24米钢筋混凝土T型简支梁桥设计

编号：08018110************学院2012届毕业生毕业设计题目：完成人：*******8班级：2008-02学制：4年专业：土木工程指导教师：*********完成日期：2012-04-27目录TOC\o"1-2"\h\u摘要 IIIABSTRACT IV1设计资料与结构尺寸 11.1设计资料 11.2结构尺寸 12主梁内力计算 22.1永久作用效应 22.2活载作用内力计算 32.3主梁活载内力汇总 133内力组合 134配筋设计与强度验算 144.1纵向主筋的配置 144.2剪力钢筋的配置 164.3裂缝宽度验算 224.4主梁变形验算 235行车道板的计算 245.1行车道板的内力计算 245.2配筋与强度验算 276横梁计算 286.1横梁弯矩计算 286.2横梁截面配筋与强度验算 306.3横梁剪力计算及配筋 317支座计算 337.1确定支座几何尺寸 347.2支座偏转的验算 34参考文献 36谢辞 37摘要目前我国采用得较多的简支梁桥是T形梁桥。钢筋混凝土T形简支梁桥具有以下优点：制作简单，梁肋内的配筋可以做成刚性的钢筋骨架，各主梁之间利用多道横隔梁连接，整体性好。其缺点是：截面形状不稳定、运输和安装时较复杂；构件正好在桥面板的跨中接头，对板的受力不利。为此，施工中常常将桥面板做得窄一些。本设计为钢筋混凝土T型简支梁桥，通过主梁内力计算来进行合理配筋，并验算满足其强度要求，其下部结构为重力式桥墩和U型桥台，并通过现浇混凝土将桥面板连接成整体。本章将详细介绍钢筋混凝土简支T梁的设计计算。关键词：T型简支梁桥；优点；缺点；主梁内力计算；验算ABSTRACTAtpresentourcountryusesmoreofthesimplysupportedbeambridgeisTshapedbeambridge.ReinforcedconcreteTbeambridgehasthefollowingadvantages:simpleproduction,LiangLeiwithinthereinforcementcanbemadeintoarigidframeworkofsteelreinforcement,thebeamsbetweentheuseofmulti-channeldiaphragmbeamconnection,goodintegrity.Itsdisadvantagesare:shapeinstability,transportationandinstallationiscomplex;memberjustbeforethebridgespanjointonboard,poorstress.Therefore,theconstructionofthebridgedeckisoftendonemorenarrow.ThedesignforthereinforcedconcreteTtypebeambridge,itslowerpartstructureforgravitytypebridgepierandabutmentUtype,andthroughthecast-in-placeconcretebridgepanelareconnectedintoawhole.ThischapterwilldetailofreinforcedconcretesimplysupportedTbeamdesigncalculation.Keywords:typeTsimplesupportedbeambridge;advantages;disadvantages;thebeamstresscalculation;calculation设计资料与结构尺寸1.1设计资料1.1.1桥面净空净-9m+2×1.00m人行道。