桥梁工程课程设计

辽宁工业大学辽宁工业大学 桥梁工程桥梁工程 课程设计计算书课程设计计算书 开课单位 土木建筑工程学院 2014 年 12 月 目录 第一章 设计基本资料 1 1 1 跨度和桥面宽度 1 1 2 主要材料 1 1 3 箱型梁构造形式及相关参数 1 1 4 设计依据与设计规范 3 第二章 主梁的几何特性计算 4 2 1 计算截面几何特性 4 2 2 检验截面效率指标 6 第三章 桥面板计算 7 3 1 横隔梁设置 7 3 2 每延米恒载计算 7 3 3 恒载内力计算 7 3 4 车辆荷载产生的内力 7 第四章 主梁内力计算 9 第五章 荷载横向分布计算 11 5 1 支点截面横向分布系数计算 11 5 2 跨中截面横向分布系数计算 13 第六章 活载影响下主梁内力计算 15 6 1 活载内力计算 15 6 2 荷载内力组合 16 第七章 横隔梁内力计算 18 7 1 作用在横梁上的计算荷载 18 7 2 绘制横隔梁的内力影响线 18 第八章 主梁挠度计算 20 8 1 验算主梁变形 20 8 2 判断是否设置预拱度 20 8 3 计算预拱度最大值 20 第九章 支座计算 21 9 1 板式橡胶支座的选择 21 9 2 确定支座的厚度 21 9 3 确定橡胶片总厚度 21 9 3 支座偏移验算 22 9 4 验算支座滑移稳定性 22 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第一章 设计基本资料 1 1 跨度和桥面宽度 1 标准跨径 30m 墩中心距 2 计算跨径 29 55m 3 主梁全长 29 96m 4 桥面宽度 净 9 2 1 0m 人行道 5 人群荷载 2 3 5 mKN 6 每侧栏杆及人行道的重量 4 5 mKN 1 2 主要材料 1 混凝土 箱梁为号 铰缝采用SCM 灌浆料以加强铰缝 桥面铺装为 12cm 厚 50 C 40 C 防水砼 S6 10cm 沥青砼 栏杆采用号混凝土 40 C 25 C 2 预应力钢绞线 符合国际通用标准 ASTMA416 92 规定 单根钢绞线直径为 15 24mm 面积 A 140mm 标准强度 弹性模量 1860 b y RMPa 5 1 95 10EMPa 3 选用 R235 及 HRB335 钢筋 其技术标准应符合国家标准 GB1499 1998 及 GB13013 1991 的规定 4 锚具 采用 公路桥梁预应力钢绞线用锚具 连接器规格系列 产品 管道成孔采 用金属波纹管 5 支座 采用板式橡胶支座 6 其他材料 砂 石 水的质量要求均按 公路桥梁施工技术规范 有关条文办理 1 3 箱型梁构造形式及相关参数 本箱型梁按全预应力混凝土构件设计 施工工艺为后张法 主梁尺寸拟定 梁高 根据设计经验 梁高跨比通常为 1 14 1 25 本设计初步尺寸定为 1 3m 跨中 预制箱型梁顶板厚 0 2m 底板厚 0 2m 腹板厚 0 2m 端部 预制箱型梁顶板厚 0 2m 底板厚 0 30m 横隔梁 横向共计五片箱型梁 中间设四个横隔梁 高 1 1m 上部宽 0 5m 下部宽 0 5m 预应力管道采用金属波纹管成形 波纹管内径为 60mm 外径为 67mm 管道摩 擦系数 0 2 管道偏差系数 k 0 0015 锚具变形和钢束回缩量为 6mm 单端 沥青混凝土重度按 23KN m 计 预应力混凝土结构重度按 26 KN m 计 混凝土 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 重度按 25 KN m 计 单侧防撞栏线荷载为 4 5KN m 据以上拟定的各部分尺寸 绘制箱型梁的跨中及端部截面图 图 1 1 跨中横断面 图 1 2 边主梁支点处断面图 图 1 3 中主梁跨中断面图 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 1 4 设计依据与设计规范 1 公路工程技术标准 JTG B01 2003 2 公路桥涵设计通用规范 JIG D60 2004 3 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JIG D62 2004 4 公路桥涵施工技术规范 JTJ 041 2000 5 公路交通安全设施设计规范 JTG D81 2006 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第二章 主梁的几何特性计算 2 1 计算截面几何特性 计算截面几何特征 计算时可将整个主梁截面划分为 n 个小块面积进行计算 跨 中截面几何特征计算公式如下 毛截面面积 AA mi 各分块面积对上缘的面积距 Ai y Si i 毛截面重心至梁顶的距离 