桥梁课程设计

1、设计题目装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计（上部结构含支座）基本设计资料桥面净空主梁跨径和全长标准跨径：20.00m（墩中心距离）计算跨径：19.50m（支座中心距离）主梁全长：19.96m（主梁预制长度）设计荷载标准公路级，人群荷载3kN/m2材料钢筋：主筋用HRB335，其它用R235；混凝土：用C25或C30计算方法 极限状态设计法。结构尺寸选用如图1所示尺寸，其中横梁用五根。图1 结构尺寸示意图（尺寸单位：mm）设计依据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)； 结构设计原理,叶见曙主编，人民交通出版社，200

2、4； 桥梁工程，姚玲森主编，人民交通出版社，2003年10月；桥梁工程，刘龄嘉主编，人民交通出版社，2007年1月。2、 主梁设计 2.1.1跨中弯矩横向荷载分布系数计算（GM法）（1） 主梁的抗弯及抗扭惯性矩和重心位置： = 412mm主梁抗弯惯性矩：主梁抗扭惯性矩按式查表得： 对于翼板： 对于梁肋: 单位宽度抗弯及抗扭惯性矩：（2）横隔梁抗弯及抗扭惯性矩Iy和ITy ： 翼板有效宽度计算： 查表得：重心位置ay:（3） 单位抗弯及抗扭惯性矩： 计算抗弯参数和抗扭参数（4）计算各主梁横向影响线坐标 由=0.324由附表查得K1、K2值计算用表系数梁位荷载位置校核B3B/4B/2B/40-B/

3、4-B/2-3B/4-BK10B/4B/23B/4BK20B/4B/23B/4B用内插法求实际梁位处的K1、K0值，实际梁位与列表梁位的关系如图所示：1号梁：2号梁：3号梁：梁号荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-B1231、2、3号梁横向影响线坐标值计算如下： 汽车荷载： 人群荷载： 人行道板荷载： 2.1.2 梁端剪力横向分布系数计算（杠杆法）绘制1、2、3号梁的荷载横向分布影响线求荷载横向分布系数 汽车荷载：人群荷载：永久作用效应永久作用，混凝土垫层厚度取90mm构件名单元构件体积重度KN/每米重力KN/m主梁25横隔梁25桥面铺装2523人行道2 各梁恒载汇总：

4、梁号主梁横隔梁人行道桥面铺装总计KN/1（5）2（4）3永久作用计算 影响线面积计算项 目计 算 图 式顶点坐标影 响 线 面 积0· 永久作用计算结果：梁号Q KN/m KN*m KN*m KNqqq1（5）2（4）3（1） 汽车荷载冲击系数 选用C30混凝土，（2） 弯矩计算 公路级： 公路级产生的弯矩（）计算公式：梁号内力mc1+Sq1123人群产生的弯矩（）计算公式：梁号内力mrqrSr16823弯矩基本组合：梁号内力永久荷载汽车荷载人群荷载组合值16823（3） 剪力计算跨中剪力计算 公路级产生的剪力（kN）计算公式：梁号mc1+qkpkykSq1123人群产生的剪力（kN

5、）计算公式：梁号mrqrSr1323梁端剪力计算公路级产生的剪力（kN）计算公式：梁号1+m0mcqkpkykayVd111123人群产生的剪力（kN）计算公式：梁号mormcrqryaVd1312030剪力基本组合：梁号内力永久荷载汽车荷载人群荷载组合值10203-20（4） 主梁内力计算结果梁号 (kN*m) (kN*m) (kN) (kN)123 2.3主梁截面设计、配筋及验算 弯矩设计值： 剪力设计值： 选用C30混凝土，主筋选用HRB335钢筋，箍筋选用R235钢筋。 2.3.1 截面设计 (1)T型截面梁受压翼板的有效宽度 故受压翼缘板的有效宽度： 因采用的是焊接钢筋骨架，故设：；

6、 则截面的有效高度： (2)判定T型截面类型：= 故属于第一类T型截面。 (3)受压区高度：整理后可得：解方程得合适解为： （4）求受拉区钢筋面积：将各已知值及代入式，可得：现选择钢筋为和截面面积为AS=6890mm2，钢筋叠高层数为5层。混凝土保护层厚度取及规范中规定的，钢筋的横向净距，满足构造要求。则实际有效高度： （1）判定T形截面类型由于，故为第一类T型截面。 （2）求受压区高度由，求，即： （3）正截面的抗弯承载力又 故截面复核满足要求。 2.3.3 腹筋设计 （1）截面尺寸检查根据构造要求梁最底层钢筋通过支座截面，支点截面有效高度为。截面尺寸符合设计要求。 （2）检查是否需要根据计

