40米預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T形梁橋設(shè)計

1、摘要預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋在我國橋梁建筑上占有重要的地位， 在目前，對于中小跨徑的永久性橋梁，無論是公路橋梁或者城市橋梁，都在盡量采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋，因為這種橋梁具有就地取材，工業(yè)化施工，耐久性好，適應(yīng)性強(qiáng)。整體性好以及美觀等多種優(yōu)點。本設(shè)計采用簡支T 梁結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)由主梁、 橫隔梁、行車道板和橋面部分等組成，顯然主梁是橋梁的主要承重構(gòu)件。其主梁通過橫梁和行車道板連接成為整體，使車輛荷載在各主梁之間有良好的橫向分布。橋面部分包括橋面鋪裝、 伸縮裝置和欄桿等組成，這些構(gòu)造雖然不是橋梁的主要承重構(gòu)件，但它們的設(shè)計與施工直接關(guān)系到橋梁整體的功能與安全，這里在本設(shè)計中也給予了詳細(xì)的說明。本設(shè)計主要

2、受跨中正彎矩的控制， 當(dāng)跨徑增大時， 跨中由恒載和活載產(chǎn)生的彎矩將急劇增加， 是材料的強(qiáng)度大部分為結(jié)構(gòu)重力所消耗， 因而限制的起跨越能力， 本設(shè)計采用 40m標(biāo)準(zhǔn)跨徑， 合理地解決了這一問題。 在設(shè)計中通過主梁內(nèi)力計算、 應(yīng)力鋼筋的布置、主梁截面強(qiáng)度與應(yīng)力驗算、 行車道板等設(shè)計， 完美地構(gòu)造了一座預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T 梁橋，所驗算完全符合要求， 所用方法均與新規(guī)范相對應(yīng)。 本設(shè)計重點突出了預(yù)應(yīng)力在橋梁中的應(yīng)用，這也正體現(xiàn)了我國橋梁的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞 :預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T 梁后張法施工IAbstractThe prestressed concrete beam plate bridge occ

3、upies my important status in ourcountry bridge construction, in at present, regarding small span permanent bridge,regardless of is the highway bridge or the city bridge, all as far as possible is using the prestressed concrete beam plate bridge, because this kind of bridge has makes use of local mat

4、erials, the industrialization construction, the durability is good, compatible, integrity good as well as artistic and so on many kinds of merits.This design uses simple support T beam structure, its superstructure by the king post, septum transversum beam, the lane boardand the bridge floor part an

5、d so on is composed, the obvious king post is the bridge main carrier. Its king post connects into the whole through the crossbeam and the lane board, enable the vehicles load to have the good traverse between various king posts .Bridge floor part including compositions and so on flooring, expansion

6、 and contraction installment and parapet, these structures although is not the bridge main carrier, but their design and the construction relates the bridge whole directly the function and the security, here has also given the detailed explanation in this design.This design mainly steps the sagging

7、moment control, when the span increases, cross the bending moment which produces by the dead load and the live load the sharp growth, is the material intensity majority of consumes for the structure gravity, thus limits the spanning ability, this design uses the 40m standard span, has solved this pr

8、oblem reasonably. In the design through the king post endogenic force computation, the stress steel bar arrangement, king post section intensity and stress checking calculation, lane board and so on designs, a structure prestressed concrete simple support T beam bridge, the checking calculation comp

9、letely has conformed to the requirement perfectly, uses the method and the new standard corresponds. This design has highlighted the pre-stressed with emphasis in the bridge application, this has also been manifesting our country bridge trend of development.Key words: Pre-stressed concreteSimple sup

10、port T beam Post tensioned constructionIIIII摘要 .IAbstract.II第一章 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T 形梁橋設(shè)計.11.1橋梁跨徑及橋?qū)?.11.2設(shè)計荷載 .11.3材料規(guī)格 .11.4設(shè)計依據(jù) .11.5基本計算數(shù)據(jù) .1第二章截面設(shè)計 .32.1主梁間距與主梁片數(shù) .322 主梁跨中截面尺寸擬訂.52.2.1主梁高度 .52.2.2主梁截面細(xì)部尺寸 .52.2.3計算截面幾何特征 .72.2.4檢驗截面效率指標(biāo)（希望在 0.5 以上） .9第 三 章 主梁作用效應(yīng)計算 .103.1永久作用效應(yīng)計算 .103.1.1永久作用集度 .103.1

