晋城九女湖简支梁桥设计 毕业设计

黄淮学院本科毕业设计1 引桥计算1.1工程概况(1) 工程名称：晋城九女湖简支梁桥设计(2) 建设地点：该桥位于山西省晋城市晋阳县。桥梁起点桩号为k0+500，终点桩号为k0+707，桥梁全长207m。(3) 技术标准：公路等级：一级 设计抗震烈度：8度设计洪水频率：1/1001.2设计资料 (1) 桥面净空净8.5m + 20.75m人行道。(2) 主梁跨径及全长标准跨径：l =16.00m (墩中心距离)；计算跨径：l =15.50m (支座中心距离)；主梁全长：l =15.96m （主梁预制长度）。(3) 设计荷载公路-级，人群荷载取3.0kN/m。(4) 材料钢筋：受力筋采用HRB335钢筋，构造筋选用R235钢筋；混凝土：预应力混凝土主梁采用C50，其余构件采用C30。(5) 计算方法极限状态法。(6) 结构尺寸如图 1-1所示，全断面五片主梁，设五根横梁。(7) 设计依据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004），简称桥规；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004），简称公预规。公路桥涵低级与基础设计规范（JTJ024-88）,简称基规图1-1主梁和横隔梁简图（尺寸单位：mm）1.3主梁的计算1.3.1主梁的荷载横向分布系数(1) 主梁的的抗弯及抗扭惯矩和主梁界面的重心位置 如图1-2所示。翼板的换算平均高度：主梁截面的重心位置：图1-2主梁截面尺寸图（尺寸单位：mm）T形截面抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即： =式中：矩形截面抗扭惯矩刚度系数见表1-1；，相应各矩形的宽度和厚度。表1-1 矩形截面抗扭惯矩刚度系数t/b10.90.80.70.60.50.40.30.20.1梁跨中截面为第二类T形截面，则受压区高度x计算如下： 则开裂截面的换算截面惯性矩： =T梁的全截面的换算截面面积为：受压区高度：全截面的换算惯性矩： 全截面抗弯刚度：全截面换算截面受拉区边缘的弹抵抗矩为：全截面换算截面的面积矩为： 塑性影响系数为：开裂弯矩：开裂构件的抗弯刚度为：短期的荷载效应组合下跨中截面弯矩标准值，结构自重作用下跨中截面弯矩标准值，对于C30混凝土来说，挠度长期增长系数受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为： 在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为： 按照可变荷载频遇值计算的长期挠度值为：即上述验算符合相应规范的要求。2 主桥（预应力混凝土简支T形梁)计算2.1设计资料及构造布置2.1.1 设计资料 桥梁跨径及桥宽标准跨径：l=35.00m(墩中心距离)； 计算跨径：l=34.00m(支座中心距离)； 主梁全长：l=34.96m（主梁预制长度）； 桥面净空：净-8.5m+20.75m人行道 设计荷载 公路-级，人群荷载取3.0KN/m，每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为和。 材料及工艺 混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。 预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）的钢绞线，每束6根，全梁共配7束，。 普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用 R235钢筋。 后张法部分预应力施工，采用内径70外径77的预埋波纹管和夹片锚具。 设计依据公路工程技术标准（JTG B01-2003）； 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) 基本计算数据。基本计算数据见表2-1表2-1 基本计算数据名称项目符号单位数据混凝土立方强度50弹性模量轴心抗压标准强度32.4轴心抗拉标准强度2.65轴心抗压设计强度22.4轴心抗拉设计强度1.83短暂状态容许压应力20.72容许拉应力1.757持久状态标准荷载组合：-16.2容许压应力 19.44容许主压应力-短期效组合：拉应力拉应力01.59钢绞线标准强度1860弹性模量抗拉设计强度1260最大控制应力1395持久状态应力：标准荷载组合1209材料重度钢筋混凝土25.0沥青混凝土23.0钢绞线78.5钢束与混凝土的弹性模量比无量纲5.65注：本桥在混凝土强度达到C40时开始张拉预应力钢束，和分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则，。2.1.2横截面布置 主梁间距与主梁片数 主梁间距通常应该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，故在许可的条件下应该适当加宽T梁翼缘板，因此主梁翼缘板宽度为1800mm，采用五片主梁。