预应力混凝土简支T梁桥设计

毛截面惯性矩计算用移轴公式：Im

I
i

Ai

yi

ys
2


Ii

Ai

yi

ys
2

（2-4）
式中 Am——分块面积
yi ——分块面积的重心至梁顶边的距离 ys ——毛截面重心至梁顶的距离 Si ——各分块对上缘的面积矩
Ii ——分块面积对其自身重心轴的惯性矩
图 1-1 三套方案的立面图
5
2 桥梁上部结构设计
2.1 概述
2.1.1 绵阳包中桥基本情况 （1）桥梁线性布置 ①平曲线半径：无平曲线 ②竖曲线半径：无竖曲线，纵坡为 1% （2）主要技术标准 ①设计荷载：公路Ⅱ级 ②桥面净宽：净 9＋2×1.5m ③通航要求：无 （3） 主要材料 ①混凝土：预应力混凝土主梁采用 C55 混凝土，其余构件采用 C35 混凝土，保
绪论
桥梁是一种为全社会服务的公益性建筑，它与人类社会的发展繁荣和人们生产 生活的便利息息相关。桥梁建筑是人类认识自然和改造自然的产物，又是人类各个 历史阶段文明发展的结晶。桥梁建筑发展的动因与人类社会生产力、材料工业、科 学技术等的发展密切相关。我国从“七五”开始，公路建设进入了高等级公路建设的 新 阶段，近几年随着公路等级的不断提高，路桥方面知识得到越来越多的应用，同 时，各项规 范也有了较大的变动，为掌握更多路桥方面知识，我选择了 35m 装配 式预应力混凝土简支 T 梁设计这一课题。
和成熟
1 主桥跨度适中，梁式结构施 1 主体采用箱梁断面，刚
工方便；
度大施工安全；
2 采用预制 T 梁，可工厂预制 2 箱梁在工厂预制施工，
施工，质量可靠，工期有保障， 质量可靠，但节段的运输
但需要大型预制场和吊装设 和吊装需要多套设备，才
备；
能保证工期；
3行车较平顺。
3 行车平顺。
采用预制拼装法，在现场建设 一个预制场，利用预置模版先 现浇有预留预应力孔道的T 梁，待强度满足在进行预应力 张拉，其特点外型，简单、制 造方便，整体性好。
悬臂施工支座需要临 时固结及支承措施， 支座处处理比较复 杂，而且预应力钢筋 需求量大，预应力张 拉分阶段，施工难度 较大。
钢筋混凝土简支空心 板桥 简支板桥外形简单，制 作方便，且构件质量 小，架设方便，采用空 心板桥减轻自重，且充 分利用材料。
1 主桥跨度较小，空心板 结构施工方便； 2 空心板工厂预制，但没 有预应力束的张拉，桥 梁将带裂缝工作，对环 境及混凝土质量要求较 高； 3行车不平顺。 结构不发生体系转换， 施工难度简单
方案三：采用钢筋混凝土简支空心板桥 选用简支空心板桥，采用预制装配法施工，每跨 20m，共六跨，共 7*20=140m
表1-1 方案比选
方案一
方案二
方案三
桥型
结构 特点
安全 性
施工 技术
预应力混凝土简支T梁桥
预应力混凝土悬臂拼
装连续箱梁桥
预 应 力 混 凝 土 连 简支T梁 连 续 箱 梁 抗 扭 刚 度
毕业设计使得学生的独立系统的完成一项工程设计，因而对培养学生的综合素 质、增强工程意识和创造能力具有其他教学环节无法取代的重要作用。通过毕业的 设计这一时间较长的教学环节，学生独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手 能力都会有很大的提高，还可以培养土木工程专业本科生综合应用所学基础课、技 术基础课及专业课知识和相关技能，解决具体问题的能力。已达具备初步专业工程 人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。
根据交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》(JTG D62-2004) 中 9.3.3 条规定，翼缘悬臂端厚度取 12cm，与腹板相连处厚度不应小于梁高的 1/10， 取 20cm，大于梁高的 1/10。不设置承托[2]。
③T 梁下马蹄尺寸和腹板宽度设置 考虑预应力束及主筋的布置及预制时混凝土的振捣，下马蹄底端宽度取 40cm， 高度取 30cm，两侧直线放缓至腹板宽度，坡度为 1：1。 为保证主梁的抗剪需要，腹板受压时的稳定，以及混凝土的振捣质量，通常腹 板宽度取在 15-18cm，鉴于本桥的跨度为 30m，纵向钢筋数量较多，取较大值 18cm。 由于预应力束的布置需要，腹板宽度需要从 18cm 变为 40cm，与下马蹄底部同 宽，过渡段长度不小于 12 倍腹板宽度差，12×（40-18）=264cm，再根据横隔板的布 置，将横隔板布置在腹板宽度开始变化处，则中跨主梁腹板宽度过渡段长度取 670cm。
2
1 桥梁方案的比选
1.1 桥梁方案比选原则[1]
桥型方案比选是从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最 终确定桥梁形式。 桥梁设计原则：
（1）适用性，桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的 需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并 便于检查和维修。
计算抗弯惯性矩 I 和抗扭惯性矩 IT
翼缘板换算平均高度：
h1

