4車道高速公路30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_論文

1、北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目:4車道高速公路30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 英文題目:The design of superstructure of four lanes highway 30m prestressed concretesimply-supported T girder bridge系 :土木工程系專 業(yè):土木工程班 級(jí):學(xué) 生:學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師:職稱:指導(dǎo)教師:職稱:-60-摘要交通是社會(huì)的經(jīng)濟(jì)命脈，橋梁是交通暢通的咽喉，交通的不暢會(huì)制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以保障橋梁的實(shí)用性，尤其是安全性至關(guān)重要。這就需要對(duì)橋梁進(jìn)行計(jì)算。本文就

2、一座T型簡(jiǎn)支梁的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁為設(shè)計(jì)目的，從而探討橋梁設(shè)計(jì)方面的一些知識(shí)與內(nèi)容。其中橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)尺寸的擬定，主梁設(shè)計(jì)，橋面板設(shè)計(jì)。主梁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：荷載計(jì)算；荷載橫向分布計(jì)算；內(nèi)力影響線繪制；內(nèi)力計(jì)算包括恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力、附加內(nèi)力、結(jié)構(gòu)次內(nèi)力等等；內(nèi)力組合包括承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)；繪制內(nèi)力圖；進(jìn)行截面強(qiáng)度計(jì)算包括破壞階段截面強(qiáng)度和斜截面強(qiáng)度的計(jì)算等等。 本次設(shè)計(jì)工程為某高速公路上的一座分離式立交，上部結(jié)構(gòu)為一孔30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，路基全寬28米，半幅橋梁寬13.75米，兩側(cè)采用剛性護(hù)欄寬度各0.5米，不設(shè)人行道；橋面鋪裝采用10cm瀝青混凝土+9cm瀝

3、青混凝土；設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。 其中橋梁主梁混凝土采用C50，預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860Mpa的高強(qiáng)度鋼絞線。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用U形臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：主梁內(nèi)力計(jì)算：恒載內(nèi)力，活載內(nèi)力，主梁內(nèi)力組合。確定了橋梁全長(zhǎng)與分孔等問(wèn)題，擬定了上部尺寸，完成了內(nèi)力計(jì)算，上部配筋，截面驗(yàn)算等計(jì)算工作，重點(diǎn)為上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算與配筋計(jì)算，截面驗(yàn)算。計(jì)算表明，各項(xiàng)驗(yàn)算符合要求，設(shè)計(jì)方案合理。關(guān)鍵詞：混凝土，T型簡(jiǎn)支梁，預(yù)應(yīng)力，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)The design of superstructure of four lanes highway 30m prestressed concrete simp

4、ly-supported T girder bridgeAbstractTraffic is economics of society, bridge is unblocked throat of traffic, Its smooth will restrict social development of economy. So it is essential to ensure the functionality of the bridge, especially the security. This needs to calculation method to bridge.In thi

5、s paper, a T-beams of prestressed concrete bridge was designed to explore some aspects of bridge design and content only.Superstructure design, including structure size of the development, the main girder, panel design.The main girder design are: load calculation; calculated transverse load distribu

6、tion; internal force influence line drawing; internal forces of the internal force calculation, including dead load, live load, internal forces, additional internal force, internal force structure, plays, etc; combination of internal forces, including the ultimate state, the normal limit state; inne

7、r force diagram; for strength calculation section, including the failure stage and the inclined section strength strength calculation section and so on.Design project for a highway interchange on a separate, superstructure of a hole 30 m prestressed concrete simply supported T beam, full width of ro

8、adbed is 28 meters wide and 13.75 meters Banfu bridge, on both sides of the rigid barrier width, 0.5 m no sidewalks; 10cm asphalt concrete pavement with asphalt concrete +9 cm; design load for the road-I level. One concrete of bridges using C50, a standard strength of prestressed steel beam high-str

9、ength steel strand for the 1860Mpa. U-shaped bridge substructure units, expand the base. Design elements include: main beam internal force calculation: the internal force constant set, live set internal force, internal force main beam combination. Determine the bridge length and sub-hole problems, d

10、eveloped upper size, completed internal force calculation, the upper reinforcement, such as checking the calculation section, focusing on the upper structure of the internal force calculated with the reinforcement calculation, checking cross-section. Calculations show that the checking line with req

11、uirements, design and reasonable. Key Words：Concrete,T girder, prestressed, superstructure design目錄摘要1Abstract2引 言11文獻(xiàn)綜述21.1預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋國(guó)外研究進(jìn)展21.2預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展32課題背景及開(kāi)展研究的意義52.1課程背景52.1開(kāi)展研究的意義53工程概況及其計(jì)算方法73.1工程設(shè)計(jì)概況73.2 計(jì)算方法73.3極限狀態(tài)方程74設(shè)計(jì)基本資料及構(gòu)造布置94.1設(shè)計(jì)資料94.2橫截面布置114.2.1主梁間距與數(shù)量114.2.2主梁跨中截面尺寸擬定114

