内蒙古大学创业学院桥梁毕业设计D河

本科毕业论文(设计)第103页预应力混凝土T形梁桥【摘要】本文设计的是预应力混凝土T形梁桥，第一部分主要内容主要是通过水文计算确定桥长，并通过方案的比选确定出本次设计的桥型，第二部分的内容比较多，主要包括结构尺寸的拟、恒载和活载内力计算、根据承载力配筋并进行截面的承载力和应力验算、张拉预应力钢筋和计算预应力钢筋的各种应力损失、验算局部承压和梁的挠度变形计算，同时还简单的计算复核了横隔梁和行车道板的承载力。关键词：预应力内力组合承载力应力损失PrestressedConcreteT-

5.11设计原始资料

5.12河段类型判断

5.13设计流量和设计流速的复核

5.14桥孔长度计算

6.15计算桥面标高

7.16桥梁墩台冲刷计算

9.17方案比选102上部结构设计基本资料及上部构造1

2.21设计资料1

2.22截面布置1

3.23横截面沿跨长的变化1

5.24横隔梁的位置153主梁作用效用计算1

5.3

1.1永久作用集度1

6.3

1.2永久作用效用计算1

7.32可变作用效应计算1

9.3

2.1冲击系数和车道折减系数计算1

9.3

2.2计算主梁的荷载横向分布系数

3.2.3车道荷载的取值2

7.3

2.4计算可变作用效应2

8.33主梁作用效应组合304预应力钢束数量估算及其布置

3.241预应力钢束数量的估算

3.242预应力钢束的布置3

4.4

2.1跨中截面及锚固端截面的钢束位置3

4.4

2.3钢束长度计算405主梁计算主梁截面几何特性416钢束预应力损失估算

5.161预应力钢筋张拉的控制应力con

5.162钢束应力损失

5.16

2.1预应力钢束与管道壁间的摩擦损失

5.16

2.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失

5.46

2.4由预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失5

8.6

2.5混凝土的收缩和徐_引起的预应力损失597主梁截面承载力与应力验算6

6.71持久状况承载能力极限状态承载力验算6

6.7

1.1正截面承载力验算6

6.7

1.2斜截面承载力验算6

7.72持久状况正常使用极限状态抗裂性验算

7.17

2.1正截面抗裂性验算

7.173短暂状况构件的应力验算

7.67

3.1预加应力阶段的应力验算

7.67

3.2吊装应力验算798主梁变形验算

8.181荷载短期效应作用下主梁挠度验算

8.182预加力引起的上拱度计算

8.183预拱度的设置829横隔梁计算8210行车道板的计算86

10.1悬臂板荷载效应计算86

10.2行车道板截面设计、配筋与承载力验算8811支座的设计与计算8

9.111确定支座平面尺寸8

9.112确定支座的厚度90

1.13验算支座偏转的情况91

1.14验算支座的抗滑稳定性91

1.2桥墩计算921D河桥位水文设计原始资料及计算

1.1设计原始资料1该河属于华北XX山区河流，i=2,河床粗糙系数m=62。2设计流量Qs=980,设计流速Vs=

5.7m/s,设计洪水位10

6.672。3该地区基本风压为550Pa,暴风期最大风为六级，基本风速为Wwo=

1.15m/s，风向与浪程方向夹角为小于

2.25，最大浪程D=300m,浪程端处最大水深

2.4m。4该地区标准冻深

1.2m。5该河为季节性河流无通航要求。该地区无抗震性要求。期含砂率为

7.6kg/m。6两岸花岗片麻岩，风化程度不厉害，属碎块状。基本承载力为2000MPa。7第一层土卵石含砂95=40m，第二层土粗砂含卵石d95=25mm,第三层土角砾含砂稍含土d95=4mm，第四层土卵石含砂d95=50mm。

