裝配式鋼筋混凝土簡支T形梁行車道板設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.doc

1、。課程設(shè)計(jì)計(jì)算書題目：裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 形梁橋主梁設(shè)計(jì)計(jì)算指導(dǎo)教師：董洪晶吳祥松班級：土木 081姓名：趙鑫學(xué)號：200851395114-可編輯修改 -。建筑工程學(xué)院2010 年5月10日-可編輯修改 -。一、設(shè)計(jì)資料及構(gòu)造布置（一）設(shè)計(jì)資料1 主梁跨徑及橋?qū)挊?biāo)準(zhǔn)跨徑： 16m( 墩中心距離 )；主梁全長： 15.96m ；計(jì)算跨徑： 15.50m ；橋面凈空：凈-7m+21.0m=9.0m。2 設(shè)計(jì)荷載公路二級，人群荷載3.0kN/m2，每側(cè)人行道及欄桿為5.0kN/m。3.材料及工藝（ 1 ）、混凝土：主梁用C50 ，橋面鋪裝用C40 ，10cm 等厚防水混凝土。（ 2 ）、預(yù)應(yīng)

2、力鋼筋：采用公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（ JTGD62-2004）的 s15.2 鋼絞線，每束7 根，全梁配7 束， f pk =1860MPa。（ 3 ）、普通鋼筋：鋼筋直徑大于和等于12mm 的采用 HRB335 鋼筋；直徑小于 12mm 的均用 R235 鋼筋。（ 4 ）、施工工藝：后張法施工工藝制作主梁，采用內(nèi)徑70mm ，外徑 77mm的預(yù)埋波紋管和夾片錨具。4 設(shè)計(jì)依據(jù)（ 1 ）交通部公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ JTG B01-2003），簡稱標(biāo)準(zhǔn) ；（ 2 ）交通部公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004），簡稱橋規(guī) ；（ 3 ）交通部公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵

3、設(shè)計(jì)規(guī)范（ JTG D62-2004），簡稱公預(yù)規(guī)。5 基本計(jì)算數(shù)據(jù)（見表4-1 ）（二）橫截面布置1 主梁間距與主梁片數(shù)主梁間距通常在隨梁高與跨徑增大而加寬為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)加寬翼板對提高主梁截面效率-可編輯修改 -。指標(biāo)很有效，故在許可條件下應(yīng)適當(dāng)加寬T 梁翼板。本主梁翼板寬度為2250mm，由于寬度較大， 為保證橋梁的整體受力性能，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭，因此主梁的工作截面有兩種：預(yù)施應(yīng)力、運(yùn)輸、吊裝階段的小截面（b1=1600mm）和運(yùn)營階段的大截面（ b1=2250mm）。凈 -7m+21.0m 的橋?qū)掃x用四片主梁。2 、主梁跨中截面主要尺寸擬定半縱剖圖（ 1）、主梁高度預(yù)應(yīng)力混凝土

4、簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/15 1/25 ，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中高跨比是在1/18 1/19 。當(dāng)建筑高度不受到限制時(shí)，增大梁高往往是較為經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樵龃罅焊呖梢怨?jié)省預(yù)應(yīng)力鋼束的用量，同時(shí)梁高嘉大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。綜上所述，取用1000mm的主梁高度是較為合適的。-可編輯修改 -。（ 2）、主梁截面的細(xì)部尺寸T 梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求，還應(yīng)考慮能否滿足主梁受彎時(shí)上翼板受壓的強(qiáng)度要求。故取預(yù)制T 梁的翼板厚度為150mm ，翼板根部加厚到250mm以抵抗翼板根部較大的彎矩。在預(yù)應(yīng)力混凝土梁種腹板內(nèi)主拉應(yīng)力較小，腹板厚度一般由布置預(yù)制孔管的

5、構(gòu)造決定，同時(shí)從腹板本身的穩(wěn)定條件出發(fā)，腹板厚度不宜小于其高度的1/15 。故取腹板厚度為 150mm 。馬蹄尺寸基本上由布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要確定的，設(shè)計(jì)實(shí)踐表明， 馬蹄面積占到截面總面積的10% 20% 為合適。故本梁按照將鋼束布置三層，一層布置最多三束的要求，同時(shí)還根據(jù)公預(yù)規(guī)9.4.9條對鋼束凈距及預(yù)留管道的構(gòu)造要求，初擬馬蹄寬度為450mm，高度 250mm ，馬蹄與腹板交接處作三角形過渡，高度100mm，以減小局部應(yīng)力。（ 3）、計(jì)算截面幾何特征將主梁跨中截面劃分成五個(gè)規(guī)則圓形的小單元，截面集合特性列表計(jì)算跨中截面尺寸圖（尺寸單位：mm ）-可編輯修改 -?？缰薪孛婕咸卣餍杂?jì)算表分塊

