计算书(20m简支空心板梁)

1绪论1.1概述1.1.1简支梁桥概述由一根两端分别支撑在一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥。属于静定结构。是梁式桥中应用最早、使用最广泛的一种桥形。其构造简单，架设方便，结构内力不受地基变形，温度改变的影响。1.1.2简支梁桥受力特点简支梁桥是静定结构，其各跨独立受力。桥梁工程中广泛采用的简支梁桥有三种类型：1)简支板桥。简支板桥主要用于小跨度桥梁。按其施工方式的不同分为整体式简支板桥和装配式简支板桥；装配式板桥是目前采用最广泛的板桥形式之一。按其横截面形式主要分为实心板和空心板。根据我国交通部颁布的装配式板桥标准图，通常每块预制板宽为1.0m，实心板的跨径范围为1.5-8.0m，主要采用钢筋混凝土材料；钢筋混凝土空心板的跨径范围为6—13m；而预应力混凝土空心板的跨径范围为8-16m。2)肋梁式简支梁桥(简称简支梁桥)。简支梁桥主要用于中等跨度的桥梁。中小跨径在8-12m时，采用钢筋混凝土简支梁桥；跨径在20-50m时，多采用预应力混凝土简支梁桥。在我国使用最多的简支梁桥的横截面形式是由多片T形梁组成的横截面。3)箱形简支梁桥。箱形简支梁桥主要用于预应力混凝土梁桥。尤其适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁结构和跨度较大的斜交桥和弯桥。1.1.3预应力混凝土简支梁桥在我国的发展我国修建预应力混凝土连续体系梁桥最早在铁路部门，1966年在成昆线用悬臂拼装法建成国内第一座预应力混凝土铰接连续梁桥――旧庄河桥，跨24m+48m+24m。第一座预应力混凝土连续梁桥是1975年建成的北京枢纽东北环线通惠河桥，跨度26.7m+40.7m+26.7m。1979年9月建成兰州黄河桥（47m+3×70m+47m）为悬臂浇筑的分离式双室箱梁桥，进一步推动了预应力混凝土连续梁的修建和发展。此后，相继建成湖北沙洋汉江公路桥，云南怒江桥，台州灵江桥等一大批特大跨公路连续梁桥。目前我国最大跨度的预应力混凝土连续梁桥为江苏南京第二长江大桥的北汊桥，主跨165m。另外，预应力混凝土连续梁桥在铁路部门也得到了广泛的运用，兴建了大批大跨径连续梁桥。1.1.4本桥设计施工方法本次设计为7x20m=140m，预应力砼简支梁，桥宽为19m。梁体采用空心板截面。采用预制吊装法施工，预应力用先张法张拉，可以有效控制预应力损失，梁体的质量也可以很好的保证。用架梁机把梁架设到位，标高和路线线形也容易控制。1.2毕业设计的目的与意义1.2.1毕业设计目的毕业设计是高等工科院校本科培养计划中的最后一个教学环节，是对四年所学知识的总结与运用。(1)运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计；(2)同时初步掌握桥梁设计的步骤、方法，培养分析问题、解决问题的能力，为以后的继续学习和工作奠定基础。1.2.2毕业设计意义(1)在老师的指导下，独立完成一座三跨预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计，基本掌握该工程设计的全过程，巩固已学知识。(2)增强考虑问题、分析问题和解决问题的能力，其实践性和综合性无以取代，为以后无论是继续学习还是参加工作都打下了良好的基础。(3)由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量较大，且准确性难以保证，所以采用了有限元分析软件桥梁博士计算v3.03，桥梁电算进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。同时也更加熟练了计算机辅助设计软件AutoCAD,Excel等的使用。1.3方案拟定方案一：预应力混凝土连续梁桥(4x35m)。力学特点：预应力混凝土连续梁桥是一种以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的结构。它在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大。预应力结构通过高强钢绞线对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。使用效果：主桥桥面连续，无伸缩缝，行车平顺舒适，养护费用少。桥型线条简洁明快。施工方法及工艺：采用预制顶推施工方法，以顶推设备作为主要施工设备，以桥台为起点，顺梁方向施工。技术先进，工艺要求较严格；占用施工场地少。立面截面布置：请见附图1.1、1.2。图1.1上林村大桥桥型布置图图1.2上林村大桥横截面图方案二：35米预应力简支箱梁梁桥(4x35m)力学特点：超静定结构，以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的结构。它在荷载作用下，支点截面产生负弯矩且比跨中弯矩大，但跨径不大时差值不是很大，采用等截面形式，大大简化主梁的构造。使用效果：主桥面设有伸缩缝，桥面不连续，采用等截面布置，桥梁的立面协调一致，减少构件模板的规格。施工方法及工艺：采用顶推法施工。施工时，在一侧的桥台后设置预置场，分节段预制、逐段顶推、逐段接长、连续施工工艺。立面截面布置：见附图2.1、2.2。图2.1上林村大桥桥型布置图图2.2上林村大桥横截面图方案三：预应力混凝土空心板梁(7x20m)力学特点：梁体连续，墩、梁、基础三者固结为一个整体共同受力。由于墩梁固结共同参与工作，连续刚构桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小，因而可以降低跨中区域的梁高，并使恒载内力进一步降低。因此，连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥设计大一些。顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大，受力性能好。顺桥向抗推刚度小，对温变、混凝土收缩徐变及地震影响均有利。使用效果：桥面连续，无伸缩缝，行车条件良好，养护费用少；桥型线条简洁明快；满足施工运营各阶段支承上部结构重量和稳定性要求；但如果桥墩的水平抗推刚度较大，则因主梁的预应力张拉、收缩、徐变、温度等因素所引起的变形受到桥墩的约束后，将会在主梁内产生较大的次拉力，并对桥墩也产生较大的水平推力，从而会在架构混凝土上产生裂缝，降低结构的使用功能。