30m预应力简支T梁优秀.docx

30m预应力混凝土简支T形梁桥
摘要
本设计采用预应力混凝土简支T梁结构，其上部结构由主梁、横隔梁、行车道板，桥面部分和支座等组成，显然主梁是桥梁的主要承重构件。其主梁通过横梁和行车道板连接成为整体，使车辆荷载在各主梁之间有良好的横向分布。桥面部分包括桥面铺装、伸缩装置和栏杆等组成，这些构造虽然不是桥梁的主要承重构件，但它们的设计与施工直接关系到桥梁整体的功能与安全，这里在本设计中也给予了详细的说明。
本设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中由恒载和活载产生的弯矩将急剧增加，是材料的强度大部分为结构重力所消耗，因而限制的起跨越能力，本设计采用30m标准跨径，合理地解决了这一问题。在设计中通过主梁内力计算、应力钢筋的布置、主梁截面强度与应力验算、行车道板及支座、墩台等等设计，完美地构造了一座装配式预应力混凝土简支T梁桥，所验算完全符合要求，所用方法均与新规范相对应。本设计重点突出了预应力在桥梁中的应用，这也正体现了我国桥梁的发展趋势。

关键词 预应力；简支T梁；后张法；应力验算

30 m Prestressed Concrete Simply Supported T Beam Bridge
Abstract
The design is about a reinforce concrete simply supported T beam structure, its superstructure by the king post, septum transversum beam, the lane board, the bridge floor part and the support and so on is composed, the obvious king post is the bridge main carrier. Its king post connects into the whole through the crossbeam and the lane board, enable the vehicles load to have the good traverse between various king posts .Bridge floor part including compositions and so on flooring, expansion and contraction installment and parapet, these structures although is not the bridge main carrier, but their design and the construction relates the bridge whole directly the function and the security, here has also given the detailed explanation in this design.
This design mainly steps the sagging moment control, when the span increases, cross the bending moment which produces by the dead load and the live load the sharp growth, is the material intensity majority of consumes for the structure gravity, thus limits the spanning ability, this design uses the 30m standard span, has solved this problem reasonably. In the design through the king post endogenic force computation, the stress steel bar arrangement, king post section intensity and stress checking calculation, lane board and support, pillar Taiwan and so on designs, a structure assembly type prestressed concrete simple support T beam bridge, the checking calculation completely has conformed to the requirement perfectly, uses the method and the new standard corresponds. This design has highlighted the pre-stressed with emphasis in the bridge application, this has also been manifesting our country bridge trend of development.

Keywords Pre-stressed；Simple support T beam；Tensioning； Stress
checking calculation

