20米空心板桥毕业设计

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1、郑州航空工业管理学院 毕业论文设计 2009 届土木 工程专业 0509081 班级题目 20 米预应力混凝土空心板 桥设计姓名学号 050908126 指导教师马亚丽职称副 教授二0 0九年五月二十七日内容摘要立足桥 梁设计的基本原则坚持合理选用标准本着质量第一、节约资 源的设计理念以及综合考虑所提供的设计资料本次设计 20 米预应力空心板桥主梁依照部分预应力 A 类构件方 案设计采用先张法超张拉工艺施工。依据公路桥涵设计通 用规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 等国家通用规范依序完成承载能力及正常使用两大极限状 态设计以及持久和短暂状态应力验算充分保证了本桥全寿 命周期的安全度。

2、 本次设计的内容主要包括空心板、盖梁、 桩柱三大部分的设计与计算。分别先后完成几何尺寸设计、 荷载组合计算、钢筋配置及验算、预应力损失计算、裂缝及 变形验算、持久和短暂状态应力验算等具体项目每一部分都 有详细、精确的计算过程。 本次设计成果有计算书和配套 施工图纸。 关键词预应力空心板盖梁桩柱 Abstract The foothold bridge designs basic principle insisted that selects the standard reasonably in line with the quality first nurse resources design

3、 idea the design information which as well as the overall evaluation provides this design - - 20 meter pre-stressed hollow plank bridges the king post according to the partial pre-stressedA kind of component project design uses pretensioning law ultra to pull the craft construction. Rests on quotRoa

4、d Arch of bridge Design General Standardquot quotRoad Reinforced concrete And Prestressed concrete Arch of bridge Design Standardquot and so on national general standards completes the bearing capacity in order and uses two big limiting condition design normally as well as lasting and short conditio

5、n stress checking calculation has guaranteed this bridge total life cycle degree of security fully. This designs content mainly includes: Spatial core Ge Liang pile three major part designs and computation. Does things in order of importance and urgency completes the geometry size design the load co

6、mbination computation the steel bar disposition and the checking calculation the loss of prestress computation the crack and the distortion checking calculation lasting and the short condition stress checking calculation and so on specific items each part has in detail the precise computational proc

7、ess. This design achievement includes: Account book and necessary construction blueprint. Key Words Pre-stressed Spatial core Cap beam Pile 目 录 第一章 设计资料 7 1.1 地质、地貌及标高 7 1.2 跨径及桥宽 7 1.3 设计荷载 7 1.4 材料 7 1.4.1 混凝土 7 1.4.2 钢筋 8 1.4.3. 板式橡胶支座 8 1.5 施工工艺 8 1.6 结构尺寸 8 1.6.1 空心板的横断面尺寸见图所示8 1.6.2 上部构造尺寸如下9

8、1.7 设计依据和参考9 第二章 设计内9 2.1 方案比9 2.2 上部结构计11 2.2.1 主梁截面几何特性计算先计算中板后计算边板 11 2.2.2 作用效应计算 12 2.3 预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置 21 2.3.1 预应力钢筋数量的估算 21 2.3.2 预应力钢筋的布置 24 2.3.3 普通钢筋数量的估算和布置 24 2.4 主梁截面换算特性计算 25 2.4.1 中板 25 2.4.2边板 27 2.5 主梁截面强度及应力验算 28 2.5.1 正截面强度计算 28 2.5.2 斜截面强度验算 29 2.6 预应力损失计算 34 2.6.1 锚具变形、钢筋回缩引

9、起的应力损失a 2134262加热养护引起的损失4l6l3l5l34 2.6.3预应力钢筋松弛引起的损失35 2.6.4混凝土弹性压缩引起的应力损失35 2.6.5 混凝土收缩徐变引起的应力损失36 2.6.6 预应力损失组合4027 正常使用极限状态计算41 2.7.1 正截面抗裂性验算41 2.7.2 斜截面抗裂性验43 2.8 空心板变形计46 2.8.1 正常使用阶段的挠度计46 2.8.2 预加力引起的反拱度计算及预拱度设置47 2.9 持久状态应力验49 2.9.1 跨中截面混凝土法向压应力验算50 2.9.2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算50 2.9.3 斜截面主应力验51 2

