多-跨简支箱型梁桥计算说明书--本科毕业设计.doc

多跨简支箱型梁桥毕业设计计算说明书多跨简支箱型梁桥毕业设计计算说明书第一章 桥梁设计概况 1、设计技术标准（1）设计荷载：公路级； （2）桥梁宽度：净-7m20.5m；（3）桥梁跨径：32+40+32；（4）路面横坡：2%；2、结构形式：上部结构为预应力混凝土箱梁；3、材料：混凝土采用C40以上混凝土；钢筋采用热轧R235、HRB235即HRB400钢筋；预应力混凝土构件中的箍筋应选用其中的带肋钢筋；按构造配置的钢筋网可采用冷轧带肋钢筋；预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线，钢丝；3、地震动参数：地震动峰值加速度0.05g；4、桥址条件：桥址区内场地可划分为可进行建筑的一般地段，场地类别属类；第二章 桥跨布置方案比选及尺寸拟定2.1方案比选本设计桥梁的形式可考虑拱桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。从实用、安全、经济、美观、环保以及占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则：（1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适和安全。既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业等等。（2）安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。（3）经济性。在社会主义市场经济体制的今天，经济性是不得不考虑的重要因素。在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以最少的投入获得最好的效果。（4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美，要与周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。（5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出了更高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保证顺利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估：（1）梁桥：梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：（a）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；（b）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；（c）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；（d）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；（e）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产； 设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；（j）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。简支梁：简支梁可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。连续梁：目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确，因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化。(2)拱桥：拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载q 的作用下，简直梁的跨中弯矩为ql2/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。(3)方案比选及截面形状选定:由上述条件可知，根据本设计具体的情况，制作拱桥难度较大，放弃拱桥方案。简支梁结构简单施工方便，箱形简支梁桥主要用于预应力混凝土梁桥。尤其适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁结构和跨度较大的斜交桥和弯桥。最后选定简支梁箱形梁桥。2.2 主梁尺寸拟定2.2.1 箱梁高度 预应力混凝土简支梁桥的主梁高跨比通常为1/15 1/25，本设计的主梁高度采用160cm，其高跨比为 1/20和1/25。2.2.2 箱梁顶、底、腹板的厚度箱梁顶板主要考虑桥面板手里需要，考虑受力要求外，还要考虑布置预应力钢束到的需要，拟定高度为30cm,腹板厚度考虑布置预应力钢束到的需要和抗剪墙厚度的要求，定为30cm,底板拟定高度为30cm.腹板和顶板接处做成0.15m0.15m的承托，使箱壁剪力流能顺利传递，避免在转角处产生过大的应力集中。2.3 横隔梁设置为方便施工，各主梁均不设跨中横隔梁，反设端横隔梁，各主梁之间的横向联系依靠现浇湿接缝来完成。横截面布置图如下：2.4 主梁全截面几何特征的计算表1 截面几何特性计算表分块名称分块面积（cm2）分块形心至上缘的距离（cm）分块对上缘的静矩（cm3）自身惯性矩Ii（cm4）di=ys-yi（cm）对截面形心惯矩（cm4）I=I1+I2(cm4)顶板 2400015360000180000044.34709976048899760上三角承 托3300 351155004125024.319486171989867腹板 6000804800005000000-20.725709407570940下三角承 托225125281252812.5-65.7971210.25974022.75底板117001451696500877500-85.78593053386808033452252680125102232622.8第3章 结构内力计算3.1 箱梁自重（一期恒载）由主梁构造， 故一期恒载集度有：gi=4.522525=109.219KN/m 3.2 二期恒载二期恒载由护栏及桥面铺装构成。