6、面積對截分塊面積分塊面積對上分塊面積的自分塊面積 A id i=y s-y i面形心的慣矩至上緣距緣凈矩身慣性矩 IiI=I i +I （xcm 4 ）分塊名稱（ cm 2）（cm ）Ix=A i d i 2ii i3）4）離 y（ cm ） Si=A y（ cm（ cm（ cm 4 ）翼板三角承托腹板下三角馬蹄123=1 2456=1 5 27=4+6大毛截面1943021.33757.5025312.563281.2023.61879740.0250018.309150.02777.7812.881920.084697.890045.0040500.0270000.00-13.917388

7、9.0443889.015070.0014745.03281.25-38.9226981.5230262.83637173.112587.5098437.558593.80-56.43578580.086050188145.06131844.5小毛截面1944112.翼板24007.5018000.045000.0028.11899112.66三角承托50018.309150.02777.7817.3150164.529776.4腹板90045.0040500.0270000.00-9.479017.2349017.2-可編輯修改 -。下三角15070.0014745.03281.25-34.

8、4177194.5 180475.83085402.馬蹄112587.5098437.558593.80-51.9 3026809.085588784.5075180832.57注：大毛截面形心至上緣距離：ysSi188145 31.1 (cm) ；Ai6050Si180832 35.63 （ cm ）。小毛截面形心至上緣距離：ysAi5075（ 4 ）、檢驗(yàn)截面效率指標(biāo)I6131844.528上核心距： ks14.7(cm)A ? yx6050 (100 31.3)I下核心距： kx32.38(cm)A ? yskskx14.732.38截面效率指標(biāo)：0.47 0.45h100表明以上初擬的

9、主梁跨中截面是合理的。（三）、橫截面沿跨長的變化本設(shè)計(jì)采用的主梁是等高形式，橫截面的T 梁翼板厚度沿跨長不變。梁端部區(qū)段由于錨頭集中力的作用而引起較大的局部應(yīng)力，也為布置錨具的需要，在距梁端1100mm范圍內(nèi)將腹板加厚到與馬蹄同寬。馬蹄部分為配合鋼束彎起而從六分點(diǎn)附近（第一道橫隔梁處）開始向支點(diǎn)逐漸抬高，在馬蹄抬高的同時(shí)腹板寬度亦開始變化。-可編輯修改 -。（四）、橫隔梁的設(shè)置模型試驗(yàn)結(jié)果表明，在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布，當(dāng)該處有橫隔梁時(shí)比較均勻，否則直接在荷載作用下的主梁彎矩很大。為減小對主梁設(shè)計(jì)起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設(shè)置了一道橫隔梁；當(dāng)跨度較大時(shí)， 應(yīng)設(shè)計(jì)較多的橫隔梁。本設(shè)計(jì)

10、在橋跨中點(diǎn)和四分點(diǎn)、支點(diǎn)處設(shè)置了五道橫隔梁，其間距為 3875mm ；中橫隔梁高度為 750 ，厚度為上部 180mm ，下部 160mm 。二、主梁作用效應(yīng)計(jì)算根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置， 并通過可變作用下的梁橋荷載橫向分布計(jì)算，可分別求得各主梁克制截面（一般取跨中、四分點(diǎn)、變化點(diǎn)截面和支點(diǎn)截面）的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，然后再進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合。（一）永久作用效應(yīng)計(jì)算1 、 永久作用集度（ 1 ） 預(yù)制梁自重1) 跨中截面段主梁的自重g （1 ）=0.5075 25 3.875=49.16(kN)2) 馬蹄抬高與腹板變寬段梁自重g （2 ）= （ 0.647+0.5075）25

11、 2.295 2=33.12 （kN ）3) 支點(diǎn)段梁自重g （3 ）=0.647 25 1.95=31.54 （ kN ）-可編輯修改 -。4) 邊主梁的橫隔梁中橫隔梁體積：0.17 （0.6 0.725-0.5 0.5 0.1-0.5 0.15 0.1 ）=0.068m 3端橫隔梁體積：0.25 （0.85 0.575-0.5 0.07 0.35 ） =0.119m 3故半跨徑內(nèi)橫隔梁重力：g （4 ）=1.5 0.068+1 0.119=0.221kN5) 預(yù)制梁永久作用集度：g 1 = （49.16+33.12+31.54+0.221）15.96 2=14.28kN/m(2) 二期永久

