简支T型梁桥上部结构设计.doc

1、本科生毕业设计（论文） / 本科生毕业设计(论文)题 目:黑龙江某大桥35m预应力混凝土简支T型梁桥上部结构设计 英文题目:Heilongjiangbridge35mprestressedconcrete simply-supported beam model T upper structure design系 :专 业:班 级:学 生:学 号:指导教师:职称:指导教师:职称:-4-摘 要在工程中预应力混凝土T型简支梁具有刚度大、变形小、行车平顺舒适、伸缩缝少、抗震能力强等优点，因此，无论是公路或者城市桥梁、高架道路还是跨越宽阔的河流桥均是首选的方案之一。关键词：预应力混凝土简支T梁；肋板式桥

2、台； 在铁路与公路桥梁的建设中，预应力梁得到广泛用，特别是后张法施工的简支梁。它不仅能节约材料，降低造价，而且能增强桥梁的跨越能力，减小梁高。但在大跨度后张简支梁的施工过程中，由于张拉后梁体起拱度太大，影响梁体以上结构层的施工。后张法预应力技术可以节约大量普通钢筋，减少几何截面尺寸和自重，但随着龄期增加以及桥梁投人运营，混凝土徐变会引起比较大的预应力损失，这对大跨度桥梁是很不利的。所以，预应力施工过程中质量控制显得尤为重要，后张法预应力技术被广泛运用在大型桥梁工程中，这需要广大工程技术人员在施工实践中不断地去探索和总结经验，进一步完善后张法预应力的施工工艺，从而提高预应力的施工质量。本设计位于

3、黑龙江，桥位中心桩号为K0+904.73，桥梁全长188.480m 。桥面净宽为净7+21.0m，设计荷载为公路级，人群荷载为3.0kN/m2。桥梁上部结构采用35m预应力混凝土T梁，横桥向4片主梁，纵向6跨.本桥设3道伸缩缝，分别在两桥台和桥中心处。支座采用普通板式橡胶支座，全桥设48个板式橡胶支座。本桥共进行了三部分内容设计，第一部分水文计算，在此部分计算了设计流量，确定了满足水文要求的最小桥长、桥面最低标高以及冲刷线标高；第二部分进行了上部结构设计，设计了上部结构总、横断面形式，拟定了T梁的截面尺寸，计算了荷载横向分布系数以及主梁内力，进行了配筋设计和结构验算。第三部分对施工工艺进行简要

4、的设计。Heilongjiangbridge35mprestressed concrete simply-supported beam model T upper structure designAbstractIn engineering model T with prestressed concrete beam distortion and stiffness big, driving smooth and comfortable, less expansion joints and anti-seismic capability etc, therefore, whether high

5、way or city Bridges, elevated road across the broad river bridge is one of the scheme are preferred. Railway and highway Bridges in the construction of prestressed beams, widely used, especially of the beam method construction after zhang. It can not only save materials, reduce cost, but also can en

6、hance Bridges across ability, minus the trabecular high. But in the large span beam after zhang construction process, because the body tension bulging degrees well.numerical examples is too great, influence of structural layers above beam body construction. This method can save thousands of ordinary

7、 prestressed technique reinforced, reduce geometry section size and self-respect, but with increased age for operation, and bridge concrete creep can cause bigger prestress loss, the large span bridge is very harmful. So, prestressed construction process quality control appears especially important,

8、 zhang method after prestressed technique has been widely used in large bridge engineering, this requires broad engineering and technical personnel in construction practice constantly to explore and summarizing the experience, further improve the prestressed construction of this method, so as to imp

9、rove the process prestressed construction quality. This design is located in heilongjiang, the center for 904.73, K0 + pile length, Bridges 188.480 m. Bridge banisters can meet for 7 + 2 x 1.0 net for highway design load m, level, the crowd load for 3.0 kN/m2. Bridge 35m upper structure adopts prest

10、ressed concrete T beam, to the bridge girder, longitudinal 6 4 slices. This bridge across three word set respectively, expansion joints in two abutment and bridge center place. Bearings, using common slab rubber bearings of the whole bridge set 48 slab rubber bearings. Key Words：Prestressed concrete

