90m跨简支梁桥设计计算书

'90m跨简支梁桥设计计算书一、设计资料1.概述该桥设计为简支梁桥，主桥全长90米，桥面宽10米，双向两车道。2．设计标准设计荷载：公路-Ⅱ级，人群荷载3.0kN/m2,每侧栏杆、人行道重量的作用力分别为1.52kN/m和2.25kN/m。1)桥面布置：净7.0m(车行道)+2×1m（人行道）+2×0.5（栏杆）2)航道等级：不通航3)桥面纵坡：04)桥面横坡：车行道：双向1.5％；5)标准跨经：30m（墩中心距离）3．设计规范遵照中华人民共和国交通部部颁标准：1)《公路工程技术标准》—（JTGB01-2003）2)《公路桥涵设计通用规范》—（JTGD60-2004）3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》—（JTGD62-2004）4)《公路桥涵地基与基础设计规范》—（JTJ024-85）5)《公路工程抗震设计规范》—（JTJ004-89）4.材料及工艺：混凝土：主梁C40，人行道、栏杆及桥面铺装用C30；预应力钢束：标准的mm1860钢绞线，每束由6根组成；普通钢筋：直径大于和等于12mm的采用16Mn钢或Ⅱ级热轧螺纹钢筋，直径小于12mm的均用Ⅰ级热轧光圆钢筋。钢板及角钢：制作锚头下支承垫板、支座垫板等均用普通As碳素钢，主梁间的联接用16Mn低合金结构钢板。按后张法工艺制作主梁，采用OVM15-6锚具和直径65mm抽拔橡胶管。5.基本计算数据（见表1－1）23 表1-1名称项目符号单位数值立方强度40弹性模量3.25×104混凝土轴心抗压标准强度26.8抗拉标准强度2.4轴心抗压设计强度18.4抗拉设计强度1.65预施应力阶段极限压应力0.716.88极限拉应力0.71.51使用荷载作用阶段极限压应力0.513.4极限主拉应力0.81.92极限主压应力0.616.08钢绞线标准强度1860弹性模量1.95×105抗拉设计强度1395最大控制应力σcon0.81116材料容量钢筋混凝土25.0混凝土24.0钢束与混凝土的弹性模量比值无量纲6.31考虑主梁混凝土达90%标准强度时，开始张拉预应力钢束。与23 分别表示钢束张拉时混凝土的抗压，抗拉标准强度，则:=0.9=24.12MPa；=0.9=2.16MPa二、设计方案比选桥梁设计一般遵循安全、实用、经济和美观原则，因地制宜选择合适的桥型，以期达到预期的经济和社会效益。综合考虑，在桥型选择方面还应遵循以下原则：①桥梁要既要保证交通的需要，又要充分考虑泄洪的需要。航运标准是一个基本标准，在技术上可行、经济合理的情况下，尽可能的为航运发展留有余地。②桥梁结构造型优美、简单、轻巧，并能体现地域风格，与周围环境协调。③方案力求结构安全可靠，具有特色，又要保证结构受力合理。施工方便，可行。④根据需要采用新工艺、新技术、新材料。根据桥的地形、地质、水文条件和技术标准的要求，拟制出不同体系、不同材料且各具特色的并可能实现的若干个桥梁综合布置图式，共提出了2个桥型图式。从总体布局、设计要求，受力性能，使用性能，施工，材料，美观，维护，估算造价与工期，地域性影响、技术经济等多方面考虑后，选出以下两个方案来作方案比选，方案比选表见表2-11.第一方案：简支梁桥1)此方案的桥跨布置为3×30m，为预应力混凝土简支T梁。桥面为：净7.0m(车行道)+2×1m（人行道）+2×（栏杆）。桥墩均采用双柱式圆形墩。参照手工图方案一图2-12.第二方案：圬工拱桥此方案的桥跨布置为90m，圬工拱桥。参照手工图方案二图2-2方案比选表表2-123 方案类别比较项目第一方案第二方案主跨桥型结构3x30m简支梁桥90m圬工拱桥桥跨梁高2m根部3m；跨中1m桥梁全长98m94m养护维修工作一般简单工期短长施工方案和难易程度预制安装，施工简单挂篮施工方法，一般，工程数量混凝土（）2291.23924.1钢筋（吨）76.86133.73比选结果优选可选三、结构构造设计1.主梁尺寸拟定2.（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与跨径之比通常在1/15～1/25之间，当建筑高度不受限制时，增大梁高往往上较经济的方案，因为增大梁高可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。