嘉应土木装配式钢筋混凝土简支T梁桥

1、桥梁工程课程设计嘉应学院土木工程学院桥梁工程课程设计姓 名： 专 业： 道路与桥梁工程学 号： 日 期： 2014年6月27日 指导教师： 张引弟老师 目 录一、设计资料.31、跨度及桥面宽度.32、设计荷载.33、主要资料.44、结构及基本尺寸.4二、主梁的计算.51、荷载横向分布系数的计算.52、结构内力计算及内力组合.83、持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算204、持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算265、持久状况正常使用极限状态下挠度验算27三、行车道板的计算.29 1、确定桥面板的类型.292、荷载及其效应.293、截面设计、配筋与强度验算 31四、参考文献.33五、

2、设计图纸.34 装配式钢筋混凝土简支T梁桥计算一、设计资料 (一) 跨度及桥面宽度1）标准跨径：16m（墩中心距离）2）计算跨径：15.5m（支座中心距离）3）主梁全长：15.96m（主梁预制长度）4）桥面净空：净9m（行车道）2×1m人行道5）桥面行车道横坡为1.5%6）主梁之间的桥面板为铰接 (二) 设计荷载1）汽车荷载：公路I级车道荷载和车辆荷载； 2）人群荷载： 3.0 KN/；(三) 主要材料1）主梁： 混凝土： C25，C30（容重为25 KN/） 主 筋： II级钢筋； 构造钢筋：I级钢筋 混凝土技术指标见下表：混凝土技术指标种类设计强度标准强度弹性模量轴心抗压轴心抗拉

3、轴心抗压轴心抗拉C2511.91.2716.71.782.8×104C3014.31.4320.12.013.0×1042）桥面铺装：沥青混凝土（容重为23 KN/m3 ）；混凝土垫层C25（容重为23KN/m3 ）3）人行道：人行道包括栏杆荷载集度为6 kN/m(四) 结构及基本尺寸 桥梁横断面图(单位：cm)主梁纵断面图(单位：cm) T型梁尺寸图(单位：cm)二、主梁的计算（一）荷载横向分布系数的计算1、在汽车荷载和人群荷载下位于支点处的 按杠杆法计算横向分布系数 (尺寸单位：cm)1号梁：人群荷载: =车辆荷载：=1/2=2号梁：人群荷载: =车辆荷载：=1/2=3

4、号梁：人群荷载: =车辆荷载：=1/2=4号梁：人群荷载: = 车辆荷载：=1/2=5号梁：人群荷载: =车辆荷载：=1/2=2、在汽车荷载和人群荷载下位于跨中处的 按偏心压力法计算横向分布系数 (尺寸单位：cm)1号梁：人群荷载: = 车辆荷载：=1/2=2号梁：人群荷载: =0.427 车辆荷载：=1/2=3号梁：人群荷载: =0.4 车辆荷载：=1/2=4号梁：人群荷载: = 车辆荷载：=1/2=5号梁：人群荷载: = 车辆荷载：=1/2=荷载位置 梁号车辆荷载人群荷载支点号梁0.4091.273号梁0.7960号梁0.7960号梁0.7960号梁0.4091.273跨中号梁0.6820

5、.655号梁0.5410.427号梁0.4000.400号梁0.5410.427号梁0.6820.655（二）结构内力计算及内力组合一、恒载作用内力计算第一期恒载主梁自重边主梁中主梁横隔梁折算荷载边主梁中主梁第二期恒载桥面铺装层栏杆和人行道合计边主梁中主梁1.计算恒载集度恒载计算表2.恒载内力计算：主梁恒载内力 内力截面位置x边梁中梁弯矩(kN/m)剪力/kN弯矩(kN/m)剪力/kNX=00168.640175.46X=490.1184.32509.9387.73X=653.480679.910二、活载作用内力计算1）计算各项参数：1. 结构的计算跨径；2. 混凝土，弹性模量；3. 主梁跨中

6、处的单位长度质量4. 结构跨中截面惯性矩 行车道板的平均厚度：；截面重心位置简支梁桥的基频；根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中第4.3.2条规定，当时，则可得；桥面车行道为9.0m宽，双车道不折减，故2）简支梁控制截面内力影响线及影响线面积：内力影响线面积类 型截面影响线面积影响线图式3）计算公路I级荷载的跨中弯矩, (按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）内插求得)；号梁：号梁：号梁：号梁：号梁：4）计算人群荷载跨中弯矩：号梁：号梁：号梁：号梁： 号梁：5）计算车道活载跨中截面最大剪力 号梁： 号梁： 号梁：号梁：号梁：6）计算人群荷载跨中剪力号梁： 号梁：号

