装配式预应力混凝土简支梁桥设计计算书.doc
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1、 目录第一部分 桥梁设计1第一章 水文计算11.1原始资料11.2 水文计算3第二章 方案比选62.1 方案一:预应力钢筋混凝土简支梁(锥型锚具)62.2方案二:钢筋混凝土箱形拱桥10第三章 总体布置及主梁的设计113.1设计资料及构造布置113.2主梁内力计算12第四章 预应力钢束的估算及其布置214.1跨中截面钢束的估算与确定214.2钢束预应力损失计算254.3截面强度验算284.4预加内力计算344.5主梁斜截面验算354.6截面应力验算414.7主梁端部的局部承压验算46第一部分 桥梁设计第二章 方案比选2.1 方案一:预应力钢筋混凝土简支梁(锥型锚具)2.1.1 基本构造布置(一)
2、设计资料 1、桥梁跨径及桥宽标准跨径:40m(墩中心距),全桥共:480米,分12跨,主梁全长:39.96m,桥面净空:净9米,21.5人行道,计算跨径:38.88m。立面及平面图图表 1(二)设计荷载汽20,挂100,人群荷载3.5kN/m,两侧人行道、栏杆重量分别为3.6 kN/m和1.52 kN/m。2.1.2材料及工艺本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥,锥形锚具;混凝土:主梁采用40号混凝土,人行道、栏杆及桥面铺装用20号混凝土;预应力钢筋:冶金部TB64标准的5碳素钢丝,每束32根。横断面图如下: 图2主梁截面沿纵向的变化示例:图表 3简直梁的优点是构造、设计计算简单,受力明确,缺点是中
3、部受弯矩较大,并且没有平衡的方法,而支点处受剪力最大,如果处理不好主梁的连接,就会出现行车不稳的情况1.4 桥孔长度确定:a.单宽流量公式水流压缩系数次稳定河段 0.92则河槽平均单宽流量最小桥孔净长mb过水面积法冲刷前桥下毛过水面积Wq式中:冲刷系数P取1.3 设计流速VS=Vc1.84因桥墩阻水而引起的桥下过水面积折减系数 6050 压缩系数Wq净过水面积Wj(1-桥孔净长m1.5壅水计算桥前最大壅水高度河滩路堤阻断流量与设计流量的比值572+129-45.9655.1m系数桥下平均流速Vm断面平均流速V0=m桥下壅水高度波浪高度hb10.4728m VW=15m/s平均水深,良程D810
4、2m本桥设计水位:16.0+0.095+上部结构底标高为17.73m1.6冲刷深度A 河槽的一般冲刷一般冲刷后的最大水深hpQ1=Q2=4275m3,B1=B2=533.43m,k=1.04,1.0,0.0625,hmax10.1mA单宽流量集中系数,AhpmB 河槽处桥墩的局部冲刷桥位处的冲止流速h=13.73m,d=3m,查表得:V00.9648m/s,V00.31V0VzV0 ,1.0,B4m,(1.3919+0.0409)1/21.19700.8588hbkB0.6(V0- V0)(V/ V0)n =1.01.197040.6(0.9648-0.31)(1.84/0.9648)0.85
5、88 3.1349m 总冲刷深度hshp+ hb13.73+3.1316.86m不考虑标高因素,总冲刷深度为16.86-160.86m2.2方案二:钢筋混凝土箱形拱桥(1)方案简介 本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥。全桥分八跨,每跨均采用标准跨径60m。采用箱形截面的拱圈。桥墩为重力式桥墩,桥台为U型桥台。(2)尺寸拟定 本桥拟用拱轴系数m=2.24,净跨径为60.0m,矢跨比为1/8。桥面行车道宽9.0m,两边各设1.5m的人行道。拱圈采用单箱多室闭合箱,全宽11.2m,由8个拱箱组成,高为1.2m。拱箱尺寸拟定如图1-1:图41)拱箱宽度:由构件强度、刚度和起吊能力等因素决定,一般为
6、130160cm。取140cm。2)拱壁厚度:预制箱壁厚度主要受震捣条件限制,按箱壁钢筋保护层和插入式震动棒的要求,一般需有10cm,若采用附着式震捣器分段震捣,可减少为8cm,取8cm。3)相邻箱壁间净宽:这部分空间以后用现浇混凝土填筑,构成拱圈的受力部分,一般用1016cm,这里取16cm。4)底板厚度:614cm。太厚则吊装重量大,太薄则局部稳定性差且中性轴上移。这里取10cm。5)盖板:有钢筋混凝土板和微弯板两种型式,最小厚度68cm,这里取8cm。6)现浇顶部混凝土厚度:一般不小于10cm,这里取10cm。7)横隔板:多采用挖空的钢筋混凝土预制板,厚68cm,间距3.05.0m。横隔
