洮儿河河道混凝土简支T形梁桥的设计

　　摘  要

　　长白线一级公路,洮儿河主河道中桥初步设计为3×30m的预应力混凝土简支T形梁桥.该桥采用并列双幅布置,左、右幅桥等长.上部为装配式全预应力钢筋混凝土简支T梁.预制T梁高2.1m,主梁间距2.0m.为降低主梁高度,减少预应力引起的上拱度,后张法预应力混凝土T梁在设计荷载下按全预应力混凝土构件设计,主梁配筋采用预应力筋和非预应力筋混合配筋.锚具采用OVM15-6型锚具,锚具变形钢筋回缩按3㎜计.预制件在张拉钢绞线时混凝土的强度应达到85%以上方可张拉.下部桥墩为钢筋混凝土圆形双柱式墩,墩柱直径1.0m;桥墩基础为钻孔灌注桩基础,桩径1.2m.桥墩盖梁为连续墩盖梁,按简支梁计算盖梁内力及墩柱顶竖向反力.桩基为单排桩形式,采用正循环泥浆护壁成孔.

　　关键词:T梁;预应力;后张法;锚固;钻孔灌注桩

　　 Abstract

　　Chang bai line level of roads, in Tao'er River main channel bridge preliminary design for 3×30m prestressed concrete simple support T shape beambridge.

　　This bridge uses the compound double amplitude arrangement, the left and right bridge and so on is long. Upside for assembly type entire prestressed rinforcement concrete simple support T roof beam. Prefabricated T roof beam high 2.1m, king post spacing 2.0m. In order to reduce the king post altitude, reduces the camber which the pre-stressed causes, tensioning prestressed concrete T roof beam under the design load according to the entire prestressed concrete component design, the king post matches the muscle to use the pre-stressed muscle and the non-pre-stressed muscle mixes the syngamy muscle. The anchorage uses the OVM15-6 anchorage, the anchorage deformed bar' deformed reinforc bar retraction according to 3㎜ the idea. Pre-workpiece when Zhang Lagang stranded wire the concrete intensity should achieve above 85% only then opens pulls. Lower part the bridge pier is the reinforced concrete circular distyle distyle pillar, foot stall diameter 1.0m; Pier footing for drill hole irrigation pile foundation, pile diameter 1.2m. Bridge pier Ge Liang for continual pillar Ge Liang, calculates Ge according to the simple beam the Liang endogenic force and the pillar mast top vertical reaction. Pile foundation use for single piling form, The pile foundation uses mud propects wall of main circulation becomes to hole.

