25m预应力混凝土空心板梁桥设计.doc
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1、本科毕业(论 文)设计题目(中文): 25m预应力混凝土空心板梁桥设计 (英文)25mPrestressed Concrete Hollow Slab beam bridge 学 院 建筑工程学院 年级专业 学生姓名 学 号 指导教师 - 1 -上海师范大学本科毕业论文(设计)诚信声明 I上海师范大学本科毕业论文(设计)选题登记表II上海师范大学本科毕业论文(设计)指导记录表中文摘要及关键词 英文摘要及关键词 一、 设计资料- 1 -1.1 主要技术指标- 1 -1.2 材料- 1 -1.3 空心板构造- 1 -1.4 构造要点- 1 -1.5 设计参数- 2 -二、空心板截面特性计算- 3
2、-2.1 毛截面面积- 3 -2.2 毛截面重心位置- 3 -2.3 空心板毛截面对其中心轴的惯性矩计算- 3 -三、永久作用效应计算- 4 -3.1 永久作用效应计算- 4 -3.2 可变作用效应计算- 5 -3.2.1 汽车荷载横向分布系数计算- 6 -3.2.2汽车荷载冲击系数计算- 11 -3.2.3 车道荷载效应计算- 12 -3.3 作用效应组合- 14 -四、预应力钢筋数量估算及布置- 15 -4.1预应力钢筋数量的估算- 16 -4.2 预应力钢筋布置- 17 -4.3 普通钢筋数量的估算及布置- 17 -五、换算截面几何特性计算- 20 -5.1 换算截面面积- 20 -5.
3、2 换算截面重心位置- 20 -5.3 换算截面惯性矩- 21 -5.4 换算截面弹性抵抗矩- 21 -六、承载能力极限状态计算- 21 -6.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算- 21 -6.2 斜截面的抗弯承载力计算- 22 -6.2.1 斜截面抗剪强度上、下限校核- 22 -6.2.2 斜截面抗剪承载力计算- 23 -七、预应力损失计算- 24 -7.1 锚具变形、回缩引起的预应力损失- 24 -7.2 预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失- 25 -7.3 预应力赶脚先由于松弛硬气的预应力损失- 25 -7.4 混凝土贪心压缩引起的预应力损失- 25 -7.5 混凝土收缩和徐变引起
4、的预应力损失- 26 -7.6 预应力损失组合计算- 28 -八、正常使用极限状态计算- 29 -8.1 正截面抗裂性计算- 29 -8.2 斜截面抗裂性计算- 30 -九、变形计算- 34 -9.1 正常试用阶段的挠度计算- 34 -9.2 预加力引起的反拱度计算反预拱度的设置- 34 -9.2.1 预加力引起的反拱度计算- 34 -9.2.2 预拱度的设置- 36 -十、持久状态应力验算- 36 -10.1 跨中截面混凝土法向应力验算- 36 -10.2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算- 37 -10.3 斜截面主应力验算- 37 -十一、短暂状况应力验算- 39 -11.1 跨中截面-
5、40 -11.2 四分点处截面- 41 -11.3 支点截面- 42 -十二、最小配筋率复核- 44 -十三、下部结构的计算- 45 -13.1盖梁的计算- 45 -13.1.1盖梁的尺寸- 45 -13.1.2荷载计算- 46 -13.1.3内力计算- 48 -13.1.4截面配筋设计与承载力校核- 49 -13.2 桥墩墩柱计算- 50 -13.2.1 荷载计算- 50 -13.2.1.1 恒载计算- 50 -13.2.1.2 活载计算- 50 -13.2.1.3反力横向分布计算- 50 -13.2.2 截面配筋计算及验算- 51 -13.2.2.1 作用于墩柱顶的外力- 51 -13.2
6、.2.3 截面配筋计算- 52 -13.3 钻孔灌注桩计算- 53 -13.3.1 荷载计算- 54 -13.3.2 桩的内力计算(法)- 55 -13.3.2.1 桩的计算宽度- 55 -13.3.2.2 桩的变形系数- 55 -13.3.3 桩身截面配筋与强度验算- 57 -13.3.4 桩柱顶纵向水平位移验算- 58 -13.3.4.1 桩在地面处的水平位移和转角计算- 58 -十四、参考文献- 58 - 59 -25m预应力混凝土空心板桥设计计算书一、 设计资料1.1 主要技术指标桥跨布置: 325.0m。跨 径: 标准跨径:25.0m;计算跨径:24.60m。桥面总宽: 15m,横向