1.2河段类型判断此河地处华北XX，稳定抗冲刷能力强，无河床属于稳定类河段。

1.3设计流量和设计流速的复核根据地质纵剖面图绘出的河床桩号，绘制河流纵断面图。(见下表1-1)表1-1桩号+8

9.120+8

9.1209

10.40940.80940.80

9.4480标高10

6.67210

6.33210

6.38210

6.27210

6.32210

6.672此河为全河槽Ac=1

7.236_c=

5.884mhc=

2.93mmc=51n=1/mi=2由谢_公式V=CVc=mcRc2/3i1/2=1/

5.12932/

30.0021/2=

5.67m/sQc=AcVc=1

7.23

6.57=

9.767m/s因为设计流速为

5.7m/s

5.67m/s，所以取Vc=

5.7m/s设计流量为980m/s

9.767m/s所以取Qc=980m/s。过水面积、水面宽度、湿周计算表表1-2桩号河床标高m水深m平均水深m间距m湿周m水面宽度过水面积合计50+8

9.12024

6.6720Ac=1

7.236F_Ac

1.70

3.4050+8

9.12024

6.3

3.23

4.31

5.19

2.19260.4850+9

10.4010

6.3

8.22

9.345

30.4

30.42

30.4250+940.8010

6.2

7.240

3.7500.5050+940.8010

6.32

2.3

5.1

7.545XXXX2750+

9.448010

6.67

1.4桥孔长度计算桥孔长指：设计水位条件下，两桥台前缘之间的水面宽度，用L表示。桥孔净长以表示。桥墩厚度为d，孔数为n.则：

1.用经验公式法计算经判断该地区属于稳定河段，用稳定、次稳定、不稳定(滩槽可分)河段(河槽宽度公式)。稳定河段K=0.84，n=0.90设计流量=Vc=

5.7m/s；河槽流量Qc=980m/s；河槽宽度=

5.36m；所以=0.84

5.7/980)0.90

5.36=

4.502m综合分析桥型拟订方案为225m预应力T型梁桥，采用圆柱式桥墩建桥后实际桥孔净长:Lj=2(2

5.15)=47m

4.502m(初步拟订柱宽为

1.5m)。

1.5计算桥面标高桥面中心线上的最低点的标高称为桥面标高。它用以表示桥梁的高度=Hp+h++桥面最低标高；Hp设计水位Hp=10

6.672m；h各种水面升高值之和，其中包括桥前壅水、风浪、河湾横比降，涨水时的水拱现象以及河床淤积等因素引起的桥下水面升高值；桥下净空高度；桥梁上部结构高度，包括桥面铺装层高度。桥前最大壅水高度Z，Z=其中水流阻力系数。取=0.05桥下断面设计平均流速(m/s)(由设计材料知河槽为中等密实)=河槽断面平均流速桥下净过水面积圆柱桥墩的面积H平均水深H=/

5.36=

1.828m=2RH=

2.1

5.1828=

5.484=1

7.23

6.5484=1

1.752=(+

5.7)=

7.02m/s桥下最大雍水高度因为是山区河流=0.84m波浪高度波浪高度按经验公式计算，计算桥面标高时，以波浪高度的三分之二计入。其中：=累计频率P=1%的波浪高度(m),即联系观测100个波浪，其中波高最大的一个；为双曲正切函数；风速(m/s)，为水面上10m高度洪水期2min平均风速的多年实测平均值；有效浪程系数；D浪程，又称为吹程(m)，子桥位出沿主风向至洪水泛滥边界的最大距离(m)D=300m;沿浪程的平均水深(m),取浪程最大水深