目录
摘要 I
Abstract II
第1章 桥涵水力水文 1
1.1设计基本资料 1
1.2用相关分析法插补延长乙站流量资料 1
1.3运用适线法推求该桥设计流量 3
1.4形态断面法推求桥位断面处的设计流量 8
1.5计算桥孔长度 10
1.6确定桥面标高 11
1.6.1 列表表示各桥台桩号和水深 11
1.6.2 壅水高度计算 11
1.6.3 波浪高度计算 12
1.6.4 桥面最低高程计算 13
1.7冲刷计算 13
1.7.1 64-2简化公式计算河槽一般冲刷 13
1.7.2 64-1修正式计算河槽一般冲刷 14
1.7.3 计算桥台冲刷 14
1.7.4 河滩一般冲刷 15
1.7.5 65-2修正式计算桥墩局部冲刷 16
1.7.6 65-1修正式计算桥墩局部冲刷 16
1.7.7 冲刷值的组合 17
1.8求墩台的最低冲刷线标高 18
本章小结 19
第2章 上部结构计算 20
2.1设计资料及构造布置 20
2.1.1 设计资料 20
2.1.2 横断面布置 20
2.1.3 横截面沿跨长的变化 23
2.1.4 横隔梁的设置 23
2.2主梁作用效应计算 24
2.2.1 永久作用效应计算 25
2.2.2 可变作用效应计算(修正刚性横梁法) 27
2.2.3主梁作用效应组合 35
2.3预应力钢束的估算和确定 37
2.3.1跨中截面钢束的估算和确定 37
2.3.2.预应力钢束布置 38
2.4主梁截面几何特性计算 42
2.4.1 主梁预制并张拉预应力钢筋 42
2.4.2 灌浆封锚，主梁吊装就位并现浇400mm湿接缝 42
2.4.3桥面栏杆及人行道施工运营阶段 43
2.5钢束预应力损失估算 45
2.5.1 预应力钢束与管道间摩擦引起的预应力损失() 45
2.5.2 锚具变形、钢丝回缩引起的预应力损失() 47
2.5.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失() 48
2.5.4 由钢束松弛引起的预应力损失() 49
2.5.5 混凝土收缩徐变引起的预应力损失() 49
2.5.6 各截面钢束应力损失平均值及有效预应力 51
2.6主梁截面承载力与应力验算 51
2.6.1 持久状况截面承载能力极限状态验算 51
2.6.2 主梁截面应力验算 53
2.7主梁变形验算 61
2.7.1 荷载短期效应作用下主梁挠度验算 61
2.7.2 预拱度的设置 62
2.8主梁端部的局部承压验算 62
2.8.1 局部承压区的截面尺寸验算 62
2.8.2局部抗压承载力验算 63
2.9横隔梁计算 65
2.9.1 确定作用在跨中横隔梁上的计算荷载 65
2.9.2 跨中横隔梁的内力影响线 65
2.9.3 横隔梁的内力计算 67
2.9.4 横隔梁配筋计算 68
2.10行车道板计算 71
2.10.1 悬臂板荷载效应计算 71
2.10.2 连续板荷载效应计算 72
2.10.3 截面设计、配筋与承载力验算 75
2.11板式橡胶支座的设计计算 77
2.11.1 确定制作平面尺寸 77
2.11.2 确定支座的厚度 78
2.11.3 验算支座偏转情况 78
2.11.4 验算支座的抗滑稳定性 79
本章小结 81
第3章 下部结构计算 82
3.1设计资料 82
3.2盖梁计算 83
3.2.1 荷载计算 83
3.2.2 内力计算 89
3.2.3 截面配筋设计与承载力校核 91
3.3墩柱计算 94
3.3.1 荷载计算 94
3.3.2 截面配筋计算及应力验算 96
3.4钻孔桩计算 98
3.4.1 荷载计算 98
3.4.2 桩长计算 100
3.4.3 桩的内力计算(m法) 101
3.4.4 桩身截面配筋与承载力验算 103
3.4.5 墩顶纵向水平位移验算 105
3.5桥台计算 106
3.5.1 设计资料及基本数据 106
3.5.2 桥台与基础构造及拟定的尺寸 107
3.5.3 荷载计算及组合 108
3.5.4 地基承载力验算 115
3.5.5 基底偏心距验算 116
3.5.6 基础稳定性验算 117
本章小结 118
结论 119
致谢 120
参考文献 121
附录A 英文文摘 122
附录B 中文翻译 128

第1章 桥涵水力水文
1.1设计基本资料
1.2用相关分析法插补延长乙站流量资料

1.3运用适线法推求该桥设计流量

一般洪水
n-l
=36-4
=32

1.4形态断面法推求桥位断面处的设计流量

表1-6 计算水力三要素

1.5计算桥孔长度
1.6确定桥面标高
1.6.1 列表表示各桥台桩号和水深
各桥台桩号和水深

1.6.2 壅水高度计算

1.6.3 波浪高度计算
1.6.4 桥面最低高程计算
1.7冲刷计算
1.7.1 64-2简化公式计算河槽一般冲刷
1.7.2 64-1修正式计算河槽一般冲刷
1.7.3 计算桥台冲刷
1.7.4 河滩一般冲刷

1.7.5 65-2修正式计算桥墩局部冲刷
1.7.6 65-1修正式计算桥墩局部冲刷
1.7.7 冲刷值的组合
1.8求墩台的最低冲刷线标高
本章小结
本章主要是介绍桥涵水文资料，并根据其推算出洪峰流量多年平均值，也就是设计流量，最终算出河槽、河滩的过流断面面积以及设计流速等。再根据流速流量确定桥孔布设方案和桥面高程。其中，下部结构墩台与基础的最小埋置深度要和桥涵的一般冲刷线标高和最大冲刷线标高相符合。水文部分是下部结构的重要计算资料 ，在确定桥墩以及桥台位置时，应考虑冲刷问题，并结合土的成分，将整个计算贯穿起来。