12、.2.3橫隔梁設(shè)置124.2.4橋面鋪裝125截面幾何特性計(jì)算136主梁內(nèi)力計(jì)算156.1永久作用效應(yīng)計(jì)算156.1.1恒載內(nèi)力計(jì)算156.1.2永久作用效應(yīng)166.2可變作用效應(yīng)計(jì)算186.2.1沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)186.2.2主梁荷載橫向分布系數(shù)186.2.3活載內(nèi)力計(jì)算216.3作用效應(yīng)組合237預(yù)應(yīng)力鋼束估算及布置247.1預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量估算247.2預(yù)應(yīng)力鋼束的布置257.3確定鋼束彎起角和線形277.4鋼束計(jì)算277.4.1計(jì)算鋼束起彎點(diǎn)到跨中的距離277.4.2計(jì)算控制截面鋼束重心287.4.3預(yù)應(yīng)力計(jì)算鋼束長(zhǎng)度298 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算318.1張拉控制應(yīng)力318.2預(yù)應(yīng)力

13、鋼筋預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算318.2.1預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失318.2.2預(yù)應(yīng)力鋼束由錨具變形、鋼筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失328.2.3混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失338.2.4由預(yù)應(yīng)力剛筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失358.2.5混凝土的收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失368.2.6預(yù)應(yīng)力損失匯總388.3預(yù)加力作用效應(yīng)計(jì)算399主梁截面承載力與應(yīng)力驗(yàn)算429.1持久狀況承載能力極限狀態(tài)承載力驗(yàn)算429.1.1正截面承載力驗(yàn)算429.1.2斜截面承載力驗(yàn)算449.1.3斜截面抗彎承載力驗(yàn)算479.2正常使用極限狀態(tài)抗裂性驗(yàn)算479.2.1正截面抗裂性驗(yàn)算479.2.2斜截面抗裂性驗(yàn)算48

14、9.3持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算509.3.1跨中截面混凝土法向應(yīng)力驗(yàn)算519.3.2預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力驗(yàn)算529.3.3斜截面混凝土主壓應(yīng)力驗(yàn)算539.4短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算5510主梁端部局部承壓驗(yàn)算5810.1局部承壓區(qū)截面尺寸驗(yàn)算5810.2局部抗壓承載驗(yàn)算5911主梁變形驗(yàn)算6011.1預(yù)壓力引起的跨中反拱度6011.2由荷載引起的跨中撓度6211.3結(jié)構(gòu)剛度驗(yàn)算6211.4預(yù)拱度設(shè)置6212行車道板計(jì)算6312.1懸臂板的荷載效應(yīng)6312.2永久荷載效應(yīng)6312.3可變作用效應(yīng)6412.4連續(xù)板的荷載效應(yīng)6412.4.1永久荷載效應(yīng)6512.4.2可變作用效應(yīng)6612.5行車道板界面設(shè)計(jì)，配筋

15、與承載力驗(yàn)算6812.5.1翼板與梁肋連接處6812.5.2連續(xù)板跨中處6812.5.3截面抗剪驗(yàn)算69結(jié)論70參 考 文 獻(xiàn)71附 錄 A73附 錄 B79在 學(xué) 取 得 成 果84致謝85引 言 自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)道路、橋梁建設(shè)取得了飛速的發(fā)展，使我國(guó)的交通運(yùn)輸環(huán)境和能力得到了巨大的改變這對(duì)改善投資環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)騰飛、改善人民生活環(huán)境起了非常重要的作用。在公路、鐵路、城市和農(nóng)村道路交通建設(shè)以及水利建設(shè)中，為了跨越各種障礙（如河流、溝谷或者其他線路等）必須修建各種類型的橋梁。橋梁是保證道路全線貫通的咽喉。而現(xiàn)今隨著國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不論鐵路、公路還有城市道路都在向高速的方向發(fā)展，而高速

16、就意味著更多的橋梁和隧道。特別是在非平原地區(qū)，橋梁在高速公路上的應(yīng)用更是頻繁。比如四川，典型的丘陵地形，近年來(lái)飛速發(fā)展，導(dǎo)致交通有很大的建設(shè)，在丘陵地區(qū)的橋梁特點(diǎn)是短而多，就是跨度較小而橋的需求量很大。在這些情況下，就非常適合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而比較適合跨度較小的梁橋的修建，所以在我國(guó)以后的橋梁建筑中，梁橋?qū)⒄己艽笠徊糠?。如今預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用也很廣泛，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有跨越能力大、受力性能好、耐久性優(yōu)越而且經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，所以非常適用于高速公路橋梁的建設(shè)。本篇論文就單獨(dú)的一座高速公路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T型簡(jiǎn)支梁橋梁的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，希望能以點(diǎn)帶面的就橋梁設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究。1文獻(xiàn)綜

17、述1.1預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋國(guó)外研究進(jìn)展18世紀(jì)中葉工業(yè)革命后，鋼、水泥、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土等人工材料的發(fā)展和應(yīng)用，推動(dòng)了近代橋梁科學(xué)技術(shù)的革命。人工材料在橋梁工程上的應(yīng)用是近代橋梁的標(biāo)志。19世紀(jì)中期，鋼材的出現(xiàn)，開(kāi)始了土木工程的第一次飛躍。隨后又產(chǎn)生了高強(qiáng)鋼材，于是鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。結(jié)構(gòu)跨度從磚、石、木結(jié)構(gòu)的幾米、幾十米躍到百米、幾百米至千米以上，開(kāi)創(chuàng)了在大江、海峽上修建橋梁的奇跡1。1867年鋼筋混凝土誕生，實(shí)現(xiàn)了土木工程的第二次飛躍。有了鋼筋混凝土才有可能建造跨越能力很大的橋梁，并使形式多樣化。1905年，比利時(shí)出現(xiàn)了單跨55m的鋼筋混凝土橋；1930年，法國(guó)的弗萊西奈建造了