2.4m。式中：洪水期水面处实测10min平均最大风速的多年平均值。因为查表得代入上述得所以桥下净空高度取=3m。对于预应力T型梁，梁高取

1.7m，桥面铺装层取0.1m沥青混凝土铺装从层和0.08m的混凝土铺装层；所以=

1.88m。建筑高度hD=

1.7+0.18=

1.88m桥面标高=Hp+h++=10

6.672+0.842+0.1+

1.88+3=10

7.338m路面标高10

7.292m

1.6桥梁墩台冲刷计算确定一般冲刷线深度单宽流量集中系数，对于宽滩性河段，取=

1.4桥孔测收缩系数(其中=1)河槽宽度=

5.36m河槽平均水深=1

1.752/=

2.6m因为其中：)资料已知桥下河槽部分的计算流量=980所以=

2.确定局部冲刷深度用包尔达可夫公式式中桥下设计流速(m/s)一般=

5.7m/s岩土容许不冲刷流速(m/s)查附录=0.95m/sn墩台形状指数，查表n=所以=m

3.确定基础底埋置高程由上面计算结果得：1)一般冲刷深度：=

2.09m2)局部冲刷深度：=

1.18m3)总冲刷深度为：桥下河槽最低冲刷线高程基础埋深安全值，取所以桥台基底最小埋置高程

1.7方案比选方案类别比较项目第一方案第二方案第三方案主桥：预应力混凝土T形简支梁桥(125m)主桥：装配式预应力混凝土空心板桥(113m)主桥：非预应力混凝土T型简支梁桥(125m)桥长50m52m50m最大纵坡2%2%2%工艺技术要求技术较先进，工艺要求较严格，采用后张法预制预应力混凝土T梁，需要采用吊装设备，且在近几年预应力混凝土T型梁桥施工中有成熟的施工经验和施工技术，使用广泛。外形简单，制作方便，节月模板，建筑高度小，降低桥面标高，缩短引道长度，外形美观，轻盈，便于工厂化生产，构架自重较轻，便于施工。工艺较先进，工艺要求较严格，采用混凝土T梁，需要吊装设备，施工复杂。使用效果属于静定结构，桥面平整，行车条件好，使用阶段易于养护，养护经费较低。属于静定结构，板面平整，行车条件较好，但养护较麻烦属于静定结构，板面平整易受挠度影响，行车条件稍差，养护较麻烦。从对比来看，我比较倾向于预应力混凝土T型梁桥。2上部结构设计基本资料及上部构造

2.1设计资料跨度和桥面宽度1)标准跨径：25m(墩中心距)2)计算跨径：

2.412m3)主梁全长：

2.492m4)桥面宽度(桥面净空)：净

2.375+1+0.752设计荷载！)公路级，人群荷载

3.0KN/m.2)环境标准：类环境3)设计安全等级：二级材料及工艺混凝土：主梁用C50，桥面铺装用C30预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范(JIGD622004)中的s

1.52钢铰线，每束7根，全梁配4束，fpk=1860Mp，弹性模量=普通钢筋采用HR

1.7m，梁间距

2.0m，其中预制梁宽度

1.5m，翼缘板中间湿接缝宽度0.5m主梁跨中肋厚0.16m，马蹄宽为0.48m，端部腹板厚度加厚到与马蹄同宽，以满足锚具布置和局部应力需要。3)横隔梁设置：横隔梁设置五道，间距

6.0m，端横隔梁宽度0.19m，跨中横隔梁宽度0.19m4)桥面铺装：设计总厚度18cm，其中水泥混凝土厚度8cm，沥青混凝土厚度10cm，两者之间加设防水层。相关设计参数预应力混凝土结构重度按26计，普通钢筋混凝土重度按25，沥青混凝土重度按23计，单侧防撞栏荷载为

7.5。施工方法采用后张法施工，预制主梁时，预留孔道采用金属波纹管成型，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，主梁安装就位后现浇20cm宽的湿接缝，最后施工90mm厚的沥青桥面铺装层。设计依据1)交通部颁公路工程技术标准(JTG

2.2截面布置计算截面几何特征，计算时可将整个主梁截面划分为n个小块面积进行计算，跨中截面几何特征列表计算如下；图2-1T形跨中与端部截面尺寸图(尺寸单位cm)表：跨中截面几何特性计算表2-1分块名称分块面积分块面积形心值上缘距离分块面积对上缘静矩分块面积的自身惯性矩分块面积对截面形心的惯性矩大毛面积(含湿接缝)翼板3200

