16m钢筋混凝土空心简支板桥设计

学生姓名指导教师完成日期2012年5月25日学生姓名朱建明学号班级高0906-1毕业设计题目16m钢筋混凝土空心简支板桥设计指导教师姓名指导教师职称指导教师答辩小组组长16m钢筋混凝土空心简支板桥设计学生姓名朱建明学号班级土木工程学院导师姓名导师职称1.桥位地形图、地质图、地质勘查资料2.技术标准(1)设计荷载：公路-Ⅱ级(2)桥面宽度：上下行各两车道(1)混凝土：混凝土空心简支板和铰缝采用C40混凝土(2)钢材：采用R235钢筋、HRB335钢筋二、设计内容1.方案比选；2.结构尺寸的拟定；3.内力计算；4.内力组合和配筋；5.结构强度、挠度和裂缝宽度计算6.设计支座；7.midas电算；8.下部结构(视时间而定)1.毕业设计说明书：不少于10000字2.绘图要求：CAD绘图不少于2张A3图纸，手工绘图1张A33.英文翻译不少于3000中文四、应收集的资料及参考文献1.中华人民共和国行业标准.JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出2.中华人民共和国行业标准.JTGD62-2004公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范[S].3.易建国.混凝土简支梁(板)桥[M].北京：人民交通出版社，20064.葛俊颖.桥梁工程[M].北京：中国铁道出版社，20075.沈蒲生.混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2006五、进度计划第1周-第1周查阅文献，完成英文翻译和开题报告教研室主任签字16m钢筋混凝土空心简支板桥设计学生姓名朱建明学号班级桥梁是一种功能性的结构物，从古至今，人类从未停止过对桥梁美学的追求，很多桥梁被建成令人赏心悦目的艺术品，具有鲜明地时代特征，至今仍被随着经济的迅猛发展，四通八达的交通网路变得越来越迫切。这样各种跨河、跨峡谷、跨海峡以及城市立交桥亟需修建。为了能够迅速的熟悉设计及施工外部设计环境，需要我们具备良好的设计能力，同时在掌握前人技术的基础上，做到有所创新。此外，通过设计，还能够提高我们的综合能力：2、提高绘图、计算、查阅文献、使用规范手册和编写技术3、掌握小型桥梁设计原则、设计方法和要4、树立正确设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于二、设计现状和发展趋势板式桥是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力和预应力混凝土结构；可以做成实心和空心，就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中广泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨境桥梁，特别受欢迎，从人可以减低路堤填土高度，少占耕地和节省土方工程量。实心板一般用于跨径13M以下的板桥。因为板高较小不便，可做成钢筋混凝土实心板，立模现浇或预制拼装均可。空板式桥出现在现在桥梁技术中，钢板梁桥和钢桁架板桥出现的最经济性和便于维护的优势，得到了长足的发展。1984年建成的湖北省沙洋汗江桥是首座跨径超过100米的连续板桥，跨径超过100米的连续板桥还有广州大桥、江桥、贵州省思南乌江桥等。我国的钢管混凝土板桥的应用与发展已引(1)学会搜集资料，寻求帮助，及综合运用资料的能(2)养成独立思考，分析问题，解决问题的能力。(3)对空心板桥有一定了解，学会一套桥梁设计计算的软件，并会运用来设计计(4)通过设计了解空心板桥的一些优缺点，对空心板桥的结构有充分的认识了解。(5)圆满完成设计，在设计的时候能有所创新，有所收四、本设计的主要工作及采用的方法1、合理选择桥型，正确拟定结构尺寸；2、内力计算及成果汇总；3、配筋设计以及强度验算；4、刚度及稳定性验算；5、正确的使用桥梁计算软件；五、进度计划第1周-第1周查阅文献，完成英文翻译和开题报告该桥为北京市某公路上的一座桥梁，桥梁跨越河塘，无通航要求。该桥运用所学的理论知识及结合毕业实习的现场实际经验，通过计算及运用计算机应用软件，采用计算机及手绘出图。该工程钢筋混凝土结构的结合形成及各种原材料计算使用对本人有很大的启发，完成一座桥梁的设计必需先进行调查研究，了解设计深度，对不同设计方案的比较，采用可行的经济合理的方案，考虑各种荷载，得出该桥梁的结构可靠度，按照国家设计及施工规范、强制性条文的要求，利用所学知识，在指导教师的指导下，根据不同的结构，选择结构计算单元，进行荷载计算、竖向荷载作用下内力计算、水平荷载作用下的内力和弯矩计算、截面设计、主梁设计、基础设计(采用钻孔桩基础计算配筋),确定截面的配筋还应满足构造要求。施工图中，结构及构件尺寸筋、箍筋及构造钢筋的编号清楚、正确。受力钢筋通过本次的毕业设计，使我对桥梁工程的形成及起步初始阶段怎样利用所学的知识进行一个综合认识，为今后涉或进入该行业打好良好的基础。关键词桥梁，钢筋混凝土结构，内力，计算配筋。