12
2
20
16
cm
马蹄换算平均高度 h2

30
2
40

35
cm
截面面积：
Am=220*16+40*35+18*（150-16-36）=6510 c m 2 截面对上边缘的静矩：
Si=220*16*16/2*40*35*(150-35/2)*18*(150-16-35)*(16+99/2)=328.845 c m 3
本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定，选定装配式预应力 T 形截面简支梁 桥，该类型的梁桥具有受力均匀、稳定，且对于小跨径单跨不产生负 弯矩，施工简单且进度 迅速等优点。设计内容包括拟定桥梁纵,横断面尺寸、上部 结构计算，下部结构计算，施工 组织管理与运营，施工图绘制,各结构配筋计算， 书写计算说明书、编制设计文件这几项任务。在设计中，桥梁上部结构的计算着重 分析了桥梁在施工及使用过程中恒载以及活载的作用力，采用整体的自重荷载集度 进行恒载内力的计算。 按照新规范公路 2 级车道荷载进行布置活载，并进行了梁 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，正应力及主应力的验算。下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的墩柱， 并分别 对桥墩和桩基础进行了计算和验算。
养护 维修 量 工期
后期运营养护费用大 较短
后期运营养护费用大 较长
养护费用小 较短
4
由表1-1可知，根据本桥的地质情况，结合桥梁设计原则，第一方案桥梁行车舒 适性比第三方案好；经济方面比第二方案好，对施工技术方面的要求也比第二方案 要低；工期上较短，对整个工程进度来说不会受其影响；施工难度较小，所以选择 第一方案作为首选。
6
（6） 设计规范 ①交通部《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) ②交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》(JTG D62-2004) ③交通部《公路工程技术标准》（JTJB01-2003） 2.1.2 桥型及纵横断面布置 （1） 桥型布置及孔径划分 该设计为重庆至宜宾段二级公路上的绵阳包中桥。为缩短工期，提高行车舒适 性，综合分析比较各类桥型后最终采用预应力混凝土简支 T 桥，跨径为 4×35m，施 工方法预制拼装法[1]。 考虑伸缩缝的设置，每片梁的预制长度为 34.90m，伸缩缝采用 10cm， 计算跨径取梁支座中心的距离为 33.50m （2） 截面形式及截面尺寸拟定 ①截面型式及梁高 采用等高度 T 形截面梁。梁高 1.5m，高跨比 H/L=3/7。 ②横截面尺寸 每幅桥面全宽为 12m。将每幅桥做成五个 T 梁的组合截面。其中预制简支梁板 宽为 220cm。
（5）美观，一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，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。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。
1.2 方案比选
从桥型、结构特点、安全性、施工技术、养护维修量及工期五个方面对三个桥 型进行比较，选出最优的设计方案。
（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。经济性应综合发展远景及将来的养 护和维修等费用。
（4）先进性，桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应 尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度， 保证工程质量和施工安全。
t
对于翼板： b =0.0769<0.1,c=0.333
t
对于梁肋： b =0.182 c=0.295
表2-2 各截面几何性质
截面
7
④横隔板设置 为增强桥面系的横向刚度，在支座处设置端横隔板，同时在跨中处设置中横隔 板，中跨主梁横隔板间距为 5*670cm，横隔板高度一般取为梁高的 3/4 左右，本桥为 施工方便，横隔板底端与下马蹄截面开始变化处平齐，即距主梁顶面 130cm，同时， 为便于模板的安放及加固，横隔板设置为等宽，为 16cm。、
型锚具及其配套设备。 ⑥预应力管道：采用钢波纹管、扁管成型。 ⑦支座：采用 GYZ 和 GYZF4 系列橡胶支座。 ⑧伸缩缝：采用 SSF80A 大变位伸缩缝。 ⑨焊条：对于 R235 钢采用 T420 焊条，对于 HRB335 采用 T500 焊条。 （4） 桥面铺装 采用 8-17cm 防水混凝土。 （5） 施工方法 预制拼装法
方案一：采用预应力混凝土简支T梁桥 采用预制装配法施工，在现场浇注混凝土，然后张拉预应力筋，然后用龙门吊 按一定的次序架设，每跨 35m，共四跨，共 4*35m=140m。 方案二：采用预应力混泥土连续箱梁
3
选用变截面不等跨连续梁桥，主梁选用箱梁，采用挂篮施工法施工，三跨，共 40+60+40=140m
2.2.毛截面的几何性质计算
2.2.1 截面几何特性 预制宽度为 220cm，可以采用分块面积法、节线法。本算例采用分块面积法。
计算公式如下：
毛截面面积： Am Ai
（2-1）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
各分块面积对上缘的面积矩： si Ai yi
（2-2）
毛截面重心至梁顶的距离： ys Si / Ai
（2-3）
2
12
2
主梁的抗扭惯性矩 IT

