混凝土設計方案

寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 0 混凝土設計方案 設計基本資料 本次設計的橋梁 0 號橋臺位于 ， 1 號臺位于 ，為 30m 跨徑的小型橋梁，設計荷載為公路 I 級荷載，人群為 車道為雙向四車道，預應力主梁采用 凝土。以以上資料結合 橋梁結構的經濟性、適用性、安全性、美觀性和施工難易程度為考慮因素，綜合考慮各設計方案的優(yōu)缺點，選擇預應力混凝土連續(xù)梁橋和預應力混凝土簡支梁橋作為比選方案，從兩個合理方案中比選一個最優(yōu)方案，作為此次的設計方案。 案一：預應力混凝土連續(xù)箱型梁橋 預應力連續(xù)箱型梁橋具有結構剛度大，橋面變形小，動力性能好，變形曲線平順，有利于高速行車等優(yōu)點。但是連續(xù)梁橋是一種外部超靜定結構，基礎不均勻沉降將引起結構附加內力，因此對基礎要求高，工藝要求較為嚴格，需要先進的技術和機械設備，需要用吊裝法施工。 在連續(xù)梁橋設計中，橋梁全長 30m，可采用兩跨，這樣能保證橋下有足夠的排洪面積，使河床不至于遭受過大的沖刷。此橋可分為兩孔，不考慮通航要求，橋高為 28m，最大縱坡 2%，人行道、非機動車道、行車道可分為 1m+1m+16m+1m+1m=20m，具體結構布置圖1 所示：圖 1 連續(xù)梁橋方案圖 案二、預應力混凝土簡支梁橋 由于預應力混凝土簡支梁橋靜定結構受力明確，不受基礎限制，構造簡單，施工方便，應用廣泛，易于標準化，使用吊裝法施工，易適用于小跨徑橋梁。此橋全長 30 米，可選用一跨簡支梁，梁型為 T 梁，其跨徑較小，施工方便又能保證橋下有很大的排洪面積和空間，預應力混凝土簡支梁橋梁高為高跨比的 1/251/15，標準設計中高跨比約 在 1/181/19, 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 1 圖 2 簡支梁橋方案圖 本橋采用 主梁高度，橋高為 28 米。橋面設有 2%橫坡度，其具體結構如圖 1 表 1方案比選表 序 號 比較項目 方案類別 第一方案 第二方案 主梁：預應力混凝土連續(xù)箱型梁橋 主梁：預應力混凝土簡支 T 型梁橋 1 橋高（ m） 28 28 2 梁長（ m） 最大縱坡（ %） 2 2 4 經濟性 全橋總長的技術經濟合理性不易簡化，經濟費用高。 結構尺寸易于系列化，標準化，簡化施工管理工作，施工方 便，降低施工費用。 5 適用性 結構手里性能較好，無伸縮，行車較為平順，抗震能力強。 橋型結構簡單，車輛和行車能安全順利同行，橋下有足夠的排洪面積。 6 美觀性 由于橋梁跨徑很小，造型顯得復雜化。 結構簡單，造型沒關，能與環(huán)境協調統(tǒng)一。 7 施工難易程度 施工較為復雜化，需要先進的技術和工藝要求 施工簡單，方便，節(jié)省工程費用。 基于經濟性、適用性、安全性、美觀性和施工難以程度的綜合考慮，本設計選擇方案二為設計方案：預應力混凝土簡支 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 2 第二章 尺寸擬定 長和跨徑 橋梁的梁長： 準跨徑： 30m，計算跨徑： 梁高度 預應力混凝土簡支梁橋的主梁高度為高跨比的 1/251/15，增大梁高可以節(jié)省預應力鋼筋束的用量，同時梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加的不多，主梁高度， 梁間距和片數的確定 主梁間距通常應隨梁高與跨徑的怎大而加寬為經濟，同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標很有效，故在許可條件下適當加寬 T 梁翼板。但標準設計主要為配合各種橋面寬度，是橋梁尺寸標注而采用統(tǒng)一的主梁間距。交通 公路橋涵標準圖中，預應力混凝土簡支梁 T 梁跨從 1640m，主梁間距應為 慮人行道適當挑出，凈 2 2m 的橋寬則選用 13 片主梁，如圖 3 所示： 圖 3 主梁的間距和片數 梁截面細部尺寸 T 梁翼板的厚度主要取決于橋面承受車輪局部荷載的要求，還應考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的強度要求。