钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计-广工桥梁课程设计.docx

课 程 设 计 课程名称： 桥梁工程 专 业： 道路与桥梁工程 年级班级： 12路桥(1)班 学 号： 3112003638 姓 名： 胡涵 指导教师： 黄娟 2015 年 6 月 25 日广东工业大学课程设计任务书题目名称钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计学生学院土木与交通工程学院专业班级12路桥（1）班姓 名胡涵学 号3112003638一、 课程设计的内容1、 教学目的：学生通过桥梁工程设计的训练，可以进一步掌握在桥梁工程课本中所学到理论知识，并经过亲自做桥梁工程设计来熟悉设计方法、计算理论、计算公式，熟悉在桥梁设计中如何运用桥梁规范，为今后的毕业设计及走上工作岗位打下一个良好的专业基础。2、设计基本资料：说明：学生共分为四个小组，每个小组基本资料不同，简支梁主梁高H分别取为：132CM、134CM、136CM、138CM，见图1。1）桥面净宽：净7+20.75M2）设计荷载：汽车“公路级，人群荷载：3KN/M23）材料：主筋：级，构造筋：级 混凝土：桥面铺装：C25，主梁：C304）结构尺寸：详见图1、图2 主梁：计算跨径：L=1950cm 全长：L=1996cm 人行道、栏杆每延米（两侧）重2.0KN/m（为每片主梁分到的值）。3、设计计算内容：1）计算行车道板内力，并据此计算和配置翼板主筋。行车道板按铰接板计算;汽车荷载：按车辆荷载计算。2） 主梁设计计算：、 计算主梁1、2、3在汽车、人群荷载作用下的横向分布系数。支点用杠杆法，跨中用GM法。、 桥梁沿跨长纵向按IL(影响线)布载求活载内力。、 计算活载跨中弯矩时，不考虑横向分布系数沿桥长方向的变化，计算支点活载剪力时，要计入横向分布系数沿跨长方向的变化的影响。、 主梁控制截面：M中 、M1/4 、Q支点、 主梁跨中截面受拉主筋计算（其余钢筋不算）。、 计算活载挠度及预拱度。参见教材第172页公式。3） 横隔梁内力计算，并据此计算配置主筋（按T形截面配置下缘受拉主筋）。说明：、横隔梁内力计算采用“偏心法”，取中横隔梁计算。 、控制截面：M3、M2-3、Q1右、Q1-24、绘图内容：1）上部构造纵、横剖面图（纵断面只画主梁，参见教材第152页，图2-5-55，但尺寸要改变）。2） 主梁配筋图（参考教材第81页，图2-4-15绘制，但主筋按自己计算值配制，梁高按各组的H值计）。二、课程设计的要求与数据1、 必须严格执行各桥梁设计规范，每一设计步骤都必须按规范的要求进行，要训练会查规范、会用规范。2、 设计中多参阅有关资料，特别是对于没有设计经验的初学者来讲，更应多借鉴前人的设计经验和实例。3、 绘制桥梁设计图时必须按桥梁设计图纸的规定进行绘制，从线形、布置、到标注方式都力求准确无误，不得自行、随意设定图中的各项参数。4、 养成科学的求真务实态度，要求计算准确，计算说明书格式要规范，计算中所取各种参数要有根有据。三、课程设计应完成的工作1、计算行车道板内力，并据此计算和配置板主筋。2、主梁设计计算，并据此计算配置主筋。3、横隔梁内力计算，并据此计算配置主筋4、绘图内容：上部构造纵、横剖面图主梁配筋图四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期周一布置任务、收集设计资料、借阅参考资料周一上午9：00在教2- 314布置任务第一周周二计算桥面行车道板内力及配筋教第一周周三主梁设计计算：主梁横向分布计算（G-M法）教第一周周四杠杆法计算横向分布系数求主梁活载内力教第一周周五主梁内力组合、计算教第一周周一主梁配筋设计、计算教第二周周二横隔梁内力计算、配筋教第二周周三绘制设计图：主桥上部构造纵、横断面图、主梁配筋图教第二周周四教第二周周五整理设计计算书,待上交教第二周五、应收集的资料及主要参考文献1、王序森等.桥梁工程.北京：中国铁道出版社，19952、公路桥涵施工技术规范实施手册(JTJ041-2000)3、姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社，20054、凌治平等.基础工程.北京：人民交通出版社，20045、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）.北京：人民交通出版社19866、金成棣.