20米空心板橋畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 2009 屆土木 工程專業(yè) 0509081 班級(jí)題目 20 米預(yù)應(yīng)力混凝土空心板 橋設(shè)計(jì)姓名學(xué)號(hào) 050908126 指導(dǎo)教師馬亞麗職稱副 教授二0 0九年五月二十七日內(nèi)容摘要立足橋 梁設(shè)計(jì)的基本原則堅(jiān)持合理選用標(biāo)準(zhǔn)本著質(zhì)量第一、節(jié)約資 源的設(shè)計(jì)理念以及綜合考慮所提供的設(shè)計(jì)資料本次設(shè)計(jì) 20 米預(yù)應(yīng)力空心板橋主梁依照部分預(yù)應(yīng)力 A 類構(gòu)件方 案設(shè)計(jì)采用先張法超張拉工藝施工。依據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通 用規(guī)范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 等國(guó)家通用規(guī)范依序完成承載能力及正常使用兩大極限狀 態(tài)設(shè)計(jì)以及持久和短暫狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算充分保證了本橋全壽 命周期的安全度。

2、 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括空心板、蓋梁、 樁柱三大部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算。分別先后完成幾何尺寸設(shè)計(jì)、 荷載組合計(jì)算、鋼筋配置及驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算、裂縫及 變形驗(yàn)算、持久和短暫狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算等具體項(xiàng)目每一部分都 有詳細(xì)、精確的計(jì)算過程。 本次設(shè)計(jì)成果有計(jì)算書和配套 施工圖紙。 關(guān)鍵詞預(yù)應(yīng)力空心板蓋梁樁柱 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 錄 第一章 設(shè)計(jì)資料 7 1.1 地質(zhì)、地貌及標(biāo)高 7 1.2 跨徑及橋?qū)?7 1.3 設(shè)計(jì)荷載 7 1.4 材料 7 1.4.1 混凝土 7 1.4.2 鋼筋 8 1.4.3. 板式橡膠支座 8 1.5 施工工藝 8 1.6 結(jié)構(gòu)尺寸 8 1.6.1 空心板的橫斷面尺寸見圖所示8 1.6.2 上部構(gòu)造尺寸如下9

8、1.7 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考9 第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)9 2.1 方案比9 2.2 上部結(jié)構(gòu)計(jì)11 2.2.1 主梁截面幾何特性計(jì)算先計(jì)算中板后計(jì)算邊板 11 2.2.2 作用效應(yīng)計(jì)算 12 2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋面積的估算及預(yù)應(yīng)力鋼筋布置 21 2.3.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算 21 2.3.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置 24 2.3.3 普通鋼筋數(shù)量的估算和布置 24 2.4 主梁截面換算特性計(jì)算 25 2.4.1 中板 25 2.4.2邊板 27 2.5 主梁截面強(qiáng)度及應(yīng)力驗(yàn)算 28 2.5.1 正截面強(qiáng)度計(jì)算 28 2.5.2 斜截面強(qiáng)度驗(yàn)算 29 2.6 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算 34 2.6.1 錨具變形、鋼筋回縮引

9、起的應(yīng)力損失a 2134262加熱養(yǎng)護(hù)引起的損失4l6l3l5l34 2.6.3預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛引起的損失35 2.6.4混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失35 2.6.5 混凝土收縮徐變引起的應(yīng)力損失36 2.6.6 預(yù)應(yīng)力損失組合4027 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算41 2.7.1 正截面抗裂性驗(yàn)算41 2.7.2 斜截面抗裂性驗(yàn)43 2.8 空心板變形計(jì)46 2.8.1 正常使用階段的撓度計(jì)46 2.8.2 預(yù)加力引起的反拱度計(jì)算及預(yù)拱度設(shè)置47 2.9 持久狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)49 2.9.1 跨中截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算50 2.9.2 跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉應(yīng)力驗(yàn)算50 2.9.3 斜截面主應(yīng)力驗(yàn)51 2