综上所述，30m跨径的简支梁桥取用2m的主梁高度是较合适的。（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受压的强度要求。为使翼板与腹板连接和顺，在截面转角处设置圆角，以减小局部应力和便于脱模。在预应力混凝土梁中腹板内因主拉应力较小，其厚度一般由布置孔管的构造决定，同时从其本身的稳定条件出发，其厚度不宜小于其高度的1/15。则T梁腹板厚度均取15cm。23 马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，其面积占总面积的10%-20%为合适。考虑到主梁需配较多的钢束，将钢束按三层布置，每层排三束，同时根据公预规对钢束净距及预留管道的要求，初拟马蹄宽40cm，高度29cm。马蹄与腹板交接处做成45°斜坡的折线钝角，以减小局部应力。如此布置的马蹄面积约占总面积的19%。跨中截面尺寸和端部截面尺寸见图3-2。跨中和端部截面图图3-12.计算跨中截面几何特性截面几何特性的计算采用分块计算的方式，计算过程和结果见表3-1。跨中截面几何特性计算表表3-1分块名称分块面积Ai(c㎡)到上缘距离yi(cm)分块面积对上缘静矩Si=Ai×yidi=ys-yi分块面积对截面形心惯矩Ix=Aidi2I=Ii+Ix翼板30007.5890092.0955625012592285.9899承托10.716.133274.879.2959.431433690.0847腹板234093537240-23.90547455205763483.0941下三角15016721540-118.30512001350886.1045马蹄1160185.5264320-138.90581296.666714987154.5241∑6660.7865274.834727499.7973注：截面形心距上缘距离ys=∑Si/∑Ai=72.1427上核心距===40.8下核心距===72.3截面效率指标==0.565＞0.523 则以上初拟跨中截面尺寸合理。3.横隔梁设置为了使在荷载作用处的主梁弯矩横向分布较均匀，同时也为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，故在桥跨共设置7道横隔梁，其间距为5m，厚度取为0.2m。横隔梁采用开洞形式，详见图3-2所示。四.主梁内力计算1.恒载内力计算（1）预制梁自重（一期恒载）a.跨中等截面主梁恒载集度：＝0.666125.010/30＝5.5508b.变截面恒载集度：[（0.6661+1.0411）25.0/2]20/29.96＝14.2267C．主梁横隔梁折算恒载集度：＝1.13130.2725.0/29.96＝1.31985d.一期恒载：（2）二期恒载一侧栏杆：1.52一侧人行道：3.6桥面铺装：0.5（0.08+0.15）725＝20.125将以上三项恒载均摊给5片梁，则：＝/5＝6.073（3）恒载内力计算恒载内力计算见表4-1，计算图示见图4-1。恒载内力（外梁）计算表4-1计算数据=28.90=835.21项目g跨中四分点四分点支点23 0.50.250.2500.1250.0940.250.5一期恒载23.67952472.1691859.0710171.0844342.1688二期恒载6.073634.0288476.789743.877471.9028恒载内力计算图示图4-12.活载内力计算（1）冲击系数和车道折减系数（2）计算主梁荷载横向分布系数跨中荷载横向分布系数本例桥跨内设五道横隔梁，承重结构长宽比为：按刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数。23 主梁抗扭惯矩计算分块图图4-2a.计算主梁抗扭惯矩对于T形梁截面式中：和─单个矩形截面的宽度和厚度─矩形截面抗扭刚度系数─梁截面划分为单个矩形截面的个数对于跨中截面：翼缘板的换算平均厚度＝15马蹄部分的换算平均厚度＝29+12/2＝35图1-5示出的计算图示，其计算表见表4-2。计算表表4-2分块名称/翼缘板200150.13560.30492.0581腹板150150.10240.36541.8498马蹄40350.82500.16672.85896.766823 系数是根据/值由姚玲森主编的«桥梁工程»表2-5-2查得。