1、 目录 摘要 .I ABSTRACT . II 第 1 章 设计内容及构造布置 . 1 1.1 设计内容 . 1 1.2 方案比选 . 2 1.3 横截面布置 . 4 1.4 横截面沿跨长的变化 . 7 1.5 横隔梁的设置 . 7 第 2 章 主梁内力计算 . 7 2.1 恒载内力计算 . 7 2.2 活载内力计算 . 10 2.3 主梁内力组合 . 18 第 3 章 预应力钢束的估算以及布置 . 19 3.1 跨中截面钢束的估算与确定 . 19 3.2 预应力钢束布置 . 19 3.3 非预应力钢筋截面积估算及布置 . 24 第 4 章 计算主梁截面几何特性 . 24 4.1 主梁预制并张
2、拉预应力钢筋 . 25 4.2 灌浆封锚，主梁吊装就位并现浇 300MM 湿接缝 . 25 4.3 桥面、栏杆施工和运营阶段 . 26 第 5 章 钢束预应力损失计算 . 27 5.1 预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失 . 27 5.2 由锚具变形、钢束回缩引起的损失 . 28 5.3 混凝土弹性压缩引起的损失 . 29 5.4 由钢束应力松弛引起的损失 . 30 5.5 混凝土收缩和徐变引起的损失 . 31 5.6 预应力内力计算及钢束预应力损失汇总 . 32 第 6 章 主梁截面验算 . 32 6.1 截面应力验算 . 33 6.2 抗裂性验算 . 37 第 7 章 锚固区局部
3、承压验算 . 39 第 8 章 主梁变形验算 . 41 8.1 荷载短期效应作用下主梁挠度验算 . 41 8.2 预加力引起的上拱度计算 . 42 8.3 预拱度的设置 . 43 第 9 章 横隔梁计算 . 43 9.1 确定作用在跨中横隔梁上的计算荷载 . 43 9.2 跨中横 隔梁的内力影响 . 44 第 10 章 行车道板计算 . 47 10.1 悬臂板荷载效应计算（边梁） . 47 10.2 铰接悬臂板荷载效应计算 （中梁） . 48 参考文献 . 52 致谢 . 53 30m 预应力简支 T 型梁桥设计 专业年级：土木 05 级 道桥 班 学号： 7011505030 姓名：熊虹娇
4、指导教师：贾巧 燕 摘要： 目前，预应力混凝土被广泛的使用于各种中小跨度的桥梁中，而且大量采用预应力混凝土将是未来桥梁发展的趋势。在本次毕业设计中，对目前在公路桥梁中经常使用的预应力混凝土简支 T 型梁桥的设计做了全面的介绍，其中包括调研，外文资料的翻译，方案设计，结构计算以及施工图的绘制，并对预应力混凝土梁桥的特点做了详细的介绍。在确定方案时，根据调研及查阅大量的资料，在此桥位上布置了钢管混凝土桥， 钢筋混凝土箱型拱桥 及预应力混凝土简支 T 型梁桥三种设计方案，根据“安全，功能，经济，美观”的原则，对各种桥型的优缺点进行了比选， 而预应力混凝土简支 T 型梁桥在此桥位上更具有竞争力，反映在
5、工程造价比较低，施工工期短，施工技术成熟，因此，最终选择了预应力混凝土简支 T 梁桥为设计方案。 结构计算着重进行了上部结构的计算，包括截面尺寸的拟定，内力计算（恒载内力，活载内力和附加内力的计算，内力组合以及影响线），配筋设计，施工阶段和使用阶段的应力验算，承载能力极限状态强度验算，刚度验算，变形验算。 通过本次毕业设计，进一步加深了我对桥梁以及预应力混凝土的认识。 关键词 ： 预应力混凝土 T 型梁桥 结构计算 设计方案 施工图 The design and calculation of Fantang Bridge -the design of a T section pre-stres
6、sed concrete beam with simply supported bridge in 30m span specialty:civil engineering 053 number:7011505030 name:Xiong HongJiao teachers:Jia QiaoYan Abstract: Nowdays, the pre-stressed concrete is extensively used in various kinds of bridges with medium and small span ,and it will be a development
7、trend in future to adopt the bridge of the pre-stressed concrete in a large amount.In this paper,I made an overall introduction of the pre-stressed T-section concrete beam bridge which is ofen used among highway at present. Including investigation and research,translation,scheme design ,calculation
