预应力混凝土简支T梁桥设计.doc

预应力混凝土简支T梁桥设计学 院：建筑与土木工程学院 专业班级：交通建筑0501班姓 名：于兆阳 指导教师：张 巍 聂云靖 摘 要：本设计依据所给的设计资料及公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD-2004）与公路桥涵设计通用规范（JTGD-2004）进行了夏汾公路长龙桥的总体布置及上部构造、桥墩、桩基的设计与计算。全桥总长120米，桥面宽度为净-9+1.5+1.5米，设计作用为公路-级，人群荷载3.0KN/M，设计水位62.00米。本桥上部结构采用340米装配式预应力混凝土简支T梁桥，净跨径38.1米，计算跨径39米。桥跨横截面采用5根预应力T梁，每根梁的宽230cm，230cm。支座采用板式橡胶支座。下部结构左岸桥台采用U型重力式桥台，刚性扩大基础；右岸桥台采用肋板式桥台，钻孔灌注桩基础；桥墩采用双柱式混凝土桥墩与群桩布置基础。关键词：T型梁；预应力混凝土；钻孔灌注桩；双柱式墩The Design of the Simple Supported T-beam of Prestressed ConcreteAbstract The design basis for the design of information and the “Code for Design of Highway Reiforce Concrete and Prestressed Concrete Briges and Culverts”(JTGD622004) and the “General Code for Highway Bridages and Culver”(JTGD602004) conducted changlong bridge of xiafen road part of the overall layout and structure,bridge pier ,foundation design and calculation .bridge width is net -9+21.5m,design load lever for road ，the corwd load 3.0KN/.design water lever 62m.the bridge,a340m The bridge belongs to the prestressed concreted structuer which is a simple supported beam bridge.Panchiao, net bagan 38.1m,39m calculation began.bridge across a crosssection hollow shell reaches five Prestressed conctete T shaped supported beam width230 cm,230cm high.supports the use of prefabricated rubber surfaces, The substructure left bank abutment uses the U gravity type abutment, the rigid expansion foundation; The right bank abutment uses the ribbed plate type abutment, the drill hole irrigation pile foundation; The bridge pier uses the distyle distyle concretes bridge pier and the group pile arrangement foundation Key words Prestressed conctete；simple supported T-beam；Recharge borde pile；Two-column pier1 引言预应力混凝土简支梁桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久耐用。近些年来，拱式桥、斜拉桥、吊桥等桥型修建不少，但我国相当长的时间内尚不能提供大量钢材来修建公路桥梁，而预应力钢筋混凝土简支T梁桥无需高强钢材，跨越能力较大，造价较低等特点，符合我国当前的实际情况。预应力混凝土即在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力。当构件在使用阶段的外荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消预压应力，这就推迟了混凝土裂缝的出现并亦限制了裂缝的开展，从而提高了构件的抗裂度和刚度。