　　Keyword:Chest beam;  Prestress;  Posttenioning concrete;  Anchorage;  Drilled

　　目  录

　　摘  要…………………………………………………………………I

　　Abstract…………………………………………………………………II

　　前  言…………………………………………………………………1

　　选题依据…………………………………………………………………1

　　1、设计目的及设计的主要内容…………………………………………………………………1

　　2、设计拟解决的工程实际问题…………………………………………………………………1

　　3、设计拟应用的现场资料综述…………………………………………………………………1

　　4、设计拟应用的文献综述…………………………………………………………………1

　　设计相关技术的国内外现状…………………………………………………………………2

　　研究(设计)思路…………………………………………………………………2

　　研究(设计)内容…………………………………………………………………3

　　第一部分 xx主河道桥设计总说明…………………………………………………………………4

　　一、设计条件…………………………………………………………………4

　　二、桥梁概况…………………………………………………………………4

　　三、调查情况…………………………………………………………………4

　　四、场地工程地质情况…………………………………………………………………4

　　五、场地水文地质条件…………………………………………………………………4

　　六、其他条件…………………………………………………………………5

　　七、桥梁设计…………………………………………………………………5

　　八、设计说明书…………………………………………………………………6

　　第二部分 xx主河道桥设计计算书…………………………………………………………………9

　　1 上部结构…………………………………………………………………9

　　1.1 设计资料及构造布置…………………………………………………………………9

　　1.2  行车道板计算…………………………………………………………………11

　　1.3  主梁内力计算…………………………………………………………………15

　　1.4 主梁配筋计算(全预应力混凝土梁钢束布设和计算)……………………………35

　　1.5  主梁截面几何特性计算…………………………………………………………………39

　　1.6  承载能力极限状态计算…………………………………………………………………41

　　1.7  预应力损失计算…………………………………………………………………45

　　1.8  正常使用极限状态计算…………………………………………………………………51

　　1.9  持久状况应力验算…………………………………………………………………58

　　1.10  短暂状态应力验算…………………………………………………………………62

　　1.11  横隔梁内力计算…………………………………………………………………63

　　1.12 支座的设计计算…………………………………………………………………68

　　2 盖梁计算…………………………………………………………………71

　　2.1 荷载计算…………………………………………………………………71

　　2.2  内力计算…………………………………………………………………81

　　2.3 截面配筋设计与承载力效核…………………………………………………………………83

　　2.4 桥墩墩柱计算…………………………………………………………………87

　　2.5. 钻孔灌注桩计算…………………………………………………………………92

　　第三部 分xx主河道桥设计图纸…………………………………………………………………102

　　第四部分 xx主河道桥施工组织…………………………………………………………………103

　　施工组织…………………………………………………………………103

　　1. 预应力T梁施工技术…………………………………………………………………103

　　2.  施工方案…………………………………………………………………105

　　前  言

　　1、设计目的及设计的主要内容

　　本设计通过自行拟定桥梁形式及断面尺寸,设计下部结构,编制施工方案,使我们全面地掌握桥梁的设计及施工理论,便于将其应用于实践.桥梁的设计是系统性十分强的工作,有了本次设计我们可以对四年来所学的专业知识有一个综合系统的回顾和学习,为今后的实际工作打下良好的基础.

　　根据设计任务书给定的地质资料、设计荷载及桥面净空,拟定本设计为装配式预应力混凝土T型简支梁桥,其中上部结构采用装配式预应力混凝土T梁,共设五片主梁,五道横隔梁.下部结构采用双柱式桥墩,基础采用单牌双柱式钻孔灌注桩基础.上部结构计算内容包括:预应力混凝土T梁内力计算;预应力混凝土T梁配筋计算;行车道板的内力计算与配筋计算.下部结构计算内容包括:盖梁内力及配筋计算;桥墩墩柱内力及配筋计算;钻孔灌注桩基础内力及配筋计算.

　　2、设计拟解决的工程实际问题

　　本桥为长白线一级公路xx主河道桥.在考虑桥的适用、经济、美观的同时,我们还要着重解决其在工程实际中的问题.实践中,当跨径大于20m,特别是30m以上的跨径,往往采用预应力混凝土结构.由于孔径较大,梁本身恒载重量大,造成施工吊装困难,为减轻T梁自重,T梁采用变腹板由跨中20cm至支点50cm,这样既能减轻自重,又能加大支点处抗剪强度,增加张拉预应力的受力面积,为了减轻T梁自重,梁的翼板相对减薄,在保证强度要求下拟采用10cm.本桥跨径较大,为减少施工中的麻烦,特采用装配式结构.使桥梁构件的尺寸和形式趋于标准化,便于预制和施工,并节省大量支架模板和劳动力,缩短工期.

　　3、设计拟应用的现场资料综述

　　桥位地质情况,从上到下的土层依次为:①亚粘土,②粉细砂层,③亚粘土.

　　4、设计拟应用的文献综述

　　本设计涉及内容广泛,需应用到材料力学、结构力学、桥梁学、结构设计学及基础工程学等方面的知识.采用是2004年颁布的新规范《公路桥涵通用设计规范》,严格执行其规定.根据设计荷载等确定桥长、跨径及孔数.根据《桥梁工程》《公路桥涵设计手册》中的简支梁桥的计算进行行车道板的计算;荷载横向分布计算;主梁内力计算;横隔梁内力计算及挠度、预拱度的计算.根据《结构设计原理》进行主梁、横隔梁、行车道板及墩台与基础的截面尺寸设计及配筋计算.根据《基础工程》及 《公路桥涵设计手册》进行墩台与基础的设计.并根据《桥梁工程》《基础工程》拟订施工方案.根据《有关桥涵标准图》进行施工图纸设计.知识涉及相对全面,能为以后的工作和学习打下比较扎实的基础.