18、跨度178m的鋼筋混凝土拱橋。1928年高強(qiáng)鋼絲用于預(yù)應(yīng)力混凝土，使在混凝土中建立永存的預(yù)壓應(yīng)力成為可能，奠定了現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土的實(shí)用基礎(chǔ)，大大提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力，使其用途更為廣泛，使土木工程發(fā)生了又一次飛躍2,3。20世紀(jì)中葉，第二次世界大戰(zhàn)以后，全球的持續(xù)穩(wěn)定和科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使橋梁科學(xué)技術(shù)獲得了比歷史上任何時(shí)期都快的發(fā)展。主要表現(xiàn)為：高強(qiáng)輕質(zhì)材料的發(fā)展和應(yīng)用；跨度的不斷增大，形式的多樣化與結(jié)構(gòu)的整體化；設(shè)計(jì)與計(jì)算的計(jì)算機(jī)化（如CAD技術(shù)的發(fā)展）；制造的工業(yè)化、自動(dòng)化與程序化，施工工藝的提高。由于設(shè)計(jì)方法與計(jì)算理論、材料科學(xué)、制造工藝、安裝方法、基礎(chǔ)施工技

19、術(shù)等方面的不斷改進(jìn)，當(dāng)今橋梁工程規(guī)模之巨大、技術(shù)之復(fù)雜已今非昔比。已建橋梁跨度接近2000m（明石海峽懸索橋跨度為1990m），水下深度超100m的基礎(chǔ)工程，高出地面接近200m的橋墩。橋梁工程還將向更高的記錄攀登4。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁一躍上橋梁建設(shè)的歷史舞臺(tái)，就顯示出它強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)能力。從50年代創(chuàng)建了突破了100m的跨徑記錄，經(jīng)過(guò)三十余年的迅猛發(fā)展，至今已創(chuàng)建了440m跨徑記錄。目前，在規(guī)劃中的設(shè)計(jì)方案有突破500m跨徑記錄的趨勢(shì)。而在實(shí)際的工程實(shí)際中，在400m以下的跨徑范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁已經(jīng)為優(yōu)勝的方案。在三十年發(fā)展中有幾座典型橋例是非常值得關(guān)注。1953年聯(lián)邦德國(guó)建成的胡爾姆斯(w

20、orms)橋跨徑已達(dá)到114.2m，采用懸臂澆注法，從而發(fā)展了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一種新體系T型剛構(gòu)。1964年聯(lián)邦德國(guó)又建成了主跨為208 m本道爾夫(ben-doif)橋，成功地表明懸臂法施工方法的優(yōu)越性，且在結(jié)構(gòu)體系上又有了創(chuàng)新。薄型的主墩與上部連續(xù)梁固結(jié)，形成帶鉸的連續(xù)剛構(gòu)體系。1962年在委內(nèi)瑞拉建成的馬拉開(kāi)波(malacaibo)橋，橋全長(zhǎng)8272m，其中主橋?yàn)樾崩瓨?，跨徑?60+5×235+160m，它標(biāo)志著預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)新型結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)有力的適應(yīng)性。19世紀(jì)70年代，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相繼應(yīng)用，成為大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要橋梁之一。1.2預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋國(guó)內(nèi)研

21、究進(jìn)展革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展，尤其是高速公路建設(shè)，從無(wú)到有。作為公路建設(shè)重要組成部分的橋梁建設(shè)也得到相應(yīng)發(fā)展，一般公路和高等級(jí)公路上的各種橋梁，形式多樣，跨越大江(河)、海峽(灣)的大橋梁建設(shè)也相繼修建，工程質(zhì)量不斷提高，為公路運(yùn)輸提供了安全、舒適的服務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、綜合國(guó)力增強(qiáng)，我國(guó)的建筑材料、設(shè)備、建筑技術(shù)都有了較快發(fā)展。特別是電子計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為廣大工程技術(shù)人員提供了方便、快捷的計(jì)算分析手段。更重要的是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)政策為公路事業(yè)發(fā)展提供多元化的籌資渠道，保證了建設(shè)資金來(lái)源5,6。梁式橋種類很多，也是公路橋梁中最常用的橋型，其跨越能力可從20m直到300m之間。公路橋