施工方法及工艺：采用挂篮悬臂浇注对称施工。占用施工场地少，不需安设大吨位的支座。立面截面布置：请见附图3.1、3.2。图3.1上林村大桥桥型布置图图3.2上林村大桥横截面图2毛截面几何特性计算2.1基本资料2.1.1主要技术指标桥跨布置:720.0m，桥梁全长140m。标准跨径：20.00m计算跨径：19.3m。桥面总宽:20m，横向布置为0.5m（防撞护栏）+19m（行车道）+0.5m（防撞护栏）。设计荷载：公路-I级。1.1.2材料规格预应力钢筋17钢绞线，直径15.2mm;非预应力钢筋采用335,235HRBR;空心板块混凝土采用C40;桥面铺装采用C40防水混凝土。2.2截面几何尺寸图图2.2横截面尺寸图(尺寸单位：cm)图2.3中板横截面尺寸图(尺寸单位：cm)2.3毛截面几何特性计算通过桥梁博士软件计算结果：任务类型:截面几何特征计算截面高度:0.95m------------------------------------------------------------计算结果:基准材料:中交新混凝土:C40混凝土基准弹性模量:3.25e+04MPa换算面积:0.731m2换算惯矩:8.16e-02m4中性轴高度:0.464m沿截面高度方向5点换算静矩(自上而下):主截面:点号:高度(m):静矩(m3):10.950.020.7129.94e-0230.4750.11240.2379.85e-0250.00.0图2.4边板横截面尺寸图(尺寸单位：cm)任务类型:截面几何特征计算------------------------------------------------------------截面高度:0.95m------------------------------------------------------------计算结果:基准材料:中交新混凝土:C40混凝土基准弹性模量:3.25e+04MPa换算面积:0.878m2换算惯矩:9.87e-02m4中性轴高度:0.524m沿截面高度方向5点换算静矩(自上而下):主截面:点号:高度(m):静矩(m3):10.950.020.7120.12630.4750.13540.2370.11550.00.0空心板截面的抗扭刚度可简化为图的单箱截面来近似计算。图2.5(尺寸单位：cm)22221244(16023)(9510)222(9510)2(16023)1010TbhIhbtt10412.210()mm3内力计算及组合3.1永久作用效应计算3.1.1空心板自重（第一阶段结构自重）1g)/(82.182610723941mKNAg3.1.2桥面系自重（第二阶段结构自重）2g桥面铺装采用等厚度的10cm的C40混凝土,则全桥宽铺装每延米重力为:0.1x19.3x23=44.16(kN/m)桥面铺装10cm的C50现浇混泥土每延米重力：0.1x19.3x26=5018(kN/m)为计算方便近似按各板平均分担来考虑,则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为:3623.52018.5016.442453.62g(kN/m)3.1.3铰缝自重（第二阶段结构自重）3g因为铰缝自重可以近似看成C40混凝土来算,因此其自重为:)/(349.02610)9514.39(43mKNg由此得空心板每延米总重力g为：82.1811gg(kN/m)（第一阶段结构自重）711.5349.03623.521ggg(kN/m)（第二阶段结构自重）531.24711.582.181gggg(kN/m)由此可计算出简支空心板的恒载(自重效应),计算结果见表3-1。表3-1永久作用效应汇总表项目作用种类作用gi(kN/m)计算跨径l(m)作用效应M(kN/m)作用效应V(kN)跨中(218gl)1/4跨(2332gl)支点(12gl)1/4跨(14gl)跨中g18.8219.3876.28657.21181.6190.810续表3-1g5.71119.3265.91199.4355.1127.550ggg24.53119.31142.19856.64236.72118.36503.2可变作用效应计算本桥汽车荷载采用公路—Ⅰ级荷载，它由车道荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路—Ⅰ级的车道荷载由)/(5.10mKNqk的均布荷载和)/(2.237))550()53.19)(180360(180mKNpk的集中荷载两部分组成。而在计算剪力效应时，集中荷载标准值kp乘以1.2的系数，即计算剪力时)/(64.2842.2372.12.1'mKNppkk3.2.1汽车荷载横向分布系数计算根据截面几何尺寸特点,利用桥梁博士,得出各板的横向分配影响线竖标值见表2-2。表3-2各板的横向分配影响线竖标值表坐标X1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁7#梁8#梁9#梁10#梁11#梁12#梁00.2750.1990.1450.1050.0770.0560.0410.0310.0230.0180.0150.0140.80.2560.2050.1490.1080.0790.0580.0420.0320.0240.0190.0160.0141.60.2370.210.1520.1110.0810.0590.0430.0320.0250.0190.0160.0152.40.2050.20.1640.1190.0870.0640.0470.0350.0260.0210.0170.0163.20.1720.190.1760.1280.0930.0680.050.0370.0280.0220.0190.01740.1490.1640.170.1430.1040.0760.0560.0420.0320.0250.0210.0194.80.1250.1380.1650.1580.1150.0840.0620.0460.0350.0280.0230.0215.60.1080.1190.1430.1550.132