劉健輝

(湖北工業(yè)大學(xué),湖北 武漢 430068)

1 設(shè)計(jì)資料

設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅰ級(jí)；橋梁跨徑：80m=4*20m；路面橫坡：2%；縱坡：1%；橋面凈寬：10m；通航標(biāo)準(zhǔn)：三級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)；工程地質(zhì)條件：以黏土、粉土、粉砂為主。

結(jié)構(gòu)形式：上部結(jié)構(gòu)為T形預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋,梁全長(zhǎng)80=4×20m。下部結(jié)構(gòu)采用重力式墩臺(tái)。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)的主梁的高度采用2000mm。

(3)細(xì)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(zhǎng)的變化

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

2.3 橫隔梁的設(shè)置

本設(shè)計(jì)每跨加端部共設(shè)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(shè)計(jì)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(shè)防水層。

3 作用效應(yīng)計(jì)算

3.1 永久作用計(jì)算

依次對(duì)橋進(jìn)行預(yù)制梁自重、二期恒載進(jìn)行計(jì)算。其中預(yù)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(diǎn)段自重、邊主梁橫隔梁。計(jì)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(jì)算的邊梁二期永久荷載作用集度：g2=13.2124KN/m。再對(duì)其進(jìn)行永久作用效應(yīng)計(jì)算。

3.2 可變效應(yīng)計(jì)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(jì)算可得為4.2812Hz,其中計(jì)算所需m根據(jù)自重計(jì)算得2226.68kg/m。

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

3.2.2 計(jì)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(biāo)值ηij。計(jì)算荷載橫向分布系數(shù), 1號(hào)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(jí)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(jì)算剪力時(shí),按1.2倍集中荷載計(jì)算得288KN/m。

4 預(yù)應(yīng)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(yīng)力要求估算鋼束數(shù)

鋼束的估算公式為：

一號(hào)梁：計(jì)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(yīng)力計(jì)算圖式,鋼束數(shù)的估算公式為：

計(jì)算得一號(hào)梁為5.7,二號(hào)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力損失計(jì)算

(1)預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁之間的摩擦一起的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)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(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角；管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)等。

(2)由錨具變形、鋼束回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σ12。根據(jù)《公預(yù)規(guī)》附錄D：在反摩擦影響長(zhǎng)度內(nèi),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(zhǎng)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(yù)應(yīng)力損失σl4。

由于本例為小型橋,混凝土彈性壓縮不計(jì)[2]。

6 主梁截面承載力與應(yīng)力驗(yàn)算

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

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

(3)持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算。其中包括正截面混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力筋拉應(yīng)力驗(yàn)算、截面混凝土主壓應(yīng)力驗(yàn)算。

(4)短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算。包括預(yù)加應(yīng)力階段的應(yīng)力驗(yàn)算。

7 主梁變形驗(yàn)算。

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

(2)結(jié)構(gòu)剛度驗(yàn)算。按照《公預(yù)規(guī)》6.5.3條規(guī)定,“預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件計(jì)算的長(zhǎng)期撓度值,在消除自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后兩的最大撓度不應(yīng)超過計(jì)算結(jié)構(gòu)的1/600”,即：fs1-fs2=3.322cm<2000/600=3.33cm。 故本設(shè)計(jì)滿足要求[3]。

8 橫隔梁計(jì)算

對(duì)于橫隔梁的計(jì)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(yīng)影響線,其包括彎矩影響線和剪力影響線。再根據(jù)前面計(jì)算進(jìn)行截面作用效應(yīng)計(jì)算,橫隔梁截面配筋與驗(yàn)算。

9 行車道板計(jì)算

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

10 橋臺(tái)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)設(shè)計(jì)材料：臺(tái)帽用C25鋼筋混凝土,密度γ=25kN/m3,臺(tái)身采用C20混凝土,重度γ=25kN/m3,軸心抗壓強(qiáng)度fcd=7.82MPa,基礎(chǔ)采用15號(hào)混凝土砌塊石,重度γ=23kN/m3,軸心抗壓強(qiáng)度fcd=5.17MPa。

(2)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法相差不大,先根據(jù)受力性質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu),進(jìn)行尺寸擬定,再進(jìn)行荷載計(jì)算。計(jì)算順序?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)荷載、臺(tái)身側(cè)墻及填土重力、基礎(chǔ)及襟邊上土重,然后進(jìn)行臺(tái)身特征值計(jì)算。最后進(jìn)行臺(tái)身截面強(qiáng)度驗(yàn)算。

11 結(jié)束語

本文旨在通過對(duì)簡(jiǎn)支T梁的簡(jiǎn)略計(jì)算。讓各位讀者熟悉橋梁設(shè)計(jì)的步驟。熟悉橋梁建筑過程中對(duì)各種材料的使用情況。筆者著重考慮建筑材料的革新對(duì)橋梁施工設(shè)計(jì)的影響。隨著建筑用材各種性能的改善,甚至發(fā)生質(zhì)的變化,筆者相信,橋梁的設(shè)計(jì)與施工同樣會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。在工藝上更科學(xué),在建設(shè)中更經(jīng)濟(jì)。