预应力混凝土T形梁桥毕业设计.doc
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1、绪论预应力混凝土T形梁桥,技术较为先进,工艺要求较为严格,预制预应力采用铰接连接,需要优质高强钢筋和高强度混凝土,同时采用一整套专为预应力张拉设备。预制钢筋混凝土T梁大大缩短工期,近年来施工要求比较成熟,因此目前使用很多。预应力混凝土T形梁桥以受力较好、行车条件比较好、伸缩缝少、使用阶段易于养护,养护费用低,造价及用材虽高但采用大垮径时比较经济。本设计采用740米的后张法施工工艺制作主梁,全长286米,进一步说明该桥型的经济可行性。1 S河水文设计原始资料及计算1.1设计原始资料(1)、该河属于华北地区山前去河流,设计流量1663 m3/s,设计流速4.49 m/s设计水位199.72m(2)
2、、该河洪水坡度i=1%,河床粗糙系数m=35(3)、该地区基本风压为700Pa,暴风雨最大风为7级,风速为15m/s,根据最不利因素考虑风向与浪程方向夹角小于22.5。(4)、根据现场调查,该河段计算最大浪程为800m,浪程起端处设计洪水位断面处最大水深为1.43m(5)、该地区标准冰冻深度为1.5m(6)、第一层砾石含粗砂经分析=10mm(7)、属季节河流无航道要求,设计中无抗震要求(8)、每年雨季为7月中旬到9月中旬1.2河段类型判断河段弯曲,水流分支汊,且有沙洲,河床宽浅,抗冲刷能力差,主流在河床内易摆动,滩槽不可划分,所以综合分析判断:S河属于次稳定河段。1.3设计流量和设计流速的复核
3、根据地质纵剖面图绘出的河床桩号,绘制河流纵断面图。(见下表1.1)表1.1桩号203+432.23203+491.23203+534.50203+555.80203+571.10203+596.0203+649.4203+676.17203+703.77高程199.72198.52198.12198.12198.22197.82197.52198.22199.72由于滩槽不易划分,故河床全部改为河槽Ac=375.8Bc=271.54 mhc=1.38 m mc=35 i=1%Rc= =1.42m Vc=断面设计流量过水面积、水面宽度、湿周计算表表1.2桩号河床标高水深平均水深间距过水面积湿周合
4、计203+432.23199.7200.65935.459.0Ac=373.08 Xc=271.88203+491.23198.521.21.443.2760.643.27203+534.50198.121.61.621.334.121.3203+555.80198.121.61.5515.323.715.3203+571.10198.221.51.724.942.324.9203+596.0197.821.92.0553.4109.553.4203+649.4197.522.21.8526.7749.527.6203+676.17198.221.50.7527.620.720.7203+70
5、3.77199.7201.4拟定桥长S河属分汊、弯曲河段,查规范公路工程水文勘测设计规范(JTGC30-2002),采用6.2.1-1式计算kq=0.95 n3=0.87 Qp= Qc=1697.3 m/s Bc=271.88m桥孔最小净长度为:Lj=kqBc=0.9510.87271.54=257.963 m综合分析桥型拟订方案为740 m预应力T型梁桥,采用双柱式桥墩建桥后实际桥孔净长: Lj=8(401.5)=268 m257.963m(初步拟订柱宽为1.5 m)1.5计算桥面标高(1)壅水高度 采用标准准跨径L=40m,桥墩宽度d=1.5m,设计流速,冲刷系数P=1.2 已知过水面积净
6、水面积水流阻力系数:则桥前最大壅水高度桥下最大壅水高度 则桥孔设计符合最大壅水高度要求(2) 波浪高度和波浪侵袭高度计算已知浪程为D=800m 查表得 其中15m/s 浪高度: =0.17 m 查表得:则波浪高度0.253 桥梁上部构造建筑高度根据公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004),高速公路、一级公路、二级公路、桥梁的沥青混凝土铺装层,厚度不宜小于70mm、二级及三级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于50mm,水泥混凝土桥面铺装层(不含整平层和垫层)厚度不宜小于80mm,混凝土强度等级不应低于C40。本设计采用混凝土8cm、沥青混凝土10cm(细粒式混凝土4cm、粗粒式
7、沥青混凝土5cm)FYT-1防水层。 则桥下河槽最低冲刷线标高: =199.72+0.253+0.5+1.03=201.503m由于路面标高为204.15m而且小于桥下河槽最低冲刷线标高故设计满足要求本河属于华北地区山前区河流,对该桥桥位、地质、断面图分析,河床地质分为七层,粗砂、亚粘土、细砂、粗砂含砾石、卵石含砂、轻亚粘土、中砂。该桥上部采用7孔40m预应力混凝土T形梁,下部采用钢筋混凝土单排双柱式桥墩,桥墩柱径D=1.2m,钻孔桩桩径D=1.5m,桥台采用重力式桥台。1.6冲刷计算1河槽一般冲刷深度a:6-41公式计算已知=1.38m B=271.54m 汛期含沙量P=1-8 取P=6.7