预应力混凝土梁拱组合桥梁-设计研究与实践.北京：人民交通出版社，20017、马保林.高墩大跨连续刚构桥. 北京：人民交通出版社，20018、吴胜东等.斜拉桥-润扬长江公路大桥建设. 北京：人民交通出版社，20059、公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）. 北京：人民交通出版社，200410、雒文生.水文学.北京：中国建筑工业出版社，200411、易建国.混凝土简支梁(板)桥. 北京：人民交通出版社，201212、Man-Chung Tang.Cable-Stayed Bridges.2000 by CRC Press LLC13、Kenneth J. Fridley.Timber Bridges.2000 by CRC Press LLC14、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范.（JTG D62-2004）北京：人民交通出版社，2004发出任务书日期：2015年8月29日 指导教师签名：计划完成日期： 2015年8月29日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章：钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计一、设计资料1、 桥面净空：净7+20.75M2、 设计荷载：汽车“公路级，人群荷载：3KN/M23、 材料：主筋：HRB335，构造筋：R235混凝土：桥面铺装：C25，主梁：C304、 结构尺寸：如下图所示主梁：计算跨径：L=1950cm,全长：L=1996cm,梁高132cm。人行道、栏杆每延米（两侧）重2.0KN/m（为每片主梁分到的值）。 主梁简图（尺寸单位：cm） 横隔梁简图（尺寸单位：cm)二、 行车道板计算1、每米板宽恒载集度：沥青混凝土面层（重度为23kN/m2 ）g1=0.02123kN/m=0.46kN/mC25混凝土垫层（重度为24kN/m2 ）g2=0.06+0.1212124kN/m=2.16kN/mT形梁翼板（重度为25kN/m2 ）g3=0.08+0.1412125kN/m=2.75kN/m板的荷载集度g=0.46kN/m+2.16kN/m+2.75kN/m=5.37kN/m2、每米宽板条恒载内力：弯矩值为：MAg=-12gl02=-125.370.712kNm=-1.35kNm剪力值为：VAg=gl0=5.370.71kN=3.81kN3、活载内力：汽车荷载产生的内力计算。将车轮对中布置在接缝处（如图）。加重车两个后轴重各为p=140kN，轮压分布宽度如图所示。车轮着地长度a2=0.20m，宽度b2=0.60m。则作用在板上的压力面边长：a1=a2+2H=0.20m+20.11m=0.42m b1=b2+2H=0.60m+20.11m=0.82m 悬臂根部的荷载分布宽度为：a=a1+d+2l0=0.42m+1.4m+20.71m=3.24m 冲击系数为=0.3。作用在每米宽板条上弯矩为：MAp=-1+2P4al0-b14=-1.3214043.240.71-0.824kNm=-14.18kNm作用在每米宽板条上剪力按自由悬臂板计算，车轮靠板根部布置，且b1l0，则：VAp=1+2P2ab1l0=1.3214023.240.820.71kN=48.64kN4、作用效应组合：按承载能力极限状态设计，其效应组合设计值为：MAd=1.2MAg+1.4MAp=1.2-1.35kNm+1.4-14.18kNm =-21.47kNmVAd=1.2VAg+1.4VAp =1.23.81kN+1.448.64kN=72.67kN5、桥面板主筋计算与配置：行车道板主要承受负弯矩，截面处弯矩组合设计值Md=21.47kNm。拟采用C30混凝土和HRB335级钢筋，由表查得相对界限受压区高度b=0.56。又由表查得fcd=13.8MPa，ftd=1.39MPa，fsd=280MPa。桥梁结构重要系数0=1.0。拟采用单筋矩形截面形式。假设as=40mm，则有效受压区高度h0=140-40=100mm。（1）求受压区高度x0Mdfcdbxh0-x21.021.4710313.81x100-x2求得x=17mm（2）求所需钢筋数量AsfsdAs=fcdbxAs=fcdbxfsd=13.8100017280=838mm2（3）选择并布置钢筋选用HRB335钢筋714（As=1078mm2），混凝土保护层厚度c=30mm，故as=30+16.22=38.1mm则有效高度：h0=140-38.1=101.9mm。