1.1.2主梁跨径和全长标准跨径：lb=24.00m（墩中心距离）；计算跨径：l=23.50m（支座中心线距离）；主梁全长：l全=23.96m（主梁预制长度）。1.1.3设计荷载汽车-20级，挂车-100级，人群荷载3.5kN/㎡1.1.4材料钢筋：主筋用HRB335钢筋，其它用R235钢筋混凝土：T形主梁，桥面铺(防水)C30；栏杆，人行道为C25。1.1.5计算方法极限状态法。1.2结构尺寸本桥按二级公路桥梁净空进行计算。行车道宽度为9m，人行道宽度为1.0m；全桥每跨采用5根预制的钢筋混凝土T型梁，每根梁行车道板宽2.20m，沿主梁纵向布置6根横隔梁。如图1-1所示为桥梁一般构造。桥梁横断面桥梁纵断面图1—1主梁横断面和桥梁纵断面（尺寸单位：cm）2主梁内力计算2.1永久作用效应2.1.1桥面铺装和人行道重力人行道和栏杆的重力取（两侧）12.14KN/m桥面铺装为：为了简化计算将人行道，栏杆和桥面铺装的重力平均分配给每一根主梁，得：2.1.2横隔梁重力根据结构尺寸一块预制横隔梁的体积为在中主梁上有12块横隔梁预制块，在边主梁上有6块横隔梁预制块，将其产生的重力沿主梁纵向均匀分摊，则中主梁横隔梁产生的重力为：边主梁横隔梁产生的重力为：2.1.3主梁重力2.1.4恒载作用下总重力中主梁：边主梁：根据总的恒载集度可计算出恒载内力见表2-1表2-1恒载内力主梁g(KN/m)L(m)弯矩M（KN/m）剪力Q（KN）跨中1/8gL21/4跨3/32gL2支点1/2gL处1/4gL边主梁23.0523.501593.881195.41271.07135.54中主梁24.2923.501679.631259.72285.66142.832.2活载作用内力计算2.2.1支点处荷载横向分布系数计算按照《桥规》规定汽车荷载距人行道边缘距离不小于0.5m；挂车不小于1.0m。针对各主梁进行荷载最不利位置，可计算各主梁荷载横向分布系数。计算主梁1＃、2＃、3＃在汽车、人群荷载作用下的横向分布系数。用杠杆原理法计算支点横向分布系数如图2-2图2-2杠杆法计算各梁荷载横向分布影响线汽车-20级挂车-100级人群荷载：2.2.2跨中荷载横向分布系数所以可按偏心受压法计算横向分布系数。1）求荷载横向分布影响线竖标本桥各主梁的横截面均相等，梁数n=5，梁间距为2.20m，则有：=在两个边主梁处的荷载横向分布影响线的竖标值为：图2-3在两个边主梁处的荷载横向分布影响线的竖标值荷载横向分布影响线的零点至位的距离为x，可按比例关系求得：并据此计算出对应各荷载点的影响线竖标在两个边主梁出的荷载横向分布影响线竖标值为：图2-4在两个边主梁出的荷载横向分布影响线竖标值荷载横向分布影响线的零点至4号梁位的距离为x，可按比例关系求得：3号梁的荷载横向分布影响线竖标值为：图2-5各主梁荷载横向分布系数汇总表2-6荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化按下述方法进行：跨中部分采用不变的跨中荷载横向分布系数Mc,冲第一根内横隔梁起向支点荷载横向分布系数Mo过度。图2-7为1号主梁荷载横向分布系数沿桥跨的变化。在实际应用中，应当求跨中，1/4截面处的弯矩和剪力，一般为了简化计算，均采用不变的Mc；在计算梁端支点剪力时，在主要荷载所在端需考虑荷载横向分布系数沿桥跨的变化，而离主要荷载较远一端，由于相应影响线竖标值的显著减小，则可近似的取不变的Mc来简化计算。