王土木工程毕业设计
学院毕业论文(设计)
题目:靖宇至松段高速公路K260+307.5(20+30+20)m×3预应力混凝土简支变连
续箱梁桥施工图设计
院(系)别 土木工程学院
专 业 土木工程
班 级 土木086班
学 号 080721339
姓 名
指导教师 史红
山东交通学院教务处
二○一二年六月
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原 创 声 明(格式不对)
本人王选郑重声明:所呈交的论文“靖宇至松段高速公路K260+307.5(20m+30m+20m)×3预应力混凝土简支变连续施工三跨连续箱梁桥施工图设计”,是本人在导师史红老师的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果,对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明,本人完全意识到本声明的法律后果,尊重知识产权,并愿为此承担一切法律责任。
参考毕业设计文件
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论文作者(签字): 日期: 年 月 日
山东交通学院毕业设计(论文)
摘 要
本次设计的课题是靖宇至松段高速公路K260+307.5(20m+30m+20m)×3预应力混凝土简支变连续施工三跨连续箱梁桥施工图设计,本设计选择全预应力混凝土连续箱梁桥为方案进行整体结构设计。
在设计中,首先根据所给的设计资料进行预制箱梁的设计,并选择常用的桥墩(台)形式,再根据地质条件选择适合本桥的桩基础,方案确定后再从上到下开始计算。首先是上部结构箱型梁尺寸拟定,接着进行箱梁的计算,主要计算预制箱梁桥面上所受到的恒载和活载,计算弯矩和剪力,进行作用效应组合,然后进行预应力钢束的拟定和计算,布置预应力筋,进行斜截面,正截面的计算,截面应力验算,其次是桥墩的计算,桥墩的计算主要是桥墩所受的恒载、活载的计算及双柱反力的计算,然后是配筋计算及应力验算;最后是钻孔灌注桩的计算,主要是桩长的计算,桩长根据单桩容许承载力的经验公式确定桩长,桩内力的计算主要是用m法,根据m法确定的桩的内力进行桩筋的设计及强度验算;
关键词:简支变连续施工,连续箱型梁桥,桥墩(台),钻孔灌注桩
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王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
Abstract
The topic of this design is strand virtuous line K 101+335(3 ×s 20 mses) ×s 2prepares to turn continuous box of beam bridge construction diagram to design in response to dint concrete Jian Zhi, this design chooses to all prepare the continuous box of beam bridge carries on a whole structure design for project in response to the dint concrete.
In the design, carry on the design that prepares to make a box of beam according to the design data given first, and choose an in common use buttresses(set) form, again choose according to the geology condition suitable this the stake of the bridge foundation, project certain empress then from ascend arrive the bottom start computing.First is upper part structure box type beam size draw-up, immediately after carry on the calculation of a box of beam, the main calculation prepares and makes a box of beam bridge Heng been subjected to on noodles and carries and lives and carries, according to horizontal calculation for distributing coefficient curved Ju and shear dint, carry on a function effect and combine, then carry on the draw-up and calculation that prepares and ties in response to the dint steel, set out and prepare in response to the dint Jin, carry on an inclined piece noodles, is cutting the calculation of noodles, cut noodles in response to the dint check calculate, the part accepts and presses of check calculate, secondly is cover beam of calculation, emphasize calculation cover the beam is in the process of using in upper part structure the Heng carry, cover the beam hold with dignity and car and crowd lotus carry of function, carry and gather a degree and carry on through a lotus cover the dint in the beam of calculation, then is cover beam of go together with Jin, has been covered the dint inside the beam compute after to cover the beam carry on going together with Jin and the loading dint pit in the school;Then is the calculation of buttresses, the calculation of buttresses is mainly the calculation of calculation and double pillar anti- dint that the Heng that the buttresses is subjected to carry, lives to carry, then is go together with a Jin calculation and check to calculate in response to the dint;The end is the calculation that drills a hole to infuse to note a stake, mainly is a long calculation, stake the empirical formula that is long to allow to load dint according to the list stake assurance stake long, the calculation of dint inside the stake mainly is to use a m method, make sure according to the m method of stake of inside the dint carry on design and strength of a Jin to check calculate;
