桥梁课程设计说明书-35m

《桥梁工程》课程设计姓名: 粟峰

班级: 交建12-1班

学号:

中国矿业大学力学与建筑工程学院

二О一五年一月

中国矿业大学桥梁工程课程设计简支梁桥课程设计

装配式钢筋混凝土T型梁桥设计

设计说明书

课程编号:021141

《桥梁工程》课程设计大纲

2周2学分

一、课程设计性质、目得及任务

桥梁工程课程设计就是土木工程专业交通土建专业方向重要得实践性教学环节,就是学生修完《桥梁工程》课程后对梁式桥设计理论得一次综合性演练。其目得就是使学生深入理解梁式桥得设计计算理论,为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。其任务就是通过本次课程设计,要求熟练掌握以下内容:

1.梁式桥纵断面、横断面得布置,上部结构构件主要尺寸得拟定。

2.梁式桥内力计算得原理,包括永久作用得计算、可变作用得计算(尤其就是各种荷载横向分布系数得计算)、作用效应得组合。

3.梁式桥纵向受力主筋得配置、弯起钢筋与箍筋得配置,以及正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯与挠度得验算,预拱度得设置。

4.板式橡胶支座得设计计算。

二、适用专业

交通土建专业

三、先修课程

材料力学、弹性力学、结构力学、结构设计原理、地基与基础工程、交通规划与道路勘测设计、道路工程、桥涵水力水文

四、课程设计得基本要求

本设计为装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计(上部结构),其下部结构为重力式桥墩与U型桥台,支座拟采用板式橡胶支座。学生在教师得指导下,在两周设计时间内,综合应用所学理论知识与桥梁工程实习所积累得工程实践经验,贯彻理论联系实际得原则,独立、认真地完成装配式钢筋混凝土T型梁桥得设计。

基本要求为:计算书应内容完整,计算正确,格式规范,叙述简洁,字迹清楚、端正,图文并茂;插图应内容齐全,尺寸无误,标注规范,布置合理。

五、课程设计内容

1.题目:装配式钢筋混凝土简支T 形梁桥设计(上部结构)

2.基本资料

(1)桥面净空:净m 129-?+

(2)永久荷载:桥面铺装层容重3m kN 23/=γ。其她部分3m kN 25/=γ。

(3)可变荷载:汽车荷载,公路-Ⅰ级,人群荷载2m kN 52/.;人行道+栏杆=2m kN 5/。 (4)材料:主筋采用Ⅲ级钢,其她用Ⅱ级钢,混凝土标号C40。 (5)桥梁纵断面尺寸:

标准跨径m 35L b =,计算跨径m 2634l .=,桥梁全长m 9634L .=。 3.设计内容 (1)纵横断面设计。

根据给定得基本设计资料,参考标准图、技术规范与经验公式,正确拟定桥梁纵断面与横断面得布置,选取恰当得桥面铺装层,初步确定T 形主梁、横隔梁、桥面铺装层等得细部尺寸。绘制桥梁横断面布置图、纵断面布置图,T 形梁细部尺寸图。(2)行车道板计算。

确定行车道板类型,进行行车道板恒载内力计算、活载内力计算、作用效应组合,获得行车道板最大设计内力值。

(3)主梁内力计算。

选取控制截面分别进行主梁恒载内力计算、活载内力计算,以及作用效应得组合计算(含承载能力极限状态与正常使用极限状态两种极限状态得作用效应组合)。其中进行主梁活载内力计算时,荷载横向分布系数得计算,要求根据主梁空间位置及主梁间连接刚度得不同,分别对各片主梁采用杠杆原理法、偏心压力法、修正得偏心压力法、铰接板法、G-M 法等来计算荷载横向分布系数,并对荷载横向分布系数得计算结果进行汇总;随后选取其中一种跨中荷载横向分布系数得计算结果与杠杆原理法得计算结果进行主梁内力作用效应得组合计算(含跨中最大弯矩值、跨中最大剪力值与支座截面得最大剪力值),形成各片主梁得内力计算汇总表。根据内力计算汇总表,确定主梁各截面得最不利内力值作为设计值。(4)配置钢筋及验算。

根据主梁跨中最大弯矩设计值,进行主梁纵向受拉钢筋得配置;根据主梁跨中最大剪力设计值与支座截面得最大剪力设计值,进行弯起钢筋与箍筋得配置。根据以上钢筋配置进行主梁正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯,与变形、裂缝得验算,设置预拱度,保证主梁有足够得强度、刚度、稳定性与耐久性。绘制跨中截面钢筋布置图,弯起钢筋与箍筋布置图。