22、梁常用的梁式橋形式有：按結(jié)構(gòu)體系分為簡(jiǎn)支梁、懸臂梁、連續(xù)梁、T型剛構(gòu)、連續(xù)剛構(gòu)等；按截面型式分為T(mén)型梁、箱型梁(或槽型梁)、衍架梁等7。T型梁橋在我國(guó)公路上修建最多，早在20世紀(jì)五、六十年代，我國(guó)就建造了許多T型梁橋，這種橋型對(duì)改善我國(guó)公路交通起到了重要作用。T型梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的已經(jīng)很少了，從16m50m跨徑，大部分是采用預(yù)制拼裝后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁。預(yù)應(yīng)力體系采用鋼絞線群錨，在工地預(yù)制，吊裝架設(shè)。其發(fā)展趨勢(shì)為:采用高強(qiáng)、低松弛鋼絞線群錨：混凝土標(biāo)號(hào)C4060號(hào)，T型梁的翼緣板加寬25m是合適的；吊裝重量增加；為了減少接縫，改善行車，采用工型梁，現(xiàn)澆梁端橫梁濕接頭和橋面，在橋面現(xiàn)澆混

23、凝土中布置負(fù)彎矩鋼束，形成比橋面連續(xù)更進(jìn)一步的“準(zhǔn)連續(xù)”結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、節(jié)省材料、架設(shè)安裝方便，跨越能力較大等優(yōu)點(diǎn)。其最大跨徑以不超過(guò)50m為宜，再加大跨徑不論從受力、構(gòu)造、經(jīng)濟(jì)上都不合理了。大于50m跨徑以選擇箱形截面為宜。目前的預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁采用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力張拉后上拱偏大，影響橋面線形，帶來(lái)橋面鋪裝加厚。為了改善這些缺點(diǎn)，建議預(yù)制時(shí)在臺(tái)座上設(shè)反拱，反拱值可采用預(yù)施應(yīng)力后裸梁上拱值的1/22/38。預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支或“準(zhǔn)連續(xù)”T型梁，建議由交通行業(yè)主管部門(mén)組織編制一套適用的標(biāo)準(zhǔn)圖。雖然我國(guó)橋梁技術(shù)發(fā)展迅速，但是仍舊存在一些問(wèn)題：一、施工方面存在的問(wèn)題

24、主要是施工單位的領(lǐng)導(dǎo)層，尤其是技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)工程質(zhì)量安全重視不夠或根本不重視，只重視利潤(rùn)，導(dǎo)致施工不按規(guī)程、規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，施工中偷工減料，以次充好，不合格材料被使用。二、現(xiàn)如今，橋梁的美觀在設(shè)計(jì)中地位變得越來(lái)越重要。一些大橋，由于在設(shè)計(jì)中對(duì)美學(xué)不夠重視或缺少建筑師的參與和合作，給人以笨拙、呆板和粗糙的感覺(jué)。要想讓橋梁成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，工程師們應(yīng)在橋梁美學(xué)方面多下功夫9。三、目前我國(guó)橋梁改造加固設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題是：基層養(yǎng)護(hù)管理和設(shè)計(jì)部門(mén)，橋梁病害診斷技術(shù)力量薄弱，橋梁檢測(cè)手段落后。考慮結(jié)構(gòu)損傷影響的承載力評(píng)估方法不夠完善。橋梁改造加固總體設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)思路不夠開(kāi)闊，應(yīng)用技術(shù)單一，涉及深

25、度不夠。個(gè)別橋梁加固設(shè)計(jì)生搬硬套國(guó)外或國(guó)內(nèi)其他行業(yè)的設(shè)計(jì)方法，忽略了橋梁帶載加固分階段受力的特點(diǎn)。有些加固設(shè)計(jì)只作宏觀的定性分析，缺少科學(xué)的定量分析計(jì)算，設(shè)計(jì)帶有很大的隨意性10。實(shí)現(xiàn)全球四大洲的陸路交通網(wǎng)是世界橋梁工程界共同奮斗的目標(biāo)和夢(mèng)想。這一橋梁之夢(mèng)有可能在22世紀(jì)實(shí)現(xiàn)。管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)、管理及設(shè)計(jì)與施工技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)等工作，同時(shí)年輕一代橋梁工程師要以報(bào)國(guó)為己任，以主人翁的姿態(tài)，勤奮學(xué)習(xí)、努力創(chuàng)新、勇于實(shí)踐，提高美學(xué)意識(shí)和審美能力，這樣才能讓中國(guó)的橋梁成為世界橋梁史上的里程碑，使中國(guó)成為世界橋梁強(qiáng)國(guó)中的一員，重現(xiàn)中國(guó)古代橋梁的輝煌。2課題背景及開(kāi)展研究的意義2.1課程背景在最近的四分

26、之一世紀(jì)中，混凝土橋梁在設(shè)計(jì)方面已取得了顯著的進(jìn)步11。近來(lái)二十年來(lái)，預(yù)應(yīng)力混凝土已成為國(guó)內(nèi)外土建工程最主要的一種結(jié)構(gòu)材料，而且預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)能力，主要的因素有一下幾方面：一、預(yù)應(yīng)力混凝土充分發(fā)揮了高強(qiáng)材料的特性，具有可靠的強(qiáng)度，剛度及抗裂性能，結(jié)構(gòu)在車輛運(yùn)行中噪音小，維修工作量少。二、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工方法已達(dá)到很先進(jìn)的水平，現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用已使它的施工周期大大縮短，顯示出巨大經(jīng)濟(jì)效益。三、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁適用于各種結(jié)構(gòu)體系，而且還在不斷創(chuàng)新出體現(xiàn)預(yù)應(yīng)力技術(shù)特點(diǎn)的新型結(jié)構(gòu)體系，因而它的適用范圍大，競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。四、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁可充分利用材料可塑的特點(diǎn)，在建筑上有豐富、多采的