Thisbridge'sforBeijingsomedevelopmentzonemainyanbridge,bridgespanningriverpond,non-navigationrequethetheoreticalknowlethroughthecomputationandtheutilizationcomputerapplicationcomputationusehastheverybiginspirationtomyself,completesabridgethedprobablyconducttheinvestigationandstudyfirst,understandsthedifferentdesignproposal'scomparison,usesthefeasibleeconomicalreasonableconsideredthateachkindofDutchcarries,obtainsthisbridgestructurerelaccordingtothenationaldesignandtusesstudiestheknowledge,ininstructsunderteacher'steachingwithskillandpatiaccordingtothedifferentstructure,thechoiceloadcomputation,undertheverticalloadfunctiontheendogenicforcecthehorizontalloadfunction'sendogenicforceandthebendingmomentcosectiondesign,thekingpostdesign,thefoundationdescomputationreinforcingbars),truedecidesthesectionthereinforcingbarlabellingmustbecomplete,theworkingreinfreinforcementserialnumberisandinterruptsthepositionclearlycorrect.throughthistimegraduationprojemetheknowledgewhichhowtousetobridgebuilpreliminarystagestudiorcedconcretestructure,theinternalforce,thef目录 11.2技术标准 11.3地质条件 1.4主要材料 1.5方案比选 第2章总体布置和结构尺寸 52.1设计资料 52.1.1桥梁跨径和桥宽 52.1.2设计荷载 52.2主梁截面尺寸拟定 5第3章结构内力计算 73.1内力计算说明 73.2几何特性计算 73.2.1毛截面面积A 73.2.2毛截面重心位置 73.2.3空心板毛截面对其重心轴的惯矩I 83.3作用效应计算 93.3.1永久作用效应计算 93.3.2可变作用效应计算 3.4作用效应组合 20第4章截面配筋和复核计算 4.1配置主筋 234.2持久状况截面承载能力极限状态计算 254.3斜截面抗剪承载力计算 264.4持久状况斜截面抗弯极限承载能力验算 第5章持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算 第6章持久状况正常使用极限状态下的挠度验算 7.1确定支座平面尺寸 7.2确定支座的厚度 7.3验算支座偏转情况 7.4验算支座的抗滑稳定性 第8章迈达斯电算图 40 42参考文献 43 44附录外文资料翻译 11.1工程概况：本桥为北京市某公路上的一座桥，无通航要求。设计全桥全长48米，桥两边与1)路线道路等级：一级道路2)设计行车速度：60km/h3)桥面总宽，双向四车道，两侧设人行道、安全带4)车辆荷载标准：汽车荷载按公路Ⅱ级，人群荷载为3.0kN/m25)通航标准：无通航要求6)设计洪水频率：100年一遇4)桥面坡度：横坡1.5%、纵坡2%或参考规范设计该处的地质条件较差，表层4米的范围内为沙烁石土，接着为2.5米的粘土，中层有5米以上沙烁石土，下层为灰延。1.4主要材料1)混凝土：混凝土空心简支板和铰缝采用C40混凝土2)钢材：采用R235钢筋、HRB335钢筋在桥梁方案比选中，要注意以下四项主要标准：安全、两个方面：一是跨越障碍(河流、山谷或线路),二是承受/荷载。在比选方案时，应2选择传力路线直接、简捷的结构形式，以保证结构受力的合理性。过去对桥下的功能重视不够，现在由于航运事业的发展，需要十分重视桥下的通航净空。经济性主要从造价、工期及养护维修方面考虑。造价：主要包括材料费、人工费及机具设备费；人工费和机具设备费的标准各地区有很大差别，可根据概预算定额标准进行估算；养护及维修：桥梁在规定使用期限内经常维修费用的多少需要考虑，混泥土桥的养护和维修费用比刚桥要低得多，当遭受军事或自然因素破坏后的修复，梁式桥比拱式桥方便。至于桥梁美观，我国基本建设的方针是“经济、适用和在可能条件下注意美观”,大量的公路桥和铁路桥设计时应遵守这一要求，但在特大桥‘城市桥以及位于风景区的桥梁，应注意选择美观的桥型方案。鉴于地质、地形情况。该处地势平缓，故比选方案主要采用简支梁桥和连续梁桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，我初步拟定了三个方案。