10、.10 空心板截面短暫狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)55 2.11 最小配筋率復(fù)61 2.12 橋梁下部結(jié)構(gòu)的計(jì)62 2.12.1 蓋算 73 第三章 附圖附表 803.1 80 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 7 第一章 設(shè)計(jì)資料 1.1 地質(zhì)、地貌及標(biāo)高 橋址位于地勢(shì)平坦地區(qū)河床淤泥頂標(biāo) 高-0.2m常年水位標(biāo)高0.7m橋面頂標(biāo)高5.2m。地基土上層為 硬塑粘性土下層為中密細(xì)砂夾 礫石。 1.2 跨徑及橋?qū)?本設(shè) 計(jì)為兩等跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋。 標(biāo)準(zhǔn)跨徑 20m 主梁全 長(zhǎng)19.96米 計(jì)算跨徑19.5米 橋?qū)拑粢?.02 X).75m 1.3設(shè)計(jì) 荷載 公路I級(jí) 人群荷載3.5k

11、N/m2 1.4材料1.4.1混凝土 采 用 C50 混凝土澆注預(yù)制主梁欄桿和人行道板采用 C30 混凝土 C30 防水混凝土和瀝青混凝土磨耗層鉸縫采用 C40 混凝土澆 注封錨混凝土也使用 C40 橋面連續(xù)采用 C30 混凝土。 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 8 1.4.2 鋼筋 普通鋼筋主要采用 HRB335 鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋為鋼絞線。1.4.3. 板式橡膠支座 采用三元乙丙橡膠采用耐寒型尺寸根據(jù) 計(jì)算確定。 1.5 施工工藝 先張法施工預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用兩 端同時(shí)對(duì)稱張拉。 1 .6結(jié)構(gòu)尺寸 1.6.1 空心板的橫斷面尺寸 見圖所示 預(yù)制中板 101010315R

12、30105101056565 預(yù)制邊板 30.510315R3065551083555555123.510128105655 圖 1 空心 板截面構(gòu)造及尺寸尺寸單位 cm 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 9 1.6.2 上部構(gòu)造尺寸如下圖3cm 細(xì)粒瀝青混凝土 4cm 粗粒瀝青混凝土 10cm C30 防水砼 中 i1.5i1.5103103103817112525 心線梁橋 圖 2 橫斷面布置圖 尺寸單位 cm 1.7 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考書 1、公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) JTGB01-2003 2 、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 JTG D60-2004 3、 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力

13、混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D62-2004 4 、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 023-85 5、公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)梁橋上冊(cè)人民交通 出版社 1996 年 6、 橋梁工程本科教材 7、混凝土簡(jiǎn) 支梁板橋易建國(guó)編第二版人民交通出版社 2000 年 第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.1 方案比選 設(shè)計(jì)的橋?yàn)榭鐝綖?20 米的中型橋 采用公路 I 級(jí)荷載為設(shè)計(jì)荷載 2009屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 10 人群荷載 3.5kN/m2 。經(jīng)綜合 比較采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋且邊板與中板采用不同的 截面形式即直接在邊板懸出挑梁來承擔(dān)人行荷載。 比較優(yōu) 勢(shì)分析如下 1. 板橋的

14、優(yōu)點(diǎn) 建筑高度小使用于橋下凈空受 限制的橋梁與其它類型橋梁相比可以降低橋頭引道路堤高 度縮短引道的長(zhǎng)度。板橋外形簡(jiǎn)單制造方便既便于采用土模 技術(shù)又便于進(jìn)行工廠化成批生產(chǎn)且空心板橋重量輕運(yùn)輸、安 裝均比較方便。預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支板橋常用跨徑在 20 米以 下。 2. 預(yù)應(yīng)力優(yōu)點(diǎn) 有效利用現(xiàn)代高強(qiáng)度材料減小了構(gòu)件截 面降低自重增大跨越能力節(jié)省鋼材達(dá)到了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 預(yù)應(yīng)力橋梁剛度大在長(zhǎng)期荷載作用下減小裂縫發(fā)生的可能 提高構(gòu)件的耐久性。 3. 裝配式的優(yōu)點(diǎn) 構(gòu)件的尺寸及形式趨 于標(biāo)準(zhǔn)化可采用大規(guī)模工業(yè)化制作。裝配式構(gòu)件可以節(jié)省勞 動(dòng)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度提高工程質(zhì)量和生產(chǎn)力降低了工程造 價(jià)。構(gòu)件制作不受

15、季節(jié)、天氣影響保證了預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量上 下部同時(shí)施工也加快了施工進(jìn)度縮短了工期節(jié)省了大量模 板的消耗。 綜合以上優(yōu)點(diǎn)選用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋較為 經(jīng)濟(jì)、合理。 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力 簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 11 2.2 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算 2.2.1 主梁截面幾何特性 計(jì)算先計(jì)算中板后計(jì)算邊板 1.毛截面面積 A 221482921510521510652151023085103cmA 中板 邊板 5806215.30776521551021655102151030855.133222cmA 2. 質(zhì) 心 正向上為負(fù)對(duì)于圓心橫軸向下為 66.16653130210565313025653

