桥梁工程课程设计.doc

桥梁工程（I）课程设计任务书 姓 名：王鹏来 学 号：63202070232 年 级：2012 班 级：2 专 业：桥梁 指导教师：李博 杨力重庆交通大学土木建筑学院桥梁工程系目录第1章 设计资料及构造布置 111设计资料112横截面布置213横截面沿跨长的变化314横隔梁布置3第2章 主梁作用效应计算4 21永久作用效应计算422可变作用效应计算（修正刚性横梁法）523主梁作用效应组合 6第3章 计算主梁截面几何特性631 截面面积及惯矩计算 1332截面净矩计算2233 截面几何特性汇总 23第4章 行车道板计算 2541 行车道板计算 .254.2 人行道板计算.26第5章 支座得设计5.1 确定支座平面尺寸.275.2 确定支座高度 .27. 5.3 支座偏转情况验算.28. 5.4板式橡胶支座抗滑试验.29 第1章 设计资料及构造布置1.1设计资料1.1.1桥跨及桥宽标准跨径：总体方案选择装配式预应力混凝土T形简支梁，计算跨径：按照梁式桥计算跨径的取法，取相邻支座中心间距为29.5m主梁长：设置4cm的伸缩缝，取梁长29.96m 桥面净空：净一1.1.2设计荷载：公路一级，车道均布荷载标准值7.875KN/m, 集中荷载标准值人群荷载：，栏杆及人行道每侧重力取。1.1.3材料及工艺混凝土：主梁用C40，栏杆及桥面铺装用C25。预应力钢筋应采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）的钢绞线，抗拉强度标准值，抗拉强度设计值。弹性模量；锚具采用夹板式群锚。普通钢筋直径大于和等于的采用HRB335钢筋，直径小于的均采用HRB235钢筋。按后张法施工工艺制作桥梁，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，主梁安装就位后现浇40cm宽的湿接缝。最后施工60mm厚的沥青桥面铺装层。1.1.4设计依据1.公路工程技术指标（JTG B01-2003）；2.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；3.结构设计原理（人民交通出版社）；4.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.1.2 构造布置1.2.1主梁间距采用装配式施工，根据桥面截面尺寸及经济因素等考虑，主梁间距一般在1.8-2.3m之间，本设计采用2.0m，整个横桥向共4片主梁，设计梁宽均为2.0米。预制时边梁宽1.6m，主梁之间留0.4m的后浇段即铰接缝宽0.4m，减轻吊装质量，同时加强横向整体性。1.2.2主梁高根据预应力砼T型梁界面设计经验，梁高选取在跨径之间，本设计取大值：，取1.9m。1.2.3横隔板间距为了增强主梁之间的横向连接刚度，除设置端横隔梁外，还设置5片中横隔梁，间距4.9m,共计7片。端横隔板距支承线0.05m。1.2.4梁肋根据抗剪刚度需要，肋宽由构造和施工要求决定，但不得小于140mm，本设计选用200mm。在梁端在一个横隔板间距内腹板中按直线加厚至马蹄宽400mm，马蹄高度由25cm在一个横隔板间距内直线加高至梁上梗肋处。1.2.5桥面铺装采用厚度为6cm的沥青混凝土，坡度由6-12cm的C25的混凝土三角垫层形成.1.2.6横断面图具体尺寸见下图（单位：cm）1.2.7马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄的总面积占总面积的10%-20%为宜。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范对钢束净距及预留管道的构造要求，初步拟定马蹄宽度为400mm，高度为250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度150mm，以减小局部预应力。 图1-1 桥梁横断面图第2章 主梁截面几何特性计算2.1截面几何特性中主梁跨中毛截面的几何特性在预制阶段如图（a）及表1-1，在使用阶段如图1-2及表1-3.图2-1 预制梁跨中截面图 图2-2 成桥阶段跨中横截面图2-3 L/4截面 图2-4 L/8截面 图2-5 支座截面预制时翼缘板宽为1.6m,使用时为2.0m，分别计算这二者的截面特性，可以采用分块面积法、节线法。本设计采用分块面积法，计算公式如下：毛截面面积：各分块面积对上缘的面积矩：毛截面重心至梁顶的距离：毛截面惯性矩计算用移轴公式：几何特性计算结果见下表同理可知根据及支座截面的几何特性，汇总与表1-3.