12、作用1 ）現(xiàn)澆 T 梁翼板集度： g （5 ）=0.15 0.9 25=3.38kN/m2) 邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁：一片中橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積： 0.17 0.45 0.6=0.0459m3一片端橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：0.25 0.45 0.85=0.0956m3故： g （6 ）= （3 0.0459+2 0.0956 ）25 15.96=0.515kN/m3) 鋪裝10cm等厚混凝土鋪裝：g （7）=0.1 7.0 25/4=4.375kN/m4) 欄桿g （8 ）=5 2 4=2.5kN/m5 ）邊主梁二期永久作用集度：-可編輯修改 -。g 2 =3.38+0.515+4.375+2.

13、5=10.77kN/m2 、 永久作用效應(yīng)如圖所示，設(shè)x 為計(jì)算截面離左支座的距離，并令=x/l 。12g， Q1M （1 -） l（1- 2） lg221 號梁永久作用效應(yīng)作用及效應(yīng)=0.5=0.25=0.0370=0.00一彎矩（ kN*m ）428.85321.6361.180.00期剪力（ kN ）0.0055.34102.47110.67二彎矩（ kN*m ）717.60538.20102.380.00期剪力（ kN ）0.0092.59171.47185.19彎矩（ kN*m ）1146.44859.83163.570.00剪力（ kN ）0.00147.93273.94295.8

14、6（二）可變作用效應(yīng)計(jì)算（修正剛性橫梁法）-可編輯修改 -。1 、沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)汽車荷載的沖擊系數(shù)為：=0.3車道折減系數(shù)：1.02 、計(jì)算主梁的荷載橫向分布系數(shù)（ 1）跨中的荷載橫向分布系數(shù)m c如前所述，橋跨內(nèi)設(shè)置了三道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)系。按照修正的剛性橫梁法來繪制橫向影響線和計(jì)算橫向分布系數(shù)m c。計(jì)算主梁的抗扭慣矩ITm3對于 T 形梁截面，抗扭慣矩可以近似按下式計(jì)算：I Tci bi tii 1式中： b i， t i相應(yīng)為單個(gè)矩形截面的寬度和高度；ci矩形截面抗扭剛度系數(shù)；m 梁截面劃分成單個(gè)矩形截面的個(gè)數(shù)。對于跨中截面，翼緣板的換算平均厚度：100150.5101

15、00t120cm100馬蹄部分的換算平均厚度：2540t332.5cm2-可編輯修改 -。腹板的厚度：b2100200325475cmIT 計(jì)算圖式（尺寸單位：mm ）IT 計(jì)算表mI Tci bi ti 3(分塊名稱ii(m)i/ ticii 1b (m)tb10 -3 m 4)翼緣板2.250.211.250.33336.00腹板0.480.22.380.31001.18馬蹄0.450.3251.380.20983.2410.42-可編輯修改 -。計(jì)算抗扭修正系數(shù)對于主梁的間距相同，并將主梁近似看成等截面，則得：1Gl 2I T1iai2I i12Ei式中： G=0.4E ； l=15.5

16、0m； I Ti 10.4210 3m 4 ； Ii=0.66283353m 4i計(jì)算得： =0.98 。 .按修正的剛性橫梁法計(jì)算橫向影響線豎坐標(biāo)值1ai eij4n2aii 14式中： n=7 ，21.1252） 25.3 m 2ai （23.3752i1計(jì)算所得的ij 值列于下表中：梁號i 1i 2i3i 410.6910.3970.103-0.19120.3970.2990.2010.103計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)1 號梁的橫向影響線和最不利不在圖式如圖所示。-可編輯修改 -。可變作用（汽車公路級）：雙車道： mc10.191 (13181331134913) 0.64421462人群：

17、mcr0.191500375)0.756(49131462（ 2 ）支點(diǎn)截面的荷載橫向分布系數(shù)m o按照杠桿原理法繪制荷載橫向分布影響線并進(jìn)行布載，1 號梁可變作用的橫向分布系數(shù)可計(jì)算如下：-可編輯修改 -?？勺冏饔茫ㄆ嚕?： moq1(0.033 0.833) 0.4332可變作用（人群） ： mor75 1800 500 375 1 1.2222250（3 ）橫向分布系數(shù)匯總（見下表）：可變作用類型m cm o公路級0.6440.433人群0.7561.2223 、車道荷載的取值根據(jù)橋規(guī) 4.3.1條，公路級的均不荷載標(biāo)準(zhǔn)值q k 為：qk0.7510.57.875kN / m計(jì)算彎矩時(shí)

