钢筋混凝土简支梁桥设计 桥梁工程课程设计.doc

钢筋混凝土简支梁设计计算说明书1桥梁工程课程设计任务书钢筋混凝土简支梁桥设计 交通土建系（路桥方向）2010.12.1第一部分 设计资料1.结构形式及基本尺寸 某公路装配式简支梁桥，标准跨径20m，双向双车道布置，桥面宽度为净 7+2x1. 5m，总宽10m。主梁为装配式钢筋混凝土简支T 梁，桥面由6片T梁组成，主梁之间铰接，沿梁长设置5道横隔梁（横隔梁平均厚度为16cm，高100cm），桥梁横截面布置见图1。图 1 主梁横截面主要尺寸（单位：cm ）2.桥面布置 桥梁位于直线上，两侧设人行道，人行道宽1.5m、厚0.20m。桥面铺装为2cm厚的沥青混凝土，其下为C25混凝土垫层，设双面横坡，坡度为1.5% 。横坡由混凝土垫层实现变厚度，其中，两侧人行道外侧桥面铺装厚度为8cm（2cm厚沥青混凝土和6cm混凝土垫层）。 3.主梁 表1 装配式钢筋混凝土T形梁桥总体特征标准跨径/m计算跨径/m梁长/m梁高/m支点肋宽/cm跨中肋宽/cm翼板端部厚度/cm翼板根部厚度/cm梁肋变化长度/ cm横隔梁数最大吊重/t2019.519.961.330181220487.5532.5注：梁肋变化长度从支截面点算起。4.材料 1）梁体： 主梁混凝土：C35横梁混凝土：C30钢筋混凝土容重：25kN/m3 2）钢筋主 筋：热轧HRB335钢筋构造钢筋： 热轧R235钢筋 3）桥面铺装沥青混凝土，容重为22kN/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 A组B组汽车荷载人群荷载汽车荷载人群荷载公路I级3.0 kN/m2公路II级3.0 kN/m26.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 第二部分 设计计算内容1恒载内力计算1.1分别计算各主梁的恒载集度1.2各主梁的恒载在各控制截面（支点、L/4/、L/2截面）内力（弯矩和剪力）2.设计活载内力计算2.1画出各号梁的横向分布影响线2.2计算各号梁的支点及跨中的荷载横向分布系数2.3画出各控制截面的内力的影响线2.4计算各主梁在各控制截面的弯矩和剪力3.计算3.1分别计算各主梁在各控制截面的弯矩和剪力的作用效应组合（基本组合、短期效应组合、长期效应组合）3.2绘制基本组合的弯矩及剪力包络图4配筋计算、设计及验算4.1主梁各控制截面的控制内力的基本组合汇总4.2主梁受拉配筋的计算及配置（利用弯矩包络图）4.3主梁正截面抗弯承载能力验算4.4主梁斜截面抗剪承载能力验算4.5剪力区抗剪钢筋的配置（利用剪力包络图，配置抗剪箍筋、弯起钢筋等）4.6 裂缝宽度验算（选做，可参考设计规范JTG D62-2004, 60页的6.4裂缝宽度验算进行）4.7 T梁翼板（行车道板）内力计算及配筋设计（选做，可参考教材115页，铰接悬臂板法进行计算）说明：计算内容1.1-4.5是必须完成的内容，4.6-4.7是选做内容第三部分 提交成果1、设计计算书一份。 2、配筋图一张3号图。图名：钢筋混凝土简支T梁结构示意图图中需画出： 钢筋混凝土T形梁骨架构造图 跨中及支点横截面钢筋配筋图 一片主梁钢筋明细表主梁内力计算1.恒载内力计算 图 1 主梁横截面主要尺寸（单位：cm ）1.1 恒载集度主梁： 横隔梁：对于边主梁： 对于中主梁：=0.53=1.06（kN/m）桥面铺装层：栏杆和人行道： 作用与边主梁的全部恒载g为:12.385+0.53+3.03+6=21.945（kN/m）作用于中主梁的恒载为:12.385+1.06+3.03=16.475（kN/m）1.2荷载内力计算边主梁距离支座为的横截面弯矩和剪力M=V=表1 边主梁的恒载内力剪力V/kN弯矩M/kNmx=02140x107782.3x01043.1 表2 中主梁的恒载内力剪力V/kN弯矩M/kNmx=01610 x80.5587.3 x0783.12.活载内力计算2.1 各号梁的横向分布影响线2.2各号梁横向分配系数支点横向分布系数（杠杆原理法）1号梁汽车荷载： 0.375=0.1875人群荷载： 1.1562号梁汽车荷载： 1=0.5人群荷载： 03号梁汽车荷载： =0.594人群荷载： 0主梁跨中的荷载横向分布系数（偏心压力法）1号主梁的影响线竖直标值2号主梁的影响线竖直标值3号主梁的影响线竖直标值1号梁： 2号梁： 3号梁： 