g1=2240.52.5 = 9.6 KN/m g2=（0.06+0.14）/2824+0.05823= 28.4KN/m gi=g1+ g2 =38 KN/m3.3 恒载内力设X为计算截面至左支承中心的距离，令=X/L,则箱梁的恒载内力计算见表31表31 恒载内力计算表计算数据L= 31.40 m L2= 985.96 m2项目giMg=(1-) L2gi/2(KN/m)Vg=（1-2）L gi/2(KN)跨中四分点四分点支点0.50.250.250(1-)/20.1250.0938（1-2）/20.250.5第一期恒载109.21913460.7 10100.9857.41714.7第二期恒载38.04683.313514.36298.3596.6计算数据L= 39.40m L2= 1552.36 m2项目giMg=(1-) L2gi/2(KN/m)Vg=（1-2）L gi/2(KN)跨中四分点四分点支点0.50.250.250(1-)/20.1250.0938（1-2）/20.250.5第一期恒载 109.21921193.415903.51075.82151.6第二期恒载38.07373.71 5533.23374.3748.63.4 活载内力计算3.4.1 冲击系数和车道折减系数车道荷载的冲击系数 计算得：f=0.003,0.005.均小于1.5HZ 取 。双车道不考虑汽车荷载折减，所以车道折减系数=1.0 3.4.2 计算活载内力公路二级车道荷载由均布荷载qk = 0.7510.5=7.875 KN/m 和集中荷载PK=KNPK =KN两部分组成，计算剪力效应时，集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数，即计算剪力时，P/K=1.2 当L=31.4m时， PK= 1.2214.2=257.04 KN L=39.4m时， PK= 1.2238.2= 285.84 KN 由杠杆原理法计算出荷载横向分布系数=1.3053.4.2.1 计算跨中截面最大弯矩及最大剪力qk=7.875KN/m跨中弯矩l/2l/2跨中剪力图3-1Pk=214.2KN/238.2KNPk=257.04KN/285.84KN ，m ，m3.4.2.2 计算四分点截面最大弯矩及最大剪力pk3l/16pk3/4四分点截面弯矩四分点截面剪力图3-2 ， m ，m 3.4.2.3 计算支点截面最大剪力支点剪力图3-3 ，3.5 内力组合计算表32 内力组合表L=31.4m时，内力组合表荷载类别跨中截面四分点截面支点截面MVMVVKN*mKNKN*mKNKN第一期荷载13460.7010100.9857.41714.7第二期荷载4683.303514.4298.3596.6总荷载18144.0013615.31155.72311.3车道荷载3633.9218.53301.5413.3521.6恒+活21777.9218.516916.81569.02832.9Sj=1.2恒+1.4活 26860.3305.920960.51965.53503.8恒+0.7活20687.7153.015926.31445.02676.4提高后的sj47548458.936886.83410.56180.2L=39.4m时，内力组合表荷载类别跨中截面四分点截面支点截面MVMVVKN*mKNKN*mKNKN第一期荷载21193.4015903.51075.82151.6第二期荷载7373.7055332374.3748.6总荷载28567.1021436.71450.12900.2车道荷载5308.9249.04785.4413.3604.2恒+活33876.0249.026222.11863.43504.4Sj=1.2恒+1.4活41713.0348.632413.62318.74326.1恒+0.7活32283.3174.324786.51739.43323.1提高后的sj73996.3522.957200.14182.17649.2经计算可知，两种不同的跨径受力，跨径大的箱梁需承受较大的力。所以按大跨径箱梁分析预应力钢束的布置是安全的。第4章 预应力钢束的布置及估算4.1 预应力梁应满足的强度要求1按跨中正截面抗裂性要求估算钢筋面积根据跨中正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量，为满足抗裂性要求，所需的有效预应力为： 式中：短期效应弯矩组合设计值；=33876.01跨中截面全截面面积。由表有：=4522500 mm；全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩。由表有； = =1014.837mm预应力钢筋合力作用点到毛截面重心轴的距离。设预应力钢筋截面重心距截面下缘为=100mm，则=1007100=907mm。混凝土抗拉强度标准值；=2.65MPa。所以有效预应力合力为： = =2.838 N预应力钢筋的张拉控制应力为=0.75。为钢筋抗拉强度标准值。预应力钢筋采用低松弛钢绞线17标准型。单根个钢绞线的公称面积=139mm，=1860 MPa，=0.751860=1395 MPa。预应力损失按张拉控制应力的20%估算，则可得需要预应力钢筋的面积为 = = =25430.1mm 根据估算结果，采用27束715.2的预应力钢绞线；锚具采用夹片式群锚，提供的预应力钢筋截面积为=277139=26270mm，采用70金属波纹管道成孔，预留孔道直径75mm。4.2 预应力钢筋布置1跨中截面预应力钢筋的布置后张法预应力混凝土受弯构件的预应力布置应符合公路桥规中的有关构造要求的规定。