预应力混凝土简支T形梁桥的设计与计算
- 格式：doc
- 大小：1.93 MB
- 文档页数：48
20 预应力混凝土简支T形梁桥的设计与计算
桥梁设计的基本原则是：安全、适用、经济、美观，并使构造及造价合理。桥型方案研究的重点是主桥的桥型和跨径大小及布置。根据对安溪颍如大桥的地形，地质和水文等自然条件和美观的要求，主桥选择了预应力混凝土连续梁桥和简支梁桥两种典型的桥梁体系作为比较选择。
方案一：预应力混凝土连续梁桥，跨径组成为：50米+80米+50米+4x35米，主跨80米。总长320米。
方案二：预应力混凝土简支T梁桥，跨径组成为：5x39+5x30米。总长345米。
桥型的选择比较主要按照其使用功能、结构特点、工程数量、施工条件以及建筑造型这几个方面着手进行比较。
方案一：
（1） 预应力混凝土连续梁桥属于超静定结构，基础不均匀沉降将在结构中产生附加应力，对基础要求较高。
（2） 截面局部温差，混凝土收缩，徐变，及预加应力均会在结构中产生附加内力，增加了设计计算的复杂程度。
方案二：
（1） 预应力混凝土简支T梁桥结构属于静定结构，受力明确，计算简便，适用于中小跨度桥梁。
（2） 结构尺寸易于设计成系列化和标准化，部分可以采用预制配件，利用其中设备进行装配，施工简便，节约大量的模板，缩短工期。
综上所述，从地质情况以及现有的设计施工技术条件，选用第一种方案更为简便和经济。因此下面我们将介绍安溪颍如大桥简支T形梁桥的设计计算方法。
21 4.1 设计资料
4.1.1 标准跨径及桥宽
标准跨径：39m（墩中心距离）；
主梁全长：38.96m；
计算跨径：38m；
桥面净空：净－14m+2×1.5m+2×0.25m=17.5m。
4.1.2设计荷载
公路--II级，人群荷载3.45kN/ m2 ，每侧人行栏的作用力为1.52KN/m
4.1.3 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øs15.2钢绞线，每束6根，全梁配4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。
4.1.4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》。
4.2 横截面布置
4.2.1 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。本设计中翼板宽度中主梁为240cm，边主梁为240cm。桥面板采用钢板绞接，净-14+2×1.75m的桥宽选用7片T梁。
4.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟订
4.2.2.1 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，标准设计中高跨比大约在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的用量，同时梁高增加一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计取用235cm的主梁高度是比较合适的。 22
结构尺寸图 （尺寸单位：mm）
4.2.2.2 主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计中预制T梁的翼板厚度取用12cm，翼板根部加厚到22cm
以抵抗翼缘根部较大的弯矩。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于梁高的1/15。本设计中取腹板厚度为18cm。
马蹄尺寸基本由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。本设计中考虑到主梁需要配置较多的预应力钢束，将钢束按二层布置，一层最多排三束，同时根据《公预规》9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为40cm，高度39cm，马蹄与腹板交接处作三角形过渡，高度11cm，以减小局部应力。
按照以上拟订的外形尺寸，就可绘制出预制梁的跨中截面图.
4.2.2.3 计算截面几何特征
将主梁跨中截面分成五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见下表。
23 跨中截面几何特性结算表（39m）
分块名称 分块面积Ai 分块面积形心至上缘距离yi 分块面积对上缘静矩Si=Ai*yi 分块面积的自身惯矩Ii di=ya-yi 分块面积对截面形心的惯矩Ix=Ai*di*di I=Ii+Ix
⑴ ⑵ ⑶=⑴*⑵ ⑷ ⑸ ⑹=⑴*⑸*⑸ ⑺=⑷+⑹
大毛截面
翼板 2880.00 6.00 17280.00 42480.00 75.86 16573650.05 16616130.05
三角承托 410.00 15.33 6286.53 2277.78 66.53 1814595.11 1816872.89
腹板 3654.00 113.50 414729.00 12548140.50 -31.64 3657981.40 16206121.90
下三角 121.00 211.33 25571.29 813.39 -129.47 2028354.19 2029167.57
马碲 800.00 225.00 180000.00 26666.67 -143.14 16391247.68 16417914.35
∑ 7865.00 643866.82 53086206.75
小毛截面
翼板 2160.00 6.00 12960.00 25920.00 83.51 15063667.42 15089587.42
三角承托 410.00 15.33 6286.53 2277.78 74.18 2255913.20 2258190.98
腹板 3654.00 113.50 414729.00 12548140.50 -23.99 2102950.45 14651090.95
下三角 121.00 211.33 25571.29 813.39 -121.82 1795742.04 1796555.43
马碲 800.00 225.00 180000.00 26666.67 -135.49 14686032.08 14712698.75
∑ 7145.00 639546.82 48508123.52
大毛截面形心至上缘距离：ya=81.86
小毛截面形心至上缘距离：ya=89.51 24 30304041184140240181210182112023511181140 跨中截面尺寸图 （尺寸单位：mm）
4.2.2.4检验截面效率指标
上核心距：
cmKs09.47
下核心距:
cmKx70.50
截面效率指标：
5.058.0
表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。
4.3 横隔梁的设置
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，当跨度较大时应设置较多的横隔梁。本设计设置七道横隔梁。中横隔梁间距为600cm，边横隔梁为700cm.横隔梁厚度：跨中设置的横隔梁的宽度为17cm,且跨中断面的横隔梁为预制的，端部设置的横隔梁为现浇的，宽度为20cm,基本满足要求。
4.4 主梁作用效应计算
根据上述桥跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的桥梁荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制截面（跨中、四分点、支点截面）的永久作用和最大可变作用效应， 25 然后再进行主梁作用效应组合。
4.4.1 永久作用效应计算
4.4.1.1 永久作用集度
（1）预制梁自重
①跨中截面段主梁的自重（长9.5m）
kNG69.1695.9257145.01＝
②马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长8.5m）
kNG83.1962/255.8138.17145.02＝
③支点段梁的自重（长1.98m）
kNG331.5698.125138.13＝
④边主梁的横隔梁
端部：KNG559.525308.117.04＝
中部：KNG86.825772.120.04
故半跨内的横隔梁：KNG76.2286.8559.55.24
⑤预制梁永久作用集度
边梁：g1＝（169.69+196.83+56.331+22.76）/19.48=22.88KN/m
（2）二期永久作用集度
①现浇T梁翼板集度g(5)=0.120.6025=1.8KN/m
②边梁现浇部分横隔梁的作用集度：g(6) =(50.170.654+20.20.866)
25/38.96=0.58KN/m
3.铺装层计算：
①8cm混凝土铺装层：0.081425=28.0KN/m
②5cm沥青铺装层：0.051423=16.10KN/m
若将桥面铺装传给七片主梁，则g(7)=6.30 KN/m
4.栏杆，一侧人行栏1.52kn/m g(8)=（1.52+4.99）2/7=1.86kn/m
则边梁的二期荷载集度为：g2 =1.8+0.58+6.3+1.86=10.54KN/m
则总的荷载集度:
g＝22.88+10.54=33.42KN/m
4.4.1.2 永久作用效应
如下图所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令а=x/l。
永久作用效应计算见下表。
