单跨25m预应力混凝土简支T型梁桥结构设计

1前言当今社会，桥梁工程发展迅速，桥梁建造方面的技术和理念不断的完善。社会经济的发展和我国交通运输业的发展使得对桥梁的需求日益增大，对各类型桥梁的需要到达了一个新的高度，桥梁对于经济的发展，促进不同地区的文化交流都有着不容忽视的作用，是现代交通的枢纽。桥梁的建造经过数百年的发展，尤其是现代工厂化施工流程和计算机技术的作用下，桥梁建造技术到达了一个前所未有与的高度，降低了劳动时间和人力物力，同时桥梁的安全性也得到了极大的保障。本设计选择的《南瓦桥上部结构设计》这一课题，在设计过程中：（1）根据工程概况以及当地的施工和环境等条件确定可行的方案，再根据经济和技术方面来论证最适合的方案，来确定出最佳方案。（2）确定方案之后进行上部结构的各种尺寸的拟定，计算配筋。（3）在设计过程中充分利用计算机来解决问题，如使用AUTOCAD来进行图纸绘制。（4）设计中遇到的问题查阅规范和资料解决，不能独立解决的及时的请教指导老师。毕业设计的目的在于培养学生的综合能力，让我们利用大学学习的各门专业课以及基础课结合相关的规范来独立完成一个专业课题的制作。设计过程中考验了我独立思考和独立钻研的能力。为将来工作岗位的工作打下了良好的基础。21.方案比选随着当今社会经济和科技的发展，桥梁理论和实践不断的日趋完善，各种类型桥梁都有其各自的优点和不足。作为现代桥梁在保证行车安全稳定与技术含量高的前提下，还要确保外形的美观，使桥梁具备一定的观赏性。只有同时根据这些不同的要求我们才能综合的选取出最完美的桥梁设计方案。根据阜新地区的水文、气象、防震等地质条件，又结合了桥梁建设要求，建设的工期，施工条件以及外形等要求根据综合考虑选出以下几种的方案。1.1预应力混凝土简支T型梁桥该桥采用单跨25m的预应力简支梁桥，桥面净宽：净-3.5×2+2.5×1+0.5×2=10.5m，桥面上部采用5片梁，主梁间距2.1m，根据一般中等跨径的T型梁桥，高跨比取11~1618，所以跨径为25m时，梁高取2.1m,梁肋厚度取16cm，梁肋下部为马蹄形，加宽时横隔梁延伸至马蹄加宽处。桥面设有双向横坡。预应力简支梁的特点：受力明确、结构简单、施工方便能在地质较差地方建桥。各跨径的尺寸相近，便于预制和安装从而降低安装费用。装配式的施工方法能节省大量的模板，从而加快了施工进度，节省了工期。1.2预应力混凝土空心板桥此类型的桥的优点：建筑高度小、外形简单、制作简单。在制作装配式构件时由于自重不大，所以建设起来比较方便。此类型桥的缺点：跨径大于一定值得时候，截面要显著的加高，使自重增大，从而抵消了其建筑高度小的特点，板桥适用于建设小跨径的桥梁。1.3钢筋混凝土拱桥该方案采用上承式肋拱桥，在此方案下部到向压力所以拱的跨越能力比梁要大。拱是主要承受压力的结构因而可已使用抗拉性能差抗压性能好的石料结构，但要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端较大的推力，因此修建推力拱桥必须有较好的地基基础。综合以上三种方案，方案1应力简支T型梁桥在垂直荷载作用下，支座仅产生垂直反3力，受力简单，T型梁桥适用于中小型桥梁的建造。方案二的空心板桥梁跨径较大时截面要求较高，是其自身自重过大，截面材料使用不经济，不符合本设计的要求。方案三的钢筋混凝土拱桥对地基的要求较高，本设计的地质特点不适合修建拱桥。采用预应力混凝土T型梁桥。42.上部结构设计资料及构造2.1桥梁跨径和净宽标准跨径:25m（墩中心距离）；计算跨径:24.28m；主梁全长:24.92m；桥面净宽:净-3.5×2+2.5×1+0.5×2=10.5m2.2技术标准1)设计荷载：公路-II级。2)环境标准:II类环境。3)设计安全等级：二级。2.3主要材料1)混凝土：主梁、翼缘板、横隔板、等采用C50混凝土；采用C40混凝土来进行桥面铺装。2)预应力钢束:采用5束5丝捻制的预应力钢绞线。公称直径为15.2mm面积为139mm2.fpk=1860MPa。弹性模量Ep=1.95×10^5MPa。3)施工工艺：采用后张法制作主梁。波纹管内径70mm、外径77mm。2.4相关设计参数1）预应力管数k=0.00152）预应力混凝土结构重度26KN/m3；普通钢筋混凝土重度25KN/m3；沥青混凝土重度23kN/m3.单侧防撞线荷载为7.5KN/m。2.5结构设计1）本设计为简支T形梁5图2-1主梁间距与主梁片数Figure2-1girderspacingandthemaingirderpiecenumber2）主梁断面：主梁高度1.5m，梁间距2.1m，主梁跨中肋厚0.16m，马蹄宽0.4m，腹板和马蹄在端部同宽，使其满足局部应力的需要。3）横隔梁的设置:横隔梁一共设置5道，间距4.856m，端部横隔梁宽度0.25m，跨中部分横隔梁宽度0.16m。4）桥面铺装：水泥混凝土厚度8cm，混凝土沥青厚度9cm，两者之间加设防水层，设计总厚度17cm。2.6横断面布置2.6.1主梁跨中截面的主要尺寸的拟定图2-2T型梁跨中截面尺寸图2-3T型梁端部截面尺寸Figure2-2TbeamcrosssectionsizeFigure2-3Ttie-beamsectionsize6表2-1跨中截面几何特性计算表Table2-1crosssectioningeometricalcharacteristicscalculationtable分块名称分块面积Ai(cm2)分块面积形心至上缘距离iy(cm)分块面积对上缘静距Si=iiAy(cm3)分块面积的自身惯距Ii(cm4)di=sbyy(cm)分块面积对截面形心的惯距Ix=Ai×di2(cm4)I=ixII(cm4)⑴(2)(3)=(1)×(2)(4)(5)(6)=(1)×(5)2(7)=(4)+(6)毛截面翼板31507.52362559062.541.685472250.565531313.06三角承托40018．