27、表現(xiàn)潛力12。課程設(shè)計(jì)背景：某高速公路上的一座分離式立交，上部結(jié)構(gòu)為一孔30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，路基全寬28米，半幅橋梁寬13.75米，兩側(cè)采用剛性護(hù)欄寬度各0.5米，不設(shè)人行道；橋面鋪裝采用10cm瀝青混凝土+9cm瀝青混凝土；設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)。橋梁主梁混凝土采用C50，預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)度鋼絞線。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用U形臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。2.1開(kāi)展研究的意義預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的發(fā)展與應(yīng)用雖然只有60余年的歷史，但其在各種跨徑上的橋型用途最大，數(shù)量最多。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)起飛的當(dāng)代，大規(guī)模公路、鐵路建設(shè)突飛猛進(jìn)，其中大多數(shù)橋梁工程項(xiàng)目為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁所占領(lǐng)，因而對(duì)此類型的研究

28、依然是生產(chǎn)中迫切需要的，對(duì)節(jié)約投資的效益也將是巨大的。我國(guó)在這方面已取得不少有價(jià)值的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，相信在21世紀(jì)我國(guó)在預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋設(shè)計(jì)、施工的水平將達(dá)到更先進(jìn)，更光輝的水平。我國(guó)城市立交橋的建設(shè)主要開(kāi)始于改革開(kāi)放后的20世紀(jì)80年代，與美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)等相比，雖然起步較晚，但隨著我國(guó)高等級(jí)公路、鐵路、城市道路和大型立交樞紐的興建，在短短數(shù)年內(nèi)取得了巨大進(jìn)展，并收到顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益13。3工程概況及其計(jì)算方法3.1工程設(shè)計(jì)概況某高速公路上的一座分離式立交，上部結(jié)構(gòu)為一孔30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，路基全寬28米，半幅橋梁寬13.75米，兩側(cè)采用剛性護(hù)欄寬度各0.5米，不設(shè)人

29、行道；橋面鋪裝采用10cm瀝青混凝土+9cm瀝青混凝土；設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。橋梁主梁混凝土采用C50，預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860Mpa的高強(qiáng)度鋼絞線。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用U形臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。3.2 計(jì)算方法對(duì)于橋的內(nèi)力計(jì)算采用極限狀態(tài)法進(jìn)行計(jì)算。3.3極限狀態(tài)方程設(shè)S表示荷載效應(yīng)，它代表由各種荷載分別產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的總和，可以用一個(gè)隨機(jī)變量來(lái)描述；設(shè)R表示結(jié)構(gòu)抗力，也當(dāng)作一個(gè)隨機(jī)變量。構(gòu)件每一個(gè)截面滿足時(shí)，才認(rèn)為構(gòu)件時(shí)可靠的，否則認(rèn)為是失效的。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以用極限狀態(tài)函數(shù)來(lái)表達(dá)。承載能力極限狀態(tài)函數(shù)可表示為 Z=R-S (3-1)根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論，設(shè)S、R都是隨機(jī)變量，則Z=R-S也是隨

30、機(jī)變量。根據(jù)S、R的取值不同，Z值可能出現(xiàn)三種情況，并且容易知道：當(dāng)Z=R-S>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=R-S=0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；當(dāng)Z=RS<0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效(破壞)狀態(tài)。 Z=R-S=0成立時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)的分界限，超過(guò)這一界限，結(jié)構(gòu)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)?？紤]的不僅是結(jié)構(gòu)的承載能力，多數(shù)場(chǎng)合還需要考慮結(jié)構(gòu)對(duì)變形或開(kāi)裂等的抵抗力，也就是說(shuō)要考慮結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性的要求。由此，上述的極限方程可推廣為: Z=g（，） （3-2）式中，g（）是函數(shù)記號(hào)，在這里稱為功能函數(shù)。g（）由所研究的結(jié)構(gòu)功能而定，可以是承載能力，也可以使變形或裂縫寬度等

31、。，為影響該結(jié)構(gòu)功能的各種荷載效應(yīng)以及材料強(qiáng)度、構(gòu)件的幾何尺寸等。結(jié)構(gòu)功能則為上述各變量的函數(shù)。4設(shè)計(jì)基本資料及構(gòu)造布置4.1設(shè)計(jì)資料一、跨度和橋面寬度標(biāo)準(zhǔn)跨徑：30m。計(jì)算跨徑：29.16m。主梁全長(zhǎng)：29.96m。橋面凈空：由于橋面寬度較大，確定將橋面分為兩幅，半幅橋?qū)?3.75m。全橋橫向布置：0.5m剛性護(hù)欄+12.25m車道+2m中央隔離帶 +12.25m車道+0.5m剛性護(hù)欄=27.5m。二、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)。設(shè)計(jì)安全等級(jí)：II級(jí)。應(yīng)力等級(jí)：按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。三、材料和工藝水泥混凝土：主梁、橫隔梁、濕接縫采用C50混凝土。瀝青混凝土：橋面鋪裝采用10cm瀝青混凝土