(5)板式橡胶支座设计。

确定支座得平面尺寸、确定支座得高度、验算支座得偏转情况,验算支座得抗滑稳定性。

六、主要参考书

1、《桥梁工程》刘夏平主编,科学出版社,2007

2.《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004),人民交通出版社

3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004),人民交通出版社

4.《桥梁混凝土结构设计原理计算示例》黄侨,王永平编著,人民交通出版社,2006

七、评价方式

结合学生课程设计期间独立完成得情况、计算说明书得质量综合评价。

八、说明

本课程设计安排在《桥梁工程》课程讲授完成后集中2周进行。条件许可也可以穿插在课程讲授过程中进行,效果更好。

大纲制定者:朱玉晓

大纲审定者:

大纲批准者:

目录

1设计基本资料 (1)

2行车道板得计算 (2)

2、1恒载及其内力 (2)

2、2车辆荷载产生得内力 (2)

2、3荷载组合 (3)

2、4行车道板配筋 (3)

3荷载横向分布系数计算 (4)

3、1杠杆原理法 (4)

3、2铰接板法 (5)

3、3荷载横向分布系数汇总 (8)

4主梁内力计算 (8)

4、1恒载内力得计算 (8)

4、2活载内力得计算 (9)

4、3内力组合 (12)

5钢筋配筋及验算 (13)

5、1主筋配置及验算 (13)

5、2腹筋配置及验算 (15)

6变形验算 (19)

6、1挠度验算 (19)

6、2裂缝宽度验算 (21)

7支座设计与计算 (22)

7、1确定支座平面尺寸 (22)

7、2确定支座得厚度 (23)

7、3验算支座偏转情况 (24)

7、4验算支座得抗滑稳定性 (24)

装配式钢筋混凝土T型梁桥设计

课程设计说明书

1设计基本资料

(1)桥梁横断面尺寸:净-9+2×1、00m。横断面布置见图1(a),横向设6片主梁。主梁高度依据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015),梁得高跨比得经济范围在1/11到1/16之间,此设计中标准跨径为35m,选2、5m;翼板宽2、0m,腹板宽0、24m。

(2)可变荷载:公路-I级,人群荷载2、5kN/㎡,人行道+栏杆=5kN/㎡。

(3)永久荷载:桥面铺装层容重γ=23kN/m3。其她部分γ=25kN/m3。

(4)材料:主筋采用3级钢,其她用2级钢,混凝土标号C40。

(5)桥梁纵断面尺寸:标准跨径L b=30m,计算跨径L=34、26m,主梁全L=34、96m,横断面布置见图1(b)。纵向设横隔梁八道,均布设置。横隔梁高度为0、72h=180cm;厚度为16cm。

(a) 桥梁横断面布置

(b)桥梁横隔梁布置

图1

2行车道板得计算

主梁间距2cm,预制宽度198cm,主梁间连接采用铰接法。故各主梁中间得行车道板按铰接悬臂板计算,边梁外侧行车道按悬臂板计算。 根据横断面布置图,边梁外侧行车道板因只有恒载作用,无汽车荷载作用,故其内力较小,在此不做计算。以下仅计算铰接板。2、1恒载及其内力

以纵向1m 宽得板条进行计算 (1)每延米板上得恒载g

沥青混凝土面层g1:m kN 84123010.08g 1/..=??= C40 混凝土垫层g2:m kN 2522501090g 2/...=??= T 形梁翼板自重g3: m kN 50425012

24

0120g 3/....=??+=

—————————————————————————————————— 合计:m kN 598g g i /.==∑ (2)每米宽板条得恒载内力为:

弯矩:m kN 3338805982

1

gl 21M 20Ag 2?-=??-=-=...

剪力:kN 567880598gl V 0Ag ...=?== 2、2车辆荷载产生得内力

将车辆荷载得后轮作用于铰缝轴线上,P=140kN,汽车荷载后轮得着地长度为a 1=0、2m,宽度为b 1=0、6m 。则得:()()m

9400900802600h 2b b m

5400900802200h 2a a 1212........=+?+=+==+?+=+=

荷载对于悬臂根部得有效宽度:

m 703418802540d l 2a a 01....=+?+=++= 冲击系数:3.0=μ

作用于每米宽板条上得弯矩为:

()

m kN 8615494088070341402314b l a 4p 21M 10Ap ?-=??

