桥梁工程课程设计.docx

湖南理工学院桥梁工程课程设计书姓名： 【海浪】班级： 土木四班学号： 1411260*指导老师： 王光辉专业： 土木工程院别： 土建学院20114年6月九日目录 1 基本设计资料2 简支t型梁桥的构造和布置3 主梁间距与主梁片数拟定4 主梁截面相关主要尺寸的拟定5 t型梁桥的相关构造图示6 横隔梁的设置及尺寸拟定7 截面几何特性的计算8 主梁内力计算9. 活载内力计算（修正刚性梁法）10. 荷载组合11. 行车道板内力计算12. 横隔梁内力计算13. 施工图绘制预制装配式钢筋混凝土简支t型梁桥设计 基本设计资料完成预制装配式钢筋混凝土公路简支t梁桥设计。1、 标准跨径： 30m2、 桥面净宽： 净9+21.5m3、 汽车荷载： 公路-级4、 人群荷载： 3.0kn/m2简支t型梁桥的构造和布置：结构尺寸拟定上部结构采用30m装配式预应力混凝土t型梁主梁高度：2.0m 行车道板尺寸：9.0m梁肋尺寸：0.2m 梁间距：2.2m标准跨径：30m 计算跨径：29.16m主梁全长：29.96m 支点距端顶：0.40m主梁间距与主梁片数拟定在t型梁桥跨径较大时，适当增大主梁高和加宽主梁间距能够获的较好的经济性，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，因而在条件许可的情况下可适当加宽t梁翼板。同时根据设计资料要求：桥面净宽：净9+21.5m。因此，初拟定主梁间距为2.2m，共采用五片主梁。主梁截面相关主要尺寸的拟定对于梁高，预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15-1/25之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高是比较经济的方案，因为增大梁高可节省预应力钢束用量，而增加梁高一般只是腹板加高，混凝土用量增加不多。本设计取用主梁高度为2.0m。本设计取预制t梁的翼板宽度为180cm,厚度取用20,翼板根部加厚到26,以抵抗翼缘根部较大的弯矩。由于腹板所受内力很小，从腹板本身的稳定条件考虑，腹板厚度不小于其高度的十五分之一，故取腹板厚度为16cm.对于马蹄，其基本尺寸由布置预应力钢束的需要确定的,且实践表明,马蹄面积占截面总面积的10%-20%为合适。据此初拟定马蹄宽度56,高度30。马蹄与腹板交接处做成45度斜坡，以增大局部折点出的局部承载力。在t型梁桥的设计中为减轻主梁的安装重量，同时增强桥梁的整体性，在预制t梁间设置40cm的湿接缝。t型梁桥的相关构造图示根据上述确定的t梁桥的构造参数及主梁截面相关尺寸，其相关构造图示如下：横隔梁的设置及尺寸拟定为减小在荷载作用下对主梁起主要控制作用的弯矩和挠曲变形，同时也使得作用在主梁上的荷载均匀的分布和传递。通常在跨中设置一道横隔梁，当跨度较大时，四分点处也可以设置横隔梁。本设计在两支座中心线间每隔4.86m设置一道横隔梁，横隔梁在沿t型梁桥纵向布置、截面尺寸及计算图示如下所示： 【相关说明：本桥梁设计主梁采用登高形式，横截面的t梁翼板厚度沿跨长不变，马蹄部分和腹板为配合钢束弯起而从第一道内横隔梁开始向支点逐渐抬高。】截面几何特性的计算 t型梁桥跨中截面计算图示（表格下方）根据截面尺寸跨中截面几何特性利用excel计算汇总如下：【 说明：内梁截面形心至上缘距离外梁截面形心至上缘距离 】截面效率指标的检验 （的期望值在0.45-0.55之间）对于内梁 ：上核心距 下核心距 截面效率指标 =对于外梁 ：上核心距 下核心距 截面效率指标 =综上计算可知，对于初始拟定的主梁跨中界面尺寸是合理的。主梁内力计算【总述：根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过活载作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制截面（取跨中、四分点、支点截面）的恒载和最大活载内力，然后再进行主梁内力组合。】恒载内力计算【说明：预制t梁采用c40混凝土，重度为25kn/m3，沥青混凝土重度取为24kn/m3】1恒载集度换算：(1)预制梁自重对于内梁：a.跨中截面计算，主梁的恒载集度 =0.888025=22.2kn/mb.由于马蹄抬高所增加重量折算成恒载集度 c.