混凝土設(shè)計(jì)方案

寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0 混凝土設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)基本資料 本次設(shè)計(jì)的橋梁 0 號(hào)橋臺(tái)位于 ， 1 號(hào)臺(tái)位于 ，為 30m 跨徑的小型橋梁，設(shè)計(jì)荷載為公路 I 級(jí)荷載，人群為 車(chē)道為雙向四車(chē)道，預(yù)應(yīng)力主梁采用 凝土。以以上資料結(jié)合 橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、適用性、安全性、美觀性和施工難易程度為考慮因素，綜合考慮各設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋作為比選方案，從兩個(gè)合理方案中比選一個(gè)最優(yōu)方案，作為此次的設(shè)計(jì)方案。 案一：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁橋 預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱型梁橋具有結(jié)構(gòu)剛度大，橋面變形小，動(dòng)力性能好，變形曲線平順，有利于高速行車(chē)等優(yōu)點(diǎn)。但是連續(xù)梁橋是一種外部超靜定結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)不均勻沉降將引起結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力，因此對(duì)基礎(chǔ)要求高，工藝要求較為嚴(yán)格，需要先進(jìn)的技術(shù)和機(jī)械設(shè)備，需要用吊裝法施工。 在連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)中，橋梁全長(zhǎng) 30m，可采用兩跨，這樣能保證橋下有足夠的排洪面積，使河床不至于遭受過(guò)大的沖刷。此橋可分為兩孔，不考慮通航要求，橋高為 28m，最大縱坡 2%，人行道、非機(jī)動(dòng)車(chē)道、行車(chē)道可分為 1m+1m+16m+1m+1m=20m，具體結(jié)構(gòu)布置圖1 所示：圖 1 連續(xù)梁橋方案圖 案二、預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋 由于預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋靜定結(jié)構(gòu)受力明確，不受基礎(chǔ)限制，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，應(yīng)用廣泛，易于標(biāo)準(zhǔn)化，使用吊裝法施工，易適用于小跨徑橋梁。此橋全長(zhǎng) 30 米，可選用一跨簡(jiǎn)支梁，梁型為 T 梁，其跨徑較小，施工方便又能保證橋下有很大的排洪面積和空間，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋梁高為高跨比的 1/251/15，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中高跨比約 在 1/181/19, 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 圖 2 簡(jiǎn)支梁橋方案圖 本橋采用 主梁高度，橋高為 28 米。橋面設(shè)有 2%橫坡度，其具體結(jié)構(gòu)如圖 1 表 1方案比選表 序 號(hào) 比較項(xiàng)目 方案類(lèi)別 第一方案 第二方案 主梁：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁橋 主梁：預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支 T 型梁橋 1 橋高（ m） 28 28 2 梁長(zhǎng)（ m） 最大縱坡（ %） 2 2 4 經(jīng)濟(jì)性 全橋總長(zhǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性不易簡(jiǎn)化，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用高。 結(jié)構(gòu)尺寸易于系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)化施工管理工作，施工方 便，降低施工費(fèi)用。 5 適用性 結(jié)構(gòu)手里性能較好，無(wú)伸縮，行車(chē)較為平順，抗震能力強(qiáng)。 橋型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，車(chē)輛和行車(chē)能安全順利同行，橋下有足夠的排洪面積。 6 美觀性 由于橋梁跨徑很小，造型顯得復(fù)雜化。