2.3各控制截面内力影响线影响线面积计算表项目计算图示影响线面积M1/2=47.53M1/4=35.65Q1/2/2=2.438Q0=9.752.4各主梁在各控制截面的弯矩和剪力冲击系数简支梁基频:,G=16.475,得：=4.76HZ26.10157.076.41767.010157.01767.011=-+=-+=+InInfm主梁跨中截面活载弯矩活载截面位置梁号mcqKN/mM2PKNy弯矩（KN-m）车道荷载0.4321.2610.535.652383.66677.90.3921.2610.535.652383.66615.10.3541.2610.535.652383.66555.50.4321.2610.547.532384.875903.20.3921.2610.547.532384.875819.60.3541.2610.547.532384.875740.1人群荷载0.5464.535.6587.60.3944.535.6563.20.3334.535.6553.40.5464.547.53116.80.3944.547.5384.30.3334.547.5371.2主梁跨中截面活载剪力活载截面位置梁号mcqKN/mm2PKNy剪力（）车道荷载0.4321.2610.52.438285.60.591.70.3921.2610.52.438285.60.583.20.3541.2610.52.438285.60.575.1人群荷载0.5464.52.43860.3944.52.4384.30.3334.52.4383.7支点截面汽车荷载最大剪力横向分布系数变化区段长度：影响线面积 附加三角形荷载重心的影响线坐标为：1号梁车道均布荷载作用下：附加车道均布荷载剪力：)(2.7917.05.102)43 .01875.0(2875.426.1)(2)1(0,kNyqMMaVkCqko-= -=-+=D-m车道均布荷载作用下的支点剪力)(5.48.2.7 55.7,0,0kNVVVqkqkoqk=-=D+=车道集中荷载作用下：(kN).285.60.1875=67.5000.126.1)1(0,ypMVkkpko=+=-m车道荷载作用下的支点剪力11667.55.48,0,0kNVVpkqk=+=+人群荷载最大剪力ypmmapmVorcorcor1kN30.1.546)0156.1(2875.475.95.13546.0)(20=1.530.917-+=-+W=-2号梁3号梁3. 计算3.1各梁主梁在各控制截面的弯矩和剪力的作用效应组合项目组合弯矩M 四分点截面跨中截面梁梁梁梁梁梁恒载782.3587.3587.31043.1783.1783.1车道荷载677.9615.1555.5903.2819.6740.1人群荷载87.663.253.4116.884.371.21.261.261.261.261.261.26538488.2440.9716.8650.5587.4基本组合1985.91636.71542.326472181.62055.6短期组合1246.5992.2949.31661.71322.71265.5长期组合1032.5807.87851376.610771046.5项目组合剪力V 梁端截面跨中截面四分一截面梁梁梁梁梁梁梁梁梁恒载2141611610001078181车道荷载116233.1266.591.783.275.191.6210.9246.6人群荷载30.113.311.364.33.719.65.84.91.2692.1185211.572.86659.672.7167.4195.7基本组合452.9534.4579135.1121.3109.3352288276短期组合308.5303.8320.456.950.545.4202162156长期组合262.9240.3250.131.528.125.31591251223.2基本组合的弯矩和剪力包络图4. 配筋计算及验算4.1主梁各控制截面的控制内力的基本组合汇总（1）用于承载能力极限状态计算的作用效应组合设计值跨中截面弯矩组合设计值=，其他各截面弯矩可近似按抛物线变化计算。支点截面剪力组合设计值，跨中截面剪力组合设计值，其他截面可近似按直线变化计算。1.1.5材料要求（1）梁体采用C35混凝土，抗压设计强度（2）主筋采用HRB335钢筋，抗拉设计强度 构造筋采用R235钢筋，抗拉设计强度 4.2主梁受拉配筋的计算及配置跨中截面纵向受拉钢筋计算T形截面梁受压翼板的有效宽度：为了便于计算，T梁翼缘厚度取平均计算 判断T梁截面类型mkNMkNhhhbffffc=-=-2647m4530)21601179(16016001.16)2(0判断为I类T型截面 受压区高度 mmhhmmxxxxf648117955.01608802005302358:)21179(16001.16102647026= -=且满足 4.3主梁正截面抗弯承载力验算832 (外径=34.5mm）= 428（外径=30.5mm）=则有效高度 mmh116813213000=-=kN122.4k669.23009788122.416016001.161=NAfkNhbfsyffca故为第一类T型截面受压高度mmhmmbfAffcsy642116855.09716001.1624911600=-=-=2687279729711689716001.1620 满足要求。