32、+9cm瀝青混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼束：采用ASTM270級(jí)s15.24低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa，彈性模量E=195000MPa。普用鋼筋：直徑大于和等于12mm的采用16Mn鋼或其它級(jí)熱軋螺紋鋼筋；直徑小于12mm的均用級(jí)熱軋光圓鋼筋。主要施工工藝：按后張法一端張拉施工工藝制作主梁，采用直徑70mm的金屬波紋預(yù)埋管和OVM錨。錨墊板尺寸為210×210mm，錨圈直徑為126mm。四、相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)相對(duì)濕度80%；體系整體均勻升溫26，均勻降溫23；預(yù)應(yīng)力管道采用金屬波紋管成形，管道摩擦系數(shù)=0.25；管道偏差系數(shù)k=0.0015；錨具變形和鋼束回縮量為6mm；預(yù)應(yīng)力混凝土

33、重度按26kN/m3計(jì)，瀝青混凝土重度按24kN/m3計(jì)，單側(cè)剛性護(hù)欄線荷載為7.5kN/m。五、設(shè)計(jì)依據(jù)交通部頒公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)；交通部頒公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTJ D602004) 以下簡(jiǎn)稱“橋規(guī)”；交通部頒公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ B622004) 以下簡(jiǎn)稱“公預(yù)規(guī)”。六、基本計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表4.1。表4.1基本計(jì)算數(shù)據(jù)名稱項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度50彈性模量3.45×104軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度32.4軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度2.65軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度22.4軸心抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.83短暫狀態(tài)容許壓應(yīng)力20.72容許拉應(yīng)力1

34、.757混凝土持久狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)荷載組合容許壓應(yīng)力16.2容許主壓應(yīng)力19.44短期效應(yīng)組合容許拉應(yīng)力21.0容許主拉應(yīng)力1.5915.24鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860彈性模量抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度1488最大控制應(yīng)力1395持久狀態(tài)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)荷載組合13024.2橫截面布置4.2.1主梁間距與數(shù)量主梁間距均為2.2m，橋面分兩幅，每幅主梁數(shù)量為6根，共12根。如圖4.1。4.2.2主梁跨中截面尺寸擬定主梁高度1.7m，預(yù)制時(shí)主梁寬度1.4m，翼板厚0.16m，主梁間翼緣板濕接縫寬度0.8m，主邊梁翼板外緣現(xiàn)澆段0.75m。主梁腹板厚0.16m，馬蹄寬0.49m，端部腹板加厚與馬蹄同寬。4.2.3橫隔梁設(shè)置橫隔梁設(shè)五

35、道，分別在梁端、四分點(diǎn)和跨中出，間距7.29m，厚度均為1.5m。4.2.4橋面鋪裝采用10cm瀝青混凝土+9cm瀝青混凝土，兩者間設(shè)防水層。4.1 半幅橋面橫向布置圖（單位：mm）5截面幾何特性計(jì)算主梁跨中橫截面及梁端橫截面如圖5.1。圖5.1 主梁跨中橫截面及梁端橫截面示意圖（單位：mm） 根據(jù)表5.1：計(jì)算截面效率指標(biāo)截面上核心距： 截面下核心距： 截面效率指標(biāo)： 在0.450.55的范圍以內(nèi)，表明所擬跨中截面尺寸合理。表5.1 跨中截面幾何特性計(jì)算表分塊名稱面積A形心到上緣距離yi到上緣靜矩Si慣性矩Iidi=ys-yi對(duì)全截面形心慣性矩IxI=Ii+Ixcm2cmcm3cm4cmcm

36、4cm4小毛截面翼板2240.000817920.0047786.6760.608225065.2618272851.928腹板2080.00081168480.002929333.33-12.40320014.85653249348.189馬蹄1176.000158185808.0056448.00-89.409399806.2779456254.277三角承托300.00019.335800.001666.6749.26728050.1511729716.8178斜坡272.250140.538251.134117.78-71.901407573.5821411691.364總6068.2

37、5416259.12523119862.57大毛截面翼板3520.000828160.0075093.3350.048814406.5998889499.9325腹板2080.00081168480.002929333.33-22.961096409.1074025742.4405馬蹄1176.000158185808.0056448.00-99.9611750379.67711806827.677承托300.00019.335800.001666.6738.71449482.973451149.63967斜坡272.250140.538251.134117.78-82.461851164.2

38、4041855282.0216總7348.25426499.12527028501.712小毛截面形心至上緣距離 68.5962大毛截面形心至上緣距離 58.04096主梁內(nèi)力計(jì)算根據(jù)梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，計(jì)算可變作用下荷載橫向分布系數(shù)，求出各主梁控制截面的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，在進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合。6.1永久作用效應(yīng)計(jì)算6.1.1恒載內(nèi)力計(jì)算一、預(yù)制階段主梁自重（一期恒載）由于主梁截面是變化的，故先分段計(jì)算主梁重力，再求和計(jì)算主梁總重力，除以主梁全長(zhǎng)而得到重力集度。a、 主梁四分點(diǎn)間等截面段自重：(kN)b、主梁變截面段自重： 通過(guò)AutoCAD建模計(jì)算的該段體積(m3)，(kN