10、.10 空心板截面短暂状态应力验55 2.11 最小配筋率复61 2.12 桥梁下部结构的计62 2.12.1 盖算 73 第三章 附图附表 803.1 80 2009 届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 7 第一章 设计资料 1.1 地质、地貌及标高 桥址位于地势平坦地区河床淤泥顶标 高-0.2m常年水位标高0.7m桥面顶标高5.2m。地基土上层为 硬塑粘性土下层为中密细砂夹 砾石。 1.2 跨径及桥宽 本设 计为两等跨预应力混凝土空心板桥。 标准跨径 20m 主梁全 长19.96米 计算跨径19.5米 桥宽净一9.02 X).75m 1.3设计 荷载 公路I级 人群荷载3.5k

11、N/m2 1.4材料1.4.1混凝土 采 用 C50 混凝土浇注预制主梁栏杆和人行道板采用 C30 混凝土 C30 防水混凝土和沥青混凝土磨耗层铰缝采用 C40 混凝土浇 注封锚混凝土也使用 C40 桥面连续采用 C30 混凝土。 2009 届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 8 1.4.2 钢筋 普通钢筋主要采用 HRB335 钢筋预应力钢筋为钢绞线。1.4.3. 板式橡胶支座 采用三元乙丙橡胶采用耐寒型尺寸根据 计算确定。 1.5 施工工艺 先张法施工预应力钢绞线采用两 端同时对称张拉。 1 .6结构尺寸 1.6.1 空心板的横断面尺寸 见图所示 预制中板 101010315R

12、30105101056565 预制边板 30.510315R3065551083555555123.510128105655 图 1 空心 板截面构造及尺寸尺寸单位 cm 2009 届土木工程专业毕业设 计 先张法预应力简支梁设计 9 1.6.2 上部构造尺寸如下图3cm 细粒沥青混凝土 4cm 粗粒沥青混凝土 10cm C30 防水砼 中 i1.5i1.5103103103817112525 心线梁桥 图 2 横断面布置图 尺寸单位 cm 1.7 设计依据和参考书 1、公路工程技术标准 JTGB01-2003 2 、公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004 3、 公路钢筋混凝土及预应力

13、混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004 4 、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范JTJ 023-85 5、公路桥涵设计手册梁桥上册人民交通 出版社 1996 年 6、 桥梁工程本科教材 7、混凝土简 支梁板桥易建国编第二版人民交通出版社 2000 年 第二章 设计内容 2.1 方案比选 设计的桥为跨径为 20 米的中型桥 采用公路 I 级荷载为设计荷载 2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 10 人群荷载 3.5kN/m2 。经综合 比较采用预应力混凝土空心板桥且边板与中板采用不同的 截面形式即直接在边板悬出挑梁来承担人行荷载。 比较优 势分析如下 1. 板桥的

14、优点 建筑高度小使用于桥下净空受 限制的桥梁与其它类型桥梁相比可以降低桥头引道路堤高 度缩短引道的长度。板桥外形简单制造方便既便于采用土模 技术又便于进行工厂化成批生产且空心板桥重量轻运输、安 装均比较方便。预应力混凝土简支板桥常用跨径在 20 米以 下。 2. 预应力优点 有效利用现代高强度材料减小了构件截 面降低自重增大跨越能力节省钢材达到了显著的经济效益。 预应力桥梁刚度大在长期荷载作用下减小裂缝发生的可能 提高构件的耐久性。 3. 装配式的优点 构件的尺寸及形式趋 于标准化可采用大规模工业化制作。装配式构件可以节省劳 动力和降低劳动强度提高工程质量和生产力降低了工程造 价。构件制作不受

15、季节、天气影响保证了预制构件的质量上 下部同时施工也加快了施工进度缩短了工期节省了大量模 板的消耗。 综合以上优点选用预应力混凝土空心板桥较为 经济、合理。 2009 届土木工程专业毕业设计 先张法预应力 简支梁设计 11 2.2 上部结构计算 2.2.1 主梁截面几何特性 计算先计算中板后计算边板 1.毛截面面积 A 221482921510521510652151023085103cmA 中板 边板 5806215.30776521551021655102151030855.133222cmA 2. 质 心 正向上为负对于圆心横轴向下为 66.16653130210565313025653

16、5532255557025.2851031ayAcm ya4157 故距下缘为 40.43cm 两边铰缝对圆心轴的距离 cmya15.0110066.166 3. 空心板毛截面对质心惯性矩 中板 1011945.457.430646057.415.011005.257.48510312851034222 42231mI 109178.4422mI 空心板截面的抗扭刚度可简化为下 图图 3 的单向截面来近似计算 423212210911812.524mthtbtbhbIT 2009 届土木工程专业毕业 设计 先张法预应力简支梁设计 12 404315431027 图 3 截面 的抗扭刚度简化图

