[工学]黑龙江大学桥梁工程课程设计.doc

黑龙江大学课程名称： 桥梁工程课程设计学 院： 建筑工程 专 业： 土木工程 学 号： 年 级： 学生姓名： 指导教师： 摘要本设计是根据设计任务书的要求和公路桥规中的相关规定，对一座中型桥梁的方案比选和设计。对该桥的设计，本着“安全，经济，美观，使用”的原则，提出了两种不同的桥型方案。方案一为预应力混凝土简支梁桥；方案二为梁拱组合桥，经由以上的原则及从设计施工等的多方面的考虑。确定第一方案为推荐方案。 在本设计中，桥梁上部结构采用预应力混凝土简支T型梁，桥梁全长45m,计算跨径44.96m采用预应力钢筋混凝土后张法进行设计，xm锚具施工。计算各根梁跨中和支点处的荷载横向分布系数时，跨中采用G-m法，支座处采用杠杆原理法，并通过分析梁的最不利荷载横向分布未得桥梁的剪力和弯矩设计值，并以此来进行主梁的预制和预应力钢木配筋和强度验算。横隔梁采用偏心压力法未计算其内力，在本设计中仅求出了最不利荷载的跨中横隔梁的控制内力，其它横隔梁以此为依据估算设计。桥梁的支座采用板式橡胶支座，再本设计中的全部图纸均采用计算机辅助设计绘制。关键词：预应力混凝土，简支梁桥，荷载横向分布系数，横隔梁，上部结构目录一、课题与设计资料3（一）设计资料3（二）设计荷载3（三）主梁跨径和全长3（四）材料3（五）缝宽度限值3（六）设计规范及参考书目3（七）桥位断面见附件4二、任务与要求4三、结构尺寸4四、设计步骤与方法5（一）行车道板计算51、结构自重及其内力51）每延米板上的结构自重g52）每米宽板条的恒载内力62、汽车车辆荷载产生的内力63、内力基本组合6（二）主梁内力计算71、恒载内力计算71）恒载集度72）恒载内力72、活载内力计算81)计算荷载横向分布系数8a)计算支点处的荷载横向分布系数8b)计算跨中的荷载横向分布系数102）相关数据系数计算以及车辆、人群荷载14a）公路-级中集中荷载 计算14b)计算冲击系数14c)多车道折减系数153）均布荷载和内力影响线面积计算164）计算主梁跨中活载弯矩16a) 跨中弯矩计算16b) 跨中弯矩计算175）计算主梁活载剪力18a)计算主梁跨中截面剪力18b)计算主梁支点截面活载剪力19（三）内力组合211、基本组合211) 四分点截面弯矩组合212) 跨中截面弯矩组合223) 梁端截面剪力组合224) 跨中截面剪力组合232、短期组合241) 四分点截面弯矩组合242) 跨中截面弯矩组合243) 梁端截面剪力组合254) 跨中截面剪力组合253、长期组合261) 四分点截面弯矩组合262) 跨中截面弯矩组合273) 梁端截面剪力组合274) 跨中截面剪力组合284、各组合值的整理28（四） 横隔梁的内力计算291、确定作用在中横隔梁上的计算荷载292、绘制中横隔梁的内力影响线301)绘制弯矩影响线302)绘制剪力影响线303、截面内力计算314、内力组合32一、课题与设计资料（一）设计资料1、装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计（1）桥面净空 净9+21m人行道（二）设计荷载 (第一组)公路级和人群荷载标准值为3（三）主梁跨径和全长计算跨径：44.96m (支座中心距离)；主梁全长：45m (主梁预制长度)。（四）材料1)钢筋：主钢筋采用热轧HRB335，构造钢筋采用热扎R2352)混凝土: 主梁混凝土：C30 横梁混凝土：C25 钢筋混凝土容重：25KN/m33)桥面铺装:沥青混凝土，容重为23kN/m3 ；混凝土垫层C25，容重为24kN/m3。 4)人行道 人行道包括栏杆荷载集度为6kN/m； 5)设计荷载 汽车荷载：公路级车道荷载和车辆荷载；人群荷载：3.0 KN/m2；（五）缝宽度限值：类环境（允许裂缝宽度0.02mm）。（六）设计规范及参考书目 1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004） 3）桥梁工程 4）混凝土结构设计原理 5）结构力学 6）桥梁通用构造及简支梁桥（七）桥位断面见附件二、任务与要求1、桥梁总体布置图，主梁纵、横截面布置图（CAD出图）2、桥面构造横截面图（CAD出图）；3、荷载横向分布系数计算书；4、主梁内力计算书；5、行车道板内力计算书；6、横隔梁内力计算书；三、结构尺寸 横断面共5片主梁，间距2.2m。纵断面共7道横隔梁，间距7.4m。尺寸拟定见图，T梁的尺寸见下表：单位：mm四、设计步骤与方法 （一）行车道板计算1、结构自重及其内力1）每延米板上的结构自重g沥青混凝土面层C25混凝土垫层T梁翼板自重合计 2）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P=140kN，轮压分布宽度如图，车轮荷载后轮着地长度为，宽度 则 荷载对于悬臂梁根部的有效分布宽度： 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 ： 作用于每米宽板条上的弯矩为： 作用于每米宽板条上的剪力为：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 3、内力基本组合 （二）主梁内力计算1、恒载内力计算1）恒载集度如表所示2）恒载内力 计算边、主梁的弯矩和剪力，计算式如下：边、主梁恒载内力 内力截面位置X剪力Q(KN)弯矩M(KNm)中主梁 边主梁中主梁边主梁中主梁边主梁2、活载内力计算计算活载（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）。