39、)c、梁端等截面段自重：(kN)d、一片橫隔梁自重：跨中和四分點(diǎn)橫隔梁體積梁端橫隔梁體積(m3)邊主梁橫隔梁自重(kN)中主梁橫隔梁自重(kN)e、主梁一期恒載集度邊主梁：(kN/m)中主梁：(kN/m)二、使用階段恒載集度（二期恒載）a、翼緣板現(xiàn)澆部分 邊主梁：(kN/m) 中主梁：(kN/m)b、橫隔梁現(xiàn)澆部分 邊主梁：(kN/m) 中主梁：(kN/m)c、橋面鋪裝均分到六片主梁 (kN/m)d、一側(cè)防撞欄桿作用均分給六片主梁(kN/m)e、主梁二期恒載 邊主梁：(kN/m) 中主梁：(kN/m)6.1.2永久作用效應(yīng)以下進(jìn)行擁擠作用效應(yīng)計(jì)算。設(shè)為計(jì)算截面至左側(cè)支座的距離，且令。則主梁彎矩

40、M和剪力V的計(jì)算公式分別為 永久作用計(jì)算如圖6.1：圖6.1 永久作用計(jì)算圖表6.1 永久作用效應(yīng)作用效應(yīng)跨中四分點(diǎn)支點(diǎn)c=0.5c=0.25c=0邊主梁一期彎矩（kNm）2099.00411574.25310.0000剪力（kN）0.0000143.9646287.9292二期彎矩（kNm）1625.62861219.22140.0000剪力（kN）0.0000111.4972222.9943總和彎矩（kNm）3724.63272793.47450.0000剪力（kN）0.0000255.4618510.9236中主梁一期彎矩（kNm）2143.72303041607.79227280剪力（

41、kN）0147.03175792294.06351583二期彎矩（kNm）1506.84630961130.13473220剪力（kN）0103.35022699206.70045399總和彎矩（kNm）3650.569342737.9270050剪力（kN）0250.38198491500.763969826.2可變作用效應(yīng)計(jì)算6.2.1沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)結(jié)構(gòu)基頻由于，根據(jù)公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范4.3.2，汽車荷載沖擊系數(shù) 車道折減系數(shù)（二車道）、0.78（三車道）。6.2.2主梁荷載橫向分布系數(shù)一、跨中主梁的荷載橫向分布系數(shù)承重結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比：，故宜采用修正的剛性橫梁法計(jì)算主梁的荷載橫向分布

42、系數(shù)。a、計(jì)算主梁的抗扭慣矩和抗彎慣矩對(duì)T梁 式中，、截面各部分換算為矩形的寬度和高度 矩形截面抗扭剛度系數(shù)表6.2 抗彎慣矩計(jì)算表分塊bi(cm)ti(cm)ti/biciIti(m4)翼緣板220.0017.360.07890.33330.0038390473829腹板120.3916.000.13290.30200.0014891696873馬蹄49.0032.250.65820.22100.003632264872抗彎慣矩由表6.1查得，。b、計(jì)算抗扭修正系數(shù)c、計(jì)算橫向影響線豎坐標(biāo) 對(duì)1號(hào)梁考慮抗扭修正后的橫向影響豎標(biāo)值： 同理可算得其他主梁的橫向影響線豎標(biāo)值如表6.3：表6.3 跨

43、中橫向分布系數(shù)表梁號(hào)111610.5015-0.168220.28720.046130.18010.1533d、計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)圖6.2 車道最不利荷載布置圖（單位：mm） 各梁橫向影響線及車道最不利荷載布置如圖4.21號(hào)梁：三車道： =0.6571兩車道：=0.7504計(jì)算結(jié)果記錄于表6.4表6.4 橫向分布影響系數(shù)表梁號(hào)mcq3mcq210.6571 0.7504 20.4862 0.4835 30.4007 0.3500 二、支點(diǎn)荷載橫向分布系數(shù)如圖6.3所示，按杠桿原理計(jì)算支點(diǎn)荷載橫向分布系數(shù)。 圖6.3 支點(diǎn)荷載橫向分布系數(shù)圖（單位：mm）1號(hào)梁：2號(hào)梁：3號(hào)梁：三、橫向分布系數(shù)

44、匯總?cè)绫?.5：表6.5 橫向分布系數(shù)匯總梁號(hào)123mc0.75040.48620.4007m00.70450.40910.47736.2.3活載內(nèi)力計(jì)算計(jì)算主梁活載彎矩和跨中及四分點(diǎn)的剪力時(shí)，忽略支承條件的影響，均采用計(jì)算；在計(jì)算支點(diǎn)的剪力時(shí)，由于主要和在集中在支點(diǎn)附近而應(yīng)考慮支承條件的影響，按橫向分布系數(shù)沿長(zhǎng)度方向線性變化考慮，從四分點(diǎn)到支點(diǎn)之間橫向分布系數(shù)用和線性內(nèi)插，其余區(qū)段取。一、車道荷載取值公路I級(jí)車道荷載kN/m計(jì)算彎矩時(shí)，(kN)計(jì)算剪力時(shí)，(kN)二、跨中截面可變荷載效應(yīng)1號(hào)梁( kNm)=188.9625(kN)同理可得，2號(hào)梁：kNm，kN3號(hào)梁：kNm，kN三、四分點(diǎn)截

