桥梁工程课程设计任务书1.docx

三峡大学桥梁工程课程设计任务书 设计题目: 桥梁工程课程设计任务书 学 院： 土木与建筑学院 桥梁工程课程设计课程设计名称：桥梁工程课程设计课程设计学分：2 课程设计周（时）数：2课程设计授课单位：土木工程系指导方式：集体辅导与个别辅导课程设计适用专业：土木工程（道桥方向）课程设计教材及主要参考资料：桥梁工程.姚玲森编.人民交通出版社，1990年桥梁工程.邵旭东等编.人民交通出版社，2007年桥梁工程.范立础编.人民交通出版社，2001年简支梁桥示例集.易建国编.人民交通出版社，2000年桥梁工程课程设计指导书.桥梁教研室.哈尔滨工业大学教材科，2002年梁桥设计手册.桥梁编辑组.人民交通出版社，1990年公路桥涵设计通用规范（jtg d60-2004）人民交通出版社 北京拱桥设计手册（上、下）.桥梁编辑组.人民交通出版社，1990年配筋混凝土结构设计原理 袁国干主编，同济大学出版社服务课程名称: 桥 梁 工 程一、课程设计（）教学目的及基本要求1、了解并掌握中小跨径简支梁桥上部结构的一般设计方法，具备初步的独立设计能力；2、初步掌握简支梁桥荷载横向分布系数m、主梁计算内力、横隔梁的计算弯矩、行车道板计算内力、橡胶支座的选择及验算等计算能力；3、提高综合运用所学理论知识，具有独立分析问题和解决问题的能力；二、基本设计资料基本设计资料(1)标准跨径：a. 16m b20m. c25m(2)桥面净宽：a.净7.5+21.0 b. 净7.5+20.25 c.净7+21.0d. 净7+20.25(3)车辆荷载：a 公路级、b公路级(4)人群荷载：a.3.0kn/b.3.5kn/三、设计内容及安排设计内容包括计算上要求和绘图上的要求：1、计算上要求为：确定主梁的计算内力，包括恒载内力，用修正刚性横梁法、杠杆原理法计算荷载横向分布。作出荷载横向分布影响线、计算荷载横向分布系数（支点截面和跨中截面）、支点截面剪力、l/4处和跨中处弯矩、组合内力；确定横隔梁的计算弯矩（活载用考虑抗扭刚度影响的偏心压力法求）；行车道板内力计算（包括单向板、悬臂板），给出组合内力；支座尺寸的拟定及计算。2、绘图上的要求为：根据基本参数在3#图纸上给出该桥纵断面、横断面及平面图；在3#图纸绘桥跨主梁的配筋、横隔梁的配筋图。具体安排如下：根据标准跨径、桥面净宽、车辆荷载和人群荷载的不同进行组合，一人一题，不相重复；根据题目要求，查阅有关资料，确定纵断面、横断面形式，合理选择截面尺寸，主梁根数；独立进行内力计算编写课程设计报告及绘图。四、课程设计的考核方法及评定课程结束时，要求学生提供以下文件1、课程设计计算书；2、a3工程图纸课程设计成绩有二部分组成，总分数为二个部分积分的平均。五、课程设计时间安排安排在课程结束后短学期内任务分配表：序号：1、60-aaaa，2、61-aaab，3、63-aaba，4、63-aabb，5、64-baaa，6、65-baab，7、66-baba，8、67-babb， 9、68-abaa，10、69-abab，11、70-abba，12、71-abbb，13、72-bbaa，14、73-bbab，15、74-bbba，16、75-bbbb，17、76-caaa，18、77-caaab，19、78-cbaa，20、79-cbab，21、80-cbbb，22、81-cbba， 23、82-caab,24、83-cabb，25、84-ccaa，26、85-ccab，27、86-ccba，28、87-ccbb，29、88-cdaa， 30、89-cdab，31、90-cdbb，32、91-cdba，33、92-acaa，34、93-acab，35、94-acba，36、95-acbb， 37、96-bcaa，38、97-bcba，39、98-bcbb，40、99-bcab，41、100-bdaa，42、101-bdab，43、102-bdbb， 44、103-bdba,45、104-cdaa，46、105-cdab，47、106-cdbb，48、107-cdba，49、108-adaa，50、109-adab， 51、110-adba，52、111-adbb，53、112-acbb，54、113-acaa，55-acab，56、-acba，57、-adaa， 58、-adbb，59、-adaa一、设计资料1 桥面净宽：净7.5m(行车道)+21.0（护栏） 荷载： 公路级2 跨径及梁长：标准跨径 计算跨径 主梁全长3 材料 钢筋：采用hrb300钢筋，hrb335钢筋。 