l 。14M影响线V影响线*大学本科毕业设计28.66VM(1-a) l1x=al图 4-2 永久作用效应计算

28、图主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：11M = (1 )l2g 2V = (1 2 )lg 2永久作用效应计算见表 4.2。表 4.2 号梁永久作用效应Qs (kN)四分点0.25214.00213.45226.46239.50(kN/m)四分点0.252301.372296.002435.802575.85M g跨中0.53066.843059.663246.003432.62总荷载-29.8029.8031.6133.43项目1 号梁2 号梁3 号梁4 号梁支点0.00428.00427.00453.00479.1215*大学本科毕业设计4.2 可变作用效应计算(修正刚性横梁法)4.2.1

29、冲击系数和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 的基频。简支梁桥的基频可采用下列公式估算：El 3. 14c =m 2 28.662c f = 4.94Hz2l 23.45 1010 478.48 0.47848 2469.42其中： mc=G/g=0.96925103/9.81=2469.42l=28.66m E=3.451010N/m2 Ic=478.48109mm4 根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：=0. 176ln f -0.0157=0.267所以 1+=1.267按桥规 4.3.1 条，两车道不折减，三车道折减系数为

30、 0.78，四车道折减系数为 0.67，但折减后的值不得小于两行车队布载时的计算结果。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 mc如前所述，桥跨内设五道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为：B 17.6 = = 0.61l 28.66认为具有得靠的横向联接，宽跨比接近 0.5，按修正偏心压力法计算。计算主梁抗扭惯矩 IT对于 T 形梁截面，搞扭惯矩可近似按下式计算：I = m c b t 3T i i it=1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；m梁截面划分成单个矩形截面的个数。对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：

31、180 +180 +120120t = = 240mm2马蹄部分的换算平均厚度：t 1 = = 350mm16*大学本科毕业设计IT 的计算图式见图 4.3，结果见表 4.3220121015 20350图 4.3 IT 计算图式(尺寸单位： mm)表 4.3 IT 计 算 表Iti=ci bi ti3(m4)9.431033.681034.0510317.16103分块名 称翼缘板 腹板马蹄ci0.3100.3050.189bi(m)2.21.510.50ti(m)0.240.200.35ti/bi0.110.130.70 计算抗扭修正系数 对于本算例主梁的间距相同，并将主梁近似看成等截面，

32、则得：1b = Gl 2 I 1 + Ti12Eia2Ii iiTi式中： G=0.4E；l=28.66m； I = 817. 16103 = 0. 14m4 ；a1=-a8=7.7m； a2=-a7=5.5m；ia3=-a6=3.3m； a4=-a5=1. 1m； Ii=0.48m4。.计算得 =0.96。 按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值：n = 士 b i ij n 7 a21 a eii=117*大学本科毕业设计式中： n=8， 8 a2 =2 (772 + 5.52 + 3.32 +1.12 =203.28m 2 。ii=1计算所得的n 值列于表 4.4 内。ij表 4.4

33、j值Ai (m)7.705.53.301.10ni8-0. 165-0.0820.0010.084梁号 i1234ni10.4150.3320.2490.166计算荷载横向分布系数图(4.4)1cq 2 qi汽车荷载： m n ；人群荷载： m nor r一号梁：4 车道： m 4 3.5(0.37+0.302+0.253+0.185+0.136+0.068-0.020.-0.048)0.67=0.44cq3 车道： m 3=0.5(0.37+0.302+0.253+0.185+0.136+0.068) 0.78=0.512cq2 车道： m 2 0.5(0.37+0.302+0.253+0.

34、185)=0.555cq1 号梁的汽车荷载横向分布系数为： m =0.555 (2 车道) cq18*大学本科毕业设计180 130 180 130 180 130 18050726835141102202202202202202202201号梁2号梁3号梁4号梁图 4. 4 跨中的横向分布系数 mc计算图式(尺寸单位： mm)cr人群： m =0.423. 同样得到 2 号、 3 号、4 号梁的荷载横向分布系数，计见表4.5表 4.5 荷载横向分布系数计算表汽车荷载作用点相应的影响线竖标n 值 qin n n n n n n q1 q2 q3 q4 q5 q6 q70.37 0.302 0.