由于腹板加厚所增加的重量折算成恒载集度 主梁端截面面积=56200+62202+286=13848 m2 对于横隔板：隔梁体积： 端横隔梁体积 横隔梁的重量换算成恒载集度为： 所以，预制内梁总的恒载集度： =22.2+0.219+2.3464+1.9178=26.6832kn/m 同上算得：对于外梁： =0.904225=22.605n/m =0.219kn/m =2.3464 kn/m =(0.353885+0.2644562）22529.96=0.9589kn/m所以，预制外梁总恒载集度： =22.605+0.219+2.3464+0.9589=26.1293kn/m（2）二期恒载集度换算对于内梁：现浇t梁翼板恒载集度 =0.200.425=2.0kn/m对于外梁：现浇t梁翼板恒载集度 =0.200.225=1.0kn/m拟定： 一侧栏杆 1.86 kn/m 人行道 3.0 kn/m桥面铺装层：10cm沥青混凝土： kn/m c40混凝土垫层：(0.03+0.0975)/2=0.06375 m 0.063759.025=14.34375 kn/m 若两侧栏杆，人行道和桥面铺装均平摊给5片主梁，则：g=(1.862+3.02+21.6+14.34375)/5=9.133 kn/m 所以：二期恒载集度内梁：=2.0+9.133=11.133kn/m外梁：=1.0+9.133=10.133 kn/m2.恒载内力计算简支t型梁桥的内力计算图示如下所示：设左支点距内力计算计算截面的距离为x,则在荷载集度作用下，主梁弯和剪力的计算公式分别为： md=(1-)*l2g/2 =(1-2)*gl/2相关计算截面内力利用excel计算汇总如下： 活载内力计算（修正刚性梁法）1冲击系数和车道折减系数计算冲击系数：结构基频 【其中：l-结构计算跨径（m）（l=29.16m）e-结构材料的弹性模量(n/m2) e取为3.25104mpa.ic-结构跨中截面的截面惯矩(m4)mc-结构跨中处的单位长度质量(kg/m)g-结构跨中处每延米结构重力(n/m)g-重力加速度(m/s2)】hz因为 则：又因为设计是双车道，所以不需要考虑汽车荷载折减，即车道折减系数=1.02.计算主梁的荷载横向分布系数跨中的荷载横向分布系数mc本桥跨内设有七道横隔梁，具有可靠的横向联结，且承重结构的长宽比为： l/b=29.16/（52.20）=2.652所以可按修正刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mca.计算主梁的抗扭惯矩it对于t形梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算：= 【其中：bi和ti相应为单个矩形截面的宽度和厚度；ci矩形截面抗扭刚度系数； m梁截面划分成单个矩形截面的个数。】对于跨中截面，主梁的抗扭惯性矩it计算图示如下图，it相关计算数据见下表：b.计算抗扭修正系数主梁的间距相同，同时将主梁近似看成等截面，则：= 【其中： g材料的剪切摸量，g=0.425el材料的计算跨径，l=29.16mit主梁抗扭惯矩，it=0.016863m4i截面惯性矩，i内=45886644.065cm4 】则： =0.897c.按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖标值： ij=+ 其中：n=5 则：=4.422+2.222=48.4m2d.计算荷载横向分布系数1，2，3号梁的横向影响线和最不利布载，见下图对于1号梁： 汽车荷载：mcq=(0.5263+0.3801+0.2746+0.1284)=0.6547人群荷载：mcr=0.6278对于2号梁：汽车荷载：mcq=(0.3612+0.2794+0.2203+0.1385)=0.4997人群荷载：mcr=0.4180对于3号梁：汽车荷载：mcq=(0.2+0.2+0.2+0.2)=0.4人群荷载：mcr=0.2支点的荷载横向分布系数m0按杠杆原理法绘制荷载横向影响线并进行布载，1、2、3号梁的横向影响线和最不利不载图示：支点的横向分布系数m0计算图示 对于1号梁：汽车荷载：m0q=（0.8182+0）=0.4091人群荷载：m0r=1.3864对于2号梁：汽车荷载：m0q=(0.1818+1.0+0.4091)=0.79545人群荷载：m0r=0对于3号梁：汽车荷载：m0q=(0.1818+1.0+0.4091)=0.79545人群荷载：m0r=0横向分布系数汇总3.计算活载内力 【说明：为了简化计算，当有多道内横隔梁时，设mc从第一道内横隔梁向m0直线性过渡,横向分布系数沿跨内部分的变化不大,一般按不变化的mc计算。】 按桥规规定：公路级车道均布荷载为： qk=10.5 kn/m集中荷载为：pk=(360-180)(50-5)29.16-5+180=276.64kn 计算剪力时: pk=276.641.2=331.968 kn人群荷载: qr=3.01.5=4.5 kn/m活载内力计算公式为： a. 计算跨中截面最大弯矩和最大剪力 计算图示如下图：（表格下面）对于集中力、均布荷载作用下各计算截内力利用excel计算汇总如下表： b. 