Keyword:First Chien pays continuous box of type beam the bridge is behind, Cover beam, buttresses(set), Drill a hole to infuse to note a stake
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目 录
格式需统一
前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.第一章 设计资料
1.1设计资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.2设计依据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.3基本计算数据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.第二章 方案比选„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1桥型方案比选„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1.1桥梁总体规划原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1.2设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1.3方案比选„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.第三章 桥梁上部结构设计及结构尺寸拟定„„„„„„„„„„„„„„9
3.1桥梁的布置及孔径的划分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.2主梁尺寸拟定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.3 恒载内力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
3.3.1几何特性表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
3.3.2恒载集度的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
3.3.3 解算二次超静定结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
3.4 活载内力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
3.4.1冲击系数的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
3.4.2活载增大系数的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„16
3.4.3活载作用下各截面弯矩的计算„„„„„„„„„„„„„17
3.5 内力组合„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33
4.第四章 预应力钢束的估算与布置„„„„„„„„„„„„„„„„„„36
4.1 预应力筋的设计与布置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36
4.2 非预应力筋的设计与布置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38
4.2.1 概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38
4.2.2非预应力筋横向布置计算„„„„„„„„„„„„„„„39
4.3预应力钢束布置 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„40 3
王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
4.3.1预应力钢筋的布置原则:„„„„„„„„„„„„„„„„40
4.3.2钢束各控制点位置的确定„„„„„„„„„„„„„„„„41
4.3.3各截面钢束位置及其倾角计算„„„„„„„„„„„„„„43
4.3 .4主梁截面几何性质计算„„„„„„„„„„„„„„„„44
5.第五章 预应力损失及有效预应力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„48
5.1预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失l1„„„„„„„„„„48
5.2由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失„„„„„„„„49
5.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失„„„„„„„„„„„„„„„„51
5.4由钢筋松弛引起的预应力损失„„„„„„„„„„„„„„„„„„52
5.5混凝土收缩和徐变引起的应力损失 „„„„„„„„„„„„„„„52
5.6各截面钢束预应力损失及有效预应力汇总表„„„„„„„„„„„„54
6.第六章 次内力的计算及荷载组合„„„„„„„„„„„„„„„„„„„56
7.第七章 主梁应力验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„59
7.1预加应力阶段的正截面应力验算„„„„„„„„„„„„„„„„„59
7.1.1短暂状态的正应力验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„59
7.1.2 持久状态的正应力验算„„„„„„„„„„„„„„„„„60
7.1.3持久状况下的混凝土主应力的验算„„„„„„„„„„„„„61
7.2 抗裂性验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„62
7.2.1 作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算„„„„„„„„62
7.2.2 作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算„„„„„„„„63
8.第八章 桥梁下部结构设计与计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65
8.1 桩、墩尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65
8.2 桩、墩尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65
8.3 桥墩计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65
8.4桩的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„66
