桥梁课程设计.doc

1、桥梁课程设计一、设计资料：1.1拟定公路等级为二级公路，量行式微预应力混凝土T形简支梁。标准跨径拟为L=30m，计算跨径为Ln=L- (0.40.6)=29.6，实际梁长为L-(0.030.06)=29.96m。车道为二车道整体式，桥面净空设为5m。设计荷载为公路-U级。1.2桥面宽度设置：桥面为整体二车道，每个车道取为5.25m (含左右路肩宽度)，外加两侧人行道各0.75m，两侧栏杆各0.6m，故总计宽度B=13.2m。1.3桥梁尺寸拟定：主梁高度：h 2.0m。梁间距：采用6片主梁，间距2.2m。预制时中梁宽1.6m，留0.6m后浇缝以减轻吊装重量，并能加强横向整体性，桥面板按连续板设计

2、。横隔梁：采用5片横隔梁，间距为6m。、 1 1梁咼 h= () L， L=30m，故去 h=2.0m ，1425肋宽 b= (0.180.20 ) m，故取 b=0.2m。主梁间距取为2.2m，主梁间连接采用铰接接头，由于总宽度为13.2m，1故总共需要T形梁的个数为n=13.2/2.2=6(个)。其翼缘厚度应满足：t >- h,10故取t=0.25m，悬臂段厚度应不小于0.14m，故取为0.15m。T形梁截面尺寸 图和横断面尺寸图分别如图1.1和1.2。图1.1T形梁截面尺寸图（尺寸单位：m ）厂沥青面层4|图1.2横断面尺寸图（尺寸单位：m）板的有效宽度计算：2.1车轮荷载在板上的

3、分布:假定车轮与桥面的接触面是 a2 b2的举矩形面，此处，a2是车轮沿乘车方向的着地长 度，b2是车轮的宽度，如图 1.3所示，则最后作用域混凝土桥面板顶面的矩形荷载压 力面的边长为：沿行车方向ai a2 2H0.46沿横向b b2 2H 0.86注：车辆荷载的a2和b2可以从桥规中查得，a2 =0.2m ， b2=0.6m。行车方向图1.1车辆何载在板面上的分布(尺寸单位：m)2.2板的荷载有效分布宽度：a 荷载在跨中时，对于单独一个荷载：1 2 2 2a= a1+ L=0.48 1.19(m) L 1.473 33所以，板的有效宽度 a -L d 2.87(m), d为最外荷载的中心距离

4、，取1.4m。3b.在支撑处：a' a1 t 0.460.150.61(m)2.3行车道板的内力计算：结构自重及其内力(按纵向 1m宽的板条计算)3桥面铺装为 4cm 的沥青 表面处治，r 23 KN /m ； 9cm 厚的 混凝土垫 层,33r 24KN /m ； C30T 梁板，r 25KN /m。a.每延米板上的结构自重表2-1板的结构自重g沥青便面处治g10.05 1.0 23 0.92KN / mC25混凝土垫层g20.09 1.0 24 2.16KN /mT梁翼板自重g30.15 0.251.0 25 5KN /m2合计ggi 8.08KN / mb .每米宽板条的恒载内力

5、Mmin,g 1gl21 8.08 1.024.04KN mQAgg I。8.08 1.0 8.08KN汽车车辆荷载产生的内力将车辆荷载后轮作用域铰缝轴线上（图 1.4 ）,后轴作用力为 P=140KN。车辆荷载后轮着地长度为 a2 0.20m，宽度b? 0.60m，则：图1.2T梁横截面图(尺寸单位：cm )ai a22 H 0.46b b2 2H 0.86荷载对于悬臂根部的有效分布宽度为：a a1 d 2l00.46 1.42 1.03.86m由于这是汽车荷载局部加载在T梁的翼板上，故冲击系数1.3。作用于每米宽版上的弯矩为max, p1.3 140 2 (1.0 °86)18.

