最新预应力混凝土简支T梁桥设计

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。

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。

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。

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。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。

（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。

（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。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

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

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。

图1-1 三套⽅案的⽴⾯图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＋2×1.5m③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（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。

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。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 。、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：i m A A =∑ （2-1） 各分块⾯积对上缘的⾯积矩：i i i s A y = （2-2） ⽑截⾯重⼼⾄梁顶的距离：/s i i y S A =∑ （2-3）⽑截⾯惯性矩计算⽤移轴公式：()()22m i i i s i i i s I I A y y I A y y =+-=+-∑∑∑（2-4）

式中 m A ——分块⾯积

i y ——分块⾯积的重⼼⾄梁顶边的距离s y ——⽑截⾯重⼼⾄梁顶的距离i S ——各分块对上缘的⾯积矩

i I ——分块⾯积对其⾃⾝重⼼轴的惯性矩计算抗弯惯性矩I 和抗扭惯性矩T I翼缘板换算平均⾼度： 11220162h +==cm 马蹄换算平均⾼度23040352h +==cm 截⾯⾯积：

m A =220*16+40*35+18*（150-16-36）=65102cm 截⾯对上边缘的静矩：

i S =220*16*16/2*40*35*(150-35/2)*18*(150-16-35)*(16+99/2)=328.8453cm 则重⼼位置:32884550.56510s S y A ===cm 主梁的抗弯惯性矩I

323232411*208*16208*16*(50.58)*99*181212

9913599*18*(1650.5)*40*3540*35*(15050.5)160977782122I cm =+-+++-++--= 主梁的抗扭惯性矩31mT i i i i I c b t ==∑，查下表表2-1 抗扭惯性矩系数表

对于翼板：b =0.0769<0.1,c=0.333对于梁肋： tb =0.182 c=0.295表2-2 各截⾯⼏何性质

对于马蹄：b =0.875 c=0.159

33340.333*208*160.295*99*180.159*40*35726714T I cm =++=2.3主梁内⼒计算

2.3.1施⼯阶段划分

在恒载内⼒计算之前有必要对本实例施⼯过程给予简要介绍，以便合理计算。 如图2-2所⽰，第⼀施⼯阶段为第⼀跨预制主梁的安装，待混凝⼟达到设计强度100%后张拉正弯矩区预应⼒钢束，并灌浆，在将各跨预制T 梁安装就位，形成由临时⽀座⽀承的简⽀梁状态；同理第⼆施⼯阶段安装第⼆跨预制主梁；第三施⼯阶段安装第三跨预制主梁；第四施⼯阶段安装第四跨预制主梁；

图2-1 施⼯阶段⽰意图2.3.2恒载内⼒计算[4]

（1）主梁预制时的⾃重（第⼀期恒载）g 1、

①按跨中截⾯计算，主梁每延⽶⾃重（即先按等⾯积计算）11g =0.651*25=16.275

②由马蹄增⾼梁端加宽所增加的重量折成每延⽶重M1=11*90*670=663300

M2=1/3*1/2*10*11*670=12283.33M3=1/3*1/2*11*0.8*670=982.6667M=676566所以

21g =4*676566* 610*25/34.9=0.194 KN/m③横隔梁折算成每延⽶重量31g =（220-18）*4*80*9*25*6*610/34.9=2.497KN/m 所以

g1、=16.275+0.194+2.497=18.966 KN/m（2）栏杆，⼈⾏道、桥⾯铺装（第⼆期恒载）

桥⾯坡度以盖梁做成斜⾯坡找平，桥⾯铺装厚度取为6cm 沥青混凝⼟的重⼒密度取 =23KN/3m ⼈⾏道每侧重：4.1KN/m栏杆每侧重：1.5 KN/m

中主梁：2g =2.2*0.06*23=3.04 KN/m边梁：2g =4.1+1.5+2.20.006*23=8.64 KN/m表2-3 ⾃重g

计算公式：设x 为计算截⾯离左⽀座的距离，幷另a=x/l ，则主梁弯矩和剪⼒的计算公式分别为：

2g g 1=a a g 21Q =a a g 2M （1-）L （1-2）L

（2-5） 恒载内⼒计算结果见表表2-4 恒载内⼒表

2.3.3活载内⼒计算（1）冲击系数

汽车冲击系数的计算采⽤以结构基频为指标的⽅法。结构的基频反映了结构的尺⼨、类型、建造材料等动⼒特征内容，它直接体现了冲击效应和桥梁结构之间的关系。按结构不同的基频，汽车引起的冲击系数在0.05-0.45之间变化，其计算⽅法为：当f<1.5Hz 时

=0.05 当1.5Hz≤f≤14Hz 时

=0.1767lnf-0.0157 当f>14 Hz =0.45

式中：f ——结构基频（Hz ）冲击引起正弯矩：

1f = （2-6） c m G /g =

式中：l ——结构的计算跨径（m ）；E ——结构材料的弹性模量（N/m 2）；I c ——结构跨中截⾯的截⾯惯性矩（m 4）；m c ——结构跨中处的单位长度质量（kg/m ）；G ——结构跨中处延⽶结构重⼒（N/m ）；g ——重⼒加速度，g=9.81（m/s 2）。计算过程如下：

结构计算跨径l=33.5m ；C55混凝⼟弹性模量E=3.55×1010 N/m 2；结构跨中截⾯的截⾯惯性矩I c =0.161 m 4；结构跨中处结构结构跨中出单位长度质量：

c 25000*0.651m ===1659.02g 9.81A γ kg/m 冲击引起正弯矩：484.202

.1659161.0*10*25.35.33*214.31021==f 由于基频⼤于1.5Hz ⼩于14Hz ， 故=0.1767lnf-0.0157=0.175