第2章 上部结构计算
2.1设计资料及构造布置
2.1.1 设计资料
1．桥梁跨径及桥宽
标准跨径：30m(墩中心距离)；主梁全长：29.96m；计算跨径：29.00m；
桥面净空：净—。
2．设计荷载
公路—Ⅱ级(；)
人群荷载3.0kN/m2，栏杆及人行道板的每延米重取6.0kN/m。
3．材料及工艺
混凝土主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。
预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的Φs15.2钢绞线，每束6根，全梁配5束，fpk=1860MPa。
普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用R235钢筋。按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片锚具。
4．设计依据
(1)交通部颁《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)，简称《标准》；
(2)交通部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)，简称《桥规》；
(3)交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)，简称《公预规》；
5．基本设计数据(见表2-1)
2.1.2 横断面布置
1．主梁间距与主梁片数
主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标ρ很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板，本设计主梁翼板宽度为2400mm，由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种：预施应力、运输、吊装阶段的小截面(bi=2200mm)和运营阶段的大截面(bi=2400mm)，净—9m+2×1.5m的桥宽选用五片主梁，如图所示。

图2-1 主梁一般构造图(尺寸单位：mm)

图2-2 横隔梁立面图(尺寸单位：mm)

图2-3 剖面图(尺寸单位：mm)
表2-1 基本设计数据

2．主梁跨中截面主要尺寸拟定
(1)主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25，标准设计中高跨比约在1/18—1/19，当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多，综上所述，本设计取用2000 mm的主梁高度比较合适的。
(2)主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板受车轮局部荷载的要求，还应考虑是否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求，本设计T梁的翼板厚度取用180mm，翼板根部加厚到300mm以抵抗翼缘板根部较大的弯矩。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般有布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定性条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15.本设计腹板厚度取180mm。
马蹄尺寸基本有布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%—20%为合适，根据《公预规》9.4.9条对钢束净距的要求，初拟马蹄宽度为400mm，高度为250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度为150mm。按照以上拟定的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面(见图2-4)

图2-4 跨中截面尺寸图(尺寸单位：mm)
计算截面几何特征：将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表2-2
2.1.3 横截面沿跨长的变化
如图1-1所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变，梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端1480mm范围内将腹板加厚到与马蹄同寛，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点附近(第一道横隔梁处)开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度亦开始变化。
2.1.4 横隔梁的设置
模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大，为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁，本设计在桥跨中点、四分点和支点处设置五道横隔梁，其间距为7.25m，由于主梁全长为29.96m，故设置端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部250mm，下部为230mm，中横隔梁高度为1750mm，厚度为上部为170mm，下部为150mm。
表2-2 跨中截面几何特性计算表
分块
名称
分块
面积
Ai,
cm2
分块面积形至上缘距离yi,cm
分块面积对
上缘静距
Si=Aiyi,cm3
分块面积的自身惯距Ii,cm4
di=ys- yi
,cm
分块面积对截面形心的惯距Ix=Ai×di 2,cm4
I=Ii+Ix
,cm4
(1)
(2)
(3)=(1)×(2)
(4)
(5)
(6)=(1)×(5)2
(7)=(4)+(6)
大毛截面
翼板
4320
9
38880
116640
50.72
11113279
11229919
三角承托
1080
22
23760
8640
37.72
1536622
1545262
腹板
3140
96.5
303010
6449821.667
-36.78
4247693
10697515
下三角
150
170
25500
1875
-110.28
1824252
1826127
马蹄
1000
187.5
187500
52083.333
-127.78
16327728
16379811
Σ
9690
485
578650
6629060
-186.4
35049574
ΣI=41678634
小毛截面
翼板
3600
9
32400
97200
54.79
10806999
10904199
三角承托
1080
22
23760
8640
41.79
1886116
1894756
腹板
3140
96.5
303010
6449821.667
-32.71
3359624
9809446
下三角
150
170
25500
1875
-106.21
1692085
1693960
马蹄
1000
187.5
187500
52083.333
-123.71
15304164
15356247
Σ
8970
485
572170
6609620
-166.05
33048988
ΣI=39658608
大毛截面形心至上缘距离：