预制阶段中主梁跨中截面几何特性如下表：表2-1分块（）（cm）()(cm)()124007.5180004500092852162300082.5247500562500049152031000177.517750052083.311620840420016.673334277.8562436.1851501602400018751223113.5675047033469.75724236.123183125.68=5724236+23183125.68=28907361.68预制阶段边主梁跨中截面几何特性如下表：表2-2分块（）（cm）()(cm)()127007.520250506259568316.432300015.472475005625000717962.731000177.517750052083.312203620.9420016.673334277.8507225.9251501602400018751296513.135 705047258467.035729861.124293639.09=5729861.1+24293639.09=30023500.19各截面的几何特性汇总于下表：表2-3截面（）()(cm)()跨中(L/4)中主梁预制675047033469.728.910.51边主梁预制705047258467.0330.020.517使用阶段735047483464.631.050.52L/8中主梁预制7505.92567160.0875.5631.630.48边主梁预制7805.92569410.0872.9532.830.49使用阶段8105.92571660.0870.5234.030.498支点中主梁预制9512.5737328.1477.5134.63.0.42边主梁预制9812.5739578.1375.3735.940.42使用阶段10112.5741828.1373.3637.240.4322界面效率指标（以跨中为例）上核心距：下核心距：界面效率指标从经济形考虑，通常希望在0.450.55以上，由上述计算可知此截面较为合理。第3章主梁内力计算根据上述梁跨结构纵横截面的布置，并通过可变荷载作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求出各主梁控制截面（一般取跨中，四分点，变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。3.1恒载内力计算3.1.1主梁预制时的自重（第一期恒载）此时翼板宽度为1.6m1.按跨中截面计算，主梁每延米自重（即先按等截面计算）中主梁：边主梁：2.由马蹄增高与梁端加宽所增加的重量折成每延米重重新设计计算思路如下：图3-1 腹板加宽计算简图用整体补全的等截面梁体积，减去与的体积，既是加宽增高后端部梁体积若求增加的体积，用，即为图3-2 端横隔梁尺寸图图3-3 中横隔梁尺寸图3.横隔梁折成每延米重横隔梁布置见图见下，中、端横隔梁拟布置相同的高度以保证横隔梁底部与主梁底梁之间有一定的空隙，对安装和检查支座有利，横隔梁宽度为10-16cm，且内宽外窄的楔形，以便脱模。端横隔梁重量中横隔梁重量4.每延米自重总和：中主梁：边梁：3.1.2面板间头（第二期恒载）中主梁：边主梁：3.1.3栏杆、人行道、桥面铺装（第三期恒载）按要求各梁均摊桥面铺装层：栏杆和人行道：按照相应的规范可知，每侧栏杆及人行道作用力为，则 图3-4 横隔梁纵向布置图3.1.4主梁恒载总和恒载总和见表3-1表3-1荷载梁第一期恒载第二期恒载第三期恒载总和中主梁20.1751.58.69530.37边主梁20.0250.758.69529.473.1.5梁恒载内力计算计算公式：设为计算截面离支座的距离，并令，则主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：恒载内力计算结果见下表，根据任务书要求只需计算L/2、L/4、支点，现加入L/8截面的计算，因主梁在L/4处截面为改变，考虑到验算的准确性而加入。主梁恒载内力值见表3-2：3.2主梁活载横向分布系数的计算3.2.1支点位置处，采用杠杆原理法进行计算对主梁从左到右依次编号为表3-2项目L/2L/4L/8L/4L/8支点108.7881.5947.597.37511.06314.75第一期恒载中主梁2194.61646.1960.1148.8223.2297.6边主梁2178.31633.8953.0147.7221.6295.4第二期恒载中主梁163.2122.471.411.116.622.2边主梁81.661.235.75.68.311.1第三期恒载中主梁945.9709.4413.864.196.2128.3边主梁945.9709.4413.864.196.2128.3中主梁3303.72477.91445.3224.0336.0448.0边主梁3205.82404.51402.5217.4326.0434.7图3-5 荷载布置主梁简化图对于号梁汽车荷载人群荷载对于号梁对于汽车荷载对于人群荷载=0图3-6 支座处荷载横向分布系数计算图3.2.2跨中的横向分布系数在此桥跨度内设有横隔梁，具有强大的横向连接性，且承重结构的跨宽比所以可按修正的偏心压力法绘制影响线。 由于在靠近支点附近马蹄部分逐渐加高的，故其抗扭惯性矩较大，因而取成桥阶段横截面进行分析。1.