8.4.1 桩长的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„66
8.4.2桩的内力及位移计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„67
结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„74 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„75 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„76 4
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前 言
随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高,交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注,桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分,于此同时,桥梁建设得到了迅猛发展,我国桥梁工程无论在建设规模上,还是在科技水平上,均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中,给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。
本设计为靖宇至松段高速公路K260+307.5(20m+30m+20m)×3简支变连续施工预应力混凝土连续箱梁施工图设计,是根据《公路桥涵设计手册》系列丛书,以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范(JTG系列)拟定设计而成。在设计过程中,作者还参考了诸如桥梁工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。
设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求,并且产生在规范容许范围内的变形,使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全,稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑威乌线所处区域的地质和水文条件,既保证符合规范要求,同时保证因地制宜并且便于施工和维护,并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性,既要设计合理,又要起到良好的社会经济效益。
本设计对钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构,分述了持久状况承载能力极限状态、持久状况正常使用极限状态计算以及持久状况和短暂状况的应力验算等构件的计算分析方法及要点,并给出了完整的计算思路和框图,以便能够更好的理解桥梁设计的全过程。
应该着重说明的是,在进行公路桥梁结构(构件)设计时,计算分析是很重要的一部分,但还有更重要的一部分是有关构造要求,这或许是更容易被我们忽略的一部分,我们应该给予足够的重视。《公预规》提供了一套丰富、有益的构造规定,设计时一定要认真阅读《公预规》中这方面的有关内容及要求。
由于设计者水平有限,设计中难免会有一些缺点和错误,欢迎给予批评指正。
2012年6月
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王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
1.第一章 设计资料
1.1设计资料
设计荷载:高速公路,公路I级,每侧防撞栏重力的作用力为5.0KN/m,混凝土r=24KN/m,沥青混凝土r=23KN/m
地质条件:地质层规律,地下水较深对工程无不利影响,属良好建筑场地。 一层:粗砂q1k=101.1Pa,qr1=750kPa,厚5m 二层:砾石q2k=121.7Pa,qr2=850kPa,厚6m 三层:粘土q3k=84.6Pa,qr3=552.1kPa,厚15m 材料及工艺
桥面铺装为:5cm沥青混凝土层,8cm混凝土垫层 混凝土:主梁C50;墩柱C30、桩基C30
钢筋:主筋HRB335,箍筋HPB235,预应力钢筋采用抗拉强度标准值
抗拉强度设计值
fpk1860mpa
,
fpd1260mpa
,公称直径15.24mm,公称面 积140mm2
坡度:纵坡0%,横坡1.5%
1.2设计依据
1. 交通部颁《公路技术标准》(JTG B01—2003),简称《标准》;
2. 交通部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004),简称《桥规》; 3. 交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004),简称《公预规》。
1.3基本计算数据(见表1.1)
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表1.1设计基本计算数据
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2.第二章 方案比选
2.1桥型方案比选
2.1.1桥梁总体规划原则
本设计桥梁的形式可考虑拱桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。从实用、安全、经济、美观、环保以及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)实用性。桥梁必须实用,要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适和安全。既满足当前的需要,又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身的需 要,也要考虑到支援农业等等。
(2)安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要,能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。
(3)经济性。在社会主义市场经济体制的今天,经济性是不得不考虑的重要因素。在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济,是否以最少的投 入获得最好的效果。
(4)美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美,要与周围环境相适应,合理的轮廓是美观的主要因素。
(5)环保性。随着经济的发展,生活水平的不断提高,人们对环境保护提出了更高的要求,在建筑领域,一个工程的建设不能以牺牲环境作代价,在保证顺 利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。 应根据上述原则,对桥梁作出综合评估: 2.1.2设计方案
第一方案:装配式预应力混凝土简支箱梁桥
(1)孔径布置:20m+30m+20m,全长210米,宽24m。由于为简支箱梁桥,每跨之间还留有5厘米的伸缩缝。桥面设有1.5%的横坡,其中间标高高于外侧标高。 (2)主梁结构构造:全桥采用等截面箱梁组合梁。
(3)下部构造:采用三圆柱式桥墩;桩基础(钻孔灌注桩)。桥台采用埋置式轻型桥台。
(4)施工方案:全桥采用装配式施工方法。 装配式简支箱梁桥的发展
简支箱形截面梁以其优良的力学特性-具有较大的刚度和强大的抗扭性能和结构简单,受力明确、节省材料、架设安装方便,跨越能力较大、桥下视觉效果好等优点。而被广泛地应用于城市桥梁和高等级公路立交桥的上部结构中。简支箱梁桥是和简支T梁同时发展起来的斜面形式。