6、51KN m4 3.864作用于每米宽板上的剪力为P140 2Qap (1)1.323.58KN4a4 3.86内力组合a.承载能力极限状态内力组合计算表2-2承载能力极限状态内力基本组合计算基本组合Mud 1.2M Ag 1.4M Ac 1.2 ( 4.04) 1.4 ( 18.51)30.76KN /MQud 1.2QAg 1.4QAp 1.2 8.08 1.4 23.5842.71KN所以，行车道板的内力为：Mud 30.76KN MQud 42.71KN。c.正常使极限状态内力组合计算表2-3正常使用极限状态内力短期效应组合计算短期效应组合Msd M Ag 0.7M ac ( 4.04

7、)0.7 ( 18.51)17.0KN /MQsdQAg 0.7Qap 8.08 07 23.58 24.59 KN三、主梁内力计算29.96m，结构自重系.3.1该梁可看作六梁式装配式钢筋混凝土简支梁桥，计算跨径数1.0，已知每测栏杆及人行道重量的作用力为5KN/M厂沥青面层4 cr_ 30混凝土垫层9【图3.1横断面尺寸图（截面尺寸：m）图3.2 纵断面图（截面尺寸： m）结构自重集度计算及结构自重内力计算分别见表3-1和表3-2。表3-1结构自重集度计算主梁g10 150 250.2 2.02.220.75KN / M2横对g2一门0.150.252.2 0.20.160.17 “-rd

8、 ac_iacu cc cac ca mi / i/iI.6U625/ 29.960.9 1 KN / M2 2 2隔边梁主梁对 中 主 梁g22 0.91 1.82KN/M桥面铺装层1g3 0.05 11.7 23 孑 0.09 11.7 24/6 8.1KN / M栏杆和人行道g45 2/6 KN / M合计对 边 主 梁ggi 20.75 0.91 8.1 1.67 31.43KN /M对 中 主 梁g'gi20.75 1.82 8.1 1.67 32.34KN / MX=031 43Q'29.96 470.8(484.5)M 0X=1/4小 31.43 “ccc 29.

9、96 小Q (29.96 2)24235.4(242.2)-31.43 29.96M (29.962429.96)2644.8(2721.4)4X=1/2Q 01 2M - 31.43 29.9623526.58(3628.6)注：括号（）内的值为中主梁内力。3.2汽车、人群荷载内力计算321用杠杆原理法确定考主梁支点出的荷载横向分布系数:如图3.3所示，在途中分别绘出1号、2号、3号梁的荷载横向分布影响线，有公式moq和m0r r可分别求出其对应的汽车荷载和人群荷载的横向分布系数2moq 和 mor :对1号梁：公路-n级，m0q0.5 ；2人群何载，m°rr 1.386。对2号梁

10、：公路-n级，m0q0.5 ；人群何载，m0r 0.81 o对3号梁：公路-n级，m0q0.5 ；人群何载，m°r0 o用修正偏心压力法计算主梁跨中的横向分布系数:任意主梁所承担的总荷载为Iiie nIii 1na2hi 11Gl2 TTii2Ear由于桥跨内没有刚度强大的横隔梁，且承重结构的跨宽比为l 29.962.272，故可按修正偏心压力法计算横向分布系数。B 13.2对1号梁：求荷载横向分布影响线竖标值由于本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=6 ,梁间距为2.2m，则:6a2(2.5 2.2)2(1.5 2.2)2(0.5 2.2)2 284.70m2，i 1故1号梁在两个边

11、主梁处的横向影响线的竖标值为：Iieai11nnIia21i 1i 116i(25 22)2，经计算84.700.91，110.524，同理，160.190。绘制荷载横向分布影响线，并按最不利位置布线，由图中可知，人行道缘石至1号梁的轴线的距离为1.70-0.75=0.95m，设荷载横向分布影响线的零点至1号梁位的距离为x，按此可求得:0.1900.1245 2.2 xx得 x=8.07m。由此，可计算1号梁的活载横向分布系数分别为:汽车荷载1m0q 20.5248.07(8.07 6.27 4.97 3.17 1.87 0.07)0.793 ；人群荷载10.524mcr 2r 8.07(8.

12、07 °95 0.75/2) 0.793。23.3计算边主梁在公路-n级和人群荷载qr 3.0KN/M作用下的跨中最大弯矩，最大剪力及支点截面的最大剪力。荷载横向分布系数汇总如表3-4表3-3荷载横向分布系数梁号荷载位置公路等级人群何载备注按“修正偏心压边主梁跨中mic0.7930.610力法”计算按“杠杆原理法”支点m00.5001.386计算均布荷载和内力影响线面积计算如表3-4表3-4均布荷载和内力影响线面积计算表类型 截面公路-n 级均布荷 载(KN/M )人群(KN/M)影响线面积(m2或m )影响线图示M 1/210.5 0.753.0 0.751 2 1 一丨2 29.