4.4主梁斜截面抗剪承载力验算1.检查截面尺寸根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004)构造规定9.3.10要求梁最底层钢筋432通过支座截面，支座截面有效高度：根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004) 5.2.9要求：，符合要求。2.检查是否需要设置腹筋（1）跨中段截面 （2）支座截面 故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置钢筋，其余区段可应按计算配置腹筋。4.5剪力区抗剪钢筋的配置剪力图分配计算 支点处剪力计算值 跨中处剪力计算值 的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为=在长度内可按构造要求布置钢筋。同时根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004)规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高范围内，钢筋的间距最大为100mm。距支座中心线的h/2处的计算剪力值（V）由剪力包络图按比例求得，为 =其中应由混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为；应由弯起钢筋（包括斜筋）承担的剪力计算值最多为，设置弯起钢筋区段长度为4550mm。箍筋计算常用箍筋直径应不小于8mm，且不小于1/4主筋直径和股数，再按下式计算箍筋间距：（mm）采用直径为8mm的双肢箍筋，箍筋截面积跨中截面，取支点截面 ， P=（2.5+0.88）/2=1.69 , 箍筋间距为取 , （R235钢筋）故满足要求。综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的1300mm范围内，设计箍筋间距，尔后至跨中截面统一的箍筋间距取 弯起钢筋计算设焊接钢筋骨架的架立钢筋（R235）为20，钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离。弯起钢筋的弯起角度为45，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为了得到每对弯起钢筋分配的剪力，由各排弯起钢筋的末端折点应落在前一排弯起钢筋的构造规定来得到各排弯起钢筋的弯起点计算位置，首先要计算弯起钢筋上、下弯点之间垂直距离 见图根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004) 5.2.11规定，简支梁的第一排弯起钢筋（对支座而言）的末端弯起点应位于支座中心截面处。这时，为弯筋的弯起角为45，则第一排弯筋（2N5）的弯起点1距支座中心距离为1105mm。弯筋与梁纵轴线交点1距支座中心距离为=第二排弯起点2距支点中心的距离: 1098+1063=2161mm分配给第二排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算可得到： 得弯筋与梁纵轴线交点2距支座中心 =第三排弯起点3距支点中心的距离 2161+1031=3192mm分配给第三排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算可得到： 得弯筋与梁纵轴线交点3距支座中心 =第四排弯起点4距支点中心的距离 3192+1000=4192mm分配给第四排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算可得到： 得弯筋与梁纵轴线交点4距支座中心 =第五排(专设弯起钢筋)弯起点5距支点中心的距离 4192+970=5162mm分配给第五排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算可得到： 得弯筋与梁纵轴线交点5距支座中心 =弯起钢筋计算表弯起点12345hi(mm)1098106310311000970距支座中心距离xi（mm）10982161319241925162分配的计算剪力值Vsbi（KN）2191971469748.5需要的弯筋面积Asbi（mm2）14751327983653327可提供的弯筋面积（mm2）16091609123212321232弯筋与梁轴交点到支座中心距离xc(mm)5691667273034854761绘制弯矩包络图先按抛物线公式近似求出控制截面的弯矩值。已知L=19.5m，配置跨中截面钢筋，（跨中处）： ： ：全梁承载能力校核及构造要求（1）理论弯起点应在正