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第二方案:装配式预应力混凝土简支T梁
(1) 孔径布置:20m+30m+20m,全长210米,宽24m。由于为简支T梁桥,每
跨之间还留有4厘米的伸缩缝。桥面设有1.5%的横坡,2%的纵坡。其中间标高高于外侧标高。
(2) 主梁结构构造:全桥采用等跨等截面T型梁,。桥面设有1.5%的横坡,
2%的纵坡。其中间标高高于外侧标高。
(3) 下部构造:采用三圆柱式桥墩;桩基础(钻孔灌注桩)。桥台采用埋置
式轻型桥台。
(4) 施工方案:全桥采用装配式施工方法。 装配式预应力混凝土简支T梁
预应力混凝土T形梁桥有结构简单,受力明确、节省材料、架设安装方便,跨越能力较大等优点。T型梁桥在我国公路上修建最多,早在50、60年代,我国就建造了许多T型梁桥,这种桥型对改善我国公路交通起到了重要作用。
80年代以来,我国公路上修建了几座具有代表性的预应力混凝上简支T型梁桥(或桥面连续),如河南的郑州、开封黄河公路桥,浙江省的飞云江大桥等,其跨径达到62m,吊装重220t。
T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了,从16m到50m跨径,大多都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚,在工地预制,吊装架设。其发展趋势为:采用高强、低松弛钢绞线群锚:混凝土标号40~60号;T形梁的翼缘板加宽,25m是合适的;吊装重量增加;为了减少接缝,改善行车,采用工型梁,现浇梁端横梁湿接头和桥面,在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束,形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。
其最大跨径以不超过50m为宜,再加大跨径不论从受力、构造、经济上都不合理了。大于50m跨径以选择箱形截面为宜。
目前的预应力混凝土T形梁采用预应力结构,预应力张拉后上拱偏大,影响桥面线形,带来桥面铺装加厚。为了改善这些缺点,建议预制时在台座上设反拱,反拱值可采用预施应力后裸梁上拱值的1/2~2/3。
第三方案:变截面预应力混凝土连续梁桥 (1) (2) (3)
孔径布置:20m+30m+20m,全长210m,宽24m.桥面设有1.5%的横坡,2%的纵坡,其中间标高高于外侧标高。
主梁结构构造:上部结构为变截面箱梁。采用双幅分离的的单箱单室形式。主要采用高强混凝土以及大吨位预应力体系来实现主梁的轻型化。 下部构造:上、下行桥的桥墩基础是连成整体的,全桥基础均采用钻孔
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灌注摩擦桩,桥墩为圆端形实体墩。
(4)
施工方案:全桥采用悬臂节段浇筑施工法。
连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一,一般采用变截面箱梁。我国公路系统从80年中期开始设计、建造连续刚构桥,至今方兴未艾。 连续刚构可以多跨相连,也可以将边跨松开,采用支座,形成刚构一连续梁体系。一联内无缝,改善了行车条件;梁、墩固结,不设支座;合理选择梁与墩的刚度,可以减小梁跨中弯矩,从而可以减小梁的建筑高度。所以,连续刚构保持了T形刚构和连续梁的优点。
连续刚构桥适合于大跨径、高墩。高墩采用柔性薄壁,如同摆柱,对主梁嵌固作用减小,梁的受力接近于连续梁。柔性墩需要考虑主梁纵向变形和转动的影响以及墩身偏压柱的稳定性;墩壁较厚,则作为刚性墩连续梁,如同框架,桥墩要承受较大弯矩。
由于连续刚构受力和使用上的特点,在设计大跨径预应力混凝土桥时,优先考虑这种桥形。当然,桥墩较矮时,这种桥型受到限制。 近年来,我国公路上修建了几座著名的预应力混凝土连续刚构桥,如广东洛溪大桥,主孔180m;湖北黄石长江大桥,主孔3×245m;广东虎门大桥副航道桥,主孔270m,为目前世界同类桥中最大跨径。 我国的预应力混凝土连续刚构桥,几乎都采用悬臂浇筑法施工。一般采用50~60号高标号混凝土和大吨位预应力钢束。
现在,有人正准备设计300m左右跨径的预应力混凝土连续刚构,在我看来,若能采用轻质高强混凝土材料,其跨径有望达300m左右。由于连续刚构跨径加大,自重随着加大,恒载比例已高达90%以上,故片面增大跨径,已无实际意义。此时应考虑选择斜拉桥或别的桥型。
变截面预应力混凝土连续刚构桥发展概况:
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2.1.3 方案比选:
第一方案和第三方案比较:
简支梁桥属于静定结构,它构造简单,施工方便,其结构尺寸易于设计成系列化和标准化,有利于在工厂内或地上广泛采用工业化施工,组织大规模预制生产,并用现代化的起重设备进行安装。采用装配式的施工方法可以大量节约模板支架木材,降低劳
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动强度,缩短工期,显著加快建桥速度。就现在建桥技术而言,装配式预应力混凝土简支梁桥技术成熟的多。建筑高度较低,易保养和维护。而且桥是建在G319国道上的,这有利于大型吊装设备的运作。工程跨度不是很大,长度也相对不长,简支箱梁完全可以满足工程要求。造价相对比第三方案要少很多。由于第一方案中箱梁是在预制厂制作的,无需高空作业,在施工安全上,第一方案明显优于第三方案。
虽然第一方案有些地方不如第二和第三方案,如跨越能力没第三方案长等。工程本身不要求很大的跨越度。
对此项工程而言第一方案明显优于第三方案。 第一方案和第二方案比选
方案一与方案二同是简支梁桥,不同之处就在与截面形式。箱型截抗较之T形截面梁桥扭刚度大,受力性能好。除此之外,主要考虑到本桥梁与G319国道立交,箱型梁桥给人的视觉要明显好与T型梁桥,有利于桥下行车安全。其它方面第一方案与第二方案无太大差别。
对此项设计明显第一方案优于第二方案。
综上所述,变截面预应力连续梁桥,最终选定为第三方案。 经反复比较,第三方案做为本次设计的推荐方案。
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第三章 桥梁上部结构设计及结构尺寸拟定
3.1桥梁的布置及孔径的划分
本设计经方案比选后采用20+30+20三跨一联预应力混凝土等高度变截面连续梁结构,全长210m梁两端设置30cm厚的封箱混凝土块,在张拉封锚后,与桥面一块浇筑完成。
上部结构根据通行双向4个车道要求,采用单箱单室箱型梁,桥梁为分离式断面,分为上下两幅,单幅宽12m,两幅互相独立,总体布置如图所示。
图3.1连续箱梁桥跨布置图(单位:cm)
3.2主梁尺寸拟定
(1)主梁高度
预应力混凝土连续梁桥的主梁高度与起跨径之比通常在1/15~1/25之间,标准设计中,高跨比约在1/18~1/19,当建筑高度不受限制时,增大梁高是比较经济的方案。可以节省预应力钢束布置用量,加大深高只是腹板加厚,增大混凝土用量有限。根据桥下通车线路情况,并且为达到美观的效果,取梁高为3.0m,这样高跨比为3.0/45=1/20.0,位于1/15~1/25之间,符合要求。
(2)细部尺寸
在跨中处顶板厚取20cm,底板厚取20cm,腹板厚取30cm;顶板宽12m底板宽度5.8m,悬臂长2.5m,悬臂板根部厚45cm。
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图3.2 跨中截面 单位(cm)
图3.3支座截面 单位(cm)
3.3 恒载内力计算
根据梁跨结构纵断面的布置,并通过对移动荷载作用最不利位置,确定控制截面的内力,然后进行内力组合,画出内力包络图。 计算上部结构毛截面面积 3.3.1几何特性表
表3.1跨中截面几何特性表
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I
y
