【最新修订版】预应力混凝土简支梁T形梁桥设计计算毕业论文设计桥梁.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流【最新修订版】预应力混凝土简支梁T形梁桥设计计算毕业论文设计桥梁.精品文档.(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) 预应力混凝土简支梁T形梁桥设计计算一、计算资料及构造布置 4 (一)设计资料 4 (二)横截面布置 5(三)横截面沿跨长的变化 7 (四)横隔梁的设置 7 二、主梁作用效应计算 7(一)永久计算集度 7 (二)可变作用效应计算 10 (三)主梁作用效应组合 15三、预应力钢束估算及其布置 23(一)跨中截面钢束的估算 23 (二)预应力钢筋的布置 24四、中梁截面几何特性计算 27五、持久状况截面承载能力极限状态计算
2、 29(一)正截面承载力计算 29(二)斜截面承载力计算 29六、钢束预应力损失估算 31(一)控制应力计算 31(二)钢束应力损失计算 311预应力损失计算 312预应力损失计算 323预应力损失计算 334预应力损失计算 345预应力损失计算 34七、应力验算 35(一)短暂状况的正应力验算 35(二)持久状况的正应力计算 36(三)持久状况下的混凝土主应力验算 37八、抗裂性验算 40(一) 短期效应组合作用正截面抗裂验算 40(二)短期效应组合作用斜截面抗裂验算 40九、主梁变形(挠度)计算 42十、锚固局部承压计算 42十一、设计小结 45第1章 设计资料及构造布置一、 设计资料1.
3、桥跨及桥宽计算跨径:30m 桥面净空:净一2.设计荷载:公路一级,人群荷载:,人行道重力取。3.材料及工艺混凝土:主梁用C50,栏杆及桥面铺装用C30。预应力钢筋应采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)的11.1钢绞线,每束7根。全梁配4束,抗拉强度标准值,抗拉强度设计值。公称面积。弹性模量;锚具采用夹板式群锚。普通钢筋直径大于和等于的采用HRB400钢筋,直径小于的均采用HRB335钢筋。按后张法施工工艺制作桥梁,预制主梁时,预留孔道采用预埋金属波纹管成型,钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉,主梁安装就位后现浇60mm宽的湿接缝。最后施工100mm厚的沥青
4、桥面铺装层。4.设计依据(1).交通部颁公路工程技术指标(JTG B01-2003);(2).交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004);(3).交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004).二、 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,故在许可条件下适当加宽T梁翼板。本课程设计中翼板宽度为2000mm,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。净一的桥宽选用5片主梁,如图1-1所示:图1-1 结构尺寸图(尺寸单位:mm)2. 主梁跨中截面
5、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115-125之间,标准设计中高跨比约在118-119之间。本设计采用1470mm的主梁高度。(2) 主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面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要求,这里取预制T梁的翼板厚度为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性条件出发,腹板厚度不宜小于其高度的115,因此取腹板厚度为200mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的,设计实践
6、表明,马蹄的总面积占总面积的10%-20%为宜。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范对钢束净距及预留管道的构造要求,初步拟定马蹄宽度为520mm,高度为220mm,马蹄与腹板交接处作三角过渡,高度150mm,以减小局部预应力。按照以上拟定的外形尺寸,就可以绘出预应力梁的跨中截面图(见图1-2)图1-2 跨中截面尺寸图(尺寸单位:mm)(3) 计算截面几何特性将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元,截面几何特性列表计算,见表1-1:名称分块面积(1)分块面积形心至上缘距离(2)分块面积上缘静钜(3)=(1)(2)分块面积的自身惯性矩Ii(4)距离(5)分块面积对截面形心惯性矩(6)=(