m

c i bi t i 3
，查下表
i 1
表2-1 抗扭惯性矩系数表
t
1
b
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 <0.1
C 0.141 0.155 0.171 0.189 0.209 0.229 0.25 0.27 0.291 0.312 0.333
护层厚度为 35mm。 ②预应力钢绞线：采用低松弛高强钢绞线，标准强度为 1860MPa，弹性模量为
1.95× MPa。 ③普通钢筋：直径≥12mm 选用 HRB335 级钢筋，直径<12mm 选用 R235 级钢筋。 ④钢板：锚垫板等预埋钢板选用低碳钢。 ⑤锚具：预制 T 梁采用 OVM 型锚具及其配套设备；T 梁接头顶板束采用 BM15
在本次设计过程中，新旧规范的交替，电脑制图的操作，都使我的设计工作一 度陷入僵局。在指导老师彭老师及本组其他组员的帮助下，才使的这次设计得以顺
1
利完成。在此，对老师 和同学们表示衷心的感谢。 由于公路桥梁工程技术的不断 进步，技术标准的不断更新，加之本人能力所限，设计过程中 的错误和不足再所难 免，敬请各位老师给予批评指正。
8
则重心位置:
ys

S A

328845 6510

50.5 cm
主梁的抗弯惯性矩 I
I 1 * 208 *163 208 *16 * (50.5 8)2 1 * 99 *183
12
12
99 * 18 * (16 99 50.5)2 1 * 40 * 353 40 * 35 * (150 35 50.5)2 16097778cm4
桥在垂直荷载的 作用下， 大，抵抗风荷载能力
其支座仅产生垂直反力， 强，箱梁预制模板需
而 无 水平 推 力。结构 造 型 求 大 ， 且 模 板 安 装 难
灵 活 ， ，整体性好， 刚 度 度 大 ， 吊 装 对 设 备 要
较大，变性较小。受力明 求高。
确，理 论计算较简单，设
计 和 施 工 的 方 法 日 臻完善