桥梁课程设计13米板计算

./班级：土木五班指导老师：汪莲学号：20043342菊香：吴劲松日期：一、设计资料1设计基本资料〔1跨径：标准跨径13m,计算跨径：12.6m；全桥共：60+7.5×2×2＝90m,分为8跨,13m×6+6m×2；主梁全长：12.96m；〔2荷载：公路Ⅰ级,人群荷载3.0KN/；〔3桥面净空：净—9m,2×1〔4主要材料：钢筋：主钢筋用Ⅱ级钢筋,其他钢筋用Ⅰ级钢筋,其技术指标见表-1。表－1种类弹性模量Es抗拉强度标准值ƒsk抗拉强度设计值ƒsdR235钢筋2.1×105MPa235MPa195MPaHRB335钢筋2.0×105MPa335MPa280MPa混凝土：C35,其技术指标见表-2。表－SEQ表－\*ARABIC2强度等级弹性模量Ec轴心抗压强度设计值ƒcd轴心抗拉强度设计值ƒtd轴心抗拉强度标准值ƒtkC353.15×104MPa16.1MPa1.52MPa2.20MPa〔5地形、地质条件桥址处河道标高为0.0m,桥头路面标高为为7.5m,河道边坡为1：2,标准跨径10m时河底宽度为B＝40m,桥址处4.0m以上为耕植土;4.0m以下为亚粘土,其基本承载力为200KPa,摩擦角为20。〔6设计计算容①拟定桥梁纵横断面结构尺寸；②力和配筋计算；③支座设计和计算；④拟定桥梁墩台结构尺寸。〔7设计依据：①《公路工程技术标准》〔JTGB01-2003；②《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》〔JTGD62-2004,简称《公预规》；③《公路桥涵设计手册－梁桥〔上册》〔1998年1月第一版第二次印刷,简称《梁桥》；④《公路桥涵设计通用规》〔JTGD60-2004；⑤桥梁工程汪莲主编工业大学。二、横断面及计算简图本桥取上部独立桥梁进行计算,桥面净宽9+2×1m,两侧为安全护栏,全桥采用9块1.25米宽的砼空心板,两边的边板分别挑出0.2米安装护栏。水泥砼铺装厚10cm,沥青砼厚图1标准横断面板的横截面见图2。.图2空心板横截面桥的纵断面示意图如下：图3大桥纵断面图空心板的标准跨径为13m,计算跨径l＝12.6m。空心板的具体构造见附图。三、横向分布系数的计算1铰接板法计算采用铰结板法计算弯矩及L/4截面至跨中截面剪力的〔1截面抗弯惯性距空心板是上下对称截面,行心轴位于截面中心,故其抗弯惯矩为：＝〔2计算截面抗扭惯性矩将空心板的截面转换成下图4中虚线所示的形式。图4空心板简化形式图空心板截面可近似简化成图3中虚线所示的薄壁箱形截面来计算,则有：〔3计算刚度参数γ〔4计算跨中荷载横向分布影响线根据γ值,查教材附录Ⅰ,在之间插值求得时各块板轴线处的影响线坐标值如下表<表3>表3影响线纵坐标值板号γ单位荷载作用位置〔第i号板中心12345678910.022361941471130880700570490460.043062321551040700480350260230.028526621015010908006104803903620.021941891601220950750620530490.042322291811210820570400310260.028521020616912208906705304403930.021471601641411100870720620570.041551811951591080740530400350.028515016917714910908106405304840.021131221411521341060870750700.041041211591821511040740570480.028510912214916514110508106706150.020880951101341481341100950880.040700821081511781511080820700.0285080089109141161141109089080〔5计算弯矩及L/4截面至跨中截面剪力的mc根据前表,用插法求得所加荷载处对应的影响线竖标值,如下图5所示：图5荷载对应影响线竖标值②计算荷载横向分布系数设计车道为2,计算荷载横向分布系数1号板：汽车荷载：人群荷载：2号板：汽车荷载：人群荷载：3号板：汽车荷载：人群荷载：4号板：汽车荷载：人群荷载：5号板：汽车荷载：人群荷载：综上所得,汽车横向分布系数的最大值为,人群荷载的最大值为。