参照有关设计图纸并按公路桥规中的规定，对跨中截面预应力束的初步布置如图11： 图11 跨中截面钢束布置图（尺寸单位/cm）2锚固面刚束布置锚固面刚束布置如图12： 图12 锚固面钢束布置图（尺寸单位/cm）4.3其他截面刚束位置及倾角计算(1)刚束弯起形状、弯起角采用直线段中接圆弧段的方式弯起；为使预应力钢筋的预加力垂直作用于锚垫板， 的弯起角都为1 的弯起角都为 ； 的弯起角为 ; 的弯起角为 6. 升高值为50mm， 的升高值为100mm，的升高值为200mm, 的升高值为300mm , 的升高值为400mm。各钢束的弯起半径分别为=40000mm; =35000mm; =35000mm; =20000mm; =20000mm(2)钢束各控制点位置的确定各号刚束计算及其弯起布置如图13：图13 曲线预应力钢筋计算图（尺寸单位/cm）弯起半径分别为40000mm,35000mm,35000mm,20000mm, 20000mm. 计算过程： : =ccot=50cot =2864mm =Rtan=40000tan =349mm=+=2864+349=3213mm = =12765mm=cos=349cos =349mm +=12593+349+349=13291mm：=ccot=100cot =2863mm =Rtan=45000tan =611mm=+=2863+611=3474mm = =12315mm=cos=611cos =611mm +=12315+611+611=13537mm：=ccot=200cot =2860mm =Rtan=35000tan =1222mm=+=2860+1222=4082mm = =11690mm=cos=1222cos =1219mm +=11690+1219+1222=14131mm：=ccot=300cot =2854mm =Rtan=20000tan =1310mm=+=2854+1310=4164mm = =11591mm=cos=1310cos =1303mm +=11591+1310+1303=14203mm ：=ccot=400cot =2846mm =Rtan=20000tan =1399mm=+=2846+1399=4245mm = = 11510mm=cos=1399cos =1385mm +=11510+1399+1385=14294mm 将各刚束的控制点汇总于下表7： 表7 各钢束弯曲控制要素表1当L=31.4m时钢束号c(mm)()R(mm)(mm)(mm)弯止点距跨中距离1-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.13-14.15-16.175011.0400000.0173213106125931329118-1910021.0350000.035347489123151353720-2120041.0350000.070408272116901413122-2330060.995200000.105416455115911420324-25.26-2740060.995200000.1054245381151014294表7 各钢束弯曲控制要素表2当L=39.4m时钢束号c(mm)()R(mm)(mm)(mm)弯止点距跨中距离1-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.13-14.15-16.175011.0400000.0173213106165931729118-1910021.0350000.035347489163151753720-2120041.0350000.070408272156901713122-2330060.995200000.105416455155911820324-25.26-2740060.995200000.1054245381551018294（3）各截面钢束位置及其倾角计算计算钢束上任一点i离梁底距离=+及该点处钢束的倾角，式中为钢束弯起前其重心至梁底的距离，为i点所在计算截面处钢束位置的升高值。计算时，首先应判断出i点所在的区段，然后计算及， 即1)当（）0时，i点所在的区段还未弯起，=0，故=100mm，；2)当时，i点位于圆弧弯曲段，及按下列式计算，即：和 3)当时，i点位于靠近锚固端的直线段，此时，按下式计算，即 各钢束和各钢束的各个截面的及其倾角计算值见下表8当L=31.4m时：计算截面钢束编号（mm）（mm）（mm）（o）（mm）（mm）跨中截面=01-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.13-14.15-16.171259369800010018-1912315122200025020-2111690244100035022-2311591261300045024-2511510278400055026-27115102784000650截面 1-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.13-14.15-16.171259369800010018-1912315122200025020-2111690244100035022-2311591261300045024-2511510278400055026-27115102784698148.14148.1418-1912315122233851222296.87196.8720-21116902441401024414194.96294.9622-23115912613410926136294.19394.1924-25115102784419027846293.35393.3526-27115102784419027846293.35393.35当L=39.4m时：计算截面钢束编号（mm）（mm）（mm）（o）（mm）（mm）跨中截面=01-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.13-14.15-16.171659369800010018-1916315122200025020-2115690244100035022-2315591261300045024-2515510278400055026-27155102784000650截面 