2115961738cm4
表3.2支点截面几何特性表
3.3.2恒载集度的计算 主梁自重
跨中截面g1= 5055410424121.33KN/m(一期恒载)
从支点到1/8截面处g15055479014.4/210424155.48KN/m一期恒载 防水混凝土:
g2=0.08×12.00×24=23.04(KN/M) 沥青混凝土:
g3=0.05×12.00×23=13.8 (KN/M) 栏杆:
g4=2×5.00/2=5.0 (KN/M) 恒载集度:
跨中恒载集度:g = g1+g2+g3+g4=165.37 (KN/M) 支点截面恒载集度:g = g1+g2+g3+g4=199.52 (KN/M)
整个中跨截面的恒载集度:g=165.373.752+199.5222.5/30=190.58KN/M
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王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
一期恒载集度 :g1155.483.752121.3322.5/30129.87 KN/M 二期恒载集度:g223.0413.85.044.04 KN/M 3.3.3 解算二次超静定结构 取基本体系
图3.4 基本体系图
列出力法方程:
11X112X21p0
XX02p211222
作影响线MP图:
图3.5 Mp影响线图
顶点竖标g1l2/8129.87202/86493.5KN/m
g1l2/8129.87302/814610.38KN/m
g2l2/844.04202/82202KN/m g1l2/844.04302/84954.5KN/m
12
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图3.6 M1影响线图
图3.7 M2影响线图
其中:δ11=16.667/EI
δ
22
δ12=5/EI
21
=5/EI δ
2p
= 16.667/EI
Δ1p =189393.8/EI Δ代入并整理:
解得:X1 = X2=-8741.11(KN·m)
=189393.8/EI
用已求得的多余约束力,可以求出全部支座的反力,然后求出其余支座的反力,列出各计算截面的内力方程并求各内力值。
取左边跨为研究对象则:对右端点取矩,则左支座反力为861.64KN 剪力方程:Fx=861.64-129.87x 弯矩方程: Mx=861.64x-129.87x2/2
取中跨为研究对象则:对右端点取矩,则左支座反力为1948.05KN 剪力方程:Fx=1948.05-129.87x
弯矩方程: Mx=1948.05x-0.5×129.87x2-8741.11
取右边跨为研究对象则:对右端点取矩,则左支座反力为1735.76KN 剪力方程:Fx=1735.76-129.87x
弯矩方程: Mx=1735.76x-8741.11-129.87x2/2
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表3.3各截面恒载内力表
由同样的方法可以计算施工完成后各截面的恒载内力: 其中:δ11=16.667/EI
δ
22
δ12=5/EI
21
=5/EI δ
2p
= 16.667/EI
Δ1p =278512.5/EI Δ代入并整理:
=278512.5/EI
解得:X1 = X2=-12854.22(KN·m)
用已求得的多余约束力,可以求出全部支座的反力,然后求出其余支座的反力,列出各计算截面的内力方程并求各内力值。
取左边跨为研究对象则:对右端点取矩,则左支座反力为1203.089KN 剪力方程:Fx=1263.089-190.58x 弯矩方程: Mx=1263.089x-19.59x2/2
取中跨为研究对象则:对右端点取矩,则左支座反力为8107.40 KN
剪力方程:Fx=2858.7-190.58x
弯矩方程: Mx=2858.7x-0.5×190.58x2-12854.22
取右边跨为研究对象则:对右端点取矩,则左支座反力为9728.91KN 剪力方程:Fx=2548.511-190.58x
弯矩方程: Mx=2548.511x-12854.22-190.58x2/2
表3.4恒载内力表
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3.4 活载内力计算
取公路Ⅰ级荷载,根据规范,均布荷载为:q=10.5kN/m;中跨集中荷载为:P=280kN;边跨集中荷载P=240kN;根据新规范可知,在求剪力时,集中力要乘系数1.2。 3.4.1冲击系数的计算
冲击系数的计算采用以结构基频为指标的方法。桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容,它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别,也不管结构尺寸与跨径是否有差别,只要桥梁结构的基频相同,在同样条件的汽车荷载下,就能得到基本相同的冲击系数。
桥梁的自振频率(基频)宜采用有限元方法计算,对于连续梁结构,当无更精确方法计算时,也可采用下列公式估算:
f1
f2
mcG/g 式中 l—结构的计算跨径(m); E—结构材料的弹性模量(N/m2); Ic—结构跨中截面的截面惯矩(m4);
mc—结构跨中处的单位长度质量(kg/m),当换算为重力计算时,其单位应为(Ns2/m2);
G—结构跨中处延米结构重力(N/m);
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g—重力加速度,g9.81(m/s2)。
当f1.5Hz时u0.05
当1.5Hzf14Hz时u0.1767Lnf0.0157 当f14时u0.45
计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时,采用f1;计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时,采用f2。
取l=30m,Ic=1.50m
荷载集度g=190.58kN/m 故mc190.58103
19427
4
f1
f2
故取0.05
0.0039
0.0068
3.4.2活载增大系数的计算
鉴于箱梁截面横向刚度和抗扭刚度大,则荷载作用下梁发生变形时可以认为横截面保持原来形状不变,即箱梁各个腹板的挠度也呈直线变化。因此,通常可以将箱梁腹板近似看作等截面的梁肋,先按修正偏压法求出活载偏心作用下边腹板的荷载分配系数,再乘以腹板总数,这样就得到箱梁截面活载内力的增大系数。 活载内力增大系数计算公式为:
max
ea11
(公式编号) max
n
n
ai2
i1
式中:n—箱梁的腹板总数:
β—抗扭修正系数,其计算公式如下所示
1
(公式编号)
GIT11n
EIai2
16
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l23030
75 式中:γ—刚度参数
1212
G
=0.425 EI
IT--主梁抗扭惯矩 I—主梁抗弯惯矩 t3.68
I
G—主梁剪切模量 E—主梁抗扭模量
ai22.922.9216.82 则: IT=4IxIy/IxIy5.4406108
11
=0.0678
GIT1
12750.4253.6281n2
16.82EIai
ea110.06781.52.91
0.535 =max
2n
22.9n
ai2
i1
可得 max
求得了边腹板的荷载分配系数max后,即得活载内力增大系数δ
nmax=20.5351.07
3.4.3活载作用下各截面弯矩的计算 第一跨
(1) L/8截面处弯矩影响线
图3.8 L/8截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载如图
17
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图3.9 L/8截面处最大正弯矩图