13、967.8752.258 8112.20m2Q1/27.8752.251 1-丄 29.96 2 20.5 3.745mQ07.8752.251一 29.96 20.51 14.98m333公路-n级集中荷载Pk计算24 96计算弯矩效应：Pk 0.75 180180 209.88KN/M ；45计算剪力效应：R 1.2 209.88 251.86KN计算冲击系数简支梁桥的基频计算公式为：f EIc，mcG/g21 mcL-结构计算跨径（m）；E-结构弹性模量（N / M 2）;Ic-结构跨中截面的截面惯性矩（m4）;mc-结构跨中处的单位长度质量（ N S2/M2）;G-结构跨中处的延米结构

14、自重（ N/M）g 重力加速度，g=981N/Kg。4则对单根梁： A=0.900 m ， Ic 0.451147m，G 0.900 25 2.25KN /M，2 2G/g 22.5/9.812.29KN S /M10 2又知 C30 混凝土 E= E 3 10 N/M ,3.142 29.9&4.252(HZ),3 1010 0.451147V 2.29 1030.17671n f 0.01570.240 , 11.240。跨中弯矩M 1/2,剪力Q1/2计算mi Pk yj计算因双车道不折减，故1.0，按公式qd (1)(mc qk如表3-5 。表3-5跨中弯矩M 1/2 ,剪力Q

15、1/2计算表截面qk 或 qr(KN/M )Pk(KN )(1 )mc或ys( KN M 或 KN )何载类型SiS公路-n级112.20868.842414.62M 1/27.875209.881.2400.7937.491545.78人群荷载2.250.610112.20153.99公路-7.875251.861.2400.7933.74529.0152.83Q1/2n级0.5123.83人群荷载2.250.6103.7455014计算支点截面汽车荷载最大剪力绘制荷载横向分布系数沿桥面纵向变化图形及支点剪力影响线如图3.3所示。横向分布系数变化区段的长度: m变化区段荷载重心处的内力影响线

16、坐标为：- 1 y 1.0 (29.96 § 4.9)/29.96 0.932，利用公式Sud(1)(mc qkm Pk Yi)计算得：aQ°均(1)qk mc(mb mjy5 941.240 1.0 7.875 0.793 14.98(0.5 0.793) 0.932108.08KNQ0集 1.240 0.5 251.86 1.0156015KN贝U,公路-n级作用下，1号梁支点的最大剪力为：Qo Q0 均 Qo 集 264.23 KN计算支点截面人群荷载最大剪力人群荷载引起的支点剪力按公式5人me和公式a_Qormt qrme) qs (1)- (mh m) q y计算

17、，则：210.793 2.25 14.98 -2y5.94(1.386 0.793) 2.25 0.93230.42KN3.4主梁内力组合由于1号梁的内力值最大，故列表3-6确定控制计算内力。表3-61号梁的控制计算内力弯矩M ( KN M )剪力Q (KN )何载类型梁端四分点跨中梁端跨中结构自重02721.43628.60470.80汽车荷载02414.62264.23152.83人群何载0153.9930.425.14承载能力极限状态下的内力基本组合计算和正常使用极限状态下的内力短期效应组合计算分别见表3-7和3-8。表3-7承载能力极限状态下的内力基本组合计算m甘口人SUd1.2気重基

18、本组合i 11.4s人 0.8 1.4s人弯矩M ( KN M )剪力Q ( KN )梁端四分点跨中梁端跨中02721.47907.26968.95219.72表3-8正常使用极限状态下的内力短期效应组合计算mSud1.2 s基本组合i 11.4s车1.0s人弯矩M ( KN M )剪力Q ( KN )梁端四分点跨中梁端跨中02721.46198.54780.34112.12四、横隔梁的内力计算4.1确定作用在横隔梁上的计算荷载对于跨中横隔梁的最不利荷载布置如图4.1。11工：.DC Jl "j j.GGKN图4.1 跨中横隔梁的受载图示（尺寸单位： m ）纵向一列车轮对于中横隔梁的