45、面可變荷載效應(yīng)1號(hào)梁：，2號(hào)梁：，3號(hào)梁：，四、 支點(diǎn)截面可變荷載效應(yīng)1號(hào)梁： 同理，2號(hào)梁：3號(hào)梁：6.3作用效應(yīng)組合根據(jù)公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.6和4.1.7對(duì)作用效應(yīng)組合的規(guī)定，將作用效應(yīng)組合的計(jì)算列于表6.6表6.6 作用效應(yīng)組合表序號(hào)荷載類別跨中截面四分點(diǎn)截面支點(diǎn)截面MmaxVmaxMmaxVmaxVmaxkNmkNkNmkNkN一期永久作用2099.00410.00001574.2531143.9646287.9292二期永久作用1625.62860.00001219.2214111.4972222.9943永久作用(+)3724.63270.00002793.4745255.

46、4618510.9236可變作用2350.7356153.26981760.6332251.4438362.5606可變作用沖擊543.288035.4228406.907158.112283.7929標(biāo)準(zhǔn)組合(=+)6618.6563188.69254961.0148565.0178957.2771短期組合(=+0.7)5370.1476107.28884025.9178431.4724764.7160基本組合（=1.2+1.4+1.4）8521.1923264.16966386.7258739.93251238.00327預(yù)應(yīng)力鋼束估算及布置7.1預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量估算根據(jù)公預(yù)規(guī)規(guī)定，預(yù)應(yīng)力梁

47、應(yīng)滿足使用階段的應(yīng)力要求和承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度條件。以下就以跨中截面在各種效應(yīng)組合下，分別按照上述要求對(duì)主梁所需的鋼束進(jìn)行估算，并以此確定主梁的配筋數(shù)量。按正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求估算鋼筋數(shù)量：主梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，按正常使用極限狀態(tài)作用效應(yīng)組合計(jì)算時(shí)，截面不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，根據(jù)此要求，鋼筋預(yù)加力應(yīng)滿足式中，(cm3)為短期效應(yīng)彎矩組合值，為預(yù)應(yīng)力鋼筋束截面重心到底緣的距離，可預(yù)先假定為18cm；計(jì)算得：擬采用7s15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線，單根鋼絞線截面積1.4，一束鋼絞線面積=cm2，鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，張拉控制應(yīng)力取，預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的20%估算，則所需預(yù)應(yīng)力鋼束數(shù)量為：

48、。7.2預(yù)應(yīng)力鋼束的布置圖7.1 預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖（單位：mm）根據(jù)規(guī)范對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束布置的有關(guān)規(guī)定，擬布置預(yù)應(yīng)力鋼束如圖7.1。跨中預(yù)應(yīng)力鋼束群重心到梁底距離：(cm)錨固端預(yù)應(yīng)力鋼束群重心到梁底距離：(cm)為保證預(yù)加力不使梁上下緣出現(xiàn)拉應(yīng)力，應(yīng)使預(yù)應(yīng)力鋼束群重心在梁截面上下核心以內(nèi)，以下就對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束群重心進(jìn)行復(fù)核。計(jì)算圖示如圖.2，錨固端截面幾何特性計(jì)算列于表7.1其中 上核心距下核心距 說(shuō)明鋼束重心在截面核心范圍內(nèi)，鋼束布置合理。表7.1 錨固端截面幾何特性分塊面積Ai到上緣距離yi對(duì)上緣靜矩Si自身慣性矩Iidi=ys-yi對(duì)形心慣性矩IxI=Ii+Ixcm2cmcm3cm4cmcm

49、4cm4翼板352082816075093.33333357.69763183311718138.85111793232.185三角承托60.7517.51063.12568.3437548.197631833141122.96165141191.3054腹板75469370177812192768-27.3023681675624934.094517817702.0911126.75731001.12529752125.58圖7.2鋼束群重心位置復(fù)核圖（單位：dm）7.3確定鋼束彎起角和線形圖7.4 鋼束計(jì)算圖在確定鋼束彎起角度時(shí)，綜合考慮由預(yù)應(yīng)力鋼束彎起產(chǎn)生的預(yù)剪力和彎起引起的摩擦損失，角度不宜過(guò)大。初步擬定4號(hào)和5號(hào)鋼筋彎起角為5°，其他鋼筋彎起角為7°，所有鋼束線形均為直線加圓弧加直線。圖7.3錨固端尺寸圖（單位：cm）7.4鋼束計(jì)算7.4.1計(jì)算鋼束起彎點(diǎn)到跨中的距離首先計(jì)算錨固點(diǎn)到制作中線的距離：(cm)參照?qǐng)D7.4計(jì)算鋼束起彎點(diǎn)到跨中線的距離，計(jì)算列于表7.2：表7.2 彎起點(diǎn)到跨中距離計(jì)算鋼束號(hào)彎起高度yy1y2L1x3Rx2x1cmcmcmcmcm°cmcmcm113779.215112.7849650645.155071715.2115209.0317624.5