17、2.2.2 作用效应计算 1. 永久作用效应 1 空心板自重第一阶段结构自重 g12310.48326/12.558/gmkNmkNm 中板 2310.58126/15.106/gmkNmkNm 边板 2 桥面系自重第二阶段 结构自重 人行道及栏杆重力平均分布于各板上栏杆 5/21/10kNmkNm 桥面铺装沥青混凝土 0.071.04341.747/kNm 混凝土 0.11.04262.704/kNm 铰缝自重 0.118526/3.08/kNmkNm 3 恒载自重 g 12.5883.0814.451121.09/iggkNm 中板 15.1063.0814.451123.638/iggk

18、Nm 边板 计算图式如图 4 设 x 为计算截面离左支座的距离并令 Lx2009 届土木工程专业毕 业设计 先张法预应力简支梁设计 13 则主梁弯矩和剪力的 计算公式分别为 2/12LggMMg 4/21LggVVg 由此可计算简支 空心板永久作用自重效应计算结果如下 永久作用效应汇总 表 表 1 2. 可变作用效应 本示例汽车荷载采用公路 I 级荷载 它由车道荷载及车辆荷载组成车道荷载 qk10.5kN/m 和 23855055.19180360180kNpk 的集中荷载组成。 而在计算剪力 效应时集中荷载标准值 pk 应乘以 1.2 的系数即计算剪力时 pk 1.2pk1.2 x 2382

19、85.按桥规车道荷载的均布系数应 满布于使结构产生最不利效应作用类型 作用 gikN/m 计算 跨径 m 计算效应 MkN.m 作用效应 VkN 中板 边板 中板 边板 跨中 1/8gl2 1/4 跨 3/32gl2 支点 1/2gl 1/4 跨 1/4gl 跨中 中板 边板 中板 边板 中板 边板 中板 边板 中板 边板 g 21.09 23.638 19.5 19.5 1002.4 1124 751.826 842.66 205.6230.5 102.8 115.2 0 0 图 4 恒载内力计算图式 VRgL/2 x VxMxL19.5mx2009 届土木工程专业毕业设计 先张法预应力 简

20、支梁设计 14 的同号影响线上。集中荷载标准值只作用于 相应影响线中一个最大影响线峰值处多车道桥梁还要考虑 多车道折减本示例布置双车道不折减 . 1 荷载横向分布系数 计算 1支座处的荷载横向分布系数m0 的计算杠杆法 支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。 首先绘制横向 影响线图在横向影响线上按最不利荷载布置根据对称性只 需计算 1、2、3、4、5 号板的荷载横向分布系数即可。 1 号 板汽车 oqm1/2i2346.0210.1173 人群 orm i 1.188 13018010i1.5252550180qr124356789qr1.1880.23461.00 2 跨中 及 L/4

21、处的荷载横向分布系数 预制板间采用企口缝连接所 以跨中的荷载横向分布系数按铰接板法计算。 首先计算空 心板的刚度系数Y图5 12号板支点处横向分布影响线2009届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 15 其 中 14.11945 X!0-2m4 b104cml19.5m 故 0115.05.1904.110911812.51011945.48.5222 综上从 ltlt 梁桥工 程 gtgt 中的铰接板荷载横向分布影响线用表附表中查表在Y 0.0和Y 0.0内插求得Y 0.015时1号至4号板在车道荷载 作用下的荷载横向分布系数值。 计算结果如下图 6 所示 3 支 点到 L/4 处

22、的荷载横向分布系数 支点到 L/4 处的荷载横向分 布系数按直线内插法求得计算结果汇总如下表 2. 横向分布 系数汇总表 表 2 荷载 类别 1 号 2 号 3 号 4 号 5 号 mc mo mc mo mc mo mc mo mc mo 汽车 0.2346 0.1731 0.2365 0.5 0.2359 0.5 0.2308 0.5 0.2207 0.5 人群 0.2421 1.188 0.165 0 0.133 0 0.111 0 0.091 0 4 荷载横向分布系数沿桥跨的变化 在计算荷载的横向分布系数时通常用 ? 6? 5 杠杆原理法 ? 6? 6 来计算荷载位于支点处的 横向分布

