毕业课程设计某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)

某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)1一、设计目的T型桥梁在我国公路上修建很多，预应力混凝土简支T梁是目前我国桥梁上最常用的形式之一，在学习了预应力混凝土结构的各种设计、验算理论后，通过本设计了解预应力简支T梁的实际计算，进一步理解和巩固所学得的预应力混凝土结构设计理论知识，初步掌握预应力混凝土桥梁的设计步骤，熟悉《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）》（以下简称《公预规》）与《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》（以下简称《桥规》)的有关条文及其应用。从而使独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手能力都会有很大的提高，培养综合应用所学基础课、技术基础课及专业知识和相关技能，解决具体问题的能力。以达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。二、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：35m（墩中心距离）主梁全长：34.96m计算跨径：33.90m桥面净空：净—9m+2×1m=11m2.设计荷载公路Ⅱ级，人群荷载3.5KN/m²，每侧人行栏、防撞栏重力的作用力分别为1.52KN/m和3.6KN/m.3.材料及工艺混凝土：主梁用C50，栏杆以及桥面铺装用C30。预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范》（JTGD62—2004）的φs15.2钢绞线，每束6根，全梁配6束，fpk=1860MPa。普通钢筋采用HRB335钢筋。按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片式锚具。4.设计依据交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01—2003），简称《标准》；交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004），简称《桥某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)2规》；交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004），简称《公预规》。5.基本计算数据（见表1）表1基本计算数据名称项目符号单位数据混凝土立方强度fcu,kMPa50弹性模量EcMPa3.45×104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0.7f'ckMPa20.72容许拉应力0.7f'tkMPa1.757持久状态标准荷载组合:容许压应力0.5fckMPa16.2容许主压应力0.6fckMPa19.44短期效应组合:容许拉应力σst-0.85σpcMPa0容许主拉应力0.6ftkMPa1.59φs15.2钢绞线标准强度fpkMPa1860弹性模量EpMPa1.95×105抗拉设计强度fpdMPa1260最大控制应力σcon0.75fpkMPa1395持久状态应力:标准状态组合0.65fpkMPa1209材料重度钢筋混凝土γ1KN/ｍ325.0沥青混凝土γ2KN/ｍ323.0钢绞线γ3KN/ｍ378.5钢束与混凝土的弹性模量比αEp无纲量5.65表中：考虑混凝土强度达到C45时开始张拉预应力钢束。ckf和tkf分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则ckf=29.6Mpa，tkf=2.51Mpa。某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)3（二）横截面布置1.主梁间距与主梁片数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼缘板对提高主梁截面效率指标ρ很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。该主梁翼板宽度为2200mm,由于宽度较大，为保证梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种，预施应力、运输、吊装阶段的小面积（b=1600mm）和营运阶段的大面积（b=2200mm）.净—9m+2×1m的桥宽选用五片主梁，如图1所示。2.主梁跨中截面主要尺寸拟定(1)主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比在1/15∽1/25，标准设计中高跨比约在1/18∽1/19.当建筑物高度不受限制时，增大梁高往往是较经济方案，因此增大梁高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，而混凝土用量增加不多。故主梁采用2200mm.(2)主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要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时上翼板受压的强度要求。故预制T梁的翼板厚为150mm，翼板根部加厚到250mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15.故取腹板厚为200mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%∽20%为合适。故考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置，一层最多排三束，同时还根据《公预规》9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽为550mm，高为250mm，马蹄与腹板交接处作三角过度，高为150mm，以减小局部应力。某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)4%%1/2支点断面1/2跨中断面半剖面图跨径中线支座中心线A100150220026034960/2A-A20033900/25305505002200A2001500114805650530图1结构尺寸图（尺寸单位：mm）某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)5按照以上拟定的外观尺寸，预制梁的跨中截面图（见图2）图2跨中截面尺寸图（尺寸单位：mm）（3）计算截面几何特征将主梁跨中截面划分为五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表2.