y SAi i s 毛截面惯性距计算移轴公式 2 yy IIA mii is 式中 分块面积 Am 分块面积重心至梁顶的距离 yi 毛截面重心至梁顶的距离 ys 各分块对上缘的的面积距 Si 各分块面积对其自身重心的惯性距 Ii 图 2 1 箱梁分块面积简图 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 表 2 1 跨中截面几何特性计算表 分块 名称 分块面 积 Ai 分块面 积形心 对上缘 距离 i y 分块面积 对上缘静 矩 Ai y Si i 分块面 积的自 身惯性 矩 i I is i dy y 分块面积对 截面形心的 惯性矩 x I I Ii Ix 大毛截面 含湿接缝 顶板62001062000 00 206666 6 7 72 18 32301704 8 8 529683 7 1 承托150020 3330495 002343 7561 855355591 5 5357935 25 腹板3625125416875 6351302 08 33 623911819 06 3904677 45 底板4000187 5750000 208333 3 3 105 32 44369209 6 44369209 6 合计 15275 40125937 0 93172780 36 小毛截面 不含湿接缝 顶板54001054000 0018000076 153131364 5 3131364 5 承托1500 20 3330495 0023437565 826498408 6 6732783 6 腹板3625115416875 6351302 08 28 85 3017169 06 9368471 14 底板4000187 5750000 208333 33 101 3 5 41087290 0 0 41295623 33 合计 15275 1251370 5373423216 60528242 57 大毛截面形心至上缘距离 ys 82 18 小毛截面形心至上缘距离 ys 86 15 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 2 2 检验截面效率指标 由此可计算出截面效率指标 sx kk h s k式中 截面上核心距 可按下式计算 16462368 4 903 40 4 8 44 6 9 5 x s I K Ay x k 截面下核心距 可按下式计算 93172780 36 15325200 51 6 82 18 0 s x I K Ay 因此截面效率指标 73 9851 60 0 630 5 200 sx kk h 根据设计经验 一般界面效率指标取 0 45 0 55 本次课程设计截面效率在此范围内 且大于 0 5 故截面合理 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第三章 桥面板计算 3 1 横隔梁设置 在端部及跨中和 1 4 跨设置横隔梁 29 96 7 49 4 a lm 7 49 3 7452 2 2 a b l l 故按单向板计算 板的计算跨径 1 5lm 0 1 25lm 3 2 每延米恒载计算 沥青混凝土 23 0 1 1 0 2 3kN m 混凝土铺装 25 0 12 3 0kN m 混凝土翼板 2 0 5 255 92 1 5 kN m 合计 5 922 882 311 1 gkN m 3 3 恒载内力计算 跨中弯矩 22 11 11 1 1 53 1219 88 og MglkN m 支点弯矩 0 1 25 6 9375 22 gl VkN 3 4 车辆荷载产生的内力 1 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 汽车 荷载的冲击系数为 0 3 压力面尺寸计算 12 20 22 0 220 64aaHm 顺桥向方向 12 20 62 0 221 04bHm 横桥向方向 b 板的有效工作宽度 分布宽度不重叠 所以 1 52 0 641 141 4 333 ll amm 取 1 14am 010 0 640 20 84 0 84 3 l aatmam 取 2 跨中弯矩计算 1 0 1401 0 1 1 0 3 1 3 17 67 828 1 032 bP MlkN m a 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 3 支点剪力计算 0 0 1 1 1 22 20 0 1 1122 140 134 615 22 0 5 140 59 042 22 140 61 404 22 140 1 140 512 092 81 14 0 5 1 04 1 1 