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1、哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 论 文题 目：30m 预应力混凝土简支T形梁桥设计院 、 系： 建筑工程学院土木工程系 姓 名： 彩雷洲 指导教师： 毕洪涛 系 主 任： 林莉 2013年6月20日30m预应力混凝土简支T形梁桥摘要本设计采用预应力混凝土简支T梁结构，其上部结构由主梁、横隔梁、行车道板，桥面部分和支座等组成，显然主梁是桥梁的主要承重构件。其主梁通过横梁和行车道板连接成为整体，使车辆荷载在各主梁之间有良好的横向分布。桥面部分包括桥面铺装、伸缩装置和栏杆等组成，这些构造虽然不是桥梁的主要承重构件，但它们的设计与施工直接关系到桥梁整体的功能与安全，这里在本设计中也给予了详细的说明。
2、本设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中由恒载和活载产生的弯矩将急剧增加，是材料的强度大部分为结构重力所消耗，因而限制的起跨越能力，本设计采用30m标准跨径，合理地解决了这一问题。在设计中通过主梁内力计算、应力钢筋的布置、主梁截面强度与应力验算、行车道板及支座、墩台等等设计，完美地构造了一座装配式预应力混凝土简支T梁桥，所验算完全符合要求，所用方法均与新规范相对应。本设计重点突出了预应力在桥梁中的应用，这也正体现了我国桥梁的发展趋势。关键词 预应力；简支T梁；后张法；应力验算30 m Prestressed Concrete Simply Supported T Beam Bridge
3、AbstractThe design is about a reinforce concrete simply supported T beam structure, its superstructure by the king post, septum transversum beam, the lane board, the bridge floor part and the support and so on is composed, the obvious king post is the bridge main carrier. Its king post connects into
4、 the whole through the crossbeam and the lane board, enable the vehicles load to have the good traverse between various king posts .Bridge floor part including compositions and so on flooring, expansion and contraction installment and parapet, these structures although is not the bridge main carrier
5、, but their design and the construction relates the bridge whole directly the function and the security, here has also given the detailed explanation in this design.This design mainly steps the sagging moment control, when the span increases, cross the bending moment which produces by the dead load
6、and the live load the sharp growth, is the material intensity majority of consumes for the structure gravity, thus limits the spanning ability, this design uses the 30m standard span, has solved this problem reasonably. In the design through the king post endogenic force computation, the stress stee
7、l bar arrangement, king post section intensity and stress checking calculation, lane board and support, pillar Taiwan and so on designs, a structure assembly type prestressed concrete simple support T beam bridge, the checking calculation completely has conformed to the requirement perfectly, uses t
8、he method and the new standard corresponds. This design has highlighted the pre-stressed with emphasis in the bridge application, this has also been manifesting our country bridge trend of development.Keywords Pre-stressed；Simple support T beam；Tensioning； Stresschecking calculation目录摘要IAbstractII第1