（4）检验截面效率指标ρ（希望ρ在0.5以上）上核心距：ks=xyAI41.07下核心距：kx=syAI69.73截面效率指标：ρ=hkxsk=41.0769.730.554200＞0.5表明以上初拟的主梁中截面是合理的。某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)6表2跨中截面的几何特性计算表分块名称分块面积A(c㎡)分块面积型心至上缘距离y(cm)分块面积型心至上缘静距S=Ay(m³)分块面积的自身惯矩Id=y1-y(cm)分块面积对截面型心的惯矩I（1）（2）（3）=（1）×（2）（4）（5）（6）=（1）×（5）²（7）=（4）+（6）大毛截面翼板33007.502475061875.0066.641465493614716811三角承托50018.3339166.52777.77855.80715572111559988腹板3200953040006826666.667-20.8613924478219113下三角262.5170446253281.25-95.8624121492415430马蹄1375187.5257812.571614.58-113.361766942317741038∑8637.564034544652382小毛截面翼板24007.5180004500074.391328037613325376三角承托50018.3339166.52777.7863.5520915832022361腹板3200953040006826667-13.1155026047376873下三角262.5170446253281.25-87.1119920071995289马蹄1375187.5257812.571614.58-104.6150477111511926∑7737.563360439839224表中：大截面型心至上缘距离：iiSyA=640354/8637.5=74.14(cm)小截面型心至上缘距离：iiSyA=633604/39839224=81.89(cm)某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)7（三）横截面沿跨长的变化如图1-1所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。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，在距梁端1980mm范围内将腹板加厚到马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而六分点附近开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度开始变化。（四）横隔梁的设置模型实验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设一道横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。本设计在跨中和三分点、六分点、支点处设置七道横隔梁，其间距为5.65m。横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部250mm，下部230mm；中横隔梁高度为1750mm，厚度为上部160mm，下部140mm。详见图1所示。三、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梁桥荷载横向分布计算，可分别求的各主梁控制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。（一）永久作用效应计算1.永久作用集度（1）预制梁自重①跨中截面段主梁的自重（六分点截面至跨中截面，长11.4m）G(1)=0.77375×25×11.4=220.52(KN)②马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长5m）G(2)≈(1.278625+0.77375)×5×25/2=128.27③支点段梁的自重（长1.98m）G(3)=1.278625×25×1.98=63.29(KN)④中主梁的横隔梁：中横隔梁体积0.15×[（1.75-0.15）×0.7-0.5×0.1×0.5-0.5×0.15×0.175]=0.1623(m³)端横隔梁体积：0.24×（1.85×0.525-0.5×0.065×0.325）=0.2306（m³）某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)8故半跨内横梁自重为：G(4)=(2.5×0.1623+1×0.2306)×2×25=31.82(KN)⑤预制梁永久作用集度：g1=(220.52+128.27+31.82)/17.48=21.77(KN/m)(2)二期永久作用①现浇T梁翼板集度G（5）=0.15×0.6×25=2.25（KN/m）②中梁现浇部分横隔梁一片中横隔梁（现浇部分）体积：0.15×0.6×25=2.25(KN/m)一片端横隔梁（现浇部分）体积：0.24×0.3×1.85=0.13332（m³）故：G（6）=（5×0.072+2×0.1332）×2×25/34.96=0.9（KN/m）③铺装8cm混凝土铺装：0.08×9×25=18（KN/m）5cm沥青铺装：0.05×9×23=10.35（KN/m）若将桥面铺装均摊给五片主梁，则：G（7）=（18+10.35）/5=5.67（KN/m）④栏杆一侧人行栏：1.52KN/m一侧防撞栏：3.6KN/m若将两侧人行栏、防撞栏均摊给五片主梁，则：G(8)=(1.52+3.6)×2/5=2.048(KN/m)⑤中梁二期永久作用集度：g2=2.25+0.9+5.67+2.048=10.868(KN/m)2.永久作用效应如图3所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令α=x/l主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：21(1)2Mlg1(12)lg2Q某路35m预应力简支T梁桥设计(中梁)9L=33.9mx=al(1-a)la(1-a)lM影响线V影响线1-aaVMg1图3永久作用效应计算图永久作用效应计算见表3表32号梁永久作用效应作用效应跨中α=0.5四分点α=0.25支点α=0一期作用弯矩（KN·m）3127.292345.470.00剪力（KN）0.00184.50369.00二期作用弯矩（KN·m）1561.201170.900.00剪力（KN）0.0092.11184.21∑弯矩（KN·m）4688.493516.370.00剪力（KN）0.00276.61553.21(二)可变作用效应计算1.冲击系数和车道折减系数（修正刚性横梁法）按《桥规》4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构基频。简支梁桥的基频可采用下列公式估算：f=22lπcCmEI=1023.143.45100.44652