8、of structure and drawing. According to the investigation, I give three schemes-the steel tube filled concrete,the reinforced concrete arch bridge and T-section beam with pre-stressed concrete bridge. According to the principle of “safe,capability,economical,artistic”, I choose the T-section beam bri
9、dge with pre-stressed concrete finally.The calculation of structure mainly includes the superstructure such as the size design of the section , the internal force calculation ,the steel bars calculation ,the stress and intensity and displacement. Through this graduation design, my understanding of t
10、he pre-stressed concrete are strengthened further . Keywords: pre-stressed concrete, T-section bridge ,steucture calculation ,construction design 第 1章 设计内容及构造布置 1.1 设计内容 1.1.1 设计标准 桥梁全长： 34m 标准跨径： 30.00m 主梁全长： 29.96m 计算跨径： 29.30m 设计车速： 100 km/h 桥面净空 ： 高速公路，分离式，半幅桥全宽 12.75m 0.75+1+7.5+3+0.5 12.75m 设计
11、荷载：公路 I 级 两侧栏杆的总重： 10.65kN/m 1.1.2 设计资料 1、上部结构 普通受力钢筋：采用 R235 和 HRB335 级钢筋； 预应力钢筋：采用抗拉强度标准值 f pk=1860Mpa，公称直径 d=15.2mm 的低松弛高强度钢绞线； 混凝土：预制 T 梁、横隔梁、湿接缝、封锚端及桥面现浇混凝土均用 C50， Ec=3.45桥面铺装采用沥青混凝土； 锚具：预制 T 梁正弯矩钢束采用 15 8 型， 15 9 型和 15 10 型系列锚具及其配件，预应力管道采用圆形金属波纹管。 2、水文条件：水位随季节变化，不通航；两岸为微风化砂岩 3、其他： 洪水频率 1/100，地
12、震峰值加速度： 0.05g。 1.1.3 设计依据 1、公路桥涵设计通用规范（ JTG D60 2004） 2、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范（ JTG D62 2004） 3、公路桥涵设计手册（桥梁上册）（人民交通出版社 2004.3） 基本计算数据表 表 1 名称 项目 符号 单位 数据 混 凝 土 立方强度 弹性模量 轴心抗压标准强度 抗拉标准强度 轴心抗压设计强度 抗拉设计强度 f Ec fck ftk fcd ftd MPa MPa MPa MPa MPa MPa 50 3.45 104 32.4 2.65 22.4 1.83 预 应 力 钢 筋 标准强度 弹性 模量 抗
13、拉设计强度 最大控制应力 con 使用荷载作用阶段极限应力： 荷载组合 I 荷载组合 III fpk Ep fpd 0.75fpk 0.65 fpk 0.70 fpk MPa MPa MPa MPa MPa MPa 1860 1.95 105 1260 1395 1209 1302 材料 容重 钢筋混凝土 沥青混凝土 钢绞线 1 2 3 kN/m3 kN/m3 kN/m3 26.0 24.0 78.5 钢束与混凝土的弹 性模量比 ny 无量纲 5.43 1.2 方案比选 1.2.1 比选的标准 比选的标准只要依据安全、功能、经济、与美观。其中以安全与经济为重。至于桥梁美观，要视经济与环境而定。
