桥梁课程设计书.doc

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1、桥梁工程课程设计装配式预应力混凝土简支T型梁 姓 名：余将 学 号：1252010721 班 级：路桥一班 专 业：土木工程（道路与桥梁方向） 指导老师：沈明燕目 录设计资料 桥梁跨径及桥宽 3 设计荷载 3 桥面铺装 3 材料及施工工艺 3 材料性能参数 3 设计依据 3 计算方法 4设计任务 横断面布置 4 主梁内力计算 4设计过程 主梁间距与主梁片数 5 主梁跨中截面主要尺寸及主梁截面细部尺寸拟定 5 截面几何特性 6 截面效率指标 6 横截面沿跨长的变化 6 横隔梁的设置 6 恒载内力计算 7 活载内力计算 7 内力组合 16装配式钢筋混凝土简支T形梁桥设计资料1 桥梁跨径及桥宽 标准

2、跨径：40.9m 主梁全长：40.72m 计算跨径：40.5m 桥面净宽：（0.5+1+14+1+0.5）m=17m（防撞栏+人行道+四车道+人行道+防撞栏） 桥面横坡：2.0%2 设计荷载:公路级，人群荷载3.0KN/m23 桥面铺装 沥青表面处治2cm（重力密度为kN/m2），混凝土垫层厚612cm（重力密度为24kN/m2），T梁的重力密度为25kN/m24 材料及施工工艺 混凝土：采用C40混凝土。 预应力钢筋采用1*7（7股）钢绞线，标准强度fpk=1860Mpa； 普通钢筋采用HRB335级和R235级钢筋； 钢板：锚头下支撑垫板，支座垫板等均采用普通A3碳素钢。 按后张法施工工艺

3、制作主梁，采用70mm的波纹管和OVM锚具。5 材料性能参数 （1）混凝土 强度等级为C40，主要强度指标： 强度标准值：fck=26.8Mpa，ftk=2.4Mpa 强度设计值：fcd=18.4Mpa,ftd=1.65Mpa 弹性模量：Ec=3.25*104Mpa （2）预应力钢筋采用1*7标准型15.2-1860-GB/T 5224-1995钢绞线 抗拉强度标准值：fpk=1860Mpa， 抗拉强度设计值：fpd=1260Mpa 弹性模量：Ep=1.95*105Mpa 相对界限受压区高度：a=0.4，pu=0.2563 （3）普通钢筋 a.纵向抗拉及构造普通钢筋采用HRB335.其强度指标

4、 抗拉强度指标：fsk=335Mpa 抗拉强度设计值：fsd=280Mpa 弹性模量：Es=2.0*105Mpa b.采用的R235钢筋，其强度指标 抗拉强度指标：fsk=235Mpa 抗拉强度设计值：fsd=195Mpa 弹性模量：Es=2.1*105Mpa6 设计依据 （1）交通部颁公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 简称“规范”； （2）交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004简称“公预规”； （3）交通部颁公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ 024-85.7 计算方法：极限状态法 装配式钢筋混凝土简支T形梁桥设计任务1、横断面布置 （1）用A

5、UTOCAD绘制桥梁平、纵、横断面图，并绘制中梁与边梁的结构图； （2）主梁间距与主梁片数； （3）主梁跨中截面主要尺寸拟定； （4）主梁截面细部尺寸； （5）计算截面几何特性； （6）计算截面效率指标p（要求p在0.5以上）； （7）横断面沿跨长的变化； （8）横隔梁设置；2、 主梁内力计算 （1）恒载内力计算 A. 一期恒载集度； B. 二期恒载集度； C. 恒载内力。 （2）活载内力计算 A. 冲击系数和车道折减系数； B. 计算主梁的荷载横向分布系数（跨中截面按修正刚性横梁法；支点截面剪力按杠杆法）； C. 计算活载内力（跨中截面、1/4截面、变化截面、支点截面）。 （3）内力组合 A

6、. 基本组合（用于承载能力极限状态计算）； B. 短期组合（用于正常使用极限状态计算）； C. 长期组合（用于正常使用极限状态计算）；装配式钢筋混凝土简支T形梁桥设计过程一、横断面布置 1、主梁间距与主梁片数 桥面净宽为（0.5+1+14+1+0.5）m=17m；拟定翼板宽度中主梁为4*2.4m，边主梁为2*2.45m，选定为7片T梁。桥面板采用钢板绞接。 2、主梁跨中截面主要尺寸拟定 根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004），梁的高跨比的经济范围在1/11到1/16之间，此设计中计算跨径40.5m，拟定采用的梁高为2.35m。 3、主梁截面细部尺寸 T梁翼板厚度主要取决于桥面板承受