18、：Pk0.75 360180(15.55)180 166.5kN505計(jì)算剪力時(shí)：Pk166.51.2199.8kN4 、 計(jì)算可變作用效應(yīng)在可變作用效應(yīng)計(jì)算中，對于橫向分布系數(shù)的取值作如下的考慮：支點(diǎn)處橫向分布系數(shù)去-可編輯修改 -。m o ，從支點(diǎn)至第一根橫梁段，橫向分布系數(shù)從m o 直線過渡到m c，其余梁段均取m c 。（ 1 ） 求跨中截面的最大彎矩和最大剪力計(jì)算跨中截面最大彎矩和最大剪力采用直接加載求可變作用效應(yīng)，如下圖：SmqkmPk y式中： S所求截面汽車（人群）標(biāo)準(zhǔn)荷載的彎矩或剪力；q k車道均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Pk車道集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值；影響線上同號區(qū)段的面積；y 影響線上最大坐

19、標(biāo)值?？勺冏饔茫ㄆ嚕?biāo)準(zhǔn)效應(yīng)：-可編輯修改 -。M max166.53.8750.644 7.875 0.64443.875( 0.4330.644)0.253.8752566.2kNVmax0.644199.80.523.875(0.4330.644)0.1250.5 7.885 0.6443.875273.36kN可變作用（汽車）沖擊效用：M max0.3144.9169.86kN ? mVmax0.373.3622.01kN可變作用（人群）效應(yīng)：qk3.0kN / mM max3.043.875(1.222 0.756)0.2568.79kN ?m 0.7562Vmax3.023.87

20、53.8750.56)0.125 4.73kN0.7562(1.2222（ 2 ）求四分點(diǎn)截面的最大彎矩和最大剪力-可編輯修改 -?？勺冏饔茫ㄆ嚕?biāo)準(zhǔn)效應(yīng)：M max0.644 166.52.906 7.875 0.6444 3.8752.906 3.875(0.433 0.644)0.75226425.52kN ? mVmax0.644 199.80.75 7.875 0.64433.875 0.753.875 (0.4330.644)0.75 226110.96kN可變作用（汽車）沖擊效應(yīng)：M max425.520.3127.66kN ? mVmax110.960.351.32 kN可變

21、作用（人群）效應(yīng)：M3.0 0.75643.8752.9063.875(1.222 0.756)0.7551.32kN ?m226V3.00.75633.8750.753.875(1.2220.756)0.7566.8kN22（ 3 ）求支點(diǎn)截面的最大剪力-可編輯修改 -?？勺冏饔茫ㄆ嚕?biāo)準(zhǔn)效應(yīng)：Vmax 199.8 0.644 0.75 7.875 0.644 7.753.875(0.433 0.644) 0.8752130.2kN可變作用（汽車）沖擊效應(yīng)：V130.20.339.06kN可變作用（人群）效應(yīng)：Vmax 0.756 3.0 .753.875(1.222 0.756) 3.0

22、 0.875 19.95kN2(三) 主梁作用效應(yīng)組合按照橋規(guī)中的規(guī)定，根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用效應(yīng)選擇了三種最不利效應(yīng)組合：短期效應(yīng)組合、標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合和承載能力極限狀態(tài)基本組合，見表如下：主梁作用效應(yīng)組合跨中截面四分點(diǎn)截面支點(diǎn)序荷載名稱M maxV maxM maxV maxVmax號kN mkNkN mkNkN1第一期永久作用428.850.00321.6355.43110.67-可編輯修改 -。2第二期永久作用717.600.00538.2092.59185.193總永久作用 =1+21146.440.00859.83147.93295.86可變作用（汽車）公路4566.2073.3642

23、5.52110.96130.20級5可變作用（汽車）沖擊169.8622.01127.6633.2939.066可變作用（人群）68.794.7351.326.8019.957標(biāo)準(zhǔn)組合 =3+4+5+61951.29100.101464.33298.98485.078短期組合 =3+0.74+61611.5756.081209.01232.40406.95極限組合 =1.2 3+1.4 92483.26138.821863.73387.08614.344+5+1.126三、預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及其布置（一）跨中截面鋼束的估算和確定公預(yù)規(guī)規(guī)定，預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)滿足正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求和承載能力極限狀