9、章 桥涵水力水文11.1设计基本资料11.2用相关分析法插补延长乙站流量资料11.3运用适线法推求该桥设计流量31.4形态断面法推求桥位断面处的设计流量81.5计算桥孔长度101.6确定桥面标高111.6.1 列表表示各桥台桩号和水深111.6.2 壅水高度计算111.6.3 波浪高度计算121.6.4 桥面最低高程计算131.7冲刷计算131.7.1 64-2简化公式计算河槽一般冲刷131.7.2 64-1修正式计算河槽一般冲刷141.7.3 计算桥台冲刷141.7.4 河滩一般冲刷151.7.5 65-2修正式计算桥墩局部冲刷161.7.6 65-1修正式计算桥墩局部冲刷161.7.7 冲
10、刷值的组合171.8求墩台的最低冲刷线标高18本章小结19第2章 上部结构计算202.1设计资料及构造布置202.1.1 设计资料202.1.2 横断面布置202.1.3 横截面沿跨长的变化232.1.4 横隔梁的设置232.2主梁作用效应计算242.2.1 永久作用效应计算252.2.2 可变作用效应计算(修正刚性横梁法)272.2.3主梁作用效应组合352.3预应力钢束的估算和确定372.3.1跨中截面钢束的估算和确定372.3.2.预应力钢束布置382.4主梁截面几何特性计算422.4.1 主梁预制并张拉预应力钢筋422.4.2 灌浆封锚，主梁吊装就位并现浇400mm湿接缝422.4.3
11、桥面栏杆及人行道施工运营阶段432.5钢束预应力损失估算452.5.1 预应力钢束与管道间摩擦引起的预应力损失()452.5.2 锚具变形、钢丝回缩引起的预应力损失()472.5.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失()482.5.4 由钢束松弛引起的预应力损失()492.5.5 混凝土收缩徐变引起的预应力损失()492.5.6 各截面钢束应力损失平均值及有效预应力512.6主梁截面承载力与应力验算512.6.1 持久状况截面承载能力极限状态验算512.6.2 主梁截面应力验算532.7主梁变形验算612.7.1 荷载短期效应作用下主梁挠度验算612.7.2 预拱度的设置622.8主梁端部的局部
12、承压验算622.8.1 局部承压区的截面尺寸验算622.8.2局部抗压承载力验算632.9横隔梁计算652.9.1 确定作用在跨中横隔梁上的计算荷载652.9.2 跨中横隔梁的内力影响线652.9.3 横隔梁的内力计算672.9.4 横隔梁配筋计算682.10行车道板计算712.10.1 悬臂板荷载效应计算712.10.2 连续板荷载效应计算722.10.3 截面设计、配筋与承载力验算752.11板式橡胶支座的设计计算772.11.1 确定制作平面尺寸772.11.2 确定支座的厚度782.11.3 验算支座偏转情况782.11.4 验算支座的抗滑稳定性79本章小结81第3章 下部结构计算82
13、3.1设计资料823.2盖梁计算833.2.1 荷载计算833.2.2 内力计算893.2.3 截面配筋设计与承载力校核913.3墩柱计算943.3.1 荷载计算943.3.2 截面配筋计算及应力验算963.4钻孔桩计算983.4.1 荷载计算983.4.2 桩长计算1003.4.3 桩的内力计算(m法)1013.4.4 桩身截面配筋与承载力验算1033.4.5 墩顶纵向水平位移验算1053.5桥台计算1063.5.1 设计资料及基本数据1063.5.2 桥台与基础构造及拟定的尺寸1073.5.3 荷载计算及组合1083.5.4 地基承载力验算1153.5.5 基底偏心距验算1163.5.6
14、基础稳定性验算117本章小结118结论119致谢120参考文献121附录A 英文文摘122附录B 中文翻译128第1章 桥涵水力水文1.1设计基本资料南方地区某二级公路上，拟修建一座跨越一条跨河流的钢筋混凝土简支梁中桥(标准跨径及净跨径自己定)，梁高2.13m(包括桥面铺装在内)，下部为单排双柱式钻孔桩墩，墩径为1.5m；采用U型桥台，台长为4.4m，桥前浪程为1.2km，沿浪程平均水深为3.0m，无水拱和河床淤积影响，桥前最大壅高不超过110.6m。桥位河段基本顺直，桥面纵坡为+2%，桥下为六级航道，汛期沿浪程向为七级风力，推算设计洪水位为63.0m，推算设计流量为3400 m3/s，桥下设
15、计流量为河床平坦，两岸较为整齐，无坍塌现象。桥位处河流横断面桩号K0622.60为河槽与河滩的分界桩。经调查，桥位河段历年汛期平均含沙量约为3kg/m3，据分析桥下河槽能扩宽至全桥，但自然演变冲刷为0m。历史洪水位水痕标高为79.30mm，河沟纵坡I与洪水比降基本相同。另据钻探资料，河槽部分在河底以下8m内均为砂砾层，平均粒径2mm，2.5mm，；河滩部分在地面以下6m内为中砂，表层疏松为耕地，。桥位断面以上集雨面积为566km2，桥位上游附近有一个水文站(乙站)，集雨面积为537km2，具有1955年至1982年期间22年断续的年最大流量资料；通过洪水调查和文献考证，该河历史上曾在1784年
16、、1880年，1920年、1948年发生过几次较大洪水，其中1784年洪水量级大于1880年，特大洪水值认为是大于3500 m3/s。在邻近流域的河流上，也有一个水文站(甲站)，可以搜集到1951年至 1982年连续32年的年最大流量资料。两流域的特征基本相似，气候和自然地理条件基本相同，且两河流上都没有水工建筑物。1.2用相关分析法插补延长乙站流量资料1比较甲、乙两站均有实测资料并分别求出其平均流量。(下面甲站的，乙站的计)2233.701728.702列表计算，表1-1 甲、乙站水文资料甲站流量乙站流量26431.1831.40020001.1571.3391.36927571.2341.
