简支板桥设计-本科毕业设计.doc
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1、石河子大学道路桥梁工程毕业设计目录 2.1 设计基本数据.12.2 设计要点.12.3 空心板截面几何特性计算.32.4 主梁作用效应计算.42.5 预应力钢筋数量估算及布置.162.6 计算截面几何特性.182.7承载能力极限状态计算.202.8正常使用极限状态计算.242.9 主梁变形验算.302.10持久状况应力验算.342.11短暂状况应力验算.392.1 设计基本数据2.1.1 跨径和桥面宽度(1)标准跨径:16m(墩中心距)。(2)计算跨径:15.56m。(3)主梁全长:15.96m。(4)桥面宽度:净13m(行车道)+20.5m(防撞护栏)。2.1.2 技术标准(1)设计荷载:公
2、路级 (2)环境标准:类环境。(3)设计安全等级:二级。2.1.3 主要材料(1)混凝土空心板采用C50混凝土,铰接采用C40混凝土;桥面铺装采用C30沥青混凝土和C40防水混凝土。(2)钢筋:预应力钢筋采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线,公称直径为15.20mm,公称面积140mm2,标准强度,设计强度,弹性模量。2.2 设计要点2.2.1 结构设计(1)本空心板按全预应力混凝土构件设计。(2)桥面板横坡为2%单向横坡,各板均斜置,横坡由下部机构调整。(3)空心板断面:空心板高度0.8m,高度1.22m,各板之间留有0.01m的铰缝。(4)桥面铺装:上层采用0.10m厚的沥青混凝土,下层
3、采用0.12m厚的C40防水混凝土,两者之间加设SBS防水层。(5)施工工艺:预制预应力空心板采用后张法施工工艺。(6)桥梁横断面与构造及空心板截面尺寸如图2-1,图2-2所示。图2-1 桥梁横断面及构造图(单位:cm)2.2.2 设计参数(1)相对湿度为80%。(2)体系整体均匀升温25,均匀降温25(3)C50混凝土的材料特性;,。(4)沥青混凝土重度按23KN/m3计,预应力混凝土结构重度按26KN/m3计,混凝土重度按25KN/ m3计2.3 空心板截面几何特性计算2.3.1 小毛截面(1)截面面积空心板截面面积为:(2)截面重心位置全截面对板高处的静矩为: 铰缝的面积为:则毛截面重心
4、离板高的距离为:(即毛截面重心离板上缘距离为)铰缝重心与板高处的距离为:(3)空心板毛截面对其重心轴的惯性矩计算边长为的等腰直角三角形对自身重心轴的惯性矩为:。铰缝对自身重心轴的惯性矩为:空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为:空心板截面的抗扭刚度可简化为如图9-3所示的箱型截面来近似计算:根据式(3-15),抗扭刚度可按下式计算It=4b2h2/(2h/t1+2h/t2)=cm =2.4 主梁作用效应计算2.4.1 永久作用效应计算(1)空心板自重(一期结构自重)(2)桥面系自重(二期结构自重)由于是高速公路,没有人行道及栏杆,只有防撞护栏,本设计采用混凝土防撞护栏,按单侧7.5KN/m线荷载计算
5、。桥面铺装上层为10cm厚C30沥青混凝土,下层为12cm厚C40防水混凝土,则全桥宽铺装层每延长米重力为以上自重效应是在各空心板形成整体后再加至桥上的,由于桥梁横向弯曲变形,各板分配到的自重效应应该是不同的。为了计算方便,近似按各板平均分配桥面铺装重量来考虑,则每块空心板分配到的每延米桥面系重力为(3)铰缝自重计算(二期结构自重)由上述计算得空心板每延米长总重力为G(一期结构自重)G(二期结构自重)G=G+G由此可计算出简支空心板永久作用效应,计算结果见表2-1。表2-1 永久作用效应计算表作用种类作用集度计算跨径/m作用效应弯矩作用效应剪力跨中1/4跨支点1/4跨跨中G14.91115.5
6、6451.2695225.6348116.007658.00380G8.33715.56252.3126126.156364.861932.43100G23.24815.56703.5821351.7911180.869490.434702.4.2 可变作用效应计算公路级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值为计算弯矩时,计算剪力时,(1)冲击系数和车道折减系数计算:结构的冲击系数与结构的基频有关,故应先计算结构的基频,根据式(2-1),可计算简支梁桥的基频:其中,由于,故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数当车道大于两车道是,应进行车道折减,三车道折减33%,但折减后不得小于用两车道汽车荷载布
