预应力混凝土连续梁桥的毕业设计(共65页).doc

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The superstructure is variable T shape continuous girder bridge. Bridge panel assumed the slope and the same bridge slope, this design assumptions for flat slope. Across the high position 1.3 m, 1.3 m high fulcrum beam, beam spacing 2 m, including precast beams width 1.6 m, flange plate joint width 0.4 m middle wet. Main girder in thick costal across 0.2 m, 0.4 m wide water chestnut, increasing the thickness of the web at the end of the horseshoe are the same as wide, to meet at the end of the anchorage arrangement and local stress needs. The beam of the set four word, span 4.824 m, and the horizontal width of the beam 0.25 m, across the width of the beam 0.16 m. Bridge deck pavement design total ply 15 cm, waterproof concrete thickness of 9 cm, asphalt concrete thickness 6 cm. This design mainly expounds the design and calculation of bridge process, the bridge structure design, and then to the upper structure force, reinforcement calculation, and then to strength, stress and deformation are checked. Keywords: Prestressed concrete; T beam; Main effect; Stress checking 目录绪论1摘要2Abstract 3一、设计基本资料5二、设计要点及结构布置6（一）设计要点6（二）结构尺寸拟定6（三）横截面沿跨长的变化8（四）横隔梁的设置8（五）毛截面几何特性计算8三、主梁作用效应计算9 （一）结构自重作用效应计算9 （二）汽车荷载作用效应计算11 （三）温差应力及基础沉降内力计算25 （四）内力组合28四、预应力钢束估算及布置32 （一）钢束估算32 （二）钢束布置40 （三）截面几何特性计算40五、预应力损失及有效预应力计算41 （一）基本理论41 （二）预应力损失计算41六、配束后主梁内力计算及内力组合46七、截面强度验算48八、抗裂验算48九、持久状况构件的应力验算54十、短暂状况构件的应力验算59十一、挠度验算60参考文献 61预应力混凝土连续T型梁桥设计一、设计基本资料1、设计资料（1）跨度和桥面宽度1）标准跨径：25m。 （墩中心距）2）计算跨径：24.12m。3）主梁全长：24.92m。4）桥面宽度（桥面净空）：净9+2×0.5m（防撞墩）。（2）技术标准1）设计荷载：公路II级。2）基本风压：0.4KN/。2主要材料（1）混凝土：主梁采用C50混凝土；（2）预应力筋：纵向预应力束采用高强钢绞线，fpk=1860MPa，Ep =1.95×105MPa，计算面积为140mm2，破断力为260.7KN；横向预应力束采用3mm高强钢绞线，强度指标同纵向束；竖向预应力钢筋采用冷拉III级，mm粗钢筋，fpk=530MPa。（3）普通钢筋：采用HRB335级钢筋或HRB400级钢筋；（4）锚具：采用OVM型锚具固体系，内缩量为L=6mm。管道采用mm的波纹管，管壁摩阻系数=0.25，管道偏差系数k=0.0008；（5）支座：盆式橡胶支座，支座摩擦系数为=0.05。（6）桥面铺装：采用9cm防水混凝土加6cm沥青混凝土两层，其容重分别为：防水混凝土23KN/m3，沥青混凝土21 KN/m3。3计算基本数据：（1）控制张拉力：纵向预应力为k=0.75fpk，横向预应力为k=0.75fpk，竖向预应力为k=0.95fpk；（2）混凝土终极徐变系数：，混凝土徐变速度系数=2.0；（3）日照温差按公路桥涵设计通用规范的规定取值；（4）基础沉降量为0.012mm。二、设计要点及结构布置（1）结构尺寸拟定1.主梁片数与主梁间距主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼缘板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼缘板。本设计主梁跨中、端部翼缘板宽为200cm，桥面宽为10m，选用5片T型梁。T型梁截面尺寸主梁横断面布置图主梁构造立面与平面图2.