17、52323801.3771.8951.69925491.1411.30221001.2151.4761.38633591.5042.26126001.5042.2622.26228401.2711.61725001.4462.0911.83911600.5190.27010000.5780.3350.30015600.6980.48811000.6360.4050.44424701.1061.22313600.7870.6190.87021500.9630.92614800.8560.7330.82430251.3541.83422501.3021.6941.76344401.9883.951
18、29501.7062.9123.39227021.2101.46323501.3591.8481.6447550.3380.1146000.3470.1200.11720000.8950.80215300.8850.7830.79224201.0831.17421701.2551.5761.36018700.8370.70116500.9540.9110.79919000.8510.72413000.7520.5660.64021800.9760.95218501.0701.1451.04413500.6040.3659000.5210.2710.31523851.0681.14019001.
19、0991.2081.17412000.5370.28910800.6250.3900.33613000.5820.33910100.5840.3410.34023601.0571.11617000.9830.9671.03923.00025.97423.00025.88825.7493计算相关系数r及机误4Er。=4Er则，甲、乙两站流量为直线相关。4计算期望值，。=5列表回归方程。6利用回归方程插补乙站流量即可。1951年 9642233.70=1.24(y1728.70) 得y=705m3/s1952年 22992233.70=1.24(y1728.70) 得y=1781m3/s1953年
20、 16452233.70=1.24(y1728.70) 得y=1254m3/s1954年 19382233.70=1.24(y1728.70) 得y=1490m3/s1959年 39972233.70=1.24(y1728.70) 得y=3151m3/s1960年 40932233.70=1.24(y1728.70) 得y=3228m3/s1973年 10602233.70=1.24(y1728.70) 得y=782m3/s1974年 37102233.70=1.24(y1728.70) 得y=2919m3/s1978年 49202233.70=1.24(y1728.70) 得y=3895m3
21、/s1.3运用适线法推求该桥设计流量1计算经验频率(1)按不连续系列第一种方法(单独连续系列处理) 首先依流量从大到小顺序排列如表1-2第4第5栏。实测数n=23，计算的经验频率如表第7栏。实测期N=32(1951-1982年)，包括此范围内的实测和调查资料，计算频率如表第9栏。调查期N=103(1880-1982年)，考虑到本期后续调查流量的可能遗漏，频率计算排到1954年为止。考证期N=199(1784-1982年)，考虑到本期后续调查流量的可能遗漏，频率计算排到1880年为止。 经验频率的选用的方法是：按资料期长的(右列)向资料期短的(左列)，每一流量逐列选取频率值。但若以实测期计算频率
22、来控制经验曲线后半支，往往显得由于经验频率曲线偏小而引起误差较大。为了较好地控制整条经验频率曲线，可以在同一流量下，取实测期和实测数两系列中计算频率较大者作为选用值。经验频率选用列于表第14栏。(2)按不连续系列第二种方法计算，将计算的计算频率值填入表第16栏。取第一种方法和第二种方法计算的计算频率值的较大值为最终选用值，点绘出一条经验频率曲线(图1-1)。使用米格纸附后。2矩法确定统计参数用桥涵水力水文书p92页式(8-5)计算(列表1-2为辅助计算用)用桥涵水力水文书p92页式(8-6)计算=表1-2 统计参数资料 QK(K-1)(K-1)2QK(K-1)(K-1)2特大洪水45002.1
23、81.181.39一般洪水n-l=36-4=3218500.89-0.110.01a=440001.940.940.8717810.86-0.140.0238951.880.880.7817000.82-0.180.0336001.740.740.5516500.80-0.200.04159953.5915300.74-0.260.07一般洪水n-l=36-4=3233501.620.620.3914900.72-0.280.0832281.560.560.3214800.72-0.280.0831511.520.520.2713600.66-0.340.1229501.430.430.181