最小配筋率：45ftd/fsd=451.39/280=0.220.2实际配筋率：=Asbh0=10781000101.9=1%min=0.22%（4）配筋验算fsdAs=fcdbxx=fsdAsfcdb=280107813.81000=22mmfcdbxh0-x2=13.8100022101.9-22210-6=27.597MPa0Md=21.46MPabh0=0.56101.9=57mmx=22mm满足要求。板的配筋同时也满足构造要求。三、主梁设计计算1、计算主梁、在汽车、人群荷载作用下的横向分布系数：（1）用杠杆原理法计算支点横向分布系数，如下图所示：梁横向分布系数：汽车荷载：moq=q2=0.8752=0.4375人群荷载：mor=r=1.422梁横向分布系数：汽车荷载：moq=q2=12=0.5人群荷载：mor=r=0（不在人行道上布载）梁横向分布系数：汽车荷载：moq=q2=12=0.594人群荷载：mor=r=0（2）用GM法计算跨中横向分布系数：1）计算几何特性主梁抗弯惯矩翼板的换算平均高度：h=8+142=11cm主梁截面重心位置：ax=160-1811112+132181322160-1811+13218=42.0cm可得到主梁抗弯惯矩为：Ix=112160-18113+160-181142-1122+112181323+181321322-422 =6915253cm4主梁的比拟单宽抗弯惯矩：Jx=Ixb=6915253160=43220cm4/cm横隔梁抗弯惯矩每根中横隔梁的尺寸如图所示确定有效宽度，横隔梁长度取两边主梁轴线的距离，即：l=4b=4160=640cmcl=235640=0.367查表可得： cl=0.367时，c=0.548因此=0.548235=129cm求横隔梁截面重心位置：ay=212911112+151001002212911+15100=20.9cm故横隔梁抗弯惯矩为：Iy=1122129113+21291120.9-1122+112151003+151001002-20.92=3221.892103cm4横隔梁比拟单宽抗弯惯矩为：Jy=Iya=3221.892103485=6643cm4/cm主梁和横隔梁的抗扭惯矩：对于主梁梁肋：主梁翼板的平均厚度h1=8+142=11cmt/b=18/(132-11)=0.1488，由表查得c=0.302，则：ITx=cbt3=0.302132-11183=213.112103cm4对于横隔梁梁肋：t/b=15/(100-11)=0.1685，由表查得c=0.298，则：ITy=cbt3=0.298100-11153=89.512103cm4最后得：JTx+JTy=13h13+1bITx+1aITy=13113+213112160+89512485=1960cm4/cm2）计算参数和B=16052=400cm=Bl4JxJy=40019504489046643=0.3379=GJTx+JTy2EJxJy=0.4E20542E489046643=0.0228则=0.0228=0.1513）计算各主梁横向影响线坐标已知=0.3379，从GM法计算图表可查得影响系数K1和K0的值，如表1所示。表1 影响系数K1和K0的值影响系数梁位荷载位置校核B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-BK100.940.9711.041.071.0410.970.948.03B/41.071.11.091.091.0310.940.880.838.08B/21.231.191.151.0810.920.860.790.757.983B/41.411.311.191.080.980.880.790.730.678B1.721.461.251.080.930.820.720.670.598.08K000.810.920.991.11.131.10.990.920.817.96B/41.621.51.341.221.080.880.640.40.197.965B/22.432.11.751.380.980.660.26-0.16-0.537.923B/43.332.752.11.50.960.42-0.15-0.59-1.198.06B4.23.32.431.670.840.2-0.55-1.12-1.777.98用内插法求实际梁位处的K1和K0值，实际梁位与表列梁位的关系如图。