（2）计算主梁荷载横向分布系数

对于⼀座由多⽚主梁和横隔板组成的梁桥来说，当桥上有荷载P 作⽤时，由于结构的横向联系必然会使所有主梁以不同程度地参与⼯作，并且随着荷载作⽤位置的变化，某根主梁所承担荷载也随之变化。因此，必须⾸先了解某根主梁所分担的最不利荷载，然后再沿桥纵向确定该梁某⼀截⾯的最不利内⼒，并以此得出整座桥梁中最不利主梁的最⼤内⼒值。

根据各种梁式桥不同的宽度、横向联系构造和截⾯位置建⽴计算模型。本桥宽

跨⽐为B/l=12m/30m=0.4<0.5，且具有可靠的横向连接，符合偏⼼压⼒法的应⽤条件，故跨中处可采⽤偏⼼压⼒法计算横向分布系数。对于⽀座处的横向分布系数的计算，可采⽤杠杆原理法。再分别求解如下：①跨中处：

A 求荷载横向分布影响线竖标

本桥各根主梁的横截⾯均相等，梁数n=5，梁间距为2.2m ，则5222222i 12345i 1aa a a a a ==++++∑()()2

2222.2*22.202.22.2*2+++++==48.4 1号主梁在两边主梁处的横向影响线的竖标值为：2211152i i 1

a 11(2 2.2)0.55n 548.4a η=?=+=+=∑ 2151552i i 1

a a 11(2 2.2)0.15n 548.4a η=?=-=-=-∑ 绘出荷载分布影响线并计算荷载横向分布系数m c荷载分布影响线如图2-3所⽰；荷载横向分布系数：

()683.0132.0276.038.0578.021m 21m cq cq =+++==∑ ⼈群荷载横向分布系数：cr r m ==η0.62()617.0179.0188.020.0212.0221.0235.021m 21m cq cq =+++++==∑⼈群荷载横向分布系数：cr r m ==η0.2413号主梁

荷载横向分布系数：

()6.06*2.021m 21m cq cq ===∑⼈群荷载横向分布系数：cr r m ==η0.2

图2-2 荷载横向分布影响线②⽀座处

如图2-3中1号梁⽀座处横向分布影响线可得，车道荷载横向分布系数：()41.082.002

121m q oq =+==∑η ⼈群荷载横向分布系数：39.1m or =2号梁和3号梁⼀样车道荷载横向分布系数：()591.0591.0591.02121m q oq =+==∑η⼈群荷载横向分布系数：0m or =

同理可得其它主梁横向分布系数，列⼊表2-2，表2-5 主梁荷载横向分布系数

（3）活载内⼒计算①荷载横向分布系数

按偏⼼压⼒法计算梁的跨中荷载横向分布系数为车道荷载 683.0=cq m⼈群荷载62.0=cr m

按杠杆法计算梁的⽀点荷载分布系数为车道荷载591.0=cq m⼈群荷载39.1=cr m

②计算车道荷载跨中弯矩

对于公路2级，车道荷载的均布荷载标准值为7.875KN/m ，集中荷载的标准值为220.5KN

图2-3 跨中弯影响线矩和剪⼒

将车道荷载按上图布置，则车道荷载跨中弯矩为()()()m

KN M *92.2335375.8*5.22028.140*585.7*683.0*1*175.1y p q m **1k k k c q ，5.0=+=+Ω+=ξµ③计算⼈群荷载的跨中弯矩：m KN M *6.45628

.140*5.3*5.1*62.0p m or c q ，5.0==Ω=

④计算跨中截⾯车道荷载的最⼤剪⼒()()()KN

Q 0.1145.0*5.2201875.4*585.7*683.0*1*175.1y p q m **1k k k c q ，5.0=+=+Ω+=ξµ⑤计算跨中截⾯⼈群荷载的最⼤剪⼒

KN Q 59.131875.4*5.1*5.3*618.0p m or c q ，5.0==Ω=⑥计算⽀点截⾯车道荷载的剪⼒车道荷载横向分布系数见下图

图2-4 荷载分布系数

将集中荷载靠⽀点布置，考虑横向分布的变化，附加三⾓形的荷载重⼼处影响线淑标值为故车道荷载的最⼤剪⼒为()()()KN Q 8.213933.0*683,

059.0*5.10*7.6*5.01*5.220*59.075.16*585.7*683.0*1*175.1y q m -m 2a y p m q m **1平k c o o k c k c q =-++=???

++Ω+=ξµ ⑦计算⽀点截⾯⼈群荷载的最⼤剪⼒ ()()KNQ 7.72933

.0*5.1*5.3*62.039.1*7.6*5.075.16*5.1*5.3*683.0y p m m 2a p m 平or c o or c or =-+=-+Ω= ⑧计算1/4处截⾯

图2-5 1/4处影响线车道荷载弯矩：()()()m

KN M *8.116819.4*5.2202.70*585.7*683.0*1*175.1y p q m **1k k k c q ，5.0=+=+Ω+=ξµ⼈群荷载弯矩：m KN M *5.2282

.70*5.3*5.1*62.0p m or c q ，5.0==Ω=

车道荷载最⼤剪⼒：()()()KN

Q 20.1015.0*5.2202/19.4*585.7*683.0*1*175.1y p q m **1k k k c q ，5.0=+=+Ω+=ξµ⼈群荷载最⼤剪⼒：

KN Q 8.62/19.4*5.1*5.3*618.0p m or c q ，5.0==Ω=