32米预应力混凝土简支T型梁桥毕业设计(共77页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上编号:。南阳师范学院2012届毕业生毕业设计 题 目: 32米预应力混凝土T型梁桥设计 完 成 人: * 班 级: 2008-02 学 制: 4 年 专 业: 土木工程 指导教师: * 完成日期: 2012-04-23 专心-专注-专业目 录摘 要本设计为预应力钢筋混凝土简支T型梁桥,其下部结构为重力式桥墩和U型桥台,支座拟采用平板橡胶支座。(1)根据要求拟定桥梁跨长及桥宽和桥梁类型,进行中间某一跨的纵断面布置,并初步确定有关构件细部尺寸。(2)主梁作用效应计算,进行主梁作用效应组合及组合。(3)预应力钢束的估算及其布置。(4)计算主梁截面几何特性。(5)钢束预应力损
2、失计算。(6)主梁截面承载力预应力验算。(7)主梁端部的局部承压验算。(8)横隔梁计算。(9)行车道板计算。1前 言1.1 预应力混凝土T型简支梁的特点及研究意义简支梁桥由一根两端分别支撑在一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥,属于静定结构。是梁式桥中应用最早、使用最广泛的一种桥形。其构造简单,架设方便,结构内力不受地基变形,温度改变的影响。预应力混凝土简支梁桥构造简单,易于建造,形式多种多样,适应性强,不受基础条件的限制,可标准化生产,因此目前我国公路桥梁中最常用的梁式桥以预应力混凝土结构形式的桥梁日益显出广阔的应用前景。预应力混凝土T型简支梁桥具有以下优点:(1)节省钢材,
3、降低桥梁的材料费用;(2)由于采用预施应力工艺,能使混凝土结构的工地接头安全可靠,因而以往只适应于钢桥架设的各种不要支架的施工方法,现在也能用于这种混凝土桥,从而使其造价明显降低;(3)同钢桥相比,其养护费用较省,行车噪声小;(4)同钢筋混凝土桥相比,其自重和建筑高度较小,其耐久性则因采用高质量的材料及消除了活载所致裂纹而大为改进。 同时,预应力混凝土T型简支梁桥也有以下的缺点:自重要比钢桥大,施工工艺有时比钢桥复杂,工期较长。但这些缺点属次 图1装配式T形简支梁桥概貌要问题,且仍在不断地克服。总而言之,对于梁而言,正弯矩就是普遍的上部受压下部受拉; 负弯矩反之,简支梁就是两个支座中间架了一片
4、梁,连续梁就是很多支座上面架了一片梁 (这里横向都是一个支座的,指定是平面问题),很容易看出简支梁只承受正弯矩,但是连续梁有正弯矩也有负弯矩。2. 理论计算部分2.1 设计资料与结构尺寸2.1.1 设计资料1.标准跨径:32.00m2.设计跨径:31.60m3.主梁预制长度:31.96m4.桥面净空:净9+21.0m5.设计荷载:汽车-20级,挂车-100,人群荷载:3.5KN/6.材料:(1)钢筋,其技术指标见表1a:表1 钢筋技术指标表种类弹性模量抗拉设计强度抗压设计强度标准强度级(MPa)240240240级(Mpa)340340340(2)混凝土其技术指标见表1b。T型主梁、桥面铺装(
5、防水)为C50;栏杆、人行道为C30。 表1 混凝土技术指标表种类设计强度标准强度弹性模量轴心抗压轴心抗拉轴心抗压轴心抗拉C5022.4MPa1.83 MPa32.4 MPa2.65 MPaC3017.5MPa2.15 MPa21.0 MPa2.10 MPa7.设计依据:(1)公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)(2)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85)(3)公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ022-85)(4)公路桥梁荷载横向分布计算(5) 中华人民共和国行业标准.城市桥梁设计荷载标准,(CJJ7798).北京:中国建筑出版社,1998.12.01.(6)
6、中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范(JTG/D60012004).北京:人民交通出版社,2004.(7) 中华人民共和国行业标准.公路桥梁抗风设计规范(JTG/TD60012004).8.计算方法:极限状态法 2.1.2 横截面布置1.主梁间距与主梁片数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梁翼板。本设计主梁翼板宽度2200mm,由于宽度较大,为保证桥梁的整体受力性能,桥面板采用现浇混凝土刚性接头,因此主梁的工作截面有两种:预施应力、运输、吊带阶段的小截面()和运营阶段的大截面(),本桥按二级桥梁净空进行设计