11、 simple span T beam； Ribbing abutment；This bridge were conducted three parts design, the first part, on the part of hydrologic calculation is calculated, determines the design discharge hydrological requirements of the bridge meet the lowest elevation and long, bridge deck flushing line elevation; T

12、he second part of the upper structure design, design the upper structure, draw up the total, cross-sectional form the section size of T beam, calculated load transverse distribution coefficient and the internal force, girder structure reinforcement design and checked. The third part of construction

13、technology brief design.目录摘 要1Abstract2引 言11文献综述21.1国内外研究状况21.2工程概况31.2.1桥面净空31.2.2设计荷载31.2.3设计水位31.2.4计算要求31.3结构形式31.4主要材料31.5上部结构说明书41.5.1技术标准和技术规范41.5.2技术标准41.5.3设计要求41.5.4施工工艺52水文计算62.1计算设计洪水流量62.2桥长的计算72.2.1桥孔净长度72.2.2河床桥孔布设72.2.3桥面最低高程计算72.3冲刷计算82.3.1一般冲刷后水深82.3.2桥墩局部冲刷深度92.3.3桥墩的最低冲刷线高程92.4本章

14、小结93上部结构设计103.1尺寸拟定103.1.1主梁间距与主梁片数103.1.2主梁高度103.1.3主梁截面细部尺寸103.1.4计算截面几何特性123.1.5横截面布置143.1.6横截面沿跨长的变化153.1.7横隔梁的设置153.2主梁内力计算153.2.1恒载内力计算153.2.2活载内力计算203.2.3计算活载内力283.2.4主梁内力组合453.3预应力钢筋数量的确定和布置483.3.1估算预应力钢筋数量的确定和布置483.3.2估算普通钢筋数量的确定和布置493.4截面几何性质计算533.5承载能力极限状态计算593.5.1斜截面抗剪承载力计算593.5.2距支点h/2截

15、面抗剪承载力验算593.5.3变截面点处抗剪承载力验算613.6预应力损失计算633.6.1摩阻损失633.6.2锚具变形损失653.6.3分批张拉损失653.6.4第一批预应力损失汇总703.6.5钢筋应力松弛损失713.6.6混凝土收缩、徐变损失713.7正常使用极限状态723.7.1正截面抗裂性验算723.7.2斜截面抗裂性验算733.8持久状况应力验算773.8.1跨中截面混凝土法向正应力验算773.8.2斜截面主应力验算783.9短暂状态应力验算803.9.1上缘混凝土应力803.9.2下缘混凝土应力813.10本章小结814.施工方法设计824.1预应力混凝土梁的预制824.1.1

16、模板824.1.2预应力钢筋的置备模板824.1.3预应力钢筋的张拉824.1.4孔道压浆824.2预应力混凝土梁的安装824.3桩基础的施工844.3.1准备工作844.3.2钻孔844.3.3清孔、吊装钢筋骨架、验孔844.3.4灌注水下混凝土844.4桥墩桥台施工844.4.1施工前期准备844.4.2施工过程及要点854.5本章小结85结论86参 考 文 献87附录A89附录B94在 学 取 得 成 果99致谢100引 言 预应力混凝土结构是二十世纪工程结构的重大发明之一。由于1928年法国著名工程师弗列西奈的卓越贡献，使预应力混凝土开始进入实用阶段，历经数十年的创新和发展，预应力混凝

17、土结构已成为一种现代先进的结构形式，混凝土结构理论的发展也进入了一个崭新的历史时期。与传统的钢筋混凝土结构相比，预应力改善了结构构件在各种使用条件下的工作性能，提高了结构刚度，减小了结构变形，减小或消除裂缝，提高抗裂性，延长使用寿命，具有耐高压，耐腐蚀，抗疲劳等优点，因而应用广泛，特别是在高(高层建筑、高耸结构)、大(大跨度、大空间结构)、重(重载结构)、特(特种结构)工程中有着广泛的运用。1文献综述 随着黑龙江地区经济的迅速发展，流动车辆数量激增，而桥梁过少，导致车辆过河呈拥挤、堵车状况，严重阻碍了河两岸地区的发展。为了缓解此状况，决定在该河段修建一座桥。此桥的建设将带动城市工业、商业、旅游