14、 1、安全 安全的标准可以从行车安全、基础地质条件的安全与安全施工等几个方面考虑。行车安全主要通过桥面设置的布置来实现。基础地质条件应当真实，不要有虚假数据。 2、功能 桥梁的功能无非就是两个方面：一是跨越障碍（河流、山谷或线路），二是承受荷载。在方安中，应选择传力路线直接、简捷的结构形式，以保障结构功能的施工 3、经济 评价一坐桥梁可以从一下几个 方面进行：造价、工期和养护维修。 造价包括材料费、人工费和机械设备费。 工期：一座桥梁建设工期的长短与造价有很大的关系，上下部构造的类型的桥梁，要求特种设备的新体系的工期也长；非就地取材的桥型，不仅造价高，而且工期长；采用脚手架施工的工期长。而且有
15、水毁之虞。都需一一加以考虑。 在桥梁规定使用期限内经常维修费用的多少需要考虑，混凝土桥的养护和维护费用要比刚桥低的多。 4、美观 桥梁建筑是技术与艺术的结晶。一座美丽的桥梁，实际必须考虑本身造型的美观，还须与周遍环境相协调，使能成为当地优美的景点，受到人们的的欣赏 。也可以成为当地的典型建筑标志。 5、施工 选择的桥型要能采用先进的施工方法。并考虑施工单位的施工能力和机械设备。在一般的情况下选择简便熟悉可靠的施工方案。有时如需要用新的技术，应对其优点和不足之处进行比较。 1.2.2 方案 根据已知材料，可以初步拟定以下几种方案。 方案一：钢筋混凝土箱型拱桥 拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型
16、。拱桥与梁桥的区别不仅在于外形不同，更重要的是两者受力性能有较大的差别。由力学知，梁式桥结构在竖向荷载作用下，支撑处仅产生竖向支撑反力，而拱式结构在竖向荷载作用下，两端支撑处除了有竖向支撑反 力外，还有水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯的应力相比，较为均匀。因此拱式结构可以充分利用主孔截面材料强度，使跨越能力增大。拱桥上部结构由主孔圈和拱上建筑组成，主拱圈是拱桥的主要承重结构，拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础组成，用以支承桥跨结构，将桥跨结构的荷载传至地基。 钢筋混凝土箱型拱桥虽然造价最低，但是需要使用大量的木材，劳动力，工
17、期也较长。 拱的承载潜力大。但是伸缩缝多，养护较麻烦，纵坡较大，土方量较大。 方案二：钢管混凝土桥 钢管混 凝土拱桥的受力特点：由于钢材在弹性工作阶段时，他的泊松比 s 变动很小，在0.250.30 之间，而混凝土的泊松比 c随着纵向力的增加从低应力的 0.167 左右逐渐增加到 0.5 接近破坏时，将超出 0.5。因此内填混凝土型圆钢管混凝土随着轴向力 N 的增大。混凝土的泊松比 c 迅速超过钢管的泊松比 s 使的混凝土的径向变形受到钢管的约束而处于三向受力状态，其承载力大大提高。同时钢管的套箍作用大大提高了混凝土的塑性性能，使得混凝土，特别是高强混凝土脆性的弱点得到了克服。另一方面。混凝土
18、填于钢管之内，增强了钢管的管壁稳定性刚度 也远大于钢结构，使其整体稳定性也有了极大的提高。在施工方面，钢管混凝土中的钢管可作为劲性骨架甚至是模板，施工吊装轻，进度快，施工用钢量省，具有强度大、抗变形能力强的优点，结构轻巧、造型美观，但是这种结构的桥梁的施工技术复杂，制造和安装的精度要求高，施工，施工要使用一些大型的机械，难度也比较大，因此这里不予采用。 方案三： 预应力混凝土 T 型梁 预应力混凝土 T 型梁结构简单，受力明确，上部结构主要采用预制吊装法。构件由于是工厂生产，质量好。有利于保证构件的质量和尺寸的精度，并可能多的采用机械化施工；上下部可以平行施 工作业。可以缩短现场工期；有效的利
19、用了劳动力，这样就可以节约降低工程造价；施工速度快。由于构件制成后要存放一段时间，因此在安装是已经有了一定的期龄。可以减少预应力的收缩、徐变引起的变形。而且这种桥型与当地的环境、地理相适合，有可以就地取材，施工设备也可以容易实现，所以应当采取这种桥型，较为适宜。 从以上三种方案比较来看，综合“安全、经济、美观、适用”的原则， 由于此桥是高速公路，对桥梁的承载能力要求较高，施工进度也要尽快完成，所以我选择了做单跨的预应力混凝土简支T 形梁桥。 1.3 横截面布置 1.3.1 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很有效，故在许可条件下
20、应适当加宽 T 梁翼板。以右半幅桥为例，主梁翼板宽度设计为 2100mm，在桥宽的左右两边各加宽 75mm，桥宽为： 0.75m（中央分隔带） +1m（路缘带） +7.5m（行车道）+3m（硬路肩） +0.5（护栏） 12.75m。桥梁横向布置选用六片主梁（如图 1 所示）。 750 7500 5003001575 600 1500 600 1500 600 1500 600 1500 600 1575300现浇部分1.5%80mm 厚 C50 混凝土防水层100 m m 厚沥青混凝土桥面铺装300010001/2 支点断面 1/2 跨中断面 图 1 横断面结构尺寸（尺寸单位： mm） 图 2
