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    济安预应力混凝土简支梁桥设计(含PPT)

    添加时间:2020/06/06 来源:青岛理工大学 作者:程珍珍
    本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行主桥总体结构设计,然后对上部结构进行内力、配筋计算,再进行强度、应力及变形验算,最后进行下部结构验算。
    以下为本篇论文正文:

    摘 要

      预应力混凝土梁式桥在我国桥梁建筑上占我重要的地位,在目前,对于中小跨径的永久性桥梁,无论是公路桥梁或者城市桥梁,都在尽量采用预应力混凝土梁式桥,因为这种桥梁具有就地取材,工业化施工,耐久性好,适应性强,整体性好以及美观等多种优点。

      本设计是根据设计任务书的要求和相关规范的规定,对济宁济安后张预应力混凝土简支梁桥进行设计的。对该桥的设计,应遵循"安全、经济、美观、实用"的设计原则。经由以上的设计原则以及设计施工等多方面考虑、比较后确定装配式后张法预应力混凝土简支梁桥(夹片锚具)为最佳方案。

      本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行主桥总体结构设计,然后对上部结构进行内力、配筋计算,再进行强度、应力及变形验算,最后进行下部结构验算。

      本设计具体包括以下几个部分:桥型布置,结构各部分尺寸拟定;选取计算结构简图;恒载内力计算;活载内力计算;荷载组合;配筋计算;预应力损失计算;截面强度验算;截面应力及变形验算;下部结构验算。

      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;T型简支梁桥;钻孔灌注桩

    混凝土简支梁桥

      Abstract

      The prestressed concrete beam plate bridge occupies my important status in our country bridge construction, in at present, regarding small span permanent bridge, regardless of is the highway bridge or the city bridge, all as far as possible is using the prestressed concrete beam plate bridge, because this kind of bridge has makes use of local materials, the industrialization construction, the durability is good, compatible, integrity good as well as artistic and so on many kinds of merits.

      This design is based on the requirements of the design plan descriptions and relevant rules regulation, jining, zhang ji after prestressed concrete beam bridge design. In the bridge design, should follow the "safety, economy, beautiful, practical" design principle. Through the above the design principle of the design and construction and so on various consideration, more determined after after being a law prestressed concrete beam bridge (clip of the anchorage) for the best solutions.

      This paper mainly discusses the design and calculation of the bridge process. The main first overall structure design, and then to the upper structure force, reinforcement calculation, and then to strength, stress and deformation analysis, the lower check structure.

      This design specific include the following several parts: bridge to decorate, structure worked dimensions; Select calculation structure diagram; Constant load internal force calculation; Live load internal force calculation; Load combination; Reinforcement computing; The loss of prestress computing; Cross-section intensity checking; Section stress and deformation checking; Check the structure.

      The design of all the design drawings using computer aided design drawi-ng, computer archiving, publishing, print out the maps and papers.

      key words  prestressed concrete;T the beam bridge;cast-in-place pile

    目录

      前 言

      毕业设计是大学教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。

      本设计为济宁济安预应力混凝土简支梁桥,桥梁为1跨,标准跨径为28米,整体式双向四车道。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。

      此过程中,学会搜集资料、考虑问题、分析问题和解决问题的方法,从而进一步巩固所学课程,且培养了运用现行规范进行设计的能力,培养运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力。

      本设计由十三章组成,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;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;第十一到十三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)和《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)。

      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。

      由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指正。

      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:28m(墩中心距离);

      主梁全长:27.96m;

      计算跨径:27m;

      桥面净空:净-3.75×4+2×2+2×0.5=20m.

      1.1.2 设计荷载

      公路-Ι级,人群荷载为3,每侧防撞栏重力的作用力为4.99kN/m.

      1.1.3 材料及工艺

      混凝土:主梁用C50混凝土,桥面铺装用C30防水混凝土。

      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5束,pk=1860MPa.

      普通钢筋主筋采用HRB335级钢筋,其他均用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》(JTGD62-2004),

      简称《公预规》。

      1.1.5 基本计算数据(见表1-1)
     

      注:本设计考虑混凝土强度达到C45时开始张拉预应力钢束。f'ck和f'tk分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度,则:f'ck =29.6MPa, f'tk =2.51MPa.

      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2000mm,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+2×2+2×0.5m的桥宽选用八片主梁,如图1-1所示。

      1.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定

     。1)主梁高度

      预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/14~1/25,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1900mm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?悸堑街髁盒枰渲媒隙嗟母质,将钢束按三层布置,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600mm,高度为250mm,马蹄与腹板交接处作三角过渡,高度过250mm,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)。

     。1)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.

      表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。

      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1980mm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四分点附近(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,在跨中附近设置一道中横隔梁;当跨度较大时,应设置较多的横隔梁。本桥跨径为28m,应设置五道横隔梁,其间距为6.75m.端横隔梁的高度与主梁同高,厚度为上部240mm,下部220mm;中横隔梁高度为1650mm,厚度为上部180mm,下部160mm.