混凝土： 主梁：c40 人行道及栏杆：c25桥面铺装：c25（重度24kn/m）4 技术规范：公路桥涵设计通用规范（jtgd602004） 公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（gtgd622004）2、 桥梁尺寸拟定1 主梁高度：h=1.50m梁间距：采用5片主梁，间距1.7m。2 横隔梁：采用五片横隔梁，间距为54.9m,梁高1.2m, 横隔 梁下缘为17cm,上缘为18cm。3 主梁梁肋宽：梁肋宽度为20cm。4 桥面铺装：分为上下两层，上层为沥青砼厚2.0cm, 下层为c25 防水混凝土垫层厚9.0cm。桥面采用1.5%横坡。5 桥梁横断面及具体尺寸：（见作图）6.桥梁纵断面及具体尺寸：（见作图）三、桥梁计算 一、主梁的计算 1、主梁的抗弯及抗扭惯性矩、 求主梁界面的重心位置（图3） 、平均板厚： h=1/2（10+18）=14（cm） 2. 计算结构自重集度（表1） 结构自重集度计算表 表1 主梁横隔梁对于边主梁对于中主梁桥面铺装层栏杆及人行道合计对于边主梁对于中主梁3.结构自重内力计算（表2） 边中主梁自重产生的内力 表2截面位置x内力剪力q（kn）弯矩（knm）x=0 （0） （0）主：括号（）内值为中主梁内力3. 汽车、人群荷载内力计算 （1）支点处荷载横向分布系数（杠杆原理法）按桥规4.3.1条和4.3.5条规定：汽车荷载距人行道边缘不小于0.5m。在横向影响线上确定荷载横向最不利的布置位置（图4）图4 支点处各主梁的横向分布情况各梁支点处相应于公路级和人群荷载的横向分布系数计算（表3）表3梁号公路级人群荷载1（5）号梁1.52（4）号梁03号梁0（2）跨中荷载横向分布系数（修正偏心压力法）如前所述,本例桥跨内设有五道横隔梁,具有可靠的横向联系,且承重结构的宽跨比为：, 故可以按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数。计算抗扭修正系数： 求荷载横向分布影响线坐标 本桥梁各根主梁的横截面均相等，梁数n=5，梁间距为1.70m，则： 1（5）号梁在两边主梁处的横向影响线竖标值为： 2（4）号梁在两边主梁处的横向影响线的竖标值为： 3号梁在两边主梁处的横向影响线的竖标值为： 画出各主梁的横向分布影响线，并按最不利位置布置荷载，如（图5） 计算荷载横向分布系数mc（表4）梁号汽车荷载人群荷载1（5）号梁0.6342（4）号梁 0.4173号梁0.2(3)荷载横向分布系数汇总（表5） 荷载横向分布系数 表5梁号荷载位置 公路级人群荷载备注1（5）号梁跨中0.5650.634按“修正偏心压力法”计算支点0.4561.5按“杠杆法”计算2（4）号梁跨中0.4820.417按“修正偏心压力法”计算支点0.5000按“杠杆法”计算3号梁跨中0.4000.2按“修正偏心压力法”计算支点0.6180按“杠杆法”计算(4)均布荷载和内力影响线面积计算（表6） 均布荷载和内力影响线面积计算表 表6截面类型公路级均布荷载（kn/m）人群（kn/m）影响线面积（或m）影响线图线10.53.010.53.0 10.53.010.53.0(5)公路级集中荷载计算 计算弯矩效应时： 计算剪力效应时: (6)计算冲击系数 c40混凝土e取 介于1.5hz和14hz之间，按桥规2.3.4条规定，冲击系数按照下式计算： （7） 各梁的弯矩m1/2、m1/4和剪力q1/2计算 因双车道不折减，故。