30m简支梁桥设计.doc
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1、摘 要摘 要桥梁主要用于交通负荷、跨越障碍,这是它的基本功能,所以桥首先要符合此要求。如果是一座不堪使用的危桥,摇摇欲坠,也就没有什么美可谈了。因此,桥梁结构的造型应表现出有力量、稳定、连续和有跨越能力等等,以显示功能的保证性。这也就自然地引起人们的美感。以下就是本人试图进行的一座桥的设计工作。本桥采用四跨30m的T型预应力混凝土梁,净跨为14m的一级公路的简支梁桥。关键词:桥梁功能,稳定,美感,设计工作ABSTRACTThe bridge is mainly used for traffic load, across the barrier, this is its basic functi
2、on, so the bridge must meet this requirement.If an unusable danger bridge, shake and crumble, also do not have what can talk.Therefore, the bridge structure form should show the strength, stability, continuous and spanning capacity and so on, to display the function of guarantee.This will naturally
3、arouse peoples aesthetic feeling.The following is what I tried to make a bridge design.Key words bridge,function,stability,aesthetic feeling,designI攀枝花学院本科毕业设计(论文)目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 桥型方案比选12 设计基本资料与构造布置42.1设计资料42.1.1桥梁跨径及桥宽42.1.2设计荷载42.1.3材料及工艺42.1.4 气候特征62.1.5 设计依据62.2横截面布置62.2.1 主梁间距与主梁片数62.2.2
4、 主梁跨中截面主要尺寸拟定72.2.3计算截面几何特征72.3沿跨长的变化102.4横隔梁的设置103 主梁作用效应计算113.1永久作用效应计算113.1.1.永久作用集度113.1.2 永久作用效应123.2可变作用效应计算133.2.1冲击系数和车道折减系数133.2.2计算荷载横向分布系数153.2.3 车道荷载的取值163.2.4 计算可变作用效应173.3主梁作用效应组合194 预应力钢束的估算及布置224.1 跨中截面钢束的估算与确定224.1.1 按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数224.2 预应力钢束布置224.2.1 跨中截面及锚固端截面的钢束位置224.2.2钢束起弯
5、角和线型的确定244.2.3钢束计算245 计算主梁截面几何特性285.1 截面面积及惯矩计算285.1.1净截面几何特性计算285.1.2 换算截面几何特性计算295.2 截面静矩计算305.3 截面几何特性汇总336 钢束预应力损失计算356.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失356.2由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失366.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失376.4由钢束应力松弛引起的预应力损失376.5混凝土收缩和徐变引起的预应力损失386.6预加力计算及钢束预应力损失汇总397 主梁截面承载力与应力验算417.1持久状况承载能力极限状态承载力验算417.1.1正截面承
6、载力验算417.1.2斜截面承载力验算437.2持久状况正常使用极限状态抗裂验算457.2.1正截面抗裂验算457.2.2在作用短期荷载效应组合下的斜截面抗裂验算457.3持久状况构件的应力验算487.3.1正截面混凝土压应力验算487.3.2预应力筋拉应力验算497.3.3截面混凝土主压应力验算517.4短暂状况构件的应力验算547.4.1预加应力阶段的应力验算547.4.2吊装应力验算558 主梁端部的局部承压验算568.1局部承压区的截面尺寸验算568.2局部抗压承载力验算579 主梁变形验算599.1计算由预应力引起的跨中反拱度599.2计算由荷载引起的跨中挠度599.3结构刚度验算6
7、09.4预拱度的设置6010 横隔梁计算6110.1确定作用在跨中横隔梁上的可变作用6110.2跨中横隔梁的作用效应影响线及配筋设计6110.2.1绘制弯矩影响线6110.2.2 绘制1号梁右截面剪力影响线6210.2.3截面作用效应计算6210.3截面配筋计算6311 行车道板的计算6411.1 悬臂板荷载效应计算6411.1.1永久作用6411.1.2可变作用6411.1.3承载能力极限状态作用基本组合6511.2 连续板荷载效应计算6511.2.1永久作用6511.2.2可变作用6611.2.3承载能力极限状态作用组合6711.3 行车道板截面设计、配筋与承载验算6812 支座设计计算6
8、913 钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算7213.1 设计资料7213.1.1地质水文资料7213.1.2材料及工艺7213.1.3桥墩尺寸7213.2盖梁设计7213.2.1荷载计算7213.2.2 盖梁自重及作用效应计算7313.2.3 活载计算7313.2.4 柱反力计算7813.3 内力计算7913.3.1 恒载加活载作用下各截面的内力7913.3.2 截面配筋设计8413.4 桥梁墩柱设计8513.4.1 荷载计算8513.4.2荷载组合8713.5 截面配钢筋计算及应力验算8813.5.1 作用于墩柱顶的外力8813.5.2 作用于墩柱底的外力8813.5.3 截面配筋计算8813.6
9、 钻孔桩计算8913.6.1 荷载计算9013.6.2 桩长计算9113.6.3 桩的内力计算(m法)9113.6.4 桩身截面配筋与强度验算9413.6.5 墩顶纵向水平位移验算95附 图97结论101参考文献102致谢103攀枝花学院本科毕业设计(论文)1 桥型方案比选1 桥型方案比选15桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较,从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选,最终确定桥梁形式。桥梁设计原则适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通,并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限,并便于检查和维修。舒适与安