?

??-????-=??? ??-μ+-=.....

()kN 592470

34140231a 4p 21V Ap ...=???=μ+= 2、3荷载组合

弯矩组合:

()()m kN 543286158133321M 41M 21M Ap Ag A ?-=-?+-?=+=.......

剪力组合:

kN 335359248156721V 41V 21V Ap Ag A .......=?+?=+= 2、4行车道板配筋

钢筋:HRB335,MPa 280f sd = ,混凝土C40,MPa 418f cd .=,MPa 651f td .=,b 0.56ξ= 取1m 长行车道板 (1)混凝土受压区X 根部h=24cm,a=3cm 选用B 12,则cm 4202

d

a h h 0.=-

-= 根据D62 第5、2、2条规定:

m

0102204001108415432012h b f M 30cd d 0......=χ??? ?

?

χ-χ??≤??

?? ?

?

χ-χ≤γ

验算:0101102040560h 0b ....≥=?=ξ （2）配受力筋

根据D62 第5、2、2条规定:

2

433sd cd s cd s sd m

10576102800100110418f b f A b f A f -?=????=χ=χ

=.... 选 B 12150@ 2s cm 131A .=

2s 21s cm 576A cm 5471311501000A .../=>=?=

(3)截面验算

根据D62 第5、2、9条

0k cu 30bh f 10510Vd ???≤γ.

右边=>=????kN 68921410040105103.左边,满足要求 根据D62 第5、2、10条

0td 230bh f 10500V d α?≤γ-.

右边=<=????-kN 551672141000651105003...左边 仅按构造配置分布钢筋 （4）配分布钢筋

选B 10 200@ 实际22

mm 3922d =π

（5）承载力验算 b

f A f b f A f cd s

sd cd s sd =

χ?χ= 验算0b h ζ

m kN 5432m kN 45382h b f M 0cd y ?>?=??? ?

?

χ-χ=..

3荷载横向分布系数计算

3、1杠杆原理法

假设桥面板在主梁上断开,当做沿横向支撑在主梁上得简支梁或悬臂梁考虑。首先绘制1到3号梁得荷载横向影响线,如图2。

图2 杠杆原理法计算横向分布系数(尺寸单位:cm)

1号梁

汽车荷载 025********

1

m q oq ∑=?=η=

... 人群荷载 0001m r or .=η= 2号梁

汽车荷载 ()∑=+?=η=

550050006000502

1

m q oq .... 人群荷载 0m r or =η= 3号梁

汽车荷载 ()∑=++?=η=

7000050095004000502

1

m q oq ..... 人群荷载 0m r or =η= 3、2铰接板法

假设把相邻板或梁之间视为铰接,只传递剪力。 (1)计算截面特性 翼板得平均换算高度: cm 182

24

12h =+=

T 型梁截面重心位置: ()()cm 28524

25018242002250

242502181824200a x .=?+?-??+??-=

主梁抗弯惯矩:

()()4

2

32

3cm 590245742852250250242502412121828518242001824200121I =??? ??-??+??+??? ??

-??-+?-?=..

主梁抗扭惯矩:

翼板:

1009020018b t 11..<== 查表得 31c 1= 梁肋:

103018

25024b t 22.=-= 查表得 3110c 2.= 433T cm 13823412423231101820031

I =??+??=.

(2)求刚度参数γ与β

8280342620013823415902457485l b I I 852

2T ...=??

?

????=??? ??=γ

0138020088342659024574390h d l I 3903

43

114.=??

?

????=???? ??=β

31057828

010138

01-?=+=λ+β... 由此可见,β对正则方程式得系数影响只有0、75%左右,可忽略不计。 (3)绘制跨中荷载横向影响线

从附表6-1、、6-2与6-3得分表,在600.=γ与0.1=γ之间内插求得8280.=γ得影响线坐标值i 1η,i 2η,i 3η

表1 影响线坐标值

图3 铰接板法计算横向分布系数(尺寸单位:cm)

1号梁

汽车荷载 ()3240157049102

1

m cq ...=+=

人群荷载 7200m r or .=η= 2号梁

汽车荷载 ()49102360383036302

1

m cq ....=++=

人群荷载 2620m r or .=η= 3号梁

汽车荷载 ()591025904610338012402

1

m cq .....=+++=

人群荷载 0m r or =η=

3、3荷载横向分布系数汇总

表4 荷载横向分布系数汇总表

4主梁内力计算

4、1恒载内力得计算

(1)恒载集度 主梁:

()m kN 922225240022240120502240g 1/.......=???????-???? ??++?=

横隔梁: 对于边主梁:

m kN 09126

34255160218052224012081g 2/........=???-?