19、计算荷载为:计算弯矩时：1 1 1Rq(qkPky)(7.8755.94 3 1.0 251.86 1.0) 161.01KN M计算剪力时：1 1P0q? (7.875 § 5.94 3 1.0 1.2 251.86 1.0) 186.20KN4.2绘制中横隔梁的内力影响线P=1作用于1号梁轴上时，110.524, 160.190.M 11 2.5d21 1.5d31 0.5d 1 2.5d0.524 2.5 2.2 0.381 1.5 2.2 0.238 0.5 2.2 1 2.5 2.21.100M16P=1作用于6号梁轴上时,16 2.5d26 1.5d0.048 2.5 2

20、.2 0.095 1.5 2.21.100P=1作用于2号梁轴上时， 120.381, 220.295.r2 12 2.5d22 1.5d32 0.5d 1 2.5d0.381 2.5 2.2 0.295 1.5 2.2 0.209 0.5 2.2 1 2.5 2.20.001按修正后的偏心压力法可算的1、2、3号主梁的荷载横向分布影响线竖标值如图4.2中a所示，则Mr影响线竖标值可计算如下：由已学影响线知识知，Mr影响线在r-r截面处有突变，根据 M和M连线延伸至r-r截面，即为 M值，由此即可绘出 Mr影响线如图 4.2中b所示。4.3绘制剪力影响线P=1作用于计算截面以右时，Q右 R1，

21、即1右1i。P=1作用于计算截面以左时，Q1右 R1 1，即右 1i 1。绘成Q右影响线如图4.2中c所示。4.4截面内力计算将求得的计算荷载 Poq在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载计入冲 击系数，测得下表4-1的计算结果：表4-1弯矩M3-4及剪力Q右计算公路n级弯矩M 3-4M341.240 1.0 161.01 (1.100 1.262)471.6KN/M剪力_右QQ： 1.240 1.0 186.20 (0.514+0.371+0.238+0.095-0.038-0.180)=230.9KN4.5内力组合（忽略横隔梁结构自重内力）a.承载力极限状态内力组合如下表4-2

22、表4-2基本组合内力计算基本组合Mmax,r0 1.4 471.6 660.24KN/M0右10 1.4 230.9 323.26KNb 正常使用极限状态内力组合如下表4-3表4-3短期效应内力组合短期效应组合M max,r 0 0.7 471.6/1.240266.3KN /M右Qmax,1 0 0.7 230.9/1.240 130.3KNW3-0.190F 1横向分布影响线0.2380.5240.381-0.0482横向分布影响线0 3810.2950.209F 3横向分布影响线0.2380.2090.1810.1520.1240.0951.100 .2.2 5.775 1.1001.6

23、50-影响线10.3810.095-0.038-0.1900.5240.514I1佑影响线图4.2中隔梁内力计算图示（尺寸单位：m ）五、支座计算及成品选择5.1支座的计算预应力钢筋混凝土 T形梁桥全长30m，计算跨径L=29.96m ，主梁采用C30混凝土，支座 处梁肋宽20cm，梁的两端采用等厚度的橡胶支座。已知支座压力标准值为354.12KN，结构自重的支座范例标准值为 162.7KN，公路-H级引起的支座反力标准值为 183.95KN，人群荷载的标准值为7.47KN，公路-H级和人群荷载为3.0KN/M ，作用产生的跨中挠度f=1.96cm ，根据当地气象资料，主梁温差t 36 C。确

24、定支座的平面尺寸选定支座的平面尺寸a b 1820360cm2，采用中间层橡胶片厚度t=0.5cm 。计算支座的平面形状系数sabs2t(a b)18 202 0.5(18 20) 9.5 8计算橡胶支座的弹性模量E 5.4G°S25.4 1.09.52487.35MPa验算橡胶支座的承压强度354.12&ka b 0.18 0.209837KPa j 10000KPa5.2确定支座的厚度主梁的计算温差为36 C ,温度变形有两端的支座均摊,则每一支承受的水平位移t l'1 10 5 36 (300018) 0.543cm为了计算汽车荷载制动力引起的水平位移p，首先要确定作用在每一支座上的制动力Ht:对于29.96m 的桥跨，一个设计车道上公路-n级车道荷载总重，则其制动力标准值为 414.4*10%=41.1KN ，但是桥规规定不得小于90KN。经比较，取制动力为 90KN作为参考计算，六根梁