18、业等诸多方面的高速经济发展。1.1国内外研究状况预应力混凝土桥梁是在上个世纪中叶左右发展起来的，当时钢材紧缺，为节省钢材，各国开始采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快发展经济。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。我国自50年代开始就对预应力混凝土的研究与，1956年建成第一座跨径20m的预应力混凝土简支梁桥，至今已经历经了40余年的发展历程。自1976年以后，我国的预应力混凝土桥发展很快，无论在桥型、跨度以及施工方法与技术方面都有十分突

19、出的发展，有很多混凝土桥的修建技术已经赶上国际先进水平。研究多种不同的预应力混凝土桥如；预应力梁桥，预应力刚构桥，预应力拱桥，预应力斜拉桥，预应力悬索桥。都取得长足的进步与发展。1997年建成的虎门大桥辅航道桥是目前中国 PC连续刚构桥的最大跨径。该桥位于R=7000m的平曲线上，跨径为（150270150）m，主梁为单室箱。虎门大桥辅航道桥是中国PC连续刚构桥发展中的一座重要桥梁，在设计、施工、科研上均取得重要成果。此桥位于黑龙江干流中下游。桥位处河床宽阔，沟底较平坦，比降0.025%，属平原区宽滩河段，具有坡降平缓、流速小、含沙量小的特点,抗冲刷能力较差。河床土质由表至下为种植土、亚粘土、

20、中砂、砂夹砾石。永和桥所处地属于严寒地区。根据对该河段的地质、地貌、水文条件的调查，本次设计采用简支T型梁桥结构。简支梁桥是一种历史悠久的经典桥型。简支梁桥一般主梁预制，吊装安装施工。该结构具有以下特点：施工方法简单，施工质量可靠，实现桥梁的工厂化、标准化和装配化生产。结构简单、受力简单、制作方便。1.2工程概况 1.2.1桥面净空净7+21.01.2.2设计荷载公路级，人群荷载1.2.3设计水位125.00m1.2.4计算要求设计流量确定桥长确定桥面最低标高上部结构内力计算1.3结构形式上部采用35m装配式A类部分预应力混凝土简支T型梁1.4主要材料预应力钢筋：采用标准型-15.2-1860

21、-GB/T 52241995钢绞线,其各项指标为：抗拉强度标准值：抗拉强度设计值：弹性摸量 ：线密度： 非预应力钢筋：主筋采用HRB400钢筋抗拉强度标准值：抗拉强度设计值:弹性摸量: 混凝土: 主梁采用强度等级为C50的混凝土抗压强度标准值：抗压强度设计值：抗拉强度标准值：抗拉强度设计值：弹性模量： 剪切模量： 重度： 1.5上部结构说明书1.5.1技术标准和技术规范公路桥涵通用设计规范 （JTG B01-2003）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）公路工程技术标准 （JTG B01-2003）1.5.2技术标准标准跨径 35m计算跨径 34.14m主梁全

22、长 34.96m梁高 1.95m1.5.3设计要求1为减轻主梁的安装重量，增强桥梁的整体性，在预制T梁上设600mm的湿接缝2设计构件尺寸按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)中关于主梁构造的要求和主梁横截面抗弯效率指标的检验确定。3对主梁各截面进行正常使用极限状态和承载能力极限状态进行验算。1.5.4施工工艺（1）按后张法施工工艺制作主梁，采用OVM夹片锚具，金属波纹管成孔。（2）支架、模板的安装应保证工程构造物的形状、尺寸及各部分相互位置的正确性。（3）预应力钢束采用分批张拉，严格按规程操作。（4）管道成孔要保证质量，保证孔道畅通。（5）保证混凝土的质量。

23、2水文计算2.1计算设计洪水流量已知粗糙系数：因为无河滩，所以：，洪水比降，设计水位。表 2.1 洪水断面水力计算桩号河床标高（m）水深（m）平均水深（m)水面宽度 （m）过水面积（)累计面积（）K0821.61121.93.100K0826.75120.84.173.6355.1418.718.7K0836.20117.97.085.6259.4553.271.8K0856.20117.77.307.19020.00143.8215.6K0881.26117.17.817.55525.06189.3405.0K0899.69117.08.007.90518.43145.7550.7K0915