b.按刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值：计算所得的值列于表4-3内。值计算表表4-3梁号12345420-2-40.60.40.20-0.2-0.200.20.40.5877c.计算主梁横向分布系数1号主梁的横向影响线和最不利布载图式如图4-3所示。横向影响线计算图示图4-3对于一号梁：汽车23 人群荷载＝0.6875（3）计算活载内力计算主梁活载弯矩时，采用全跨统一的横向分布系数，跨中和四分点剪力也按不变的计算（见图4-4和4-5）。1）车道荷载加载求活载内力计算公式为：式中：─所求截面的弯矩或剪力─车辆荷载的轴重─延桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值。由规范查得：；；则有：跨中：＝1.15810.71（2707.225+7.87528.97.225/2）＝2279.831四分点：＝1.15810.71（2706.419+7.87528.96.419/2）＝2025.5＝1.15810.71（1.22700.75+7.8750.7528.90.75/2）＝252.416623 跨中横向分布系数计算图示图4-4四分点横向分布系数计算图示图4-5人群荷载效应计算跨中四分点23 五．主梁内力组合基本组合：（用于承载极限应力状态）短期组合：（用于正常使用极限状态）长期组合：（用于正常使用极限状态）内力组合见表5-11号梁内力组合总表表5-1梁号序号荷载类别跨中四分点11第一期恒载2472.16901859.071171.0842第二期恒载634.0290476.78943.8773总恒载3106.19802335.86214.9614人群161.4965.588143.4811.445汽车2279.831156.5832025.5252.4177基本组合7100.077225.4755799.429624.15118短期组合4484.33494.6533560.255367.54459长期组合3893.70454.0873035.514302.1516六.预应力钢束的估算与布置1.跨中截面刚束的估算与确定按使用阶段的应力要求估算钢束数，首先，根据跨中截面正截面的抗裂要求，确定预应力钢筋的数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为：根据跨中截面毛截面几何性质：23 =0.92886×106mm2,=721.43mm,=1278.57mm,=0.327474998×1012mm4,=0.256126×109mm3.=4484.334为预应力筋重心到毛截面重心的距离，，设为120mm，则=1278.57-120=1158.57mm.采用钢绞线，单根钢绞线=139mm2，张拉控制应力，预应力损失按张力控制应力的20%估算。所需预应力钢绞线的面积为：采用4束7预应力钢筋，预应力束的布置如图1-12，OVM15-6型锚具，供给的预应力钢筋截面面积为Ap=4×7×139=3892mm2，采用金属波纹管成孔，预留孔道直径70mm。2.预应力钢束布置确定跨中及锚固端截面的钢束位置，见图6-1。预应力筋布置图图6-123 3.非预应力钢筋的面积估算和布置设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力点到截面底边的距离为80mm，则有先假定为第一类T梁截面，计算受压区高度x，即求得则非预应力钢筋的截面积4.预应力损失估算预应力损失取跨中截面进行计算，按照规范后张法预应力损失共有5项。1）摩擦损失2）锚具回缩损失3）弹性压缩损失4）钢束松弛损失5）混凝土收缩徐变损失23 有效预应力为1395-31.037-80.969-33.165-30.173-73.201=1146.455MPa七、承载能力验算1.正截面承载能力验算正截面验算取弯矩最大的跨中截面，先按第一类T梁计算受压区高度x，即受压区全部在翼缘板内，说明是第一类T形截面。正截面抗弯承载力验算按下式进行2.斜截面承载能力验算斜截面承载能力验算的验算取四分点处截面进行验算，按下式进行：式中箍筋采用双肢直径为10mm的HRB335钢筋，间距200mm，则故23 所以，四分点截面处的斜截面抗剪满足要求。