2.2.3活载作用内力计算1）汽车荷载冲击系数2）活载弯矩由汽车或挂车作用在一片主梁上产生的内力数值，可按截面内力计算的一般公式进行：根据图2-8影响线最不利位置，可得汽-20级荷载作用下1号梁跨中弯矩为：在挂-100荷载作用下1号主梁跨中弯矩为：根据图2-9中影响线及最不利荷载位置，可得汽车-20级荷载作用下1号主梁1/4跨弯矩在挂车-100级荷载作用下1号梁1/4跨弯矩为：由人群荷载产生的弯矩可按下式计算：3）活载剪力由汽车或挂车作用而产生的内力扔可按照截面内力的一般公式进行计算即：1号梁计算各个截面的弯矩与剪力：由图2-10汽车-20荷载在1号梁跨中剪力：由图2-10挂车-100荷载在1号梁跨中剪力：由图2-11汽车荷载在1号梁1/4跨剪力为：由图2-11挂车荷载在1号梁1/4跨剪力由汽车-20级荷载作用产生的1号梁支点剪力可由图2-12中荷载最不利位置求出，这时应计入支点附近荷载横向分布系数的变化，即：由挂车-100级荷载作用在1号梁支点剪力为：图2—12支点处剪力计算由人群荷载产生的剪力可按下式计算：当计算支点剪力时应考虑靠近支点处荷载横向分布系数的变化式中：L-计算跨径Mo-支点处荷载横向分布系数-三角形荷载重心位置处的影响线坐标对于跨中剪力:.对于1/4跨剪力：对于支点处剪力：因此由人群荷载产生的1号主梁跨中：1/4跨：支点处：2号梁计算各个界面的弯矩与剪力：汽车-20级跨中：1/4跨：支座处：挂车-100级跨中：1/4跨：支座处：人群荷载跨中：1/4跨：支点处：3号梁各个截面的弯矩与剪力汽车-20级跨中：1/4跨：支座处：挂车-100跨中：1/4处：支座处：人群荷载跨中：1/4跨：支点处：2.3主梁活载内力汇总表2—13主梁活载内力汇总梁号荷载类型弯矩M（）剪力Q（KM）跨中1/4跨支点跨中1/4跨1汽车-20级1235.22950.17163.88103.10243.54挂车-100级1813.681429.56258.31143.55161.53人群158.53118.9233.016.7416.852汽车-20级976.22409.61161.5080.7369.64挂车-100级1346.521148.42377.25107.31180.81人群102.3876.8031.136.0915.213汽车-20级746.36545.46217.8771.2094.74挂车-100级916.00831.26274.4173.00123.38人群96.8172.6212.564.1210.293内力组合根据《公预规》规定，按照承载能力极限状态设计时，当恒载与活载产生同好内力则：荷载组合Ⅰ荷载组合Ⅱ此处，对于同号内力情况，还应按《公预规》规定的方法对荷载效应予提高。根据以上所得计算结果，如表3-1表3-1各主梁内力组合梁号序号荷载类别弯矩（）剪力（KN）跨中1/4跨跨中1/4跨支点11恒载1593.881195.410155.54271.072汽车-20级1235.22950.17103.10161.53163.883人群158.53118.926.7416.8533.014挂车-100级1813.681429.56143.55243.54258.315汽+人1393.751069.09109.84178.38196.8961.2×恒1912.661434.500162.65325.2971.4×（汽+人）1951.251496.73153.78249.74275.6581.1×挂1995.051572.52157.91267.90284.1593863.912931.23153.78412.39600.94103907.713007.02157.91430.55609.441150.50%51.06%100%60.56%45.87%1251.05%52.29%100%52.29%46.59%2131.2恒+1.4（汽+人）3422.702115.48198.29559.04594.97141.2恒+1.1挂3393.832697.76118.04361.54740.263151.2恒+1.4（汽+人）3093.102299.81103.79305.58646.77161.2恒+1.1挂2920.262348.8880.30298.37627.14控制17设计的计算内力3907.713007.02198.29559.04740.264配筋设计与强度验算纵向主筋的配置由弯矩基本组合表3-10可知，1号梁Md值最大，考虑到施工方便，偏安全地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。