8.XXX.00682

6.600

5.101XXXX3264

6.432XXXX3947

30.99三角承托

5.430XXXX0260.0024

30.0040.01

8.6443205866

8.6205腹板2680.0

8.300XXXX2440.XXX

7.333-

2.399XXXX5423

9.387XXXX5255

6.7201下三角280.001

4.333401

3.24262

2.222-

8.XXX

7.614XXXX1996

9.8369马蹄960.00160.001XXXX3600.003200.00-100.XXX

20.XXX

20.8945

3.200XXXX6341

6.4383小毛截面(不含湿接缝)翼板2400.0

8.XXX.XXX.00

5.696XXXX8665

8.XXX

8.4984三角承托

5.430XXXX0260.0024

30.00

4.XXX

6.466XXXX1440

7.662腹板2680.0

8.300XXXX2440.XXX

7.333-

1.XXX

8.348XXXX8823

5.682下三角280.001

4.333401

3.24262

2.222-

7.837171

9.719XXXX1725

9.4215马蹄960.00160.001XXXX3600.003200.00-

9.504XXXX6712

9.754XXXX6744

9.754445

6.324XXXX4264

7.3297大毛截面形心至上翼缘距离

4.901小毛截面形心至上翼缘距离

6.496大毛截面形心至上翼缘距离ys=Si/Ai=45

3.242/7660=

4.901cm小毛截面形心至上翼缘距离ys=Si/Ai=445

6.3242/6860=

6.496检验截面效率指标(希望在0.5以上)上核心距:ks=下核心距:k_=截面效率指标:=0.5

30.5表明以上初步拟订的主梁跨中截面是合理的

2.3横截面沿跨长的变化如图2-3所示,本设计主梁采用等高形式,横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起的较大的局部应力,也为布置锚具的需要,在距梁端

5.00m范围内将腹板加厚到与马蹄同宽,马蹄部分配合钢束弯起而从四分点附近开始向支点逐渐抬高,在马蹄抬高的同时,腹板宽度亦开始变化。

2.4横隔梁的位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。为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。本设计共设置五道横隔梁，其间距为

6.00m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部200，下部180；中横隔梁高度为1560，厚度为上部2000，下部180。3主梁作用效用计算主梁作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应，根据梁跨结构纵、横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面(取跨中，五分点，变化点截面及支点截面)的永久作用的最大可变作用效应，再进行主梁作用效应组合。

3.1永久作用效应计算

3.1.1永久作用集度1主梁自重跨中截面段主梁自重(四分点截面，到跨中截面长6m)=0.686256kN=107kN马蹄台高与腹板变宽段梁的自重近似计算(长5m)主梁端部截面面积为A支点段梁的自重(长

1.46m)边主梁的横隔梁中横隔梁体积为端横隔梁体积为：0.19

1.540.51-0.0690.46/2)=0.1462故半跨内横梁重量：主梁永久作用集度1)二期永久作用a)翼缘板中间湿接缝集度

9.140.25=0.0665一片端横隔梁(现浇部分)体积；0.1

9.1560.25=0.074故2)桥面铺装层8cm水泥混凝土铺装：0.08923=

1.872kN/m10cm沥青混凝土铺装：0.1926=

2.16kN/m将桥面铺装重量均分给五片主梁，则3)防撞栏：一侧人行栏

1.52kN/m将两侧防撞栏均分给五片主梁，则边梁二期永久作用集度

3.1.2永久作用效用计算下面进行永久作用效应计算(如图)，设a为计算截面至左侧支座的距离，并令c=a/l。主梁弯矩M和剪力V的计算公式分别为：永久作用效应计算表边梁永久作用效应计算表2-2作用效应跨中四分点支点C=0.59=0.25C=0一期弯矩/15