7、1)(5)2(7)=(4)+(6)翼缘30007.5225005625044.8740460410386097288三角承托45016.7751562535.67404572686.7573311.7腹板2200701540002218333.3-17.626683483.82901817下三角240120288003000-67.62610975851100585马蹄114413615558446141.333-83.62680003368046478703436839918719480注:大毛截面形心至上缘距离:(4) 受压翼缘有效宽度按桥规规定T形截面梁受压翼缘有效宽度取下列三者中的最小
8、值:1) 简支梁计算跨径的;2) 相邻两梁的平均间距,对于中梁为2000mm;3) ,式中为梁腹板宽度,为承托长度,为受压区翼缘悬出板的厚度150mm,所以所以受压翼缘的有效宽度为。(5) 检验截面效率指标(希望在0.5以上)上核心距:下核心距:截面效率指标:表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。三、 横截面沿跨长的变化如图1-1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,为布置锚具的需要,在距离梁端1980mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢筋束弯起而从六分点附近(第一道横梁处)开始向支点逐渐抬高在马蹄抬高的同时,腹板宽度亦开始变化。四、 横隔梁的设置为减小对主
9、梁设计起主要控制作用的跨中弯矩,在跨中设置一道横隔梁。本设计在桥跨中点和4分点设置5道横隔梁,其间距为7.5m,段横隔梁高度于主梁同高,厚度为上部260mm,下部240mm。中横隔梁高为1100mm,厚度为上部170mm。详见图1-1所示。第2章 主梁作用效应计算根据上述梁跨结构纵横截面的布置,并通过可变荷载作用下的梁桥荷载横向分布计算,可分别求出各主梁控制截面(一般取跨中,四分点,变化点截面和支点截面)的永久作用和最大可变作用效应,然后再进行主梁作用效应组合。一、 永久荷载效应计算1. 永久计算集度(1) 预制梁自重跨中截面段主梁的自重(四分点截面至跨中截面,长7.5m)马蹄抬高段梁的自重(
10、长4025mm)腹板变宽段的自重(长0.3m)支点段梁的自重(长1.5m)边梁的横隔板梁1) 中横隔板梁体积2) 端横隔梁体积3) 半跨内横梁重力额为中主梁的横隔板1) 中隔板梁体积2) 端横隔板体积3) 故半跨内横梁重力预制梁主梁永久作用集度边梁横隔板永久作用集度主梁横隔板永久作用集度(2) 二期永久作用现浇T梁翼板集度:铺装6cm厚的混凝土三角垫层,横坡1.5%:2cm沥青铺装:若将桥面铺装均摊给5片梁,则:栏杆一侧人行栏:1.52一侧人行道:13若将桥面两侧人行栏,防撞栏,人行道分摊给5片主梁,则:梁的在、二期永久作用集度2. 永久作用效应如图1-3所示,设x为计算截面离左支座距离,并令
11、图1-3 永久作用效应计算图边、主梁的永久作用效应计算表见表1-2表 1-2边梁永久作用效应作用效应跨中四分点支点一期弯矩2239.341679.50剪力0149.49298.87二期弯矩1362.1102160剪力090.93181.56弯矩3601.4411895.50剪力0240.42480.43二、 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条规定,结构的冲击系数与结构的基频有关,因此要先计算结构的基频。简支梁的基频可采用下列公式计算:式中:根据桥梁规范,本桥的基频满足:,可计算出汽车荷载的冲击系数为:。2、计算主梁的荷载横向分布系数(1)跨中的荷载横向分布系数如前所述
12、,本设计桥跨内设五道横隔板,具有可靠的横向联系,且桥的宽跨比所以可按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数。1)计算主梁抗扭惯性矩对于T形梁,抗扭惯性矩可近似等于各个矩形截面的抗扭惯性矩之和式中:相应位单个矩形截面的宽度和厚度;矩形截面抗扭刚度系数,根据比值计算;梁截面划分成单个进行截面的块数。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:如图14所示为的计算图示,的计算见表1-4图1-4 计算图示表1-4 IT计算表分块名称翼缘板200.000 17.500 0.088 0.3333 3.572917 腹板100.000 20.000 0.200 0.2910 2
13、.328000 马蹄52.000 29.500 0.567 0.2108 3.980003 9.8812)计算抗扭修正系数对于本设计主梁的间距相同,并将主梁计算看成等截面,则有:3)按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值:梁数n=5,梁间距为2m,则:计算所得的值列于表1-5内表1-5 值梁号1 0.562 0.381 0.200 0.019 -0.162 2 0.381 0.291 0.200 0.109 0.019 3 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 4 0.019 0.109 0.200 0.291 0.381 5 -0.162 0.019 0.200 0.