受拉主钢筋的计算：采用HRB335钢筋、C30混凝土根据表中设计弯矩最大值Mj=3907.71()进行配筋设钢筋静保护层为3cm，主梁截面尺寸如图4-1图4—1主梁截面尺寸（尺寸单位：cm）4.1.1判断T形截面的类型假设钢筋合力点到截面近边的距离，则主梁的有效高度假定时（为T形截面受压区翼缘高度，取）截面所能承受的计算弯矩为属于Ⅰ类T形截面。4.1.2计算混凝土受压区的高度且8.84cm<满足要求。4.1.3计算受拉钢筋截面面积选用14F32钢筋，截面面积Ag=112.56钢筋布置如图4-1所示。钢筋重心则钢筋合力点到截面近边距离主梁的实际有效高度配筋率满足要求。4.1.4截面强度验算按照截面实际配筋面积Ag=112.56可以计算混凝土受压区的高度x为故按此配件呢主梁偏安全。4.2剪力钢筋的配置根据表3-1设计剪力最大值在支点处，在跨中为。假定有2F32纵筋通过支点，则支点截面处，根据规范的构造要求满足。因此该梁尺寸截面满足要求。另根据规范要求满足下式时，两端内可仅按构造要求配置箍筋。对于支点截面对于跨中截面因此，计算表明靠近跨中的梁端内可以仅按构造设置箍筋，而其他两端应该进行斜截面抗剪强度计算。绘制斜截面抗剪配筋计算图如下4-2图4—2斜截面抗剪配筋计算(尺寸单位：cm)4.2.1计算各种配筋梁段长度长度为x，则：故按计算设置剪力钢筋的梁段长度为：根据《公预规》第4.1.14条规定，最大剪力取用距支点中心h/2（梁高一半）处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担60%，弯起钢筋承担40%，距支座中心h/2处截面的计算剪力为：由《公预规》第4.1.14条可知解得：所以故由斜筋和混凝土承受的剪力为则不设斜筋只设箍筋的梁段长度为：因而需要设置斜筋的梁段长度为：4.2.2斜钢筋设计设架立钢筋中心距梁顶缘为4.5cm，斜钢筋按弯起，其在梁轴线上的投影长度取为C=160-4.5-6.05=149.45（cm）斜钢筋排数为：取5.即设置5排斜筋。与斜截面相交的弯起钢筋所要承担的剪力值为，则第一排所需的截面面积假设斜筋的高度为常数，则各排斜筋所要承担的剪力可按下式计算：式中i=2,3,4···-斜筋高度取所以可以计算得出，第二、三、四排斜筋，所要承担计算剪力和所需钢筋截面面积为：，，，由计算结果可知，将纵向钢筋两根（）按角弯起作为第一排斜筋，提供截面面积16.08，小雨所需截面面积20.73，为此应调整以后每排斜筋之间距离，将纵向钢筋两根在距离第一排58.12cm处按照弯起，以弥补第一排斜筋面积不足，其次每排纵向主筋弯起的斜筋之间增加2F16辅助斜筋，以满足斜筋抗剪的需要，具体布置如下图4-3所示：图4—3斜截面抗剪强度验算（尺寸单位：cm）4.2.3校核纵筋弯起后正截面抗弯强度首先利用计算弯矩、、和按抛物线变化作出弯矩包略图；然后绘制纵向钢筋承载力图，进而确定弯起钢筋的弯起位置。2F32钢筋抵抗弯矩M为跨中截面的纵向钢筋抵抗弯矩图4-4为全梁承载能力校核。弯起钢筋的弯起点，应设在按抗弯强度计算不需要该钢筋的截面以外不小于处，从图4-4中可看出钢筋的弯起位置均符合要求。图4—4全梁承载能力校核4.2.4箍筋设计根据主梁支点从纵面受拉主筋的配筋率跨中大的特点，分别选取4F8四肢箍筋和2F8双肢箍金，其截面面积分别为，。箍筋间距计算公式为：对于支点处，纵向主筋2F32，；；，；代入公式得：根据规定，箍筋间距不大于3/4和50cm；支座中心两侧各相当于梁高1/2长度范围内，箍筋间距不大于10cm；薄壁受弯构件其箍筋间距不应超过20cm。