桥梁课程设计设计文件

1、一、 设计资料1 主梁跨径和全长标准跨径：Lb=20.00m (墩中心距离)计算跨径：L19.50m（支座中心距离）主梁全长 L19.96m（主梁预制长度）2 桥面净空净162 ×0.75（人行道）2×0.25(栏杆)车道数：4车道，横向折减系数：=0.673 设计荷载公路-I级 ：=10.5 kN/m ，=238 kN人群：3.5KN/m2冲击系数：安全等级：2级 ，结构重要性系数：01.04 材料钢筋直径12mm时采用II级钢筋，其余采用I级钢筋。混凝土主梁采用C40，人行道、栏杆及桥面铺装采用C25。 混凝土力学指标表 项 目Fck（MPa）Ftk（MPa）Fcd（M

2、Pa）Ftd（MPa）弹性模量Ec（MPa）剪切模量Gc（MPa）泊松比热膨胀系数C4026.82.418.41.6532500130000.20.00001 钢筋力学指标表 项目HRB335R235fsk（MPa）335235fsd（MPa）280195fsd（MPa）280195弹性模量Es（MPa）2000002000005 主梁结构尺寸2、 设计依据 1、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）。 2、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）。3、 设计内容以下内容为4号主梁的设计计算过程。（1） 主梁作用效应计算1) 永久作用效应计算结构自重集度主

3、梁 g1=0.18×1.30.2×0.08×2(0.140.08)/2×0.71×2×24=10.1kN/m横隔梁中主梁边主梁桥面铺装层 栏杆和人行道合计中主梁边主梁4号主梁结构自重产生的内力梁端支点处1/4跨截面处跨中截面处剪力Q（kN）173.9186.960弯矩M（kN/m）0635.86847.812) 4号主梁的横向分布系数： 1、计算梁端横向分布系数 方法：杠杆原理法 公路级：= = 0.725 人群荷载： = 0 2、计算跨中横向分布系数 方法：修正偏心受压法宽跨比：B/L = 18/19.5 = 0.923 >0

4、.5故需考虑主梁的抗扭刚度，因此用修正偏心受压法计算。(1) 截面重心位置 =37.57 cm(2) 截面抗弯惯性矩 =0.07135 m4(3) 截面抗扭惯性矩 对主梁翼缘：=0.055 <1 故取：C1= 对主梁肋部：=0.151 C2=0.301 =0.002976 m4（4） 横向分布系数的折减系数 （取：G=0.425E ， =1.021） = = 0.9792 （5） 跨中横向分布系数 =240 = 0.1274 = 0.09479 荷载横向分布影响线的零点至4号梁位的距离x： 影响线的零点至1号梁位的距离 x1=15.627+6 =21.627 m 1号梁位处横向分布影响线

5、的竖标值： = 0.1763 汽车荷载： = 0.5717 人群荷载： = 0.18043） 汽车、人群作用效应计算 4号主梁荷载横向分布系数荷载位置公路级人群荷载计算方法跨中mc0.57170.1804杠杆原理法支点m00.7250修正偏心受压法均布荷载和内力影响线面积计算公路级qk(kN/m)人群荷载qr(kN/m)影响线面积（or m）影响线图式Ml/210.53.5×1=3.5 =47.53Ml/410.53.5=35.648M010.53.50Ql/210.53.5=2.44 mQl/410.53.50.61 or 5.48 mQ010.53.59.75 m公路级中集中荷载

6、计算 计算弯矩效应是：Pk 238 kN/m 计算剪力效应是：Pk1.2×238 285.6 kN/m 根据规范，计算T梁时：冲击系数由图纸知，全桥设计车道为4车道，故取横向折减系数： =0.67 计算公式： 汽车荷载： 人群荷载：主梁跨中截面及1/4跨截面处的弯矩和剪力截面荷载类型qk or qr(kN/m)Pk (kN)1+umc or yS（kN·m or kN）Ml/2公路级 10.5 2381.30.57170.6747.53370.91826.264.875862.31人群3.50.180447.5330.0131.01Ml/4公路级10.52381.30.57

7、170.6735.648278.19619.673.656646.69人群3.50.180435.64822.5122.51Ql/4公路级10.5285.61.30.57250.675.48442.86135.540.75159.42人群3.50.17955.4843.453.45Ql/2公路级10.5285.61.30.57170.672.4419.0483.860.5106.13人群3.50.18042.441.541.54梁端支点处的弯矩和剪力 由简支梁的受力性质可知：M0 = 0支点处的剪力： = 54.12 kN =180.35 kN 汽车荷载： 人群荷载; =4.54 kN 4号主