24、.05117.07.967.98015.36122.6673.2K0942.70118.26.727.34027.65203.0876.2K0956.01117.08.007.36013.3198.0974.1K0977.51117.47.577.78521.50167.41141.5K0989.80122.32.645.10512.2962.71204.3由表2.1得：过水面积河床宽平均水深平均流速流量2.2桥长的计算 由于该河段有明显河槽，所以根据我国公路桥梁最小桥孔净长度公式计算： 因为该桥位于次稳定河段，知k=0.95,n=0.87。 即由公式得，桥梁最小桥孔净长度为：2.2.1桥孔净

25、长度 由于该河段有明显河槽，所以根据我国公路桥梁最小桥孔净长度公式计算： 因为该桥位于次稳定河段，知k=0.95,n=0.87。 即由公式得，桥梁最小桥孔净长度为：2.2.2河床桥孔布设根据桥位河床横断面形态，将左岸桥台桩号布置在K0+817.113；取6孔30米预应力混凝土简支T梁为上部结构；双柱式桥墩，墩径1.5米；各墩台位置和桩号如表2.2所示；右岸桥台桩号为K0+992.331。该桥孔布设方案的桥孔净长度为3061.55172.5m最小桥孔净长度159.78米，所以该桥孔布设方案合理。2.2.3桥面最低高程计算该河段不通航，则按设计洪水位计算桥面最低高程： （2.2）式中：设计水位，本

26、水文计算中。各种水面升高值总和，经综合考虑后，取0.4m。桥下净空安全值，本设计取=0.5m。桥梁上部构造建筑高度=梁高+铺装层厚度=1.95+0.12=2.07m。所以，由公式得：桥面最低高程2.3冲刷计算2.3.1一般冲刷后水深因为河床土质是粘性土，所以粘性土河槽的一般冲刷后水深为： （2.3）其中：;=0.55。由公式得：一般冲刷后水深2.3.2桥墩局部冲刷深度因为河床土质是粘性土，式中： B1计算墩宽，本设计中为1.5米所以,粘性土河槽的桥墩局部冲刷深度为： （2.4）本桥的桥墩为双柱式墩，墩径1.5米，墩形系数表1.0，计算墩宽1.5米，行近流速。由公式，即：2.3.3桥墩的最低冲刷

27、线高程2.4本章小结经过本章的水文计算，确定了该河的设计流量、桥孔净长172.5m、桥面最低高程和桥墩的最低冲刷线高程。3上部结构设计 3.1尺寸拟定3.1.1主梁间距与主梁片数 主梁间距均为2.2m。考虑到桥面净宽为7-21.0m，选用4片梁。3.1.2主梁高度梁高为1.95m，高跨比，满足预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比的要求（）。3.1.3主梁截面细部尺寸跨中截面处T梁的翼板厚度为150mm，翼板根部加厚到300mm。初拟马蹄宽度550mm，高度250mm。从腹板本身稳定条件出发，腹板的厚度不宜小于其高度的1/15；从截面效率分析，腹板越薄，值越大，通常为160220mm，本设

28、计腹板厚度采取200mm。按照以上拟定的外形尺寸，绘制出预制梁的跨中截面布置图。如图3.1、图3.2、图3.3和图3.4所示。图3.1 中梁跨中截面（单位：mm） 图3.2 中梁支点截面（单位：mm）图3.3 外梁跨中横截面（单位：mm）图3.4 外梁支点横截面（单位：mm） 3.1.4计算截面几何特性将主梁跨中截面划分为几个规则图形的小单元。1、2号 梁（中梁）大毛截面2号 梁（中梁）大毛截面跨中截面的几何特性计算结果见表3.1所示。表3.1 2号 梁（中梁）大毛截面的截面的几何特性分块名称分块面积 Ai (mm2)分块积形心至上缘距离i (mm4)分块面积对上缘静矩 Si (mm3)自身惯