24、3000.63-0.370.1429191.410.410.1712540.61-0.390.1526001.260.260.0711000.53-0.470.2225001.210.210.0410800.52-0.480.2323801.150.150.0210100.49-0.510.2623501.140.140.0210000.48-0.520.2722501.090.090.019000.44-0.560.3221701.050.050.007820.38-0.620.3921001.020.020.007050.34-0.660.4320000.97-0.030.006000.2
25、9-0.710.5019000.92-0.080.01584204.85表1-3 洪峰流量资料顺序号按时间顺序排列按递减次序排列经验频率p(%)年份流量年份流量第一种方法第二种方法最终选用值序号实测数n=23序号实测期N=32序号调查期N=103序号考证期N=199选用值序号选用值12345678910111213141516171178445001784450010.50.510.50.52188040001880400011.021.01.021.01.03192033501978389521.91.931.51.94194836001948360032.92.942.42.9519517
26、051920335013.043.83.853.43.86195217811960322826.154.86.168.38.37195312541959315139.165.89.1711.311.38195414901967295014.2412.176.712.1814.214.291955200019742919515.215.2917.217.210195623801958260028.3618.218.21020.120.1111957210019612500312.5721.221.21123.123.1121958260019562380416.7824.224.21226.12
27、6.1131959315119682350520.8927.327.31329.029.0141960322819662250625.01030.330.31432.032.0151961250019712170729.21133.333.31534.934.9161962100019572100833.31236.436.41637.937.9171963110019552000937.51339.439.41740.840.81819641360197919001041.71442.442.41843.843.81919651480197618501145.81545.545.51946.
28、846.82019662250195217811648.548.52049.749.72119673605198217001250.01751.551.52152.752.72219682132197216501354.21854.554.52255.655.6231969600197015301458.31957.657.62358.658.62419701530195414902060.660.62461.661.62519712170196514801562.52163.663.62564.564.52619721650196413601666.72266.766.72667.567.5
29、271973782197513001770.82369.769.72770.470.42819742919195312542472.772.72873.473.42919751300196311001875.02575.875.82976.376.33019761850198010801979.22678.878.83079.379.3311977900198110102083.32781.882.63182.382.63219783895196210002187.52884.887.03285.287.0331979190019779002291.72987.991.33388.291.33
30、41980108019737823090.990.93491.191.1351981101019517053193.993.93594.194.1361982170019696002395.83297.097.03697.097.03适线并推算规定频率流量 以，=0.41，假定=0.8作为理论频率曲线第一次假定的三参数。为了便于适线过程中对比，列表1-4表中值查桥涵水力水文书p75页表7-4得。表1-4经验频率曲线P(%)51020507595经验频率曲线Q32002900250018001250700理论频率曲线(一)=0.41=0.81.841.340.78-0.13-0.73-1.38Q
31、32812897246817701310812(二)=0.41=0.71.821.330.79-0.12-0.72-1.42Q32652890247617781318781(三)=0.44=0.61.81.330.8-0.1-0.72-1.45Q32502890248317931318758(四)=0.41=0.51.771.320.81-0.08-0.71-1.49Q32272882249118091326728根据第一次假定理论频率曲线计算各Q值，与经验频率曲线各Q值对比可见，整条曲线成下凹型严重，应减小理论频率曲线的值。根据第二次假定依旧出现同样的问题，因此处理方法同上。最后第四次假定的