8、梁内力组合 序号荷载类别弯矩 M（kN·m）剪力 Q (kN)0L/4L/20L/4L/2结构自重 0635.86847.81173.9186.960汽车荷载0619.67826.26234.47135.5383.86人群荷载 022.5130.014.543.451.54按承载能力极限状态组合（1.2×+1.4×+0.8×1.4×）01665.782207.75542.03297.96119.13按正常使用极限状态短期组合（+/1.3×0.7+）01332.73按正常使用极限状态长期组合（+0.4×（/1.3+）01114

9、.05按承载能力极限状态设计时的控制内力： L/2截面：M = 2207.75 kN·m , Q = 119.13 kN 支点截面：Q = 542.03 kN（二） 主梁截面配筋设计 T梁受压翼缘有效宽度计算： a、 按简支梁计算跨径的1/3考虑：19500/3 =6500 mm b、 按两梁平均间距考虑： 2000 mm c、 按公式计算： =180+12×110 = 1500 mm 综上所述，取三者中小者：则 =1500 mm1) T梁正截面设计、截面设计 计算示意图 拟采用焊接钢筋骨架，故设 = 30+0.7h =30+0.7×1300 =121 mm 截面

10、有效高度： h0 = 1300 -121 = 1179 mm 判定T梁截面类型 =3412.46 kN·m > M (=2208 kN·m) 此截面属于第一类T形截面。 求受压区高度 解的合适解： = 70 mm < (=110 mm) 求受拉主筋面积 =6900 根据钢筋直径规格，梁受拉主筋采用 ：12 28 截面面积 As=7390 > 6900 钢筋叠高层数为 6 层。 混凝土保护层厚度取为：30 > d=28 及满足规范规定的30 的要求。 钢筋间横向净距：Sn = 1802×302×31.6 = 56.8 > 40

11、 及 1.25d=35 故满足构造要求。 、截面复核 已知设计受拉主筋面积：As=7390 ，。 由钢筋布置图求得 ： 实际有效高度：h0=1300125 =1175 判定T形截面类型 故此截面为第一类T形截面。 求受压区高度 = 75 > h'f (=110 ) 正截面抗弯承载力 =18.4×1500×75×（117575/2） =2355 > 2208 截面配筋率 故截面复核满足要求。2) T梁斜截面设计 计算剪力分配图（尺寸单位：mm，剪力单位：kN） 腹筋设计 截面尺寸检查 根据构造要求，梁最底层钢筋 4 28 通过支座截面，则支点截面

12、 有效高度：h0=1300（30+31.6）=1238.4 = =719 kN > (=542 kN) 截面尺寸符合设计要求。 检查是否需要根据计算配置箍筋 跨中截面： = = 174.49 kN 支座截面： = = 183.9 kN 因 ，故可在 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 。 计算剪力图分配 由计算可知，在的长度区段内可按构造要求布置箍筋。 同时，根据规范规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁 高（h=1300 mm）范围内，箍筋的间距为 100mm。 距支座中心线h/2处的计算剪力值V： =513.8 kN 其中应由混凝土和箍筋共同承担计算

13、剪力值V 的60% 即： ；应由弯起钢筋（包括斜筋）承担计算剪力值 V的40%即：，设置弯起钢筋（包括斜筋）区 段的长度为4737 mm。 箍筋设计 拟采用8的双肢箍筋，则箍筋截面面积： 计算支座截面和跨中截面的纵筋配筋率P 和截面有效高度h0及其 平均值： 跨中截面：，取 ； 支座截面： ； 平均值： 箍筋间距Sv ： = = 257 mm 取Sv=250mm < h/2 (=650 mm) 及 400 mm，满足规范要求。 箍筋配筋率： = 0.22% > 0.18% （满足要求） 综上所述，在支座中心向跨径长度方向的1300 mm范围内设计箍筋 间距Sv=100 mm，而后至

14、跨中截面统一的箍筋间距取：Sv=250 mm。 弯起钢筋及斜筋设计 设架立钢筋为（HRB235）2 28，钢筋重心离主梁受压翼缘板上 边缘距离： 。 弯起钢筋的弯起角为45°，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。 斜筋的弯起角同样为45°，其两端分别与主受拉钢筋和架立钢筋 焊接。 弯起钢筋计算表 弯起点12341103107110401008距支座中心距离1103217432144222分配的计算剪力值205.52188.87139.494.3需要的弯起面积13841252939635可提供弯筋面积1232（2 28）123212321232弯筋与梁轴线交点到支座中心的距离5521