7、梁：号梁：号梁：7）计算支点截面车道荷载最大剪力绘制车辆荷载和人群荷载横向分布系数沿桥方向的变化图形以及支点剪力影响线如下图所示：其中荷载横向分布系数变化区段的长度：变化区段内附加三角形荷载重心处的剪力影响线坐标为：影响线面积为：号梁： 1号梁支点剪力计算图示（尺寸单位：m）车道荷载最大剪力为:故公路I级荷载支点剪力为：号梁：2号梁支点剪力计算图示（尺寸单位：m）车道荷载最大剪力为:故公路I级荷载支点剪力为：号梁： 3号梁支点剪力计算图示（尺寸单位：m）车道荷载最大剪力为:故公路I级荷载支点剪力为：号梁：4号梁支点剪力计算图示（尺寸单位：m）车道荷载最大剪力为:故公路I级荷载支点剪力为：号梁：

8、5号梁支点剪力计算图示（尺寸单位：m）车道荷载最大剪力为:故公路I级荷载支点剪力为：8) 计算支点截面人群荷载最大剪力号梁：号梁：号梁：号梁：号梁：、号梁： 控制设计计算内力的确定序号荷载类别弯矩(kN/m)剪力/kN梁端跨中梁端跨中恒载0653.48168.640汽车荷载01055.09207.87137.81人群荷载059.0118.543.810784.18202.37001543.22311.78197.2002327.40514.15197.20、号梁： 控制设计计算内力的确定序号荷载类别弯矩(kN/m)剪力/kN梁端跨中梁端跨中恒载0679.91175.460汽车荷载0836.96

9、344.99109.32人群荷载038.477.642.480815.89210.55001214.83491.54155.8302030.72702.09155.83号梁： 控制设计计算内力的确定序号荷载类别弯矩(kN/m)剪力/kN梁端跨中梁端跨中恒载0679.91175.460汽车荷载0618.82334.3180.83人群荷载036.047.162.330815.89210.5500906.71476.05115.7701722.60686.60115.77（三）持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算1.配置主筋根据前面的弯矩基本组合可知，1号梁的跨中弯矩最大，考虑到施工方便，

10、偏安全地一律按1号梁的弯矩进行配筋计算。假定主梁单向配筋，钢筋净保护层为3cm，钢筋重心至底边距离，则主梁有效高度 T形梁受弯构件翼缘计算跨度的确定：按计算跨度考虑：=/3=15.5/3=5.17m按梁净间距考虑：=按翼缘高度考虑：/=0.16/0.18=0.140.1，不受此项限制所以=2.2m. 判断截面类型：采用C30的混凝土，则=1.0，=14.3MPa.(-0.5)=1.0×14.3×2200×160×(1180-0.5×160) =5536.96KNmM=2327.40KNm所以该T形截面为第一类T形截面，应按宽度为的矩形截面进行正

11、截面抗弯承载力计算。 则0.21% 不会少筋选用 绘制截面配筋图：钢筋布置图（单位：cm）正截面抗弯承载力复核按照截面实际配筋面积计算截面受压区高度x为：= 不会超筋截面抗弯极限状态承载力为：所以承载力满足要求。2斜筋与箍筋的配置根据剪力基本组合，2号梁的支点剪力最大，1号梁的跨中剪力最大，偏安全计，支点剪力以2号梁为准，跨中剪力以1号梁为准： =702.09KN =197.20KN假设最下排2根钢筋没有弯起而直接通过支点，则有：a=3.6/2+3=4.8cm，ho=h-a=130-4.8=125.2cm这里采用C40混凝土， >端部抗剪截面尺寸满足要求。若满足条件，可不需要进行斜截面抗

12、剪强度计算，仅 按构造要求设置钢筋 因此>，应进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。3弯起钢筋的设计由内插法可得，距支座中心h/2处的剪力效应为 则由混凝土和箍筋承担的部分：= 由弯起钢筋承担的部分：=弯起钢筋配置及计算图示如下图:各排钢筋的弯起位置与承担的剪力见下表：弯起钢筋排次弯起点距支座中心距离(m)承担的剪力值(kN)11241.0422175.9033110.754445.60各排弯起钢筋的计算：根据公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范5.2.7条，与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载能力为：在这里，故相应于各排弯起钢筋的面积：则每排弯起钢筋的面积为：弯起： 满足弯起： 满足弯

13、起： 满足弯起： 满足弯起： 满足计算得每排弯起钢筋的面积如下表：每排弯起钢筋面积计算表弯起排数每排弯起钢筋计算面积（mm2）弯起钢筋数目每排弯起钢筋实际面积（mm2）11777.08203621623.16203631184.5112324745.7912325307.07402在靠近跨中处，增设的辅助斜钢筋，面积为402mm4箍筋的配置根据公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范5.2.11条，箍筋的间距为：式子中，异号弯矩影响系数，取1.0 受压翼缘板的影响系数，取值1.1 P斜截面内纵向受拉钢筋百分率，P=100，=，当 P>2.5时，取P=2.5 同一截面上箍筋的总截面面积