查表计算得L/8截面处影响线竖标值为1.96,左边跨的影响线面积为19.60,右边跨的影响线面积为0.04 最大正弯矩为:
MmasPiyiqiwi2401.9610.519.6010.50.04676.62(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图
3.10 L/8截面处最大负弯矩图
查表计算得L/8截面处影响线竖标值为0.286,中跨的影响线面积为5.72 最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2800.28610.55.72140.14(KN m) (2)
图3.11 L/4截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
18
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图3.12 L/4截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得L/4截面处影响线竖标值为3.156,左边跨的影响线面积为31.56,右边跨的影响线面积为1.84 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2803.15610.531.5610.51.841234.38 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.13 L/4截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得L/4截面处影响线竖标值为0.57,中跨的影响线面积为11.4
最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2800.5710.511.410.511.4279.3(KN m)
(3)3L/8截面处弯矩影响线
图3.14 3L/8截面处弯矩影响线
19
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求最大正弯矩时荷载布置如图
图3.15 3L/8截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得3L/8截面处影响线竖标值为3.868,左边跨的影响线面积为38.68,右边跨的影响线面积为2.16 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2403.86810.538.6810.52.161359.11(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.16 3L/8截面处最大负弯矩时荷载布置图 查表计算得3L/8截面处影响线竖标值为1.934,中跨的影响线面积为38.68 最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2801.93410.538.68947.66(KN m)
(4)L/2截面处弯矩影响线
图3.17 L/2截面处弯矩影响线
20
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求最大正弯矩时荷载布置如图
图3.17 L/2截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得L/2截面处影响线竖标值为3.928,左边跨的影响线面积为39.28,右边跨的影响线面积为3.52 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2403.92810.539.2810.53.521392.12(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.18 L/2截面处最大负弯矩时荷载布置图
查表计算得L/2截面处影响线竖标值为1.14,中跨的影响线面积为22.8
最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2801.1410.522.8558.6(KN m)
(5)5L/8截面处弯矩影响线
图3.19 5L/8截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
21
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图3.20 5L/8截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得5L/8截面处影响线竖标值为1.072,左边跨的影响线面积为10.72,右边跨的影响线面积为7.00 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2401.07210.510.7210.57.00443.34(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.21 5L/8截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得5L/8截面处影响线竖标值为1.826,中跨的影响线面积为36.52 最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2801.82610.536.52894.74(KN m)
(6)3L/4截面处弯矩影响线
图3.22 3L/4截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
22
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图3.23 3L/4截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得3L/4截面处影响线竖标值为2.12,左边跨的影响线面积为21.2,右边跨的影响线面积为5.00 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2402.1210.521.210.55783.9(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置如图
图3.24 3L/4截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得3L/4截面处影响线竖标值为1.71,中跨的影响线面积为34.2 最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2801.7110.534.2837.9(KN m)
(7)7L/8截面处弯矩影响线
图3.25 7L/8截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
23
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图3.26 7L/8截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得7L/8截面处影响线竖标值为0.422,左边跨的影响线面积为2.96,右边跨的影响线面积为5.84 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2400.42210.52.9610.55.84193.68(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.27 7L/8截面处最大负弯矩时荷载布置图