35、253 0.185 0.136 0.068 -0.020.300 0.250 0.216 0.168 0.133 0.085 0.050.230 0.200 0.180 0.15 0.129 0.100 0.0790.16 0.150 0.143 0.134 0.127 0.117 0.110nq8-0.0480.0000.0280.100m cq0.5550.4670.3860.349m cr0.4230.3370.2520.170梁 号1234(2)支点的荷载横向分布系数 m0 (杠杆原理法) 计算如图 4.5(3)荷载的横向分布系数汇总(表 4.6)19*大学本科毕业设计表 4.6 荷载

36、分布系数汇总表1 号梁 2 号梁 3 号梁 4 号梁mc0.6180.000汽车荷载人群荷载c0.4670.337c0.5550.423c0.3860.25200.2251.09000.7950.00000.7950.0000.3490.170作用类别mmmmmmm04.2.3 道荷载的取值根据桥规，公路- 级车道荷载的均布荷载标准值qk=10.5 kN/m:；集中荷载标准值：计算弯矩时为P = ( 360 180) (29-5)+180=280m ，计算剪力时为P =2801.2=336 k 50 5 kkN.4.2.4 计算可变作用效应支点处取m ，跨中取 m ， m 从第一根内横隔梁起向

37、m 直线过渡。0 c c 0(1)、跨中截面的最大弯矩和最大剪力S = (1+ ) m (q + P y )q cq k k i式中： 1+ =1.267； q =1.83.0=5.4 kN/m，跨中截面内力计算图式 4-6or内力计算结果见表 4-7.(2) 求四分点截面的最大弯矩和最大剪力 内力计算结果见表 4.8(3)求支点截面最大剪力(图 4.7) 内力计算结果见表 4.9表 4.7 跨中截面内力计算表梁号M (kN/m)maxQ (kN)maxM (kN/m)maxQ (kN)max12270.30144.60234.538.2031578.90100.60139.724.88219

38、10.30121.70186.856.524871.3055.5094.263.30公路- 级(考虑冲击系 数)S =m q 人群荷载r cr or20*大学本科毕业设计1号梁2号梁 心 线1 2 3 4220220220110人群180180汽车 .1180130180 0.3号梁0.1800 .10.1801300.5 0.0.180130 180 0. 0.0 .1 4号梁图 4.5 支点的荷载横向分布系数计算图表 4.8 跨中截面内力计算表梁号M (kN/m)maxQ (kN)maxM (kN/m)maxQ (kN)max公路- 级 (考虑冲击系数)人群荷载1

39、1702.70239.50184.1219.3021432.70201.50146.7015.3531184.20166.60109.7011.484653.5091.9074.007.7021*大学本科毕业设计A B28.66Pk=336kN qk=10.5kN/m+ 剪力影响线0.5- 0.5qk=10.5kN/m Pk=280kN弯矩影响线7.5图 4.6 跨中截面的作用效应跨中截面作用效应计算图4.3 主梁作用效应组合选择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 4.104.4 预应力钢束的估算及其布置4.4.1 跨中截面钢束的估算和确定根据公桥

40、规 规定， 预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极 限状态的强度要求。以下就按跨中截面在各种作用效应组合下，分别按照上述要求对主 梁所需的钢束数进行估算，并且按这些估算的钢束数的多少确定主梁的配束。22*大学本科毕业设计BA28.66qk=10.5kN/mPk=336kN剪力影响线0.225 0.5551.090.4230.7950.3860.2520m汽1号梁m人m汽3号梁m人0.61750.4670.0091 0.33740.7950.2130.170m汽2号梁m人m汽4号梁m人图 4.7 支点截面剪力计算图表 4.9 支点截面内力计算表梁号公路- 级290.70 357.2

41、0 421.10(考虑冲击系数)Q (kN)maxQ (kN)max人群荷载364.3045.8334.3514.639.90423123序 号*大学本科毕业设计表 4.10 (1) 1 号梁内力组合表跨中截面荷载类别M (kN m) Q (kN)四分点截面M (kN m) Q (kN)支点截面Q (kN)(1)(2)(3)总荷载人群荷载汽车荷载(考虑冲击)3066.84234.532270.300.008.20144.602301.37181.121702.70214.0019.30239.50428.0045.83290.70汽车荷载(未考虑(31)冲击)1791.80114.141343

