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20m预应力混凝土t梁课程设计 桥梁工程分析
设计资料及构造布置
设计资料
桥跨及桥宽
计算跨径:lp=22m
桥面净空:8.5+2×0.75=10m
设计荷载:
公路Ⅱ级荷载;人群荷载:3.5kN/m2;人行道荷载取13kN/m。
材料参数:
混凝土:主梁用C50,桥面铺装采用C40。
预应力钢筋应采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)的11.1钢绞线,每束7根。全梁配3束,抗拉强度标准值fpk =1860Mpa,抗拉强度设计值fpd=1260Mpa,公称面积74.2mm2;锚具采用夹板式群锚。普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB400钢筋,直径小于12mm的均采用HRB335钢筋。按后张法施工工艺制作桥梁,预制主梁时,预留孔道采用预埋金属波纹管成型,钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉,主梁安装就位后现浇60mm宽的湿接缝。最后施工80mm厚的桥面铺装层(含20mm的沥青表面处治层和60mm的混凝土三角垫层)。
设计方法:承载能力极限状态法
设计依据:《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》(JTG D62—2004)
构造布置
该桥梁设计按二级公路桥梁净空进行设计,行车道宽度为 8.5m,人行道宽度为 0.75m;全桥每跨采用5片预制的钢筋混凝土T形梁,每片梁行车道板宽2.00m,沿主梁纵向每 4~5m布置1道横隔梁。如图所示:桥梁横断面布置及主梁一般构造。行车道板间的连接视为刚性连接。
图1-1 整体大致布局图 单位(cm)
为了简化计算,将人行道、栏杆和桥面铺装的重力(g1)平均分配给每根主梁。结构中每片中主梁上有10块横隔板预制块,边主梁上有5块横隔梁预制块。将其产生的重力(中主梁g2,边主梁 g2,)沿主梁纵向均匀分摊给各主梁,预制横隔梁的重力密度为26kN/m3 。
主梁重力以g3计,其重力密度取值为26kN/ m3。
总自重:中主梁:g =g1+g2+g3 边主梁:g ‘=g1+g2’+g3
截面主要尺寸拟定
主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15-1/25之间,标准设计中高跨比约在1/18-1/19之间。当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案。因为增大梁高可以节约预应力钢束用量,同时梁高加大一般只是腹板加高,而混凝土用量增加不多。综上所述,本课程设计采用1600mm的主梁高度。
主梁其他尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求,还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的要求,这里取预制T梁的翼板厚度为150mm,翼板根部加厚到200mm,以抵抗翼缘根部较大的弯矩。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小,腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定。同时从腹板本身的稳定性条件出发,腹板厚度不宜小于其高度的1/15,因此取腹板厚度为200mm。
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的,设计实践表明,马蹄的总面积占总面积的10%-20%为宜。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对钢束净距及预留管道的构造要求,初步拟定马蹄宽度为400mm,高度为200mm,马蹄与腹板交接处作三角过渡,高度100mm,以减小局部预应力。
根据以上拟定的尺寸,预应力梁的跨中尺寸图如下:
图1-2 预应力梁的跨中尺寸图 单位(mm)
桥面板内力计算
永久荷载作用
沥青混凝土面层: g1=0.02×1.0×23=0.46kN/m
混凝土垫层:g2=0.06×1.0×25=1.5kN/m
T形梁翼缘板自重:g3=(0.15+0.2)÷2×1.0×25=4.375kN/m
所以,g=g1+g2+g3=0.46kN/m+1.5kN/m+4.375kN/m=6.335kN/m
单位长度的宽板条引起的弯矩:Mog=gl02/8=6.335kN/m×22/8=3.1675kN/m
单位长度的宽板条引起的内力:Qog=gl0=6.335kN/m×2=12.67kN/m
因为t=(15+20)/2=17.5cm; h0=160-17.5=142.5cm,故t/h0=1/81/4,即主梁抗扭能力大。
总的永久作用效应:
支点断面永久作用弯矩:Msg=3.1675kN/m×(-0.7)=-2.22kN/m
支点断面永久作用剪力:Vsg= Qog=12.67kN
跨中截面永久作用弯矩:Mcg=3.1657×0.5=1.58kN.m
可变作用
根据《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2004中4.3.1-2规定,后轮着地宽
度b1和长度a1为:
a1=0.2m,b1=0.6m
公路二级车辆荷载:P=140kN
铺装层厚度:h=0.02+0.06=0.08m
行车道板厚度:t=(15+20)
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