0 3 61 404 0 6530 929 12 0 op p PkN m a b p PkN m ab p AN m a p AaakN m aa b VA yA y 92 66 729kN 表 3 1 内力组合表 内力恒载汽车荷载1 2 恒载 1 4 汽车荷载 M kN m 3 12219 55731 126 V kN 2 93866 72996 946 4 单向板内力 0 2 0 1140 25 1 75 t h 跨中弯矩 0 0 50 5 31 12615 563MMkN m 中 支点弯矩 0 0 70 7 31 12621 788MMkN m 支 支点剪力 0 96 946VkN 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第四章 主梁内力计算 4 1 结构自重内力计算 1 在计算结构自重内力时 为了简化起见 将横梁 铺装层 人行道和栏杆等 重量均匀摊给各主梁承受 因此计算出结构自重集度 g 之后 则梁内各截面的弯矩 M 和剪力 Q 计算公式为 x 2 2 2 x gx Mc lx g Qlx 式中 简支梁的计算跨径 l X 计算截面到支点的距离 2 计算结构自重集度 A 跨中截面断主梁自重 1 1 45250 1 25 21 875849 023gKN B 底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算 长 1 68m 2 1 7075 1 5325 25 1 68 0 568 09gKN C 支点段梁的自重 3 0 4 1 7075 2517 075gKN D 边主梁的横隔梁 横隔梁体积 0 4 1 50 1 0 5 0 51 55 1 50 4 1 550 99 2 VKN 故半跨内横隔梁重度 4 3 0 99 2471 28gKN E 主梁永久作用集度 849 02371 28 17 07571 28 44 82 22 5 I gKN 3 二期永久作用 A 顶板中间湿接缝集度 5 0 4 0 2 241 92gKN B 边梁现浇部分横隔梁 一片端横隔梁体积0 5 0 87 1 65 0 71775 6 0 71775 2 24 1 92 44 96 gKN 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 C 桥面铺装层 10cm 厚沥青混凝土铺装 0 1 9 23 20 7KN mKN m 12cm 厚 C50 混凝土铺装 0 1 9 24 21 6KN mKN m 7 20 721 6 20 7 3 gKN mKN m D 栏杆和人行道 8 2 0gKN m E 边梁二期永久作用集度 1 920 7663 14 1218 786 II gKN mKN m 表 4 1 边梁永久作用计算表 跨 中四 分 点支 点 作用效应 C 0 5C 0 25C 0 弯矩 KN m11119 298339 470 00 一期 剪力 KN0 00499 18998 37 弯矩 KN m4650 123487 590 00 二期 剪力 KN0 00209 23418 46 弯矩 KN m15769 4111827 060 00 剪力 KN0 00708 411416 83 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第五章 荷载横向分布计算 5 1 支点截面横向分布系数计算 1 冲击系数和车道折减系数 冲击系数和车道折减系数计算 结构的冲击系数 与结构的基频 f 有关 故应 先计算结构的基频 简支梁桥的基频可按下式计算 10 22 3 45 100 9317 4 2357 22 29 963353 271 c c EI fHzz lm 其中 3 1 267 26 10 3353 271 9 81 c G mkg mkg m g 由于 1 5Hz f 14Hz 故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数 0 1767ln0 01570 300f 当车道大于两车道时 应进行车道折减 三车道折减 22 四车道折减 33 但折减 后不得小于用两车道布载的计算结果 1 按杠杆原理法进行荷载横向分布系数计算的基本假定是忽略主梁之间横向结构的联 系作用 即假设桥面板在主梁梁肋处断开 而当做沿横向支承在主梁上的简支梁或 悬臂梁来考虑 对于汽车 人群的荷载横向分布系数的计算公式如下 汽车 2 q oq m 人群 orr m 式中 汽车车轮和人群荷载集度的影响线竖标值 q r 2 梁荷载横向分布系数 1 首先绘制梁荷载横向分布影响线 如下 1 图 5 1 1 号梁荷载横向分布影响线 