7、布置为0.5m+14m+0.5 m设计荷载:汽车荷载:公路II级荷载;人群荷载:3.0kN/,安全等级为二级。1.2 材料混凝土:空心板采用C50,铰缝采用C40混凝土;栏杆采用C30混凝土;桥面铺装采用C30沥青混凝土和C40防水混凝土。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15.20 mm,公称面积140 mm2,标准强度fpk = 1860 MPa,设计强度fpd =1260 MPa,弹性模量Ep = 1.95105 MPa。防撞护栏:采用混凝土防撞护栏,线荷载为7.5 kN/m。1.3 空心板构造空心板高度0.9 m,宽度1.24 m,各板之间留有0.01
8、 m的缝隙。1.4 构造要点1.4.1 本空心板按部分预应力混凝土A类构建设计。1.4.2 桥面横坡为2%单向横坡,各板均斜置,横坡由下部结构调整。1.4.3 桥面铺装:上层为0.01 m的C30沥青混凝土,下层为0.12 m的C40防水混凝土,两者之间架设SBS防水层。1.4.4 与之预应力空心板采用先张法施工工艺。1.4.5 桥梁横断面与构造及空心板截面尺寸如图1-1和图1-2 图1-1 桥梁横断面及构造图(单位:dm) 图 1-2 空心板截面细部尺寸图(单位:dm)1.5 设计参数1.5.1 相对湿度75%1.5.2 C50混凝土材料特性:fck = 32.4 MPa, fcd = 22
9、.4 MPa,ftk = 2.65 MPa,ftd = 1.83 MPa;1.5.3 沥青混凝土重度按23 kN/m3,预应力混凝土结构重度按26 kN/m3计,混凝土重度按25 kN/m3计。二、空心板截面特性计算2.1 毛截面面积 A=140.4107.3-52.180.5-20.5(62.3+80.5)17.0-2(30+40.95+110.5+304.15) =7478.98 cm22.2 毛截面重心位置 全截面对1/2板高处静矩为 sh/2 = 2110.511.1+30(6+47.6)+40.95(9.1+31.2)+304.150.9 = 9148.71cm3 铰缝面积为 Aj
10、= 2(30+40.95+110.5+304.15) = 971.2 cm2 毛截面重心离1/2板高处距离为 cm 铰缝重心与1/2板高处距离为 cm 2.3 空心板毛截面对其中心轴的惯性矩计算 空心板抗扭特性计算时,可将空心板截面近似简化为箱形截面来计算,参照桥梁工程略去中间肋板,将图 1-2所示截面简化成图 1-3。 图 1-3 计算截面抗扭特性简化式三、永久作用效应计算3.1 永久作用效应计算 (1) 空心板自重(第一阶段结构自重)g1 (2) 桥面系自重(第二阶段结构自重)g2 人行道及栏杆重力参照其他桥梁设计资料,单侧按12.0kN/m计算。 桥面铺装采用厚度10cm的C30沥青混凝
11、土,则全桥宽铺装层每延米长重力为:上述自重效应是在各空心板形成整体后,再加至板桥上的,精确地说由于桥梁横向弯曲变形,各板分配到的自重效应应是不相同的,本例为计算方便近似按各板平均分担来考虑,则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为: (3) 铰缝自重(第二阶段结构自重)g3 由此可得空心板每延米总重力g为: 由此可计算出简支空心板永久作用(自重)效应,计算结果见表 1-1项目作用种类作用计算跨径作用效应M(kNm)作用效应V(kN)跨中1/4跨支点1/4跨跨中18.697 24.6141.331060.75229.97114.9908.208424.6620.92465.69100.9650.4
12、8026.905424.62045.261526.44330.94165.4703.2 可变作用效应计算 公路-I级车道荷载的均布先荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk为: qk = 10.5 kN/m 计算弯矩是,集中荷载为: Pk = 237.20 kN 计算剪力时,集中荷载为: Pk = 284.64 kN 按桥规车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上,集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。多车道桥梁上还应考虑多车道折减,双车道折减系数=0.67,但不小于两设计车道的荷载效应。3.2.1 汽车荷载横向分布系数计算 空心板跨中和l/4处的荷载横向分布系