8、=280-71.5=269.5m E=0.66 =1.1mm =2.2m =1.=1.41m 则=8.31m式中:一般冲刷深度桥孔侧收缩系数 E与含砂量有关的系数 d土壤平均粒径第一层土的深度为3m,8.31-2.2=6.11m3m,因而已经冲刷到第二层土,由于第二层土为亚粘土土颗粒小于第一层,所以设第一层土全部被冲刷掉,要求的第二层土为河床的一般冲刷,此时过水面积为:A=375.8+3271.54=1190.42 B=271.54m =1.38+3=4.38m=1.39=1.22=2.2+3=5.2m由资料可知第二层为亚粘土=0.45=5.21m已知此时最大水深为5.2m,因而没有冲刷亚粘土
9、层所以一般冲刷深度为第一层与第二层土的分界处。为了保险再用6-42公式计算第一层土K=1+0.02=1+0.02=1.035=10mm =220 查表得 =0.235=1663=271.54m =245m 4=0.94 3=0.705=1.45 =0.95则 =1.0352.2=4.09m 小于64-1公式2局部冲刷深度由资料可知)=E= 0.66=2.02 m/s=3.42.5=0.83 =0.8312.02 =0.79m式中:冲止流速桥墩计算宽度则桥下综合冲刷最大水深=6m桥下最低冲刷线高程=199.72-6 =193.72m1.7方案比选1.预应力混凝土T形梁桥工艺技术要求:技术较为先进
10、,工艺要求较为严格,预制预应力采用铰接连接,需要优质高强钢筋和高强度混凝土,同时采用一整套专为预应力张拉设备。预制钢筋混凝土T梁大大缩短工期,近年来施工要求比较成熟。使用效果评价:受力较好、行车条件比较好、伸缩缝少、使用阶段易于养护,养护费用低,造价及用材虽高但采用大垮径时比较经济。本例拟采用7跨40米桥型2钢筋混凝土简支T型梁工艺技术要求:大量的吊装设备,占用施工场地大、需要劳力多、拱的承载潜力大已有成熟的工艺技术要求。使用效果评价:行车舒适、伸缩缝比较多、养护比较麻烦、纵坡较大、土方量大、造价低廉。本例中拟采用14跨20米桥型3.装配式预应力空心板桥工艺技术要求:制作方便,节约模板,建筑高
11、度小,降低桥面标高缩短引道长度,外形美观、轻盈、便于工业化生产、构件较强便于施工。使用效果评价:行车平稳、桥面连续伸缩缝小。且养护费用低、造价及用材、挖空率大。建筑高度小,但仅适用于小跨径桥梁,受季节气候影响,现浇混凝土,又需模板和支架造成不便。本例采用14跨20米桥型 综上所述:三种桥梁中装配式混凝土梁桥,相对来说工艺比较成熟、采用大跨径比较经济且建筑高度满足要求,便于施工、工期较短,故采用第一种方案。2 设计资料及构造布置2.1设计资料2.1.1桥梁跨径及桥宽标准跨径=40 m 主梁全长=39.96 m 计算跨径=39.00 m桥面净空=12+12+20.5m2.1.2设计荷载公路I级,结
12、构重要性系数=1.0,均布荷载的标准值为10.5KN/m,集中荷载标准值为316KN.2.1.3材料及工艺混凝土:采用C50混凝土,=3.45MPa,抗压强度标准值=32.4MPa,抗压强度设计值=22.4MPa,抗拉强度的标准值=2.65MPa,抗拉强度设计值=1.83MPa。钢筋:预应力钢筋采用ASTMA416-97a标准的低松弛钢绞(17标准型),抗拉强度标准值=1860MPa。抗拉强度设计值=1260MPa,公称直径15.24mm,公称面积140,弹性模量Ep=1.95MPa。普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB400钢筋;直径小于12mm的均用R235钢筋。按后张法施工工艺制作
13、主梁,采用内径70mm的预埋波纹管和夹片锚具。2.1.4设计依据1) 交通部颁公路工程技术标准(JTG B012003),简称标准。2) 交通部颁公路桥涵设计通用规范(JIG D602004),简称桥规。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(JIG D622004),简称公预规。2.1.5设计基本数据基本数据 表2.1名称项目符号单位数据C50砼立方强度fcu,kMPa50弹性模量EcMPa3.45104轴心抗压标准强度fckMPa32.4轴心抗拉标准强度ftkMPa2.65轴心抗压设计强度fcdMPa22.4轴心抗拉设计强度ftdMPa1.83短暂状态容许压应力0.7 fc
14、kMPa20.72容许拉应力0.7 ftkMPa1.757持久状态标准轴载组合:MPa容许压应力0.5 fckMPa16.2容许主压应力0.6 fckMPa19.44短期效应组合:MPa容许拉应力st -0.85pcMPa0容许主拉应力0.6 ftkMPa1.59s15.2钢绞线标准强度fpkMPa1860弹性模量EpMPa1.95105抗拉设计强度fpdMPa1260最大控制应力0.75 fpkMPa1395持久状态:MPa标准荷载组合0.65 fpkMPa1209材料重度C50砼r1KN/m325.0沥青砼r2KN/m323.07钢绞线r3KN/m378.5C30砼r4KN/m324栏杆r
