桥梁工程课程设计.docx

桥梁工程课程设计目录设计说明21.目的与要求22.设计资料23.计算内容34.课程设计报告书主要内容45.课程设计要求46.课程设计参考资料4计算书51、行车道板计算5（1）结构自重及其内力5（2）汽车车辆荷载产生的内力5（3）内力组合6（4）行车道板配筋72、主梁内力计算8（1）恒载计算8（2）活载计算93.主梁内力组合134.主梁截面设计、配筋及验算134.1 主梁受力钢筋配置134.2截面抗弯承载力验算154.3斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算165.横隔梁内力计算255 主梁变形验算29（1）验算主梁的变形29（2） 预拱度计算296.支座的设计计算29（1）确定支座的平面尺寸30（2）确定支座的厚度30（3）验算支座的偏转情况30（4）验算支座的抗滑稳定性：31设计说明1.目的与要求本设计是学生学完桥梁工程后进行的综合基本训练，也是对学生学习情况的检验。通过课程设计，使学生较系统地复习和巩固所学的课程知识，熟悉桥梁的横向分布系数的算法，熟悉公路桥涵设计内力计算、荷载组合以及荷载效应不利组合的采用，掌握T形梁的基本构造以及T形梁主筋设计、T形梁抗剪筋及其它构造筋设计的计算方法和过程，加强运算、绘图和文字说明等基本技能的训练；学会查阅技术资料和书刊，提高综合应用的能力。2.设计资料(1)桥面净宽 净-16+2×1m(2)主梁跨径及全长标准跨径 lb=16.00m（墩中心距离）计算跨径 l =15.50m（支座中心距离）主梁全长 l全= 15.96m（主梁预制长度）(3)设计荷载 汽车-I级；人群荷载3.0kN/m2(4)材料x钢筋直径12mm时采用II级钢筋，其余采用I级钢筋。混凝土主梁采用C40，人行道、栏杆及桥面铺装采用C25。(5)桥面铺装：沥青表面处治厚2cm（重力密度为23KN/m3），C25混凝土垫层厚612cm（重力密度为24KN/m3），C40T梁的重力密度为25KN/m3。(6)T梁简图如下：3.计算内容(1）行车道板的内力计算和组合(2)计算主梁的荷载横向分布系数,用杠杆原理法求支点截面的横向分布系数，用偏心压力法求跨中截面的横向分布系数。(3)主梁内力计算(4) 横隔梁内力计算(5) 主梁配筋(6) 主梁变形验算4.课程设计报告书主要内容（1）4号主梁跨中处及支点处横向分布系数mc、mo（支点处按“杠杆原理法”计算，跨中按“修正偏心受压法”计算）；（2）4号主梁恒载内力计算（计算支点处、1/4跨处、1/2跨处的恒载产生的剪力和弯矩）；（3）4号主梁活载内力计算（计算支点处、1/4跨处、1/2跨处的活载产生的剪力和弯矩）；（4）荷载组合和4号主梁的控制内力：弯矩组合（1/4跨、1/2跨）、剪力组合（梁端、1/2跨）；（5）横隔梁的内力计算，梁的变形和挠度计算以及梁支座的设计计算；（6）截面配筋：按极限状态法设计纵向受力钢筋、箍筋、弯起钢筋、纵向水平防裂钢筋；（7）绘制主梁构造图和钢筋布置图（包括主梁纵断面图、横断面图（含支座处、1/4跨及跨中）、一片钢筋明细表（其中钢筋明细表的格式为：编号、直径、每根长度、数量、共长）；5.课程设计要求（1）计算资料采用16开纸用钢笔书写（2）设计图纸一律采用铅笔绘制，幅面采用3号图纸（197X420）需要时可按边长的1/3及其倍数加长，但不得加宽。设计图最后折叠成16开纸大小，与计算书装订成册，图标、规格均按标准格式。6.课程设计参考资料1公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.人民交通出版社，20042公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D60-2004）.人民交通出版社，20043姚玲森，桥梁工程.