7、,行车道宽度为9m,人行道宽度为1.0m,全桥每跨采用5根预制的钢筋混凝土T型梁,每根梁行车道板宽2.20m,沿主梁纵向布置5根横隔梁。(图2)为桥梁横断面布置及主梁一般构造。图2桥梁横断面图和纵断面图2.主梁跨中截面主要尺寸拟定(1)主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15-1/25,标准设计中高跨比约在1/18-1/19。当建筑高度不受限制时,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高,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。(2)主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面
8、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150mm,翼板根部加厚到250mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小,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,本设计腹板厚度取200mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要决定,设计实践表明,马蹄面积占截面总面积的10%-20%为合适。本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束,将钢束按四层布置,一层最多排三束,同时还根据公预规9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求,初拟马蹄宽度为550mm,高度250mm
9、,马蹄与腹板交接处做三角过度,高度150mm,以减小局部应力。按照以上拟定的外形预制梁的尺寸,跨中截面图(如图3)所示(3)计算截面几何特性图3 跨中截面尺寸图(mm)将主梁跨中截面划分为五个规划图形的小单元,截面几何特性列表计算见表2表2 跨中截面几何特性计算表 分块名称分块面积(cm2)分块面积形心至上缘距离(cm)分块面积对上缘净矩(cm3)分块面积的自身惯矩Ii(cm4)(cm)分块面积对界面形心的惯矩(cm4)(cm4)(1)(2)(3)=(1)(2)(4)(5)(6)=(1) (5)(7)=(4)+(6)大毛截面翼板33007.5247506187570.89.93.93三角承托5
10、0018.3339116.52777.7760.057.63.41腹板3400100-21.61.14.47下三角262.5180472503281.25-101.61.43.68马蹄1375197.5.571614.5-119.11.14.928837.5.41小毛截面翼板24007.5180004500078.92.36.36三角承托50018.3339166.52777.7768.087.79.57腹板3400100-13.58.76.09下三角262.5180472503281.25-93.58.31.31马蹄1375197.5.571614.5-111.08.80.37937.5.6
11、3注:大毛截面形心至上缘距离 =78.39(cm)小毛截面形心至上缘距离=86.42(cm)(4)检验截面效率指标上核心距:=43.44(cm)下核心距:=72.93(cm)截面效率指标:=0.550.5表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。2.1.3主横截面沿跨长的变化本设计主梁采用等高形式,横截面的T粱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1880mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而从六分点附近(第一道横隔梁处)开始向支点逐渐抬高,在马蹄抬高的同时腹板宽度易开始变化。2.1.4横隔梁的设置模型试验结果表明,在
12、荷载作用的主梁弯矩横向分布,当该处有横隔梁时比较均匀,否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计其主要控制作用的跨中弯矩,在跨中设置一道横隔梁;当跨度较大时,应设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中点和三分点、六分点、支点处设置七道横隔梁,其间距为5.2 m。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1850mm,厚度为上部180mm,下部160mm。2.2 主梁作用效应计算2.2.1 永久作用效应计算1永久作用集度(1)预制梁自重跨中截面段主梁的自重(六分点截面至跨中截面,长10.4m)G(1)=0.793752510.4=206.38(KN)马蹄抬高
13、与腹板变宽段梁的自重(长约3.7m)G(2) (1.0.79375) 3.7=98.40(KN)支点段梁的自重G(3)=1.251.88=62.68(KN)边主梁的横隔梁中横隔梁体积:0.17(1.70.7-0.50.10.5-0.50.150.175)=0.1958()端横隔梁体积:0.25(1.950.525-0.50.0650.325)=0.2533()故半跨内横梁自重:G(4)=(2.50.1958+10.2533)25=18.57(KN)预制梁永久作用集度:g1=(206.38+98.40+62.68+18.57)/15.98=24.16(KN/m)(2)二期永久作用现浇T梁翼板集度