10、全性现代桥梁设计越来越强调舒适度,要控制桥梁的竖向与横向振幅,避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件,在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设,应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备,以利于减少劳动强度,加快施工进度,保证工程质量和施工安全。美观一座桥梁,尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形,应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素,决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则,对桥梁作出综合
11、评估。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:1)混凝土材料以砂、石为主,可就地取材,成本较低;2)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;3)结构的耐久性和耐火性较好,建成后维修费用较少;4)结构的整体性好,刚度较大,变性较小;5)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;6)结构自重较大,自重耗掉大部分材料的强度,因而大大限制其跨越能力;7)预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料,并明显降低自重所占全
12、部设计荷载的比重,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;8)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。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,而拱轴为抛物线形的三铰拱的任何截面弯矩均为零,拱只受轴向压力。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,
13、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。由于天津地铁一号线所建位置地质情况是软土地基,故不考虑此桥型。斜拉桥斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨,梁是多跨弹性支撑梁,梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关,而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁,现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过他们
14、。斜拉桥与悬索桥不同之处是,斜拉桥直接锚于主梁上,称自锚体系,拉索承受巨大的拉力,拉索的水平分力使主梁受压,因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过拉紧的斜索与塔直接相连,增加了主梁抗弯、抗扭刚度,在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索,它通过吊索吊住加劲梁,索两端锚于地面,称地锚体系。斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点,发展非常迅速,跨径不断增大。但实际跨度不大,此桥型不予考虑。综上所述,并结合现场设计资料,选用预应力混凝土简支梁桥较为适宜。2 设计基本资料与构造布置2.1设计资料2.1.1桥梁跨径及桥宽标准跨径
15、:30m(墩中心距离);主梁全长:29.96m;计算跨径:28.66m;桥面净空:净14m+21.8+20.25m=18.1m。2.1.2设计荷载公路-I级;人群3KN/m2 ;每侧人行道自重集度1.5KN /m;栏杆自重集度为4KN/m。2.1.3材料及工艺 沥青混凝土:桥面铺装; C40混凝土:桥面铺装; C50混凝土:预制T形梁,现浇连续段; mm:预制T形梁及顶板束,每束6根,全梁配5束 材料主要指标 表1 T形梁混凝土主要指标2 设计基本资料及构造布置指标 强度等级 弹性模量(MPa)容重(KN/m)轴心抗压设计强度(MPa)抗拉设计强度(MPa)轴心抗压标准强度(MPa)抗拉标准强
16、度(MPa)C502522.41.8332.42.65表2 钢绞线主要指标 公称直径(mm) 截面面积()单位重量(Kg/m)标准强度(MPa)弹性模量(MPa)松弛级别1401.1021860 表3 钢筋主要性能 钢筋种类 抗拉设计强度(MPa)抗压设计强度(MPa)标准强度(MPa)弹性模量(MPa)R235195195235HRB3352802803352.1.4 气候特征攀枝花市属以南亚热带为基带的立体气候,具有夏季长、温度日变化大,四季不分明,气候干燥、降雨集中,日照多,太阳辐射强,气候垂直差异显著等特征。 河谷地区全年无冬, 最冷月平均气温在10以上。气温年较差小而日较差大, 年平
17、均气温19.021.0。 年10的积温6 6007 500。 全年日照2 3002 700小时。 年总降水量7601 200毫米,全年分干、雨两季,降水量高度集中在雨季(610月),雨季降雨量占年降雨量的90%左右。从河谷到高山具有南亚热带至温带的多种气候类型。 2.1.5 设计依据公路工程技术标准JTJ B01-2003;公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)北京:交通部公路规划设计院;公路混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。建筑基基础设计规范(GB50007-2002)2.2横截面布置2.2.1 主梁间距与主梁片数主梁间距随梁高与跨径的增加以加宽为宜,由
18、此可提高主梁截面效率指标值,采用主梁间距离2.2米,采用8片主梁。如图所示:. 图1 结构布置图(尺寸单位:cm)2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定主梁高度: 预应力混凝土简以梁桥的主梁高跨比通常在1/151/25,标准设计的高跨比约在1/181/19。当建筑物高度不受限制时,增大梁高往往是经济的方案,因为增大梁的高度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。综合这些因素,我们采用主梁高度2100mm。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。预预支T梁的翼板厚度取用180mm,
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