21、 半纵剖面结构尺寸图 （尺寸单位： mm） 1.3.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定 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约在 1/141/25 之间，标准设计中高跨比约在 1/181/19。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用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量不多。综上所述，本设计中取用1900mm 的主梁高度是比较合适的。 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抗压强度的要求。本设计预制 T 梁的翼板厚度取用 150mm，翼板根部加厚到 2
22、50mm 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应较小，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要求出发，腹板厚度不宜小于其高度的 1/15， 且在 180200mm 之间。本设计腹板厚度取 200m。 马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%20%为合适。考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置，一层最多排三束，初拟马蹄宽度为 550mm，高度 250mm，马蹄与腹板交接处做三角过滤，高度 150mm，以减小局部应力。 图 3 跨中截面尺寸图（尺寸单位 mm） 按照以上拟定的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中
23、截面布置图，如图 3 所示。 现浇部分3、 计算截面几何特征 将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特征性列 表计算见表 2。 跨中截面几何特性计算表 表 2 分块 名称 分块 面积 Ai (cm2) 分块面积 形心至 上缘距离 yi （ cm） 分块面积 对上缘 静距 Si=Aiyi (cm3) 分块面积 的自身惯 性矩 Ii (cm4) di=ys-yi (cm) 分块面积对 截面形心的惯性矩 Ix=Aidi2 (cm4) I=Ii+Ix (cm4) (1) (2) (3)=(1)(2) (4) (5) (6)=(1) (5)2 (7)=(4)+(6) 大毛截面 翼板 3150
24、 7.5 23625 59062.5 55.23 9608611.635 9667674.135 三角承托 500 18.333 9166.5 2777.778 44.397 985546.8045 988324.5825 腹板 3000 90 270000 5625000 -27.27 2230958.7 7855958.7 下三角 262.5 160 42000 3281.25 -97.27 2483631.386 2486912.636 马蹄 1375 177.5 244062.5 71614.58 -114.77 18111710.24 18183324.82 8287.5 58885
25、4 39182194.87 小毛截面 翼板 2250 7.5 16875 42187.5 65.39 9620667.225 9662854.725 三角承托 500 18.33 9165 277.718 54.56 1488396.8 1488674.518 腹板 3000 90 270000 5625000 -17.11 878256.3 6503256.3 下三角 262.5 160 42000 3281.25 -87.11 1991889.926 1995171.176 马蹄 1375 177.5 244062.5 71614.58 -104.61 15046971.64 151185
26、86.22 7387.5 582102.5 34768542.94 注：大 毛截面形心至上缘距离 cmASy iis 05.715.8287588854 ; yb=190 71.05=118.95cm ; 小毛截面形心至上缘距离 cmASy iis 80.785.7387 5.582102 ; yb=190 78.80=111.2cm.。 4、 检验截面效率指标（希望在 0.5 以上） 上核心距： cm75.397 1 . 0 5 )-901(5.2 8 78 73 9 1 8 2 1 9 4 . 8k xs Ay I下核心距： cm54.6605.715.8287 739182194. 8 sx AyIk