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型沒(méi)關(guān)，能與環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 7 施工難易程度 施工較為復(fù)雜化，需要先進(jìn)的技術(shù)和工藝要求 施工簡(jiǎn)單，方便，節(jié)省工程費(fèi)用。 基于經(jīng)濟(jì)性、適用性、安全性、美觀性和施工難以程度的綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇方案二為設(shè)計(jì)方案：預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第二章 尺寸擬定 長(zhǎng)和跨徑 橋梁的梁長(zhǎng)： 準(zhǔn)跨徑： 30m，計(jì)算跨徑： 梁高度 預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋的主梁高度為高跨比的 1/251/15，增大梁高可以節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼筋束的用量，同時(shí)梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加的不多，主梁高度， 梁間距和片數(shù)的確定 主梁間距通常應(yīng)隨梁高與跨徑的怎大而加寬為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)加寬翼板對(duì)提高主梁截面效率指標(biāo)很有效，故在許可條件下適當(dāng)加寬 T 梁翼板。但標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)主要為配合各種橋面寬度，是橋梁尺寸標(biāo)注而采用統(tǒng)一的主梁間距。交通 公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖中，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁 T 梁跨從 1640m，主梁間距應(yīng)為 慮人行道適當(dāng)挑出，凈 2 2m 的橋?qū)拕t選用 13 片主梁，如圖 3 所示： 圖 3 主梁的間距和片數(shù) 梁截面細(xì)部尺寸 T 梁翼板的厚度主要取決于橋面承受車(chē)輪局部荷載的要求，還應(yīng)考慮能否滿足主梁受彎時(shí)上翼板受壓的強(qiáng)度要求。本設(shè)計(jì)預(yù)制 T 梁的翼板端部厚度取 8板的根部厚度取14 在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中腹板因主拉應(yīng)力甚 小，取其 T 梁腹板厚度為 16蹄尺寸基本由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定的，設(shè)計(jì)時(shí)間表明，馬蹄占截面總面積的 10%20%為合適，本設(shè)計(jì)取馬蹄的寬度為 32度為 28蹄與腹板交接做成 45斜坡的折線鈍角，主梁間距為 160 2工作縫）， T 梁上翼板寬度為 158梁支點(diǎn)和跨中截面圖如圖 4 所示： 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 圖 4 主梁的支點(diǎn)和跨中截面圖 隔梁的布置 在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布，當(dāng)該 處有橫隔梁時(shí)比較均勻，否則直接在荷載作用下的主梁彎矩很大，為減少對(duì)主梁設(shè)計(jì)起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設(shè)置一道橫隔梁，當(dāng)跨度較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置較多的橫隔梁，本設(shè)計(jì)在橋跨中，支點(diǎn)和四分點(diǎn)處設(shè)置五道橫隔梁，橫隔梁的間距為 體布置圖如圖 5 所示： 圖 5 橫隔梁布置圖 面鋪裝 機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道橋面鋪裝均為 8重為 2KN/2層容重為 24KN/群為 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第三章 主梁的內(nèi)力計(jì)算 載內(nèi)力計(jì)算 制梁自重（第一期恒載） 1）、跨中截面主梁自重 2）、馬蹄抬高與腹板變寬部分的自重 (3）、支點(diǎn)段梁的自重 4）、邊主梁的橫隔梁自重 圖 6 內(nèi)橫隔梁和端橫隔梁圖 內(nèi)橫隔梁的體積 21 0 8 4 端橫隔梁的體積 20 8 3 4 0 6 7 0 8 3 4 4 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 5）、第一期恒載 411/4 7 3 二期恒載 1）、橋面鋪裝 