主梁结构尺寸拟定主梁采用T形截面，梁高1.3m，高跨比H/L=1.3/25<1/15 （三）横截面沿跨长的变化如图所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端3224mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。（四）横隔梁的设置本设计横隔梁共设置四道，间距4.824m，端横隔梁宽度0.25m，跨中横隔梁宽度0.16m。（五）毛截面几何特性计算1.截面几何特性计算结果分块名称分块面积分块面积形心至上缘距离yi分块面积对上缘静距Si=Aiyi分块面积的自身惯性矩Iidi=ys+yi分块面积对截面形心的惯性矩I=Ii+Ix（cm2）（cm）（cm3）（cm4）（cm）（cm4）（cm4）大毛截面（含湿接缝）翼板24006144002880037.3三角承托45015.306885250028腹板196061.3-17.7.4.7下三角100103.3010330555.6-60.5马蹄8001209600026666.7-76.7.75710.9小毛截面（不含湿接缝）翼板19206117602304040.8.8.8三角承托45015.306885250031.5.5.5腹板196061.3-14.2.4.7下三角100103.310330555.6-56.5.6马蹄8001209600026666.7-73.2.75230.3大毛截面形心至上翼缘距离ys=Si/Ai43.3小毛截面形心至上翼缘距离ys=Si/Ai46.82.检验截面效率指标（希望在0.40.55之间）为： 式中：KS上核心距离，KX下核心距离，得：=45.59, 0.4<<0.55 ，表明以上初拟的跨中截面是合理的。三、主梁作用效应计算1.结构自重作用荷载集度计算1）预制T梁一期结构自重作用荷载集度（g1）g1=3.224×0.7040×2+2×2×（0.7040+0.523）/2+0.523×14.472+0.10536×4+0.172×2 ×25/24.45=15.241KN/m2)成桥后T梁一期结构自重作用荷载集度增量（g1）g1=(0.2×0.12×24.45+0.88×0.2×0.12×6) ×2×25/24.45=1.459 KN/m3)二期结构自重作用荷载集度（g2）二期结构自重作用荷载集度为桥面铺装与防撞墩自重集度之和。采用9cm防水混凝土加6cm沥青混凝土两层，其容重分别为：防水混凝土23KN/m3，沥青混凝土21 KN/m3，每侧防撞墩重量的作用力为5KN/m，因桥横向由5片梁组成，则每片梁承担全部二期永久作用效应的1/5。g2=(0.09×23×9+0.06×21×9+2×0.5×5)/5=6.994KN/m2.内力计算本桥为先简支后连续的连续梁，施工过程中包含了结构体系转换，所以结构自重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来，然后进行内力叠加。第一施工阶段，结构体系为简支梁结构，自重作用荷载为g1。第二施工阶段，由于两跨间接头较短，混凝土重量较小，其产生的内力较小，且会减小跨中弯矩，故忽略不计。第三施工阶段，结构体系已转换为连续梁，因临时支座间距较小，忽略临时支座移除产生的效应，故自重作用荷载仅为翼缘板及横隔梁接头重力，即g1。第四施工阶段，结构体系为连续梁，自重作用荷载为桥梁二期结构自重作用荷载，即g2。1） 第一施工阶段结构自重作用效应内力截面剪力弯矩支点184.4160左变化点92.208581.441/4截面56.8836.788跨中01115.7173/4截面-56.8836.788右变化点-92.208851.44支点-184.41602） 第三施工阶段结构自重作用效应内力截面剪力弯矩左边支点（左）78.10边跨左变化点32.55266.87边跨1/4截面22.86295.3跨中-36.16253.71边跨3/4截面-95.18-156.74边跨右变化点-104.87-259.37左中支点（左）-154.2-936.06左中支点（右）118.04-936.06中跨左变化点68.71-448.27中跨1/4截面59.02-382.74中跨跨中0-198.293） 第四施工阶段结构自重作用效应内力截面剪力弯矩左边支点（左）73.880边跨左变化点35.32263.38边跨1/4截面27.12295.41跨中-22.85308.75边跨3/4截面-72.819.82边跨右变化点-81.01-69.1左中支点（左）-122.77-601.37左中支点（右）99.93-601.37中跨左变化点58.16-188.44中跨1/4截面49.96-132.97中跨跨中023.164） 结构自重作用效应总内力截 面第一施工阶段自重作用第三施工阶段自重作用第四施工阶段自重作用阶段自重作用效应内力叠加剪 力（KN）弯 矩（KN/m）剪 力（KN）弯 矩（KN/m）剪 力（KN）弯 矩（KN/m）剪 力（KN）弯 