毕业论文-预应力混凝土空心板桥设计17018.docx
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1、核准通过,归档资料。未经允许,请勿外传!郑州航空工业管理学院毕业论文(设计)届土木工程(道路与桥梁方向)专业班级题目预应力混凝土空心板桥设计姓名学号指导教师职称讲师年五月三H内容摘要预应力混凝土空心板在我国桥梁建筑上占有重要的地位,在目前,对于中小跨径的的永久性桥梁,都在尽量采用预应力混凝土空心板桥,因为这种桥梁具有就地取材,工业化施工,耐久性好,适应性强,整体性好的优点。从而决定了本设计中桥型的选择,整个的计算方法。本文对一个2X20米先张法预应力混凝土空心板简支桥进行了设计验算。文章拟定了桥梁的上部结构尺寸,对荷载内力进行了计算,并且对主要构件进行了强度承载能力极限状态和正常使用极限状态验
2、算。其中,上部结构尺寸的拟定,主要参考了桥涵规范及相关范例;利用钱接板法和杠杆原理法求解横向分布系数,并且参考相关范例对10块空心板进行了分组,从而可以查表得出横向分布影响线,进而求得横向分布系数。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DesignofPre-stressedConcreteHollowSlabBridgeShuangzheny
3、iTutorzZhangDayingAbstractPrestressedconcretehollowslabbridgeconstructioninChinaoccupiesanimportantpositioninthesmallspanpermanentbridges,areasfaraspossiblePrestressedConcreteHollowSlab,becausethebridgewithlocalmaterials,industrialconstruction,durability,adaptability,integrityadvantages.Todeterminet
4、hedesignofthebridgetypeselection,theentirecalculationmethod.Inthispaper,a20-meterpre-tensionedprestressedconcretehollowslabsimplysupportedbridgedesignchecking.Theintendedsizeoftheupperpartofthebridgestructure,theloadinternalforceswascalculated,andthemaincomponentsofstrengthultimatelimitstateandservi
5、ceabilitylimitstatechecking.Amongthem,theintendedsizeoftheupperstructure,themainreferencebridgesandculvertsspecificationandexamples;hingeplatemethodandtheleverprinciplemethodtosolvethelateraldistributioncoefficientandreferenceexample10hollowboardpacket,whichcanlook-uptabledrawhorizontaldistributiono
6、fline,andthenobtainthelateraldistributioncoefficient.Thisdesignscontentmainlyincludes:Spatialcore,GeLiang,pilethreemajorpartdesignsandcomputation.Doesthingsinorderofimportanceandurgencycompletesthegeometrysizedesign,theloadcombinationcomputation,thesteelbardispositionandthecheckingcalculation,thelos
7、sofprestresscomputation,thecrackandthedistortioncheckingCalculationJastingandtheshortconditionstresscheckingcalculationandsoonspecificitems,eachparthasindetail,theprecisecomputationalprocess.Thisdesignachievementincludes:Accountbookandnecessaryconstructionblueprint.KeyWordsPre-stressed;Spatialcore;C
8、apbeam;Pile第一章桥梁设计概况1-1.1 地貌及标高1-1.2 水文1-1.3 地质1-1.4 跨径及桥宽1-1.5 设计荷载2-1.6 材料2-1.6.1. 混凝土2-1.6.2. 钢筋2-1.6.3. 板式橡胶支座2-1.7 施工工艺2-1.8 结构尺寸2-1.9 设计依据和参考书3-第二章方案比选4-第三章上部结构计算5-3.1主梁截面几何特性计算5-第四章作用效应计算6-4.1 永久作用效应6-4.2 可变作用效应8-4.3 内力组合效应16-第五章预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置19-5.1 预应力钢筋数量的估算19-5.2 预应力钢筋的布置21-5.3 普通钢筋数量的
9、估算和布置21-第六章主梁截面换算特性计算23-6.1 中板23-6.2 边板26-第七章主梁截面强度及应力验算27-7.1 正截面强度计算27-7.2 斜截面强度验算29-第八章预应力损失计算35-8.1 锚具变形、钢筋回缩引起的应力损失。35-8.2 加热养护引起的损失o35-8.3 预应力钢筋松弛引起的损失s36-8.4 混凝土弹性压缩引起的应力损失。37-8.5 混凝土收缩徐变引起的应力损失。37-8.6 预应力损失组合42-第九章正常使用极限状态计算44-9.1 正截面抗裂性验算44-9.2 斜截面抗裂性验算46-第十章空心板变形计算50-10.1 正常使用阶段的挠度计算50-10.