综上所述，全梁箍筋间距除支座附近10cm外，其余均20cm，并在距支点3.5m处由4肢弯为2肢。箍筋配筋率验算对支点处：4.2.5斜截面抗剪强度验算斜截面抗剪强度验算截面如图4-2所示，在距支座h/2处为截面1-1，相应剪力，；距离支座中心3.5m处截面4-4是第三排弯起钢筋的弯起点，相应的剪力,，是通过斜截面顶端正截面内的最大剪力和与之相应的弯矩计算值。最大剪力在计算出斜截面水平投影长度C值后，可由内插球的，相应的弯矩可以在弯矩包略图是按比例量取。计算斜截面水平投影长度C时，可以近似的取为，即：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：式中：斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力，意义同前。斜截面1-1：纵向钢筋的含筋率斜截面4-4：纵向配筋率在斜截面4-4范围内箍筋由4肢变2肢，根据设计经验，如果纵向受拉钢筋与弯起钢筋在构造上注意按规范构造要求配置，斜截面抗弯强度可以得到保证不必进行验算。4.3裂缝宽度验算对于T形截面的钢筋混凝土受弯构件，其最大裂缝宽度可按下列公式计算：式中：考虑钢筋表明形状的系数，对于螺纹钢筋考虑荷载作用的系数，长期荷载作用时，,其中Mo为长期荷载下的弯矩，M为全部使用荷载下的弯矩；与构建形式有关的系数，当具有腹板的受弯构件时d纵向受拉钢筋的直径；含筋率，按下式计算：当大于0.02时取0.02受拉翼缘的宽度和厚度；受拉钢筋在使用荷载下的应力，可按公式计算。下面计算在正常环境，长期荷载下主梁跨中的最大裂缝宽度是否符合要求。已知在荷载Ⅰ作用下，在荷载组合Ⅱ作用下取=1.0(螺纹钢筋)荷载组合Ⅰ作用下荷载组合Ⅱ作用下取(具有腹板的受弯构件)D=32mm,取故荷载组合Ⅰ时：荷载组合时：4.4主梁变形验算钢筋混凝土受弯构件在短期荷载作用下的挠度，可耿军给定的构件刚度用材料力学的方法计算，对于简支梁：式中：L计算跨径M使用荷载（静活载弯矩）作用下的弯矩开裂截面换算惯性矩，取；n=10判断此时T形截面类型，设计算表明，,属于第Ⅱ类T形截面。按规范规定，验算主梁的变形时，荷载不计入恒载，汽车不计入冲击力。静活载及人群荷载产生的变形：挂车荷载产生的变形：变形验算满足规范要求。根据规范要求，当结构重力和汽车荷载（不计入冲击力）所产生的竖向挠度超过跨径的1/1600时应设置预拱度，其值等于结构重力和半个汽车荷载（不计入冲击力）所产生的竖向挠度。应设置预拱度，其值为：应做成平顺曲线。5行车道板的计算考虑道主梁翼缘板在接缝处沿纵向全长设置连接钢筋,故行车道板可按两端固定和中间铰接板的计算5.1行车道板的内力计算5.1.1每延米板上的恒载g混凝土桥面铺装T梁翼缘板每延米板宽恒载合计5.1.2恒载产生的内力弯矩剪力式中：l主梁中心线间距B主梁梁肋宽度5.1.3活载产生的内力汽车-20级荷载作用的最不利位置在两翼缘板之间的铰缝处，此时两边的悬臂板各承受车轮荷载的一半，如图5-1所示图5-1汽车荷载作用下行车道板计算（尺寸单位：cm）根据《桥规》第2.3.1条汽车-20级，重车后轮的着地长度和宽度分别为：顺行车方向轮压分布宽度：垂直行车方向轮压分布宽度：因为重车两后轮作用有效分布宽度有重叠，所以荷载作用于悬臂根部的有效宽度为：则作用于每米宽板条上的弯矩为：挂车-100级荷载作用时，悬臂根部处还受到另一半车轮的作用，如图5-2所示图5—2挂车荷载作用下行车道板计算（尺寸单位：cm）根据《桥规》挂车车轮着地长度和宽度分别为：则，铰缝处2个车轮重对悬臂根部的有效分布宽度：作用于悬臂根部的另一列车轮与行车道板的接触宽度为：轮压面上的荷载对悬臂根部的有效分布宽度为：为了简化计算，将轮压面上的荷载对行车道板的作用按悬臂梁来计算。