如（表7）梁号截面荷载类型qk或qr（kn/m）pk(kn)1+mc或ys（knm或kn）s1或5号梁m1/2公路10.5258.41.2450.56575.65558.751676.611117.86人群3.0/0.63475.65 143.89 m1/4公路10.5258.41.2450.56556.73419.011257.40838.39人群3.0/0.63456.73107.90q1/2公路10.5310.081.2450.5653.07522.71131.770.5109.06人群3.0/0.6343.0755.85 2或4号梁m1/2公路10.5258.41.2450.48275.65476.671430.31953.64m人群3.0/0.41775.65 94.64 m1/4公路10.5258.41.2450.48256.73357.451072.68715.23人群3.0/0.41756.7370.97q1/2公路10.5310.081.2450.4823.07519.38112.410.593.04人群3.0/0.4173.0753.853号梁m1/2公路10.5258.41.2450.40075.65395.571186.98791.40m人群3.0/0.275.65 45.39 m1/4公路10.5258.41.2450.40056.73296.14890.19593.55人群3.0/0.256.7334.04q1/2公路10.5310.081.2450.4003.07516.0893.290.577.21人群3.0/0.23.0751.85（8）计算支点截面汽车荷载最大剪力绘制1(5)号梁的荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图 图6（a） 1(5)号梁支点计算简图（尺寸单位：m） 横向分布系数变化区段的长度： m变化区荷载重心处的内力影响线坐标为 利用桥梁工程（邵旭东 主编）的式（2-3-44）和式（2-3-46）计算，则得则，公路-级作用下，1(5)#梁支点的最大剪力为计算支点截面人群荷载的最大剪力同理绘制2(4)号梁的荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图图6（b） 2(4)号梁支点计算简图（尺寸单位：m）则，公路-级作用下，2(4)#梁支点的最大剪力为支点截面人群荷载的最大剪力绘制3号梁的荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图6(c)图6（c） 3号梁支点计算简图（尺寸单位：m） 则，公路-级作用下，3#梁支点的最大剪力为支点截面人群荷载的最大剪力（9）内力组合 承载能力极限状态内力组合计算（表8） 永久荷载作用分项系数: =1.2 汽车荷载作用分项系数：=1.4 人群荷载作用分项系数：=1.4可变作用效应的频遇值系数：汽车荷载（不计冲击力）取0.7，人群荷载取1 弯矩（knm）剪力（kn）组合表 表8梁号内力结构自重汽车荷载人群荷载1或5m1/21486.41676.6143.94292.0882803.92m1/41113.11570.4107.93655.1282320.28q1/20131.775.9191.08698.139q0241.7262.0430.8691.392455.9282或4m1/21559.81430.394.6 3980.1322655.61m1/41169.81072.771.0 2985.061991.69q1/20112.413.9 161.74282.587q0253.6271.1911.9 697.314455.3333m1/21559.81187.045.43584.4082436.1m1/41169.8890.1934.02688.1061826.933q1/2093.291.9132.73467.203q0253.6310.995.7746.09476.993注：桥梁结构重要性系数，本例取为1.0 与其它可变荷载作用效应组合系数，本例取为0.8二、主梁的配筋1.正弯矩配筋由弯矩基本组合计算表7可以看出,1号梁值最大,考虐到施工方便,并留有一定的安全储备,故按1号梁计算弯矩进行配筋。设钢筋净保护层为3.3cm,钢筋重心至底边距离为a=18cm,则主梁有效高度为已知1号梁跨中弯矩，下面判断主梁为第一类t形截面或第二类t形截面：若满足，则受压区全部位于翼缘内，为第一类t形截面，否则位于腹板内，为第二类t形截面。式中，为桥跨结构重要性系数，取为1.0；为混凝土轴心抗压强度设计值，因为是c40混凝土，故；为t形截面受压区翼缘有效宽度，取下列三者中的最小值。