2022年箱梁设计计算书终稿 .pdf
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1、1 1 设计资料及构造布置1.1 桥梁跨径及桥宽:标准跨径: 40m 主梁全长: 39.96m 计算跨径: 39 m 桥面净空:净 11.25+21 1.2 设计荷载 : 公路 I 级人群荷载:3kN/m2, 每侧栏杆,人行道重量的作用力分别为5kN/m和 3.0kN/m 1.3 材料及工艺 : 混凝土:主梁 C50 ,栏杆及桥面铺装C30 钢筋:预应力钢筋采用 j15.2 低松弛钢绞线,每束6 根;普通钢筋:直径大于和等于 12mm 的采用级热扎螺纹钢筋, 直径小于 12mm 的均用级热扎光圆钢筋;钢板:锚头下支承垫板、支座垫板等均采用A3碳素钢。按后张法施工工艺制作主梁,采用直径70mm
2、的波纹管和 OVM. 1.4 设计依据 : 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60 2004)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62 2004)公路工程技术标准 (JTG 0012004)2. 构造布置 : 2.1 主梁尺寸的拟定:预应力混凝土简支梁的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25 之间, 本设计主梁高度取用 200cm,其高跨比为 1/181/19 之间。2.2 横断面布置 (见图 1)依据公路桥梁设计规范主梁间距为3.25米, 翼板宽均为270 厘米,净11.25+21.0 米的桥宽选用 4 片主梁(见图 1)2.3 主梁截面细部尺寸:箱梁翼板的厚度主要取决于
3、桥面板系承受车轮局部荷载的要求,还应考虑能否满足主梁受弯时翼板受压要求。绘制梁截面如图2所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 48 页 - - - - - - - - - 2 2.4主梁截面几何特性的计算跨中截面几何特性计算表分块面积Yi Si=Yi*Si Ii Yu-Yi Ix=Ai*(Yu-Yi) I 6500 10 65000 216666.7 84.21 74.21 36012973 7040 100 704000 15018667 84.21 -
4、15.79 16773908 3800 190 722000 126666.7 84.21 -105.79 42654458 720 23 16560 3240 84.21 61.21 2700838 144 176 25344 1152 84.21 -91.79 1214410 18204 1532904 99356588 检验截面效率指标( 希望 在 0.5 以上) 上核心距ku=I/ Aiyb =47.14cm 下核心距kb=I/ Aiyu=64.81cm 截面效率指标= (ku+ kb)/h= 0.5597510.5 符合要求。上述计算结果表明,初拟的主梁跨中截面是合理的。支点截面几何
5、特性计算表分块面积Yi Si=Yi*Si Ii Yu-Yi Ix=Ai*(Yu-Yi) I 6500 10 65000 216666.7 93.47182 45289044.62 45505711 8700 92.5 804750 15243125 93.47182 8216.636638 15251342 6650 182.5 1213625 678854.2 93.47182 52708007.76 53386862 720 23 16560 3240 93.47182 3575720.097 3578960 144 161 23184 1152 93.47182 656647.8647
6、657799.9 22714 2123119 1.18E+08 检验截面效率指标(希望 在 0.5 以上) 上核心距ku=I/ Aiyb =48.92cm 下核心距kb=I/ Aiyu=55.76cm 截面效率指标= (ku+ kb)/h= 0.520.5 符合要求。上述计算结果表明,初拟的主梁支点截面是合理的。2.6 横隔梁的设置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 48 页 - - - - - - - - - 3 本设计在桥跨中点和两个四分点及桥端共设置五道
7、横隔梁,其间距为9.75m,横隔梁采用开洞形式,它的高度取用1.8m, 平均厚度为 0.155m。3 主梁内力计算3.1 主梁恒载内力计算3.1.1 恒载集度1、预制梁自重(第一期恒载)(a) 按跨中截面计算 , 主梁的恒载集度:G1=1.82049.75 25.0=443.72kN G2=421.97kN G3=96.24/25)15.06 .154.0()4888.06644.0(2=112.43kN (d) 内横隔梁体积:30904.02 .06.01 .0)4 .02.0(5.075.0)2 .008.0(5.071.020.1 15.0m端横隔梁体积:30753.020.06 .01
8、.0)40.020.0(5.061.0)18.008.0(5.061.020.1 15.0mmKNg/4225.096.24/25)0753.020904.03(4(e) 第一期恒载:边主梁的恒载集度:51.11/iggKNm2、第二期恒载:一侧栏杆: 2.5kN/m, 桥面铺装层: g=11.93/KNm若将两侧栏杆、人行道和桥面铺装层恒载笼统地均摊给四片主梁,则g,=gi=5/212.16)60.352.1 (2=14.43kN/m 3.1.2 恒载内力计算设 x 为计算截面离支座的距离()2gxMlx(2 )2gQlx恒载内力计算表计算数据L=39m 项目gi()2gxMlx(2 )2g