7、算配置箍筋跨中段截面 ；支座截面；故可梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应按计算配置腹筋。 （3）计算剪力图分配 支点处的剪力计算值， 跨中截面处剪力计算值。 由的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得：。在长度内可按构造要求布置箍筋。 同时，根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高范围内，箍筋的间距为。距支座中心线为处的计算剪力值（）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5023mm。 （4）箍筋设计 采用直径为的双肢箍筋，箍筋截面积。 设计箍筋时，式中

8、的斜截面内纵筋配筋率及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，计算如下：跨中截面：，取，；支点截面：，；则平均值分别为：，箍筋间距为： 箍筋间距取及，是满足规范要求的。箍筋的配筋率，满足规范要求。在支座中心向跨径长度方向的范围内，设计箍筋间距，尔后至跨中截面统一的箍筋间距取。 （5）弯起钢筋及斜筋设计 设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为，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，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弯起点的构造规定来得到各排弯起钢筋的弯起点的计算位置，首先要计算弯起钢筋上、下弯

9、点之间垂直距离。现拟将钢筋N1N5弯起。将计算的各排起钢筋弯起点截面的以及至支座中心距离、分配的剪力计算值、所需的弯起钢筋面积列如下表： 弯起钢筋计算表弯起点12345（mm）11331102107010421014距支座中心距离（mm）11332235330543475361分配的剪力计算值（kN）170所需的弯起钢筋面积（mm2）11451034784540302可提供的弯筋面积（mm2）123212321232982982弯筋与梁轴交点到支座中心距离（mm）5651699280138724915梁的弯矩包络图与抵抗弯矩图各排弯起钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载力计算如下表：钢筋弯起后相应各

10、正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度T型截面类型受压区高度抗弯承载力支点-1点1249第一类1点-2点1233第一类2点-3点1217第一类3点-4点1201第一类4点-5点1189第一类5点-跨中1177第一类 将上表的正截面承载力在图3-1上用各平行直线表示，他们与弯矩包络图的交点分别为,以各值代入式：，可求得到跨中截面距离值。 第一排弯起钢筋： 其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点的左边，且，满足要求。 其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。 第二排弯起钢筋： 其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点的左边，且，满足要求。 其不需

11、要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。 第三排弯起钢筋： 其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点的左边，且，满足要求。 其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。 第四排弯起钢筋： 其充分利用点j的横坐标x=2717mm，而的弯起点2的横坐标，说明点位于j点的左边，且，满足要求。 其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。 第五排弯起钢筋： 其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点的左边，且，满足要求。其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。 2.3.4 斜截面抗剪承载力的复核对钢筋混

12、凝土简支梁斜截面抗剪承载力的复核，按照公路桥规关于复核截面位置和复核方法的要求进行逐一进行。 （1）距支座中心处为处斜截面承载力复核选定斜截面顶端位置 该点的横坐标为，正截面有效高度，得到选择的斜截面顶端位置，其横坐标为；斜截面抗剪承载力复核处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下：处正截面有效高度则广义剪跨比及斜截面投影长度分别为：斜角斜截面内纵向受拉主筋有，相应的主筋配筋率；箍筋的配筋率；与斜截面相交的弯起钢筋有、；则斜截面抗剪承载力为：所以距支座中心处为处斜截面承载力满足设计要求。（2）箍筋间距改变处斜截面承载力复核选定斜截面顶端位置 该点的横坐标为，正截面有效高度，得到选择的斜截面顶端位置

13、，其横坐标为；斜截面抗剪承载力复核处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下：处正截面有效高度则广义剪跨比及斜截面投影长度分别为：斜角斜截面内纵向受拉主筋有、相应的主筋配筋率；箍筋的配筋率；与斜截面相交的弯起钢筋有、；则斜截面抗剪承载力为：所以箍筋间距改变处斜截面承载力满足设计要求； （3）弯起点1处斜截面承载力复核斜截面顶点位置 该点的横坐标为，正截面有效高度，得到选择的斜截面顶端位置，其横坐标为；斜截面抗剪承载力复核处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下：处正截面有效高度则广义剪跨比及斜截面投影长度分别为：斜角斜截面内纵向受拉主筋有，相应的主筋配筋率；箍筋的配筋率；与斜截面相交的弯起钢筋有、；则斜

14、截面抗剪承载力为：所以弯起点1处斜截面承载力满足设计要求。 （4）弯起点2处斜截面承载力复核斜截面顶点位置 该点的横坐标为，正截面有效高度，得到选择的斜截面顶端位置，其横坐标为；斜截面抗剪承载力复核处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下：处正截面有效高度则广义剪跨比及斜截面投影长度分别为：斜角斜截面内纵向受拉主筋有、相应的主筋配筋率；箍筋的配筋率；与斜截面相交的弯起钢筋有、则斜截面抗剪承载力为：所以弯起点2处斜截面承载力满足设计要求。 （5）弯起点3处斜截面承载力复核斜截面顶点位置 该点的横坐标为，正截面有效高度，得到选择的斜截面顶端位置，其横坐标为；斜截面抗剪承载力复核处正截面上的剪力及相应的