（1）计算跨径的1/3：（2）相邻两梁的平均间距：d=170cm（3）此处，b为梁腹板宽度，其值为20cm，为承托长度，其值为75cm,为受压区翼缘悬出板的平均厚度，其值为14cm。本例中由于故，为承托根部厚度，其值为10cm。所以取。判别式左端为判别式右端为因此，受压区位于翼缘内，属于第一类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。设混凝土截面受压区高度为x,则利用下式计算： 则解得x=0.10根据式：选用6根直径为36mm和4根直径为40的hrb335钢筋，则钢筋布置如图7所示。钢筋重心位置为:查表,可知,故则截面受压区高度符合规范要求.配筋率为0.2%故配筋率满足规范要求。2.持久状况截面承载能力极限状态计算 按截面实际配筋面积计算截面受压区高度为 截面抗弯极限状态承载力为验算截面抗弯承载力：抗弯承载力满足要求。3.斜截面抗剪承载力计算 支点剪力3号梁为最大，考虑安全因素，一律采用3号梁剪力值经行抗剪计算，跨中剪力效应以1号梁为最大，一律采用1号梁剪力值经行计算。 假定最下排2根钢筋没有弯起而通过支点，则有：故端部抗剪截面尺寸满足要求。若满足条件，则不需要进行斜截面抗剪强度计算，仅按构造要求配置钢筋。而 则应进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。（1） 斜截面配筋计算图式 最大剪力取用距离支座中心h/2(梁高一半)处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担的剪力不小于，弯起钢筋（按45度弯起）承担的剪力不大于。 计算第一排（从支座向跨中计算）弯起钢筋时，取用距离支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 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。弯起钢筋及计算图式如下由内插可得，距离支座中心h/2处得剪力效应为则 弯起钢筋图示及计算图示 图8（尺寸单位：cm）相应各排弯起钢筋的位置及承担的剪力值如下,表10 弯起钢筋的位置及承担的剪力值计算 表10斜筋排次弯起点距支座中心距离/m承担的剪力值斜筋排次弯起点距支座中心距离/m承担的剪力值11.213284.9044.402117.2922.345250.6955.33956.9133.409181.91（2） 各排弯起钢筋的计算，与斜截面相交的弯起钢筋抗剪承载能力按下式计算 -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）-弯起钢筋与纵向轴线的夹角。则计算得每排弯起钢筋的面积见下表 每排弯起钢筋的面积计算表 表11弯起排次每排弯起钢筋计算面积弯起钢筋数目每排弯起钢筋实际面积11790.702362035.821575.682362035.831143.372281231.54737.212281231.55357.702281231.5在靠近跨中处，增设216的辅助斜钢筋，=402.1mm2.（3） 主筋弯起后持久状况承载能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，有效高度的值也因此不同。为了简化计算，可用同一数值影响不会很大。236钢筋的抵抗弯矩为228钢筋的抵抗弯矩为跨中截面的抵抗弯矩为全梁抗弯承载力校核见下图。图9图9 全梁抗弯承载力验算图示(尺寸单位:cm)第一排弯起钢筋弯起处正截面承载力为第二排弯起钢筋弯起处正截面承载力为第三排弯起钢筋弯起处正截面承载力为第四排弯起钢筋弯起处正截面承载力为第五排弯起钢筋弯起处正截面承载力为4.箍筋设计箍筋间距的计算式为式中 异号弯矩影响系数，受压翼缘的影响系数，斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，当2.5时，取=2.5同一截面上箍筋的总截面面积箍筋的抗拉强度设计值，选用r235箍筋，b用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的梁腹宽度（mm）用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的有效高度（mm）用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值分配于混凝土和箍筋共同承担的分配系数，=0.6用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值（kn）选用210双肢箍，则面积；距离支座中心/2处得主筋为236，有效高度 ,则，最大剪力设计值。