11、.2永久作用效應(yīng) .113.2可變作用效應(yīng)計算 .133.2.1沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù) .133.2.2計算主梁的荷載橫向分布系數(shù).133.2.3車道荷載取值 .193.2.4可變作用效應(yīng) .193.3主梁作用效應(yīng)組合 .24第 四 章 預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量估算及其布置.254.1跨中截面鋼束的估算和確定 .254.2預(yù)應(yīng)力鋼束的布置 .26第 五 章 計算主梁截面幾何特性.355.1截面面積及慣矩計算 .355.2截面靜距計算 .365.3截面幾何特性匯總 .40第 六 章 主梁界面承載力與應(yīng)力計算 .426.1持久狀況承載能力極限狀態(tài)承載力驗算 .426.1.1正截面承載力驗算 .426.1.2

12、斜截面承載力驗算 .456.2持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂性驗算 .506.2.1正截面抗裂性驗算 .506.2.2 斜截面抗裂性驗算 .51第 七 章 主梁變形驗算 .567.1計算由荷載引起的跨中擾度驗算.56第八章橫隔梁計算 .578.1作用在跨中橫隔梁上的可變作用.57I8.2 截面配筋計算57第 九 章行車道板的計算599.1懸臂板（邊梁）荷載效應(yīng)計算599.1.1永久作用599.1.2可變作用609.1.3承載能力極限狀態(tài)作用基本組合619.2連續(xù)板荷載效應(yīng)計算619.2.1永久作用619.2.2可變作用639.2.3承載能力極限狀態(tài)作用基本組合659.3行車道板截面設(shè)計、配筋與承

13、載力驗算65結(jié)論69參考文獻(xiàn)70II第一章預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 形梁橋設(shè)計1.1橋梁跨徑及橋?qū)挊?biāo)準(zhǔn)跨徑： 40m（墩中心距離）主梁全長： 39.96m計算跨徑： 39.00m橋面凈空：凈 23.5+2 0.5m（防撞欄） =24.5m橋梁全長： 5 40m=200m設(shè)計時速： 80km/h橋面凈寬：半幅橋?qū)?2m，配合 25m的整體式路基。主梁片數(shù)：兩幅，每幅各5 片梁。橋面鋪裝11cm。1.2設(shè)計荷載汽車：公路級，人群： 3.5KN/ m2 ,結(jié)構(gòu)重要系數(shù)：0 1.1設(shè)計時速： 80km/h1.3材料規(guī)格混凝土：預(yù)制梁及其現(xiàn)澆接縫、封錨、墩頂現(xiàn)澆連續(xù)梁段、橋面現(xiàn)澆層均采用 C50混凝土，基樁采

14、用C25，其余構(gòu)件采用C30。預(yù)應(yīng)力鋼絞線：采用公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（ JTGD62-2004）中 d=15.2mm的鋼絞線，公稱直徑為140mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 fpk=1860MPa，彈性模量 Ep=1.95 105MPa。普通鋼筋采用 HRB335級鋼筋1.4設(shè)計依據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ JTG B0102003）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 （JTG D60-2004）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）1.5基本計算數(shù)據(jù)1表 1-1基本數(shù)據(jù)計算表名稱混凝土s15.2鋼絞線材料重度項目符 號立方強(qiáng)度f cu,k彈性模量Ec軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f ck軸心

15、抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度ftk軸心抗壓設(shè)計強(qiáng)度f cd軸心抗拉設(shè)計強(qiáng)度ftd短暫狀態(tài)容許壓應(yīng)力0.7fck容許拉應(yīng)力0.7ftk標(biāo)準(zhǔn)荷載組合:容許壓應(yīng)力0.5fck容許主壓應(yīng)0.6fck持久狀態(tài)力短期效應(yīng)組合:容許拉應(yīng)力st-0.85 pc容許主拉應(yīng)0.6ftk力標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f pk彈性模量Ep抗拉設(shè)計強(qiáng)度fpd最大控制應(yīng)力 con0.75fpk持久狀態(tài)應(yīng)力 :標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)組合0.65fpk鋼筋混凝土1瀝青混凝土2鋼絞線3鋼束與混凝土的彈性模量Ep比單位數(shù)據(jù)MPa50MPa3.45 410MPa32.40MPa2.65MPa22.40MPa1.83MPa20.72MPa1.757MPa16.20MPa19.44M