42、.86 189.00 229.40短期组合= (1)+0.7 (4)(31) + (2)4555.6088.103426.20233.3634.40标准组合= (1) + (5)(2) + (3)5571.67152.80 4188.20 472.80764.5(6)基本组合=1.2(1) +1.4(3)+ (0.8)(2)7121.30211.60 70080.80 808.30 971.9024序 号*大学本科毕业设计表 4.10 (2) 2 号梁内力组合表跨中截面荷载类别M (kN m) Q (kN)四分点截面M (kN m) Q (kN)支点截面Q (kN)(1)(2)(31总荷载人群

43、荷载汽车荷载(考虑冲击)3059.66186.851910.300.006.52121.7022996.00146.701432.70213.4515.35201.50427.0034.35357.20汽车荷载(未考虑(31 )冲击)1507.7096.001130.80 159.10 281.90短期组合= (1)+0.7 (4)(31) + (2)4301.9073.703234.30 340.20 658.50标准组合= (1) + (5)(2) + (3)5156.90128.20 3775.40 430.30 818.60(6)基本组合=1.2(1) +1.4(3) +0.8(2)6

44、555.30177.60 4925.30 555.40 1051.0025序 号*大学本科毕业设计表 4.10 (3) 3 号梁内力组合表跨中截面荷载类别M (kN m) Q (kN)四分点截面M (kN m) Q (kN)支点截面Q (kN)(1)(2)(3)总荷载人群荷载汽车荷载(考虑冲击)3246.00139.721578.900.004.88100.602435.80109.701181.20226.4611.48166.60453.0014.60421.10汽车荷载(未考虑(31)冲击)1246.2079.40934.70131.50 332.40短期组合= (1)+0.7 (4)(

45、31) + (2)4258.1060.503199.80 330.00 700.30标准组合= (1) + (5)(2) + (3)4954.60105.40 3729.70 404.50 888.70(6)基本组合=1.2(1) +1.4(3)+ (0.8)(2)6621.90146.30 4703.70 517.90 1149.4026序 号*大学本科毕业设计表 4.10 (4) 4 号梁内力组合表跨中截面荷载类别M (kN m) Q (kN)四分点截面M (kN m) Q (kN)支点截面Q (kN)(1)(2)(3)总荷载人群荷载汽车荷载(考虑冲击)3432.6294.26871.30

46、0.003.3055.502575.8574.00653.50293.507.7091.90479.129.90364.30汽车荷载(未考虑(31)冲击)687.7043.80515.8072.50287.60短期组合= (1)+0.7 (4)(31) + (2)4008.3034.00515.8072.50287.60标准组合= (1) + (5)(2) + (3)4398.2058.503303.40 393.10 853.30(6)基本组合=1.2(1) +1.4(3)+ (0.8)(2)5444.8081.404088.80 189.50 1096.00按正常使用极限状态的应力要求估算

47、钢束数对于简支梁带马蹄的 T 形截面，当截面混凝土不出现拉应力控制时，则得到钢束数 n 的估算公式：27*大学本科毕业设计Mn = k C1 . Ap . fpk (ks + ep )式中： M 持久状态使用荷载产生的跨中弯矩标准组合值，按表 4- 10 中第(5)项k取用；C 与荷载有关的经验系数，对于公路- 级， C 取用 0.51；1 1A 一根钢绞线的截面积是 1.40 cm2 ,故 A = 8.4 cm2 。p p前已计算出成桥后跨中截面k =35.23 ,初估 a=15 ,则钢束偏心矩为：sep=yx-ap=140.15-15=125.15 。按最大的跨中弯矩值(1 号梁)计算：n