四分点截面的最大弯矩和最大剪力计算图示如下：对于集中力、均布荷载作用下各计算截内力利用excel计算汇总如下表： c. 支点截面的最大剪力计算图示如下：对于集中力、均布荷载作用下各计算截内力利用excel计算汇总如下表： 2号梁: qmax=4.50.399714.58=26.22 kn荷载组合1按承载能力极限状态设计时作用效应的组合 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相结合（基本组合），其效应组合表达式为如下：0sud=0(i=1mgisgik+q1sq1k+cj=2mqisq1k)其中：0为结构重要性系数，本桥梁设计按安全等级二级取0=1.0 gi为永久作用分项系数，取值为gi=1.2 q1为汽车荷载作用分项系数，取值为q1=1.4 qi为人群荷载作用分项系数，取值为qi=1.4 c为人群荷载组合系数，取值为c=0.82按正常使用极限状态设计时作用效应的组合 a.作用短期效应组合其效应组合表达式为：ssd=(i=1msgik+j=1n1jsqjk) 其中：1j为第j个可变作用效应频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）取1=0.7 ，人群荷载取1=1.0。 b.作用长期效应组合其效应组合表达式为：sld=i=1msgik+j=1n2jsqjk其中：2j为第j个可变作用的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）取2=0.4 ，人群荷载取2=0.4。根据前面计算所得简支t梁的内力值，按设计所需进行各种内力效应组合计算，进而求得控制设计的计算内力。其组合计算利用excel计算汇总如下：行车道板内力计算【桥面构造：10cm沥青混泥土面层，平均6.375cm厚的混泥土垫层，桥面纵坡设置为1.5%，桥面横坡设置为1.5%，人行道宽1.5m，路缘石高26cm，栏杆宽度为25cm。】（一） 恒载及其内力（以纵向1m宽的板条进行计算）1、 每延米的板的恒载g:10cm沥青混凝土面层 g1:0.10124=2.40kn/mc40混凝土垫层g2:(0.03+0.0975)2125=1.594kn/mt梁翼缘板自重g3：（0.540.22+0.230.462+0.20.4）2.21.025=5.768kn/m合计: g=gi=2.40+1.594+5.768=9.762 kn/m2、 每米宽板条的恒载内力弯矩 mag=-12gl02=-129.7621.02=-4.881knm剪力 qag=gl0=9.7621.0=9.762 kn（二） 车辆荷载产生的内力将后轮作用于翼缘板边缘轴线上【见下图】，后轴作用力为p=140kn/m，轮压分布宽度如下图所示。对于车轮荷载中后轮的着地长度为a2=0.20m,宽度为b2=0.60m【由公路桥涵设计通用规范（jtg d602004）查得】，则得a1=a2+2h=0.20+20.16375=0.5275m b1=b2+2h=0.60+20.16375=0.9275m荷载对于悬臂根部的有效分布宽度：a=a1+2l0+d=0.5275+21.0+1.40=3.9275m冲击系数：1+=1.243作用于每米宽板条上的弯矩为： map=-1+2p4al0-b14= -1.243214043.92751.0- 0.92754=-17.017knm作用于每米宽板条上的剪力为： qap=1+2p4a=1.243214043.9275=22.154kn （三） 荷载组合1、 承载能力极限状态内力组合计算基本组合：mud=1.2mag+1.4map=1.2-4.881+1.4-17.017=-29.681 knmqud=1.2qag+1.4qap=1.29.762+1.422.154=42.73 kn因此，行车道板的设计内力为：mud=-29.681 knm qud=42.73 kn2、 正常使用极限状态内力组合计算短期效应组合：msd=mag+0.7map=-16.7929 knmqsd=qag+0.7qap=25.2698 kn横隔梁内力计算 【 说明：横隔梁的内力计算方法和主梁内力计算方法一致，由于中横隔梁承受内力最大，故可以骗安全的依据中横隔梁的弯矩和剪力进行强度以及配筋验算。 】1、确定作用在中横隔梁上的计算荷载 纵向列车轮对于中横隔梁的计算荷载为： 计算弯矩时：=121401+121400.711=119.77 kn2、绘制中横隔梁内力影响线按偏心压力法算得1、2、3号梁的荷载横向分布影响线竖坐标值，则的影响线竖标可计算如下：=0.5588 =0.1588 =0.3794 =0.0206； =0.2， =0.2 ；绘制弯矩影响线：p=1作用在1号梁轴上时：=1.5d+0.5d11.5d =