3373322222.2230.85380689382911.22腹板2160701512001774666.667-20.82936300.382710967.05下三角144121174241152-70.82722228.0373374.803马蹄1000137.513750052083.33-88.327800422.47852505.73Σ685433708116551071.86毛截面形心至上翼缘的距离sy=iiSA49．180273主梁作用效应的计算3.1永久作用效应计算3.1.1永久作用集度1）主梁自重跨中截面段主梁自重（五分点至跨中截面，长7.284m）Q（1）=0.6854×26×7.284KN=129.54KN马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重计算（长：2.5m）主梁端部截面积A=0.879m2Q（2）=（0.879+0.6854）×2.5×26/2KN=50.84KN支点段梁自重（长：2.356m）Q（3）=0.879×2.356×26KN=53.84KN边主梁横隔梁中横隔梁体积：0.16×(1.1×97-0.4×0.1/2)m3=0.1664m3端横隔梁体积：0.25×（1.35×0.95-0.3×0.08/2）m3=0.3176m3边半跨内横隔梁重力：q4=（1.5×0.1664+1×0.3176）×25KN=14.18KN2、3号半跨内横隔梁重力为q4=（3×0.1664+2×0.3176）×25KN=28.36KN主梁永久集度QI=(129.54+50.84+53.84+14.18)KN/12.46m=19.94KN/m2、3号梁的永久作用集度（123.54+50.84+53.84+28.36）KN/12.46m=21.07KN/m2）二期恒载桥面铺装层8cm水泥混凝土铺装层：0.08×9.5×25KN/m=19KN/m9cm沥青混凝土铺装层：0.09×0.25×25KN/m=21.375KN/m桥面铺装重量均分给五片主梁则，Q5=（19+21.375）KN/5m=8.075KN/m防撞栏：单侧防撞栏线荷载为7.5KN/m。两侧防撞栏均分给5片主梁则，Q6=（7.5×2）÷5KN/m=3KN/m边梁二期永久作用集度QII=(8.075+3)KN/m=11.075KN/m2、3号梁二期永久作用集度：q=8.075+3=11.075KN/m83.1.2永久作用效应设x为计算截面离左支座的距离,并设=x/lVML=29.0mM影响线V影响线+-1-ααα(1-α)L(1-α)Lx=aL图3-1永久作用效应计算图Figure3-1permanenteffectcalculationchart主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:glMS2)1(21lg)21(21Q表3-1永久作用效应Table3-1thepermanenteffect1号梁效应跨中截面а=0.5四分点(变化点)截面а=0.25支点截面а=0一期弯矩(KN·m)1469.371102.030.00剪力(KN)0.00121.04242.07二期弯矩(KN·m)816.11612.090.00剪力(KN)0.0067.23134.45∑弯矩(KN·m)2285.481714.120.00剪力(KN)0.00188.27376.522、3号梁效应跨中截面а=0.5四分点(变化点)截面а=0.25支点截面а=09一期弯矩(KN·m)1552.641164.480.00剪力(KN)0.00127.89255.80二期弯矩(kNm)816.11612.090.00剪力(KN)0.0067.23134.45∑弯矩(KN·m)2368.751776.540.00剪力(KN)0.00195.12390.253.2可变作用效应计算（偏心压力法）3.2.1冲击系数与车道折减系数的计算结构的冲击系数μ与结构的基频f有关，先计算结构的基频，在计算冲击系数。基频的计算：10223.143.45100.165514.7241Hz2224.281816.55ccEIflm其中:30.685426101816.55/9.81cGmkgmg根据基频,计算出汽车荷载的冲击系数为:lnlnf0.17670.01570.17674.720.01570.25866因为车道为双车道，荷载横线分布折减系数为13.2.2计算主梁的荷载横向分布系数跨中荷载横向分布系数mc；承重结构的宽跨比为：10.50.43240.524.28BL为窄桥，可采用偏心受压法计算。1）计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I和IT抗弯惯性矩在前面已求得:I=0.1655/m4对于T形梁截面抗扭惯性矩可近似按下列式计算31iiniiTtbcI式中bi，ti：单个矩形截面的宽度和高度Ci：矩形截面的抗扭刚度系数，可由下式计算5110.630.053ittCbb10n：梁被划分为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121015401016.9210tcm马蹄部分的平均厚度t3=（25+37）÷2=31cmIT的计算图示：图3-2T型梁跨中截面尺寸Figure3-2Tbeamcrosssectionsize表3-2IT的计算表分块名称bi/cmti/cmti/bici)m10(433iiiTitbcI翼板21016．90.080.31650.003208139腹板110．1160.150.30180.0014016135马蹄40310.780.17450.0020794118Σ0.006689164311单位宽度抗扭惯性矩Jx=I/b=4440.16551/7.8814210/210mcmmcm4540.0067//3.190510/210TXTJIbmcmmcm主梁截面的抗弯惯矩I=01655/m4抗扭惯矩IT=00066891643m42）用偏心压力法计算横向影响线的竖坐标值各片主梁的截面相同，考虑主梁抗扭刚度时1号梁的荷载横向分布系数按式niiiijaean12