7、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的受压的强度要求。拟定翼板厚度为1.2m，由于跨径较大，翼板根部加厚到2.2m，以抵抗翼板根部较大的弯矩。 腹板厚度不宜小于梁高的1/8，拟定腹板厚度为0.18m。 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，马蹄面积占截面总面积10%20%为合适。拟定马蹄宽度为0.4m，高度为0.39m，马蹄与腹板交接处作三角形过渡，高度0.11m，以减小局部应力。 4、横截面布置 桥梁平、纵、横断面图，中梁与边梁的结构图如CAD附图所示： 5、计算截面几何特征分块号分块面积Ai（mm2）yi(mm)Si=Ai*yi(mm3)(yu-yi)(m

8、m)Ix=Ai(yu-yi)2(mm4)Ii(mm4)12664006015984000776.95222081.61E+111.07E+09293000153.314256900683.65222084.35E+108.64E+073352800980345744000-143.04777927.22E+091.54E+114121002033.424604140-1196.4477791.73E+104.44E+0751560002155336180000-1318.0477792.71E+113.33E+08合计880300836.95222087367690405.00E+111.55

9、883E+11=Ku+Kb/h上核心距Ku889.98662940.608310024上核心距Kb509.1264254I6.56E+11 6、计算截面效率指标 预应力混凝土梁，其内力偶臂Z所能变化的范围越大，则在预加力Npe相同的条件下，其所能抵抗外弯矩的能力也就越大，也即抗弯效率效率越高。在保证上、下缘混凝土不产生拉应力的条件下，内力偶臂Z可能变化的最大范围只能在上核心距Ku和下核心距Kb之间。因此，截面抗弯效率可用参数=Ku+Kb/h（h为梁的全截面高度）来表示。 上核心距： 下核心距： =（Ku+Kb）/h=（890+509）/2350=0.59 0.5 7、横隔梁的设置 在荷载作用处

10、的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载下的主梁弯矩很大。为减小对主梁起主要控制作用的跨中弯矩，当跨度较大时应设置较多的横隔梁。拟定设置七道横隔梁，其边主梁间距为7m，中主梁间距为6.5m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为2.3m。中横隔梁的高度为1.96m，厚度为20m。二、主梁内力计算 1、恒载内力计算结构自重集度计算表（kN/m）主梁g122.06 横隔梁对于边主梁g22.25 对于中主梁g21.92 桥面铺装层g35.24 栏杆和人行道g41.43 合计对于边主梁30.98 对于中主梁30.65 一期恒载g1+g2+g2=26.231二期恒载g3+g4=6.669

11、边主梁自重产生的内力 内力横面位置x剪力Q（kN）弯矩M（kN.m）x=0边主梁571.59 1137.03 边主梁00中主梁565.44 中主梁0x=1/4边主梁285.80 568.52 边主梁3954.70 7866.830326中主梁282.72 中主梁3912.13 x=1/2边主梁00边主梁5272.93 10489.1071中主梁0中主梁5216.17 x=1/8边主梁428.69 852.77 边主梁2306.91 4588.984357中主梁424.08 中主梁2282.08 2、活载内力计算 （1）冲击系数和车道折减系数： 冲击系数的计算采用以结构基频为指标的方法。按结构不

12、同的基频，汽车引起的的冲击系数在0.05-0.45之间变化，其计算方法为 当f1.5Hz时 =0.05 当1.5Hzf14Hz时 =0.45式中：f-结构基频（Hz） 基频计算公式如下： 结构跨中处的单位长度质量为： mc=22.06 *103/9.81=2248.72（N.s2/m2） 结构基频为： f=3.14/(2*40.52)*SQRT(3.25*1010*0.595/2248.72)=2.97（Hz） 根据基频可计算出汽车荷载冲击系数为 =0.1767lnf-0.0157=0.177 按桥规规定两车道的车道折减系数为1，本设计为四车道，在计算可变作用效应时需进行车道折减，四车道折减3

13、3%，但折减后的效应不得小于两车道设计车道的荷载效应。横向折减系数为0.67. （2）主梁的荷载横向分布系数（跨中截面按偏心压力法，支点截面按杠杆原理法） 一、当荷载位于跨中处时（偏心压力法） 由图可知，此桥设有5道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承受结构的长宽比为： 2 故可按偏心压力法来计算横向分布系数 本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=7，中梁间距为2.4m，边梁间距为2.45m，则 =（2*2.4+2.45）2+(2*2.4)2+2.42+0+(-2.4)2+(-2*2.4)2+(2*2.4+2.45)2=162.73如下面所示a1-a7的值7.254.82.40-2.4-4.8-7.

14、25a1a2a3a4a5a6a752.56 23.045.7605.7623.0452.56 162.725如下表为前4号主梁相对的主梁的横向影响线的竖标值1号梁111213141516170.466 0.357 0.250 0.143 0.036 -0.071 -0.180 2号梁212223242526270.357 0.284 0.214 0.143 0.072 0.001 -0.071 3号梁313233343536370.250 0.214 0.178 0.143 0.107 0.072 0.036 4号梁414243444546470.143 0.143 0.143 0.143 0

15、.143 0.143 0.143 由此可画出1、2、3、4号梁的影响线，5、6、7号梁的影响线与3、2、1号梁对称，如下图所示1号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.433+0.352+0.295+0.214+0.156+0.076+0.018-0.062-0.12）=0.681 人群荷载=0.4942号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.334+0.281+0.243+0.19+0.151+0.099+0.06+0.007-0.031）=0.667 人群荷载=0.3753号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.238+0.

