桥梁工程毕业设计——预应力混凝土简支T型梁桥

展架桥（01号桥）施工图设计第1页1方案拟订与比选1.1设计资料（1）技术指标：汽车荷载：公路-I级桥面宽度：26m采用双幅（12+2×0.5）m（2）设计洪水频率：百年一遇；（3）通航等级：无；（4）地震动参数：地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相当于原地震基本烈度VI度。1.2设计方案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。1.2.1方案一：（8×40）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1—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1—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。展架桥（01号桥）施工图设计第2页桥中心桩号1：1000立面卵石卵石卵石亚粘土亚粘土亚粘土淤泥质土淤泥质土淤泥质土细砂细砂亚砂土亚砂土亚砂土立面图（尺寸单位：cm）图2图1图1—1（尺寸单位：cm）图1—21.2.2方案二：（86+148+86）m预应力混凝土连续箱形梁桥本桥采用单箱单室（如图1—3）的截面形式及立面图（如图1—4），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。展架桥（01号桥）施工图设计第3页图1—4(尺寸单位：cm)图1—3(尺寸单位：cm)1.2.3方案三：（16×20）m预应力混凝土空心板桥本桥横断面采用17块中板（如图1—5、图1—6）和2块边板（如图1—7、图1—8）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。展架桥（01号桥）施工图设计第4页图1—5.中板跨中截面图(尺寸单位：cm)图1—6、中板支点截面(尺寸单位：cm)图1—7.边板跨中截面(尺寸单位：cm)图1—8.边板支点截面(尺寸单位：cm)1.3方案比选表1—1方案比选表方案设计方案一设计方案二设计方案三适用性各梁受力相对独立，避免超静定梁的复杂问题，行车较舒适。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，行车平稳舒适。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。美观性构造简单，线条简洁全桥线条简洁明快，与周围环境协调好，因此，桥型美观全桥线条简洁，但桥孔跨度多，因此显得有些繁缛影响桥型美观续上表展架桥（01号桥）施工图设计第5页施工难易等跨径布置，细部尺寸相同，可以重复利用模板预制，施工较为方便。相对简支梁桥的施工要更复杂。相对于简支T型梁和连续箱形梁施工较简单。经济性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。展架桥（01号桥）施工图设计第6页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：40m（墩中心距离）主梁全长：39.96m计算跨径：39.00m桥宽：26m采用双幅（12+2×0.5）m2.1.2设计荷载公路I级，结构重要性系数0r=1.0，均布荷载的标准值kq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，cE=3.45×510MPa，抗压强度标准值ckf=32.4MPa，抗压强度设计值cdf=22.4MPa，抗拉强度的标准值tkf=2.65MPa，抗拉强度设计值tdf=1.83MPa。钢筋：预应力钢筋采用ASTMA416-97a标准的低松弛钢绞（1×7标准型），抗拉强度标准值pkf=1860MPa。抗拉强度设计值pdf=1260MPa，公称直径15.24mm，公称面积1402mm，弹性模量Ep=1.95×510MPa。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）JTJ01-1997.公路工程技术标准［S］.北京:人民交通出版社,1997简称《标准》（2）JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范［S］.北京:人民交通出版社,2004.简称《桥规》（3）JTGD62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范［S］.北京:人民交通出版社,2004.简称《公预规》（4）JTGD60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京:人民交通出版社,1985.展架桥（01号桥）施工图设计第7页（5）邵旭东.桥梁工程（上、下册）［M］.北京:人民交通出版社,2004.2.1.5基本计算数据见（表2-1）表2-1基本数据计算表名称项目符号单位数据混凝土立方强度fcu,kMPa50弹性模量EcMPa3.45×410轴心抗压标准强度fckMPa32.40轴心抗拉标准强度ftkMPa2.65轴心抗压设计强度fcdMPa22.40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0.5fckMPa16.20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注：考虑混凝土强度达到90%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。2.2横断面布置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，展架桥（01号桥）施工图设计第8页单幅的桥宽为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跨中截面横断面图支座中心线半纵剖面图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，而混凝土的用展架桥（01号桥）施工图设计第9页量增加不多。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展架桥（01号桥）施工图设计第10页分块名称分块面积iA(2cm)跨中截面形心至上缘距离zy（cm）分块面积对上缘净距is=iA·zy（3cm）自身惯距yI（2cm）id=sy-zy（cm）对截面形心的惯距xTIII（4cm）翼板22005.001100018333.3388.871737532917393662三角承托105015.001575013125.0078.8765315006544625腹板4200115.0048300015435000-21.13187520317310203下三角380203.3377265.48444.44-109.4645529674561411马蹄1160230.0026680038666.67-136.1321496397215350648990843915.467344965注：截面形心至上缘距离：cmASyiis87.9389904.843915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块面积iA（2cm）分块面积形心至上缘距离ty（cm）分块面积对上缘静矩tiiyAs（3cm）分块面积的自身惯矩TI（4cm）tstyyd（cm）分块面积对截面形心的惯矩2tixdAI（4cm）xTIII（4cm）翼板22005.0011000.018333.3399.402173679221755125三角承托61513.648388.53699.6390.7550648715068570腹板13340125.001667500.0588071