小毛截面形心至上缘距离：

上核心距：
下核心距：
截面效率指标：
表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。
2.2主梁作用效应计算
根据上述梁跨结构纵，横截面的布置，并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制截面(一般取跨中、四分点、变化点和支点截面)的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合，本设计以边梁作用效应计算为例。
2.2.1 永久作用效应计算
1．永久作用集度
(1)预制梁自重
①跨中截面段主梁的自重(四分点截面至跨中截面，长7.25m)：

②马蹄抬高与腹板宽度段梁的自重(长6.25m)：

③支点段梁的自重(长1.48m)：
④边主梁的横隔梁
中横隔梁体积：

端横隔梁体积：

故边半跨内横梁重力为：

2号、3号梁半跨内横梁重力为：

⑤边预制梁永久作用集度

2号、3号预制梁永久作用集度

(2)二期永久作用
①现浇T梁翼板集度
②边梁现浇部分横隔梁
一片中横隔梁(现浇部分)体积：
一片端横隔梁(现浇部分)体积：
故边梁在整跨内横梁重力集度为：

2号、3号梁在整跨内横梁横梁重力为：

③铺装
8cm混凝土铺装：
5cm沥青铺装：
若将桥面铺装均摊给五片主梁，则：
④栏杆及人行道板每延米重取为6.0kN/m
若将两侧栏杆及人行道板均摊给五片主梁，则：
⑤边梁二期永久作用集度：
2号、3号梁二期永久作用集度：
2．永久作用效应
如图2-5所示，设x为计算截面离左支座的距离，并设a=x/l

图2-5 永久作用效应计算图
主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：
,
永久作用效应见表2-3：
表2-3 各梁永久作用效应

2.2.2 可变作用效应计算(修正刚性横梁法)
1．冲击系数和车道折减系数
按《桥规》4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。
简支梁桥的基频可采用右列公式估算：
其中：
根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：

按《桥规》4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减22％，四车道折减33%，但折减后不得小于用两行车队布载的计算结果。
2．计算主梁的荷载横向分布系数
(1)跨中的荷载横向分布系数
如前所述，本设计桥跨内设五道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比：
所以可以按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数
①计算主梁抗扭惯距：
对于T形梁截面，抗扭惯距可以近似按下式计算：
式中：bi、ti为单个矩形截面的宽度和高度；ci为矩形截面抗扭刚度系数；
n为梁截面划分成单个矩形截面的个数；
对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：

马蹄部分的换算平均厚度：
图2-6示出了的计算图示，的计算见表2-4

图2-6 计算图式(尺寸单位：mm)
表2-4 计算表

=
②计算抗扭修正系数β：
对于本设计主梁的间距相同，并将主梁近似看成等截面，则得：

取G=0.4E，L=29m，，
a1=4.8m，a2=2.4m，a3=0， a4=-2.4m，a5=-4.8m
得β=0.92
③按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值，可按下式计算：
式中：n=5， ，计算所得的 列于表2-5内
表2-5 值的计算表

0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
④计算荷载横向分布系数mc
各号梁的横向影响线和最不利荷载图式如图2-7所示
1号梁的横向分布系数：可变作用(公路-Ⅱ)：

可变作用(人群)：
2号梁的横向分布系数：可变作用(公路-Ⅱ)：

可变作用(人群)：
3号梁的横向分布系数：可变作用(公路-Ⅱ)：

可变作用(人群)：
(2)支点截面的荷载横向分布系数
如图2-8所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布系数影响线并进行布载，梁可变作用的横向分布系数可计算如下：
1号梁：可变作用(汽车)：；可变作用(人群)：

2号梁：可变作用(汽车)：；可变作用(人群)：
3号梁：可变作用(汽车)：；可变作用(人群)：
(3)横向分布系数汇总(见表2-6)
表2-6 各号梁可变作用横向分布系数

图2-7 跨中横向分布系数mc的计算图式(尺寸单位：mm)

图2-8 支点横向分布系数m0计算图式(尺寸单位：mm)

