禹城徒骇河1号预应力混凝土简支梁桥（含设计流程）

摘 要

　　本设计是根据设计任务书的要求和相关规范的规定，对禹城徒骇河1号预应力混凝土简支梁桥进行设计的。简支梁桥属于静定结构，且相邻桥孔各自单独受力，故最易设计成各种标准跨径的装配式构件。鉴于多孔简支梁桥各跨的构造和尺寸划一，从而就能简化施工管理工作，并降低施工费用。

　　在设计中，桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在使用中恒载以及活载的作用力，采用整体自重系数，荷载集度进行恒载内力的计算。运用杠杆原理法、刚性法求出活载横向分布系数，并运用最大荷载法进行活载的加载。进行了梁的配筋计算，估算了钢绞线的各种预应力损失，并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度和变形验算、锚固区局部强度验算和挠度的计算。下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的墩柱，并对桩基础进行了计算和验算并进行了配筋设计。

　　本设计全部设计图纸采用计算机辅助设计绘制，计算机编档、排版，打印出图及论文。

　　关键词：预应力混凝土；简支；钻孔灌注桩

Abstract

　　The design is in accordance with the requirements of book design and related norms, Yucheng tuhai 1 prestressed concrete simply supported beam bridge design. Simply supported beam bridge is statically indeterminate structure, and the adjacent bridge opening separate force, it is most vulnerable to fabricated components designed into a variety of standard span. In view of the porous simply supported beam bridge span structure and size uniform, and thus will be able to simplify construction and reduce construction costs.

　　In the design, calculation of the bridge superstructure analyzes the dead load and live load of the bridge in the use of force, and overall weight factor, and load the set of degrees for calculation of dead load of the internal force. The use of leverage, the rigid method to calculate the live load lateral distribution factor, and the use of the maximum load method to load live load. Beam reinforcement calculation, to estimate the loss of the steel strand prestressed and prestressed stage and use stage of the main beam cross-section of the strength and deformation checking, local checking the strength of the anchorage zone, and the deflection of the calculation. Substructure bored piles for the foundation pier, and pile foundation of computing and checking and reinforcement design.

　　The design of all design drawings using computer aided design drawing, computer archiving, publishing, print out maps and papers.

　　key word: prestressed concrete;simple supported;cast-in-place pile
 

目 录

前 言

　　本设计为禹城徒骇河1号预应力混凝土简支梁桥，桥梁共1跨，每跨标准跨径34米，分离式双向六车道。经技术经济比较，上部结构采用装配式后张预应力混凝土T型简支梁桥，下部结构采用柱式桥墩、钻孔灌注桩基。

　　依照所提出的条件，遵照有关设计规范，进行后张预应力混凝土简支梁桥的设计。通过本毕业设计，掌握桥梁结构荷载的布置方法、掌握主梁的设计方法、掌握桥梁支座的计算方法、掌握桥梁墩台的设计与计算、掌握桥梁基础的设计与计算等，并利用AutoCAD软件进行计算机辅助绘图。

　　本设计安全可靠、技术先进和经济合理，设计方法上有一定的创新。计算书文理通顺、标题明显、段落分明、数据准确和图文并茂。施工图纸严格按照现行制图标准进行绘制和编制，所表达的内容要正确、标准和完整。

　　本设计由十二章组成，第一章拟定主梁截面尺寸，确定上部结构；第二章主梁作用效应计算，在可变作用计算时应用刚性横梁法；第三章预应力钢束的估算及布置，计算了后张法预应力筋沿主梁纵向及锚固端的布置；第四章计算主梁截面几何特性；第五章钢束预应力损失计算，验算预应力筋的损失范围是否符合规范要求；第六到第八章主梁截面承载力与应力验算及端部承压和主梁变形验算，验算前面的设计和计算是否合理；第九章横隔梁计算，通过对横隔梁的内力计算确定配筋数量；第十章行车道板计算，通过计算给主梁翼缘配筋；第十一到十二章为下部结构设计和计算，通过计算确定了盖梁、墩和桩基的配筋。

　　本设计主要依据为我国交通部颁布的《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）和《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）。

　　根据设计任务书和计算书还对桥梁的总体布置图、配筋图及一些附属设施图进行了绘制。

　　限于本人设计水平，本设计一定存在不少缺点，请各位领导和老师给与批评和指正。第1章 设计资料及构造布置

　　1.1 设计资料

　　1.1.1 桥梁跨径及桥宽

　　标准跨径：34m（墩中心距离）；

　　主梁全长：33.96m;

　　计算跨径：33m;

　　桥面净空：2×（净-15+2.5m）=35m.