16、Pa0MPa1.59MPa1860MPa1.95 105MPa1260MPa1395MPa1209KN/ 325.0KN/ 323.0KN/ 378.5無綱量5.65注：考慮混凝土強(qiáng)度達(dá)到 90%時開始張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。 fck 和 ftk 分別表示鋼束張拉時混凝土的抗壓、抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，則 f ck =29.6MPa， f tk =2.51MPa。2第二章截面設(shè)計2.1 主梁間距與主梁片數(shù)主梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的增大而加寬為經(jīng)濟(jì), 同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標(biāo) 很有效 , 故在許可條件下應(yīng)適當(dāng)加寬 T 梁翼板 . 本橋主梁翼板寬度為2400mm,由于寬度較大 , 為保證橋梁的整體受力性

17、能 , 橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭 , 因此主梁的工作截面有兩種 : 預(yù)施應(yīng)力 , 運輸 , 吊裝階段的小截面 ( bi 1700mm) 和運營階段的大截面 ( bi 2400mm). 半幅凈 -10+2m的橋?qū)挷捎梦迤髁?, 如圖 2-1 所示。3（a）4(b)（ c）（d）圖 2-1預(yù)應(yīng)力混凝土T 形梁結(jié)構(gòu)尺寸圖（尺寸單位：cm）a）橫斷面b）內(nèi)梁立面c）外梁立面d） I-I剖面圖22 主梁跨中截面尺寸擬訂2.2.1主梁高度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/151/25 ，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中高跨比約在 1/181/19 。當(dāng)建筑高度不受限制時，增大梁高往往是較經(jīng)濟(jì)的方案，因為

18、增大梁高可以節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束用量，同時梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多，綜上所述，本橋梁取用2200mm的主梁高度是比較合適的。2.2.2主梁截面細(xì)部尺寸T 梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求，要應(yīng)考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的強(qiáng)度要求。本算例預(yù)制T 梁的翼板厚度取用150mm，翼板根5部加厚到 250mm以抵抗翼緣根部較大的彎矩。在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中腹板內(nèi)主拉應(yīng)力較小，腹板厚度一般由布置預(yù)制孔管的構(gòu)造決定，同時從腹板本身的穩(wěn)定條件出發(fā)，腹板厚度不宜小于其高度的1/15 。本算例腹板厚度取 200mm。馬蹄尺寸基本由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定的，設(shè)計實踐表明， 馬蹄

19、面積占截面面積的 10%20%為合適。本算例考慮到主梁需要配置較多的鋼束，將鋼束按三層布置，一層最多三束，同時還根據(jù)公預(yù)規(guī)9.4.9 條對鋼束凈矩及預(yù)留管道的要求，初擬馬蹄寬度為460mm，高度 250mm，馬蹄與腹板交接處作三角過渡，高度130mm，以減少局部應(yīng)力。按照以上擬訂的外形尺寸，就可以繪出預(yù)制梁的跨中截面圖（見圖2-2a ）（ a）跨中截面尺寸圖（尺寸單位：cm）6（ b） T 形梁端部截面尺寸圖（尺寸單位：cm）圖 2-22.2.3計算截面幾何特征將主梁跨中截面劃分成兩個規(guī)則圖形的小單元，截面幾何特性列表計算見表2-17跨中截面幾何特性計算表2-1分分分分分塊名塊面積塊 面 積塊

20、 面 積塊 面 積稱Ai形 心 至對 上 緣自 身 慣上 緣 距的靜矩矩離yiSi Ai yiI i（ cm2 ）（ cm3 ）（ cm4 ）（ cm ）（1）（2） （3）=（4）（1）*（2）大毛截面di ys yi分IiI I x塊 面 積對 截 面形 心 的慣矩I x Adi i2（ cm4 ）（ cm ）（ cm4 ）（5）（ 6 ） = （7）=（4）+（1）（6）* (5) 2翼板36007.5270006750072.571895905821720056三 角50018.3391652777.7861.7419259131928691承托腹板380011041800011431