如图2-1所示 主梁跨中截面主要尺寸拟定 图2-1 结构尺寸图（尺寸单位:mm） 图2-2 跨中截面尺寸图（尺寸单位：mm）跨中截面几何特性计算见表2-2 表2-2 跨中截面几何特性计算表分块名称分块面积A（cm2)分块面积行心至上缘的距离 yi(cm)分块面积对上缘的静矩Si=Aiyi(cm3)分块面积的自身惯矩Ii(cm4)di=ys-yi (cm)分块面积对截面形心的惯矩Ix=Aidi2(cm4）I=Ii+Ix (cm4)跨中大毛截面（大毛截面形心至上缘的距离ysSi/Ai=68.3cm)翼板27007.5202505062560.8998092810031553三角承托50018.3339166.52777.77849.9671248350.5451251128.3腹板2400952280002880000-26.717109364590936下三角262.5130341253281.25-61.7999308.6251002589.9马蹄1375147.5202812.571614.58-79.286248808696494.67237.549435425571701.8跨中小毛截面(小毛截面形心至上缘的距离ysSi/Ai=70.88cm)翼板24007.5180004500063.389640858.569685858.56三角承托50018.3339166.52777.77852.5471380593.605138553.605腹板2400952280002880000-24.121396258.561398658.56下三角262.5130341253281.25-59.12917483.28917745.78马蹄1375147.5202812.571614.58-76.628072108.558073483.556937.549170420214300.06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尺寸合理。 横隔梁的设置 为了减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在桥跨处共设置五道横隔梁，间距为8.5m。端横隔梁的高度与主梁同高，具体尺寸详见图2-1所示。2.2主梁作用效应计算2.2.1永久作用效应计算 永久作用集度预制梁自重跨中截面段主梁的自重：马蹄抬高到腹板变宽段（长3.7m）： 支点段梁的自重： 中横隔梁的体积：端横隔梁体积：故半跨内横梁重力：预制梁永久作用集度： 二期永久作用现浇T梁翼板集度：边梁现浇部分横隔梁： 一片中横隔梁（现浇部分）体积：一片端横隔梁（现浇部分）体积：故： 8cm混凝土铺装：5cm沥青铺装：若将桥面铺装均摊给五片主梁，则：栏杆：一侧人行栏：若将两侧人行栏均摊给五片主梁，则：边梁二期永久作用集度： 永久作用效应如图 2-3所示，设为计算截面离左支座的距离，并令。则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：具体的计算结果见表2-3所示。图2-3 永久效应作用计算图表2-3 永久作用效应计算表作 用 效 应跨 中L/4截面变化点截面支 点一期弯矩（）2494.071870.55336.950剪力（）0146.71272.88293.42二期弯矩（）1269.32951.99171.480剪力（）074.67138.88149.33弯矩（）3763.392822.54508.430剪力（）0221.38411.76442.752.2.2可变作用效应计算（修正刚性横梁法） 冲击系数和车道折减系数按桥规432条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关。简支梁的自振频率为： =2.97（Hz）介于1.5 Hz和14 Hz之间，冲击系数按照下式计算： 按照桥规4.3.1条，当车道大于两车道时，需要进行车道折减。在进行计算可变作用效应时需要进行车道折减。 计算主梁的荷载横向分布系数跨中的荷载横向分布系数计算主梁抗扭惯矩对于T形梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算：式中：矩形截面抗扭惯矩刚度系数见表 1-1；，相应各矩形的宽度和厚度；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： 表2-4 计算表分块名称/翼缘板18018.19.943.56腹板109.2205.460.3062.67马蹄5532.51.690.2103.9610.19计算抗扭修正系数： 按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值式中：，。