1)计算荷载横向分布系数a)计算支点处的荷载横向分布系数根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）规定，在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置。对于车辆荷载，规定的车轮横向轮距为1.80M，两列汽车车轮的横向最小间距为1.30M，车轮距离人行道缘石最少为0.50M。 1号梁最不利荷载横向分布系数 对于车辆荷载 对于人群荷载 2号梁不利荷载横向分布系数 对于车辆荷载 对于人群荷载 3号梁不利荷载横向分布系数 对于车辆荷载 对于人群荷载 4号梁最不利荷载横向分布系数 对于车辆荷载对于人群荷载 5号梁不利荷载横向分布系数 对于车辆荷载 对于人群荷载b)计算跨中的荷载横向分布系数 此桥在跨度内设有横隔板，具有强大的横向联结刚性，且承重结构的长度比为，可按刚性横梁法绘制影响线并计算横向分布系数，本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=5, 梁间距为2.2米。 1号梁横向影响线竖标值 由、绘制1号梁的横向影响线，如下图所示，图中按公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置。 由、计算梁的横向影响线的零点位置，设零点距1号梁中心线距离x解得：零点位置已知后，就可求出各类荷载相应于各个荷载位置的影响线竖标值 和 如上图所示。设人行道缘石至1号梁中心线距离为 ，则: 于是对于1号梁的荷载横向分布系数可计算如下：对于车辆荷载 对于人群荷载 2号梁横向影响线竖标值 由、绘制2梁的横向影响线，如下图及最不利荷载位置由、计算梁的横向影响线的零点位置距1号梁中心线距离求出各类荷载相应于各个荷载位置的影响线竖标值 和 如上图所示。人行道缘石至1号梁中心线距离为0.1m。 对于车辆荷载 对于人群荷载 3号梁横向影响线竖标值 由、绘制3号梁的横向影响线，如下图及最不利荷载位置由、可知梁的横向影响线为矩形图。求出各类荷载相应于各个荷载位置的影响线竖标值 和 如上图所示。人行道缘石至1号梁中心线距离为0.1m。 对于车辆荷载 对于人群荷载 横向分布系数表梁号荷载位置公路-级人群荷载1、5跨中0.60.655支点0.4091.2732、4跨中0.60.427支点0.79503跨中0.40.4支点0.79502）相关数据系数计算以及车辆、人群荷载查书公路-级荷载10.5kN/m，人群荷载3.0kN/m2a）公路-级中集中荷载 计算 当桥梁计算跨径在550m之间时，采用内插法求的： 计算弯矩效应时 计算剪力效应时 b)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C30混凝土E取 根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中第4.3.2条之五，当1.5Hzf14H时，则冲击系数： c)多车道折减系数 因双车道不折减，故 各系数、荷载图表项目依据数值冲击系数1+公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中第4.3.2条1.3多车道折减系数公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中第4.3.1条1.0人群荷载（R为人行道宽）3.0kN/m2计算弯矩效应集中荷载230KN计算剪力效应集中荷载1.2276KN车辆荷载公路-级10.5kN/m3）均布荷载和内力影响线面积计算项目计算图示影响线面积M (m2) M1/2M1/4Q1/2Q0 均布荷载和内力影响线面积计算表 4）计算主梁跨中活载弯矩a) 跨中弯矩计算 由于跨中弯矩横向分布系数计算1（5）号、2（4）号、3号梁的弯矩，计算如下： （1）对于1号、5号梁 公路级汽车活载的跨中弯矩： 人群荷载的跨中弯矩： （2）对于2号和4号梁 公路v级汽车活载的跨中弯矩： 人群荷载的跨中弯矩： （3）对于3号梁 公路级汽车活载的跨中弯矩： 人群荷载的跨中弯矩： b) 跨中弯矩计算 由于跨中弯矩横向分布系数计算1（5）号、2（4）号、3号梁的弯矩，计算如下： （1）对于1号、5号梁 公路级汽车活载的跨中弯矩： 人群荷载的跨中弯矩： （2）对于2号和4号梁 公路级汽车活载的跨中弯矩： 人群荷载的跨中弯矩： （3）对于3号梁 公路级汽车活载的跨中弯矩： 人群荷载的跨中弯矩： 5）计算主梁活载剪力a)计算主梁跨中截面剪力（1）对于1号和5号梁 公路级汽车活载的跨中剪力： 人群荷载的跨中剪力： （2）对于2号和4号梁 公路级汽车活载的跨中剪力： 人群荷载的跨中剪力： （3）对于3号梁 公路级汽车活载的跨中剪力： 人群荷载的跨中剪力： b)计算主梁支点截面活载剪力 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。 