2杠杆法计算采用杠杆法计算支点剪力的。用杠杆法计算,各块板的影响线、布置最不利汽车荷载位置如下图<图6>所示。图6支点处影响线纵坐标图由图上可知边、中板的,。四、活载作用力计算1.荷载横向分布系数汇总〔1汽车荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置公路－Ⅰ级备注空心板跨中mc0.281按"铰结板法"计算支点mo0.5按"杠杆法"计算1/4点m1/40.281按"铰结板法"计算〔2人群荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置公路－Ⅰ级备注空心板跨中mc0.302按"铰结板法"计算支点mo1.0按"杠杆法"计算1/4点m1/40.302按"铰结板法"计算2.影响线面积及距离计算表4影响线面积及距离计算类型截面公路－Ⅰ级均布荷载〔KN/m影响线面积〔m2或m影响线距离m影响线图式10.53.1510.50.510.52.3610.50.753、汽车、人群活载力计算〔1冲击系数计算根据《公路桥涵设计通用规》<JTGD60—2004>条文说明,简支梁桥的自振频率〔基频可采用下式计算：式中：,,,,将上列数据代入公式根据《公路桥涵设计通用规》<JTGD60—2004>,有：〔2跨中荷载横向分布系数〔铰接板法〔3跨中荷载横向分布系数〔杠杆原理法〔4计算汽车、人群活载力公路－Ⅰ级中集中荷载计算,由教材表1-11查出：计算弯矩效应时：计算剪力效应时：跨中弯矩：支点剪力：变化区荷载重心五、恒载力计算1、结构重力产生的力计算〔1结构重力集度分别考虑预制梁自重〔第一期荷载和湿接缝、桥面铺装、人行道栏杆等〔二期荷载重力集度。①空心板自重<一期恒载>②桥面系自重及绞缝重<二期恒载>a、桥面铺装：全桥宽铺装每延米总重则b、防撞护栏：由桥涵设计通用图之<<桥涵公用构造图>>查得,桥上栏杆的荷载密集度为c、铰缝重：故〔2结构重力产生的力跨中弯矩：支点剪力：2、恒载力计算见表5。表5空心板恒载力计算表项目种类glM<>Q<KN>跨中1/4跨支点1/4跨一期恒载10.875812.6215.83161.8768.5234.26二期恒载7.5712.6150.23112.6747.7023.85恒载合计18.445812.6366.06274.54116.2258.11六、作用效应组合1、跨中、跨及支点处弯矩与剪力计算：由教材式〔1-1可得承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值为：跨中弯矩：支点剪力：截面边板荷载类型qk<KN/m>Pk<KN>1+μmc或miΩ或yS<KN·m或KN>SiS公路I级10.5210.41.36780.28119.8580.11334.841.36780.2813.15254.7310.5252.481.36780.2811.586.3854.901.36780.2810.548.5210.5210.41.36780.28114.8860.05250.901.36780.2812.36190.8510.5252.481.36780.2813.5414.2987.071.36780.2810.7572.78汽车荷载由公路Ⅰ级荷载在一块板上的力数值,可以按截面力一般公式计算,即：,两车道时：人群荷载的计算：截面荷载类型PormcrΩS<kN•m或kN>人群荷载30.30219.8517.9830.3021.581.4330.30214.8813.4830.3023.543.212、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纵向的变化图形和支点剪力影响线如图7所示。