14、:g(5)=0.150.625=2.25(KN/m)边梁现浇部分横隔梁一片中横隔梁(现浇部分)体积:0.170.31.7=0.0867()一片端横隔梁(现浇部分)体积:0.250.31.95=0.14625()故 g(6)=(50.0867+20.14625)25/31.96=0.568(KN/m)铺装8cm混凝土铺装:0.08925=18.00(KN/m)5cm沥青铺装:0.05923=10.35(KN/m)若将桥面铺装均摊给五片主梁,则:g(7)=(18.00+10.35)/5=5.67(KN/m)栏杆一侧人行栏:1.52 KN/m;一侧防撞栏:4.99 KN/m;若将两侧人行栏、防撞栏均
15、摊给五片主梁则:g(8)=(1.52+4.99)2/5=2.60(KN/m)过梁二期永久作用集度:G2=(2.25+0.568+5.67+2.60)=11.09(KN/m)2永久作用效应(永久作用效应计算见表3)图4永久作用效应图设为计算截面离左支座的距离,并令。主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:表3 1号梁永久作用效应作用效应跨中=0.5四分点=0.25N7锚固点=0.03704支点=0.0一期弯矩(KN.m)3015.652261.74430.250剪力(KN)0190.86353.45381.73二期弯矩(KN.m)1384.251038.19197.490剪力(KN)087.61162.
16、28175.22弯矩(KN.m)4399.93299.93627.280剪力(KN)0278.47515.73556.952.2.2可变作用效应计算1.冲击系数和车道折减系数按桥规4.3.2规定,结构的冲击系数与结构的基频有关。简支梁桥的基频可采用下列公式估算:=4.37(HZ)其中,=2252.17(kg/m)根据本桥的基频,可计算出汽车荷载的冲击系数为:=0.245按桥规4.3.1条,当车道大于两车道时,需进行车道折减,三车道折减22%,四车道折减33%,但这件后不得小于用两行车队步载的结果。本设计三车道设计,因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。2.计算主梁的荷载横向分布系数mc(1)
17、跨中的荷载横向分布系数mc如前所述,本例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,所以可按修正的刚性横隔梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc。计算主梁抗扭惯矩IT对于T形梁截面,抗扭惯矩可近似按以下公式计算:式中:bi,ti-相应于单个矩形截面的宽度和高度; Ci-矩形截面抗扭刚度系数; m-梁截面划分为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: =17.4(cm)马蹄部分的换算平均厚度: =32.5(cm)下图示出了IT计算图式(如图5),计算见表4图5It计算图式(mm)表4 IT计算表分块名称翼缘板22017.412.64371/33.813腹板1
18、60.1208.0050.31003.970马蹄5532.51.69230.20983.96111.791计算抗扭矩修正系数对于本设计主梁的间距相同,并将主梁近似看成等截面,则得:式中G= 0.4E,L= 31.60m, =0.05897, a1= 4.4m, a2= 2.2m, a3= 0.0m, a4= -2.2m, a5= -4.4m, Ii= 0.5052m4计算得=0.98按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值式中:n=5,计算所得的yij值列于表5表5 yij计算表编号yi1yi2yi3yi4yi510.5920.3960.20.004-0.19220.3960.2980.20.
19、1020.00430.20.20.20.20.2计算荷载横向分布系数1号梁的横向影响线和最不利布载图式,如图所示(如图6)三车道: =0.5(0.5564+0.3960+0.1198+0.004-0.1604)=0.5962两车道: =0.5(0.5564+0.3960+0.2802+0.1198)=0.6762故取可变作用(汽车)的横向分布系数为: =0.6762可变作用(人群) =0.6499图6跨中的横向分布系数mc计算图式(mm)(2)支点截面的荷载横向分布系数按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载,下图为其计算图式(见图7)1号梁可变作用的横向分布系数可计算如下:可变作用(汽车
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