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 再根据 桥规 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 汽车荷载 规定的汽车横向轮距为 1 8m 两列汽车车轮的横向最小间距为 1 3m 车轮 距离人行道缘石最小距离为 0 5m 因此 求出相应于荷载位置的影响线竖标值后 可 得梁的荷载横向分布系数为 1 公路 I 级 0 870 087 0 4785 22 q oq m 人群荷载 1 3 orr m 3 梁荷载横向分布系数 2 同理 绘制梁荷载横向分布影响线 如下 2 图 5 2 2 号梁荷载横向分布影响线 因此 求出相应于荷载位置的影响线竖标值后 可得梁的荷载横向分布系数 2 为 公路 I 级 1 0 21 0 43 0 82 22 q oq m 人群荷载 0 3 orr m 4 梁荷载横向分布系数 3 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 同理 绘制梁荷载横向分布影响线 如下 3 图 5 3 3 号梁荷载横向分布影响线 公路 I 级 1 0 21 0 43 0 82 22 q oq m 双车道 横向分布系数无折减 5 2 跨中截面横向分布系数计算 1 偏心压力法 因为 l b 大于 2 所以采用偏心压力法 29 55 3 282 9 l B 2 求荷载横向分布影响线竖标值 本桥各根主梁的横截面均相等 梁数 n 5 梁间距为 2 3m 则 5 2222 123 1 22 4 62 3 2 19 845 i i aaaa 因此 梁的横向分布影响线的竖标值为 1 2 2 1 11 2 1 113 15 0 90 783 n519 845 n i i a a 2 2 1 15 2 1 113 15 0 90 117 n519 845 n i i a a 同理 梁的横向分布影响线的竖标值为 2 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 12 21 2 1 113 15 0 333 n519 845 n i i aa a 25 25 2 1 1 0 333 n n i i a a a 3 计算荷载横向分布系数 1 梁荷载横向分布系数计算如下 1 汽车荷载 123 111 0 7830 3330 117 0 500 222 cqqqqq m 人群荷载 r 1 047 cr m 2 梁荷载横向分布系数计算如下 2 汽车荷载 0 333 cq m 人群荷载 r 0 333 cr m 第六章 活载影响下主梁内力计算 6 1 活载内力计算 1 表 6 1 均布荷载和内力影响新面积的计算 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 2 车道荷载取值 公路 级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值为 k q k P 10 5 k qkN m 计算弯矩时 360 180 29 555180280 505 k pkNkN 计算剪力时 280 1 2384 48 k pkNkN 跨中截面的最大弯矩和最大剪力 1 弯矩 ckkkk MMqP y 汽 不计冲击力 MM 汽 剪力 mc kkkk VqP y 汽 VV 汽 0 510 5 248 087280 11 153086 688MkN m 中 0 3 3086 688 926 01MkN m 0 510 5 5 569384 48 0 5125 357VkN 汽 0 3 125 375 37 61VkN 计算处截面的最大弯矩和最大剪力 2 4 L 截面 类型 公路 I 级 k qkN m 人群 k pkN m 影响线面积 及竖 2 m 标值 m 影响线图式 1 2 M10 53 5 2 248 08 8 11 13 l y 1 2 Q10 53 5 5 569 8 0 5 l y 1 2 1 2 0 Q10 53 5 22 275 2 1 l y 1 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 3 29 55 29 55 185 648 2 16 3 29 55 y8 353 16 k 弯矩 ckkkk MMqP y 汽 不计冲击力 MM 汽 剪力 mc kkkk VqP y 汽 VV 汽 0 5310 5 185 648 320 4 8 3531 2312 82MKN m A 汽 0 3 2312 82 693 846MKN m A 0 510 5 185 648 384 48 0 751118 832VkN 