相应的参数代入上式得按有关要求选用在支座中心向跨中方向长度不小于1倍梁高（150cm）范围内，箍筋间距取为100mm。由上述计算，箍筋配置如下：全梁箍筋的配置为210双肢箍，在由支座中心至支点1.500m段，箍筋间距取为100mm，其他梁段箍筋间距为200mm。箍筋配筋率为：当间距当间距均满足最小配箍率r235钢筋不小于0.18%的要求。 5.斜截面抗剪承载力验算斜截面抗剪强度验算位置为 距离支座中心h/2处截面 受拉区弯起钢筋弯起点出截面 锚于受拉区得纵向主筋开始不受力处得截面 箍筋数量或间距有改变的截面 构建腹板宽度有改变的截面因此，要进行斜截面抗剪强度验算的截面有(见图10)： 图10 斜截面抗剪验算截面图式（尺寸单位：cm）离支点中心h/2处截:1-1，相应的剪力和弯矩设计值为： 距支座中心1.213m处截面2-2（第一排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯设计值为：距支座中心2.345m处截面3-3（第二排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯设计值为：距支座中心3.409m处截面4-4（第三排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯设计值为：距支座中心4.402m处截面5-5（第四排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯设计值为：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。最大建立在计算出斜截面水平投影长度c值后，可内插求得；相应的弯矩值可从按比例绘制的弯矩图上量取。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 斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力设计值与斜截面相交的普通弯起钢筋的截面面积异号弯矩影响系数，简支梁取1.0受压翼缘的影响系数，箍筋的配筋率，计算斜截面水平投影长度为为了简化计算可近似取c值为， 由c值可内插求得各个斜截面顶端处得最大剪力和相应的弯矩。斜截面1-1：斜截面内有236纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为 则斜截面截割2组弯起钢筋236+236，故 斜截面2-2：斜截面内有236纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为 则斜截面截割2组弯起钢筋236+236，故 斜截面3-3:斜截面内有436纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为 则斜截面截割2组弯起钢筋236+228，故 斜截面4-4：斜截面内有636纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为 则斜截面截割2组弯起钢筋228+228，故 斜截面5-5：斜截面内有636+228纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为 则斜截面截割2组弯起钢筋228+216，故所以斜截面承载力符合要求。6.持久状况斜截面抗弯极限承载能力验算钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载能力不足而破坏的原因，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，故当受弯构件的纵向钢筋和箍筋满足构造要求时，可不进行斜截面抗弯承载力验算。