高速公路橋梁4×20米預應力T梁設計

劉健輝

(湖北工業(yè)大學,湖北 武漢 430068)

1 設計資料

設計荷載：公路—Ⅰ級；橋梁跨徑：80m=4*20m；路面橫坡：2%；縱坡：1%；橋面凈寬：10m；通航標準：三級通航標準；工程地質條件：以黏土、粉土、粉砂為主。

結構形式：上部結構為T形預應力鋼筋混凝土簡支梁橋,梁全長80=4×20m。下部結構采用重力式墩臺。

2 上部結構設計

2.1 主梁尺寸擬定

(1)主梁間距：主梁翼板寬度為2375mm,工作截面b=1675+700*2=2375mm,橋面采用四片主梁。

(2)主梁高度：本設計的主梁的高度采用2000mm。

(3)細部尺寸：翼板厚度取用150mm,翼板根部加厚到250mm,腹板厚度200mm。

2.2 橫截面沿跨長的變化

此設計橋梁的梁高采取等高度的設計,橫截面的T梁翼板寬度在全橋長度上是不變的,在距離梁的端部1530mm范圍內將腹板寬度加厚到和馬蹄寬度相等。

2.3 橫隔梁的設置

本設計每跨加端部共設置六道橫隔梁,間距(20000-480×2-40)/5=3800mm,端橫隔梁寬度為250mm,跨中橫隔梁寬度為160mm。

2.4 橋面鋪裝

設計總厚度170mm,其中,水泥混凝土厚度80mm,瀝青混凝土厚度90mm,兩者之間加設防水層。

3 作用效應計算

3.1 永久作用計算

依次對橋進行預制梁自重、二期恒載進行計算。其中預制梁自重包括跨中段自重、馬蹄抬高端到腹板變寬梁段自重、支點段自重、邊主梁橫隔梁。計算得主梁永久作用集度邊主梁：

q1=22.0355(KN/m),中主梁：g1=22.9915(KN/m)；二期恒載包括橫隔梁、鋪裝、防撞欄。計算的邊梁二期永久荷載作用集度：g2=13.2124KN/m。再對其進行永久作用效應計算。

3.2 可變效應計算

3.2.1 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)

估算基頻：f按照公式計算可得為4.2812Hz,其中計算所需m根據(jù)自重計算得2226.68kg/m。

根據(jù)上述計算最終得到汽車荷載沖擊系數(shù)：μ為0.2412[1]。

3.2.2 計算橫向分布系數(shù)

(1)跨中橫向分布系數(shù)抗扭慣性矩。翼緣板部分：t1為17.30,t3為32.5。

(2)抗扭修正系數(shù)β。根據(jù)規(guī)范給出的公式,式中：G=0.4E,l=31m,∑Ιn=8×0.011638014=0.093104112m3,Ιn=0.443227962m3,解得：β=0.9462。

(3)橫向影響線豎坐標值ηij。計算荷載橫向分布系數(shù), 1號梁的可變作用向分布系數(shù)：根據(jù)可變作用類型及公路級別,mc=0.6593,mo=0.5。

3.2.3 車道荷載的取值

車道荷載的取值需要按照下面的取值：均布荷載為10.5KN/m,集中荷載為240KN/m。

計算剪力時,按1.2倍集中荷載計算得288KN/m。

4 預應力剛束的估算及其布置

4.1 跨中截面鋼束的估算和確定

4.1.1 按正常使用極限狀態(tài)的應力要求估算鋼束數(shù)

鋼束的估算公式為：

一號梁：計算得n=4.9。

4.1.2 按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù)