汽 0 3335 649VkN 汽 支点截面剪力计算 3 不计冲击力 29 5129 55 0 5 10 50 9990 510 5 1 0384 48 0 999530 215 224 VkN 汽 冲击效应 0 3 530 215159 065VkN 汽 6 2 荷载内力组合 对于 1 号梁 根据可能同时出现的作用效应选择三种最不利效应组合 短期 效应组合 标准效应组合和承载能力极限状态基本组合 见下表 表 6 2 主梁作用效应组合计算表 跨中截面四分点截面 支点截 面 序 号 荷载类别 MAX M MAX V MAX M MAX V MAX V 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 mKNAKNKN mAKNKN 1第一期永久作用 11119 290 008339 47499 18998 37 2第二期永久作用 4650 120 003487 59209 23418 46 3 总永久作用 1 2 15769 410 0011827 06708 411416 83 4可变作用 汽车 3086 68125 3572312 821118 83530 215 5可变作用 汽车 冲击 926 00637 61693 846335 65159 06 6标准组合 3 4 5 19982 10162 9714833 732162 892106 11 7 短期组合 0 7 3 4 17930 0987 7513446 031491 591787 98 8极限组合 24541 06228 1518401 802886 372665 19 注 1 4 8 1 2 3 4 5 第 7 章 横隔梁内力计算 7 1 作用在横梁上的计算荷载 1 弯矩 111 10 58 91 1 2320 4 1413 96 222 oqkk Pqp ykN 2 剪力 1 2 413 96496 75 oq PkN 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 图 7 1 横隔梁的承载简图 7 2 绘制横隔梁的内力影响线 1 绘制弯矩影响线 P 1 作用在 1 号梁轴上时 1113 0 6 0 2 11121 211 20 6 2 2 20 4 1 2 2 1 2 2 20 68 M r ddd P 1 作用在 5 号梁轴上时 15 0 2 51525 0 2 2 2 200 68 M r dd P 1 作用在 3 号梁轴上时 132333 0 2 31323 20 2 2 2 20 2 2 21 12 M r dd 2 绘制界的影响线 1 Q右 P 1 作用在 1 号梁计算截面以右时 11i11i QR 右右 即 5115 0 2 右 1111 0 6 右 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 图 7 2 中横隔梁内力影响线 计算截面内力 1 2 11 3 1 413 960 580 33489 71 oq MPkN m 1 11 3 1 496 750 7040 417723 91 oq QPkN 右 基本组合 max 0 1 4 413 96 579 04MkN m max 0 1 4 496 75 695 45VkN 短期组合 max 0 7 487 91 1 3 262 71MkN m max 0 7 1 3 389 83VkN 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第八章 主梁挠度计算 8 1 验算主梁变形 按 桥规 规定 验算主梁的变形时 不计入结构自重产生的长期挠度 汽车不 计入冲击力 则可变荷载频遇值产生的跨中长期挠度 B 92 2 917 10 N m A 图 8 1 挠度计算图 8 2 判断是否设置预拱度 按 桥规 规定 当由荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响产生的长期挠度 超过计算跨径的 L 1600 时 应设置预拱度 即 32 2 9 5 1119 290 7 3086 167 005105 1 61 6 4848 15 211 414 1600 s c M l f B l cmcm 应设 置预拱度 8 3 计算预拱度最大值 按 桥规 规定 预拱度值等于结构自重和 1 2 可变荷载频遇值所产生的长期挠度 即 232 9 10 7167 005 55 11119 2910 22 1 61 6 4848 2 917 GK c MMl f B 可变 0 161716 17mcm 辽宁工业大学 桥梁工程 课程设计 第九章 支座计算 9 1 板式橡胶支座的选择