计算所得值见表2-5： 表2-5 值梁号0.320.260.20.140.080.260.230.20.170.140.20.20.20.20.2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（如图2-4） 图2-4 横向分布系数计算图示（单位：cm）可变作用（汽车公路-级）： 可变作用（人群）：支点截面的荷载横向分布系数如图 2-5所示 ，按杠杆原理法绘制荷载横向分布系数影响线并进行布载，号梁可变作用的横向分布系数计算如下：图2-5 横向分布系数计算图示（单位：cm）可变作用（汽车）： 可变作用（人群）： 车道荷载的取值根据公预规431条，公路-级的均布荷载标准值和集中荷载标准值为：计算弯矩：计算剪力时： 计算可变作用效应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最大剪力采用直接加载求可变作用效应，跨中截面作用效应计算图式如图 2-6所示，计算公式为：图2-6 跨中截面计算图式式中：所求截面汽车（人群）标准荷载的弯矩或剪力；车道均布荷载标准值；车道集中荷载标准值；影响线上同号区段的面积；影响线上最大坐标值。可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 可变作用（人群）效应： 求四分点截面的最大弯矩和最大剪力四分点截面作用效应的计算图式如图2-7所示。图2-7 四分点截面计算图式可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应：求变化点截面的最大弯矩和最大剪力变化点截面作用效应的计算图式如图2-8所示。图2-8 变化点截面计算图式可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应： 求支点截面的最大弯矩和最大剪力支点截面作用效应的计算图式如图2-9所示。图2-9 支点截面计算图式可变作用（汽车）效应： 可变作用（汽车）冲击效应：可变作用（人群）效应： 2.2.3主梁作用效应组合根据公预规416418条规定，根据可能同时出现的作用效应选择了三种最不利效应组合：短期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态基本组合。 表2-6 主梁作用效应组合序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点(1)第一期永久作用2494.0701870.55146.71336.95272.88293.42(2)第二期永久作用1269.320951.9974.67171.48138.88149.33(3)总永久作用=（1）+（2）3763.3902822.54221.38508.43411.76442.75(4)可变作用（汽车）公路-级1739.43114.861277.4158.29275.31210.75194.00(5)可变作用（汽车）冲击307.8820.33226.128.0250.6638.7834.338(6)可变作用（人群）142.764.2128.7110.0241.9126.6622.14(7)标准组合=（3）+（4）+（5）+（6）5953.46139.394454.75417.711004.4791.71693.228(8)短期组合=（3）+0.7（4）+（6）5123.7584.6023845.43342.203871.19689.70600.69(9)极限组合=1.2（3）+1.4（4）+（5）+1.12 (6)7842.19193.975692.1537.711267.11104.8787.222.3预应力钢束的估算及其布置2.3.1跨中截面钢束的估算和确定1、按照正常使用极限状态的应力要求估算钢束数n其中：-与荷载有关的经验系数，取值为0.540 2、按照承载能力极限状态估算钢束数目 根据极限状态的计算图式，混凝土达到极限强度，应力图呈矩形，此时预应力钢束也达到设计强度，则钢束的估算数目为：综上所述，钢束n=7。2.3.2预应力钢束的布置1、跨中截面及锚固端截面的钢束的布置（1）对于跨中截面，根据公预规911条规定，管道至梁底和梁侧的净距不应小于3cm及管道直径的1/2；根据公预规949条规定，水平净距不应小于4cm及管道直径的0.6倍，在竖直方向可叠置。预应力钢束布置在跨中截面的细部构造如图2- 10。图2-10钢束布置图（mm）预应力钢筋重心至梁底的距离，（4）锚固面预应力钢筋布置按照锚头布置的均匀、分散的原则，锚固端截面布置的钢束如下图2-11所示。则钢束群重心至梁底距离为：为验核上述布置的钢束群重心位置，需要计算锚固端截面几何特性。表2-7 锚固端截面特性计算表分块名称分块面积Ai（)分块面积行心至上缘的距离 yi()分块面积对上缘的静矩Si=Aiyi()分块面积的自身惯矩Ii ()di=ys-yi ()分块面积对截面形心的惯矩Ix=Aidi2(）I=Ii+Ix ()翼板27007.5202505062559.019401886.39452511.27三角承托162.516.672708.88225.6949.84403654.16403879.85腹板797587.5697812.513972864.6-20.993513626.317486490.8810837.5720711.3827342882其中： 故计算得：说明钢束群重心处于截面核心范围内。 图2-11