计算主梁抗扭惯性矩对于T形梁，抗扭惯性矩可近似等于各个矩形截面的抗扭惯性矩之和式中相应位单个矩形截面的宽度和厚度；矩形截面抗扭刚度系数，根据比值计算；梁截面划分成单个进行截面的块数。主梁截面重心位置，根据之前结果： 图3-7 主梁截面近似计算图跨中截面，翼缘板的厚度取15，忽略加厚三角形区域的面积对于翼板，查表可知= 对于梁肋，故=0.305对于马蹄，故所以计算主梁抗扭惯性矩。各根主梁的横截面变化趋势相同，梁根数为4，梁间距为2 m,则2.计算抗扭修正系数取3.按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值：对于号梁1号梁的横向影响线和最不利布载图式如图3-8所示进而由和计算横向影响线的零点位置，设零点至4号梁的距离为则：， 对于汽车荷载：， 图3-8 1号边梁的横向影响线和布载图对于人群荷载： 即对于号梁 2号梁的横向影响线和最不利布载图式如图3-9所示设零点至4号梁的距离为则：，在2号梁外侧2.77m处对于汽车荷载：，即对于人群荷载：，（略）即图3-9 2号边梁的横向影响线和布载图通过上述计算可知，荷载横向分布系数汇总于下表：（2-3）表3-3荷载类别1234车辆荷载0.6470.5500.5480.5500.5480.5500.6470.550人群0.7671.4380.41800.41800.7671.4381号梁沿桥跨方向荷载横向分布系数的变化：见图图3-10 1号梁沿桥跨方向荷载横向分布系数的变化3.3活载内力计算采用直接加载求汽车荷载内力及人群荷载内力，计算公式为：所求截面的弯矩或剪力-汽车荷载的冲击系数多车道桥涵的汽车荷载折减系数，双车道不进行折减，故=1.00；汽车和人群的跨中荷载横向分布系数集中荷载作用处的横向分布系数车道荷载中的均布荷载及人群荷载车道荷载中的集中荷载弯矩或剪力影响线的面积与车道荷载的集中荷载对应的影响线面积公路级车道荷载标准值为：均布荷载=0.7510.5=7.875，计算弯矩时集中荷载=210，计算剪力时集中荷载应乘以1.2的系数简支梁桥结构基频可用下式计算式中结构计算跨径结构材料的弹性模量结构跨中截面的截面惯矩结构跨中处的单位长度质量结构跨中处延米结构重力重力加速度根据桥梁规范，可计算出汽车荷载的冲击系数为：。冲击系数：以1号梁为例进行计算，计算各截面的弯矩和剪力当计算简支梁桥各截面的最大弯矩和跨中最大剪力时，可以近似取用不变的跨中横向分布系数;对于支点截面的剪力或靠近支点截面的剪力，尚需计入由于荷载横向分布系数在梁端区段内发生变化产生的影响3.3.1跨中截面图3-11 L/2截面内力计算图示1.弯矩跨中截面弯矩影响线面积：=2.剪力跨中截面剪力影响线面积：3.3.2截面弯矩和剪力的计算1.弯矩L/4截面弯矩影响线面积： 图3-12 L/4内力计算图示2.剪力L/4截面剪力影响线面积：3.3.3 截面图3-13 L/8截面计算图示1.弯矩L/8截面弯矩影响线面积：2.剪力L/8截面剪力影响线面积：3.3.4支座截面处的弯矩和剪力计算支座截面处的弯矩为0，故只需计算其剪力即可。支点截面作用效应截面图如下所示：图3-14 支座截面内力计算横向分布系数变化区段的长度 影响限额面积 3.4号梁的计算过程同2号梁，具体见手稿2号梁沿桥跨方向荷载横向分部系数变化见图3-15图3-15 2号梁沿桥跨方向荷载横向分布系数变化3.5主梁内力组合根据桥梁的跨径可知，此桥位中桥，故结构重要性系数=1.03.5.1按承载能力极限状态设计作用效应组合，基本组合时： 查表可知，3.5.2按正常使用极限状态设计，长期效应组合时：，主梁内力组合1号梁组合值如下表3-4表3-4序号荷载类别弯矩剪力L/8L/4L/2梁端L/8L/4(1)恒载1402.52404.53205.8434.7326.0217.4(2)汽车荷载692.021186.371581.79242.75203.47167.27(3)人群荷载44.7676.74102.3111.6710.627.81(4)1.2恒载16832885.43846.96521.64391.2260.88(5)1.4人群荷载62.66107.44143.2316.3414.8710.93(6)0.81.4人群荷载50.1385.95114.5813.0711.908.74(7)承载能力极限基本组合4+5+61795.83078.84104.8551.05417.97280.55(8)0.7汽车荷载/1.3372.63638.81851.73130.71109.5690.07(9)0.4汽车荷载/1.3212.93365.04486.7074.6962.6151.47(10)0.4人群荷载17.9030.7040.924.674.253.12(11)正常极限设计值短期组合1+8+31819.93120.14159.8577.1446.2315.3(12)正常极限设计值长期组合1+9+101633.32800.23733.4514.1392.9272.0控制设计的计算内力1819.93120