1-2.3-4.5-6.7-8.9-10.11-12.13-14.15-16.171659369800010018-1916315122200025020-2115690244100035022-2315591261300045024-2515510278400055026-27155102784698148.14148.1418-1916315122233851222296.87196.8720-21156902441401024414194.96294.9622-23155912613410926136294.19394.1924-25155102784419027846293.35393.3526-27155102784419027846293.35393.35 第五章 非预应力钢筋截面面积估算及布置5.1受力普通钢筋按极限承载力确定普通钢筋数量。在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力点到截面底边的距离为=120，=1600-120=1480mm。依据公路桥规(JTD D62)第4.2.3条，确定箱型截面翼缘板的有效宽度,对于中间梁的跨中截面: 计算跨径=39.4m；式中：腹板两侧上、下各翼缘的有效宽度, =1,2,3,，见公路桥规(JTD D62)图4.2.3-1；简支梁的跨中截面翼缘有效宽度的计算系数，可按公路桥规(JTD D62)图4.2.3-2和表4.2.3确定；腹板两侧上、下各翼缘的实际宽度, =1,2,3,，见桥规(JTD D60)图4.2.3-1；= = =0.0420.05 =1650mm= = =0.050.05 =2050mm= = =0.00760.05 =300mm根据上述的比值，由公路桥规(JTD D62图4.2.3-2)查得=1.0。所以=2（b+）=2（300+1650+2050）=8000mm，b为梁腹板宽度先假定为第一类T形截面由公式: 求解x为结构重要性系数，=1.0,查表得=41713MPa所以 1.04171322.48000（1480）解得:=166.5mm= 375mm (为截面受压翼缘厚度)为第一类T形截面。则根据正截面承载力计算需要非预应力钢筋截面面积为： 0 所以不需要配非预应力筋。5.2箍筋设计检验是否需要根据计算配置箍筋跨中截面： =721.83KN支座截面： =647.6KN 因为 故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段按计算配置箍筋。图16 计算剪力分配图（尺寸单位/cm）上图所示的剪力包络图中，支点处剪力计算值，跨中处剪力计算值。721.83KN的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图比例求得，为 =同时，根据公路桥规规定，在支座中心线附近=800mm范围内箍筋的间距最大为100mm。距支点中心线处的计算剪力值按剪力包络图按比例得= 本设计中由混凝土和箍筋承担全部剪力计算值为。箍筋采用直径为10mm的四肢箍筋，箍筋截面积=478.5=314mm。跨中截面： 支座截面： 则，平均值分别为 mm， 箍筋间距为 = =64mm 确定箍筋间距的设计值还应考虑公路桥规的构造要求。 取=80mm时，满足=300也满足箍筋配筋 =0.65%，满足要求。所以，在支座中心向跨径长度方向的800mm范围内，设计箍筋间距=100mm，而后到跨中截面的箍筋间距为80mm。5.3水平纵向钢筋水平纵向钢筋的作用主要是在梁侧面发生混凝土裂缝后，可以减小混凝土的裂缝宽度。水平纵向钢筋为构造钢筋，此箱梁腹板跨中到距支点一倍梁高处配置7对直径为12mm的水平纵向钢筋，间距200mm。5.4 架立钢筋根据公路桥规的规定及截面尺寸选用直径为12mm的架立钢筋。5.5 堵头板钢筋根据预制箱梁堵头板的行状及截面尺寸，横向采用7根直径12mm钢筋，间距20cm，纵向采用19根直径10mm钢筋间距15cm。个别间距及钢筋长度依截面尺寸而定。 第六章 持久状况截面承载能力极限状态计算（一）正截面承载能力计算取弯距最大的跨中截面进行正截面承载力的计算。1求受压区高度x预应力钢筋和普通钢筋的合力作用点到截面底边的距离为=285.2mm，=1600-285.2=1314.8mm，上翼缘平均厚度=375mm，有效工作宽度=8000mm首先按式 判断截面类型：= 33100.2KN 属于第一类T型。又的条件，计算混凝土受压区高度。 = =184.7mm=41713KNm计算结果表明，跨中截面的抗弯承载力满足要求。（二）斜截面承载能力计算1斜截面抗剪承载能力计算按照公路桥规的规定，对以下截面进行验算：(1)距支点中心处截面；距支点h/2截面斜截面抗剪承载力的计算首先，根据公式进行截面抗剪强度上、下限复核，即0.5式中：验算截面处剪力组合设计值，按内插法，在这= =3441 kN；混凝土等级，在这=50MPa；b腹板厚度。=420.4mm计算截面处纵向钢筋合力点至截面上边缘的距离，在距支点h/2处预应力钢筋都弯起，= mm；预应力提高系数，取=1.25。则 = =1230.44KN=3441KN=0.51=3879.58=3441KN计算结果表明，截面尺寸满足要求。斜截面抗剪承载能力按下式计算： 式中：斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载设计值；与斜截面相交的预应力弯起钢筋抗剪承载设计值。 式中:异号弯矩影响系数，取=1.0； 预应力提高系数，取=1.25； 受压翼缘的影响系数，本题=1.1； b斜截面受压端正截面处截面腹板宽度。 P斜截面纵向受拉钢筋配筋百分率；P=100， =0.024，P=1000.024=2.4箍筋配筋率，= =0.0034=3378.82KN= 式中：斜截面受压端正截面处的预应力弯起钢筋切线与水平线的夹，sin=0.100；=