　　设计相关技术的国内外现状

　　预应力混凝土梁式桥在我国获得了很大的发展.早在70年代,我国就建成了跨径达五十多米的预应力混凝土简支梁桥.除了简支梁桥以外,近年来我国还修建了多座现代化大跨径预应力混凝土T型刚架桥、连续梁桥和悬臂两梁桥.目前,我国在预应力混凝土T型梁桥的施工技术方面达到了世界先进水平.

　　在国外,预应力混凝土梁式桥的研究起步较早,法国著名工程师弗莱西奈经过20年研究使预应力混凝土技术付诸实践后,新颖的预应力混凝土梁式桥首先在法国和德国以异乎寻常的速度发展起来.西德最早用全悬臂法建造预应力混凝土桥梁,特别是在1952年成功地建成了莱茵河上的沃伦姆斯桥后,这种方法就传播到全世界.近年来,国外对大跨径预应力混凝土桥的结构体系有这样的见解,倾向于采用悬臂浇筑工艺来修建连续梁桥.这种方法在世界发展甚快.

　　研究(设计)思路

　　为获得经济、实用和美观的桥梁设计,设计者需要运用丰富的桥梁建筑理论和实践知识,进行深入细致的分析研究工作.本设计采用预应力混凝土T型简支梁桥.简支梁桥是使用广泛、构造简单的梁式桥.简支梁属静定结构,且相邻桥孔各自单独受力,故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.

　　跨径大于20米的简支梁桥,均采用预应力混凝土梁桥.它比普通钢筋混凝土梁桥一般可节省钢材30%,跨径越大节省越多.

　　其刚度比普通钢筋混凝土桥要大,因此建筑高度可显著减少,使大跨径桥梁轻柔美观.由于能消除裂缝,扩大了对多种桥型的适应性,并提高了结构的耐久性.

　　本设计采用装配式梁桥,其优点是:桥梁构件的尺寸和形式趋于标准化,便于预制和施工,节省大量支架模板和劳动力,缩短工期.

　　根据水文、地质等情况确定桥墩采用单排双柱式桥墩,基础采用钻孔灌注桩.

　　研究(设计)内容

　　本设计为装配式预应力混凝土T型简支梁桥,其中上部结构采用装配式预应力混凝土T梁,共设五片主梁,五道横隔梁.下部结构采用双柱式桥墩,基础采用单牌双柱式钻孔灌注桩基础.上部结构计算内容包括: 1.预应力混凝土箱梁内力计算:(1)恒载内力计算(2)活载内力计算;(3)内力组合;(3)预应力混凝土梁配筋计算(4)主梁截面几何计算;(5)承载能力极限状态验算(6)预应力损失计算(7)正常使用极限状态验算(8)持久状况验算(9)短暂状态应力验算2. 行车道板的内力计算与配筋;3.横隔梁的内力计算及配筋;4.支座的设计计算.

　　下部结构计算内容包括:1.盖梁的内力计算:(1)自重及内力计算(2)活载计算:对称布置采用杠杆法,非对称布置时采用偏心受压法(3)盖梁配筋计算;2.墩柱的内力计算:(1)荷载计算(2)双柱反力横向分布计算(3)截面配筋及应力计算;3.钻孔灌注桩基础的内力及配筋计算:(1)荷载计算(2)作用于桩顶的外力(3)桩长计算(4)桩顶位移及桩身强度验算.

　　 第一部分 xx主河道桥设计总说明

　　一、设计条件

　　1、建桥位置:

　　该桥为长白线一级公路xx主河道桥,桥中心桩号为K30+867.具体见平面图.

　　2、设计技术指标:

　　1)桥面净空:净9+2×0.75m

　　2)荷载等级:公路-Ⅱ级

　　3.设计原则:经济、适用、安全、美观的原则

　　二、桥梁概况

　　该桥的中心里程桩号为K30+867,布置1个勘探孔,总进尺43.38米.共取岩样6组,标准贯入试验7次.