48、 = 0.51 8.4 104 1860 106 (0.3523 + 1.2515) = 4.365571.67 103按承载能力极限状态估算钢束数根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度f ，受压区呈矩形，cd同时预应力钢束也达到设计强度f ，则钢束数的估算公式为：pdMn= d a h f A pd p式中： M 承载能力极限状态的跨中最大弯矩；da 经验系数，一般采用 0.75-0.77，取 0.76；f 预应力钢绞线的设计强度，为 1260MPa 。计算得：pdn = = 4.22 0.76 2. 11260 106 8.4 1047121.3 103根据上述两种极限状态，

49、综合取钢束数n =54.4.2 预应力钢束布置1、跨中截面及锚固端截面的钢束位置对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群重 心的偏心距大些。本算例采用内径 70mm，外径 77mm 的预留铁皮波纹管，根据 公桥规 9.1.1 条规定，管道至梁底和梁侧净距不应小于 3cm 及管道直径 1/2。 根据公桥规9.4.9 条规定，水平净距不应小于4cm 及管道直径的 0.6 倍，在竖 直方向可叠置。根据以上规定，跨中截面的细部构造如图(4.8)所示。由此可直 接得出钢束群重心至梁底距离为：28*大学本科毕业设计3 10 + 20 + 30a = = 16cmp 5541 3 2

50、跨中截面54321锚固截面图 4.8 钢束布置图(尺寸单位： mm)2、跨中截面及锚固端截面的钢束位置对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：一是预应力钢束合力重 心尽可能靠近截面形心，是截面均匀受压；二是考虑锚头布置的可能性，以满足 张拉操作方便的要求。按照上述锚头布置的“均匀”“分散”原则，锚固端截面所布 置的钢束如图 4.8 所示。钢束群重心至梁底距离为：40 + 70 + 100 + 130 + 160a = = 100cmp 5锚固端截面特性计算见表 4.11 所示。表 4.11 钢束锚固截面几何特性计算表分块面积对截面形 分块面积的di=ys-yi(cm)(4)63.2050

51、.20-32.80心贯矩 Ix( 4)(5) = (1) (4) 2143.7910521.17105 113.00105277.96105贯矩Ii( 4)(6)0.971050.07105385.88105386.92105=72.20 ， y =210 一 72.20=132.80cm分块名称翼板三角承托腹板分块面积Ai( 2)(1)360084010500yi (cm)(2)922105 14940 I = I = I =664.88105 cm4i x分块面积对上缘静矩 Si( 3)(3)=(1)(2) 324001848011025001153380， y = i is A A yx

52、故计算得：29*大学本科毕业设计xI 664.88 人105ks = x A . yz = 14940 人132.80 = 335. 1(cm)kx = xIxAys = 664.88 人10514940人7220 = 61.64(cm)编y = a 一 (y 一 k )= 100 一 (132.80 一 61.64) = 28.84cm 0p x x说明钢束群重心处于截面的核心范围内。3、钢束起弯角和线形的确定：确定钢束起弯角时， 即要照顾到由其起弯产生足够的竖向预剪力， 又要考虑到所引 起的摩擦预应力损失不宜过大。本设计中钢束弯起角度和相应的弯曲半径 R 见表4-12.为简化计算和施工，

53、所有钢束布置的线形均为直线加圆弧， 并且整根钢束都布置在 同一竖直面内。4、钢束计算：(1)计算钢束起弯点和弯止点分别至跨中的水平距离钢束弯起布置如图 4.9，由l =y . con9 确定导线点距锚固点的水平距离，由d9l =R . tan 确定弯起点至导线点的水平距离为，所以弯起点至锚固点的水平距离为b2 2l =l + l ，则弯起点至跨中截面的水平距离为：w d b2x = ( +d) -llk 2 w弯止点沿着切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点的距离相等，所以弯止点至导线点的水平距离为lb1 =lb2 . con9 ，则弯止点到跨中的水平距离为 xk + lb1 + lb2 。由

54、此可计算出各钢束的控制点位置，各钢束的控制参数见表 4.12表 4.12 各钢束的控制参数表弯止点到跨中平距x + l + lk b1 b2(mm)14231.7014109.5012096.5011946.1011053.10弯起点至跨中平距xk (mm)9005.306273.806621.306748.307424.20弯起点至导线点平距lb2(mm)2620.403898.702754.602627.601841.80支点至锚固点平距 d (mm)150150150150150弯起半径R(mm)5000045000350002500015000升高值 y(mm)300600900110