出版社：人民交通出版社，1993计算书1、行车道板计算（1）结构自重及其内力每延米板上的结构自重g沥青表面处治C25混凝土垫层T梁翼板自重合计5.37每米宽板条的恒载内力 （2）汽车车辆荷载产生的内力将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上，后轴作用力为140kN，轮压分布宽度车辆荷载后轮着地长度为，宽度则荷载对于单向板的有效分布宽度：荷载在跨径中间 计算弯矩时： 计算剪力时：荷载在板的支承处由于这是汽车荷载局部加载在T梁的翼缘板上，故冲击系数取跨中最大弯矩计算：汽车荷载作用于每米宽板条上的跨中弯矩为自重荷载作用于每米宽板条上的跨中弯矩为 因为t/h<1/4，所以跨中弯矩：M中=+0.5Mo=+0.5×17.04=8.52kNm 支点弯矩： M支=-0.7Mo=-0.7×17.04=-11.93kNm支点剪力计算：A1=pb1=P2aA2=P8aa'b1(a-a')2Q支p=gl02+1+A1y1+A2y2=5.37×(2-0.18)2+1+0.352.513×0.795+10.647×0.945=72.239kN（3）内力组合承载能力极限状态内力组合计算 所以，行车道板的设计内力为正常使用极限状态内力组合计算（4）行车道板配筋 <1>行车道板的尺寸复核正截面：矩形截面板的抗弯极限承载力：Mu=fcd0bh02b(1-b2)设as=30mm跨中h0=80-30=50mmM中u=18.40.9×1000×502×0.56×1-0.56×0.5=20.61kNm>M中=8.52kNm支点h0=140-30=110mmM支u=18.40.9×1000×1102×0.56×1-0.56×0.5=99.74kNm>M中=11.93kNm尺寸满足设计要求。斜截面：b=1000mm，h0=140-30=110mm，ftd=1.65MPa0Q支=0.9×72.239=65.02kN截面尺寸的下限值复核：0Q支<0.625×10-32ftdbh0=0.625×10-3×1.0×1.65×1000×110=113.44kNm所以尺寸合格 <2>行车道板配筋支点处0Md=fcdbx(h0-x2)解得：x=9.7mm<bh0=o.56×110=62mm则所需钢筋面积差As=fcdbxfsd=18.4×1000×9.7280=637mm2上翼缘选用1090，As=873mm2，as=26mm下翼缘选用12120，As=942mm2，as=28mm跨中处0Md=fcdbx(h0-x2)解得：x=18mm<bh0=o.56×50=28mm则所需钢筋面积As=fcdbxfsd=18.4×1000×18280=1183mm2上翼缘选用1290，As=1257mm2，as=26mm下翼缘选用14120，As=1339mm2，as=28mm <3>行车道板配筋验算支点处有效高度h0=140-26=114mm受压区高度x=fcdAsfcdb=280×87318.4×1000=13.3mm<bh0=0.56×114=64mm抗弯承载力Mu=fcd0bxh0-x2=18.40.9×1000×13.3×114-13.32=29.19kNm>M支=11.93kNm满足设计要求。跨中处有效高度h0=80-28=52mm受压区高度x=fcdAsfcdb=280×125718.4×1000=19.1mm<bh0=0.56×52=29mm抗弯承载力Mu=fcd0bxh0-x2=18.40.9×1000×19.1×52-19.12=16.58kNm>M支=8.52kNm满足设计要求。行车道板斜截面强度验算：0Q支=0.9×72.24=65.01kN0Q支<0.625×10-32ftdbh0=0.625×10-3×1.0×1.65×1000×110=113.44kNm所以混凝土和构造钢筋满足抗剪要求2、主梁内力计算（1）恒载计算利用公式 结构自重集度主梁横隔梁对于边主梁对于中主梁桥面铺装层栏杆和人行道合计对于边主梁对于中主梁4号梁结构自重产生内力剪力Q（kN）弯矩M（kN·m） M=O （2）活载计算 计算活载（车道荷载）和人群荷载引起截面内力（跨中弯矩、支点剪力和跨中剪力）。4号梁横向分布系数对于汽车荷载 对于人群荷载 由、绘制1梁的横向影响线，如上图及最不利荷载位置对于汽车荷载 对于人群荷载 均布荷载和内力影响线面积计算均布荷载和内力影响线面积计算表公路-级人群影响线面积影响线图式公路-级中集中荷载 计算 计算弯矩效应时 计算剪力效应时 计算冲击系数结构跨中处的单位长度量：主梁截面形心到T梁上缘的距离： 跨中截面惯性矩： 查表C40混凝土E取 则冲击系数 跨中弯矩、l/4处弯矩、跨中剪力、l/4处剪力计算见下表因双车道不折减，故截面荷载类型或（Kn/m）(kN)1+mc或yS（kN/m或kN）SIS公路-级10.52221.340.50330.03212.6792.65y=l4=3.875580.04人群2.250.17530.0311.82公路-级10.52221.340.5031.937513.72103.530.589.81人群2.250.1751.93750.76公路-级10.52221.340.50322.52159.4594.2y=316=2.906434.8人群2.250.17522.528.87公路-级10.52221.340.5034.3630.9143.10.75112.2人群2.250.1754.361.72支点截面汽车荷载剪力计算横向分布系数变化区段的长度附加三角形重心影响线坐标 ：支点截面人群荷载剪力计算3.