因此，对于梁：K=K34B+KB-K34B20100=0.2KB+0.8K34B对于梁：K=K14B+K12B-K14B60100=0.6K12B+0.4K14B对于梁：K=K0（这里K0指表列梁位在0点的值）现将、和梁的横向影响线坐标值列表计算于下，如表2：表2 号、号和号梁的横向影响线坐标值梁号算式荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-BK1=0.2K1B+0.8K134B1.4721.341.2021.080.970.8680.7760.7180.654K0=0.2K0B+0.8K034B3.5042.862.1661.5340.9360.376-0.23-0.696-1.306K1-K0-2.032-1.52-0.964-0.4540.0340.4921.0061.4141.96K1-K0-0.307 -0.230 -0.146 -0.069 0.005 0.074 0.152 0.214 0.296 K=K0+K1-K03.197 2.630 2.020 1.465 0.941 0.450 -0.078 -0.482 -1.010 1i=K/50.639 0.526 0.404 0.293 0.188 0.090 -0.016 -0.096 -0.202 K1=0.6K112B+0.4K114B1.1661.1541.1261.0841.0120.9520.8920.8260.782K0=0.6K012B+0.4K014B2.1061.861.5861.3161.020.7480.4120.064-0.242K1-K0-0.94-0.706-0.46-0.232-0.0080.2040.480.7621.024K1-K0-0.142 -0.107 -0.069 -0.035 -0.001 0.031 0.072 0.115 0.155 K=K0+K1-K01.964 1.753 1.517 1.281 1.019 0.779 0.484 0.179 -0.087 2i=K/50.393 0.351 0.303 0.256 0.204 0.156 0.097 0.036 -0.017 K1=K100.940.9711.041.071.0410.970.94K0=K000.810.920.991.11.131.10.990.920.81K1-K00.130.050.01-0.06-0.06-0.060.010.050.13K1-K00.020 0.008 0.002 -0.009 -0.009 -0.009 0.002 0.008 0.020 K=K0+K1-K00.830 0.928 0.992 1.091 1.121 1.091 0.992 0.928 0.830 3i=K/50.166 0.186 0.198 0.218 0.224 0.218 0.198 0.186 0.166 4）计算各梁的荷载横向分布系数用表2中计算所得的荷载横向影响线坐标值绘制横向影响线图，如图所示：（注：图中带小圈点的坐标均是表列各荷载点的数值）在影响线上按横向最不利位置布置荷载后，可按相对应的影响线坐标值求得主梁的荷载横向分布系数。对于梁：汽车荷载：mcq=12=120.525+0.315+0.178-0.005=0.507人群荷载：mcr=r=0.624对于梁：汽车荷载：mcq=120.350+0.265+0.199+0.103=0.459人群荷载：mcr=0.387对于梁：汽车荷载：mcq=120.186+0.214+0.223+0.200=0.412人群荷载：mcr=20.169=0.338根据以上计算结果，可取荷载横向分布系数较大的梁作为设计梁。对于梁横向分布系数：汽车荷载： mcq=0.507人群荷载： mcr=0.624 2、荷载横向分布系数沿桥跨径方向的变化：自14l至的区段内，荷载横向分布系数取跨中横向分布数值；支点截面取支点横向分布系数；自支点至14l区段按直线变化。