.14104.8577.1446.2315.32号梁组合值见表3-5表3-5序号荷载类别弯矩剪力L/8L/4L/2梁端L/8L/4(1)恒载1445.32477.93303.7448.0336.0224.0(2)汽车荷载817.041400.691867.55254.36240.22197.49(3)人群荷载58.89100.97134.6228.9813.9710.27(4)1.2恒载1734.362973.483964.44537.60403.20268.80(5)1.4人群荷载82.45141.36188.4740.5719.5614.38(6)0.81.4人群荷载65.96113.09150.7832.4615.6511.50(7)承载能力极限基本组合4+5+61882.83227.94303.7610.6438.4294.7(8)0.7汽车荷载/1.3439.94754.221005.60136.96129.35106.34(9)0.4汽车荷载/1.3251.40430.98574.6378.2673.9160.86(10)0.4人群荷载23.5640.3953.8511.595.604.12(11)正常极限设计值短期组合1+8+31944.13333.14443.9613.9479.3340.6(12)正常极限设计值长期组合1+9+101720.32949.33932.2537.9415.5289.0控制设计的计算内力1944.13333.14443.9613.9479.3340.6各截面正常极限设计值短期、长期组合值及控制设计的计算内力和，汇总于下表表3-6梁号荷载类别弯矩剪力L/8L/4L/2梁端L/8L/41号边梁正常极限设计值短期组合1944.13333.14443.9613.9479.3340.6正常极限设计值长期组合1720.32949.33932.2537.9415.5289.0承载力极限设计值基本组合1944.13333.14443.9613.9479.3340.62号边梁正常极限设计值短期组合1819.93120.14159.8577.1446.2315.3正常极限设计值长期组合1633.32800.23733.4514.1392.9272.0承载力极限设计值基本组合1819.93120.14104.8577.1446.2315.3控制设计的计算内力1944.13333.14443.9613.9479.3340.6第4章 行车道板计算及人行道板计算4.1行车道板的计算4.1.1构件自重桥面铺装为6cm的沥青混凝土面层和平均厚度为9cm的C25混凝土垫层，则：沥青混凝土面层：=0.061.023=1.38 C25混凝土垫层：T形梁翼板自重：合计4.1.2每米宽板条的恒载内力为,其中的20为肋板宽4.13车辆荷载产生的内力汽车后轴作用力，着地长度，宽度则荷载对于悬臂根部的有效分布宽度故作用于每米宽板条上的弯矩和剪力分别为：4.2人行道板计算人群荷载，在人行道板上铺设2cm的砂浆抹面。人行道板的高度为h=21cm4.2.1简支板在成桥后的跨中弯矩 剪力混凝土的保护层厚度取,所以代入数据可知纵向钢筋的布置： 选用25根12mm的HRB335级钢筋，实际钢筋面积4.2.2截面复核,满足要求；配筋率,满足要求。4.2.3裂缝宽度验算最大裂缝宽度 裂缝满足要求。通过上述计算可知人行道板满足设计要求。支座的设计5.1.1确定支座的平面尺寸由于主梁肋宽为16cm，故初步选定支座的尺寸为,，则按构造最小尺寸确定为,。首先，根据橡胶支座的压应力限值确定支座是否满足要求，支座压力标准值如下所示：恒载支点反力标准值；人群荷载作用下最大支点反力；车道集中荷载作用下；车道均布荷载作用下。故，支座应力为 ，满足规范要求。通过验算可知，混凝土局部承压强度也满足要求，因此所选定的支座平面尺寸满足设计要求。5.1.2确定支座高度计算温度为，引起的温度变形由主梁两端均摊，则每一支座的水平位移为因此不计入制动力时， 。纵向折减系数，双车道不折减，车道荷载制动力按同向行驶时的车道荷载（不计入冲击系数）计算，故计算制动力时按一个车道计算，一个车道上由车道荷载产生的制动力为在加载长度上的车道荷载标准值的总重力的10%，故制动力为：由于小于公路II级汽车荷载制动力的最低限值，故取，由于有4根主梁，每根T形梁有两个支座，共有8根支座，且假设桥墩为刚性墩，各支座抗推刚度相同，因此制动力可平均分配，则一个支座的制动力为：因此，计入制动力时，橡胶厚度的最小值为此外，从保证受压的稳定性考虑，矩形板式橡胶支座的橡胶厚度应满足：由上述计算可知，按计入制动力和不计入制动力计算的橡胶厚度最大值为1.17cm，小于26cm，因此，橡胶层总厚度的最小值取2.6cm。由于定型产品中，有固定的型号，取3.5cm。选择加劲钢板，桥规（JTGD62）中规定，单层加劲板厚度应按下式计算：且单层加劲钢板厚度不小于2mm，取1.3；取5mm；为加劲板轴向拉应力限值，取钢材屈服强度为，因此，带入公式可知：由于计算所得的，故。按板式橡胶支座的构造规