??? ??

+-=

对于中主梁

m kN 1820912g 2g 212/..=?==

桥面铺装层

m kN 216623

9170g 3/..=??=

栏杆与人行道

m kN 6716

2

5g 4/.=?

= 作用于边主梁得全部恒载g 为

∑=+++==m kN 89316712160919222g g i /..... 作用于中主梁得全部恒载g 为

∑=+++==m kN 98326712161829222g g i /.....

(2)恒载内力

表5 主梁恒载内力计算表

计算数据

l =34、26m

项 目

()x l 2

gx

M x -=

/(kN/m) ()x 2l 2

g

V x -=

/(kN/m) X=0

X=l/4 X=l/2 X=0 X=l/4 X=l/2

恒载 (边主梁) 0 3509、14 4678、85 546、28 273、14 0

恒载 (中主梁)

0 3629、08 4838、77 564、95 282、48 0

4、2活载内力得计算

计算边主梁(1号梁)在汽车与人群荷载r p =2、5kN/㎡作用下得跨中最大荷载与最大剪力及支点截面得最大剪力,各主梁横向分布系数汇总于表表6 各梁荷载与横向分布系数

公路I 级车道荷载标准值为 均布荷载 kN 510q k .=

计算弯矩时得集中荷载 ()kN 5328130l 2P 0k .=+= (1)计算车道荷载得跨中弯矩 双车道不折减: ξ=1、0

车道均布荷载作用下:222m 7214626348

1

l 81..=?==ω;m 56584l y .==

简支梁得基频:c

c

2

1m EI l 2f π

=

式中:223c 2

c 4m Ns 10253g

G

m m 59020I Mpa 10253E m 2634l /....?==

=?==

代入数据可得:Hz 2293f 1.=

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015),当Hz 14f Hz 51≤≤. 时,

01570f 17670.ln .-=μ,则可得

()()19110157022931767011...ln .=-+=μ+

故得1号梁

()()

()m

kN 1616855658532872146510324011911y P q m 1M k k cq q

21?=?+????=+ω??ξ?μ+=?.......

同理可得2号梁:m kN 742553M q

21?=?. 3号梁:m kN 863073M q

21?=?.

(2)计算人群荷载得跨中弯矩 纵向每延米人群荷载集度

m kN 52p r ?=.

m KN 0926472146527200p m M r cr r

21?=??=ω??=....

同理可得2号梁:m kN 1196M r

21?=.

3号梁:0M r

21=

( 3)计算跨中截面车道荷载最大剪力

鉴于跨中剪力12

Q 影响线得较大坐标位于跨中部分,故采用全跨统一得荷载横向分布

系数来计算。

2m 28345026345050.....=???=ω

故1号梁:()m kN 7693505328212834510324011911Q q

21/........=??+????=?

2号梁:()m kN 09142505328212834510491011911Q q

21/........=??+????=?

3号梁:()m kN 02171505328212834510591011911Q q

21/........=??+????=?

(4)计算跨中截面人群荷载最大剪力

1号梁:m kN 4732834523240Q r

21/....=??=

2号梁:m kN 2652834524910Q r

21/....=??=

3号梁:m kN 3362834525910Q r

21/....=??=

(5)计算支点截面汽车荷载最大剪力

作荷载横向分布系数沿桥跨方向得变化图形与支点剪力影响线

横向分布系数变化区段得长度 m 884529426342

1

a ....=?-?=

影响线面积 2m 131********

..=??=ω

因此:

()()()q

o q o q

o k k c q o Q kN 22222Q 15328211317510324011911Q y P 21q m 1Q ,,,,........?+=?+??+????=?++ω?ξ?μ+=

附加三角形荷载重心得影响线坐标为 9520y .= 且 c o m m < 因此可得:

()()kN 98305328213240250095205103240250029

411911Q q o ...........,-=????????-+??-??=?