15、65527263766注：1、为弯起钢筋的弯起高度，即钢筋上下截面中心线距离。 如： 2、 为弯起钢筋的计算剪力，按前一弯起点对应计算， 按h/2处对应计算，即： 。 3、 ， 如： 由计算表可知，弯起钢筋在梁端某一范围不足以满足斜截面的抗剪需求， 故须在梁上配制足够强度的斜筋。 在满足正截面抗弯承载力和规范的要求下，对弯起钢筋和斜筋进行了重 新布置，如下图： N7：32，N8：28，N9：25，N10：20，N11：32 梁弯起钢筋和斜筋设计布置图（尺寸单位：mm） 斜截面抗剪承载力复核 示例： 距支座中心h/2处斜截面抗剪承载力计算示意图（尺寸单位：mm） 选定斜截面顶点位置 假设斜截面投

16、影长度 C = h= 1238 mm 。 则得选择的斜截面顶端位置A，其横坐标： 抗剪承载力复核 A处正截面上的剪力Vx及相应的弯矩Mx计算如下： A处正截面有效高度： 广义剪跨比： 斜截面投影长度： =1 m < 1.238 m 斜角： =50.7° 斜截面内纵向受拉主筋有428，相应的主筋配筋率： 取 箍筋配筋率： （取） 与斜截面相交的弯起钢筋有2N7（2 32）、2N4（2 28） 故距支座中心为h/2处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。其余截面用类似的方法验算，得下表：斜截面抗剪承载力计算表 斜截面mc1910012387862460 772 12221.37 1.01

17、 1.11 0.22%714 2835012387112428 1033 12221.98 1.45 1.11 0.22%658 3745012226228389 1306 12062.78 2.01 1.68 0.22%673 4665012225428354 1523 12063.56 2.58 1.68 0.22%636 5575012064544316 1728 11904.59 3.28 2.27 0.22%649 6485012063644277 1899 11905.76 4.11 2.27 0.22%596 7 395011902760239 2030 11747.24 5.1

18、0 2.87 0.22%609 从表中计算数据可以看出，每个斜截面的抗剪承载力都符合要求。 3）其它钢筋设计 因梁高h=1300mm为防止梁纵向水平收缩裂缝和梁整体刚度的考虑： 故在梁两腰处设置水平分布钢筋，HRB335 2 20。（三）主梁的变形及裂缝计算 梁跨中挠度及预拱度计算 C40混凝土弹性模量：Ec = 3.25×104 Mpa 级钢筋弹性模量：Es =2×105 Mpa 截面换算系数： 在进行梁变形计算时，应取梁与相邻梁横向连接后截面的全宽度受 压翼板计算： 即 ； T梁换算截面的惯性矩和计算 a、判断T梁开裂截面类型 解得合适解： 此截面为第二类T形截面。 b

19、、和的计算 开裂截面受压区高度： （与判断结果相符） 开裂截面的换算截面惯性矩为 ： T梁全截面换算截面面积： 全截面换算截面受压区高度： 全截面换算截面惯性矩： 计算开裂构件的抗剪刚度 全截面抗剪刚度： 开裂截面抗剪刚度： 全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩： 全截面换算截面面积矩： 塑性影响系数： 开裂弯矩： 开裂构件的抗弯刚度： 主梁跨中截面的长期挠度值 对C40混凝土，挠度长期增长系数 。 受弯构件在使用阶段跨中截面的长期挠度值： 在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值： 按可变荷载频遇值计算的长期挠度值： 故符合规范要求。 预拱度设置 在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下主梁跨中处产生 的长期挠度为 ，故需设置预拱度。 预拱度： 主梁跨中截面处的预拱度为 42mm，沿梁长按二次抛物线设置。 梁裂缝宽度验算 荷载短期效应组合弯矩： 荷载长期效应组合弯矩： 系数： 因采用带肋钢筋，故： 钢筋应力： 换算直径d ： 由于主梁骨架为焊接钢筋骨架 故 纵向受拉钢筋配筋率： 取： 最大裂缝宽度： 故满足规范要求。 （四）主梁支座设计 支座形式：板式橡胶支座 设计计算 已知：支座压力标准值，其中由结构自重引起的反力标 准值，由公路级和人群荷载引起的支座反力标准值 分别为234.47kN和4