7、板应预留人行孔,以便于维修养护。这里取厚6cm。(3)桥面铺装及纵横坡度 桥面采用沥青混凝土桥面铺装,厚0.10m。桥面设双向横坡,坡度为2.0%。为了排除桥面积水,桥面设置预制混凝土集水井和10cm铸铁泄水管,布置在拱顶实腹区段。双向纵坡,坡度为0.6%。(4)施工方法 采用无支架缆索吊装施工方法,拱箱分段预制。采用装配整体式结构型式,分阶段施工,最后组拼成一个整体。方案的最终确定:经考虑,简直梁的设计较简单,受力的点明确,比较适合初学者作为毕业设计用,因此我选着了方案一。第三章 总体布置及主梁的设计3.1设计资料及构造布置(一)设计资料 1、桥梁跨径及桥宽标准跨径:40m(墩中心距),全桥
8、共:480米,分12跨,主梁全长:39.96m,桥面净空:净9米,21.5人行道,计算跨径:38.88m。2、设计荷载汽20,挂100,人群荷载3.5kN/m,两侧人行道、栏杆重量分别为3.6 kN/m和1.52 kN/m。3、材料及工艺本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥,锥形锚具;混凝土:主梁用40号,人行道、栏杆及桥面铺装用20号;预应力钢筋:冶金部TB64标准的5碳素钢丝,每束32根;其他内容鲜见设计说明书。(二)横截面布置本设计采用公路桥涵标准图40米跨径的定型设计,因此主要尺寸已经大致定下,以下为初步选定截面尺寸。1、主梁间距与主梁片数全桥宽12米,主梁间距1.6米(T梁上翼缘宽度为15
9、8cm,留2cm施工缝),因此共设7片主梁,根据一些资料,主梁的梁高选用230米详细布置见下图:图表 4 2、横截面沿跨长的变化,该梁的翼板厚度不变,马蹄部分逐渐抬高,梁端处腹板加厚到与马蹄等宽,主梁的基本布置到这里就基本结束了。(三)横隔梁的布置由于主梁很长,为了减小跨中弯矩的影响,全梁共设了五道横隔梁,分别布置在跨中截面、两个四分点及梁端.3.2主梁内力计算3.2.1恒载内力计算 1、恒载集度 (由于一直到这里,我的设计均参照预应力混凝土简支梁桥算例,故恒载集度已知,结果如下:边主梁的恒载集度为: g1=17.813 KN/m. 中主梁的恒载集度为: KN/m (2)第二期恒载 栏 杆:g
10、!1)=1.52KN/m 人行道:g(2)=3.60KN/m 桥面铺装层(见图3): g(4)=0.5(0.07+0.15)5.10+0.5(0.075+0.15)4.9024 =26.694KN/m 若将各恒载均摊给7片主梁,则: g2=(1.52+3.6+7.754+26.694)=5.653KN/m 2、恒载内力 如图6所示,设x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:1 恒载内力计算见表2恒载内力计算表 表2计算数据L=38.88m项目g1跨中四分点变化点四分点变化点支点0.1250.250.0530.250.0530第一期恒载17.7073345.8572510
11、.371671.848172.112307.736344.224第二期恒载5.037951.775714.212191.11648.96087.54097.919(二)活载内力计算1、冲击系数和车道折减系数对汽20,1+u=1.04,其他活载不计。以下为荷载横向分布系数的计算: (1)跨中截面的荷载横向分布系数mc 本桥跨内有三道横隔梁,具有可靠的横向联结,且承重结构的长宽比为: 所以可选用偏心压力法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc a.计算主梁抗扭惯矩IT 对于T梁截面式中bi和ti相应为单个矩形截面的宽度和厚度; ci矩形截面抗扭刚度系数(可查桥梁工程表2-5-2);1 桥孔长度确定
12、:a.单宽流量公式水流压缩系数次稳定河段 0.92则河槽平均单宽流量最小桥孔净长mb过水面积法冲刷前桥下毛过水面积Wq式中:冲刷系数P取1.3 设计流速VS=Vc1.84因桥墩阻水而引起的桥下过水面积折减系数 6050 压缩系数Wq净过水面积Wj(1-桥孔净长m2 壅水计算桥前最大壅水高度河滩路堤阻断流量与设计流量的比值572+129-45.9655.1m系数桥下平均流速Vm断面平均流速V0=m桥下壅水高度波浪高度hb10.4728m VW=15m/s平均水深,良程D8102m本桥设计水位:16.0+0.095+上部结构底标高为17.73m3 冲刷深度A 河槽的一般冲刷一般冲刷后的最大水深hp
