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                        蘇州201省道城鄉大橋1號預應力混凝土簡支梁橋的設計

                        添加時間:2020/06/06 來源:青島理工大學 作者:馮英
                        本設計是根據設計任務書的要求和相關規范的規定,對蘇州201省道城鄉大橋1號預應力混凝土簡支梁橋進行方案比選和設計的。在設計中,首先對上部結構進行尺寸的擬定及進行構造布置,并計算主梁的橫向分布系數和可變作用效應。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          本設計是根據設計任務書的要求和相關規范的規定,對蘇州201省道城鄉大橋1號預應力混凝土簡支梁橋進行方案比選和設計的。在設計中,首先對上部結構進行尺寸的擬定及進行構造布置,并計算主梁的橫向分布系數和可變作用效應。計算主梁的幾何特征并進行了梁的配筋計算,估算了鋼絞線的各種預應力損失,并進行預應力階段和使用階段主梁截面的強度和變形驗算、錨固區局部承壓驗算和撓度的計算。計算橫隔道板和行車道板并進行配筋計算。

                          其次對下部結構設計,下部結構采用以鉆孔灌注樁為基礎的墩柱,對蓋梁以及樁基礎進行了計算和驗算,并對蓋梁進行了配筋設計。

                          本設計全部設計圖紙采用計算機輔助設計CAD繪制,計算機編檔、排版,打印出圖及論文。

                          關鍵詞:預應力混凝土;簡支;鉆孔灌注樁

                        混凝土簡支梁橋

                          Abstract

                          The design is based on the design task book requirements and the relevant nor-

                          as 201 in the city of Suzhou provincial urban and rural bridge 1prestressed concrete simply supported beam bridge scheme selection and design. In the design, first of all on the upper structure of the proposed size of and structural arrangement, and the calcula- tion of main girder transverse distribution coefficient and variable effect. Calculation of main girder set feature and the beam reinforcement calculation, estimation of the loss of prestress steel strand, and prestressed phase and use phase of the main beam section of the strength and deformation calculation, anchorage zone of partial pressure checking and calculation of deflection. Calculation of diaphragm plate and carriageway plate and reinforcement calculation.

                          The second is the lower part of the structure design, the substructure adopts to bored pile based on pier column, beam and pile foundation were calculated and checked, and the reinforcement design for beam.

                          The design of all design drawings using computer aided design CAD drawing, computer filing, typesetting, printing out the map and paper.

                          key words: prestressed concrete;simple supported;cast-in-place pile
                         

                        目錄

                        前 言

                          本設計為蘇州201省道城鄉大橋1號預應力混凝土簡支梁橋,橋梁共1跨,每跨標準跨徑24米,整體式雙向四車道。經技術經濟比較,上部結構采用裝配式后張預應力混凝土T型簡支梁橋,下部結構采用蓋梁、柱式橋墩、鉆孔灌注樁基。

                          依照任務書要求,遵照有關設計規范,進行后張預應力混凝土簡支梁橋的設計。通過本畢業設計,掌握橋梁結構荷載的布置方法、掌握主梁的設計方法、掌握橋梁蓋梁的計算方法、掌握橋梁墩臺的設計與計算、掌握橋梁樁基礎的設計與計算等,并利用AutoCAD、MIDAS軟件進行計算機輔助繪圖。

                          此過程中,學會搜集資料、考慮問題、分析問題和解決問題的方法,從而進一步鞏固所學課程,且培養了運用現行規范進行設計的能力,培養運用所學知識綜合分析問題和解決問題的能力。

                          本設計由十三章組成,第一章擬定主梁截面尺寸,確定上部結構;第二章主梁作用效應計算,在可變作用計算時應用杠桿原理法;第三章預應力鋼束的估算及布置;第四章計算主梁截面幾何特性;第五章鋼束預應力損失計算,驗算預應力筋的損失范圍是否符合規范要求;第六到第八章主梁截面承載力與應力驗算及局部承壓和主梁變形驗算,驗算之前的設計以及尺寸、計算是否合理;第九章橫隔梁計算,通過對橫隔梁的內力計算確定配筋數量;第十章行車道板計算,通過計算給主梁翼緣配筋;第十一到十三章為下部結構設計和計算,通過計算確定了蓋梁、橋墩墩柱和鉆孔樁基的配筋。