2 9 1 2）、欄桿和人行道 0 6 梁恒載內(nèi)力計(jì)算 如圖 7 所示，設(shè) x 為計(jì)算截面離左支點(diǎn)的距離，并令，則：主梁彎矩和剪力的計(jì)算公式分別為： )1(21 (21 恒載內(nèi)力計(jì)算表如表 3示： 表 3 內(nèi)力計(jì)算表 計(jì)算數(shù)目 荷載集度 l= 目 )1(21 (21 Q 1/8 1/8 0 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 (1 0 (1 0 載的內(nèi)力計(jì)算 點(diǎn)處內(nèi)力影響線 當(dāng)荷載位于支點(diǎn)處時(shí)，應(yīng)按杠桿原理法計(jì)算荷載的橫向分布系數(shù)，各號(hào)梁的橫向分布系數(shù)影響線和最不利荷載圖如圖 8 所示： 號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁圖 8 支點(diǎn)處的荷載橫向分布系數(shù) 支點(diǎn)處荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果： 1 號(hào)梁： 汽車(chē)： 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 人群： 號(hào)梁： 汽車(chē)： 群： 號(hào)梁： 汽車(chē)： 他梁同 3 號(hào)梁 算幾何特性（其他截面 ） 1）、計(jì)算主梁的抗彎慣性矩 主梁截面重心位置 翼板的換算平均高度： 12148 6160(21501615021111)16160( 3 主梁抗彎慣性矩： 432323109125)501615016121)1)16160(11)16160(121x主梁的比擬單寬抗彎慣性矩： 5 7 0 3 2160 109 1 2 5 43 2）、橫隔梁的抗彎慣性矩： 每根中橫隔梁的尺寸如圖 9 所示， 圖 9 中橫隔梁尺寸圖 按橋梁工程人民交通出版社表 2定翼板的有效作用寬度 。橫隔梁的長(zhǎng) 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 度取為兩根邊主梁的軸線距離，即： 9 2 01 6 01212 , 查表 2： 當(dāng)： c/l=， c ，所以 03 6 77 8 求橫隔梁截面重心位置 y 故橫隔梁的抗彎慣性矩為： 43232108100)192130(1301515015121)21119(112902112902121 3y 橫隔梁比擬單寬抗彎慣性矩為： 1 0 8 1 47 4 9108 1 0 0 43 3）、主梁和橫隔梁的抗扭慣性矩 主梁翼板的平均厚度： 121481 1 1 016/ 查表得： C=： 4333 1150(對(duì)于橫隔梁梁肋： 1 2 11 3 0/(15/ 查表得： C=： 433 1130(所以： 172974912250016017930011311131 4331 算參數(shù)和 44 中的 B 為橋梁城中結(jié)構(gòu)的半寬。 式中的 G 取 ： 1 2 1 4 7 算各主梁橫向影響線坐標(biāo) 已知 =附錄 “ 計(jì)算圖表可查得影響系 數(shù) 1K 和0表 3 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 3 影響系數(shù) 1K 和0系數(shù) 梁位 荷載位置 校核 B 3B/4 B/2 B/4 0 K 0 ，實(shí)際梁位與表列梁位的關(guān)系圖如圖 10 所示： 圖 10 實(shí)際梁位與表列梁位的關(guān)系圖 因此對(duì)于 1 號(hào)梁：34343 對(duì)于 2 號(hào)梁：34343 對(duì)于 3 號(hào)梁：143214321 對(duì)于 4 號(hào)梁：121412141 對(duì)于 5 號(hào)梁：121412141 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 對(duì)于 6 號(hào)梁：0410410 01 6 0)( 對(duì)于 7 號(hào)梁：0 將 、 、 、 、 、 和 號(hào)梁的橫向影響線坐標(biāo)值計(jì)算如表 3 3 橫向影響線坐標(biāo)值 梁號(hào) 算式 荷載位置 B 3/4B 1/2B 1/4B 0 B B B B 1 3111 B 3000 1 )( 01 )( 010 311 K 3111 B 3000 1 )( 01 )( 010 321 K 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 114311 B 104300 1 )( 01 )( 010 331 K 112111 B 102100 1 )( 01 )( 010 341 K 112111 B 102100 1 )( 01 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 )( 010 351 K 104111 04100 1 )( 01 )( 010 361 K 101 0190 00 1 )( 01 )( 010 371 K 其他截面內(nèi)力影響線 首先選用上表中計(jì)算所得的荷載影響線坐標(biāo)值繪制影響線圖，如圖 11 所示，（途中帶小圈的坐標(biāo)是表列各荷載的數(shù)值）在影響線 上按橫向最不利位置布置荷載后，就可按相對(duì)應(yīng)的影響線坐標(biāo)值求得主梁的橫向分布系數(shù)。 