横向分布系数变化区段的长度：影响线的面积为： 附加三角形重心影响线坐标 ： （1）对于1号和5号梁 公路级汽车活载的支点剪力： 人群荷载的支点剪力： （2）对于2号和4号梁 公路级汽车活载的支点剪力： 人群荷载的支点剪力： （3）对于3号梁 公路级汽车活载的支点剪力： 人群荷载的支点剪力： （三）内力组合 根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）有关规定，本设计采用以下效应：1、基本组合 其中，1) 四分点截面弯矩组合四分点截面弯矩M（）梁号恒载（KNm）活载（KNm）汽车人群1、5649.66823.7956.422、4677.49823.7936.783677.49549.1934.452 弯矩： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁2) 跨中截面弯矩组合跨中截面弯矩M（）梁号恒载（KNm）活载（KNm）汽车人群1、5866.1901098.3975.222、4903.3231098.3949.043903.323732.2645.94 弯矩： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁3) 梁端截面剪力组合梁端截面剪力V（）梁号恒载（KN）活载（KN）汽车人群1、5197.992213.1520.932、4206.47362.288.633206.47343.898.08 剪力： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁4) 跨中截面剪力组合跨中截面剪力V（）梁号恒载（KN）活载（KN）汽车人群1、50125.564.302、40125.562.803083.702.63 剪力： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁2、短期组合 其中，1) 四分点截面弯矩组合四分点截面弯矩M（）梁号恒载（KNm）活载（KNm）汽车人群1、5649.66823.7956.422、4677.49823.7936.783677.49549.1934.452 弯矩： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁2) 跨中截面弯矩组合跨中截面弯矩M（）梁号恒载（KNm）活载（KNm）汽车人群1、5866.1901098.3975.222、4903.3231098.3949.043903.323732.2645.94 弯矩： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁3) 梁端截面剪力组合梁端截面剪力V（）梁号恒载（KN）活载（KN）汽车人群1、5197.992213.1520.932、4206.47362.288.633206.47343.898.08 剪力： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁4) 跨中截面剪力组合跨中截面剪力V（）梁号恒载（KN）活载（KN）汽车人群1、50125.564.302、40125.562.803083.702.63 剪力： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁3、长期组合 其中，1) 四分点截面弯矩组合四分点截面弯矩M（）梁号恒载（KNm）活载（KNm）汽车人群1、5649.66823.7956.422、4677.49823.7936.783677.49549.1934.452 弯矩： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁2) 跨中截面弯矩组合跨中截面弯矩M（）梁号恒载（KNm）活载（KNm）汽车人群1、5866.1901098.3975.222、4903.3231098.3949.043903.323732.2645.94 弯矩： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁3) 梁端截面剪力组合梁端截面剪力V（）梁号恒载（KN）活载（KN）汽车人群1、5197.992213.1520.932、4206.47362.288.633206.47343.898.08 剪力： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁4) 跨中截面剪力组合跨中截面剪力V（）梁号恒载（KN）活载（KN）汽车人群1、50125.564.302、40125.562.803083.702.63 剪力： 对于1号和5号梁对于2号和4号梁对于3号梁4、各组合值的整理见下面两组合表弯矩组合表组合类型组合弯矩M（KNm）四分点截面跨中截面1、5号梁2、4号梁3号梁1、5号梁2、4号梁3号梁基本组合1796.481806.741458.402395.282408.891944.44短期组合1149.661157.851007.661532.851543.801343.56长期组合925.70945.68860.251234.241260.911147.01剪力组合表组合类型