3．车道荷载的取值
根据《桥规》4.3.1条，公路-Ⅱ级的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk 为：

计算弯矩时：
计算剪力时：
4．计算可变作用效应
在可变作用效应计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：支点处横向分布系数m0 ，从支点至第一根横梁系段，横向分布系数从m0直线过渡到mc；其余梁段均取mc
(1)求跨中截面的最大弯矩和最大剪力
计算跨中截面最大弯矩和最大剪力采用直接加载求可变作用效应，图2-9示出跨中截面作用效应计算图示

图2-9 跨中截面作用效应计算图式
计算公式为：汽车荷载：
人群荷载：
公路-Ⅱ级汽车可变作用效应(含冲击力)：
1号梁

2号梁

3号梁

人群可变作用效应：
1号梁

2号梁

3号梁

(2)求L/4(变化点)截面处的最大弯矩和最大剪力，如图2-10所示
公路-Ⅱ级汽车可变作用效应(含冲击力)：
1号梁

图2-10 L/4(变化点)截面作用效应计算图式
3号梁

人群可变作用效应：
1号梁

2号梁

3号梁

(3)求支点截面处的最大弯矩和最大剪力，如图2-11所示

图2-11 支点截面作用效应计算图式
计算公式为：
汽车荷载：
人群荷载：
式中yk=1，Ω为三角形面积，对于汽车荷载，而对于人群荷载；可变作用效应(含冲击力)：
1号梁
2号梁
3号梁
人群可变作用效应：
1号梁

2号梁

3号梁

2.2.3主梁作用效应组合
本设计按《桥规》4.1.6-4.1.8条规定，根据可能同时出现的作用效应选择了三种最不利的效应组合；短期效应组合，长期效应组合和承载能力极限状态基本组合。
表2-7 1号梁作用效应组合

表2-8 2号梁作用效应组合

()

()

()

表2-9 3号梁作用效应组合

()

()

()

2.3预应力钢束的估算和确定
2.3.1跨中截面钢束的估算和确定
按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数
对于全预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂要求，由下式可得出跨中截面所需的有效预加力为：

式中的MS为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯矩值；可由表2-7查得MS=：
2-2可得跨中截面全截面面积A=969000mm2，全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗距为：

：

拟采用Φs15.2钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积Ap=139mm2，抗拉强度标准值fpk=1860MPa ，张拉控制应力σcon=0.75fpk=0.75×1860=1395MPa，预应力损失按控制应力的20%估算。
所需预应力钢绞线的根数为：

采用5束6Φs15.2预应力钢绞线，则预应力钢筋的截面积为AP=30×139=4170mm2，采用φ70的金属波纹管成孔。
2.3.2.预应力钢束布置
1．跨中截面及锚固端截面的钢束位置
对于跨中截面，在保证布置管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群重心的偏心距大些，本设计采用内径70mm，外径77mm的预埋铁皮波形管，根据《公预规》9.1.1条规定，管道至梁底和梁侧净距不应小于3cm级管道直径的1/2，根据《公预规》9.4.9条规定，水平净距不应小于4cm及管道直径的0.6倍，在竖直方向可叠置，根据以上规定跨中截面的细部结构如图(2-12a)所示。由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为：

对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：一是预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心，使截面均匀受压；二是考虑锚头布置的可能性，以满足张拉操作方便的要求；按照上述锚头布置的“均匀”、“分散”原则，锚固端截面所布置的钢束如图2-11b)所示，钢束群重心至梁底距离为：

为验核上述布置的钢束群重心位置，需计算锚固端截面几何特性。图2-12为钢束布置，锚固端截面特性计算见表2-10所示：
表2-10 钢束锚固截面几何特性计算表

图2-12 钢束布置图(尺寸单位：mm)
a)跨中截面 b)锚固截面

图2-13 钢束群心位置复核图式(尺寸单位：mm)
其表2-8：中
，
上核心距：
下核心距：

说明钢束群重心处于截面的核心范围内。
2．钢束起弯角的确定
确定钢束起弯角时，既要照顾到由弯起产生足够的竖向预剪力，又要考虑到所引起的摩擦预应力损失不宜过大，为此，本设计将端部锚固端截面分成上、下两部分(见图2-13)，上部钢