                          本設計主要依據為我國交通部頒布的《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)和《公路鋼筋混凝土和預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)。

                          根據設計任務書和計算書還對橋梁的總體布置圖、配筋圖及一些附屬設施圖進行了繪制。

                          限于本人設計水平,本設計還存在缺點,請各位領導和老師給與批評和指正。

                          第1章 設計資料及構造布置

                          1.1 設計資料

                          1.1.1 橋梁跨徑及橋寬

                          標準跨徑:24m(墩中心距離);

                          主梁全長:23.96m;

                          計算跨徑:23m;

                          橋面凈空:凈-16m+4×1.75m=23.00m.

                          1.1.2 設計荷載

                          公路-Ι級,人群荷載為3.0 kN/m,每側人行欄及人行道、防撞欄重力的作用力分別為1.52kN/m和4.99kN/m.

                          1.1.3 材料及工藝

                          混凝土:主梁用C50混凝土,欄桿及橋面鋪裝用C30混凝土。

                          預應力鋼筋采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋函設計規范》(JTG D62-2004)的s15.2鋼絞線,每束8根,全梁配5束,pk=1860MPa.

                          普通鋼筋直徑大于和等于12mm的采用HRB335級鋼筋,直徑小于12mm的均用R235鋼筋。

                          按后張法施工工藝制作主梁,采用內徑70mm、外徑77mm的預埋波紋管和夾片錨具。

                          1.1.4 設計依據

                         。1)交通部頒《公路工程技術標準》(JTG B01-2003),簡稱《標準》;

                         。2)交通部頒《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004),簡稱《橋規》;

                         。3)交通部頒《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTGD62-2004),簡稱《公預規》。

                          1.1.5 基本計算數據(見表1-1)
                         

                          1.2 橫截面布置

                          1.2.1 主梁間距與主梁片數

                          本設計主梁翼板寬度為2300mm,由于寬度較大,為保證橋梁的整體受力性能,橋面板采用現澆混凝土剛性接頭,因此主梁的工作截面有兩種:預施應力、運輸、吊裝階段的小截面(bi=1600mm)和運營階段的大截面(bi=2300mm)。凈-16m+4×1.75m=23.0m的橋寬選用十片主梁,如圖1-1.

                          1.2.2 主梁跨中截面主要尺寸擬定

                         。1)主梁高度

                          預應力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/15~1/25,標準設計中高跨比約在1/18~1/19.當建筑高度受限制時,增大梁高往往是較經濟的方案,因為增大梁高可以節省預應力鋼束用量,同時梁高加大一般只是腹板加寬,而混凝土用量增加不多。綜上所述,本設計中取用1700mm的主梁高度是比較合適的。

                         。2)主梁截面細部尺寸

                          T梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求,還應考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的強度要求。本設計預制T梁的翼板厚度取用150mm,翼板根部加厚到250mm以抵抗翼緣根部較大的彎矩。

                          在預應力混凝土梁中腹板內主拉應力較小,腹板厚度一般由布置預制孔管的構造決定,同時從腹板本身的穩定條件出發,腹板厚度不宜小于其高度的1/15.腹板厚度取200mm.

                          馬蹄尺寸基本由布置預應力鋼束的需要確定的,馬蹄面積占截面總面積的10%~20%為合適?紤]到主梁需要配置較多的鋼束,將鋼束按二層布置,一層最多排三束,同時還根據《公預規》9.4.9條對鋼束間距及預留管道的構造要求,初擬馬蹄寬度為550mm,高度為250mm,馬蹄與腹板交接處作三角過渡,高度過150mm,以減小局部應力。

                          按照以上擬定的外形尺寸,就可繪出預制梁的跨中截面圖(見圖1-2)。

                         。1)計算截面幾何特性

                          將主梁跨中截面劃分成五個規則圖形的小單元,截面幾何特征列表計算見表1-2.


