3×35m装配式预应力简支T梁桥设计

摘要

　　本设计依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD-2004）与《公路桥涵设计设计通用规范》（JTGD-2004）进行桥梁上部结构设计与验算。全桥总长105m,桥面净宽-14+2×0.5m,荷载等级为公路-Ⅰ级。本桥上部结构采用装配式预应力混凝土简支T梁桥，净跨径35m,计算跨径34.2m;单跨采用6根预应力T梁，梁高230cm;桥面坡度为1.5%;支座采用板式橡胶支座。全桥以A类构件进行设计。

　　本设计主要以手算为主，对主梁即预应力混凝土简支梁桥进行永久效应计算，可变作用效应计算并进行效应组合，以此对主梁进行预应力钢筋的估算和布置。手算的内容：主梁截面的几何特性，预应力损失计算，验算主梁各个危险截面主拉应力和主压应力，对行车道板和横隔梁进行荷载效应计算、配筋计算以及应力验算。在算得数据后用桥梁博士进行全桥结构安全验算与预应力钢筋的计算，可以得到桥梁博士算得的数据，最后将手算和电算进行比较。通过手算与电算的比较可知桥梁的设计是可行的。计算书的数据主要是以手算的数据为主。

　　关键词：T梁；预应力混凝土；A类构件；手算；电算

Abstract

　　The design basis "of reinforced concrete and prestressed concrete highway bridge design specifications" （JTGD-2004） and "Highway Bridge Design General Specification" （JTGD-2004） carried out the design and checking the upper part of the bridge structure. Full-bridge length of 105m, deck width -14 +2 × 0.5m, the design effect for the road-Ⅰ level. The Bridges of the assembled prestressed concrete T-beam bridage, net span 35m, calculate the span of 34.2m; using six single-span prestressed T beams, beam height 230cm; deck slope of 1.5%; bearing using laminated rubber bearings. Full-bridge with a Class Amember of the design.

　　The design brief for the main beam that is prestressed concrete beam bridge permanent effect calculations, as well as variable-action effects calculated effect combination, in order for the main beams prestressed reinforced estimates and layout. Calculate the geometric characteristics of the main beam section, after the prestressing losses. Checking the girder dangerous section of each principal tensile stress and compressive stress. Right lane plate and diaphragm beams load effect calculations, stress calculations and checking reinforcement. These are obtained by hand calculation, and calculated the full bridge structural safety checking and prestressed steel beam bridge with a PhD, and finally the hand count and count for comparison.

　　Keywords: T-beam; estimate tendons arrangement; A class member;theoretical calculations; computer calculation

目录

　　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：3×35m;

　　预制梁长：34.92m;

　　计算跨径：34.20m;

　　桥面净空：净-14m+2×0.5m（防撞栏）=15m.

　　1.1.2 设计荷载

　　公路-Ⅰ级，每侧防撞栏重力的作用力为7.5kN/m（混凝土防撞栏）。

　　1.1.3 材料工艺

　　混凝土：主梁用C50混凝土；立柱，盖梁及桥头搭板采用C30混凝土，桩基采用C25混凝土。桥面铺装采用10cm厚沥青混凝土、FYT-1改进型防水层和8cm厚C50水泥混凝土调平层。

　　预应力筋：采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的钢绞丝Φ15.2钢绞丝，每束6根，全梁可配七束，？=1860MPa.

　　普通钢筋直径大于等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用R235钢筋。

　　后张法制作主梁，采用内径70mm,外径77mm的波纹管，其厚度不小于7mm.

　　1.1.4 设计依据

　　1）交通部颁《公路工程技术标准》（JTG  B01-2003），简称《标准》；

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

　　3）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），简称《公预规》；

　　4）交通部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63--2007）；

　　5）《桥梁工程》、《结构设计原理》、《基础工程》等教材。

　　1.1.5 基本计算数据
 

　　1.2 横截面布置

　　1.2.1 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，同时加宽翼板对提高主梁截面效率ρ很有效，故可在许可条件下适当加宽T梁翼板。本设计主梁翼板宽度为2500mm,由于跨度较大，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。运输阶段的小截面（bi=1600）（主梁比较多的才用1600mm的预制长度）和运营阶段的大截面（bi=2500）。净-14m+2*0.5m的桥宽选用六片主梁。（如下图1.1所示）

　　1.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定

　　1）主梁高度

　　预应力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（《公预规》：主梁在没有建筑高度的要求下，增加高度是比较经济的，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土的用量增加不多）。本算例取用2300mm的主梁高度是比较合适的。

　　2）主要截面细部尺寸

　　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（《公预规》：当T梁间采用横向整体现浇连接时，其悬臂端厚度不应小于140mm,T梁与腹板连接处的翼缘厚度，不应小于梁高的1/10,当该处设有承托时翼缘厚度可计入承托加厚部分厚度），腹板厚度取200mm（《公预规》：T形截面梁的腹板宽度不应小于140mm,其上下承托之间的腹板高度，腹板内设有竖向预应力筋时，不应大于腹板宽度的20倍，没有设预应力筋时，不应大于腹板宽度的15倍）。初拟马蹄宽度为550mm,高度250mm,马蹄与腹板交接处作三角过度，高度150mm,以减少局部应力（《公预规》：马蹄面积占截面面积的10%-20%为宜）。

　　按照以上拟定尺寸，就可绘出梁跨中截面图（如图1.2所示）。

　　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，截面几何特性列表计算见表1-2.