　　1.1.2 设计荷载

　　公路-Ι级，人群荷载为3.0kN/m2,每侧人行栏及人行道、防撞栏重力的作用力分别为1.52kN/m和4.99kN/m.

　　1.1.3 材料及工艺

　　混凝土：主梁用C50混凝土，栏杆及桥面铺装用C30混凝土。

　　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》（JTG D62-2004）的s15.2钢绞线，每束6根，全梁配6束，pk=1860MPa.

　　普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均采用R235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锚具。

　　1.1.4 设计依据

　　（1） 交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），简称《桥规》；

　　（2） 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》。

　　1.1.5 基本计算数据（见表1-1）
 

　　1.2 横截面布置

　　1.2.1 主梁间距与主梁片数

　　本设计主梁翼板宽度为2500mm,由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，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、吊装阶段的小截面（bi=1600mm）和运营阶段的大截面（bi=2500mm）。净-15+2.5m的桥宽选用七片主梁。如图1-1

　　1.2.2 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通常在1/15~1/25,标准设计中高跨比约在1/18~1/19.当建筑高度受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为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宽，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计中取用2250mm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。本设计预制T梁的翼板厚度取用150mm,翼板根部加厚到250mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。

　　在预应力混凝土梁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.腹板厚度取200mm.

　　马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，马蹄面积占截面总面积的10%~20%为合适。考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按二层布置，一层最多排三束，同时还根据《公预规》9.4.9条对钢束间距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为550mm,高度为250mm,马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度过150mm,以减小局部应力。

　　按照以上拟定的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面图（见图1-2）

　　（3）计算截面几何特性

　　将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特征列表计算见表1-2.

　　1.3 横截面沿跨长的变化

　　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引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端1780mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而从六分点附近（第一道横隔梁处）开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度变开始变化。

　　1.4 横隔梁的设置

　　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，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中点和三分点、六分点支点处设置七道横隔梁，其间距为5.5m.端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部260mm,下部240mm;中横隔梁高度为2000mm,厚度为上部180mm,下部160mm.详见图1-1所示。

　　1.2 横截面布置
　　1.2.1 主梁间距与主梁片数
　　1.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定
　　1.3 横截面沿跨长的变化
　　1.4 横隔梁的设置

　　第2章 主梁作用效应计算
　　2.1 永久作用效应计算
　　2.1.1 永久作用集度
　　2.1.2 永久作用效应
　　2.2 可变作用效应计算
　　2.2.1 冲击系数和车道折减系数
　　2.2.2 计算主梁的荷载横向分布系数
　　2.2.3 车道荷载的取值
　　2.2.4 计算可变作用效应
　　2.3 主梁作用效应组合

　　第3章 预应力钢束的估算及其布置
　　3.1 跨中截面钢束的估算和确定
　　3.1.1 按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数
　　3.1.2 按承载能力极限状态估算钢束数
　　3.2 预应力钢束布置
　　3.2.1 跨中截面及锚固端截面的钢束位置
　　3.2.2 钢束起弯角和线形的确定
　　3.2.3 钢束计算：

　　第4章 计算主梁截面几何特性
　　4.1 截面面积及惯矩计算
　　4.1.1 净截面几何特性计算
　　4.1.2 换算截面几何特性计算：
　　4.2 截面净距计算
　　4.3 截面几何特性汇总

　　第5章 钢束预应力损失计算
　　5.1 预应力钢束与管道壁之间引起的预应力损失
　　5.2 由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失
　　5.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失
　　5.4 由钢束应力松弛引起的预应力损失
　　5.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失
　　5.5.1 徐变系数终极值和收缩应变终极值的计算
　　5.6 预加力计算及钢束预应力损失汇总