                          表明以上初擬的主梁跨中截面是合理的。

                          1.3 橫截面沿跨長的變化

                          本設計主梁采用等高形式,橫截面的T梁翼板厚度沿跨長不變。梁端部區段由于錨頭集中力的作用引起較大的局部應力,也為布置錨具的需要,在距梁端1980mm范圍內將腹板加厚到與馬蹄同寬。馬蹄部分為配合鋼束彎起而從四分點附近(第一道橫隔梁處)開始向支點逐漸抬高,在馬蹄抬高的同時腹板寬度變開始變化。

                          1.4 橫隔梁的設置

                          在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布,當該處有橫隔梁時比較均勻,否則直接在荷載作用下的主梁彎矩很大。為減小對主梁設計起主要控制作用的跨中彎矩,在跨中附近設置兩道中橫隔梁;當跨度較大時,應設置較多的橫隔梁。本橋跨徑為24m,應設置五道橫隔梁,其間距為5.75m.端橫隔梁的高度與主梁同高,厚度為上部260mm,下部240mm;中橫隔梁高度為1450mm,厚度為上部180mm,下部160mm.

                          第2章主梁作用效應計算
                          2.1永久作用效應計算
                          2.1.1永久作用集度
                          2.1.2永久作用效應
                          2.2可變作用效應計算
                          2.2.1沖擊系數和車道折減系數
                          2.2.2計算主梁的荷載橫向分布系數
                          2.2.3車道荷載的取值
                          2.2.4計算可變作用效應
                          2.3主梁作用效應組合

                          第3章預應力鋼束的估算及其布置
                          3.1跨中截面鋼束的估算和確定
                          3.1.1按正常使用極限狀態的應力要求估算鋼束數
                          3.1.2按承載能力極限狀態估算鋼束數
                          3.2預應力鋼束布置
                          3.2.1跨中截面及錨固端截面的鋼束位置
                          3.2.2鋼束起彎角和線形的確定:
                          3.2.3鋼束計算:

                          第4章計算主梁截面幾何特性
                          4.1截面面積及慣矩計算
                          4.1.1凈截面幾何特性計算
                          4.1.2換算截面幾何特性計算:
                          4.2截面凈距計算
                          4.3截面幾何特性匯總

                          第5章鋼束預應力損失計算
                          5.1預應力鋼束與管道壁之間引起的預應力損失
                          5.2由錨具變形、鋼束回縮引起的預應力損失
                          5.3混凝土彈性壓縮引起的預應力損失
                          5.4由鋼束應力松弛引起的預應力損失
                          5.5混凝土收縮和徐變引起的預應力損失
                          5.5.1徐變系數終極值和收縮應變終極值的計算
                          5.6預加力計算及鋼束預應力損失匯總

                          第6章主梁截面承載力與應力驗算
                          6.1持久狀態承載能力極限狀態承載力驗算
                          6.1.1正截面承載力驗算
                          6.1.2斜截面承載力驗算
                          6.2持久狀態正常使用極限狀態抗裂驗算
                          6.2.1正截面抗裂驗算
                          6.2.2斜截面抗裂驗算

                          6.3持久狀態構件的應力驗算
                          6.3.1正截面混凝土壓應力驗算
                          6.3.2預應力筋拉應力驗算
                          6.3.3截面混凝土主壓應力驗算
                          6.4短暫狀態構件的應力驗算
                          6.4.1預加應力階段的應力驗算
                          6.4.2吊裝應力驗算

                          第7章主梁端部的局部承壓驗算
                          7.1局部承壓區的截面尺寸驗算
                          7.2局部抗壓承載力驗算
                          第8章主梁變形驗算
                          8.1計算由預加力引起的跨中反拱度
                          8.2計算由荷載引起的跨中撓度
                          8.3結構剛度驗算
                          8.4預拱度的設置

                          第9章橫隔梁計算
                          9.1確定作用在跨中橫隔梁上的可變作用
                          9.2跨中橫隔梁的作用效應影響線
                          9.2.1繪制彎矩影響線
                          9.2.2繪制剪力影響線
                          9.3截面作用效應計算
                          9.4截面配筋計算