主梁内力组合控制设计的计算内力确定序号荷载类别弯矩M(kNm)剪力（kN）梁端四分点跨中梁端跨中结构自重0420.8543.6140.30汽车荷载0594.2792.65319.35103.53人群荷载08.8715.775.261.021.2+1.4+0.8*1.401346.81779.57495.0146.084.主梁截面设计、配筋及验算4.1 主梁受力钢筋配置由主梁内力组合计算表可以知道，4号梁M=1779.57KNm最大设钢筋净保护层厚度为30mm，钢筋重心至底边距离为=114mm，则主梁的有效截面高度为：=h-=1200-114=1086mm。T形梁受弯构件翼缘计算跨度的确定：按计算跨度考虑：=/3=15500/3=5167mm按梁净间距考虑：=2000mm按翼缘高度考虑：/=110/1086=0.1010.1，不受此项限制所以=2000mm.采用C40的混凝土，则=1.0，=18.4MPa.1.65MPa(-0.5)=1.0×18.4×2000×110×(1086-0.5×110) =4173.49KNmM=1779.57KNm所以该T形截面为第一类T形截面，应按宽度为的矩形截面进行正截面抗弯承载力计算。45.48mm 110mm 不会超筋=5977.37mm0.2 则0.27%=2.77%0.27% 不会少筋选用6根直径为32mm和4根直径为22mm的HRB335钢筋，则：=6346 mm钢筋布置图钢筋布置图如上图所示，钢筋的重心位置：=6346×35+2×35.8+1520×（35+4×35.8+25.1）6346+1520=125mm，实际有效高度为1075mm。混凝土保护层厚度取35mm>d=32mm且大于30mm,满足构造要求。4.2截面抗弯承载力验算按照截面实际配筋面积计算截面受压区高度x为：=48.29mm截面抗弯极限状态承载力为：=18.4×2000×48.29×（1075-48.29/2） =1867.44KN·m1779.57KNm所以承载力满足要求。4.3斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算4.3.1截面尺寸检验由内力基本组合表可以知道 =495.0KN =146.1KN 假设最下排2根钢筋没有弯起而直接通过支点，则有：a=53mm，ho=h-a=1200-53=1147mm > 端部抗剪截面尺寸满足要求。若满足条件，可不需要进行斜截面抗剪强度计算，仅 按构造要求设置钢筋因此，>，应进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。4.3.2检查是否需要根据计算配置箍筋跨中截面 0.5×10-3ftdbh0=0.5×10-3×1.65×180×1075=159.64kN支座截面 0.5×10-3ftdbh0=0.5×10-3×1.65×180×1147=170.32kN因为0Vd，l2（=146.08kN）<0.5×10-3ftdbh0<0Vd，0（=495kN）,所以可以在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应该按计算配置箍筋。4.3.3 计算剪力图分配在下图所示的剪力包络图中，支点处剪力计算值V0=0Vd，0，跨中处剪力计算值Vl/2=0Vd，l/2。Vx=0Vd，x=0.5×10-3ftdbh0=159.64kN的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，l1=301mm在l1长度内可按构造要求配置箍筋。4.3.4 箍筋设计采用直径为8mm的双肢箍筋，箍筋截面积Asv=nAsv1=2×50.3=100.6mm2p=2.5+0.642=1.57；h0=1147+10752=1111mm箍筋间距为：=251mm参照有关箍筋的构造要求，选用Sv=250mm在支座中心向跨中方向长度不小于1倍梁高范围内，箍筋间距取用100mm由上述计算，箍筋的配置如下：全梁箍筋的配置为28双肢箍筋，在由支座中心至距支点1200mm段，箍筋间距可取为100mm，其他梁段箍筋间距为250mm。