每米板宽悬臂根部的弯矩作用在每米板宽上的剪力：5.1.4荷载组合荷载组合Ｉ：荷载组合：故行车道板的设计为：,Q=60.39(KN)5.2配筋与强度验算行车道板根部的高度为h=20cm，设保护层a=2cm，若选用F12的钢筋，则有效高度为：根据《公预规》第4.1.6条：验算：每米板宽（b=1.0m）所需钢筋截面面积：设钢筋间距为16cm，则1.0m板宽内可设置6跟F12钢筋截面面积为：根据规范第4.1.12条，矩形截面受弯构件的截面尺寸应符合下列要求，即：故可以满足要求。按照《公预规》第4.1.13条，故不需要进行斜截面抗剪强度计算，仅需要按照构造要求配置箍筋。板内分布钢筋用F8钢筋，监狱按照20cm布置。行车道板的强度验算：经验算强度满足要求。6横梁计算6.1横梁弯矩计算对于具有多根内梁的桥梁，由于主梁跨中处的横梁受力最大，横梁跨中截面受力最不利，故通常只要计算跨中横梁的内力，其它横梁可偏安全地仿此设计。6.1.1车辆荷载对于中横隔梁的计算荷载跨中横隔梁的受载图式如下图6-1所示：汽车-20级在中横隔梁的计算荷载为：挂车-100级中横隔梁的计算荷载为：对人群：图6—1荷载沿桥跨的布置6.1.2绘制中横隔梁内力影响线由前所算跨中荷载横向分布系数，则Mr的影响线竖标可计算如下:P=1作用在轴上时（）同样，由此可绘制出Mr影响线如下图6-2所示：6.1.3弯矩计算荷载组合：因横隔梁弯矩影响线的正负面积很接近，恒载产生的弯矩将基本抵消，故组合时不计入恒载内力。挂车组合中考虑了提高系数1.03负弯矩组合：1.4Mr=1.4×（-71.91）=-100.67因此，横梁内力：正弯矩由挂车荷载控制：负弯矩由人群荷载控制：6.2横梁截面配筋与强度验算6.2.1正弯矩配筋把铺装这算3cm计入截面，则横梁翼缘板有效宽度为：b+12hn=18+12×(17.5+3)=264cm按照规范要求取小者，即。设a=8cm,则由公式得：选用6F32钢筋。设抗弯钢筋分层，下层钢筋中心距梁底边缘5cm，三层钢筋中心间距6cm，则a=3+5=8，则，x=340×48.26/（17.5×264）=3.551cm满足要求截面强度验算：6.2.2负弯矩配筋设a=3cm，由公式选用2F16钢筋，则x=340×4.02/（17.5×18）=4.339cm截面强度验算：截面含筋率验算：均大于规范规定的受拉钢筋最小配筋率0.15%。6.3横梁剪力计算及配筋计算横梁的剪力时，可以根据已求得的各主梁的荷载横向分布影响线仿照偏心受压发绘制横梁的剪力影响线通常横梁的剪力靠近桥两侧边缘的截面处剪力。现分别作这个截面的剪力影响线。右侧截面的剪力影响线竖标值可按照如下方法计算：P=1作用在计算截面以左时：P=1作用在计算截面以右时：右侧截面的剪力影响线竖标值可按照如下方法计算：P=1作用在计算截面以右时：根据上述方法绘制1、2号梁右截面的剪力影响线如下图6-3所示：图中显示了汽车荷载和挂车荷载在相应影响线上的最不利荷载位置，截面剪力计算如下：右侧截面在汽车荷载作用下和在挂车荷载作用下的剪力分别为：右侧截面在汽车荷载和挂车荷载作用下的剪力分别为：从计算结果可见，挂车荷载作用下的2号梁右侧截面的剪力最大。考虑挂车组合，并取提高系数1.03，则设计用剪力值为：按规范进行剪力验算：计算剪力介于两者之间，因而横梁需配置抗剪力的钢筋，假设抗剪钢筋采用箍筋，选取双肢F8则斜截面内混凝土与箍筋共同抗剪时抗剪能力按下式计算：式中：取，则满足规范的构造要求。图6—31号、2号主梁右截面剪力影响线7支座计算该桥梁肋宽0.18m，标准跨径，计算跨径l=23.5m，恒载作用下支座的反力,考虑冲击后活载在支座产生的最大及最小反力分别为制动力在最不利荷载作用下梁端产生的水平力H=7.84KN。主梁在最不利荷载作用下梁端产生转角，主梁的计算温差，按梁的梁段采用等厚的板式橡胶支座设计计算。7.1确定支座几何尺寸7.1.1确定平面尺寸试取橡胶板式支座形状系数S>8,取橡胶支座的容许压应力，支座的平面面积取支座的顺桥向长度为0.