方案一：混凝土简支T型梁桥本桥的横截面采用T型截面。防收缩钢筋采用下密上疏的要求布置所有钢筋的焊缝均为双面焊，因为该桥的跨度较大，预应力钢筋采用特殊的形式布置，这样不仅有利于抗剪，而且在拼装完成后，在桥面上进行张拉，可防止梁上缘开裂。优点：制造简单，整体性好，接头也方便，而且能有效的利用现代高强材料，减少构件截面，与钢筋混凝土相比，能节省钢材，在使用荷载下不出现裂缝等。缺点：预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，使桥面铺装加厚等。施工方法：采用预制拼装法(后张法)施工，即先预制T型梁，然后用大型机械吊装的一种施工方法。其中后张法的施工流程为：先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道，待混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋穿入预留的孔道内，将千斤顶支承与混凝土构件端部，张拉预应力钢筋，使构件也同时受到反力压缩。待张拉到控制拉力后，即用夹片锚具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内压注水泥浆。使预应力钢筋与混凝土粘结成为整体。方案二：混凝土连续箱形梁桥本桥采用单箱单室的截面形式及立面图，因为跨度很大(对连续梁桥),在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律，变截面梁的变化规律采用二次抛物线。优点：结构刚度大，变形小，行车平顺舒适，伸缩缝少，抗震能力强，线条明快简洁，施工工艺相对简单，造价低，后期养护成本不高等。缺点：桥墩处箱梁根部建筑高度较大，桥梁美观欠佳。超静定结构，对地基要求3施工方法：采用悬臂浇筑施工，用单悬臂—连续的施工程序，这种方法是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋模板继续施工。方案三：混凝土空心板桥本桥横断面采用8快空心混凝土板优点：预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。缺点：行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。施工方法：采用预置装配(先张法)的施工方法，先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉，并将其临时固定在张拉台座上，然后按照支立模板——钢筋骨架成型——浇筑及振捣混凝土——养护及拆除模板的基本施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。方案设计方案一设计方案二设计方案三各梁受力相对独立，避免超静定梁的复杂箱形截面抗扭刚度大，空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短。美观性构造简单，线条简洁型美观影响桥型美观上表4易等跨径布置，细部尺寸板预制，施工较为方便。等截面形式能大量节约模板，加快建桥进础设计量大。结构轻型化，跨越能力强。充分发挥了高强材料的的抗裂性，促使结构轻型化。后期养护成本较高从安全性来讲，三方案均能满足行车安全和通航要求，但是混凝土简支空心板桥的施工技术更加成熟，施工安全性能高。从功能性来讲，混凝土T形梁桥的行车条件好，更加平顺，且承载能力好。从经济性来讲，混凝土简支空心板桥使用的设备少，钢材使用量相对较少，不像混凝土连续箱型梁桥跟钢构桥那样多，造价上面也较低。从美观性来讲，很显然箱型更加漂亮。因为桥梁比选的四个主要标准中安全跟经济放在首要位置，所以尽管箱型梁桥更加漂亮，我们还是选择外观不是那么耀眼但是安全性跟经济性更加好的混凝土空心简支板桥。5第2章总体布置和结构尺寸跨径：标准跨径lk=16.00m;2.1.2设计荷载2.2主梁截面尺寸拟定取桥面净空为净1.0m+2×6.0m+1.0m,全桥宽采用8块C40预制混凝土空心板，每块空心板宽174cm,空心板全长15.96m。全桥空心板横断面布置和每块空心板截图2-3边跨空心板截面构造及尺寸(尺寸单位：cm)673.1内力计算说明桥梁的内力计算包括多个方面，主要作用就是为了计算在各种条件下桥梁所能承受的负重，以及什么情况下达到桥梁的极限状态，从而保证施工和使用的安全。桥梁的内力计算主要包括行车道板的内力计算、主梁内力计算。下面来做具体介绍。3.2.2毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静矩：毛截面重心离1/2板高处的距离为：(向下移)铰缝重心离1/2板高处的距离为：83.2.3空心板毛截面对其重心轴的惯矩I由图3-4,每个挖空的半圆面积为A':半圆对其自身重心轴0—0的惯矩为I:I=0.00686d⁴=0.00686×46⁴由此得空心板毛截面对重心轴的惯矩I:(忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩)空心板截面的抗扭刚度可简化为图4的单箱截面来近似计算：石家庄铁道大学毕业设计93.3作用效应计算3.3.1永久作用效应计算(1)空心板自重(第一阶段结构自重)g1(2)桥面系自重(第二阶段结构自重)g₂人行道板及栏杆重力参照其他桥梁设计资料，单侧重力取用12KN/m。