32、理论频率曲线与经验频率曲线符合的较好，因此选定三参数为，=0.41，=0.5。根据确定的三参数，推算和的频率流量。=(1+2.310.41)1870=3641m3/s=(1+1.770.41)1870=3227m3/s1.4形态断面法推求桥位断面处的设计流量天然河流的形状本不规则，过水断面沿流程变化，实属非均匀流。但是按水文断面要求而选着的断面，则近似均匀流，故可按曼宁公式计算。 1. 点绘水文断面可作为水温断面进行计算。经调查确定，桩号K0+622.60和K0+725.97为河槽与河滩的分界，选定粗糙系数为：河槽mc=44,河滩mt=21。调查的历史洪水位为63.0。洪水比降I=0.3，求出
33、其相应的历史洪水量。2列表计算水力三要素(表1-6)表1-5 桥位处河流横断面实测记录表桩 号河床标高,m桩 号河床标高,mK0+500.0064.80K0+661.3551.26+509.6060.70+681.3551.95+546.5060.42+702.3552.35+575.4060.61+715.3553.78+582.2061.74+725.9763.03+622.6061.42+730.0763.32+643.6051.96+734.2764.83表1-6 计算水力三要素里程桩号河床标高,m水深,m平均水深,m水面宽度,m湿周过水面积累积面积合计K0+504.2163.0006
34、.20Atz=237.84Xtz=123.531.1505.3910.446.20K0+509.6060.702.396.242.44036.9036.9090.04K0+546.5060.422.58168.062.48528.9028.9071.82K0+575.4060.612.39180.471.8256.806.8912.41K0+582.2061.741.26237.841.42040.4040.4057.37K0+622.6061.421.58370.35Ac=968.55Xc=108.976.31021.0023.00132.51K0+643.6051.9611.04572.5
35、211.39017.7517.76202.17K0+661.3551.2611.74800.4211.39520.0020.01227.90K0+681.3551.9511.051028.2710.85021.0021.00227.85K0+702.3552.3510.651157.439.93513.0013.08129.16K0+715.3553.789.221206.394.61010.6214.0848.96K0+725.9463.0001206.39Aty=0Aty=8.57合计226.87241.02983.383流速、流量计算河槽部分： 左滩：右滩：全断面设计流量=3167.16
36、+133.19+0=3300.35可见两值比较接近。1.5计算桥孔长度本设计为钢筋混凝土简支T形梁桥，选用跨径为30m，因为墩径为1.5m，则净跨径L0=28.8。河段基本顺直，以桥涵水力水文书p133页(10-1)计算最小桥孔净长，已知设计流量，天然河槽流量，河槽宽度查桥涵水力水文书p134表10-1，可得：采用跨径，采用4孔方案，即两桥台前缘之间距离 桥梁两端桥台台尾间的距离(即全桥长)1.6确定桥面标高1.6.1 列表表示各桥台桩号和水深表1-7 各桥台桩号和水深所处位置左滩河槽右滩墩台编号左台1号2号3号右台桩号K0+610.00K0+640.00K0+670.00K0+700.00K
37、0+730.00原地面标高61.5254.1051.5752.3063.30水深1.488.9011.4310.7001.6.2 壅水高度计算结合表1-5可计算出左滩被阻挡的过水面积：=218.56右滩被阻挡的过水面积： 河滩路堤阻挡流量：=0.56218.56+0=122.40天然状态下桥下通过流量：桥墩过水面积：天然状态下桥下平均流速：m/s桥下阻水面积：桥下提供净过水面积：m/s由桥涵水力水文书p141式(10-17)计算壅水高度：m/sm/s桥前最大壅水高度：=0.25m0.6m桥下壅水高度取0.5则=0.125m1.6.3 波浪高度计算由桥涵水力水文书p143式(10-23)和(10
38、-24)计算波浪高度，查表知，当7级风时风速。已知浪程为1200m，则波浪高为： 0.1，=2.42，按公路工程水文勘测设计规范，静水面以上波浪高度取的波浪高，另外，波浪在墩前被阻挡时，墩前波浪高度将会壅高，近似去壅高为0.2，这样静水面以上的波浪高度为波浪全高的(+0.2)倍，即0.56(+0.2)=0.49m桥头路堤和导流堤顶面高程应计入波浪坡面爬高，不计河湾超高。1.6.4 桥面最低高程计算通航河流以桥涵水力水文书p136式(10-7)计算，查表10-2，取梁底净高=0.50m；由设计资料知。=0.16+0.49+0=0.65m=63+0.65+0.5+1.5+2.13=67.78m计算，桥下为六级航道，查表，查表，=65+4.5+1.5=71m，所以。1.7冲刷计算(由设计资料可知本设计为非粘性土河床，则按非粘性土公式计算)1.7.1 64-2简化公式计算河槽一般冲刷式中桥下河槽能扩宽至全桥m3/s，m3/s，查表得 ， 平摊(造床)水位时，面积为