因此预应力简支T梁桥将在以后的相当长的一段时间内都会在中小型的桥梁中占主导地位。2 本课题设计（研究）的目的2.1 对毕业生的要求（1）通过毕业设计系统地巩固基本理论知识和专业知识，能综合运用所学课程自主创新，培养学生分析问题和解决问题的能力；（2）掌握设计原则、设计方法、步骤，提高计算、绘图、查阅文献、使用桥梁规范手册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能，从而深入了解公路预应力混凝土桥梁在桥式方案比选、结构计算及施工架设等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容和要求，为毕业后从事桥梁技术工作打好基础；（3）通过桥梁毕业设计，熟练掌握WORD、EXCEL、AUTOCAD；（4）树立正确的设计思想以及严禁负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风。2.2 工程背景介绍该河段为平原区次稳定河段，河段基本顺直，两岸平齐，无坍塌现象。河槽中无流冰流木等漂浮物，且不通航。根据路线设计要求，桥梁拟与水流正交。桥位平面图及桥位横断面图见附图。2.2.1 水文设计资料设计洪水频率2%，设计流量QS=2520m3/s，其中：河槽流量Qc=2453 m3/s,占总流量的97.3%，河滩流量Qt=673 m3/s；河槽流速Vc=2.86m/s, 全断面平均流速Vo=2.63m/s, 设计洪水位Hs=62.0m，最低水位Hd=54.0，水面纵坡i=0.00032.2.2 地质资料根据钻探资料（钻探取样深度19.5m）：河槽部分在河槽表层为中砂，厚度为1.2m，平均粒径d=0.34mm，d95=0.82mm；底层为砂粒石，平均粒径d=6.18mm，d95=34mm；河滩部分在地面以下6m范围内均为中砂，平均粒径d=0.25mm，d95=0.34mm；底层为砂砾，平均粒径d=2mm，d95=25mm；两岸均为砂砾。由水文资料知：桥位河段历年汛期平均含沙量=2.72Kg/m3。承载力：砂砾石：【fa0】=300kpa中 砂：【fa0】=150kpa砂 粒：【fa0】=200kpa2.2.3 气象资料当地最热日月平均气温28,最冷日月平均气温-6.7，极端最高温度38，极端最低温度-15，冻土深度0.8m，设计风速V=17m/s。2.3 工程使用要求 青龙桥的主要技术标准如下：（1）设计荷载：公路级；人群荷载为3.0KN/m；（2）桥梁全长：120m；（3）桥面宽度：净-9+21.5m；（4）设计洪水频率：百年一遇 ；（5）通航等级：无 ；（6）地震动参数：抗震设防烈度为7度。（7）桥面线型：本桥位于直线及竖曲线上。3 本设计的主要内容3.1 桥梁的总体布置设计3.1.1 桥梁的纵断面设计 确定总跨径、分孔跨径。确定桥面的标高，桥面纵坡设计及预拱度处理，确定基础的埋置深度。3.1.2 桥梁的横断面设计 初步确定桥梁横断面的细部尺寸，如主梁的高度、长度及其他的尺寸，横隔梁的各总尺寸和截面变化情况，及支座的选型。3.1.3 方案的比选从施工方案与机具、结构使用性能等方面进行比较，从可以实现的几种桥型中选出预应力简支T梁桥为设计桥型。3.2 上部结构设计3.2.1 主梁、横隔梁的细部尺寸拟定根据初步的尺寸拟定在此不进行比较详细的结构尺寸的拟定，确定各种结构的详细的尺寸。3.2.2 主梁作用效应计算 根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的桥梁荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制界面（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，然后在进行主梁作用效应组合。3.2.3 预应力钢束的估算及布置根据公预规规定，预应力梁应满足正常使用极限状态和承载力极限状态的强度要求。以下就是跨中截面在各种作用效应组合下，分别按照上述要求对主梁所需的钢束进行估算，并按照这些估算的钢束的多少确定主梁的配筋。3.2.4 计算主梁截面几何特性再求得各验算截面的毛面积特性和钢束位置的基础上，计算主梁净截面和换算截面的面积、惯性矩及梁截面分别对重心轴、上梗肋与下梗肋的净距，最后汇总成截面特性值总表，为各受力阶段的应力验算准备计算数据。以跨中截面为列，说明计算方法。截面面积及惯性矩计算3.2.5 钢束预应力损失计算根据公预规6.2.1条规定，当计算主梁截面应力和确定钢束的控制应力时，应计算预应力损失值，后张法梁的预应力损失包括前期预应力损失和后期预应力损失，而梁内钢束的锚固应力和有效应力分别等于张拉应力扣除相应阶段的预应力损失。