混凝土简支梁桥预应力钢束布置应力计算桥梁设计说明

土木工程（道路与桥梁方向）目录摘要……………………………………………………………………………2第一章概述…………………………………………………………………………31.1任务概况………………………………………………………………31.2河床横断面……………………………………………………………41.3工程地质……………………………………………………………41.4构思宗旨……………………………………………………………4第二章方案比选……………………………………………………………………52.1方案一：预应力钢筋混凝土简支梁………………………………52.2方案二：预应力混凝土连续箱梁……………………………………72.3方案三：预应力混凝土空心板桥……………………………………92.4方案比选表……………………………………11第三章总体布置及主梁的设计…………………………………………………63.1设计资料…………………………………………………63.2横断面布置…………………………………………………73.3横断面沿跨长的分布…………………………………………………73.4横隔梁的设置…………………………………………………7第四章主梁的作用效应计算4.1永久作用效应计算…………………………………………………74.2可变作用效应计算…………………………………………………74.3主梁作用效应组合…………………………………………………7第五章预应力钢束的估算及布置…………………………………………………75.1预应力钢筋截面积估算…………………………………………………75.2预应力钢筋的布置…………………………………………………75.3非预应力钢筋截面积估算及布置…………………………………………………7第六章主梁截面几何特性计算…………………………………………………76.1主梁预制并张拉预应力钢筋…………………………………………………76.2灌浆封锚，主梁吊装就位…………………………………………………7第七章持久状况截面承载能力极限状态计算……………………………………77.1正截面承载力计算…………………………………………………77.2斜截面承载力验算…………………………………………………7第八章钢束预应力损失估算…………………………………………………78.1预应力钢筋张拉（锚下）控制应力con……………………………………78.2钢束应力损失…………………………………………………7第九章应力验算…………………………………………………79.1短暂情况的正应力验算…………………………………………………79.2持久状况正应力验算…………………………………………………79.3持久状况下的混凝土主应力验算…………………………………………………7第十章抗裂性验算…………………………………………………710.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算……………………………………710.2作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算……………………………………7第十一章主梁变形（挠度）计算…………………………………………………711.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算………………………………………………711.2预加力引起的上拱度计算…………………………………………………711.3预拱度的设置…………………………………………………7第十二章锚固区局部承压计算…………………………………………………712.1局部受压尺寸要求…………………………………………………712.2局部抗压承载力计算…………………………………………………7第十三章行车道板计算…………………………………………………713.1悬臂板荷载效应计算…………………………………………………713.2连续板荷载效应计算…………………………………………………713.3截面设计、配筋及承载力验算…………………………………………………7第十四章横隔梁计算…………………………………………………714.1确定作用在跨中横隔梁上的可变作用……………………………………………714.2跨中横隔梁的作用效应影响线…………………………………………………714.3截面作用效应计算…………………………………………………7参考文献摘要通过学习基本掌握的桥梁设计的相关内容，为检验学习成果，进行本次毕业设计。本设计在预选三种桥型结构，采用比较分析法，根据地质条件和跨径等多种因素的条件是选择最有利的桥型。最终确定设计桥型为预应力钢筋混凝土简支梁。根据桥梁设计规范，和相关指导书展开设计。具体设计内容如下。(1)桥梁总体布置及主梁结构尺寸设计，(2)荷载、应力计算及主梁预应力钢束布置，(3)结构验算。通过结构验算等出整个设计满足相关设计规范。并熟悉了桥梁相关过程及知识。关键词：混凝土简支梁桥预应力钢束布置应力计算第一章概述1.1、任务概况拟建福州市浦上大桥是福州市为全面实施“东扩南进西拓”城市发展战略、完善路网建设、发展城市经济和交通要道，近期建设的重点工程之一；是福州市连接金山新区和大学城片区建设的又一主要通道。工程场址位于橘园洲大桥与湾边大桥（拟建）之间，起于金山新区洪湾路。技术标准：设计荷载：公路—I级桥面净空：净－14+人行道2×1.5米设计洪水频率：100年一遇，最高通航水位：10.109m。有关资料：1）河床横断面：根据附表桩号标高绘制。2）河床地质：共4个钻孔的地质资料。3）水文资料：另行提供4）该地区气温：１月份平均6℃，７月份平均30℃。5）材料：钢材，木材，水泥满足供应，砂砾石就地取材，块片料石运距5公里。6）施工单位，：省级以上公路工程建设公司。7）桥面标高：往金山方向（0+000）21.481m，往大学城方向（0+207）20.071m1.2、河床横断面河床横断面桩号标高（m）桩号标高(m)0+00018.6270+20717.5210+01012.3050+0157.8050+0255.5100+505.8000+755.0890+1004.5580+1255.6230+16111.2580+18313.3901.3、工程地质条件大桥位于江心洲西侧及附近水域，钻孔揭露表明，桥位覆盖层厚4.3~5.0米，主要为中密细、中砂层。