40m预应力砼简支T型梁桥设计

04级本科毕业设计第1页共73页1摘要本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定,对北京九渡河桥进行方案比选和设计的。对该桥的设计，本着“安全、经济、美观、实用”的八字原则，本论文提出三种不同的桥型方案进行比较和选择：方案一为预应力混凝土简支梁桥，方案二为悬索桥，方案三为混凝土箱梁桥。经由以上的八字原则以及设计施工等多方面考虑、比较确定预应力混凝土简支梁桥（锥形锚具）为推荐方案。在设计中，桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在使用工程中恒载以及活载的作用利，采用整体的体积以及自重系数，荷载集度进行恒载内力的计算。运用杠杆原理法、偏心压力法求出活载横向分布系数，并运用最大荷载法法进行活载的加载。进行了梁的配筋计算，估算了钢绞线的各种预应力损失，并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度和变形验算、锚固区局部强度验算和挠度的计算。下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的双墩柱，采用盆式橡胶支座，并分别对桥墩和桩基础进行了计算和验算。本设计全部设计图纸采用计算机辅助设计绘制，计算机编档、排版，打印出图及论文。期间翻译了一篇英文短文“Reliabilityanalysis”。关键词：预应力混凝土、简支梁桥、钻孔灌注桩、锥形锚具04级本科毕业设计第2页共73页2AbstractThisdesignisaccordingtothedesignprojectdescriptionrequestandRoadBridgegaugethestipulation,ninefordsthebridgetoBeijingtocarryontheplanratiotoelectwiththedesign.Forthepurposeofmakethetypeofthebridgecorrespondingwiththeambienceandcostsaving.Inthisdesign,Thecheckingcalculationofstrengthofmaingirderwasprecedednotonlyinprestressedstatementbutalsoinusingstatement,deflection,precamberandtheassessmentofreinforcingsteelbarwerecheckedtoo.Thepierofthebridgewasbasingondiggingpile,andadoptedrubberpotbearing.Accordingtothecharacteristicoftheoverpassbridgeandspotcondition,itadoptedthemethodthatthecantileverjobplacingcombinedwithbracketjobplacing.AllofthedesigndrawingswereprotractedbyAutoCAD.ExceptthatthethesiscalledAnoteondynamicfractureofthebridgebearingduetothegreatHanshin–AwajiearthquakewastranslatedintoChinese,andmadeareporton.Keywords:prestressedconcrete、simplesupportedbeambridge、cast-in-placepile、coneanchoragedevice.第一部分、桥梁设计1、水文计算1.1原始资料1.1.1勘测资料(1)、水文、气象04级本科毕业设计第3页共73页3九渡河属山区河流，纵坡较陡，流速较大，河床质为第四纪砂夹砾石，最大粒径大于200mm，桥位上游汇水面积为174KM2，含砂量310/kgm。现场勘测时，搜集到3个调查历史洪水，即：1939年，930m3/s；1963年，730m3/s；1977年，610m3/s；另在北岸桥址上游约400m处获得多年平均洪水位为180.64m，根据河床纵断面测量资料，河床纵坡在该河段为0.036，河床逐年有摆动下切趋势，河流主槽原在南岸，1939年洪水后移至北岸，维持至今，河床下切量预计已达0.5m。多年平均气温：最高220C，最低-100C。每年11月20日至次年2月10日为冬季。风力：7级，W=15m/s。河床粒径分析资料粒径d（mm）200100502552.510.5组分%36.816.49.88.810.46.13.58(2)、桥位纵断面测绘资料见表一。(3)、地质钻孔柱状图见表二。河床表层为砂类卵石、砾石，厚约12～13.5m，含砂率（30～40）%，承载容许值：0500600KPa；其下为硬质石灰岩，Ra=100MPa。1.1.2、设计标准与施工条件(1）桥面宽度：净9+2*0.75m人行道(2）设计荷载：公路—Ⅱ级荷载(3）设计洪水频率：1%(4）不通航(5）材料来源：砂可在河滩就地采集，石料来自当地，开采方便。水泥、钢材等可由北京供应。施工技术设备可行。表一桥位断面中线测量资料桩号标高（m）钻孔编号孔口标高04级本科毕业设计第4页共73页40+000（即路线+6500+0270+0320+034.50+038.50+042.50+0500+0560+0780+0920+1000+103.50+1060+1150+1160+1500+2000+2500+293.670+353.60+363181.03181.02178.28177.34177.03177.33178.63178.85178.44177.39177.46177.64178.02178.57179.01179.62180.30180.15180.25180.82181.020+010（1#孔）0+065（2#孔）0+150（3#孔）181.333178.86179.7404级本科毕业设计第5页共73页5表二钻孔柱状图资料04级本科毕业设计第6页共73页604级本科毕业设计第7页共73页7设计资料及构造布置1.2水文计算1.2.1求设计流量(1)求cv和cs的值由附表查得：cv=1.2cs=3cv=3.6(2)求洪水经验频率p:最大洪水发生年代1939年至今69年。