                          第10章行車道板計算
                          10.1懸臂板荷載效應計算
                          10.1.1永久作用
                          10.1.2可變作用
                          10.1.3承載能力極限狀態作用基本組合
                          10.2連續板荷載效應計算
                          10.2.1永久作用
                          10.2.2可變作用
                          10.2.3作用效應組合
                          10.3截面設計、配筋與承載力驗算

                          第11章蓋梁設計
                          11.1荷載計算
                          11.1.1上部結構永久荷載
                          11.1.2蓋梁自重及作用效應計算
                          11.1.3可變荷載計算
                          11.1.4雙柱反力Gi計算,所引用的各梁反力
                          11.2內力計算
                          11.2.1恒載加活載作用下的各截面的內力
                          11.2.2蓋梁內力匯總
                          11.3截面配筋設計與承載力校核
                          11.3.1正截面抗彎承載力驗算
                          11.3.2斜截面抗剪承載力驗算

                          第12章橋墩墩柱設計
                          12.1荷載計算
                          12.1.1汽車荷載的計算
                          12.1.2雙柱反力橫向分布計算
                          12.1.3荷載組合
                          12.2截面配筋計算與應力驗算
                          12.2.1作用在墩柱頂的外力
                          12.2.2作用于墩柱頂的外力

                          第13章鉆孔樁計算
                          13.1荷載計算
                          13.2樁長計算
                          13.3樁的內力計算(m法)
                          13.3.1樁的計算長度
                          13.3.2樁的變形系數

                          13.3.3地面以下深度z處樁身截面上的彎矩與水平壓應力的計算
                          13.4樁身截面配筋與承載力驗算
                          13.5墩頂-縱向水平位移驗算
                          13.5.1樁在地面處的水平位移和轉角計算
                          13.5.2墩頂縱向水平位移驗算

                        結 論

                          本次設計任務是預應力簡支T形梁橋的設計,首先對上部結構進行尺寸的擬定,由于沒有經驗,開始對尺寸的擬定毫無頭緒,后來根據規范的規定及范例對尺寸做出初步的擬定,尺寸擬定后并進行的配筋驗算,如若配筋驗算不合格必須重新擬定尺寸重新進行驗算。在下部結構的尺寸擬定中也出現了同樣的問題。此次設計給我最大的啟示就是:無論干什么工作都要有認真負責的態度,不能馬虎大意。本次設計對我以后的生活或者工作都有重大的幫助。

                          最后老師和同學們的幫助下成功的完成了本設計。

                        致 謝

                          歷經兩個月的時間終于將這篇設計給做出來了,在設計過程中遇到了無數的困難和障礙,都在同學和老師的幫助下度過了。在此我要感謝我的老師和同學們,尤其要感謝我的論文指導老師-田俊老師和侯紅梅老師,對我進行了無私的指導和幫助,不厭其煩的幫助進行設計的修改和改進。

                          另外,舍友和組員也給我提供了很多方面的支持與幫助。在遇到不明白的問題時互相幫助,互相討論,使得難題迎刃而解,順利的完成設計。在此向幫助和指導過我的各位老師和同學表示最衷心的感謝!

                          由于我的學術水平有限,所寫設計難免有不足之處,懇請各位老師和學友批評和指正!

                          謝謝!

                          參考文獻
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                          [2]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62-2004),中華人民共和國行業標準,2004
                          [3]公路磚石及砼橋涵設計規范,中華人民共和國行業標準,2004
                          [4]葉見曙主編《結構設計原理》,人民交通出版社,2006.76~121
                          [5]易建國主編《橋梁計算示例集》,人民交通出版社,2006.111~196
                          [6]范立礎, 橋梁工程(上),北京:人民交通出版社,2003.32~153
                          [7]邵旭東, 橋梁工程(土木工程、交通工程專業用), 北京:人民交通出版社,2004 .123~153
                          [8]強士中, 橋梁工程(上),北京:高等教育出版社,2004.67~98
                          [9]邵旭東、胡建華編著《橋梁設計百問》,人民交通出版社,2008.54~132

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