八、施工组织设计1.编制说明考虑到当前及未来交通量发展的趋势，以及行人需要通行等客观要求，本桥采用等跨布置，桥面宽为：净9+2×0.75m。且当需要拓宽桥面的时候，可以在其旁边再造一座与之平行的同种类型的桥，这不仅美观，而且有利于节约费用。为保证工程顺利进行，按合同工期按时完成任务，本施工组织计划一旦被批准，要对上部结构与下部结构的施工分别制定实施细则，以切实指导施工。2.施工方案与施工工艺1）成桥过程桥墩浇筑→支座安装→中部T梁的吊装→边梁吊装→边梁横移就位→边梁吊装完成→桥面板现浇→防撞护栏浇筑→桥面铺装→栏杆安装→沥青路面→细部观察2）T梁施工工艺流程图：23 铺设架梁及运梁及轨道组装架桥机试吊脱空前支架整机推进到位支顶前支架喂梁吊梁、纵移到位落梁、横移就位安放支座焊接梁片连接板、支座上下钢板架下一片梁施工流程图8-1主梁浇注1）T梁内部设置普通钢筋，形成钢筋骨架，完成部分构造功能。2）在T梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。3）后张法预应力T梁施工，在主梁浇筑完毕，穿束完成后，要进行预应力张拉。所以在张拉端设置锚头构件预留张拉位置。锚头可设置在梁端、梁顶等位置。4）多数T梁在梁内部设置通长的预应力钢束。23 5）由于梁的两端剪力较大，所以要将预应力钢束在两端抬起。这和钢筋混凝土梁很相似。6）预应力钢束要套橡胶管，在锚头处要加锚垫板，以克服由于局部受力所引起的应力集中。穿束预应力筋穿入孔道的方法有先穿束法和后穿束法两种。先穿束法即在浇注混凝土之前穿束。这种穿束法较省力，但束端保护不当易生锈。后穿束法即在混凝土浇筑之后穿束。穿束可在混凝土养护期内进行，不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿束后及时张拉，易于防锈，但穿束较为费力。后穿束法可用人工穿束、卷扬机穿束和穿束机穿束。穿束前应全面检查孔道是否完整无缺。张拉1）预应力T梁一般采用后张法（先浇筑混凝土，后张拉预应力钢筋）。后张法是利用构件自身作为加力台座进行预应力筋的张拉，并用锚夹具将张拉完毕的预应力筋锚固在构件的两端，再在预应力筋的管道内压入水泥浆，使预应力筋与混凝土粘结成整体。后张法主要是靠锚夹具来传递和保持预加应力的。2）预应力筋张拉时的混凝土强度直接影响构件的安全度、锚固区的局部承压、徐变引起的损失等，是施加预应力成败的关键。3）施加预应力的方法很多，除常用的一端张拉、两端张拉、对称张拉、超张拉等以外，还有分批张拉、分段张拉、分阶段张拉、补偿张拉等。截断由于预应力筋要设置工作区而预留长度（70cm），在预应力筋张拉后钢筋又被拉长，从而在端部产生多余的钢筋长度。为便于封锚，必须将这部分截断。封堵1）钢筋张拉完成后即可进行孔道灌浆。孔道灌浆用的水泥标号不应低于425号普通硅酸盐水泥。灌浆后，应用人工再从泌水管内徐徐补入水泥浆，并用细铁丝不断插捣，直至密实。2）对于埋置在梁体内的锚具，在预加应力完毕后，应先在其周围设置钢筋网，然后浇筑混凝土。混凝土的标号不宜低于构件本身标号的80%，亦不宜低于构件本身标号的80%，亦不低于30号。成型3.混凝土扩大基础施工23 1）施工工艺流程（见图8-2）图8-22）施工技术措施及要点基坑开挖及检验基坑施工不可延续时间过长，自基坑开挖至基础完成，应抓紧连续不断施工。挖掘机开挖至坑底时，应保留30cm以上的厚度，用人工挖至基底高程。同时应注意观察坑缘顶地面有无裂缝，坑壁有无松散塌落现象发生，确保安全施工。待检验符合以上要求时，方可进行基础砼的施工。模板的制作与安装模板安装要求：A、安装侧模板时，应防止模板移位和凸出，基础侧模在模板外设立支撑加固。B、模板安装完毕后，应对其平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查，签认后方可浇筑砼，浇筑时，发现模板有超过允许偏差变形值的可能时，应及时纠正。砼基础的浇筑砼浇筑一般要求：A、砼应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，应在下层砼初凝前浇筑完成上层砼，上下层同时浇筑时，上层与下层前后浇筑距离应保持1.5m以上。