三横隔梁配筋计算1.确定作用在跨中横隔梁上的可变作用具有多跟内横隔梁的桥梁，跨中处的横梁受力最大，通常只计算跨中横梁的作用效应，其余横梁可依据跨中横梁偏安全地选用相同截面尺寸和配筋。桥梁结构的局部加载计算应采用车辆荷载，下图为跨中横梁纵向最不利荷载布置。 图11 跨中横梁的最不利受载图式(尺寸单位:cm)纵向一行车轮和人群荷载对跨中横梁的计算荷载为：汽车跨中横梁受力影响线的面积人群 2.跨中横梁的作用效应影响线计算 一般横梁弯矩在靠近桥中线的截面较大，而剪力则在靠近两侧边缘处得截面较大。因此，图中所示的跨中横梁，只取a-a(2、3号梁的中点)、b-b（靠近3号主梁）两个截面计算横梁的弯矩，取1号主梁右侧c-c截面和2号主梁右侧d-d截面计算剪力。采用修正的刚性横梁法计算横梁作用效应，先作出相应的作用效应影响线。(1)弯矩影响线 计算公式：在桥梁跨中当单位荷载p=1作用在j号梁轴上时，i号梁轴所受的作用为竖向力（考虑主梁抗扭），于是，由平衡条件就可以写出a截面的弯矩计算式。当p=1作用在截面a-a的左侧时 即 式中 i号梁轴到a-a截面的距离； 单位荷载p=1作用位置到a-a截面的距离。当p=1作用在截面a-a的左侧时，同理可得 计算弯矩影响线值：已计算出的横向影响线竖标值，得到：对于a-a截面的弯矩影响线可计算如下：当p=1作用在1号梁轴上时当p=1作用在4号梁轴上时当p=1作用在5号梁轴上时根据上面计算得三点坐标及a-a截面的位置，可以作出的影响线。同理，影响线计算式如下根据上面计算得三点坐标及b-b截面的位置，可以作出的影响线。(2).剪力影响线 1号主梁右截面的剪力影响线计算1）当p=1作用在计算截面以右时：（即为1号梁的荷载横向影响线）2）当p=1作用在计算截面以左时：2号主梁右截面的剪力影响线计算1）当p=1作用在计算截面以右时：如p=1作用在4号梁轴上时:如p=1作用在5号梁轴上时:2） 当p=1作用在计算截面以左时：如p=1作用在1号梁轴上时:影响线见相关图示计算见图 （a） （b） （c） （d） （e）图12 跨中横梁作用效应影响线图式（尺寸单位：cm）a)计算简图b）影响线 c) 影响线 d）1号梁右侧截面剪力影响线 e）2号梁右侧截面剪力影响线3.截面作用效应计算截面作用效应的计算公式为 式中 横梁冲击系数，取0.3，则； 车道折减系数，两车道为1.0； 汽车对于跨中横梁的计算荷载； 人群对跨中横梁的计算荷载； 与计算荷载相对应的横梁作用效应影响线的竖向坐标值； 与人群荷载相对应的影响线面积。可变作用汽车和人群在相应影响线上的最不利位置加载见相关图，横梁内力计算结果见下表。横梁截面作用效应计算表 表12汽车/124.1横梁冲击系数0.3人群/() 3.0车道折减系数10.939.0.3917一车道233.13-0.31320.93900.5437-0.0036两车道206.54-0.81650.1620-124.04/0.53510.34820.5151-0.0141两车道193.54/0.65890.3690一车道184.26荷载组合（）326.382()-173.656/270.9564. 横隔梁截面配筋与验算(1)正弯矩配筋(图13)把铺装层折算3cm计入截面，则横梁高度为103cm，横梁翼缘板有效宽度为：计算跨径的/3=2460cm/3=820cm相邻两横梁的平均间距 6150cm式中 受压区翼缘悬出板的厚度，含3充满铺装层厚度。横梁翼板有效宽度应取上述三者中的较小值，即，先假设a=8cm，则得横隔梁的有效高度为。其中，a为钢筋重心到底面得距离。假设中性轴位于上翼缘板内，由 则 解得满足要求的最小x值为，故假设正确。钢筋截面面积可由计算，则选用4根直径20的hrb335钢筋，。此时则而，满足规范要求。验算截面抗弯承载力：(2)负弯矩配筋（图14）此时，横梁为120cmx17.5cm的矩形截面梁。取,其中为钢筋重心到上缘距离。 解得。选用2根直径20的hrb335钢筋， 此时， 验算截面抗弯承载力横梁正截面配筋率计算均满足受拉钢筋最小配筋率0.20%的要求。(3)抗剪计算与配筋设计 则抗剪截面符合尺寸要求，但需要进行斜截面抗剪承载力的验算，通过计算配置抗剪钢筋，假定全部采用箍筋来承受剪力，选取箍筋为双肢，则，箍筋间