　　第6章 主梁截面承载力与应力验算
　　6.1 持久状态承载能力极限状态承载力验算
　　6.1.1 正截面承载力验算
　　6.1.2 斜截面承载力验算
　　6.2 持久状态正常使用极限状态抗裂验算
　　6.2.1 正截面抗裂验算
　　6.2.2 斜截面抗裂验算

　　6.3 持久状态构件的应力验算
　　6.3.1 正截面混凝土压应力验算
　　6.3.2 预应力筋拉应力验算
　　6.3.3 截面混凝土主压应力验算
　　6.4 短暂状态构件的应力验算
　　6.4.1预加应力阶段的应力验算
　　6.4.2 吊装应力验算

　　第7章 主梁端部的局部承压验算
　　7.1 局部承压区的截面尺寸验算
　　7.2 局部抗压承载力验算
　　第8章 主梁变形验算
　　8.1 计算由预加力引起的跨中反拱度
　　8.2 计算由荷载引起的跨中挠度
　　8.3 结构刚度验算
　　8.4 预拱度的设置

　　第9章 横隔梁计算
　　9.1 确定作用在跨中横隔梁上的可变作用
　　9.2 跨中横隔梁的作用效应影响线
　　9.2.1 绘制弯矩影响线
　　9.2.2 绘制剪力影响线
　　9.3 截面作用效应计算
　　9.4 截面配筋计算

　　第10章 行车道板计算
　　10.1 悬臂板荷载效应计算
　　10.1.1 永久作用
　　10.1.2 可变作用
　　10.1.3 承载能力极限状态作用基本组合
　　10.2 连续板荷载效应计算
　　10.2.1 永久作用
　　10.2.2 可变作用
　　10.3 截面设计、配筋与承载力验算

　　第11章 盖梁设计
　　11.1设计资料
　　11.2 盖梁计算
　　11.2.1荷载计算
　　11.2.2内力计算
　　11.2.3截面配筋设计与承载力校核
　　11.3桥墩墩柱设计
　　11.3.1荷载计算
　　11.3.2 截面配筋计算及应力验算

　　第12章 钻孔桩计算
　　12.1 荷载计算
　　12.2 桩长计算
　　12.3 桩的内力计算（m法）
　　12.3.1 桩的计算长度
　　12.3.2 桩的变形系数
　　12.3.3 地面以下深度z处桩身截面上的弯矩与水平压应力的计算
　　12.4  桩身截面配筋与承载力验算（图12-4）
　　12.5 墩顶-纵向水平位移验算
　　12.5.1 桩在地面处的水平位移和转角计算
　　12.5.2 墩顶纵向水平位移验算（如图12-5）

结 论

　　本次设计任务是预应力简支T形梁桥，先拟定截面尺寸和估算钢筋用量，然后进行结构验算。由于基本上没有工程经验，在设计之初感觉非常困难，只能从一些与设计资料相似的实例和规范中寻找帮助来拟定截面的尺寸。进入结论验算部分以后就感觉相对容易一些。

　　最后在老师和同学们的帮助下成功的完成了本设计。

致 谢

　　时间飞逝，转眼间四年时间就过去了，马上就是毕业的季节了。在这四年的时间里，无数人帮助了我，使我在这里得以成长。

　　首先，要感谢我的父母，感谢你们的养育之恩，感谢你们对我的培养和照顾。感谢你们在我最消极的时候给我鼓励，在我最困难的时候给我帮助，在我最迷茫的时候给我指明前方的道路。

　　其次，要感谢众多的老师，是你们把知识传授给了我。其中要特别感谢我的指导老师田俊老师。田老师工作认真，毕业设计期间只要我们有问题就立刻到教室来给我们解答。解答问题时总是让我们一起讨论，让我们说出自己的想法。没有他的帮助，我不可能把我的毕业设计做好。

　　最后，要感谢我身边的同学和舍友们，感谢我的舍友给我提供了非常好的宿舍生活和学习环境，感谢我的同学们在设计过程中给我指出错误解答我的疑问。是他们让我拥有一个非常完美的大学生活。

　　谢谢！

　　参考文献
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　　[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），中华人民共
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