B、使用插入式振动器时，移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模应保持50～100mm的距离，插入下层砼50～100mm23 ，每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒，应避免振动棒碰撞模板。C、对每一振动部位，必须振动到该部位砼密实为止，密实的标志是砼停止下沉，不再冒出起跑，表面呈现平坦、泛浆。D、砼的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间段时间应小于前层砼的初凝时间。E、浇筑砼期间，设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。4.桥台的施工1）板的加工制作为保证外观质量，桥台外露部分结构的模板用防水胶合板制作。桩帽及桥台填土面以下均属隐蔽部分，故拟采用钢模板拼制，要求尺寸准确，拼缝严密，平整度符合规范要求。2）钢筋钢筋在钢筋场地下料加工，制成半成品，运到作业地点现场绑扎成型。较粗的钢筋尽量采用对焊接头，保证受力筋轴线在同一直线上；对于搭接焊，严格控制焊接长度，双面焊不小于5d，单面焊不小于10d（d为钢筋直径）。3）混凝土浇筑由于系梁的高度在50cm以上，故采取分层浇筑、分层振捣的方式。严格掌握振捣顺序和振捣时间，注意不振露、不过振。浇筑同时做好浇筑记录。混凝土浇完成后及时覆盖洒水养生。4）墩柱、盖梁的施工工程技术措施及要点：A.主筋预埋筋定位根据施工图钢筋骨架尺寸，用槽钢制作一个墩柱钢筋骨架定型模具。在承台钢筋及模板定位之后，先将定型模具固定，然后再按模具安装主筋，同时加设墩柱定位加强箍筋。采用该方法，只要将定型模具准确定位并进行必要的加固，能够保证承台施工后墩柱预埋钢筋的尺寸和位置的正确性。当墩柱的主筋长度小于4m时，采取整根预埋主筋，当主筋长度大于4m时，采取分段预埋主筋，然后再采取焊接接长的方法。采取分段预埋主筋，钢筋接头按规范要求进行设置。B.在基础混凝土强度达到2.5Mpa时，对桩顶面与墩身相接处凿毛，人工凿除混凝土表面的浮浆，并用水将表面冲洗干净。23 C.通过墩（基桩）的中心的法线及切线方向护桩，测放出墩柱中心及法线方向线，并通过基准线对墩柱中心进行复核，以保证墩中心测放的准确性和精度要求。D.钢筋绑扎时，先搭设好工作架及平台，并采取必要的安全保证措施。沿主筋高度方向每间隔2m用定型箍筋套将主筋按图纸尺寸进行定位，使整个墩柱主筋形成一个整体。绑扎定型套时，注意每根主筋应顺直，主筋间距符合规范要求。E.为了保证墩柱外观的要求，使墩柱表面光滑，线形美观，墩柱模板采用定型大块钢模板，对模板加工严格要求，并要求做到加工厂内试拼模板，检查尺寸、各节段接头处的平整度及接缝。模板拼缝必须严密，在各项检查其尺寸合格后才允许使用。5.支座安装1.施工工艺流程（见图8-3）图8-32.施工技术措施及要点注意支座的位置和定位措施，同时注意在其他部位施工时对象胶支座采取保护措施，避免损坏。6.预应力混凝土T型梁预制1.施工工艺流程（见图8-4）23 图8-42.预应力混凝土施工在绑扎钢筋的同时安装橡胶管，浇筑混凝土后将预应力钢绞线穿入预留管道，待混凝土达到85%设计强度之后进行张拉。3.施工技术措施及要点A．严格按照施工图及招标文件之《技术规范》中的施工工艺标准进行施工，对施工中使用的原材料按要求进行检验，对张拉机具进行标定检校。B．橡胶管的放样点由底模量取，特征点处增加定位钢筋加固。在预应力筋之间的最高点处安装压浆排气孔道。C．采用“穿拉”法，在混凝土浇筑前，在固定的橡胶管内放置合适的抽拔管，防止漏浆堵管。D．穿束时，钢绞线应加工成柔性拖头，用铅丝或钢丝配合卷扬机牵引使钢束到位。E．对于T梁边宽段，使用计算机计算内插点的坐标，使用全站仪放样，确保线形顺直。F．混凝土浇筑时，振捣棒与波纹管间保持一定距离，以防橡胶管的变形或变位。齿板位置振捣要仔细，确保锚垫板后的混凝土密实。G．待混凝土达到设计强度的90%时方能张拉预应力钢束，张拉前做好千斤顶与油表的校验和标定工作。H．压浆用的水泥浆应掺入膨胀剂，保证橡胶管中水泥浆密实。水泥浆的配合比通过试验确定。23 I．压浆及封锚混凝土强度达到设计要求后，方可卸架。卸架从跨中开始，对称进行。23'