13、Q1=Q2=4275m3,B1=B2=533.43m,k=1.04,1.0,0.0625,hmax10.1mA单宽流量集中系数,AhpmB 河槽处桥墩的局部冲刷桥位处的冲止流速h=13.73m,d=3m,查表得:V00.9648m/s,V00.31V0VzV0 ,1.0,B4m,(1.3919+0.0409)1/21.19700.8588hbkB0.6(V0- V0)(V/ V0)n =1.01.197040.6(0.9648-0.31)(1.84/0.9648)0.8588 3.1349m 总冲刷深度hshp+ hb13.73+3.1316.86m不考虑标高因素,总冲刷深度为16.86-16
14、0.86m4 结论百年一遇底设计流量为Qs4976立方米/秒,设计水位16米。计算最小桥孔净长Lj505.6米,实际最小桥孔净长为538.3米。桥前最大壅水高度,桥下壅水高度米。本桥设计水位:16米,上部结构标高为17.9米。计算水位距上部结构底面最小距离1.9米(按桥规最小距离为0.50米)。b.计算抗扭修正系数其中IT=5.9375610-3m4,I=0.42564186m4,查桥梁工程表2-5-1,n=7时,=1.021,并取G=0.425E c.按偏心压力法计算横向影响线竖标值 求出一号梁在两个边主梁的横向分不影响线竖标值为: 图5计算荷载横向分布系数 如图8所示1、2、4号梁的横向影
15、响线和最不利布载,因为很显然1号梁的横向分布系数最大,故只需计算1号梁的横向分布系数:汽-20: 挂-100: 人群荷载: 支点截面的横向荷载分布系数计算,该截面用杠杆原理法计算,绘制荷载横向影响线并进行布载如下图 汽-20: 挂-100: 人群荷载:3.2.2活载内力计算 活载的内力计算主要考虑的是最不利荷载布置时的主梁各截面受力情况,其中包括最大弯矩及最大剪力作用时的截面内力值:祥见下表: 1号梁跨中截面最大内力计算表类别汽-20挂-1001+1.041.0mc0.4640.272最大弯矩及相应剪力Pi6012012070130250250250250yi2.724.729.729.027
16、.029.129.727.727.127.020.36119.020.4649.720.50.472-0.257.12-0.1397.120.36637.720.3979.720.59.12-0.462相应Q(KN)相应Q(KN)3354102.1638420198.5751号梁内力值1618.50649.302290.2454.011最大剪力及相应弯矩合力P2120+60=3002504=1000Y0.45788.90.41778.12Py137.442670417.781201号梁内力值66.2751288.43113.6142208.64 1号梁支点最大剪力计算表 荷载类别汽-20挂-1
17、00人群1+1.04591.01.0Pi601201207013070130250250250250q=3.0yi1.00.89710.86110.60390.50100.11520.01230.83130.80040.69750.6667y人=0.9167mi0.3750.43630.45780.5240.23720.26070.2990.47836.820.50.8977.66Qmax=(1+)Piyimi=186.292(KN)203.43635.848各个截面的荷载均已求出,因此可以得出每个截面的最大内力值,以下即为主梁的恒载组合: 主梁内力组合表序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截
18、面支点截面Mmax Qmax Mmax Qmax MmaxQmaxQmax 1第一期恒载3345.8602510.7172.1671.85307.74344.222第二期恒载951.7750714.2248.96191.12875.497.9193总恒载=1+24296.2403224.9221.1862.961183.1442.144人群325.388.369244.0418.8365.70641.0247.985汽-201915.5266.2751315.5122.5357.88169.61184.16挂-1002290.2454.0111776.9181.7484.51189.15187
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