下附基岩全、强分化层均很发育，厚2.3~3.4米。微风化基岩面变化很大，在6.2~8.3米间，基岩主要为灰白色中粗粒花岗岩、花岗斑岩，微风化基岩岩质坚硬，呈块状~大块状砌体结构，为主墩桩基良好的持力层。基础设计时宜采用微风化基岩作为基础持力层，桩端进入微风化基岩一定深度。1.4、构思宗旨1）符合地区发展规划，满足交通功能需要。2）桥梁构造形式简洁、轻巧。3）设计方案力求结构新颖，尽量采用有特色的新结构，又要保证结构受力合理，并技术可靠，施工方便。第二章方案比选鉴于展架桥地质地形情况。该处地势平缓，故比选方案主要采用简支梁桥和连续梁桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，我初步拟定了三个方案。2.1方案一：（4×50）m预应力混凝土简支T型梁桥本桥的横截面采用T型截面（如图2—1）。防收缩钢筋采用下密上疏的要求布置所有钢筋的焊缝均为双面焊，因为该桥的跨度较大，预应力钢筋采用特殊的形式（如图2—2）布置，这样不仅有利于抗剪，而且在拼装完成后，在桥面上进行张拉，可防止梁上缘开裂。优点：制造简单，整体性好，接头也方便，而且能有效的利用现代高强材料，减少构件截面，与钢筋混凝土相比，能节省钢材，在使用荷载下不出现裂缝等。缺点：预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，使桥面铺装加厚等。施工方法：采用预制拼装法（后张法）施工，即先预制T型梁，然后用大型机械吊装的一种施工方法。其中后张法的施工流程为：先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道，待混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋穿入预留的孔道内，将千斤顶支承与混凝土构件端部，张拉预应力钢筋，使构件也同时受到反力压缩。待张拉到控制拉力后，即用夹片锚具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内压注水泥浆。，使预应力钢筋与混凝土粘结成为整体。立面图（尺寸单位：cm）图2—1（尺寸单位：cm）图2—22.2方案二：（60+80+60）m预应力混凝土连续箱形梁桥本桥采用单箱双室（如图2—3）的截面形式因为跨度很大（对连续梁桥），在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律，变截面梁的变化规律采用二次抛物线。优点：结构刚度大，变形小，行车平顺舒适，伸缩缝少，抗震能力强，线条明快简洁，施工工艺相对简单，造价低，后期养护成本不高等。缺点：桥墩处箱梁根部建筑高度较大，桥梁美观欠佳。超静定结构，对地基要求高等。施工方法：采用悬臂浇筑施工，用单悬臂—连续的施工程序，这种方法是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋，移动机具、模板继续施工。(尺寸单位：cm)图2—3(尺寸单位：cm)2.3方案三：（10×20）m预应力混凝土空心板桥本桥横断面采用9块中板（如图2—4、图2—5）和2块边板（如图2—6、图2—7）优点：预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，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。采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。缺点：行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。施工方法：采用预置装配（先张法）的施工方法，先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉，并将其临时固定在张拉台座上，然后按照支立模板——钢筋骨架成型——浇筑及振捣混凝土——养护及拆除模板的基本施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。图2—4.中板跨中截面图(尺寸单位：cm)图2—5、中板支点截面(尺寸单位：cm)图2—6.边板跨中截面(尺寸单位：cm)图2—7.边板支点截面(尺寸单位：cm)2.4方案比选表表2—1方案比选表序·第一方案第二方案第三方案通过对比，从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案一:预应力号（4×50）m预应力混凝土简支T型梁桥（60+70+60）m预应力混凝土连续箱形梁桥（10×20）m预应力混凝土空心板桥1桥高（m）18.85518.59018.4532桥长（m）2002002003最大纵坡（％）3.413.413.414工艺技术要求各梁受力相对独立，避免超静定梁的复杂问题，等跨径布置，细部尺寸相同，可以重复利用模板预制，施工较为方便。箱形截面抗扭刚度大，可以保证其强度和稳定性，有效的承担正负弯矩，桥梁的结构刚度大，变形小，相对简支梁桥的施工要更复杂。空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，相对于简支T型梁和连续箱形梁施工较简单。5使用效果构造简单，线条简洁，行车较舒适。全桥线条简洁明快，与周围环境协调好，因此，桥型美观，行车平稳舒适。全桥线条简洁，但桥孔跨度多，因此显得有些繁缛影响桥型美观6造价及用材等截面形式能大量节约模板，加快建桥进度，简易经济，但不能充分利用截面作用，基础设计量大。连续梁刚度大，变形小，伸缩缝少，能充分利用高强材料的特性，促使结构轻型化，跨越能力强充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝的抗裂性，促使结构轻型化。后期养护成本较高混凝土简支T型梁桥为最佳推荐方案。此方案，采用预应力混凝土简支T型梁桥，结构简单，节省材料，经济合理；采用预制装配的施工方法，施工方便，周期短；而且桥型流畅美观。第三章总体布置及主梁的设计3.1设计资料3.1.1桥梁跨径及桥宽标准跨径：50m（墩中心距离）主梁全长：49.96m计算跨径：49.00m桥面净空：净—14m+2X1.5m3.1.2设计荷载公路I级，结构重要性系数0r=