所以:kN 24191983022222Q q o ...,=-= 同理可得:

2号梁:kN 50362702480337Q q o ...,=+= 3号梁:kN 69459355424405Q q o ...,=+=

图4 1号梁支点剪力计算图示

6、计算支点截面人群荷载最大剪力 人群荷载得横向分布系数如图4所示。 附加三角形荷载重心得影响线坐标为

9520y .=

则1号梁人群荷载得支点剪力为:

()()kN 4732952052720000012

23

51317527200y p m m 2

a

p m Q r c o r c or .........=??-+??=?-+

ω??=

同理可得:

2号梁支点剪力为:kN 699Q or .= 3号梁支点剪力为:0Q or = 4、3内力组合

梁号 荷载类型

支点最大剪力

(kN)

跨中

最大弯矩(m kN ?)

最大剪力 (kN)

按极限状态设计得计算内: 0.10=γ

2.1=Gi γ 4.1=Q 1γ 8.0=c ? 基本组合如下:

Qcr Qcq G ud S 8041S 41S 21S ....?++=

表8 各梁内力基本组合

5钢筋配筋及验算

5、1主筋配置及验算

1、配筋计算

(1)按照规范,梁得保护层c 取50mm,c40混凝土MPa 418f cd .=,MPa 651f td .=,1α=1,设受拉钢筋3排布置,初步m m 200250007025h 070m m 25a s =?+=?+=..

m m 23002002500200h h 0=-=-=,HRB400钢筋:MPa 330f sd =,b 0.56ξ=

(2)、判断T 型截面类型

()m

kN 9310109m KN 04146399023001802000418012h h h b f f 0f f cd 1?>?=-????=???

?

??-α....''

'

属于第一类型T 形截面。 (3)、计算钢筋截面面积

0530230020004180193

10109h b f M 2

2

0f cd 1s ....'=???=α=

α 查表得 :560060b ..=ξ<=ξ

2sd f cd 1s mm 5143093300602300200041801f x b f A ....'=????=α=

选用18C 32 得钢筋2s mm 614475A .=

24250326c d 6=+?=+,取m m 22003002500h 0=-= 2、配筋验算

(1)验算最小配筋率 % (412024102500)

240614475bh A s ==?==

ρ %.%.,.max min 225020f f 450sd td

=???

? ??=ρ min ρρ>,满足要求 (2)防止超筋得适用条件

mm 12322200560h 911362000

41801330

614475b f f A x 0b f cd 1sd S =?=ξ<=???=α=

.....'

,满足要求 3、截面抗弯力矩验算 混凝土受压面积2cd s sd C mm 2596164

186

14475330f A f A =?==

.. 受压区高度限于项板内,高度mm 81292000

259616

x c .== m m 12322200560h x 0b c =?=ξ≤. 截面抗弯力矩验算:

d 0c 0c cd R M kN 10199281292200200081294182x h bx f M γ>=??? ??

-???=??

? ??-=...

正截面符合要求。 5、2腹筋配置及验算

1)弯起钢筋配置

(1)取离点h 2处得剪力设计值'd V ,并将其分为两部分,其中不少于60%由砼与钢筋共同承担,不多于40%由弯起钢筋承担。支点剪力设计值:0d V 1321.51kN = 跨中剪力设计值:12

d V 246.52kN =

自支点到跨中得剪力递减坡度:

1321.51246.52

0.063kN /mm 34260/2

-=

离支点

2

h

处剪力设计值:d 2500V '1321.510.0631242.76kN 2=-?=

(2)构造配筋剪力设计值为:

33s 2td 0R 0.0510f bh 0.510 1.0 1.652402200435.60kN --=?α=?????=

剪力设计值小于或等于435、60kN 时可按构造配筋。

构造配筋长度可用下式计算:

可得出 x 3012.99mm =

(3)设支点由砼与弯起钢筋承担得剪力设计值按80%取用,即: cs d V '0.8V '0.81242.76994.21kN ==?=

在支点由弯起钢筋承担得剪力设计值,按20%取用,即: sb d V '0.2V '0.21242.76248.55kN ==?= (4)计算各排弯起筋截面面积:

第一排承担离支点中心h/2处得剪力设计值: sb1d V 0.2V 0.21242.76248.55kN ==?= 钢筋面积sb1A :

d v 2'd d 2435.60246.523426021321.51246.52

s l R V x V V ??--==

--0

0sv 3

sb

0sb 450.1sin f 1075.0V A =θ=γθ

?γ=

-，，