16、5532255557025.2851031ayAcm ya4157 故距下緣為 40.43cm 兩邊鉸縫對(duì)圓心軸的距離 cmya15.0110066.166 3. 空心板毛截面對(duì)質(zhì)心慣性矩 中板 1011945.457.430646057.415.011005.257.48510312851034222 42231mI 109178.4422mI 空心板截面的抗扭剛度可簡(jiǎn)化為下 圖圖 3 的單向截面來近似計(jì)算 423212210911812.524mthtbtbhbIT 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 12 404315431027 圖 3 截面 的抗扭剛度簡(jiǎn)化圖

17、2.2.2 作用效應(yīng)計(jì)算 1. 永久作用效應(yīng) 1 空心板自重第一階段結(jié)構(gòu)自重 g12310.48326/12.558/gmkNmkNm 中板 2310.58126/15.106/gmkNmkNm 邊板 2 橋面系自重第二階段 結(jié)構(gòu)自重 人行道及欄桿重力平均分布于各板上欄桿 5/21/10kNmkNm 橋面鋪裝瀝青混凝土 0.071.04341.747/kNm 混凝土 0.11.04262.704/kNm 鉸縫自重 0.118526/3.08/kNmkNm 3 恒載自重 g 12.5883.0814.451121.09/iggkNm 中板 15.1063.0814.451123.638/iggk

18、Nm 邊板 計(jì)算圖式如圖 4 設(shè) x 為計(jì)算截面離左支座的距離并令 Lx2009 屆土木工程專業(yè)畢 業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 13 則主梁彎矩和剪力的 計(jì)算公式分別為 2/12LggMMg 4/21LggVVg 由此可計(jì)算簡(jiǎn)支 空心板永久作用自重效應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下 永久作用效應(yīng)匯總 表 表 1 2. 可變作用效應(yīng) 本示例汽車荷載采用公路 I 級(jí)荷載 它由車道荷載及車輛荷載組成車道荷載 qk10.5kN/m 和 23855055.19180360180kNpk 的集中荷載組成。 而在計(jì)算剪力 效應(yīng)時(shí)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 pk 應(yīng)乘以 1.2 的系數(shù)即計(jì)算剪力時(shí) pk ' 1.2pk1.2

19、x 238285.按橋規(guī)車道荷載的均布系數(shù)應(yīng) 滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)作用類型 作用 gikN/m 計(jì)算 跨徑 m 計(jì)算效應(yīng) MkN.m 作用效應(yīng) VkN 中板 邊板 中板 邊板 跨中 1/8gl2 1/4 跨 3/32gl2 支點(diǎn) 1/2gl 1/4 跨 1/4gl 跨中 中板 邊板 中板 邊板 中板 邊板 中板 邊板 中板 邊板 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 圖 4 恒載內(nèi)力計(jì)算圖式 VRgL/2 x VxMxL19.5mx2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張

20、法預(yù)應(yīng)力 簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 14 的同號(hào)影響線上。集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于 相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線峰值處多車道橋梁還要考慮 多車道折減本示例布置雙車道不折減 . 1 荷載橫向分布系數(shù) 計(jì)算 1支座處的荷載橫向分布系數(shù)m0 的計(jì)算杠桿法 支點(diǎn)處的荷載橫向分布系數(shù)按杠桿原理法計(jì)算。 首先繪制橫向 影響線圖在橫向影響線上按最不利荷載布置根據(jù)對(duì)稱性只 需計(jì)算 1、2、3、4、5 號(hào)板的荷載橫向分布系數(shù)即可。 1 號(hào) 板汽車 oqm1/2i2346.0210.1173 人群 orm i 1.188 13018010i1.5252550180qr124356789qr1.1880.23461.00 2 跨中