23、系数 m0 而用其它 的方法来计算荷载位于跨中的横向分布系数 mc 这是因为荷 载在桥跨纵向的位置不同对某一主梁产生的横向分布系数 也各异。位于桥跨其它位置的荷载横向分布系数的处理方法 是方法一对于无中间横隔梁或仅有一根中间横隔梁的情况 跨中部分采用不变的 mc 从离支点 l/4 处起至支点的区段内 mc 呈直线形 2225.84TTEIbIbGIlIl2009 届土木工程专业毕业 设计 先张法预应力简支梁设计 16 过渡方法二对于有多根 内横隔梁的情况 mc 从第一根内横隔梁起向 m0 直线过渡。 依据公路桥涵通用规范规本设计跨中采用不变的 mc 从 离支点 L/4 处起至支点的区段内 mx

24、 呈直线过渡的 方法计算 如图 6所示。 图 6 各板横向分布系数沿桥跨方向变化图 1 冲击系数卩的计算公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 第 4.3.2 规定汽车冲击系数的计算采用以结构基频为主要影 响因素的计算方法对于简支梁桥结构频率 f 可采用下式计算 ccmEIlf22 中板 41045.3cE MPa21011945.4cIm45.19lm9.1231gGmckg/m 分别代入公式436.49.123181.91011945.41045.35.192142.32102 中 fHz 2009 届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 17 1.5Hz wfw 14HZ所

25、以有 248.00157.0436.4ln1767.0通用规 范JTG D60 20044.3.2所求有11.248 2按通用规范JTG D60 2004第4.3.1规定公路一I级车道荷载的均布荷载标准值为 5.10KqKN/m 。 集中荷载标准值内插为 23818055018036055.19KPKN 人群荷载 25.20.375.0rqKN/m 计算弯矩所用公式为 1ypmqmMkikkiKQ rriKQqmM2 1 号板 L/2 截面图 7 弯矩mkNqypmMkkkcKQ82.485215.19875.45.10875.42382346.00.1 248.0111 30.60682.4

26、85248.1111KQKQMMKN m 09.2595.1062346.0215.19875.425.22346.02KQMKN m 2009 届土木工程专业毕业设计 先张法预应力简支梁设计 18 1950L/44.875DLL/847.531975DLL/82.43750.50.50.17310.234 60.17311.1881.1880.24210.2421 公路-I 级人群 图 7 跨中截面 弯矩剪力 2 剪力kNqypmVkkkcKQ3.49215.05.19215.105.06.2852346.0248.1121 526.613.49248.1111KQKQVVKN kNVKQ2

27、86.19534.05332.0484.52346.02346.0188.145.1921424 25.193145.192125.195.025.22346.02 2009 届土木工程专业毕 业设计 先张法预应力简支梁设计 19 图8 L/4 截面弯矩剪力 图 9 支点截面弯矩剪力 同理可以得到 2、3、4、5 号板的跨 中截面、 L/4 截面、支点截面的弯矩和剪力计算结果汇总于 表 3 中。 各板活载内力标准值 表 3 板号 荷载类别 弯矩 KNm 剪力 KN 支点 L/4 L/2 支点 L/4 L/2 1 汽车 0.00 364.74 485.82 91.80 79.57 49.30 人

28、群 0.00 18.84 25.09 9.255 2.895 1.286 2 汽车 0.00 381.41 489.75 216.15 80.22 49.70 人 群 0.00 18.99 25.29 3.620 2.918 1.296 3 汽车 0.00 380.51 488.51 216.09 80.01 49.58 人群 0.00 18.94 25.23 2.918 2.911 1.293 4 汽车 0.00 372.85 477.95 215.59 78.28 48.51 人群 0.00 18.53 24.68 2.435 2.848 1.265 5 汽车 0.00 357.67 45

29、7.03 214.59 74.86 46.38 人群 0.00 17.72 23.60 1.996 2.723 1.209 2.2.2.3.内力组合效应 公路桥涵结构设计按承载能力极限状 态和正常使用极限状态进行作用效应组合。19503L/163.656D3LL/3235.646D34L/85.4840.750.17310.2346 0.23460.17311.1881.1880.24210.2421 人群1950D1.0L/s9.750.17310.23460.23460.17311.1881.1880.24210 .2421 级人群 48752009 届土木工程专业毕业设计 先张法预 应力简支梁设计 20 1 承载能力极限状态效应组合组合结果 见表 4 KQKQGKdMMMM214.18.014.12.1KQKQGKdVVVV214.18.014.12.1 2 正常使用极限状态效应 组合 1 作用短期效应组合 KQKQGKsd.