图7支点剪力计算图示按上图原理可得出横向分布系数变化区段的长度：公路－Ⅰ级作用下,支点的最大剪力为：汽车荷载：人群荷载：3主梁力组合钢筋混凝板桥当按承载力极限状态设计时采用如下荷载组合：表6主梁力组合序号荷载类别弯矩M<KN·m>剪力Q<KN>梁端四分点跨中梁端四分点跨中1恒载总重0.00274.54366.06116.2258.110.002汽车荷载0.00250.90334.84202.6487.0754.903人群荷载0.0013.4817.9821.003.211.4341.2×10.00329.45439.27139.4669.730.0051.4×20.00351.26468.78283.70121.9076.8661.4×0.8×30.0015.1020.1423.523.601.607作用效应组合0.00695.81928.19446.68195.2378.46七、持久状况承载力极限状态计算1、正截面抗弯承载力验算〔1已知数据及要求见前所述,荷载力见表4。〔2边板跨中截面的纵向受拉钢筋计算①确定中性轴的位置形心位置：空心板是上下对称截面,形心轴位于截面中心,即：形心离下缘高度为30cm,面积为：4183,惯性矩：2763000。②将空心板截面按抗弯等效的原则,换算为等效工字形截面的方法是在保持截面面积、惯性矩和形心位置不变的条件下,将空心板的圆孔〔直径为D换算为b、h的矩形孔。本板的等效图形如图8。图SEQ图\*ARABIC8根据变换前后面积和惯性矩不变的条件,可求出等效矩形的b、h分别为：b=456.4mmh=985.2mm在保持原截面高度、宽度及圆孔形心位置不变的情况下,等效工字形截面尺寸为：上翼缘厚度下翼缘厚度腹板厚度换算截面尺寸如右图9,则有：图9全截面换算截面〔单位：厘米〔3正截面抗弯计算空心板采用C35混凝土,抗压设计强度＝16.1MPa,抗拉强度＝1.52MPa,计算弯矩为928.19,由于空心板采用绑扎钢筋骨架,一层受拉钢筋。假设=40mm,则有效高度为：=700—40=660mm判断截面类型： 计算受压区高度x：由公式：得：则=74mm由公式3-40得到正截面承载力计算为：板的主筋采用HRB335钢筋,一排布筋,采用9φ28,抗拉设计强度＝280MPa,=5542；箍筋采用R235钢筋φ8,抗拉设计强度＝195MPa,保护层厚度30mm,板宽1260mm。空心板的有效高度为。截面复核：已设计的受拉钢筋总面积为5542,＝280MPa,有效高度,则有：〔1、判定T形截面类型：由式3-46得：,则此为第一类型截面。〔2、求受压区高度：〔3、正截面抗弯承载力：==954.10〉又﹪〉﹪,故截面复核满足要求。八、持久状况正常使用极限状态计算1裂缝验算〔1荷载组合短期效应组合长期效应组合正常使用极限状态裂缝宽度计算,采用荷载短期效应组合,并考虑荷载长期效应的影响,有：.1、空心板荷载短期效应组合：2、空心板荷载长期效应组合：.〔2跨中截面裂缝计算其中：钢筋表面形状系数,对光面钢筋,；对带肋钢筋,作用〔或荷载长期效应影响系数,,其中和分别按作用〔或荷载长期效应组合和短期效应组合计算的力值〔弯矩和轴向力；与构件受力性质有关的系数,当为钢筋混凝土受弯构件时钢筋应力,受弯构件纵向受拉钢筋直径。不同钢筋直径时纵向受拉钢筋配筋率,对于混凝土构件,当取当取构件受拉翼缘宽度构件受拉翼缘高度,取裂缝满足要求2梁跨中挠度验算〔1T形梁换算截面的惯性矩和的计算：对T梁的开裂截面,由式9-19可得：带入数据得162.93mm〉则此为第二类T形截面。此时由式9-12决定：则:开裂截面的换算截面惯性矩为：=9966.94T梁的全截面换算截面面积为：受压区高度为：全截面换算惯性矩为：.=〔2计算开裂构件的抗弯刚度：全截面抗弯刚度：开裂截面抗弯刚度：全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为：全截面换算截面的面积矩为：塑性影响系数为：则有,开裂构件的抗弯刚度为：=3.69〔3受弯构件跨中截面处的长期挠度值：短期荷载效应组合下跨中截面弯矩标准值,结构自重作用下跨中截面弯矩标准值,对于混凝土,挠度长期增长系数=1.60,有：=39.83mm在自重作用下跨中截面的长期挠度值为：=26.25mm则按可变荷载频遇值长期挠度值为：符合《公路桥规》的要求。〔