本設計預制 T 梁的翼板端部厚度取 8板的根部厚度取14 在預應力混凝土梁中腹板因主拉應力甚 小，取其 T 梁腹板厚度為 16蹄尺寸基本由布置預應力鋼束的需要確定的，設計時間表明，馬蹄占截面總面積的 10%20%為合適，本設計取馬蹄的寬度為 32度為 28蹄與腹板交接做成 45斜坡的折線鈍角，主梁間距為 160 2工作縫）， T 梁上翼板寬度為 158梁支點和跨中截面圖如圖 4 所示： 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 3 圖 4 主梁的支點和跨中截面圖 隔梁的布置 在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布，當該 處有橫隔梁時比較均勻，否則直接在荷載作用下的主梁彎矩很大，為減少對主梁設計起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設置一道橫隔梁，當跨度較大時，應設置較多的橫隔梁，本設計在橋跨中，支點和四分點處設置五道橫隔梁，橫隔梁的間距為 體布置圖如圖 5 所示： 圖 5 橫隔梁布置圖 面鋪裝 機動車道與非機動車道橋面鋪裝均為 8重為 2KN/2層容重為 24KN/群為 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 4 第三章 主梁的內力計算 載內力計算 制梁自重（第一期恒載） 1）、跨中截面主梁自重 2）、馬蹄抬高與腹板變寬部分的自重 (3）、支點段梁的自重 4）、邊主梁的橫隔梁自重 圖 6 內橫隔梁和端橫隔梁圖 內橫隔梁的體積 21 0 8 4 端橫隔梁的體積 20 8 3 4 0 6 7 0 8 3 4 4 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 5 5）、第一期恒載 411/4 7 3 二期恒載 1）、橋面鋪裝 2 9 1 2）、欄桿和人行道 0 6 梁恒載內力計算 如圖 7 所示，設 x 為計算截面離左支點的距離，并令，則：主梁彎矩和剪力的計算公式分別為： )1(21 (21 恒載內力計算表如表 3示： 表 3 內力計算表 計算數目 荷載集度 l= 目 )1(21 (21 Q 1/8 1/8 0 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 6 (1 0 (1 0 載的內力計算 點處內力影響線 當荷載位于支點處時，應按杠桿原理法計算荷載的橫向分布系數，各號梁的橫向分布系數影響線和最不利荷載圖如圖 8 所示： 號梁號梁號梁號梁號梁號梁號梁圖 8 支點處的荷載橫向分布系數 支點處荷載橫向分布系數計算結果： 1 號梁： 汽車： 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 7 人群： 號梁： 汽車： 群： 號梁： 汽車： 他梁同 3 號梁 算幾何特性（其他截面 ） 1）、計算主梁的抗彎慣性矩 主梁截面重心位置 翼板的換算平均高度： 12148 6160(21501615021111)16160( 3 主梁抗彎慣性矩： 432323109125)501615016121)1)16160(11)16160(121x主梁的比擬單寬抗彎慣性矩： 5 7 0 3 2160 109 1 2 5 43 2）、橫隔梁的抗彎慣性矩： 每根中橫隔梁的尺寸如圖 9 所示， 圖 9 中橫隔梁尺寸圖 按橋梁工程人民交通出版社表 2定翼板的有效作用寬度 。橫隔梁的長 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 8 度取為兩根邊主梁的軸線距離，即： 9 2 01 6 01212 , 查表 2： 當： c/l=， c ，所以 03 6 77 8 求橫隔梁截面重心位置 y 故橫隔梁的抗彎慣性矩為： 43232108100)192130(1301515015121)21119(112902112902121 3y 橫隔梁比擬單寬抗彎慣性矩為： 1 0 8 1 47 4 9108 1 0 0 43 3）、主梁和橫隔梁的抗扭慣性矩 主梁翼板的平均厚度： 121481 1 1 016/ 查表得： C=： 4333 1150(對于橫隔梁梁肋： 1 2 11 3 0/(15/ 查表得： C=： 433 1130(所以： 172974912250016017930011311131 4331 算參數和 44 中的 B 為橋梁城中結構的半寬。 式中的 G 取 ： 1 2 1 4 7 算各主梁橫向影響線坐標 已知 =附錄 “ 計算圖表可查得影響系 數 1K 和0表 3 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 9 表 3 影響系數 1K 和0系數 梁位 荷載位置 校核 B 3B/4 B/2 B/4 0 K 0 ，實際梁位與表列梁位的關系圖如圖 10 所示： 圖 10 實際梁位與表列梁位的關系圖 因此對于 1 號梁：34343 對于 2 號梁：34343 對于 3 號梁：143214321 對于 4 號梁：121412141 對于 5 號梁：121412141 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 10 對于 6 號梁：0410410 01 6 0)( 對于 7 號梁：0 將 、 、 、 、 、 和 號梁的橫向影響線坐標值計算如表 3 3 橫向影響線坐標值 梁號 