预应力简支型梁桥设计

摘        要
 本次设计的题目是平远街～锁龙寺高速公路11合同段庄田段改地方路1（K0+288.50）预应力混凝土T型梁桥的设计。
本设计采用预应力混凝土T型梁桥，跨径布置为（4×20）m，主梁为变截面T型梁。跨中梁高为1.33m，支点梁高为1.33m。桥墩为重力式桥墩、桥台。
本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行桥型方案比选，对主桥进行总体结构设计，然后对上部结构进行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，最后进行下部结构验算。
具体包括以下几个部分：
1.  桥型方案比选；
2.  桥型布置，结构各部分尺寸拟定；
3.  选取计算结构简图；
4.  恒载内力计算；
5.  活载内力计算；
6.  荷载组合；
7.  配筋计算；
8.  预应力损失计算；
9.  截面强度验算；
10. 截面应力及变形验算；
11. 下部结构验算。

关 键 词：预应力混凝土    T型简支梁桥   重力式桥墩  重力式桥台

ABSTRACT
This design is of the same section about the PingYuan Street~SuoLong Monastery 11 free way contracts to local farmland Road 1 (K0+288.50) Prestressed Concrete t-shaped supported beam bridge design.
The bridge belongs to the prestressed concreted structuer which is a simple supported beam bridge.The span arrangement is （4×20）m.The superstructure is variable T shaped supported beam bridge.The height of the girder on the support is1.33m,and the height of the middle is 1.33m too.The pier is gravity pier. The abutment is gravity abutment.
This essay focuses on the design and calculation process of the bridge.Firstly,compare and choose a best scheme from several bridge types;and make an overall structure design of the main span.Secondly perform the calculation of the internal force and reinforcing bar on the superstructure.Thirdly,check the intensity,stress and deflection.Finally,check the substructure..
The main points of the design are as the follows.
   1.The comparison of several bridge types;
2.The arrangement of the bridge types;
3.The units partition of the structute;
4.The calculation of the internal force of dead load;
5.The calculation of the internal force of movable load;
6.The combination of every kind of load;
7.The arrangement of prestressed reinforcing bar;
8.The calculation of the prestressed loss;
9.The check of the section intensity;
10.The check of the section stress and deflection;
11.The check the substructure.

Keywords: Prestressed conctete   T shaped supported beam bridge  Gravity pier  Gravity abutment

（一）概述
    平远街至锁龙寺高速公路是国道主干线GZ75（衡阳～南宁～昆明公路）位于云南省境内罗村口至昆明公路的重要段落，是云南省列为“九五”和“十五”期间改造的六条主要干线公路之一。它途径红河、文山两个地州的弥勒、开远、砚山等市县，东连广西省，南接国家级边境口岸那发、河口、船头等，西接国道主干线GZ40及国道326线、国道323线，服务于滇中、滇东、滇南、滇东南等广阔地域，是云南省出海通边的主要通道，对云南乃至大西南的经济发展起着十分重要的作用。路线地处云南东南部，位于东经102°43′～103°20′，北纬24°50′～25°02′之间。本设计路段为平远街～锁龙寺高速公路11合同段庄田段，属于改地方路1。此桥梁主要用于连接攀枝花村和庄田村。
（二）工程概况
1．地形地貌
平远街～锁龙寺高速公路路线起点位于砚山县平远镇，止点位于弥勒县朋普镇。行政区划包括文由州、红河州。
路线所经区域位于云贵高原南缘，属滇东南高原及滇中湖盆高原，根据地貌成因可分为三个小的地貌单元。本工程位于第三地貌单元内，即：K124+100～K128+200段内，该地段以地表水、地下水强烈溶蚀作用、大陆停滞水堆积和地表河流侵蚀堆积作用为主，呈现出溶蚀断馅盆地的地形地貌特征。
2．水系
路线所经区域属南盘江水系、地表水主要有绿水塘河、南盘江、甸西河。绿水塘河、甸西河均系盘江支流。根据《南盘江流域洪水调查资料汇编》江边站资料、江边街水文站1954～1969年实测流量资料及朋普七孔桥站实测流量资料，南盘江最大洪峰流量5410米3/秒（1910年），最枯流量21.1米3/秒（1963年），另外根据水文资料计算，南盘江桥位于1/100的洪水水位标高为1012米，1/300的洪水水位标高为1014米。甸西河最大洪峰流量640米3/秒（1915年），最枯流量0.30米3/秒（1958年）。
3．气候
路线所经地域位于东经102°43′～103°20′，北纬24°50′～25°02′之间，主要属于亚热带高原季风气候。干旱季节分明，夏季多雨湿热，冬春少雨干燥。气候随海拔高度变化明显，具垂直分带特征。鹰嘴岩段（K94+000）至止点段（庄田段），位于海拔1000～1300米的河谷及盆地地段，年平均气温          19.2°C，最高气温38.2°C，最低气温-2.5°C，平均年降水量795毫米，平均年蒸发量1334.1毫米左右。路线所经区域内降雨量多集中在6～9月，占全年降雨量的66％～83％，蒸发量最大在3～5月，气温最高是5～7月，气温最低是12月至次年2月。总的来说，路线所经区域的气候特点是：降雨丰沛，热量充足，寒、旱、风等灾害天气少，光、热、水分配合理。
4．地震
路线所经区域地震活动频繁，是影响区域稳定性的主要因素。据历史地震记录，区内破坏性地震有9次。1919年12月21日，开远发生5.5级地震，地震烈度7度；1929年3月22日，区内西北角东经103°00′，北纬24°00′发生6.3级地震，地震烈度8度；1950年9月13日，个旧发生5.8级地震，地震烈度8度；1953年5月14日，小龙潭发生5级地震，地震烈度7度；1970年1月5日通海地震，波及本区段，造成部分房屋开裂或破坏。
区内地震多发生在西部，而东部较少。东部区域内地震烈度一般在5～6度，基本属相对稳定地区。西部地区地震活动频繁，有震次增多，震级减少趋势，历次地震烈度达6～8度。据云南省地震局地震队资料，现今地壳垂直变形明显，相对变化达50毫米，说明地壳仍在活动，属于不稳定地区，有可能发生破坏性地震。
区内西部地震活动频繁，其震中多位于南北向断裂带及开远山字型构造的铰接复合部位，且多伴有温泉出露。
根据《中国地震烈度区划图》和《云南省各县区地震烈度分区》，本公路庄田段基本地震烈度为：Ⅶ度基本地震烈度区。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）的规定，庄田段设计基本地震加速度值为0.15g。构造物按交通部部颁《公路工程抗震设计规范》要求设计。
5．工程地质及水文地质评价
（1）地质构造
本区域经历了多次构造变动，多种构造相互叠加，构造行迹比较复杂，影响本区域的构造体系主要有：开远山字型构造体系、南北向构造体系、北西向构造体系。
路线K123+000～止点K128+200一带为南北向构造影响区域。路线所经区域有南北向构造主干大断裂朋普～开远～个旧断裂于K124+400附近穿越该区域，为第四系地层所覆盖。朋普溶蚀断馅盆地即为该断裂所控制形成。
（2）地层岩性
K124+100～K128+200一带分布河湖相黄色、灰白色粘土（其中灰白色粘土具膨胀性），灰黑色泥炭土，记忆砂、砾石土。