21、及 L/4 處的荷載橫向分布系數(shù) 預(yù)制板間采用企口縫連接所 以跨中的荷載橫向分布系數(shù)按鉸接板法計(jì)算。 首先計(jì)算空 心板的剛度系數(shù)Y圖5 12號(hào)板支點(diǎn)處橫向分布影響線2009屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 15 其 中 14.11945 X!0-2m4 b104cml19.5m 故 0115.05.1904.110911812.51011945.48.5222 綜上從 ltlt 梁橋工 程 gtgt 中的鉸接板荷載橫向分布影響線用表附表中查表在Y 0.0和Y 0.0內(nèi)插求得Y 0.015時(shí)1號(hào)至4號(hào)板在車道荷載 作用下的荷載橫向分布系數(shù)值。 計(jì)算結(jié)果如下圖 6 所示 3 支 點(diǎn)到

22、 L/4 處的荷載橫向分布系數(shù) 支點(diǎn)到 L/4 處的荷載橫向分 布系數(shù)按直線內(nèi)插法求得計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤?2. 橫向分布 系數(shù)匯總表 表 2 荷載 類別 1 號(hào) 2 號(hào) 3 號(hào) 4 號(hào) 5 號(hào) mc mo mc mo mc mo mc mo mc mo 汽車 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 荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化 在計(jì)算荷載的橫向分布系數(shù)時(shí)通常用 ? 6? 5 杠桿原理法 ? 6? 6 來計(jì)算荷載位于支點(diǎn)處

23、的 橫向分布系數(shù) m0 而用其它 的方法來計(jì)算荷載位于跨中的橫向分布系數(shù) mc 這是因?yàn)楹?載在橋跨縱向的位置不同對(duì)某一主梁產(chǎn)生的橫向分布系數(shù) 也各異。位于橋跨其它位置的荷載橫向分布系數(shù)的處理方法 是方法一對(duì)于無中間橫隔梁或僅有一根中間橫隔梁的情況 跨中部分采用不變的 mc 從離支點(diǎn) l/4 處起至支點(diǎn)的區(qū)段內(nèi) mc 呈直線形 2225.84TTEIbIbGIlIl2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 16 過渡方法二對(duì)于有多根 內(nèi)橫隔梁的情況 mc 從第一根內(nèi)橫隔梁起向 m0 直線過渡。 依據(jù)公路橋涵通用規(guī)范規(guī)本設(shè)計(jì)跨中采用不變的 mc 從 離支點(diǎn) L/4 處起至支點(diǎn)的

24、區(qū)段內(nèi) mx 呈直線過渡的 方法計(jì)算 如圖 6所示。 圖 6 各板橫向分布系數(shù)沿橋跨方向變化圖 1 沖擊系數(shù)卩的計(jì)算公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D60-2004 第 4.3.2 規(guī)定汽車沖擊系數(shù)的計(jì)算采用以結(jié)構(gòu)基頻為主要影 響因素的計(jì)算方法對(duì)于簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)頻率 f 可采用下式計(jì)算 ccmEIlf22 中板 41045.3cE MPa21011945.4cIm45.19lm9.1231gGmckg/m 分別代入公式436.49.123181.91011945.41045.35.192142.32102 中 fHz 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 17 1.5Hz wfw

25、 14HZ所以有 248.00157.0436.4ln1767.0通用規(guī) 范JTG D60 20044.3.2所求有11.248 2按通用規(guī)范JTG D60 2004第4.3.1規(guī)定公路一I級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 5.10KqKN/m 。 集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)插為 23818055018036055.19KPKN 人群荷載 25.20.375.0rqKN/m 計(jì)算彎矩所用公式為 1ypmqmMkikkiKQ rriKQqmM2 1 號(hào)板 L/2 截面圖 7 彎矩mkNqypmMkkkcKQ82.485215.19875.45.10875.42382346.00.1 248.0111 30.6

26、0682.485248.1111KQKQMMKN m 09.2595.1062346.0215.19875.425.22346.02KQMKN m 2009 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 18 1950L/44.875DLL/847.531975DLL/82.43750.50.50.17310.234 60.17311.1881.1880.24210.2421 公路-I 級(jí)人群 圖 7 跨中截面 彎矩剪力 2 剪力kNqypmVkkkcKQ3.49215.05.19215.105.06.2852346.0248.1121 526.613.49248.1111KQKQVVKN kNVKQ286.19534.05332.0484.52346.02346.0188.145.1921424 25.193145.192125.195.025.22346.02 2009 屆土木工程專業(yè)畢 業(yè)設(shè)計(jì) 先張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì) 19 圖8 L/4 截面彎矩剪力 圖 9 支點(diǎn)截面彎矩