14、（mm2） 箍筋的抗拉强度设计值，选用HRB235钢筋，则=210MPa b用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的梁腹宽度（mm） 用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的有效高度（mm） 用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值分配于混凝土和箍筋 共同承担的分配系数，取值为0.6 用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值（KN）选用双肢箍筋，距支座中心ho/2处是主筋为，As=；有效高度ho=130-3-d/2=130-3-3.6/2=125.2cm=，最大剪力设计值=702.09KN把相应参数值代入上式得 参照有关箍筋的构造要求，选用Sv=150mm综上所述，全梁箍筋的配置为双肢箍筋，由支点至距支座中心2.5处，为10

15、cm，其余地方箍筋间距为15cm。则配箍率分别为：当时，sv=1.006×100%/(10×18)=0.56%>0.18% 当时，sv=1.006×100%/(15×18)=0.37%>0.18%均满足最小配箍率HRB235钢筋不小于0.18%的要求。5. 斜截面抗剪承载能力验算根据公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范5.2.7条，当受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为：为简化计算可近似取C值为 Cho（ho可采用平均值），则有 C=(125.2+111.8)/2=118.5cm有C值可内插求的个斜截面顶端处的最大

16、剪力和相应的弯矩。斜截面11：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为： P=100= sv=1.006×100%/(10×18)=0.56% 则有，斜截面截割两组弯起钢筋，故=+=445.03+604.66=1049.60KN>659.74KN斜截面22：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为： P=100= sv=1.006×100%/(10×18)=0.56% 则有， 斜截面截割两组弯起钢筋，故=+=445.03+604.66=1049.69KN>636.844KN斜截面33：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百

17、分率为： P=100= sv=1.006×100%/(15×18)=0.372% 则有， 斜截面截割两组弯起钢筋，故=+=400.82+485.27=886.09KN>571.744KN斜截面44：斜截面截割纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为P=100=>2.5，取P=2.5 sv=1.006×100%/(15×18)=0.372%=462.345KN斜截面截割两组弯起钢筋，故=KN +=422.73+365.89=788.62KN>506.594KN斜截面55：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为： P=100=，取P

18、=2.5sv=1.006×100%/(15×18)=0.372则有， 斜截面截割两组弯起钢筋，故=+=423.09+242.64=665.73KN>441.444KN(四)持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算根据公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范6.4.3条，最大裂缝宽度采用下式计算：取1号梁的弯矩进行组合，对于1号梁，永久作用产生的弯矩：，公路一级荷载产生的弯矩： (不计冲击力)，人群荷载产生的弯矩： 作用短期效应组合：= 作用长期效应组合：= =在这里，可算得裂缝的宽度为： 裂缝宽度满足要求，同时在梁腹高的两侧应设置直径为6至8mm的防裂钢筋，以防止产

19、生裂缝。若用，则，可得，介于0.001到0.002之间，满足要求。(五) 持久状况正常使用极限状态下挠度验算根据公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范6.5.2条，刚度可按下式来计算： 在这里，=7.7743×mm4全截面换算截面面积：=5572+(6.154-1)×77.67 =5972.31cm2钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比为计算全截面换算截面受压区高度计算全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩=设开裂截面换算截面中性轴距梁顶面的距离为x（cm），由中性轴以上和以下换算截面面积矩相等的原则，可按下式求解x：（假设中性轴位于腹板内）代入相关参数值得：整

20、理得，解得x=205.12mm>160mm，假设正确。计算开裂截面换算截面惯性矩代入数据计算得N·mm2=N·mm2于是有， =N·mm2 根据前面的计算结果可得：结构自重的弯矩MG=653.48KN·m，公路一级可变荷载：=10.5KN/m，=222KN，跨中横向分布系数m=0.682，人群荷载=3KN/m，跨中横向分布系数=0.652永久作用可变作用（汽车） = =7.51mm可变作用（人群）=0.92mm根据公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范6.5.3条，挠度长期增长系数=1.45长期挠度的最大值：=1.45×（7.51+

21、0.92）=12.22mm</600=15500/600=23.83mm挠度满足要求。判别是否需要设置预拱度 >/1600=15500/1600=9.69mm故应设置预拱度，跨中预拱度为：支点=0，预拱度沿顺桥向做成平滑的曲线。三、行车道板的计算(一)确定桥面板的类型行车道板按照两端固定中间铰接的板来计算.(二)荷载及其效应1每延米板上的恒载g的计算：沥青混凝土面层C25混凝土垫层T梁翼板自重合计2永久荷载产生的效应弯矩：剪力：3可变荷载产生的效应以重车后轮作用于绞缝轴线上为最不利布置，此时两边的悬臂板各承受一半的车轮荷载,根据公路桥涵设计通用规范4.3.1条后轮着地宽度及长度为： 铺装层厚度H=0.02+0.09=0.11m,顺行车方向轮压分布宽度：垂直行车方向轮压分布宽度：荷载作用于悬臂根部的有效分布宽度：双轮时：单轮时：根据公路桥涵设计通用规范4.3.2条，局部加载冲击系数：作