16、212+0.193+0.166+0.147+0.121+0.101+0.075+0.056）=0.655 人群荷载=0.2594号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*6*0.143=0.429 人群荷载=0.1431号梁2号梁3号梁4号梁汽车荷载0.6810.6670.6550.429人群荷载0.4940.3750.2590.143二、当荷载位于支点处时（按杠杆原理法）根据桥规JTG D60规定，在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置，例如，对于汽车荷载，汽车横向轮距为1.8m，两列汽车车轮的横向最小间距为1.3m，车轮距离人行道缘石最少为0.5m。1号梁的活载横向分布

17、系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*0.694=0.347 人群荷载=1.2552号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.306+0.958+0.417）=0.840 人群荷载=0.2553号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.042+0.583+0.667+0.125）=0.709 人群荷载=04号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.333+0.875+0.375）=0.791 人群荷载=05号梁的活载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.625+0.833+0.083）=0.770 人群荷载=06号梁的活

18、载横向分布系数分别计算如下： 汽车荷载=1/2*（0.165+0.907）=0.536 人群荷载=07号梁的活载横向分布系数与1号梁活载横向分布系数相同。1号梁2号梁3号梁4号梁5号梁6号梁汽车荷载0.3470.8400.7090.7910.7700.536人群荷载1.2550.2550000（3） 计算可变作用效应根据桥规，公路一级的的均布荷载标准值和集中荷载标准值为： =10.5（kN/m）计算弯矩效应时：=180+（360-180）/（50-5）*（40.5-5）=322（kN）计算剪力效应时：=1.2*322=386.4（kN） 在可变作用效应计算中，对于横向分布系数的取值作如下考虑：

19、支点处横向分布系数取，从支点到第一根横梁段，横向分布系数从直线过渡到，其余梁段均取。1、 跨中截面最大的弯矩和最大剪力跨中截面荷载类型qk或qr（kN/m）pk（kN）1+mc或yS（kN.m或kN）M公路一级10.53221.1770.681170.201 2554.953 9.225 人群30.84170.201 428.907 Q公路一级10.5386.41.1770.6814.613 129.763 0.500 人群30.844.613 11.624 由上表可求出：=2371.778（kN/m）=428.907（kN/m）=119.489（kN）=11.624（kN） 2、四分点截面最

20、大弯矩和最大剪力L/4处截面荷载类型qk或qr（kN/m）pk（kN）1+mc或yS（kN.m或kN）M公路一级10.53221.1770.681127.656 1916.284 6.919 人群30.84170.201 428.907 Q公路一级10.5386.41.1770.68111.531 220.654 0.750 人群30.8411.531 29.059 由上表可求出：=1778.897（kN/m）=428.907（kN/m）=204.071（kN）=29.059（kN）3、 支点面处的最大剪力 支点处截面荷载类型qk或qr（kN/m）pk（kN）1+mc或yS（kN.m或kN）Q

21、公路一级10.5386.41.1770.68118.45311.544 1人群30.8418.4546.494 由上表可计算出：=288.654（kN）=46.494（kN）4、 变化点截面处最大弯矩和最大剪力（L/8） L/8处截面荷载类型qk或qr（kN/m）pk（kN）1+mc或yS（kN.m或kN）M公路一级10.53221.1770.68174.464 36.323 4.036人群30.8414.414 262.848 Q公路一级10.5386.41.1770.68114.414 36.323 0.875人群30.8414.414 36.323 由上表可计算出：=1037.669（k

22、N/m）=36.323（kN/m）=243.258（kN）=36.323（kN）3、 主梁效应作用组合序号荷载类别跨中截面L/4点截面变化点截面（L/8）支点M最大值Q最大值M最大值Q最大值M最大值Q最大值M最大值Q最大值1恒载作用20769.107 0.000 15576.830 1125.697 9086.484 1688.545 02251.394 2汽车荷载2554.953 129.763 1916.284 220.654 1117.809 262.848 0311.544 3人群荷载428.907 11.624 428.907 29.059 36.323 36.323 046.494 4短期组合（恒+0.7汽+1.0人）22986.481 102.458 17347.136 1309.213 9905.274 1908.862 02515.969 5长期组合（恒+0.4汽+1.0人）22219.995 63.529 16772.251 1243.017 9569.931 1830.008 02422.505 6极限组合（1.2恒+1.4汽+0.8*1.4人）28980.238 194.687 21855.370 1692.297 12509.396 2434.924 03189.908