算式 荷載位置 B 3/4B 1/2B 1/4B 0 B B B B 1 3111 B 3000 1 )( 01 )( 010 311 K 3111 B 3000 1 )( 01 )( 010 321 K 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 11 3 114311 B 104300 1 )( 01 )( 010 331 K 112111 B 102100 1 )( 01 )( 010 341 K 112111 B 102100 1 )( 01 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 12 )( 010 351 K 104111 04100 1 )( 01 )( 010 361 K 101 0190 00 1 )( 01 )( 010 371 K 其他截面內力影響線 首先選用上表中計算所得的荷載影響線坐標值繪制影響線圖，如圖 11 所示，（途中帶小圈的坐標是表列各荷載的數值）在影響線 上按橫向最不利位置布置荷載后，就可按相對應的影響線坐標值求得主梁的橫向分布系數。 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 13 號梁號梁號梁號梁號梁號梁號梁圖 11 荷載影響線坐標值 對于各梁截面的車輛和人群荷載影響線分布系數計算結果如表 3示： 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 14 表 3 荷載影響線分布系數 梁號 荷載 1 2 3 4 5 6 7 載內力的計算 1）、沖擊系數 的計算 公路橋涵設計通用規(guī)范（ 定，汽車沖擊系數的計算采用的結構基頻 為主要影響因素的計算方法，結構頻率 f 可采用下式計算： 2 22 對于上式中： ， 210 /1025.3 ， ， 2/81.9 ， ， 409125.0 。 所以： 則： 即： 按通用規(guī)范（ 定，公路 車道荷載的均布荷載標準值 50 80 ，畫出各控制截面的內力影響線如表 3示： 表 3 各控制截面的內力影響線圖和面積 內力類型 影響線面積（ 影響線圖線 2m m m 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 15 m 21 83 41 3）、計算各主梁在各控制截面的彎矩和剪力 四車道折減系數為： 縱向每延米人群荷載集度： 矩計算公式： )()1( 剪力計算公式： )1( 計算結果如表 3表 3示： 表 3各主梁在各控制截面的車輛荷載彎矩和剪力 控制截面 梁號 1 2 3 4 5 6 7 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 16 1/2 截面 1/2 ）、計算各梁支點面汽車荷載的最大剪力 做各梁荷載橫向分布系數沿橋垮方向的變化圖和支點剪力影響線，如圖 12 所示， 橫向分布系數變化區(qū)段長度： 2 1 道 荷 載 0 . 2 8人 群 荷 載 1 . 1 9影 響 線 1 . 0 0號梁影響線 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 17 影響線 1 . 0 0號梁影響線車道荷載 0 . 5人群荷載 0 . 1 8 8車道荷載 0 . 5 9 4人群荷載 0影響線 1 . 0 0號梁影響線影響線 1 . 0 0人群荷載 0車道荷載 0 . 5 9 4號梁影響線 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 18 影響線 1 . 0 0人群荷載 0車道荷載 0 . 5 9 4號梁影響線影響線 1 . 0 0人群荷載 0車道荷載 0 . 5 9 4號梁影響線影響線 1 . 0 0車道荷載 0 . 5 9 4號梁影響線圖 12 各梁荷載橫向分布系數沿橋垮方向的變化圖和支點剪力影響線圖 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 19 附加三角形荷載重心處的影響線坐標為： ， 由公式：0 )1( ()1( 00 計算 結果如表 3示： 表 3 支點處的剪力和彎矩 梁號 控制截面 1 2 3 4 5 6 7 車道 群 寧夏大學土木與水利工程學院 2012 屆畢業(yè)設計（論文） 20 第四章 主梁內力組合和包絡圖 分別計算各主梁在各控制截面的彎矩和剪力的作用效應組合 本組合 結構重要系數 ;永久荷載作用分項系數 ， ，對于人群荷載，其他可作用效應的分項系數 j ，作用效應組合分項系數8.0c ， 由公式： )(1 11100 計算結果如表 4示： 表 4 承載能力極限狀態(tài)設計時作用效應的基本組合 梁號 內力 結構自重 汽車荷載 人群荷載 基本組合值 1 (m) (m) (m) (m