9、Qlx支点L/4 跨中支点L/4 跨中一期荷载51.11 0 7287.97 9717.29 161.578 80.790 135.726 二期荷载14.65 0 2089 2785.33 63.163 31.581 53.057 3.2 主梁活载内力计算3.2.1 冲击系数 和车道折减系数:基频 f=22ccEIml=1023.45 100.99362 394639.14=3.16HZ1.5HZ 所以:0.1767ln0.01570.167f1+=1.167 车道折减系数(双车道不折减)取1.0 。pk=316kN,qk=10.5kN/m,剪力效应 pk=379.2kN 3.2.2 荷载横向
10、分布系数计算对跨中截面采用偏心压力法对支点采用杠杆法。(1) 计算几何特性1. 主梁横向分布系数计算(1) 跨中横向分布系数Mc 因为桥跨内设有 4 道横隔梁,具有可靠的横向联系,起承中结构的长宽比大于2属于窄桥,可按修正偏心压力法算。 计算主梁抗扭惯性矩IT对于箱梁截面,抗扭惯性矩可近似按下式计算:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 48 页 - - - - - - - - - 4 1085.0970=22114434321222catthttbtdsIhb
11、T式中 C值由 a/t4线性内插得 0.286 计算抗扭修正系数 =niiaEInGI12T212I11=0.87 计算横向分布系数1 号梁的横向影响线和布载图式如图:汽车荷载三车道110.66160.51710.41270.26820.16380.01930.780.817122cqqm二车道110.66160.51710.41270.26820.16380.01930.929822cqqm人群荷载0.7318crrm2 号梁的横向影响线和布载图式如图:汽车荷载三车道10.65552cqqm二车道10.64322cqqm人群荷载0.5crrm(5)计算支点截面的荷载横向分布系数:1 号梁的支
12、点横向影响线和布载图式如图:汽车荷载111.54550.772822cqqm人群荷载1crrm2 号梁的支点横向影响线和布载图式如图:汽车荷载1111122cqqm人群荷载0rcrm(6)横向分布系数汇总:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 48 页 - - - - - - - - - 5 1 号梁横向分布系数荷载类别mc mo 汽车荷载0.6555 1 人群荷载0.5 0 3.3.2 计算活载内力计算公式:ckkkpmqyps)()1(名师资料总结 - -
13、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 48 页 - - - - - - - - - 6 汽车荷载:1 2max(1) ()1.1671 (/40.50.5)4694.77qckkckkCKCMm p ym qqLLMPMKN m,1/ 2max(1) ()1.167 1 /20.50.5)223.22okkckkCKCQm p ym qqLLMPMKN1/4max(1) ()1.167 1 ( 3/16/ 40.53/163 / 40.5)3/16)3514.55qckkckkCKC
14、Mm p ym qqLLLLLMPLMKN m,1/ 4max(1) ()1.167 1 3/ 40.50.750.75)370.85okkckkCKCQm p ym qqLLMPMKNmax(1) ()1.2551 1 26.97/23.8826.970.526.97/ 23.88)446.78okkckkCKCQm p ym qqLMPMKN支人群荷载:1/2 ,max/40.5430.15rcrrkCMmqqLLMKNm1/ 2 ,max1()1/ 2 1/ 2/20.5211.03rcrrorcrrkCQmqa mmq yqLMKN1/ 4 ,max1()3/ 43 / 4 1/ 2
15、2.25224.41rcrrorcrrCQmqa mmq yLMKN,max1()1 2.25 1/ 2(23.88 1.75) 0.927 0.6191246.73crrorcrrrQmqa mmq yKN支3.3 主梁荷载内力组合3.3.1 基本组合 (用于承载能力极限状态计算))4.18 .04 .12 .1(2100kQkQGikudSSSrSr3.3.2 短期组合 (用于正常使用极限状态计算)kQkQGiksdSSSS210.117.03.3.3 长期组合 (用于正常使用极限状态计算))1(4 .021kQkQGikldSSSS3.3.4 各种荷载组合情况见下表:荷载内力计算结果序号
16、荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点截面1/4 ,max3/160.5325.8rcrrkCMmqqLLLMKNm名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 48 页 - - - - - - - - - 7 MAXMMAXQMAXMMAXQMAXMMAXQMAXQmKNkN mKNkN mKNkN kN (1) 第一期恒载12502.62 0 723.852 80.790 283.984 135.726 161.578 (2) 第二期恒载377.081 0 282
17、.961 31.581 111.013 53.057 63.163 (3) 总荷载12502.62 0 9376.97 112.371 394.997 188.783 1282.32 (4) 人群荷载430.15 11.03 325.8 24.41 368.069 14.288 46.73 (5) 汽车荷载4694.77 223.22 3514.55 370.85 312.934 198.529 446.78 (6) 冲击784.03 37.28 586.93 61.93 1324.34 520.484 74.61 短期效应组合16219.11 167.29 12162.96 925.165