13、数按铰接板法计算,支点处按杠杆原理法计算。支点至l/4点之间的荷载横向分布系数按直线内插求得。(1)跨中及l/4处的荷载横向分布系数计算 首先计算空心板的刚度参数: 由前面计算: I = 1.031011 mm4 I = 1.091011 mm2 b = 1404 mm l = 24600 mm 将以上数据代入,得: 求得刚度参数后,即可按其查公路桥涵设计手册梁桥(上册)(徐光辉,胡明义,主编,人民交通出版社,1996年3月)第一篇附录(二)中10块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表,由=0.01及=0.02内插得到=0.010242时,15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
14、果见表 1-2中。每个对应的板号,各块板竖向影响线之和等于1,用此来进行校核。 表 1-2 各板的荷载横向分布影响线及横向最不利荷载布置如图1-4所示。各板的荷载横向分布系数计算见表1-3,计算公式为: 式中 表示车轮对应的影响线坐标值。1号板: 四行汽车: 两行汽车:2号板:四行汽车:两行汽车:3号板:四行汽车:两行汽车:4号板:四行汽车:两行汽车:5号板:四行汽车:两行汽车:各板横向分布系数计算结果汇总于表1-3.由表1-3中数据可以看出:四行汽车荷载作用时,3号板的横向分布系数最不利;两行汽车作用时,1号板为最不利。为设计和施工方便,各空心板设计成统一规格,同时考虑到汽车荷载效应,因此,
15、跨中和l/4出的荷载横向分布系数偏安全的取下列数值: 各板荷载横向分布系数汇总表 表1-3板号横向分布系数123450.41850.34450.4190.4180.41350.2750.26850.2580.23850.211(2) 车道荷载作用于支点处的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1-5,15号板的横向分布系数计算如下:四行汽车: 两行汽车: (3) 支点到l/4处的荷载横向分布系数按直线内插求得。空心板的荷载横向分布系数汇总于表1-4。空心板的荷载横向分布系数 表1-4作用位置 支点支点至四分点四分点至跨中两车道汽车荷载0.375直线内插0.275四车
16、道汽车荷载0.5直线内插0.4193.2.2汽车荷载冲击系数计算桥规规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。按结构基频f的不同而不同,对于简支板桥:当f14Hz时,=0.45;当1.5Hzf14Hz时,=0.1767lnf-0.0157。式中:l结构的计算跨径 (m) E结构材料的弹性模量 (N/m) Ic结构跨中截面的截面惯矩 Mc结构跨中处的单位长度质量 (kg/m,当换算为重力单位时为Ns2/m2),Mc=G/g; G结构跨中处每延米结构重力 (N/m); g重力加速度,g=9.81m/s2。 由前面计算, 由公预规查得C40混凝土的弹性模量,代入公式得:3.2.3 车道
17、荷载效应计算 计算车道荷载引起的空心板跨中及l/4处截面效应时,均布荷载标准值qk应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上,集中荷载标准值Pk只作用于影响线中一个最大影响线峰值处,影响线面积计算见表1-5。 影响线面积计算表 表1-5项目计算面积影响线面积0(1)弯矩作用效应计算弯矩作用效应计算公式为:,计算结果见表1-6。各控制截面弯矩计算表 表1-6车道数内力1+(1)(2)m(3)qk(4)0(5) Pk(6)yk(7)剪力效应123(45+67)不计冲击值(kN)两车道1.123410.27510.575.645237.26.15696.047619.5890.27537.8225
18、4.1625460.690410.086四车道0.670.41975.6456.15710.550632.4990.41937.88254.1625470.290418.631(2) 剪力作用效应计算 剪力作用效应的计算公式为:各控制截面剪力计算表 表1-7车道数内力1+(1)(2)m(3)qk(4)0(5) Pk(6)yk(7)剪力效应123(45+67)不计冲击值(kN)两车道1.123410.27510.53.075284.640.553.942748.0170.2756.9190.7588.39578.686四车道0.670.4193.0750.555.066490180.4196.9
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