1963和1977年洪水分别为二、三位，其经验频率为：P63=m/(n+1)×100%=2/(69+1)=2.9%P77=3/(69+1)=4.3%04级本科毕业设计第8页共73页8(3)求流量模比系数K:根据cv=1.2cs=3cv=3.6，设计频率p%＝1％，查表得：K1%=6.1按1963年洪水频率P63=2.9%查得K2.9%=4.40按1977年洪水频率p77=4.3%查得K4.3％＝3.59(4)推算设计流量QP%:按1963年洪水流量推算，Q2.9%=Q63×K1%/K2.9%=730×6.1/4.40=1012m3/s按1977年洪水流量推算，Q4.3%=Q77×K1%/K4.3%=610×6.1/3.59=1036m3/s按1963年和1977年推算的结果接近，说明是可靠的。但从安全考虑采用较大的。Q1%=1036m3/s1.2.2、桥梁分孔和高程计算过水断面面积和水面宽度B，可根据河流断面图列表计算。假设设计水位为181m。过水断面计算图桩号河床标高水深平均水深水面宽度过水面积累计面积合计K0+000181.0300270河槽c309.76m2Bc=116m+027181.0201.3656.86.8+032178.282.723.162.57.914.7+034.5177.343.63.79415.1629.86+038.5177.033.973.82415.2845.14+042.5177.333.673.027.522.6567.79+050178.632.372.26613.5681.35+056178.852.152.362251.92133.27+078178.442.563.091443.26176.53+092177.393.613.58828.64205.17+100177.463.543.603.512.6217.77+103.5177.643.363.172.57.93225.7+106178.022.982.71924.39250.09+115178.572.432.2112.21252.3+116179.011.991.693457.46309.76+150179.621.381.045052361.76河滩t=154.99m2Bt=247m+200180.300.70.785039400.76+250180.150.850.843.6734.94435.7+293.67180.250.750.476028.2463.9+353.6180.820.180.099.40.846464.75+363181.020合计41.64358.0704级本科毕业设计第9页共73页9对于河槽部分：hc=Bcc=2.67mvc=mchc2/3i1/2=25×2.672/3×0.00361/2=2.887m/sQc=*cvc=309.76×2.887=894m3/s河滩部分：ht=t/Bt=154.99/247=0.627mvt=2.08m/s=mtht2/3i1/2=20×0.6272/3×0.00361/2=0.879m/sQt=tvt=154.99×0.879＝136m3/s全断面的设计流量：Qs=Qt+Qc==1030m3/s2)桥孔长度的计算(1)采用经验公式计算该桥位河段属于山区开阔河段，Lj=Kq(QcQs)n3Bc=0.84×(8941030)0.9×116=111m此结果是桥下宣泄设计洪水所需的最小孔径(2)采用冲刷系数法计算选用P=1.25;桥墩水流侧向压缩系数＝0.95；折减系数＝lb＝783.1＝0.017；河槽的设计流速vs=2.887m/s桥下最小毛过水面积：Aqj=PvsQs)1(=887.2*25.1*)017.01(95.01030=306m2(3)桥面标高的确定考虑壅水、浪高、波浪壅高、河湾超高、水拱、局部股流壅高、床面淤高漂浮物高度等因素h＝1.000m按设计水位计算桥面最低高程：Hmin=Hs+h+hj+0h=181+1.000+0.5+2.0=184.50m综合以上考虑，并根据河曹断面型式，取桥梁全长为320m，在K0+20—K0+340处布置桥梁。04级本科毕业设计第10页共73页102、方案比选桥梁设计原则：（1）适用性满足公路交通和铁路的正常运行，以及将来交通量增长的需要。建成的桥梁应保证在使用年限内满足交通要求，并便于检查和维修。（2）舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。（3）经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合考虑发展远景及将来的养护和维修等费用。（4）美观一座桥梁，，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。2.1方案一、预应力混凝土简支梁桥(详见设计图纸方案一)预应力混凝土简支T梁桥，共8跨，每跨40m，则桥面部分全长40×8＝320m，桥面净空为满足要求，依据水文计算，取桥面净空为7m。桥面宽度为设计标准值9m＋2×0.75m人行道。主梁全长为39.96m，计算跨径为38.88m。预应力混凝土T梁的优点在于：预应力混凝土可看作是一种预先储存了足够压力的新型混凝土材料。对混凝土施加预压力的高强度钢筋（或称力筋），既是加力工具，又是抵抗荷载所引起构件内里的受力钢筋。预应力混凝土梁桥能最有效地利用现代高强度材料（高强混凝土，高强钢材），减小构件截面，显著降低自重所占全部设计荷载的比重，增大跨径，扩大了混凝土结构的适用范围。全预应力混凝土梁宰使用荷载下不出现裂缝，即使是部