预应力混凝土箱型梁桥设计 (2).docx

预应力混凝土箱型梁桥设计第一章桥式方案的拟定1.1设计基本资料1.1.1、跨度和桥面宽度(1)标准跨径：28m(2)桥梁总长：112m(3)计算跨径：27.36m(4)主梁全长：27.96m(5)桥面宽度：2×0.50m防撞栏+3.75×2m车行道+3.5m应急车道1.1.2、技术标准(1)设计荷载：公路-级(2)环境标准：类环境(3)设计安全等级：二等1.1.3、主要材料(1)主梁混凝土：C50级混凝土；(2)桥面板及栏杆混凝土：C30级混凝土；(3)预应力钢筋：主梁纵横向预应力钢筋用S15.2高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值和抗拉、抗压强度设计值分别为fpk=1860MPa、fpd=1260MPa和fpd=390MPa。1.2桥型的选择1预应力混凝土箱型梁桥安全性静定构造，构造简单。主梁高跨比适中，技术成熟，计算简单，施工方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶，知足交通运输安全要求；施工技术成熟，方法简单，易把握，需要的机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。可保证司机正常行驶，知足交通运输安全要求，且施工简单。(2)连续梁桥：连续梁桥立面布置可采用等跨径，可以采用不等跨径。并且适用于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工。采用变截面合适悬臂法施工，施工阶段的主梁内力与运营阶段的主梁内力基本一致。采用变截面构造外形美观，可节省材料并增大桥下净空高度。3上承式刚架拱桥拱的承载潜力大，但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车条件较差。需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建桥时间也较长。上部构造的自重较大，且存在水平推力，下部构造工程量增加，地质条件要求高。因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比拟后最终以适用最广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土箱型梁桥作为最佳设计方案。1.3截面的选取1、板式截面：板式截面建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装配施工时，预制构件质量小，架设方便。2、T形截面：T形截面的翼缘板构成桥梁的行车道板，又是主梁的受压翼缘，构造合理，制造简单，肋内配筋可做成钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来连接，整体性好。缺乏之处是形状不稳定，给运输和安装带来不便。3、箱形截面：箱形截面是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度大；材料在截面上分布合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大的扭矩；能够知足普通钢筋和预应力钢筋的配置要求；同时具有良好的横向抗弯能力。由于箱形截面抗扭刚度大，在车辆荷载作用下各梁受力较均匀，其横向分布系数较小。箱形截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还十分适用于较大跨径的连续梁桥、悬臂梁桥和T形刚构桥。桥跨构造在跨中承受正弯矩，在支座处承受负弯矩，箱形截面的上、下底板完全适应于他们的配筋要求。综合比拟上述三种截面形式方案，本设计截面形式选取可节省材料，成为薄壁构造，提高了抗扭强度，且能适应各种使用条件的箱型截面1.4箱型梁构造形式及相关参数设计1、本箱形梁按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法。2、桥上横坡为双向2%计算时根据简化的中梁截面特性进行计算。3、箱形截面尺寸：梁高1.5m，端部设置横隔梁，高1.3m，宽0.5m，横向共计5片箱形粱，采用湿接缝进行连接，湿接缝宽0.5m，厚度为0.18m，预制箱形粱顶板宽2m，跨中腹板厚0.2m，顶板厚0.2m，底板厚均0.23m，端部腹板厚0.25m，顶板厚0.20m，底板厚0.25m，腹板和顶板之间设有承托，底板厚度、腹板厚度在距支座中心线1.60m处开场渐变为距支座中心线0.1m处的0.25m和0.25m即端部的截面尺寸。4、预应力管道采用金属波纹管成形，波纹管内径为60mm，外径为67mm，管道摩擦系数0.2，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm单端。5、沥青混凝土重度按23kN/m3计，预应力混凝土构造重度按26kN/m3计，混凝土重度按25kN/m3计，单侧防撞栏线荷载为7.5kN/m。6、根据以上拟定的各部分尺寸，绘制箱形粱的跨中及端部横截面图，见图2-2。计算跨中截面几何特性，见表2-1。由此可计算出截面效率指标希望在0.5以上。式中k截面上核心距，可按下式计算sks=图桥梁横断面及纵剖面构造尺寸图单位:cm分块名称分块面积Ai分块面积形心至上缘距离yi分块面积对上缘静矩Si=Aiyi分块面积的本身惯性矩IiDi=ys-yi分块面积对截面形心的惯性矩Ix=Aidi2I=Ii+Ixcm2cmcm3cm4cmcm4cm4大毛截面含湿接缝顶板承托腹板底板小毛截面不含湿接缝顶板承托腹板底板大毛截面形心至上缘距离ys=ys=小毛截面形心至上缘距离ys=ys=kx截面下核心距，可按下式计算kx因而截面效率指标表明以上的初拟截面是合理的。图端部及跨中截面尺寸图尺寸单位：cm1.6主梁作用效应计算主梁的作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应。根据梁跨构造纵、横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面取跨中、四分点、变化点截面及支点截面的永久作用和最大可变作用效应，再进行主梁作用效应组合标准组合、短期组合和极限组合。此处以边主梁作用效应进行计算，配筋设计及持久状况、正常使用状态应力则偏于安全的按中梁的截面特性考虑。1.6.1永久作用效应计算按边主梁计算1.永久作用集度1主梁自重1跨中截面段主梁自重底板宽度变化处截面至跨中截面，长2底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算长主梁端部截面面积为3支点段梁的自重长4边主梁的横隔梁只在端部设置横隔梁端横隔梁体积为故半跨内横隔梁重量为5主梁永久作用集度2二期永久作用1顶板中间湿接缝集度2边梁现浇部分横隔梁一片端横隔梁现浇部分体积：所以3桥面铺装层9cm厚沥青混凝土铺装6cm厚C40混凝土铺装将桥面铺装均分给五片主梁，则4防撞栏：单侧防撞栏线荷载为将两侧防撞栏均分给五片主梁，则5边梁二期永久作用集度2.永久作用效应：按图进行永久作用效应计算，设a为计算截面离左侧支座的距离，并令c=a/l。主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为永久作用效应计算见表1.6.2可变作用效应计算1.冲击系数和车道折减系数计算：构造的冲击系数与构造的基频f有关，故应先计算构造的基频，简支梁桥的基频可按下式计算其中由于当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减22%，四车道折减33%，但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。此处按两车道、三车道和四车道布载分别进行计算，取最不利情况进行设计。2.计算主梁的荷载横向分布系数：由于各主梁均不设跨中横隔梁，仅设置1跨中的荷载横向分布系数mc端横隔梁，各主梁之间的横向联合系依靠现浇湿接缝来完成，故能够按刚接梁法。来绘制横向分布影响线和计算横向分布系数mc1计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I和I:抗弯惯性矩I在前面已求得，见表，T为I=；对箱型截面，其抗扭惯性矩可根据式计算式中?箱形梁闭合截面中线所包含的面积；相应单个矩形截面的宽度和高度；矩形截面抗扭刚度系数，可根据t/b由表求得；梁截面划分成单个矩形截面的个数。对箱型截面，计算图式见图，计算如下。上式中其中c=由表内插求得，参数为t/b=。