21、667-29.93340405914835726下 三169200.67339131711.46-120.624579972459708角馬蹄1150217.525012559895.83-137.4217200562177995239219738203I62724133小毛截面翼板25507.5191254781281.91710440617152218三 角50018.3391652777.77871.0725254722528250承托腹板380011041800011431667-20.6161256813044235下 三169200.67339131711.46-111.27209

22、23912094102角馬蹄1150217.525012559895.83-128.118871052189309488169730328I53749753Si注：大毛截面形心至上緣距離：ys 738203/9219=80.07 Ai8Si小毛截面形心至上緣距離：ys 730328/8169=89.40 Ai2.2.4檢驗截面效率指標(biāo)（希望在 0.5以上）上核心距ksI62724133A yi921948.6220 80.07下核心距kxI84.97Acmys截面效率指標(biāo)：kskx0.54 0.5h根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，預(yù)應(yīng)力混凝土T 形梁在設(shè)計時，檢驗截面效率指標(biāo)取=0.45 0.55 ，且較大者亦

23、較經(jīng)濟(jì)。上述計算表明，初擬的主梁跨中截面是合理的。9第 三 章 主梁作用效應(yīng)計算根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱，橫截面的布置，并通過可變作用下的梁橋荷載橫向分布計算，可分別求得主梁控制截面的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，然后在進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合。3.1 永久作用效應(yīng)計算3.1.1永久作用集度（1）預(yù)制梁自重1 ） 跨中截面段主梁的自重 ( 五分點截面至跨中截面，長11.748m)G(1)0.81692511.748239.92KN2）馬蹄抬高與腹板變寬段梁的自重（長2.4m）G(2)(1.225380.8169)2.425/ 261.27KN支點段梁的自重（長 5.436m）G(3)1.22538255.

24、436166.53KN邊主梁的橫隔梁中橫隔梁體積：0.161.90.750.50.1/ 20.130.13 / 20.2226 m3端橫隔梁體積0.252.050.620.50.37 0.074/ 20.316m3故半跨內(nèi)橫梁重力為G(4)20.22261 0.3162519.03KN預(yù)制梁永久作用集度(239.9261.27166.5319.03) /19.9924.35KN / m（2）二期永久作用1）現(xiàn)澆 T 梁翼板集度g(5)0.15 0.7252.625KN / m10邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁一片中橫隔梁體積0.160.351.90.1064m3一片端橫隔梁體積0.250.352.050.

25、1794m3故：g(6)40.106420.179425/ 39.980.4905KN / m橋面鋪裝6cm混凝土鋪裝：0.0611.52517.25KN / m5cm瀝青鋪裝0.0511.52313.225 KN / m若將半幅橋面鋪裝均攤給五片主梁，則g(7)(17.25 13.225)/ 56.095KN / m防欄桿：單側(cè)防撞欄線荷載為7.5kN/m將兩側(cè)防護(hù)欄均分給五片主梁，則：g(8)7.52/ 53KN / m邊梁二期永久作用集度g2 2.625 0.4905 6.095 3 12.21KN / m3.1.2永久作用效應(yīng)如圖 3-1所示，設(shè) x 為計算截面離左支座的距離，并令x

26、/ l主梁彎矩和剪力的計算公式分別為：M11l 2 g2Q11 2l g2永久作用效應(yīng)計算見表3-111剪力影響線圖 3-1 永久作用效應(yīng)計算圖1 號梁永久作用效應(yīng)表 3-1作用效應(yīng)跨中四分點支點=0.5=0.25=0.0彎矩(KNm)4629.542604.120一期剪力 (KN )0237.41474.83彎矩(KNm)2321.431741.070二期剪力 (KN )0119.05238.10彎矩(KNm)6950.974345.190剪力 (KN )0356.46712.93123.2 可變作用效應(yīng)計算3.2.1沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)按橋規(guī) 4.3.2條規(guī)定，結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻

27、有關(guān)，因此首先要計算結(jié)構(gòu)的基頻。簡支梁橋的基頻可采用下列公式估算：fElc3.13Hz2mc2l其中：mcG / g 2349.39Kg / m根據(jù)本橋的基頻，可計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為：0.1767ln f0.01570.186按橋規(guī) 4.3.1條，當(dāng)車道大于兩車道時，需進(jìn)行車道折減，三車道折減22%，四車道折減 33%，但折減后不得小于用兩行車隊布載的計算結(jié)構(gòu)。本算例按四車道設(shè)計，因此在計算可變作用效應(yīng)時需進(jìn)行車道折減。3.2.2計算主梁的荷載橫向分布系數(shù)1）跨中的荷載橫向分布系數(shù)mc如前所述，本例橋跨內(nèi)設(shè)五道橫隔梁，具可靠的橫向聯(lián)系，且承重結(jié)構(gòu)的長寬比為：l / B39 /123.25