7、载的计算结果。为简化计算,本计算按两车道布载和四车道布载,分别进行计算,取最不利情况进行设计。(2)汽车荷载横向分布系数:本算例空心板跨中和处的荷载荷载横向分布系数按铰接板发计算,支点按杠杆原理法计算,支点至点之间截面的荷载横向分布系数通过直线内插求得。1)跨中及处的荷载荷载横向分布系数计算首先计算空心板得刚度参数,计算得由前面计算知:,单板宽,计算跨度,带入上式得在求得刚度参数后,即可依板块个数及所计算板号按值查附表A得各版块轴线处的影响线坐标。由内插得到时6号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值,内插计算结果见表2-2。由表9-2的数据画出各板的横向分布影响线,并按横向最不利位置布载,
8、求得两车道及三车道两种情况下的各板横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图9-4,由于桥梁横断面结构对称,故只需计算1-6号板的横向分布影响线坐标值。表2-2 各板横向分布影响线坐标值计算表板号123456789101110.21240.17690.13810.10820.08540.06870.05530.04610.04180.03540.033420.17690.17330.14740.11530.09120.07290.05890.04870.04210.03740.035430.13810.14740.14980.13080.10240.08200.06630.0549
9、0.04670.04210.039440.10820.11530.13030.13740.12110.09620.07740.06430.05490.04870.046150.08540.09120.10240.12110.13080.11650.09420.07740.06630.05890.055360.06870.07290.08200.09620.11650.12880.11650.09620.08200.07290.0687 图2-3 各板的荷载横向分布影响线及横向最不利荷载布置图(尺寸单位:cm)各板的荷载横向分布系数计算见表9-3;计算公式为:,表2-3 各板汽车荷载横向分布系数
10、计算表板号1号板2号板3号板荷载三车道汽车荷载两车道汽车荷载三车道汽车荷载两车道汽车荷载三车道汽车荷载两车道汽车荷载汽车荷载横向分布系数0.19360.19360.17500.17500.14300.14300.13810.13810.14740.14740.14980.14980.10710.10710.11410.11410.12890.12890.07680.07680.08180.08180.09200.09200.0610-0.0649-0.0731-0.0460-0.0485-0.0546-m汽0.31130.25780.31590.25920.32070.2569板号4号板5号板
11、6号板荷载三车道汽车荷载两车道汽车荷载三车道汽车荷载两车道汽车荷载三车道汽车荷载两车道汽车荷载汽车荷载横向分布系数0.11200.13740.08850.09660.07140.08880.13030.10960.10240.12000.08200.11530.13660.08640.12160.13080.09720.12880.10830.06070.12350.10620.12280.10710.0855-0.1038-0.1218-0.0640-0.0770-0.0728-m汽0.31840.19710.30840.22680.2840.22表2-4 各板人群荷载横向分布系数计算表板号
12、1号板2号板3号板4号板5号板6号板人群荷载横向分布系数0.23690.17940.13170.10330.08140.06040.01960.0340.03760.04430.05280.0658m人0.25650.21340.16930.14760.13420.1262由表2-3结果可知:四车道和两车道布载时,均为1号板的横向分布系数为最不利,因此去跨中和l/4出的何在横向分布系数值:m4汽=0.380,m2汽=0.282.2)支点处荷载横向分布系数计算:支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。由图2-5,1号板的横向分布系数计算如下图2-4 支点处荷载横向分布影响线及最不利布置图(尺寸
13、单位:cm)3)支点到处的荷载横向分布系数按直线内插求得,空心板荷载横向分布系数计算结果见表2-5。表2-5 空心板的荷载横向分布系数作用位置跨中至l/4处支点支点至l/4处三车道汽车荷载0.32070.5直线内插两车道汽车荷载0.25920.5人群荷载0.25651.7(3)荷载效应计算:计算荷载引起的空心板跨中及处截面的效应是,均布荷载标准值或应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响在线,集中荷载标准值只作用于影响线中一个最大影响线峰值处,如图2-5、图2-6所示。图2-5 空心板跨中内力影响线及加载图示(尺寸单位:cm)图2-6 空心板l/4处截面内力影响线及加载图示(尺寸单位:cm)1