查表计算得7L/8截面处影响线竖标值为1.32,中跨的影响线面积为39.72 最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2801.3210.539.72786.66(KN m)
(8)右端点处弯矩影响线
24
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图3.28 右端截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
图3.29 右端截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得右端点截面处影响线竖标值为0.501,右边跨的影响线面积为6.68 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2400.50110.56.68190.38 (KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.30 右端截面处最大负弯矩时荷载布置图
查表计算得右端点截面处影响线竖标值为2.28,左边跨的影响线面积为22.8 中跨的影响线面积为45.6 最负正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2802.2810.522.810.545.61338.54 (KN m)
25
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第二跨
(1)L/8截面处弯矩影响线
图3.31 L/8截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载的布置如图
图3.32 L/8截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得L/8截面处影响线竖标值为5.898,右边跨的影响线面积为78.64边 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2405.89810.578.642241.24(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.33 L/8截面处最大负弯矩时荷载布置图
查表计算得L/8截面处影响线竖标值为1.788,左边跨的影响线面积为17.88中跨面积1.48
最大负弯矩为113.805
MmasPyiiqiwi2401.78810.517.8810.51.48632.4(KN m)
26
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(2)L/4截面处弯矩影响线
图3.34 L/4截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
图3.35 L/4截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得L/4截面处影响线竖标值为2.027,中边跨的影响线面积为30.4, 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2802.02710.530.4886.76(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.36 L/4截面处最大负弯矩时荷载布置图
查表计算得L/4截面处影响线竖标值为1.062,左边跨的影响线面积为14.16 右边跨的影响线面积为0.24 最大负弯矩为
27
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MmasPyiiqiwi2401.06210.514.1610.50.24406.08(KN m)
(3)3L/8截面处弯矩影响线
图3.37 3L/8截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
图3.38 3L/8截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得3L/8截面处影响线竖标值为3.291,中边跨的影响线面积为49.36 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2803.29110.549.361439.76(KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.39 3L/8截面处最大负弯矩时荷载布置图
查表计算得3L/8截面处影响线竖标值为0.807,左边跨的影响线面积为10.76 右边跨的影响线面积为3.28 最大负弯矩为
28
山东交通学院毕业设计(论文)
MmasPyiiqiwi2400.80710.510.7610.53.28341.1(KN m)
(4)L/2截面处弯矩影响线
图3.40 L/2截面处弯矩影响线
求最大正弯矩时荷载布置如图
图3.41 L/2截面处最大正弯矩时荷载布置图
查表计算得L/2截面处影响线竖标值为3.80,中跨的影响线面积为57.00, 最大正弯矩为:
MmasPyiiqiwi2803.810.5571662.5 (KN m) 求最大负弯矩时荷载布置情况如图
图3.42 L/2截面处最大负弯矩时荷载布置图
29
王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
查表计算得L/2截面处影响线竖标值为0.54,左边跨的影响线面积为7.20 右边跨的影响线面积为7.20 最大负弯矩为
MmasPyiiqiwi2400.5410.57.210.57.2280.8(KN m) 剪力计算
第一跨左端点处剪力影响线如图
图3.43 左端点处剪力影响线图
求最大正剪力荷载布置如图
图3.44 最大正剪力荷载布置图
查表
1.0,左边跨影响线面积为10,右边跨面积为0.341
Qmaxpyqw1.2240110.51010.50.341396.581(KN) 求最大负剪力何在布置如图
30
山东交通学院毕业设计(论文)
图3.45 最大负剪力荷载布置图
查表计算得中跨影响线竖标为0.053,中跨影响线面积为1.067
Qmaxpyqw1.20.05310.51.06711.267(KN) 第一跨右端点处剪力影响线如图
图3.46 第一跨右端点处剪力影响线图
求最大正剪力荷载布置如图
图3.47 第一跨右端点处最大正剪力荷载布置图
查表计算的中跨影响线竖标为1.0,左边跨影响线面积为1.707,中跨面积为15.00
Qmaxpyqw1.2280110.51.70710.515.00511.42(KN) 求最大负剪力何在布置如图
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图3.48 第一跨右端点处最大负剪力荷载布置图
查表计算的右边跨影响线竖标为0.128,右边跨影响线面积为1.707
Qmaxpyqw1.22400.12810.51.70754.788(KN)
表3.5活载计算表
第一跨左端点剪力
正剪力 Qmax = 396.581 KN 负剪力Qmax =-11.267 KN 第二跨左端点剪力
正剪力 Qmax =511.421 KN 负剪力Qmax =-54.788 KN
3.5 内力组合
根据规范,荷载组合公式如下:
32
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m
n
0Sud0(GiSGikQ1SQ1KcQjSQjk)
i1
j2
Sud——承载能力极限状态下作用于基本组合的效应组合设计值; 0——结构重要系数,设计安全一级取1.1; Gi——第i个永久作用效应的分项系数,取Gi=1.2; SGik——第i个永久作用效应标准值;
Q1——汽车荷载效应的分项系数,取Q1=1.4 ; SQ1k——汽车荷载效应的标准值;