（一）设计概况及构造布置
1．设计资料
（1）设计跨径：标准跨径20.00m（墩中心距离），简支梁计算跨径(相邻支座中心距离)19.50m，主梁全长19.96m。
（2）荷载：汽车－20级；挂车－100级；人群：3KN/m2；每侧栏杆、人行道的重量分别为1.52KN/m和3.6KN/m。
（3）材料及工艺：
混凝土：主梁用40号，人行道，栏杆及桥面铺装用20号。
预应力钢束采用符合冶金部YB255-64标准的φs5mm碳素钢丝，每束由24丝组成。
普通钢筋直径大于和等于12mm的用16Mn钢或其它Ⅱ级热轧螺纹钢筋；直径小于12mm的均由Ⅰ级热轧光钢筋。
钢板和角钢：制作锚头下支承垫板、支座垫板等均用普通A3碳素钢，主梁间的联接用16Mn低合金结构钢钢板。
按后张法工艺制作主梁，采用45号优质碳素钢结构钢的锥形锚具和直径50mm抽拨橡胶管。







 

目    录
一、工程概况及方案比选 ………………………………………………1
（一）概述………………………………………………………………1
（二）工程概况 …………………………………………………………1
（三）方案比选 …………………………………………………………6
二、主梁设计 ……………………………………………………………8
（一）设计概况及构造布置………………………………………………8
（二）横截面布置………………………………………………………8
（三）梁毛截面几何特性计算 …………………………………………10
（四）主梁内力计算 …………………………………………………16
（五）预应力钢束的估算及其布置 ……………………………………33
（六）主梁截面几何特性计算 …………………………………………39
（七）钢束布置位置（束界）的校核 …………………………………41
（八）钢束预应力损失估算 ……………………………………………43
（九）预加应力阶段的正截面应力验算 …………………………………48
（十）使用阶段的正应力验算 …………………………………………49
（十一）使用阶段的主应力验算 ………………………………………51
（十二）截面强度计算 …………………………………………………58
（十三）锚固区局部承压验算 …………………………………………61
（十四）主梁变形（挠度）计算 ………………………………………64
三、行车道板计算 ……………………………………………………66
四、重力式桥台设计 …………………………………………………70
（一）设计资料………………………………………………………70
（二）设计方法与内容…………………………………………………70
五、重力式桥墩设计 …………………………………………………84
（一）设计资料 ………………………………………………………84
（二）设计方法与内容…………………………………………………84
参考文献………………………………………………………………102
谢    辞………………………………………………………………103