箍筋配筋率为：当间距Sv=100mm时，sv=100.6×100%/(100×180)=0.56%当间距Sv=250mm时，sv=100.6×100%/(250×180)=0.22%均满足最小配箍率HRB235钢筋不小于0.18%的要求。4.3.5弯起钢筋设计（1）最大剪力取用距支座中心h/2处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担的剪力不小于60%，弯起钢筋（按45°弯起）承担剪力不大于40%。（2）计算第一排（从支座向跨中计算）弯起钢筋时，取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 （3）计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋下面弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。由内插法可得，距支座中心h/2处的剪力效应V'd为 KN=471.83KN 则，=0.6×471.83KN=283.10KN =0.4×471.83KN=188.73KN相应各排弯起钢筋位置及承担的剪力值见于下表：弯起钢筋的位置与承担的剪力值计算表钢筋排次弯起钢筋距支座中心距离（mm）承担的剪力值（KN）11025187.22211515333169103.14420453.1 各排弯起钢筋的计算。与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载力按下式计算：式中， 弯起钢筋的抗拉设计强度（MPa） 在一个弯起钢筋平面内弯起钢筋的总面积（mm2） 弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角=280MPa，=45°，所以各排弯起钢筋的面积计算公式如下：计算得每排弯起钢筋的面积如下表：每排弯起钢筋面积计算表弯起排数每排弯起钢筋计算面积（mm2）弯起钢筋数目每排弯起钢筋实际面积（mm2）11260232160921030232160936942327604357232760主筋弯起后持久状况承载力极限状态正截面承载力验算：计算每一弯起截面的抵抗弯矩时，由于钢筋根数不同，则钢筋的重心位置也不同，有效高度ho的值也不同。为了简化计算，可用同一数值，影响不会很大。232钢筋的抵抗弯矩M1为 M1=2fsAs1h0-x2=2×280×103×8.04×10-4×1.025-0.0122=458.79kNm222钢筋的抵抗弯矩M2为M1=2fsAs1h0-x2=2×280×103×3.80×10-4×1.025-0.0122=216.84kNm跨中截面的钢筋抵抗弯矩 第一排钢筋弯起处正截面承载力为 第二排钢筋弯起处正截面承载力为 第三排钢筋弯起处正截面承载力为 第四排钢筋弯起处正截面承载力为 第五排钢筋弯起处正截面承载力为 钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度h0（mm）受压区高度x（mm）抗弯承载力（kN。m）支座中心1点232114712459.741点2点432112924918.532点3点6321111371377.323点4点632+2221099431594.164点632+4221086481811全梁抗弯承载力校核图梁的弯矩包络图与抵抗弯矩图4.3.6斜截面抗剪承载力复核斜截面抗剪强度验算位置为：（1）距支座中心h/2处截面。（2）受拉区弯起钢筋弯起点处截面。(3）锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面。（4）箍筋数量或间距有改变处的截面。（5）构件腹板宽度改变处的截面。