　　三、调查情况

　　该桥位于河道较直,有支流.桥位处河床断面为单式断面.河底较平整.河道水流流速较快,水流通畅.该区土壤为有枯枝落叶的原始森林土.

　　四、场地工程地质情况

　　1、地形地貌:拟建xx桥,勘察桩桩位最高点标高为141.4米,最低点标高为98.02米,高差43.38米.

　　2、场地地层结构及岩土物理力学性质

　　该桥在勘察深度范围内揭露的地层按其物理力学性质等自上而下分为六层:

　　①亚粘土:黑色,湿,可塑,容许承载力[δ]=150Kpa.

　　②淤泥质亚粘土:灰黑色,软塑,湿,容许承载力为[δ]=100KPa.

　　③粉细砂层:灰色,湿,稍松,容许承载力为[δ]=120KPa.

　　④粉细砂层:灰色,湿,中密,局部,夹粘土,容许承载力为[δ]=200KPa.

　　⑤亚粘土:灰黑色,湿,可塑,局部夹砂层,容许承载力为[δ]=200KPa.

　　⑥亚粘土:灰黑色,干,硬,容许承载力为[δ]=350~400KPa.

　　五、场地水文地质条件

　　该桥中心为河谷,地表水主要接受大气降水补给,该处地下水为孔隙潜水,埋藏在砂层中,根据区域资料,地下水对混凝土及钢筋均无侵蚀性.

　　六、其他条件

　　1.本工程地处长白山地区,构造运动较强烈,地震基本烈度为Ⅶ度区.根据部颁《公路工程抗震设计规范》的要求,本工程采用简易设防.

　　2)气象资料:位于中东北西部润干季冻区,属于温和半干旱区气候,年平均气温4.30C,年平均降水量为413.8毫米,年平均蒸发量1716毫米.场地标准冻结深度为1.60米.

　　七、桥梁设计

　　标准跨径:29.96米.

　　计算跨径:28.92米

　　上部结构:钢筋混凝土简支T梁  (T梁高2.1m,主梁间距2.0m,全预应力钢筋混凝土配筋)

　　下部结构:双柱式桥墩(墩柱高2.9m),钻孔灌注桩基础(桩身高38.0m)

　　1  设计题目

　　xx主河道桥(桥面净空9+2×0.75;公路-Ⅱ级)施工图设计.

　　上部结构采用简支装配式全预应力混凝土T梁,下部结构采用双柱式桥墩,钻孔灌注桩基础.

　　2  桥长及分孔

　　3×30m

　　3  桥宽及桥面横坡

　　3.1  桥宽:0.50+净-9+0.75m

　　3.2  横坡:1.5%

　　4  桥面铺装

　　4.1  沥青混凝土面层8cm

　　4.2  混凝土垫层平均厚度16cm

　　5  荷载等级

　　公路-Ⅱ级

　　6  材料

　　6.1  预应力钢筋

　　预应力钢筋采用7фj15.2钢绞线,抗拉强度标准值fPK=1860Mpa

　　6.2  非预应力钢筋采用HRB335钢筋

　　6.3  主梁采用C50混凝土, ,墩台采用C30混凝土

　　7  提交的成果

　　7.1  上部结构设计计算书及桥墩设计计算书一份

　　7.2 图纸

　　预应力T梁一般构造图(一)

　　预应力T梁一般构造图(二)

　　T梁预应力钢束纵向布置图

　　T梁预应力钢束平面布置图

　　桥型图

　　预应力T梁主梁钢筋构造图(一)

　　预应力T梁主梁钢筋构造图(二)

　　预应力T梁主梁钢筋构造图(三)

　　盖梁钢筋图

　　桥墩桩柱配筋图

　　横隔板钢筋图

　　8 设计原则:经济、适用、安全、美观的原则

　　9  时间安排

　　2007年4月23日至6月22日,共九周. 前六周进行设计的计算及绘图(2007.4.23~5.29);第七、八周编制施工组织,设计说明及专业文献翻译(2007.5.29~6.17);第九周进行设计资料的整理、打印(2007.6.17~6.22).