      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
      5.5.2 计算σl6值
      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
      10.2.3 作用效应组合
      10.3 截面设计、配筋与承载力验算

      第11章 盖梁设计
      11.1 荷载计算
      11.1.1 上部结构永久荷载
      11.1.2 盖梁自重及作用效应计算
      11.1.3  可变荷载计算
      11.1.4 双柱反力计算
      11.2 内力计算
      11.2.1 恒载加活在作用下各截面的内力
      11.3 截面配筋设计与承载力校核
      11.3.1 正截面抗弯承载能力演算
      11.3.2 斜截面抗剪承载力验算
      11.3.3 全梁承载力校核

      第12章  桥墩墩柱设计
      12.1 荷载计算
      12.1.1恒载计算
      12.1.2  汽车荷载计算
      12.1.3 双柱反力横向分布计算
      12.1.4荷载组合
      12.2 截面配筋计算及应力验算
      12.2.1作用与墩柱顶的外力
      12.2.2作用于墩柱底的外力
      12.2.3截面配筋计算

      第13章 钻孔桩计算
      13.1 荷载计算
      13.2 桩长计算
      13.3 桩的内力计算
      13.3.1 桩的计算长度
      13.3.2 桩的变形系数
      13.3.3 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
      13.4  桩身截面配筋与承载力验算
      13.5 墩顶-纵向水平位移验算
      13.5.1 桩在地面处的水平位移和转角计算
      13.5.2 墩顶纵向水平位移验算

    结 论

      本设计经过三个多月的历程,通过我的数次更改计算,最终按学院要求排版定稿?醋耪庖话俣嘁车纳杓,感到特别的有成就感。而回想起做设计的这段时光,真的很令人难忘。

      本次设计任务是预应力简支T形梁桥,由于基本上没有工程经验,在设计之初感觉非常困难,但是通过与老师和同学们的交流讨论,再加上查找各类书籍资料及网络等,设计得以顺利完成。

      通过这次毕业设计,我们掌握了以前为了应付考试而死记硬背的那些公式真正的含义,对我们这几年来所学的各种知识进行一次系统的、全面的归纳。认识到了自己在哪些方面的知识的欠缺。体会到学校要求我们独立完成毕业设计的良苦用心,为我们走向工作提供了一次难得的实践锻炼机会。培养了我们综合运用所学知识,分析、解决桥梁工程领域工程设计问题的能力;提高自学和独立进行研究、设计工作的能力;使我们受到指导老师的基本训练,提高了我们调查研究、文献检索、搜集资料的能力,方案论证、确定方案的能力,理论分析、设计和计算的能力,计算机绘图及编程能力,和开展科学研究工作的初步能力,撰写科技论文及设计说明书的能力。

      总而言之,无论是困难重重或是轻车熟路,此次设计带给我的都是一笔难得的财富,它将丰富我今后的整个人生。执着是路,路是执着的精神,因为有执着的信念,所以我成功完成了本次设计任务。为我得大学生活划上了完整的句号。

    致 谢

      毕业设计已接近尾声,离毕业的日子也是越来越少,心中充满了无限的感激和不舍。

      设计期间各项工作进行得比较顺利,这主要得益于指导老师田俊、侯红梅和王兴蕊老师,首先,对他们表示衷心的感谢。他们工作认真,毕业设计期间不管我们遇到什么问题他们都会耐心的给我们讲解。

      其次,我要感谢系里的其他老师,他们为我们的设计也提供了很多帮助。

      最后,我还要真诚的感谢我们一组的同学们还有我的舍友们,他们都给予我很大的帮助,我从他们那里也学到不少知识,重要的是同学之间的合作精神。

      总的说来,我在这短暂而又充实的设计阶段,能够和老师、同学形成很好的配合并顺利完成设计任务,我感到非常荣幸与快乐,因为这样的机会仅有一次,它将是我人生旅途中一段美好的回忆,我会将这段经历深深的记在心里。

      由于本人知识水平有限,加之缺乏实践经验、时间仓促,在设计中难免存在缺点和不足,在此恳请老师能够给予批评和指正,我一定会在未来的工作中加以注意。

      时值分别前夕,我向四年来向我传播知识,指导我完成学业,教会我如何为人处世的各位恩师们表达我最衷心的感谢和最真诚的祝福:是你们的教导为我指明了前进的方向,让我在探求知识与真理的道路上不再迷茫,祝你们身体健康,工作顺利!同时,也向四年学习生活中如同兄弟姐妹般陪伴我左右的学友们表示感谢,并祝福你们在未来的工作岗位上工作顺利,前程似锦!

      参考文献
      [1]公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004),中华人民共和国行业标准,2004
      [2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004),中华人民共和国行业标准,2004
      [3]公路砖石及砼桥涵设计规范,中华人民共和国行业标准,2004
      [4]叶见曙主编《结构设计原理》,人民交通出版社,2006.76~121
      [5]易建国主编《桥梁计算示例集》,人民交通出版社,2006.111~196
      [6]范立础, 桥梁工程(上),北京:人民交通出版社,2003.32~153
      [7]邵旭东, 桥梁工程(土木工程、交通工程专业用), 北京:人民交通出版社,2004 .123~153
      [8]强士中, 桥梁工程(上),北京:高等教育出版社,2004.67~98
      [9]邵旭东、胡建华编著《桥梁设计百问》,人民交通出版社,2008.54~132
      [10]K. S. Kim, H. S. Lee. Analysis of target configurations under dead loads forcable-supported bridge[J]. Computers&Structures, 2001,185~196
      [11]P. H. Wang, T. C. Tseng, C. G Yang.Initial shape of cable-stayed bridges [12]Compurters & Structures, 1993.12~87
      [13]D. W. Chen, F. T. K. Au, L. G.Tham. Determination of initial cable forces in prestressed concrete cable-stayed bridges for given design deck profiles using the force equilibrium method[J]. Computers&Structures, 2000.93~165

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