矩（KN/m）左边支点（左）184.416078.1073.880336.3960边跨左变化点92.208581.4432.55266.8735.32263.38154.671111.69边跨1/4截面56.8836.78822.86295.327.12295.41142.1881427.498边跨跨中01115.717-36.16253.71-22.85308.75-59.011678.177边跨3/4截面-56.8836.788-95.18-156.74-72.819.82-260.198689.868边跨右变化点-92.208851.44-104.87-259.37-81.01-69.1-278.088522.97左中支点（左）-184.4160-154.2-936.06-122.77-601.37-461.386-1537.43左中支点（右）184.4160118.04-936.0699.93-601.37402.386-1537.43中跨左变化点92.208851.4468.71-448.2758.16-188.44183.67214.73中跨1/4截面56.8836.78859.02-382.7449.96-132.97118.188321.078中跨跨中01115.7170-198.29023.160940.587(二)汽车荷载作用效应计算1冲击系数和车道折减系数1）汽车冲击系数按下法计算据桥规4.3.2规定：结构冲击系数与结构的基频有关，因此要计算结构基频。 冲击系数可按下式计算： 当<1.5Hz时， =0.05当1.5Hz14Hz时，=0.1767ln-0.0157当>1.5Hz时, =0.45式中 -结构基频 连续梁桥的基频可采用下列公式估算： （用于冲击力引起的正弯矩效应好剪力效应） （用于冲击力引起的负弯矩效应）对于本设计桥梁：f1=6.259Hz f2=10.872Hz （33m 40m 取两者较大值）1=0.308 1=0.406 当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。本设计分别按两车道和三车道布载进行计算，取最不利情况进行设计。2计算主梁的荷载横向分布系数1）计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I和IT抗弯惯性矩I在前面已求得：I=0.10999m4对于T型梁截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算式中biti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，可由表下式计算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马蹄部分的换算平均厚度腹板部分换算平均厚度：则：翼缘板：t1/b1=0.145/2.00=0.0725<0.1得c1=1/3腹板：t2/b2=0.2/(1.05-0.145)=0.221,得c2=0.221马蹄：t2/b3=0.25/0.4=0.625 得c3=0.625故：IT=1/3×2×14.53+0.221×90.5×203+0.626×40×253=0.m4计算抗弯修正系数：由表可知，n=5时，=1.042，并取G=0.425E，代入式得：（3）计算横向影响线竖标值对于1号梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为设影响线零点距1号梁轴线距离为x，则解得：x=6.26m对于2号梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为设影响线零点距2号梁轴线距离为x，则解得：x=6.52m对于3号梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖标值为计算荷载横向分布系数1，2，3号梁的横向影响线布载如图所示1号梁:二车道：2号梁：三车道：二车道：3号梁：三车道：二车道：支点截面的荷载横向分布系数m0（杠杆原理法），如图1号梁：2号梁：3号梁： 由计算可得，1号梁跨中二车道横向分布系数最大，因此在内力计算时，取mcq=0.7688，moq=0.55（4）车道荷载的取值公路II级车道荷载的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值pk分别为qk=10.5×0.75=7.875KN/m计算弯矩时，计算剪力时，（5）计算可变作用效应主梁汽车荷载效应横向分布系数确定之后，将汽车荷载效应乘以相应的横向分布系数后，在主梁内力影响线上最不利布载，可求得主梁最大汽车荷载效应内力，计算公式为：式中：Sp主梁最大汽车荷载效应内力（弯矩或剪力）；（1+）汽车荷载冲击系数； 车道折减系数，本设计=0.78 mi荷载横向分布系数； Pk车道荷载中的集中荷载标准值； yi主梁内力影响线的竖标值； qk车道荷载中的均布荷载标准值； i主梁内力影响线中均布荷载所在范围的面积。边跨左变化点边跨1/4边跨跨中边跨3/4边跨右变化点左中支点中跨1/4中跨跨中左支点边跨左变化点边跨1/4边跨跨中边跨3/4边跨右变化点左中支点中跨左变化点中跨1/4中跨跨中（6）汽车荷载效应内力截 面Mmax(KN·m)Mmin(KN·m)Qmax(KN)Qmin(KN)左支点00-167.2145.8边跨左变化点448.1-89.1-93.328.3边跨1/4112.7-158.2-67.856.2边跨跨中1507.9-273.9-50.366.0边跨3/4883.2-415.1-31.096.5边跨右变化点458.6-551.7-20.7130.4左中支点（左）184.5-971.3-11.4182.9左中支点（右）184.5-971.3184.4-24.2中跨左变化点491.1-792.1-158.328.9中跨1/4905.3-572.8-104.383.5中跨跨中1444.7-437.9-63.3168.1(三)温差应力及基础沉降内力计算1.温差应力计算根据通规第4.3.10条规定，混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。