29、性距离(mm4)yi ys-yi(mm)分块面积对截面形心惯距离 (mm4) (mm4)翼板33000075247500006187500006401352363483951.358551011 三角承托675002001350000084375000515179139376611.799831010腹板31000092528675000062064583333-210136499431617.571451010 下三角3062516425027604252105035-927262888456942.634101010马蹄1375001825250937500716145833-111016

30、93643674461.700811011875625626213542I =4.259891011mm4其中：大毛截面形心至上缘距离： 。由表3.1得：上核心距： 。 下核心距：。截面抗弯效率指标 。满足规定要求在0.450.55之间。2、2号 梁（中梁）小毛截面2号 梁（中梁）小毛截面跨中截面的几何特性计算结果见表3.2所示。其中：小毛截面形心至上缘距离： 由表3.2得：上核心距： 。下核心距：。截面效率指标 。满足规定要求在0.450.55之间。表明：以上初拟的主梁跨中截面尺寸是合理的。表3.2 2号 梁（中梁）小毛截面的截面的几何特性分块名称分块面积 Ai (mm2)分块积形心至上缘距

31、离yi (mm4)分块面积对上缘静矩 Si=AiYi (mm3)自身惯性矩Ii (mm4)yi=ys-yi(mm)分块面积对截面形心惯矩Ii=Aidi2 (mm4) (mm4)翼板2400001800000045000000075713.501.221789710111.226291011 三角承托675001350000084375000200588.502.337724810102.346161010腹板31000028675000062064583333925-136.505.77618831096.784081010下三角306255027604152105034.71641. 7-8

32、53.172.229185210102.234401010马蹄1375002509375007161458331825-1036.501.477213310111.4843710107856256194635413.8471310103.1.5横截面布置 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，同时加宽翼缘板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下适当加宽T梁翼板。本设计为预应力混凝土装配式简支T型梁，采用主梁间距2.2 m，混凝土湿接缝0.60 m。考虑人行道适当挑空，净721.0 m的桥面宽度选用4片主梁，见图3.5 。1/2跨中断面 1/2支点断面图3.5 横

33、断面布置图 (单位：mm)3.1.6横截面沿跨长的变化图3.6 横截面尺寸（单位：mm）如图3.6所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼缘板厚度沿跨长不变，梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，而在距梁端4980780mm范围内逐渐将腹板加厚到与马蹄同宽。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)规定要求当腹板宽度有变化时，其过渡段长度不宜小于12倍的腹板宽度差。本设计中的过渡段为4200mm12b=12（550-200）=4200mm，规范满足要求3.1.7横隔梁的设置标准跨径35，梁长29.96m，计算跨径29.14m，

34、为加强横向连接，提高整体受力性能，在桥跨中点、三分点、六分点和支点处设置7道横隔梁，其间距为5m、4.57m。端横隔梁高度为1800mm，厚度为上部260mm，下部为240mm；中横隔梁高度为1550mm，厚度为上部200mm，下部180mm。 3.2主梁内力计算3.2.1恒载内力计算1、预制梁自重（1）边梁主梁预制部分体积分为三段，第一段为跨中部分段，该段横截面积为跨中横截面积。第二段为腹板渐变段，该段体积近似渐变，采用近似算法。第三段为全截面段，横截面积为支点处横截面大小。第一段部分横截面积806875，长度20，体积为 。第二部分横截面积近似为1041029,长度8400，体积为，第三部

35、分横截面积1275182.292,长度为1560，体积为。总体积为。横隔梁体积：所以横载集度：（2）内梁外梁预制部分体积的划分方法同内梁的划分。第一部分体积为,第二部分体积为，第三部分体积为。横隔梁体积：。所以横载集度： 2 、二期恒载（1） 现浇T梁翼板恒载集度边梁现浇翼缘板体积为，内梁现浇部分体积为。（2）铺装2坡度砼三角垫层造横坡，沥青砼面层50mm铺装：集度均分给四片主梁集度为3.54kN/m。（3）栏杆单侧人行栏集度：1.0kN/m。将两侧人行栏均摊给4片主梁，则：集度为。（4）人行道板单车人行道板集度：4.0kN/m。将两侧人行道板均摊给4片主梁，则：集度为。（5） 边梁二期恒载集