预应力损失因梁的截面位置的不同而有差异，因此要计算支点截面，跨中截面，四分点截面，N7锚固截面的预应力损失。3.2.6 主梁截面承载力与应力验算（1）持久状态承载力极限状态承载力验算在承载力极限状态下，预应力混凝土沿正截面和斜截面都有可能破坏，因此要对这两种情况进行计算。（2）持久状况正常使用极限状态抗裂验算此种状态也包括正截抗裂验算和斜截面抗裂验算。（3）持久状况构件的应力验算按持久状态设计的预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力、受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过规范规定的限值。计算时荷载取其标准值，汽车荷载应考虑冲击系数。（4）短暂状况构件的应力验算桥梁构件的短暂状况，应计算其在制作、运输及安装等施工阶段混凝土截面边缘的法向应力。3.2.7 主梁端部的局部承压验算 后张法预应力混凝土梁的端部，由于锚固集中力的作用，锚下混凝土将承受很大的局部压力，可能使梁端产生纵向裂缝，需要进行局部承压验算。（1）局部承压区的截面尺寸验算（2）局部抗压承载力验算3.2.8 主梁的变形验算为了掌握主梁在各受力阶段的变形（通常指竖向变形）情况，需要计算各阶段的挠度值，并且对体现结构刚度的活载挠度进行验算。在本设计中，以四分点截面为平均值将全梁近似处理等截面杆件，然后按材料力学方法计算1号梁跨中挠度。（1）计算由预加力引起的跨中反拱度（2）计算由荷载引起的跨中挠度（3）结构刚度验算（4）预拱度的设置3.2.9 横隔梁的设计计算（1）确定作用在跨中横隔梁上的可变作用鉴于具有多道横隔梁的桥梁跨中处的横隔梁受力最大，通常可只计算跨中横隔梁的作用效应，其余横隔梁可依据跨中横隔梁骗安全地选用相同的截面尺寸和配筋。（2）跨中横隔梁的作用效应影响线（3）截面作用效应计算（4）截面配筋计算3.2.10 行车道板设计计算（1）连续板荷载效应计算对于梁肋间的行车道板，在桥面现浇部分完成后，行车道板实质上是一支承在一系列弹性支承上的多跨连续板，实际受力很复杂。目前，通常采用较简单的近似方法进行计算。对于弯矩，先计算出一个跨度相同的简支板在永久作用和活载作用下的跨中弯矩Mo，在乘以偏安全的经验系数加以修正，以求得支点处和跨中截面的设计弯矩。弯矩修正系数可视板厚t与梁肋高度h的比值来选用。支点弯矩Ms=-0.7Mo。对于剪力，可不考虑板和主梁的弹性固结作用，认为简支板的支点剪力即为连续板的支点剪力。（2）截面设计、配筋与承载力验算悬臂板及连续板支点采用相同的抗弯钢筋，故只需按其最不利荷载效应配筋。3.2.11 桥面连续的计算（1）连接杆设计（2）连接筋（杆）计算3.3 下部结构设计3.3.1 支座的设计计算选定支座的平面尺寸、确定支座厚度、验算支座偏移、验算支座抗滑稳定性。3.3.2 桥墩、台、桩的计算（1）结构尺寸的计算拟定（2）盖梁的计算盖梁的荷载计算，确定处盖梁各截面的最不利荷载，之后进行荷载的最不利组合，再根据荷载的最不利组合进行配筋计算。（3）墩柱的设计计算上部荷载传递到柱上，再加上温度变化，汽车制动力，风力作用，流水压力等的作用共同构成柱的受力载荷，在把这些荷载进行最不利的组合。再根据荷载的最不利组合进行配筋计算。最后进行柱的承载能力的验算，满足要求。（4）转孔灌注桩的计算上部传递下来的荷载确定桩的长度，由于采用低桩承台，桩顶的承台看成刚性的，所以上部荷载可看成由每根桩平均承担。3.3.3 桥台尺寸的拟定桥台的尺寸是根据构造的要求进行确定的。3.4 施工方法的简要说明本设计桥梁工程上部结构为后张法预应力T梁，梁长为40米。为保证施工质量，拟在左侧桥头路基上设置梁预制场，采用预制场预制，预制场用砼硬化，同时修建砼台座，梁在台座上预制。预制场设龙门吊机两台，负责吊装模板、灌注砼及移梁运梁。1）模板；2）钢筋及钢绞线；3）波纹管；4）砼浇注及养护；5）养生；6）拆内模；7）钢绞线的制备及穿束；8）预应力筋的张拉；9）压浆、封锚；10）封锚。钻孔灌注桩的施工，必须由经验丰富的技术人员主持，并掌握场地的工程地质与水文地质情况，保证施工设备完好，施工记录完善。本设计采用泥浆护壁施工方法：平整场地泥浆制备埋设护筒铺设工作平台安装钻机并定位钻进成孔清孔并检查成孔质量下放钢筋笼灌注水下混凝土拔出护筒检查质量参考文献1 姚玲森编. 桥梁工程M. 北京：人民交通出版社，2007.2 易建国编. 混凝土梁（板）桥（第三版）M. 北京：人民交通出版社，2007.3 叶建署主编. 结构设计原理M. 北京：人民交通出版社，2004.4 邵旭东主编. 桥梁工程（第二版）M. 北京：人民交通出版社，2007.