根据通规表4.3.10-3中查得混凝土铺装竖向温差计算的温差基数，温差基数用线性插值法确定如下：T1=12.8，T2=5.26；按直线插入法得：T3=1，T4=0；温差应力计算图示如图所示。温差应力按公预规附录B计算：式中Ay截面内的单元面积； ty单元面积Ay内温差梯度平均值，均以正值代入；c混凝土线性膨胀系数，c =0.00001；Ec混凝土弹性模量，Ec =3.45×104MPa ey单位面积Ay中心至截面重心轴的距离，重心轴以上取正值，以下取负值。温差反应计算编号单位面积（mm2）温差（）单元面积至截面重心距离（mm）11.2×1059.342921.65×1053.836930.4×1050.52186温度次内力计算示意图列力法方程：式中：1T、2T温度变化在赘余力方向引起的变形，即为中间支座上截面的相对转角；X单元梁段挠曲变形后的曲率，e桥面板重心到截面重心轴的距离解得：根据l1=24.60m，l2=25m，可求得X1T=X2T=627.36KN·m则温度次内力：将数据代入上述各式即得温度次内力。具体截面弯矩和剪力值见表，温度次内力全桥对称，故只列出半跨的。温度次内力截 面剪 力（KN）弯 矩（KN·m）左支点-28.60边跨左变化点-28.673.1边跨1/4-28.6127.3边跨跨中-28.6206.5边跨3/4-28.6292.7边跨右变化点-28.6335.9左中支点（左）-28.6366.7左中支点（右）0366.7中跨左变化点0366.7中跨1/40366.7中跨跨中0366.72.基础沉降计算取边支座沉降1cm计算结构基础沉降内力，同温度次内力类似，采用力法求解，如图列力法方程： 式中：1、2分别为当支座沉降单独作用在基本结构上时，所引起的沿X1、X2方向的转角。解得：其中：l1=24.60m；l2=25m；E=3.45×104MPa；I=0.4706 m4代入式中计算得：X1=-426.3KN·m；X2=-107.42KN·m基础沉降次内力：M=X1M1+X2M2将数据代入上述各式即得基础沉降次内力。具体各截面弯矩和剪力值见表，支座沉降并不对称，故列出全桥主要截面的内力。基础沉降次内力截 面剪 力（KN）弯 矩（KN·m）左支点-6.20边跨左变化点-6.2-69.3边跨1/4-6.2-112.1边跨跨中-6.2-193.1边跨3/4-6.2-264.3边跨右变化点-6.2-340.5左中支点（左）-6.2-426.2左中支点（右）-8.7-426.2中跨左变化点-8.7-334.7中跨1/4-8.7-237.9中跨跨中-8.7-148.2中跨3/4-8.7-21.5中跨右变化点-8.730.2右中支点（左）-8.7107.4右中支点（右）-2.5107.4边跨左变化点-2.589.5边跨1/4-2.571.5边跨跨中-2.553.7边跨3/4-2.535.8边跨右变化点-2.516.9右支点-2.50（四）内力组合为了进行预应力钢束的计算，在不考虑预加力引起的结构次内力及混凝土收缩徐变次内力的前提下，按桥规通规第4.1.6条和第4.1.7条规定，根据可能出现的荷载进行第一次内力组合。1. 按承载能力极限状态设计基本组合。永久作用的设计值效应和可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：式中：Sud承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；结构重要性系数，按通规表1.0.9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0、0.9；Gi第i个永久作用效应的分项系数，应按通规表4.1.6的规定采用；SGik、SGid第i个永久作用效应的标准值和设计值；Qi汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取Qi =1.4SQ1k、SQ1d汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值； Qj作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取Qj =1.4，但风荷载的分项系数取Qj =1.1；SQjk、SQjd在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值和设计值；c在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，取值见通规第4.1.6条。根据通规第4.1.6条规定，各种作用的分项系数取值如下：结构重要性系数取=1.0；恒载作用效应的分项系数取Gi =1.2（对结构承载力不利），或Gi =1.0（对结构承载力有利）；基础变位作用效应的分项系数取G2 =0.5；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；其他可变作用效应的组合系数c=0.8；则承载能力极限状态组合为：对结构承载力不利时0Sud=1.0×（1.2SG1+0.5SG2+1.4SQ1+0.8×1.4SQ2）；对结构承载力有利时0Sud=1.0×（1.0SG1+0.5SG2+1.4SQ1+0.8×1.4SQ2）；2.按正常使用极限状态设计1）作用短期效应组合永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：式中：Ss