15、弯矩计算如下：处正截面有效高度则广义剪跨比及斜截面投影长度分别为：斜角斜截面内纵向受拉主筋有、相应的主筋配筋率；箍筋的配筋率；与斜截面相交的弯起钢筋有、则斜截面抗剪承载力为：所以弯起点3处斜截面承载力满足设计要求。 经验算，弯起点4、5处斜截面承载力均满足设计要求。 2.4 主梁变形验算 在进行梁变形计算时，取梁与相邻梁连接后截面的全宽度受压翼板计算，由式计算混凝土受压区高度为： 解得： 故该T梁为第二类T型截面。故：故变形满足规范要求。 2.5 主梁裂缝宽度验算 带肋钢筋系数 荷载短期效应组合弯矩计算值为： 荷载长期效应组合弯矩计算值为： 系数； 钢筋应力的计算：；的计算； 对于焊接钢筋骨架

16、的计算 取的计算3、横梁设计 3、1 横梁弯矩计算 对于跨中横隔梁的最不利荷载布置如图所示，纵向一行车轮对横隔梁的计算荷载为：跨中横隔梁的受载图式（尺寸单位：mm）计算弯矩效应时;计算剪力效应时：；影响线根据公式：计算主梁的横向影响线坐标值，列表如下：梁号横向影响线坐标值当作用在号梁轴线上时：；当作用在号梁轴线上时：；当作用在号梁轴线上时：；有了此三个竖坐标和已经影响线折点位置（即所计算截面的位置），就可以绘出影响线影响线对于作用在计算截面以右时： 即（就是1号梁荷载横向影响线）；作用在计算截面以左时： 即，绘制影响线如图所示。 3、2 横梁荷载组合 将求得的计算荷载在相应的影响线上按最不利位

17、置加载，并计入冲击影响（近似地取用主梁的冲击系数，）则得： 弯矩: 剪力: 鉴于横隔梁的恒载内力甚小，计算中可略去不计，则按承载能力极限状态设计的计算内力为：； 3、3 横梁截面配筋与验算 横隔梁矩形截面尺寸为，、，。弯矩设计值。采用绑扎钢筋骨架，按二层钢筋布置，假设，则有效高度。将已知值代入式，可得：整理，解之，得：求所需钢筋数量将各已知值代入下式，求得：选（）最小配筋率计算：，且根据规范要求最小配筋率不应小于，故取，实际配筋率为：满足要求。横梁的配筋如图所示4、行车道板设计 4.1 计算图式 因为，所以，且在两主梁的翼板在接缝处沿全长设置连接钢筋，故行车道板可按两端固结和中间铰接的板计算。

18、 4.2 恒载及其内力（按纵向1m宽的半条计算）每延米板条上恒载的计算结果：沥青混凝土面层混凝土垫层T型梁翼板自重合计每米宽板条的恒载内力: 4、3 活载及其内力 将车辆荷载作用在最不利荷载位置即铰缝轴线上，此时两边的悬臂板各承受一般的车轮荷载。按“桥规”规定后车轮着地宽度为，着地长度为。则：按规定冲击系数：当双轮作用在一个板上时的有效分布宽度为：当单轮作用在一个板上时的有效分布宽度为：二者取大值：、。 4、4 荷载组合 4.4.1内力组合： 承载能力极限内力组合（用于验算强度）: 短期效应组合: 长期效应组合: 4、5 行车道板截面设计、配筋与强度验算 已知计算板宽，板厚，、，。最小配筋率设

19、，则。检查是否需要采用双筋截面；因为，所以不需要采用双筋截面。将各已知数据代入下式： 整理后可得： 解方程得到合适解为： 现取板的受力钢筋为，查表可知钢筋的间距时，单位板宽的钢筋面积实际配筋率，满足设计要求。 按照公路桥规的规定配置分布钢筋：钢筋的直径为,钢筋间距，分布钢筋应放置在受力钢筋的上侧。所有主钢筋的弯折处，均应设置分布钢筋。分布钢筋的配筋率满足要求。桥面板的配筋如下图：受压区高度：，不会发生超筋情况。抗弯承载力，因为，所以截面强度符合要求。5、支座设计 5、1 选定平面尺寸 由橡胶支座的抗压强度控制设计，其有效承压面积按下式计算:采用板式橡胶支座，故尺寸定为符合设计要求。 5、2 确定支座厚度 郑州处于寒冷地区，根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定，当地的最高温度取34，最低温度取-10。桥梁安装时的温度取20。混凝土收缩引起的变形：最高温度时梁的伸长量：最低温度时梁的收缩量：所以，不计入冲击力，故，所