　　八、设计说明书

　　本设计为长白线一级公路xx主河道桥设计,初步设计为预应力混凝土简支T型梁桥.全桥3跨,跨径30米.下部结构采用单排双柱式桥墩,钻孔灌注桩基础.

　　1  设计规范

　　1)《桥涵设计手册》 人民教育出版社

　　2)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)

　　3)《混凝土结构设计原理》(GB 50010--2002)

　　4)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)

　　5)《公路工程技术标准》(JTG 001-2004)

　　2  技术标准

　　设计荷载:公路-Ⅱ级

　　桥面净空:净9+2×0.75m

　　桥面横坡:1.5%双向横坡

　　3  跨径、T梁结构

　　跨径:90米(采用并列分离双幅布置)

　　T梁结构:

　　T梁为后张法预应力混凝土刚接T梁,T梁间设置中横隔板和端横隔板,T梁高2.1米,T梁间距离2.0米,预制宽度1.6米,横段布置五片梁.为减轻T梁自重并增大梁端的抗剪能力,有利于梁端的局部受压,T梁作为变截面梁.为了T梁剪力能顺利传递,在腹板和顶板相接处作为承托以增加主梁抗剪.

　　4  主要材料

　　4.1  混凝土:

　　预制T梁、横隔板混凝土标号为50号

　　桥面整体性混凝土标号为40号

　　4.2  钢筋

　　预应力钢筋采用7фj15.2低松弛钢绞线,公称面积为139mm2,抗拉强度标准值为fPK=1860Mpa ,应符合ASTM A416-90a规范

　　非预应力钢筋采用HRB400钢筋,应符合GB1499-79规定

　　4.3  钢板

　　结构所用钢板为16Mn钢板,应符合GB700-79和GB1591-79规定

　　4.4  锚具

　　本设计采用OVM15-6型锚具,应符合GB699-65规定

　　5  设计要点

　　5.1  本设计主要采用手工计算.上部为装配式全预应力钢筋混凝土简支T梁.

　　5.2  为降低主梁高度,减少预应力引起的上拱度,后张法预应力混凝土T梁在设计荷载下按全预应力混凝土构件设计,主梁配筋采用预应力筋.

　　5.3  为减轻主梁安装重量,加强桥梁整体性,在预制T梁上设16cm的现浇整体化混凝土,运营状态下主梁按预制T梁和现浇整体化混凝土共同受力计算,现浇整体化混凝土中设置的钢筋网在运营状态下参与桥梁横向受力.

　　5.4  在8cm的沥青混凝土桥面铺装和整体化混凝土之间设沥青防水层,每平方米洒0.52kg防水沥青,桥面沥青混凝土和沥青防水层中掺入4‰(按沥青重量比)的AST-31沥青抗剥剂.

　　5.5  每束钢丝都采用两端同时张拉,使主梁预加力均匀,锚具采用OVM15-6型锚具,锚具变形钢筋回缩按3mm计.预制件在张拉钢绞线时混凝土的强度应达到85%以上方可张拉.

　　5.6  设计中预应力钢筋孔道按预埋金属波纹管孔道考虑,孔道直径为85cm.

　　5.7  张拉控制应力=1395Mpa,张拉控制力为4072.01KN,其均为锚下预应力钢筋应力,未包括锚口损失.

　　5.8  预应力钢筋的松弛损失按采用超张拉工艺计算,施工时采用超张拉105%并控制张拉和伸长量.

　　5.9  桥面横坡由梁底三角楔块形成,采用板式橡胶支座.

　　5.10  一片主梁下有二个支座,支座采用板式橡胶支座,安装时应保证二个支座同时受力,避免主梁产生附加扭曲.

　　下部结构

　　5.11 采用双柱式桥墩,钻孔灌注桩基础,所有墩的桩基均嵌入干、硬的亚粘土层中,以确保持力层有足够的承载力,从而保证基础的稳定.

预应力T梁一般构造图1


预应力T梁一般构造图2


预应力钢束纵向布置图  3


钢束平面布置图  4


桥型图  5


中梁钢筋图  6


盖梁钢筋图  7


桥墩桩柱配筋图  8


横隔梁钢筋图  9

　　…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件