55、01300弯起角9(。)68101214钢束号N1N2N3N4N530跨中 截 面a*大学本科毕业设计R锚固点y 弯止点弯起点导线点主梁底截面lb1ld lb2 31.594.9 钢束计算图(2)各截面钢束位置及其倾角的计算钢束上任一点 i 离梁底距离ai=a+yi 及该处钢束的倾角9 ，a 为其弯起前其重心到梁 底的距离； yi 是 i 点所在的计算截面处钢束的升高值。 首先要判断 i 点所在的区段， 后计算 yi 和9 i，当(xi-xk ) 0 时， i 点位于直线段还未弯起， yi=0、ai=a、9 i=0；当 0 (xi-xk ) lb1+lb2 时， i 点位于圆弧段，此时y =R

56、 R2 (x -x )2 ，9 =sin 1 x -xi ki i k i R当(xi-xk ) lb1+lb2 时，i 点位于靠近锚固段的直线段， 9i = 9 ，yi = (xi xk lb2 )tan9 各截面钢束位置钢束位置 ai 及其倾角9 i 计算值见表 4.1331*大学本科毕业设计各截面钢束位置钢束位置 ai 及其倾角9 ixk(mm)9005.306273.806621.306748.307424.209005.306273.806621.306748.307424.209005.306273.806621.306748.307424.20lb1+lb2 (mm)5226.4

57、07835.705475.205197.803628.905226.407835.705475.205197.803628.905226.407835.705475.205197.803628.90 x -xi k (mm)负值未弯负值未弯圆弧段圆弧段圆弧段负值未弯近锚直线段近锚直线段近锚直线段近锚直线段近锚直线段计算截面跨中截面 xi=0l/4 截面 xi=7165mm支点截面xi=14330mm表 4.13钢束编号N1N2N3N4N5N1N2N3N4N5N1N2N3N4N5yi (mm)0.000.008.834.223.470.00284.20578.90873.601053.00126

58、2.60ai=a+yi (mm)100100100200300100108.83104.22203.47300384.20678.90973.601253.001562.60计算值9i001.140.890.960681012144.5 计算主梁截面几何特性本节在求得各验算截面的毛截面特性和钢束位置的基础上， 计算主梁净截面和换算 截面的面积、惯性矩及梁截面分别对重心轴、上梗肋与下梗肋的静矩，最后汇总成截面 特性值总表，为各受力阶段的应力验算准备计算数据。4.5.1 截面面积及惯矩计算后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性根据不同的受力阶段分别计算。本设计中 T 梁从施工到运营经历三个阶段。32

59、*大学本科毕业设计第一阶段：主梁预制并张拉预应力阶段主梁混凝土达到设计强度的 90%后，进行张拉，此时管道尚未压浆，截面特性计算 扣除预应力管道影响，翼缘宽为 1600mm。第二阶段：灌注封锚，主梁吊装就位并现浇 600mm 湿接缝完成管道注浆， 预应力筋参与截面受力。 主梁间湿接缝还没参加截面受力， 此时截 面的特性计入预应力筋影响的换算截面，翼缘有效宽 1600mm。第三阶段：桥面、栏杆、及日人行道施工和营运阶段主梁全截面工作，截面特性计入预应力筋的换算截面，翼缘宽 2200mm。(1)净截面几何特性计算在预应力阶段，只需要计算小截面的几何特性。计算公式如下：截面积： A = A n .

60、An截面惯矩： I = I n . A . (y y )2各个截面的计算结果见附表 4.14。n s i表 4.14 跨中净截面(b=160cm)分块面积 Ai8610.00-232.83Ai 重心 至梁顶yi77.50184.00对梁顶面积矩Si=Aiyi667155.00-42840.72全截面 重心到 上缘 ys74.50自身贯 矩 Ii433.18105略di=ys-yi-3.00- 109.5433.18 -8377.17 - 624314.28105计算数据; A= 3.147.72/4=46.57cm2 ，n=5，=5.65EpIy=Aidi20.77105-27.90 105-