3、主梁内力计算：（1）恒载集度主梁：g1=0.181.32+0.08+0.1421.60-0.1825kN/m=9.85kN/m边主梁横隔梁： g2=1.00-0.08+0.1421.60-0.1820.1552519.50kN/m=0.61kN/m中主梁横隔梁：g2=20.61kN/m=1.22kN/m沥青混凝土面层：g3=0.027.00215kN/m=0.59kN/mC25混凝土垫层：g4=120.06+0.127.00245kN/m=3.02kN/m栏杆和人行道：g5=2.00kN/m边主梁的全部恒载集度为：g=gi=9.85+0.61+0.59+3.02+2.00=16.07kN/m中主梁的全部恒载集度为：g=gi=9.85+1.22+0.59+3.02+2.00=16.68kN/m（2）恒载内力计算边主梁的弯矩和剪力,计算图式如图所示，则： Mx=gl2x-gxx2=gx2(l-x) Qx=gl2-gx=g2l-2x 各计算截面的剪力和弯矩值，列于表3内。 表3 边主梁恒载内力 内力截面位置x 剪力Q（KN） 弯矩M（kNm） x=0 156.7 0 x=l/4 78.3 572.9 x=l/2 0 763.8（3）活载内力1）荷载横向分布系数荷载横向分布系数，跨中mc和支点m0列于表中，如表4所示。表4 荷载横向分布系数梁号荷载分类mcm0（）汽车荷载0.5070.438人群荷载0.6241.422（）汽车荷载0.4590.500人群荷载0.3870.000汽车荷载0.4120.594人群荷载0.3380.0002）主梁各截面弯矩计算主梁弯矩时，对跨中的荷载横向分布系数与跨内其他各点上的荷载横向分布系数采用相同的值mc。简支梁的自振频率mc=Gg=16.071039.81=1638.12Ic=0.0691525m4E=3.01010故f=2l2EIcmc=219.523.010100.06915251638.12=4.649Hz由于1.5Hzf14Hz，故冲击系数=0.1767lnf-0.0157=0.256。双车道，=1；PK=238kN，qk=10.5kN/m，qr=30.75=2.25kN/m。由公式Mq=1+mcqPKyK+qK Mr=mcrqr分别计算主梁各截面汽车荷载与人群荷载引起的弯矩，计算结果如表5所示。表5 主梁各截面弯矩值M（kNm）梁位汽车荷载人群荷载x=0x=l/4x=l/2x=0x=l/4x=l/2yk=0=0yk=3l/16=3l2/32yk=l/4=l2/8=0=3l2/32=l2/8（）0792.51056.6050.166.7（）0717.5956.6031.041.40644.0858.6027.136.13）计算跨中截面车道活载最大剪力 Q的影响线面积：=121219.50.5=2.438m Ql2,q=1.25610.507(10.52.438+1.22380.50)=107.24kN4) 计算跨中截面人群荷载最大剪力 Ql2，r=0.624（3.00.75）2.438=3.42kN5）计算支点截面车道荷载最大剪力作荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化图形和支点剪力影响线，如图所示。横向分布系数变化区段长度： a=1219.5-4.85=4.9m对应于支点剪力影响线的荷载布置，如图所示。影响线面积为=1219.51=9.75m. Q0，q=1+mcqk+1.2Pky+Q0,q =1.25610.507(10.59.75+1.22381)+Q0,q =247.06kN+Q0,q附加三角形荷载重心处的影响线坐标为： y=1（19.5-134.9）19.5=0.916，且moM=2501.3kNm故属于第一类T形截面。3）求受压区高度x0Mdfcdbfxh0-x21.02501.3106=13.81600x1190-x2求得x=99mmd=32mm及规定的30mm，钢筋间横向净距Sn=180-233-235.8=42mm40mm及1.25d=1.2532=40mm。故满足构造要求。（2）截面复核已设计的受拉钢筋中，832的面积为6434mm2，425的面积为1964mm2，fsd=280MPa。故as=643433+235.8+196433+435.8+28.46434+1964=128mm则实际有效高度h0=1320-128=1192mm。1）判定T形截面类型fcdbfhf=13.81600110=2.43106Nm=2.43kNmfsdAs=6434+1964280=2.35106Nm=2.35kNm由于fcdbfhffsdAs，故为第一类T形截面。2）求受压区高度xfsdAs=fcdbfxx=fsdAsfcdbf=280839813.81600=106mmM=2501