　　表明以上截面初拟的主梁跨中截面是合理的。

　　1.3 横截面沿跨长变化

　　在距梁端支座中心线1500mm内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分在六分点开始向支点逐渐抬高，马蹄抬高的同时腹板亦开始变化（《公预规》马蹄抬高与腹板变宽的长度不小于12倍的宽度差且要在5m范围内变化完成），再距第一道横隔梁处4.2m变化完成。

　　1.4 横隔梁设置

　　本设计在桥跨中、六分点、四分点和支点设置七道横隔梁，其间距为5.7m（《桥规》：横隔梁的间距在5-10m设置一道为宜）。端横隔梁与主梁同高，厚度为上部260mm,下部240mm;中横隔梁高度为2050mm（中横隔梁的高度与马蹄的下坡低端齐平），厚度为上部180mm,下部160mm（内横隔梁的厚度在160-180mm为宜）。

　　第2章 主梁作用效应计算
　　2.1 （边主梁）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（修正刚性横梁法）
　　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 正常使用极限状态
　　3.1.2 承载能力极限状态
　　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 截面净矩计算
　　4.3 截面几何特性汇总

　　第5章 钢束预应力损失值
　　5.1 预应力钢束与管道壁之间的磨擦引起的预应力损失
　　5.2 由锚具变形、钢束回缩引起的损失
　　5.3 混凝土弹性压缩引起的损失
　　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
　　5.5.2 计算
　　5.6 成桥后张拉号钢束混凝土弹性压缩引起的预应力损失
　　5.7 预加力计算及钢束预应力损失汇总

　　第6章 主梁截面承载力验算
　　6.1 持久状况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 持久状况正常使用极限状态抗裂验算
　　6.2.1 正截面抗裂验算
　　6.2.1 斜截面抗裂验算

　　6.3 持久状况构件的应力验算
　　6.3.1 正截面混凝土的压应力验算
　　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 短暂状况构件的应力验算
　　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 弯矩影响线
　　9.2.2 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
　　10.2.3 作用效应组合

　　10.3 截面设计、配筋与承载力验算
　　第11章 支座验算
　　11.1 选用支座的平面尺寸
　　11.2 确定支座的厚度
　　11.3 验算支座的偏转
　　11.4 验算支座的抗滑稳定性
　　11.4.1 计入汽车制动力时
　　11.4.2 不计入汽车制动力时

　　第12章 桥墩的尺寸
　　12.1 设计标准及上部构造
　　12.2 材料
　　12.3 桥墩尺寸
　　12.4 设计依据

　　第13章 桥梁博士电算校核
　　13.1 预应力钢束的估算
　　13.2 钢束的预应力损失
　　13.3 预应力效应计算
　　13.4 钢束引伸量输出
　　13.5 使用阶段承载能力极限组合
　　13.5.1 使用阶段（承载能力极限）内力组合
　　13.5.2 使用阶段（正常使用极限）内力组合

　　13.6 钢束最大应力验算
　　13.7 正截面强度验算
　　13.8 截面验算
　　13.8.1 长期效应组合抗裂验算
　　13.8.2短期效应组合验算
　　13.8.3持久状况预应力构件标准效应应力验算
　　13.9 手算与电算小结

结 论

　　在本次设计中，仍选用了试算法来设计T形梁，即先拟定截面尺寸和估算钢筋用量，然后进行结构验算。通过初拟的截面尺寸和钢筋用量来进行桥梁的计算、验算、界面效率的校核等等。通过计算发现初拟的截面尺寸和钢筋用量是合理的，所以可以进行桥梁的设计。在完成上一步之后就要开始计算效应的最不利组合，从而找到最不利的梁来进行设计。进行最不利梁的设计时，要进行的计算有主梁截面承载了验算、主梁端部的局部承压验算、主梁变形验算、横隔梁计算、行车道板计算、支座设计等等。 在进行了手算并得到数据之后，开始用桥梁博士进行验算校核，最后将算得的数据进行比较发现数据满足。故设计数据可以应用。

　　在施工方法设计部分，感觉又象回到了设计之初的时候。基本没有工程经验使得设计过程中困难重重。最后主要是参考了《公路桥涵施工技术规范实施手册》来完成设计。

　　参考文献
　　（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），人民交通出版社，2004年；
　　（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），人民交通出版社2004年；
　　（3）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），人民交通出版社，2004年；
　　（4）《桥梁工程》姚玲森主编，人民交通出版社，2003年；
　　（5）《桥梁工程（上册）》范立础主编，人民交通出版社，2004年；
　　（6）《土木工程专业毕业设计指南桥梁工程分册》，陈忠延等编著，中国水利水电出版社。2000年3月；
　　（7）《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》张树仁、黄侨、鮑卫刚等编著，人民交通出版社，2004年；
　　（8）《桥位勘测设计》高东光等编著，人民交通出版社；
　　（9）《桥型方案比选》周念先编著，同济大学出版社；
　　（10）《混凝土简支梁（板）桥算例》易建国主编，人民交通出版社，2001年；
　　（11）《公路桥涵施工技术规范实施手册》刘吉士、阎洪河、李文琪主编，人民交通出版社；
　　（12）《预应力技术及材料设备》刘效尧、朱新实主编，人民交通出版社；
　　（13）《桥梁施工及组织管理》黄绳武主编，人民交通出版社；
　　（14）交通部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63--2007）；
　　（15）《桥梁工程设计指导示例》王荣霞、李自林主编，华中科技大学出版社。

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，无数的人帮助了我，使我在这里得以成长。

　　首先，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XX老师。XX老师工作认真，毕业设计期间只要我们有问题就立即到教室来给我们解答。解答问题时总是让我们一起参与讨论，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。

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