24、態(tài)的強(qiáng)度要求。以下就跨中截面在各種作用效應(yīng)組合下，分別按照上述要求對主梁所需要的鋼束數(shù)進(jìn)行估算，并且按這些估算的鋼束數(shù)的多少確定主梁的配束。1 、 按正常使用極限狀態(tài)的應(yīng)力要求估算鋼束數(shù)對于簡支梁帶馬蹄的T 形截面，當(dāng)截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)，則得到鋼束數(shù)n 的估算公式：nM kC1 ?Ap ? f pk (k sep )式中： M k 持久狀態(tài)使用荷載產(chǎn)生的跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)組合值，按上表取用；C1與荷載有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對于公路級，取用0.565 ；-可編輯修改 -。Ap 一股7 s15.2 鋼絞線截面積， 一根鋼絞線的截面積是1.4cm 2 ，故Ap =9.8cm2 。在一中已計(jì)算出成橋后跨

25、中截面yx=68.7cm， ks=14.7cm，初估a p =10cm，則鋼束偏心距為ep =y x-a p =58.7cm。1 號主梁：n1951.291032.589.810 41860106(0.1470.5650.587)2 、 按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù)根據(jù)極限狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算圖式，受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度fcd ，應(yīng)力圖式呈矩形，同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束也達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度f pd ，則鋼束數(shù)的估算公式為：M dn? h ? f pd ?A p式中： M d 承載能力極限狀態(tài)的跨中最大彎矩，按上表取用；a經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般采用0.75 0.77 ，本題取用0.76 ；fpd 預(yù)應(yīng)力鋼絞線的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為

26、1260MPa 。計(jì)算得：n2483.261032.6112601069.81040.76根據(jù)上述兩種極限狀態(tài)，取鋼束數(shù)n=3 。( 二) 預(yù)應(yīng)力鋼束布置1 、跨中截面及錨固端截面的鋼束位置（ 1）對于跨中截面，在保證布置預(yù)留管道構(gòu)造要求的前提下，盡可能使鋼束群重心的偏心距大些。本題采用內(nèi)徑70mm ，外徑 77mm的預(yù)埋鐵皮波紋管，根據(jù)公預(yù)規(guī)9.1.1 條規(guī)定，管道至梁底和梁側(cè)凈距不應(yīng)小于2cm及管道直徑的1/2 。根據(jù)公預(yù)規(guī)9.4.9 條規(guī)定，都會(huì)拼凈距不-可編輯修改 -。應(yīng)該小于4cm 及管道直徑的0.6 倍，在豎直方向課疊置。根據(jù)以上規(guī)定，跨中截面的細(xì)部構(gòu)造如圖所示。由此可直接得出鋼束

27、群重心至梁底距離為：跨中截面2925ap314.3cm(2) 對于錨固端截面，鋼束布置通?？紤]下述兩個(gè)方面：一是預(yù)應(yīng)力鋼束合力重心盡可能靠近截面形心，使截面均勻受壓；而是考慮錨頭布置的可能性，以滿足張拉操作方便的要求。按照上述錨頭布置的“均勻” 、“分散”原則，錨固端截面所布置的鋼束如圖所示。鋼束群重心至梁底距離為：-可編輯修改 -。25070ap358.3 cm為驗(yàn)核上述布置的鋼束群重心位置，需計(jì)算錨固端截面幾何特性。鋼束錨固截面幾何特性計(jì)算表Ix=A id iAiyiSiI id i=y s-y iI=I x+I i2分塊名稱cm 2cmcm 3cm 4cmcm 4cm 4(1)(2)(3

28、)=(1) (2)（ 4 ）（ 5 ）（ 6 ）（7）=（4）+（6）翼板33757.525312.563281.2526.0888020151301.25三角承托24517.23633 5495.8516.383460.33956.132302968.腹板382557.5219937.5-23.92914942394462.7587445.3248883.52549720.13其中：ysSi248883.5Ai33.4cm7445.25yx h ys100 33.4 66.6cm故計(jì)算得：ksI2549720.13A ? yx5.14cm7445.25 66.6kxI10.25cmA ? ys-可編輯修改 -。ya p( yxkx )58.356.421.98cm說明鋼束群重心處于截面的核心范圍內(nèi)。3 、 鋼束起彎角和線形的確定確定鋼束起彎角時(shí)，既要照顧到由彎起產(chǎn)生足夠的豎向預(yù)剪力，又考慮到所引起的摩擦預(yù)應(yīng)力損失不宜過大。本題的鋼束彎起角定位8 。為了簡化計(jì)算和施工，所有鋼束布置的線形均為直線加圓弧，并且整根鋼束都布置在同一個(gè)豎直面內(nèi)。4 、鋼束計(jì)算（ 1 ） 計(jì)算鋼束起彎點(diǎn)至跨中的距離錨固點(diǎn)到支座中心線的水平距離a xi 為：ax1 （ ax2 ） =36-45tan8=