10、2 预加力引起的反拱度计算及预拱度设置52-第十一章持久状态应力验算55-11.1 跨中截面混凝土法向压应力验算55-11.3 斜截面主应力验算57-第十二章空心板截面短暂状态应力验算62-第十三章最小配筋率复核70-第十四章桥梁下部结构的计算72-14.1 盖梁72-14.2 桩柱计算86-96-预应力混凝土空心板桥设计班级:1109952学号:41姓名:双振毅指导老师:张大英讲师第一章桥梁设计概况1.1 地貌及标高该大桥址位于地势平坦地区,河床淤泥顶标高-0.25叫常年水位标高0.8m,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水文该区域为淮河上游支流汇水区域
11、,是东部地区地表水必经水道。该处河道比降较小,水流缓慢,对河床冲刷较小,桥墩对水流影响很小,不影响行洪。1 3地质该处位属河流冲积平原地貌,地质构造不发育,岩土层分布较均匀,岩体主要是寒武系石灰岩层,自上而下为:杂填土、黏土层、粗砂层、石灰岩层,地质稳定适合本桥建设;设计考虑石灰岩为持力层,河道内桩基基本没有土层,考虑桥墩的稳定,要求嵌岩深度大于桥规的规定。1.4 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T.0+2X0.75m1.5 设计荷载公路1级;人群荷载3.5kNm21 6材料1 .6.1.混凝土采用C50混凝
12、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;较缝采用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。1.6 .2钢筋普通钢筋主要采用HRB335钢筋,预应力钢筋为钢绞线。1.7 .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。1.8 施工工艺预制预应力空心板采用先张法施工工艺18结构尺寸空心板的横断面尺寸见图所示:预制中板预制边板图1.1空心板截面构造及尺寸(尺寸单位:Cm)部构造尺寸如下图:图1.2横断面布置图(尺寸单位:Cm)1.9 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
13、用规范(JTGD60-2004)3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004);4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85);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,人群荷载3.5kNm2o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 .板桥的优点:建筑高度小,使用于桥下净空受限制的
14、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。构件制作不受季节、天气影响,保证了预制构件
15、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。第三章上部结构计算3.1主梁截面几何特性计算1 .毛截面面积AA1IO385-3O2-2105 + 65(10 + 5) + (5 + 10)5-=4829cm2105(10+5)65IIA=I33.585-3OF-(65+77)30.5+(l0+5)5二5806cm2(边板)2 .质心”.c55(2,65x5。1-7055X5+35+30X65ag-213J2I3A1y=103852.5-25IOfln11.2I3)=166.66(对于圆心横轴:向下为正,向上为负)
16、y,=4157cm故距下缘为40.43cm两边较缝对圆心轴的距;离,=76666=-0.15cmi113.空心板毛截面对质心惯性矩I1=+)0385(4.57-2.5)2-1100(0.15+4.57)2-萼-3O24.572=4.1194510-2(m 1永久作用效应1)空心板自重(第一阶段结构自重)gl)(中板)I2=4.9178102(m4)空心板截面的抗扭刚度可简化为下式的单向截面来近似计算:l=t4Uhr=5.911812X102m4bb2n+t.hL第四章作用效应计算g1=0.483m326kNm3=12.588(kNm)(中板)g1=0.581m326kNm3=15.106(kN
17、m)(边板)2)桥面系自重(第二阶段结构自重)人彳谴及栏杆重力平均分布于各板上,栏杆:5kN11lrj=kNm10桥面铺装,沥青混凝:0.11.0423,392kHm混凝土:0.121.0425=3.12kNm较缝自重:O.1185X26kNm=3081kNm3)恒载自重gg=Zg=12.588+3.085.51+1=22.178(kNm)(中板)g=Zg=15.106+3.08+5.51+l=24.696(kNm)(边板)计算图式如图4.1,设X为计算截面离左支座的距离,并令也则:主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:M=g4=ga(l-)L22V4=g=g(1-2a)L4Vr=gL2由此可计算简
18、支空心板永久作用(自重效应)计算结果如下作用类型作用gi(kNm)计算跨径(In)计算效应M(kN.m)作用效应V(kN)中板边板中板边板跨中(I8gl2)1/4跨(332gl2)支点(l2gl)1/4跨(l4gl)跨中中板边板中板边板中板边板中板边板中板边板g21.0923.63819.519.51002.41124751.826842.66205.6230.5102.8115.200表4.1永久作用效应汇总表4.2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qk=10.5kNm和仇二凶),偏O-M)X二=二凶!)的集中荷载组成。而在计算剪力效应时,集中荷
19、载标准值Pk应乘以1.2的系数,即计算剪力时pk=L2pk=l.2238=285.6(kN)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m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:丁X0.2346汽车:N=I/2?=2=0.1173人群:m-n=1.188(2)跨中
20、及L/4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较接板法计算。首先计算空心板的刚度系数y:=吗平5.8峭4GI11)ItUJ其中|二5.10479X10-2(m4)b=104cml=19.5m,故:A*黑)= 0.0115综上,从梁桥工程中的钱接板荷载横向分布影响线用表(附表I)中查表9-1,92,9-3,9-4,在丫=0.01和y=0.02内插求得y=0.0162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4.3所示支点到L/4处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4.2.表4.2横向分布
21、系数汇总表荷载1号2号3号4号5号类别MeMoMeMoMeIDOmeMomemo-IO-汽车0.23460.17310.23650.50.23590.50.23080.50.22070.5人群0.24211.1880.165O0.13300.Ill00.0910(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“杠杆原理法”来计算荷载位于支点处的横向分布系数m,而用其它的方法来计算荷载位于跨中的横向分布系数me,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
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