8.53411

7.9000.00剪力/KN0.001

3.1452

6.291二期弯矩/

9.533

8.715040.00剪力/KN0.00

6.9051

5.811弯矩/2

5.XXX

4.040.00剪力/KN0.002

10.50

4.210

2.32可变作用效应计算

3.2.1冲击系数和车道折减系数计算结构的冲击系数与机构的基频f有关；故应先计算结构的基频，简支梁桥的基频可按下式计算式中结构的计算跨径(m)E结构材料的弹性模量结构跨中截面的截面惯性矩结构跨中处的单位长度质量，当换算为重力计算时，其单位应为；G结构跨中处每延米长结构重力(N/m)g重力加速度，g=

9.81m/s所以其中，===

30.17由于

1.5Hz，故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数为按桥规

4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得不小于用两行车队布载的计算结果。本设计师按照二车道布载进行计算，取最不利情况进行设计。

3.2.2计算主梁的荷载横向分布系数1)跨中的荷载横向分布系数；由于承重结构的宽跨比为，故可将其简化比拟为一块矩形的平板，用比拟正交异性板法(G-M)法求荷载横向分布系数。2)计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I和抗弯惯性矩I在前面已求得：I=0.266XXXX4164对于T形梁截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算式中相应为单个矩形截面的宽度和高度；矩形截面抗扭刚度系数，可由表下式计m梁截面划分成单个矩形截面的个数抗扭惯性矩计算图式(cm)对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度马蹄部分换算平均厚度IT计算表表2-3分块名称ti/

1.6360.080.31650.002XXXX7174腹板1

2.364

20.000.160.29970.XXX马蹄

4.800

30.000.6250.20370.002XXXX9950.008XXXX7608单位宽度的抗弯及抗扭惯性矩计算横梁抗弯及抗扭惯性矩：翼板有效宽度的计算见图横梁长度取两边主梁的轴线间距，即=

2.0m4=8mC=(6-0.19)m=

2.9m所以根据的比之可查表3-4，求得:所以所以=0.55

6.29=

1.6mc/l的值计算c/l0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50/c0.980.9360.8670.7890.7100.6350.5680.5090.4590.416求横梁截面重心位置横梁的抗弯和抗扭惯性矩h/

1.00.90.80.70.60.

5.0.40.

30.

20.

10.1C0.14

10.1550.17

10.1890.2060.2290.

2.500.2700.29

10.3121/3根据表h/

30.1,查表c=1/3,由于连续桥面的单宽抗扭矩只有独立板宽扁板者的翼板取c=1/6=0.167,计算抗弯参数和抗扭参数

8.6100

1.10

1.1

5.1

10.

1.00.0860.80

4.110

1.1

2.11

5.11

8.1100.880.8

20.7

10.62

2.1

3.5.1

3.312

8.11

2.1000.740.50.570.463

4.240

1.6.614

6.1150.9

10.650.550.450.38

2.4.21

8.41

9.21080.880.6

10.500.380.36K000.400.6

8.100

1.3.21

4.21

3.21000.680.40

7.614

7.14

8.1

3.21000.640.24-0.

2.260

2.