36、度。（6）内梁横载集度。3、恒载内力分别将内力计算见表3.3、表3.4、表3.5、表3.6，并汇总于表3.7和表3.8。表3.3 边梁1期恒载边梁1期恒载计算部位计算部位距离支点X(m)V(KN)M(KN.m)支点0344.330.000.5h0.975321.29324.490.25L07.285172.171881.350.5L014.570.002508.46变截面点4.5237.981310.21g1=23.6330L0=29.14h=1.95 表3.4 边梁2期恒载边梁2期恒载计算部位计算部位距离支点X(m)V(KN)M(KN.m)支点0113.110.000.5h0.975105.

37、54106.590.25L07.28556.55617.990.5L014.570.00823.99变截面点4.578.17430.38g2=7.7631L0=29.14h=1.95表3.5 内梁1期恒载内梁1期恒载计算部位计算部位距离支点x(m)V(KN)M(KN.m)支点0364.04 0.00 0.5h0.975339.67 343.06 0.25L07.285182.02 1989.00 0.5L014.570.00 2652.00 变截面点4.5251.60 1385.18 g1=24.9853L0=29.14h=1.95 表3.6 内梁2期恒载内梁2期恒载计算部位计算部位距离支点X

38、(m)V(KN)M(KN.m)支点0138.150.000.5h0.975128.91130.190.25L07.28569.08754.830.5L014.570.001006.44变截面点4.595.48525.68g2=9.4820L0=29.14h=1.95，表3.7 1号、4号梁恒载内力1号一期恒载二期恒载V0344.33 113.11 Vh/2321.29 105.54 V变237.98 78.17 VL/4172.17 56.55 VL/20.00 0.00 M00.00 0.00 Mh/2324.49 106.59 M变1310.21 430.38 ML/41881.35 61

39、7.99 ML/22508.46 823.99 表3.8 2号、3号梁恒载内力2号一期恒载二期恒载V0364.04 138.15 Vh/2339.67 128.91 V变251.60 95.48 VL/4182.02 69.08 VL/20.00 0.00 M00.00 0.00 Mh/2343.06 130.19 M变1385.18 525.68 ML/41989.00 754.83 ML/22652.00 1006.44 3.2.2活载内力计算活载内力计算采用修正刚性横梁法。1、冲击系数和车道折减系数本桥跨内设7道横隔梁，使各片主梁之间具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为：，该桥属于窄

40、桥，顺桥向的挠屈变形比横桥向的挠曲变形要大得多，近似假定在横桥向横隔梁呈刚性，不计它的弯曲变形，但是本设计考虑主梁道扭矩的扭转变形，考虑主梁抗扭刚度的修正系数，本设计采用修正刚性横隔梁法求跨中横向力分布系数。a）、1号梁式中： 结构计算跨径（m）；结构材料的弹性模量(N/m2)；结构跨中截面的截面惯矩(m4)；结构跨中处的单位长度质量(kg/m)；重力加速度,毛截面积,由公式得：。所以由公式得：4号梁同1号梁。b）、2号梁：,毛截面积,=2231.46Kg/m, 所以由公式得：该桥梁为两车道，故车道折减系数为1.0。抗扭贯矩计算：对于T型梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算： 式中：和相应为单个矩

41、形截面的宽度和厚度； 矩形截面抗扭刚度系数； 梁截面划分为单个矩形截面的块数 图3.7 IT计算图示a）、内梁：翼缘板换算平均厚度b）、外梁：翼缘板换算平均厚度马蹄部分的换算平均厚度：腹板部分的换算平均厚度：由公式得IT，其计算结果汇于表3.9和表3.10中。表3.9 跨中边梁IT计算结果跨中边梁IT（mm）（mm）2000.00190.97 0.0955 4.643221421.53 200.000.1407 0.3034533.45093550.00337.500.6136 0.20634.36198求和12.4561表3.10 跨中内梁IT计算结果跨中内梁IT（mm）（mm）2200183.7