斜截面抗剪验算截面图式进行斜截面抗剪验算的界面有：距支点h/2处截面11，相应的剪力和弯矩设计值分别为：=416.33KN =711.87KN·m距支点中心1025mm处截面22（第一排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯矩设计值分别为： =398.36KN =849.09KN·m距支点中心2115mm处截面33（第二排弯起钢筋弯起点及箍筋间距变化处），相应的剪力和弯矩设计值分别为：=349.73KN =1173.17KN·m距支点中心3169mm处截面44（第三排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯矩设计值分别为：=302.80KN =1420.34KN·m距支点中心4204mm处截面55（第四排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯矩设计值分别为：=256.78KN =1600.27KN·m验算斜截面抗剪承载力时，应该计算通过斜截面顶端正截面内的最大剪力和相应于上述最大剪力时的弯矩。最大剪力在计算出斜截面水平投影长度C值后，可内插求得。受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为： 式中，斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力设计值（KN） 与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪能力设计值（KN） 斜截面内在同一弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积（mm2） 异号弯矩影响系数，简支梁取值为1.0 受压翼缘的影响系数，取1.1 箍筋的配筋率，sv=计算斜截面水平投影长度C为 C=0.6mho式中，m斜截面受压端正截面处的广义剪跨比，当m>3.0，取 m=3.0 通过斜截面受压端正截面内由使用荷载产生的最大剪力组合设计值 相应于上述最大剪力时的弯矩组合设计值（KN·m） ho通过斜截面受压区顶端处正截面上的有效高度，自受拉纵向主钢筋的 合力点至受压边缘的距离（mm）为简化计算可近似取C值为 Cho（ho可采用平均值）斜截面11：斜截面内有232纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为： P=100= sv=100.6/(180×250)=0.224% 则有，斜截面截割两组弯起钢筋232+232，故=+=182.49+477.55=660.04KN>416.33KN斜截面22：斜截面内有232纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为： P=100= sv=100.6/(180×250)=0.224% 则有， 斜截面截割两组弯起钢筋232+232，故=+=180.13+675.57=855.7kN>389.36kN斜截面33：斜截面内有432纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为： P=100= sv=100.6/(180×250)=0.224% 则有， 斜截面截割两组弯起钢筋232+222，故=+=211.50+351.63=563.13 kN >349.73 kN斜截面44：斜截面内有632纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为：P=100=sv=100.6/(180×250)=0.224% 则有， 斜截面截割两组弯起钢筋222+222，故= +=236.59+225.71=462.3kN >302.80kN钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载力不足而破环的原因，主要是由于受拉区纵向钢筋锚固不好或弯起钢筋位置不当而造成的，故当受弯构件的纵向钢筋和箍筋满足规范构造要求，可不进行斜截面抗弯承载力计算。5.横隔梁内力计算（1）纵向一列车轮对于中横隔梁的计算荷载为：计算弯矩时计算剪力时（2）绘制中恒隔梁的内力影响线P=1作用在1梁时：r1M=11×3.5d+21×2.5d+31×1.5d+41×0.5d-1×3.5d=0.351×3.5×2+0.291×2.5×2+0.231×1.5×2+0.171×0.5×2-1×3.5×2=-2.224P=1作用在9梁时：r9M=19×3.5d+29×2.5d+39×1.5d+49×0.5d=-0.129×3.5×2-0.069×2.5×2-0.009×1.5×2+0.051×0.5×2=-1.224P=1作用在5梁时：r5M=15×3.5d+25×2.5d+35×1.5d+45×0.5d=0.111×3.5×2+0.111×2.5×2+0.111×1.5×2+0.111×0.5×2=1.776(3)绘制剪力影响线1主梁处左截面Q1右剪力影响线：P=1作用于计算截面的右边时Q1右=R1 