28、2所以可按修正的剛性橫梁法來繪制橫向影響線和計算橫向分布系數(shù)mc1. 計算主梁抗扭慣矩對于 T 梁截面，抗扭慣矩可近似按下式計算：mI Tci bi ti3i1式中： biti 相應(yīng)為單個矩形截面的寬度和高度ci 矩形截面抗扭剛度系數(shù)m 梁截面劃分成單個矩形截面的個數(shù)對于跨中截面，翼緣板的換算平均厚度：230155010t123017.2cm馬蹄部分換算成平均厚度132538t231.5cm2圖 3-2 示出了的計算圖示，IT 的計算見表 3-2圖 3-2I T 計算圖示（尺寸單位：cm）IT 計算表表 3-2分塊名biti (cm)ti / biciIT cibti i3 ( 10 3 m4

29、 )稱（cm）翼緣板24017.20.070.31863.89083腹板171.3200.120.30814.22220馬蹄4631.50.680.19312.7763310.889362. 按偏心壓力法計算橫向影響線豎坐標(biāo)值1 ai 2ij5n2aii 19ai2n5,2.424.822.42 ) 57.6m2.式中：i 1(4.82一號梁橫向分布系數(shù)計算如下：14一號梁橫向影響線的豎標(biāo)值為1 a12115214.82naii 1= 557.6 =0.20+0.40=0.601 a1215514.82n2ai= 557.6 =0.20-0.40=-0.20i1由 11 和 15 繪制的一號梁

30、橫向影響線，如圖 5 所示，圖中按橋規(guī)中規(guī)定確定了汽車荷載的最不利荷載位置。進(jìn)而由 11 和 15 計算橫向影響線的零點位置。 在本例中設(shè)零點至一號梁位的距離為 x，則：x 4 2.4 x0.600.20解得：x=7.20m零點位置已知后，即可求出各類荷載相應(yīng)于各個荷載位置的橫向影響線豎標(biāo)值q 和r 。設(shè)人行道緣石至一號梁軸線的距離為，則=（ 10-4 2.4 ） 2=0.2m于是，一號梁的活荷載橫向分布系數(shù)可計算如下：m1 nq1(q1q 2q 3q4)cq2 i 12汽車荷載=111 ( xq1 xq2xq 3xq 4 )2x=10.60(6.905.103.802.00)0.74227.

31、20mcr 11x r =0.60 （ 7.20+0.20+1.00 ） 0.658r =x7.202=人群荷載二號梁橫向分布系數(shù)計算如下：二號梁橫向影響線的豎標(biāo)值為151 a2 2215212.42naii1= 557.6 =0.20+0.10=0.301 a2225512.42n2ai=557.6 =0.20-0.10=0.10i1由 21 和 25 繪制的二號梁橫向影響線，如圖 3-3 所示，圖中按橋規(guī)中規(guī)定確定了汽車荷載的最不利荷載位置。三號梁橫向分布系數(shù)計算如下：三號梁橫向影響線的豎標(biāo)值為1 a3 23152102naii1= 557.6 =0.20+0=0.201 a32355102n2ai=557.6 =0.20-0=0.20i1由 31 和 35 繪制的二號梁橫向影響線，如圖 3-3 所示，圖中按橋規(guī)中規(guī)定確定了汽車荷載的最不利荷載位置。3. 計算荷載橫向分布系數(shù)1 號梁的橫向影響線和最不利荷載圖式如圖3-3 所示。16圖 3-3跨中的橫向分布系數(shù)mc 計算圖式（尺寸單位：cm）可變作用：17雙車道：一號梁： mcq =1/2 （0.575+0.425+0.317+0.116 ） =0.742二號梁： mcq =1/2 （0.294+0.256+0.229+0.192 ） =0.486三號梁： mcq =1/2 （0.2+0.2+0.2+0.