18、937.597 313.795 1641.8 极限效应组合23155.23 377.05 17359.33 1402.62 641.957 257.769 2321.07 4 部分预应力混凝土梁配筋设计4.1 预应力钢筋数量的确定及布置首先,根据跨中截面正截面抗裂要求,确定预应力钢筋数量。为了满足抗裂要求,所需的有效预加力为:NPetk/0.7f1spMWeAW其中 Ms 为荷载短期效应弯距组合设计值,MS=1.2MG1+1.0Mq1 =16219.109kN m ;估算钢筋数量时,可近似采用毛截面几何性质。按给定的截面尺寸计算: A=0.4888106mm2,yu=842mm ,yb=115
19、8mm ,I=0.118023 1012mm4 Wu=I/yb=0.86109mm3eP为预应力钢筋重心至截面毛截面重心的距离:eP= yb-ap。假设 ap=90mm ,则 eP=1068mm NPetk/0.7f1spMWeAW=9502549.547N拟采用 j15.2 的钢绞线,单根钢绞线的公称截面面积Apl=139mm2. 预应力钢筋的张拉控制应力为 coN=0.75fpk=0.751860=1395MPa ,预应力损失按张拉控制力的20% 估算,所需预制 =应力钢绞线的根数为:65()ppconspNnA取 66 根。采用 11 束 5j15.2的预应力钢筋束,HVM15-8型锚具
20、,供给的预应力筋截面面积266 1399240pAmm采用 50 预埋金属波纹管成孔 , 预留管道直径为 70mm ,预应力筋束的布置见下图:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 48 页 - - - - - - - - - 8 4#1#3#5#7#6#8#2#11#10#9#4.2 预应力钢筋布置预应力筋束的曲线要素及有关计算参数:钢束升高值弯起角度R d xk 弯止点距跨中水平距离N1 N2 410 8 8000 290 16383.28 17496.668
21、73 N3 N4 733 8 10000 234 13945.17 15336.89688 N5 N6 1156 15 20000 306 12912.7 18089.08022 N7 N8 1479 15 25000 199 11048.98 17519.46054 各计算截面预应力筋束的位置和倾角计 算 截面钢 束 编号Xk LB1+LB2 (Xi-Xk) Xi i Ci ai=a+ci a 跨 中 截N1 N2 16383.21113.38-16383.0 0 0 90 90 面8 5 3 N3 N4 13945.17 1391.731 -13945.2 0 0 167 167 N5 N
22、6 12912.7 5176.381 -12912.7 0 0 244 244 N7 N8 11048.98 6470.476 -11049 0 0 321 321 L/4 截面N1 N2 16383.28 1113.385 -6633.28 9750 0 90 90 N3 N4 13945.17 1391.731 -4195.17 9750 0 167 167 N5 N6 12912.7 5176.381 -3162.7 9750 0 244 244 N7 N8 11048.98 6470.476 -1298.98 9750 0 321 321 支 点 截面N1 N2 16383.28 11
23、13.385 3116.716 19500 359.4053 859.4053 500 N3 N4 13945.17 1391.731 5554.834 19500 682.4053 1582.405 900 N5 N6 12912.7 5176.381 6587.301 19500 1059.538 2459.538 1400 N7 N8 11048.98 6470.476 8451.016 19500 1382.538 3182.538 1800 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
24、- - - 第 8 页,共 48 页 - - - - - - - - - 9 4.3 梁截面对重心轴的静矩计算分块名称分 块面 积Ai Ai 重心距顶距离 Yi Si=Ai*Yi 自身惯矩Ii Yu-Yi Ix=Ai*( Yu-Yi )平方I=Ii+Ix 第一阶段跨中混凝土全面积1710400 842.1 1.4E+09 9.2873E+11 -14.6844964 368821134.6 9.29099E+11 非预应力钢筋换算面积23150 1952 4.5E+07 0 -1124.5845 29277580201 29277580201 预留管道面积-51223 1826 -9E+07
25、0 -998.584496 -51078089947 -51078089947 净截面面积1682327 827.4155036 1.4E+09 9.2873E+11 9.07298E+11 L/4截面混凝土全面积1710400 842.1 1.4E+09 9.2873E+11 -14.6844964 368821134.6 9.29099E+11 非预应力钢筋换算面积23150 1952 4.5E+07 0 -1124.5845 29277580201 29277580201 预留管道面积-51223 1826 -9E+07 0 -998.584496 -51078089947 -51078
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