即 P=1作用于计算截面的左边时 即 Q1右剪力影响线如下图（4）截面内力计算将求得的计算荷载Poq在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响（1+），则得下表：截面内力计算公路-级弯矩M4-5剪力Q1右（5）内力组合（鉴于横隔梁的结构自重内力甚小，计算中可略去不计）承载能力极限状态内力组合基本组合Mmax，r=1.4×1139.85=1595.79kNmQmax，1右=1.4×713.97=999.56kN正常使用极限状态内力组合短期效应组合Mmax，r=0.7×1139.85=797.90kNmQmax，1右=0.7×713.97=499.78kN5 主梁变形验算跨中截面主梁结构自重产生的最大弯矩，汽车产生的最大弯矩（不及冲击系数）为，人群产生的最大弯矩为，主梁开裂构件等效截面的抗弯刚度（1）验算主梁的变形 可变荷载频遇值产生的跨中长期挠度： （2） 预拱度计算 应设计预拱度 应做成平顺曲线6.支座的设计计算由以上计算可知支座压力标准值Rck=464.92kN，其中结构自重引起的反力标准值RGk=140.30kN，公路一级和人群荷载引起的支座反力标准值分别为319kN和5.26kN；公路一级和人群荷载pr=3.0kN/m2作用下产生的跨中挠度f=9.7mm，根据气象资料，主梁的计算温差t=36。（1）确定支座的平面尺寸选定支座的平面尺寸为a×b=20×24=480cm2，采用中间层橡胶片t=0.5cm。计算支座的平面形状系数S：S=ab2t(a+b)=20×242×0.5(20+24)=10.9>8故得橡胶支座的平均容许压应力c=10000kPa。计算橡胶支座的弹性模量Ej=5.4GeS2=5.4×1.0×10.92=641.57MPa验算橡胶支座的承压强度c=Rckab=464.920.20×0.24=9686kPa<c=10000kPa（2）确定支座的厚度主梁的计算温差为t=36，温度变形由两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移g为：g=12atl=12×10-5×36×1550+18=0.282cm为了计算汽车荷载制动引起的水平位移p，首先要确定作用在每一支座上的制动力HT：取Fbk=5kN确定需要的橡胶片总厚度te橡胶片总厚度计算不计汽车制动力te2g=0.564cm计入汽车制动力teg0.7-Fbk2Geab=0.2820.7-5002×10×20×24=0.435cm桥规的其他规定te0.2a=0.2×20=4cm选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚0.25cm，中间层厚0.5cm，薄钢板厚0.2cm，则：橡胶片总厚：t=3×0.5+2×0.25=2.0>0.564cm且<4cm合格支座总厚h=t+4×0.2=2.8cm（3）验算支座的偏转情况计算支座的平均压缩变形：c，m=RckteabEe+RckteabEb=464.92×0.020.2×0.24×641.57+464.92×0.020.2×0.24×2000=0.040cm按桥规规定，尚应满足c，m0.07te，即0.040cm0.07×2.0=0.14cm合格计算梁端转角：由关系式f=5gl4384EI和=gl324EI可得=5l16gl324EI165l=16f5l设结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路一级荷载下的跨中挠度f=0.97cm，代入上式得：=16×0.975×1550=0.002rad验算偏转情况：c，m>a2即c，m>20×0.0022=0.02cm合格（4）验算支座的抗滑稳定性：计算温度变化引起的水平力：Ht=abGgte=20×24×10×0.2822=6.768kN验算滑动稳定性：RGk+NP,min=0.3140.3+0.5×319=137.8kN1.4Ht+Fbk=1.4×6.768+5.0=14.48kN则137.8>14.48 合格以及NG=0.3×140.3=42.09>1.4Ht=9.475kN 合格结果表明支座不会发生相对滑动。