15、5KN/m1.0钢束与混凝土的弹性模量比EP5.65注:本设计混凝土强度达到C45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: =2.51MPa2.2横截面布置2.2.1主梁间距与主梁片数本桥为双幅桥(两幅桥为独立的桥,因此只计算单幅即可),主梁翼板宽度为220cm,单幅的桥宽为13m,选用4片主梁和2片边梁(边主梁翼板宽度为210cm),主梁之间的间距为220cm2.2.2主梁跨中截面主要尺寸拟定1/2支点截面 1/2跨中截面横断面图半纵剖面图A-A图2-1 结构尺寸图(单位cm)1、 主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与跨径之比常在1/14-1/25,当建筑
16、高度不受限制时(本桥不受限制),增大梁高往往是最经济的方案,因为增大梁高可以取得较大的抗弯力臂,还可以节省预应力钢束用量,同时梁高加大一般只是腹板加高,而混凝土的用量增加不多。终上所述,本桥中取240cm的主梁高度是比较合适的。2、主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度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是上翼板受压的强度要求,本桥预制T梁的翼板厚度取用10cm,翼板根部加厚到25cm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,腹板厚度翼板由布置预制孔管的构造决定,同时从腹板本身的条件出发,腹板厚度不宜小于其高度的1/15,本桥腹板厚度取用20cm。为了防止
17、在施工和运营中使马蹄部分遭致纵向裂缝,马蹄面积占截面总面积的10%20%比较合适,同时根据公预规9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求,初拟马蹄宽度为58cm,高度为20cm,马蹄与腹板交接处作三角过渡,高度为20cm,以减小局部应力。按照以上拟定的外形尺寸,就可绘制出预制梁的跨中截面图(如图1-2)图1-2 跨中截面尺寸图(单位cm) 3、计算截面几何特征 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()跨中截面形心至上缘距离(cm)分块面积对上缘净距=()自身惯距()=-(cm)对截面形心的惯距()翼板2200
18、5.001100018333.3388.871737532917393662三角承托105015.001575013125.0078.8765315006544625腹板4200115.0048300015435000-21.13187520317310203下三角380203.3377265.48444.44-109.4645529674561411马蹄1160230.0026680038666.67-136.1321496397215350648990843915.467344965注:截面形心至上缘距离:4、支点截面几何特性计算表(表2-3) 表2-3 支点截面几何特性计算表 分块名称分
19、块面积()分块面积形心至上缘距离()分块面积对上缘静矩()分块面积的自身惯矩()()分块面积对截面形心的惯矩()()翼板22005.0011000.018333.3399.402173679221755125三角承托61513.648388.53699.6390.7550648715068570腹板13340125.001667500.05880716667-20.60566096264468129161551686888.591291824注:截面形心至上缘距离:5、检验跨中截面效率指标(希望在0.5以上)上核心距:下核心距:截面效率指标:0.5表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。2.3 横
20、断面沿跨长的分布本桥主梁采用等高形式,横断面的T梁宽度沿跨长不变,梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力,也为布置锚具的需要,距梁端200cm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽,马蹄部分为配合钢束弯起而从六分点附近(第一道横隔梁处)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。马蹄在纵断面的变化情况见(图21)。2.4横隔梁的设置在荷载作用下的主梁弯矩横向分布,当该处有横隔梁时比较均匀,否则在直接荷载作用下的主梁弯矩较大,为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩,在跨中设置一道中横隔梁,当跨度较大时,应设置较多的横隔梁。本桥在桥跨中点、三分点、六分点和支点处设置七道横隔梁,其间
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