Qj——在作用效应组合中汽车风荷载效应的其他第j个可变作用效应,Qj=1.1; c——当永久作用与汽车荷载和人群荷载组合时,人群的组合系数,取c=0.8;
表3.6内力组合表
第一跨左端点剪力组合
Q2070.92 KN Q1531.481 KN
第二跨左端点剪力组合
33
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Q4146.428 KN Q3507.14 KN
按正常使用极限状态
表3.7作用短期效应组合表
表3.8作用长期效应组合表
34
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4.第四章
预应力钢束的估算与布置
35
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4.1 预应力筋的设计与布置
根据包络图可知,支座处的弯矩绝对值最大,由此按支座处的弯矩估算预应力筋的面积,通长配置。
根据>规定,按构件正截面裂性要求估算预应力钢筋数量,预应力筋面积估算公式为:
NPe
其中:
(公式编号)
1ep
0.85()
AW
MS
Ms——正常使用极限状态短期效应组合计算的弯矩值
MsMG0.7
MQ1u
12854.220.7
1338.54
13746.58KN.m 1u1.05 1.05
Npe——使用阶段预应力钢筋永存应力的合力
ep——预应力钢筋的合力作用点到截面重心轴的距离,假设ap400mm
epycxap981.6200781.6mm
A——构件混凝土全截面面积A5.0554106mm2
W—构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩
I1.49981012
W1.92109mm3
y781.6
Npe
13746.58109
9
1.3925107N
1781.6
0.85()69
5.0554101.9210
拟定采用s15.2钢绞线,单根钢绞线的公称截面面积为A139mm2
抗拉强度标准值fpk1860预应力损失Mpa,张拉控制应力取con0.75fpk1395Mpa,按张拉控制应力的20%估算。所需预应力钢绞线根数为:
np
Npe
(120%)conAP1
36
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1.3925107
np91.75根(取300根)
11395139
则总共所需钢绞线 :
取120根,拟定共12个预埋金属波纹管管道,则每个管道有钢绞线为10根,则,80金属波纹管成孔,预留Ap121013916680mm2。采用夹片式锚具(有顶压)
孔道直径为60mm,管间距为30mm,通长配筋12束。第二跨支座处弯矩为
M17299.02KNm由公式
fcdbxfpkAp
得x
fcdApfcdb
186016680
238.799mm
22.45800
截面抗弯承载能力按下式验算:由公式
x
r0Mdfcdbx(h0)
2
238.799
)42832.81KNm>238.799KNm 得22.45800238.799(1500
2
即满足设计要求。
在支座处通长配筋左右开始以10m的半径下弯,具体如预应力筋纵向布置图。第一跨支点处预应力筋布置,其中弯矩M17299.02KNm,设受压区高度x240.88mm。
238.799
) 由公式3.8得17299.0222.45800238.799(ho
2
则:h119.40mm
此时,2号预应力筋高度1255mm,,1号预应力筋高度1345mm,满足设计要求,其预应力筋布置如图
3.44
图4.1第一跨支座处预应力筋布置图(单位:cm)
分析第二跨中截面:
此时预应力筋以半径20m的圆弧半径过度,此时1号预应力筋高度245mm,2号预
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王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
应力筋高度为125mm,预应力筋的重心至底板高度为200mm,有效高度
ho15002001300mm,
由公式4.7得:
x
fcdApfcdb
186016680
119.917mm
22.411550
由公式3.8得:
119.917
)39326.439KNm>12630.779KNm 2
满足设计要求,其预应力筋布置如图
22.412000119.917(1300
图4.2第二跨跨中预应力筋布置图(单位:cm)
分析第一跨跨中截面处预应力筋的布置,其中:M=73221.32KNm,此刻3号预应力筋高度200mm,2号预应力筋高度为360mm,1号预应力筋高度为520mm,满足设计要求,其预应力筋布置如下图表示
图4.3第一跨跨中预应力筋布置图(单位:cm)
4.2 非预应力筋的设计与布置
4.2.1 概述
由于预应力钢筋可以完全承担荷载产生的弯矩,所以非预应力筋的布置可按照构造要求布置,根据>规范,为了保证构件
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山东交通学院毕业设计(论文)
的安全和延性,宜采用较小直径及较密间距,按最小配筋率布置,同时变化段钢筋的直径不易小于10mm,其间距不易大于300mm,对于预应力混凝土构件不应小于配置钢筋的底板截面面积的0.3%,按构造要求,取用Φ22螺纹钢筋,As’=3.80cm²,箍筋采用10mm光圆钢筋,估算钢筋面积:
As=Am0.25%232000.3%69.6cm2
n
AS69.6
19(根)取20根。 AS'3.80
4.2.2非预应力筋横向布置计算
首先分析顶板及翼缘的自重及上部作用下的力。 (1)顶板及翼缘自重,取1m宽的板带作为分析对象
已知r24KN/m3顶板厚取h1300mm,翼缘厚取h2200mm,具体尺寸见下图:
G板24([0.20.4)/22.80(0.20.4)/20.757.000.2]159.16KN
q板
G板
4.93kN/m 12.00
图4.4 顶板受力简化图(图形大小字体统一)
(2)上部作用下的力
一列车作用为280KN,其作用面积为1.4m2,则在1m板上作用荷载大小为:
q移
140
100kN/m 1.4
二期荷载纵向上q243.32kN/m,则在横向1m板上力大小为:
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王选:靖宇至松段高速K260+307.5(20+30+20)m×2预应力混凝土简支转连续箱梁桥施工图设计
43.32
3.61kN/m 12.00
(3)当这些力共同作用时,求出其最大弯矩,根据最大弯矩配设横向钢筋,满足
q二期
顶板的横向要求。
支座反力:R1R2651.24KN
根据上面的数据可以求出弯矩,弯矩图如下:
图4.5顶板弯矩图
其中:Mmax339.188KNm b12000mm 取a100mm,则h0ha1400mm 由公式3.10得x= 5mm由公式
fcdbxfsdAs
得As
fcdbx22.4120005
4072mm2 fsd330
根据钢筋表选用2022,则As7620mm2,满足要求。
4.3预应力钢束布置
4.3.1预应力钢筋的布置原则:
(1) 连续梁预应力钢束的配置不仅要满足《桥规》(TB10002.3—99)构造要求,还应考虑以下原则:
○1应选择适当的预应力束的型式与锚具型式,对不同跨径的梁桥结构,要选用预加力大小恰当的预应力束,以达到合理的布置型式。
○2应力束的布置要考虑施工的方便,也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束,而导致在结构中布置过多的锚具。
○3预应力束的布置,既要符合结构受力的要求,又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。
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