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁號(hào)梁圖 11 荷載影響線坐標(biāo)值 對(duì)于各梁截面的車(chē)輛和人群荷載影響線分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表 3示： 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 表 3 荷載影響線分布系數(shù) 梁號(hào) 荷載 1 2 3 4 5 6 7 載內(nèi)力的計(jì)算 1）、沖擊系數(shù) 的計(jì)算 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（ 定，汽車(chē)沖擊系數(shù)的計(jì)算采用的結(jié)構(gòu)基頻 為主要影響因素的計(jì)算方法，結(jié)構(gòu)頻率 f 可采用下式計(jì)算： 2 22 對(duì)于上式中： ， 210 /1025.3 ， ， 2/81.9 ， ， 409125.0 。 所以： 則： 即： 按通用規(guī)范（ 定，公路 車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值 50 80 ，畫(huà)出各控制截面的內(nèi)力影響線如表 3示： 表 3 各控制截面的內(nèi)力影響線圖和面積 內(nèi)力類(lèi)型 影響線面積（ 影響線圖線 2m m m 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 m 21 83 41 3）、計(jì)算各主梁在各控制截面的彎矩和剪力 四車(chē)道折減系數(shù)為： 縱向每延米人群荷載集度： 矩計(jì)算公式： )()1( 剪力計(jì)算公式： )1( 計(jì)算結(jié)果如表 3表 3示： 表 3各主梁在各控制截面的車(chē)輛荷載彎矩和剪力 控制截面 梁號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1/2 截面 1/2 ）、計(jì)算各梁支點(diǎn)面汽車(chē)荷載的最大剪力 做各梁荷載橫向分布系數(shù)沿橋垮方向的變化圖和支點(diǎn)剪力影響線，如圖 12 所示， 橫向分布系數(shù)變化區(qū)段長(zhǎng)度： 2 1 道 荷 載 0 . 2 8人 群 荷 載 1 . 1 9影 響 線 1 . 0 0號(hào)梁影響線 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 影響線 1 . 0 0號(hào)梁影響線車(chē)道荷載 0 . 5人群荷載 0 . 1 8 8車(chē)道荷載 0 . 5 9 4人群荷載 0影響線 1 . 0 0號(hào)梁影響線影響線 1 . 0 0人群荷載 0車(chē)道荷載 0 . 5 9 4號(hào)梁影響線 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 影響線 1 . 0 0人群荷載 0車(chē)道荷載 0 . 5 9 4號(hào)梁影響線影響線 1 . 0 0人群荷載 0車(chē)道荷載 0 . 5 9 4號(hào)梁影響線影響線 1 . 0 0車(chē)道荷載 0 . 5 9 4號(hào)梁影響線圖 12 各梁荷載橫向分布系數(shù)沿橋垮方向的變化圖和支點(diǎn)剪力影響線圖 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 附加三角形荷載重心處的影響線坐標(biāo)為： ， 由公式：0 )1( ()1( 00 計(jì)算 結(jié)果如表 3示： 表 3 支點(diǎn)處的剪力和彎矩 梁號(hào) 控制截面 1 2 3 4 5 6 7 車(chē)道 群 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第四章 主梁內(nèi)力組合和包絡(luò)圖 分別計(jì)算各主梁在各控制截面的彎矩和剪力的作用效應(yīng)組合 本組合 結(jié)構(gòu)重要系數(shù) ;永久荷載作用分項(xiàng)系數(shù) ， ，對(duì)于人群荷載，其他可作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù) j ，作用效應(yīng)組合分項(xiàng)系數(shù)8.0c ， 由公式： )(1 11100 計(jì)算結(jié)果如表 4示： 表 4 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)作用效應(yīng)的基本組合 梁號(hào) 內(nèi)力 結(jié)構(gòu)自重 汽車(chē)荷載 人群荷載 基本組合值 1 (m) (m) (m) (m