14、)跨中截面弯矩:(不计冲击时) (计冲击时)两车道布载:不计冲击:计冲击:四车道布载:不计冲击:计冲击:剪力:(不计冲击时) (计冲击时)两车道布载:不计冲击:计冲击:四车道布载:不计冲击:计冲击:2)截面弯矩:(不计冲击时) (计冲击时) 两车道布载:不计冲击:计冲击:四车道布载:不计冲击:计冲击:剪力:(不计冲击时) (计冲击时) 两车道布载:不计冲击:计冲击:四车道布载:不计冲击:计冲击:3)支点截面剪力支点截面由于车道荷载和人群荷载产生的效应,考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化,同样均布荷载标准值应布满于使结构产生最不利效应的同号影响在线,集中荷载标准值只作用于相应影响在线一个最大影响
15、线的峰值处,如图2-7所示。图2-7 支点截面剪力计算图示(尺寸单位:cm)两车道布载:不计冲击:计冲击: 四车道布载:不计冲击:计冲击:可变作用效应汇总于表2-6中,由此可看出,车道荷载以两车道布载控制设计。表2-6可变作用效应汇总表弯矩剪力跨中l/4跨中l/4支点车 道 荷 载两车道不计冲击333.4051250.053843.362469.3630143.3198计冲击423.4305317.572955.071188.0923182.0187四车道不计冲击301.0104225.757839.149262.6235100.0471计冲击382.2887286.716549.720279
16、.5329127.06162.4.3 主梁作用效应的组合根据可能同时出现的作用效应组合选择四种最不利效应组合,短期效应组合、长期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态组合基本组合见表2-7。表2-7作用效应组合表荷载类别跨中截面四分点截面支点截面第一期永久作用451.270.00338.4558.00116.01第二期永久作用252.310.00189.2332.4064.81总永久作用703.580.00527.6990.43180.87汽车荷载(不计冲击)333.4143.36250.0569.36143.32汽车荷载(计冲击)423.4355.07317.5788.09182.02标准
17、组合(=+)1127.0155.07845.26178.52362.89短期组合(=+0.7)918.4930.35688.87136.61276.44长期组合(=+0.4)836.9417.34627.71118.17238.20极限组合(=1.2+1.4)1437.1077.101077.83231.84471.872.5 预应力钢筋数量估算及布置2.5.1 预应力钢筋数量的估算在预应力混凝土桥梁设计时,应满足结构在正常使用极限状态下的应力要求和承载能力极限极限状态的强度要求。以下就以跨中截面在各种作用效应组合下,分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算,并按这些估算的钢束数确定主梁的配
18、束数。按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数:本设计按A类预应力混凝土构件设计,按短期效应组合计算下,应满足要求。 代入,可求满足部分预应力混凝土A类构件正截面抗裂性要求所需的最小有效预加力为: 本设计中,预应力空心板采用C50,空心板毛截面面积为,弹性抵抗矩 假设把数据代入上式得所需预应力钢束截面面积按下式计算本设计采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线,公称直径为15.20mm公称面积140 标准强度为 弹性模量。 预应力损失总和近似假定为20%的张拉控制应力,则:采用12根钢绞线,钢绞线面积2.5.2 预应力钢束的布置(1)在对跨中截面进行钢束布置时,应保证预留管道的要求,并使钢束的中心
19、距尽量大。本设计采用12根钢绞线。本设计采用4根钢绞线布置在空心板下缘,沿空心板长直线布置,钢绞线重心距下缘的距离,见图2-8。图2-8 钢束布置图(单位:cm)2)为了方便操作,将所有钢束都锚固在梁端截面。对于锚固端截面,应使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,而且要考虑锚具布置的可能性,以满足张拉操作方便的要求。在布置锚具时,应遵循均匀、分散的原则。2.6 计算截面几何特性主梁截面几何特性包括计算主梁净截面和换算截面的面积、惯性矩以及梁截面分别对重心轴、上梗肋与下梗肋的静矩,最后列出截面特性值总表,为各受力阶段的应力验算准备资料。2.6.1 换算截面面积及惯性矩计算(1)
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