根據(jù)極限狀態(tài)的應力計算圖式,鋼束數(shù)的估算公式為：

計算得一號梁為5.7,二號梁為5.3。根據(jù)上述兩種極限狀態(tài),取鋼束數(shù)n為6。

4.2 預應力鋼束的布置

鋼束群重心至梁底的距離為(9+16.7)/2=12.85cm。

跨中截面鋼束布置為底板位置雙層排列,每排四根,錨固端為底板四根兩層,腹板豎向兩根。

5 鋼束預應力損失計算

(1)預應力鋼束與管道壁之間的摩擦一起的預應力損失計算,一般情況下考慮因素有鋼束與管道壁的摩擦系數(shù)；從張拉端到計算截面曲線管道部分切線的夾角；管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)等。

(2)由錨具變形、鋼束回縮引起的預應力損失σ12。根據(jù)《公預規(guī)》附錄D：在反摩擦影響長度內,距張拉端x處的錨具變形、鋼筋回縮損失：σl2=2Δσd(lf-x)。在反摩擦影響長度外,錨具變形、鋼筋回縮損失：σl2=0。

(3)混凝土彈性壓縮引起的預應力損失σl4。

由于本例為小型橋,混凝土彈性壓縮不計[2]。

6 主梁截面承載力與應力驗算

(1)持久狀態(tài)承載力極限狀態(tài)承載力驗算。其包括正截面承載力驗算、斜截面承載力驗算。其中斜截面又需要考慮斜截面抗剪承載力驗算、斜面抗剪承載力驗算。

(2)持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂驗算。其中包括正截面抗裂驗算、斜截面抗裂驗算。

(3)持久狀況構件的應力驗算。其中包括正截面混凝土壓應力驗算、預應力筋拉應力驗算、截面混凝土主壓應力驗算。

(4)短暫狀況構件的應力驗算。包括預加應力階段的應力驗算。

7 主梁變形驗算。

(1)計算由預加力引起的跨中反拱度。根據(jù)規(guī)范計算預加力引起反拱度值。

(2)結構剛度驗算。按照《公預規(guī)》6.5.3條規(guī)定,“預應力混凝土受彎構件計算的長期撓度值,在消除自重產(chǎn)生的長期撓度后兩的最大撓度不應超過計算結構的1/600”,即：fs1-fs2=3.322cm<2000/600=3.33cm。 故本設計滿足要求[3]。

8 橫隔梁計算

對于橫隔梁的計算,先確定作用在跨中橫隔梁上的可變作用,再做出橫隔梁的作用效應影響線,其包括彎矩影響線和剪力影響線。再根據(jù)前面計算進行截面作用效應計算,橫隔梁截面配筋與驗算。

9 行車道板計算

首先進行懸臂板荷載效應計算。行車道板按單向板計算,懸臂長度為1.0875m。依次進行永久作用和承載能力極限狀態(tài)基本組合。然后進行連續(xù)板荷載效應計算。先計算永久作用和可變作用。然后進行作用效應組合。最后進行截面設計、配筋及承載力驗算。

10 橋臺下部結構設計計算

(1)設計材料：臺帽用C25鋼筋混凝土,密度γ=25kN/m3,臺身采用C20混凝土,重度γ=25kN/m3,軸心抗壓強度fcd=7.82MPa,基礎采用15號混凝土砌塊石,重度γ=23kN/m3,軸心抗壓強度fcd=5.17MPa。

(2)與上部結構設計方法相差不大,先根據(jù)受力性質及地質結構,進行尺寸擬定,再進行荷載計算。計算順序為上部結構荷載、臺身側墻及填土重力、基礎及襟邊上土重,然后進行臺身特征值計算。最后進行臺身截面強度驗算。

11 結束語

本文旨在通過對簡支T梁的簡略計算。讓各位讀者熟悉橋梁設計的步驟。熟悉橋梁建筑過程中對各種材料的使用情況。筆者著重考慮建筑材料的革新對橋梁施工設計的影響。隨著建筑用材各種性能的改善,甚至發(fā)生質的變化,筆者相信,橋梁的設計與施工同樣會發(fā)生翻天覆地的變化。在工藝上更科學,在建設中更經(jīng)濟。