1.80

1.50

1.050.640.30-0.28-0.543

4.390

2.80

2.10

1.360.7000.22-0.20-0.46-0.62

5.30

3.90

2.2

8.1000.38-0.25-0.50-0.82-

1.13内插法求各梁处横向分布影响线坐标值(尺寸单位：cm)计算各梁的横向分布影响线坐标值见表梁号计算式荷载位置

1.95

6.16

9.61

5.XXX.9040.6440.5400.4360.3

9.64180

3.0

2.13

6.12880.6360.12-0.174-0.532-0.722-

2.224-

1.324-0.584-0.15

20.2680.5180.7100.96

8.1018-0.302-0.197-0.079-0.02

10.0360.07

10.0960.01

30.13

8.44

8.2319

9.221

5.13090.6000.056-0.266-0.545-0.8600.86640.6390.45

30.26

10.1200.013-0.053-0.109-0.1702号

1.250

1.24

6.122

8.11

4.410400.7960.7180.6260.524计算式

1.52

8.160

5.181

5.14

9.211580.7840.436-0.072-0.244-0.278-0.378-0.587-0.348-0.1170.01

20.28

20.6970.768-0.036-0.0500.077-0.0460.1570.00

20.0370.09

30.10

2.15

6.416

7.4173

7.153

8.14240.78

20.399-0.165-0.3460.3150.3350.3470.3070.2280.1

5.60.079-0.033-0.0693号=0.8000.80

1.000

1.10

1.150

1.100

1.0000.8600.800=0.4000.680

1.000

1.3

1.4

1.3

1.0000.800.4000.05

30.0240.000-0.740-0.730-0.780.0000.1800.4000.05

30.0240.000-0.098-0.097-0.100.0000.0240.05

30.45

30.70

2.1000

1.

4.13

5.31

2.210000.7760.45

30.0900.1500.2000.24

10.2700.240.2000.1550.090表2-5表各梁的横向分布影响线坐标值绘制横向分布影响线图求横向分布系数计算荷载横向分布系数：荷载横向分布系数的计算中包含了车道这件系数、按照最不利方式布载，并按相应影响线坐标值计算荷载横向分布系数。两车道：故取可变作用(汽车)的横向分布系数为：=0.612；人群荷载3)支点截面的荷载横向分布系数：如图所示，按杠杆原理法绘制支点截面荷载横向分布影响线进行布载，1号梁可变作用横向分布系数可计算如下：支点截面荷载横向分布计算图式(尺寸单位：cm)；=

1.4374)横向分布系数见表可变作用(汽车)：1表2-61号梁可变作用横向分布系数可变作用类型公路I级0.7960.74人群0.7

9.7143

7.3

2.3车道荷载的取值根据桥规

4.3.1条,公路I级的均布荷载标准值qk=

10.5KN/m，集中荷载标准值pk按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，pk=180KN；桥梁计算跨径大于或等于50m时，pk=360KN；桥梁计算跨径在5m50m时，pk采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值应乘以

1.2的系数。本设计中公路级车道荷载的均布荷载值按公路I级标准值和集中荷载标准值相应值的0.75倍计算和分别为计算弯矩时；计算剪力时，

3.2.4计算可变作用效应由于

1.5Hz，故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数为按桥规

4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得不小于用两行车队布载的计算结果。本设计师按照二车道布载进行计算，取最不利情况进行设计。1计算荷载内力荷载内力的计算公式：式中：S所求截面的弯矩和剪力；汽车荷载冲刷系数，之前算过为

1.1610；多车道桥涵的期限和荷载折减系数；取=1(双车道不折减)对于所计算主梁的横向分布系数；车道荷载的均布荷载标准值；使结构产生最不利位置的同号影响线面积；车道荷载的集中荷载标准值；所加载影响线中一个最大影响线峰值。故得：

(1)车辆荷载的跨中弯矩

(2)人群荷载的跨中弯矩

(3)跨中截面车道活载最大剪力

(4)支点处的最大弯矩和最大剪力

3.3主梁作用效应组合取三种最不利效应组合：短期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态基本组合。表2-7作用效应组合表序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面第一期永久作用15

8.5

3.40.0011

7.9001

3.1452

6.291第二期永久作用

9.53380.00

7.1504

6.9051

5.811总永久作用(=+)2

5.387

20.001

9.64042

10.50

4.2102可变作用(汽车)12

3.2171

2.101

9.241

5.19422

4.73可变作用(汽车)冲击1

9.83

8.146371

4.879

20.53

9.81可变作用(人群)1

30.

4.1541

4.54

8.1922

3.262标准组合(+)40

8.981

4.60330

8.24

6.419XXXX4740.72短期组合(+0.7)3

5.316590.122

6.39403

4.82

9.62676极限组合

1.2+

1.4(+)+51

9.53

2.8138

9.7

5.53822

9.463224预应力钢束数量估算及其布置

4.1预应力钢束数量