14、381 0.562 4)计算荷载横向分别系数:、1号梁的横向影响线和最不利布载图式如图1-5所示由和绘制1号梁横向影响线,如图1-5所示。进而由和计算横向影响线的零点位置,设零点至1号梁位的距离为则: 解得零点位置已知后,就可求出各类荷载相应于各个荷载位置的横向影响线竖标值,计图1-5 1号梁的横向影响线算所得值如下:可变作用二车道故可变作用(汽车)的横向分别系数为:可变作用(人群)、2号了由和绘制2号梁横向影响线如图1-6所示:由几何关系可求出各类荷载相应于各个荷载位置的横向影响线竖标值,计算所得值如下:、可变作用两车道故可变作用(汽车)的横向分别系数为:可变作用(人群)图1-6 2号梁横向
15、影响线、求3号梁荷载横向分布系数由由和绘制1号梁横向影响线,如图1-7所示。图1-7 3号梁横向分布系数故可变作用(汽车)的横向分别系数为:可变作用(人群)(2)支点截面的荷载横向分布系数如图1-8所示,按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载:1、2、3号梁可变作用的横向分布系数可计算如下:图1-8 支点截面的荷载横向分布系数对于1号梁:可变作用(汽车):可变作用(人群):对于2号梁:可变作用(汽车):可变作用(人群):对于1号梁:可变作用(汽车):可变作用(人群):3. 各梁横向分布系数汇总(见表1-6)表1-6 各梁可变作用横向分布系数1号梁可变作用横向分布系数可变作用类型公路级0.
16、63560.4375人群0.61901.31252号梁可变作用横向分布系数可变作用类型公路级0.51770.7125人群0.409503号梁可变作用横向分布系数可变作用类型公路级0.40.725人群0.203、车道荷载的取值根据桥规,公路I级的均布荷载标准值和集中荷载标准值为:计算弯矩时, 计算剪力时, 4、计算可变作用效应在可变作用效应计算中,本设计对于横向分布系数的取值做如下考虑:支点处横向分布系数取,从支点至第一根横梁段,横向分布系数从直线过度到,其余梁段均取。(1)求1、2、3号了跨中截面的最大弯矩和最大剪力计算跨中截面最大弯矩和剪力采用直接加载求可变作用效应,图1-9示出跨中截面作用
17、效应计算图式。截面内力计算的一般公式:式中:所求截面的弯矩或剪力;汽车荷载的冲击系数,对于人群荷载不计冲击系数;多车道桥涵的汽车荷载折减系数;车道荷载的均布荷载标准值;使结构产生最不利效应的同号影响线面积;车道荷载的集中荷载标准值;所加载影响线中一个最大影响线峰值;前面已经求得:,所以,;、1号梁可变作用(汽车)效应图1-9 跨中截面各梁作用效应计算图可变作用(人群)效应、2号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应、3号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应(2)求指点截面的最大剪力(见图1-10 支点截面作用效应截面图)图1-10 支点截面的最大剪力、1号梁可变作用(汽车)效应可变作
18、用(人群)效应、2号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应、3号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应(3)求1、2、3号梁l4截面的最大弯矩和最大剪力(如图1-11所示)图1-11 四分之一截面的最大剪力与弯矩号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应 二号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应三号梁可变作用(汽车)效应可变作用(人群)效应5、车辆荷载可变作用(1)计算1、2、3号梁跨中截面的最大弯矩和最大剪力截面内力计算公式 、一号梁:可变作用(车辆荷载作用)效应: 、二号梁: 、三号梁: (3)计算支座处最大剪力、一号梁: 、二号梁: 、三号梁:(三)主梁作用效应组合主梁的
19、作用效应组合值见表1-7所示。表1-7 主梁专业效应组合值序号荷载类别跨中截面三分点支点弯矩剪力弯矩剪力剪力1第一期永久荷载2239.3401679.5149.49298.872第二期永久荷载1362.101021.690.93181.563总永久作用=1+23601.4402701.1240.42480.434可变作用公路级1293.197805.6102244.55可变作用冲击682.938512.545.693.26可变作用 人群70.8212.99.233.586.67标准组合5648.26147.94028.4421.52904.738短期组合4577.4380.83274.2234
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