桥面铺装上层6cm沥青混凝土，下层采用采用等厚度10cm水泥混凝土，则全桥宽铺装每延米总重为：上述自重效应时在各空心板形成整体后，再加至板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不相同的，本桥为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为：(3)铰缝重(第二阶段结构自重)83由此得空心板的每延米总重力8为：g1=91=18.71kN/m(第一阶段结构自重)8π=g₂+g₃=7.85+0.39=8.24KN/m(第二阶段结构自重)由此可计算出简支空心板永久作用(自重)效应，计算结果见表3.1。1/4跨作用效应Q(kN)跨中跨中支点1/4跨一期恒载0二期恒载003.3.2可变作用效应计算而在计算剪力效应时，集中荷载标准值P应乘以1.2的系数，即计算剪力时Pk.=1.2×Pk=1.2×166.8=2(1)汽车荷载横向分布系数计算1空心板的荷载横向分布系数跨中和4处按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算，支点至4点之间按直线内插求得。1)跨中及4处的荷载横向分布系数计算首先计算空心板的刚度系数?:I=2.48×10¹⁰mm⁴Ir=166.2×10¹⁰mm⁴l=15.6m=15600mm将以上数据代入，得：求得刚度系数后，即可按其查《公路桥涵设计手册》(梁桥)上册第一篇附录(二)中8块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表。由内插得到r=0.0011时1号至4号板的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表3.2中。由表3.2画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得二车道下各板在不同荷载作用下的横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图3-6。由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。1号板板号11234各板荷载横向分布系数计算如下(参照图3-3)石家庄铁道大学毕业设计人群荷载：人群荷载：人群荷载：2号板横向分布影响线3号板横向分布影响线各板横向分布系数计算结果汇总于表3.3。由表3.3中数据可以看出：两行汽车作用时，2号板为最不利。为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，同时考虑到人群荷载与汽车荷载效应相组合，因此，跨中和1/4处的荷载横向分布系数偏安全地取下列数值：m人=0.280表3.3各板荷载横向分布系数汇总表板号12342)车道荷载作用于支点处的荷载横向分布系数计算支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。由图3-7,3~4号板的横向分布系数计算如下：图3-4支点处荷载横向分布影响线及最不利加载图(尺寸单位两行汽车：3)支点到处的荷载横向分布系数按直线内插求得空心板的荷载横向分布系数汇总于表3.4。表3.4空心板的荷载横向分布系数跨中至4处支点0当f<1.5Hz时，μ=0.05;当f>14Hz时，μ=0.45;当1.5Hz≤f≤14Hz时，E-结构材料的弹性模N/m²;Ic——结构跨中截面的截面惯矩m⁴;8——重力加速度，g=9.81m/s。1)车道荷载效应计算车道荷载引起的空心板跨中及%4截面的效应(弯矩和剪力)时，均布荷载9k应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载Pk(或P)只作用于影响线中一个最大影响线峰值处，见图3-5。跨中截面弯矩：M汽=ξm(qΩk+Pyk)(不计冲击时)计入汽车冲击M=(1+μ)ξm(qQk+Py)剪力：Vn=ξm(qSk+P'yk)(不计冲击时)不计冲击V=ξm(q2k+Piy)计入冲击V=(1+μ)ξm(q9k+Py)②1/4截面(参照图3-5)弯矩：M汽=ξm(qQk+Pyk)(不计冲击时)不计冲击M=1×0.275×(10.5×22.82+222.4×2.925)=244.8(kN/m)计入汽车冲击M汽=(1+μ)ξm(q9k+Pyk)剪力：Vr=ξm(q2k+Py)(不计冲击时)计入冲击V=(1+μ)ξm(q2k+Py)①支点截面2)人群荷载效应为净宽1.0m,因此q人=3.5×1.0=3.5(kN/m)。人群荷载产生的效应计算如下(参照图3-5及图3-6)。图3-5简支空心板跨中截面内力影响线及弯矩：M人=0.280×3.5×22.82=22.4(kN/m)剪力：V人=0.280×3.5×5.85=5.1(kN)可变作用效应汇总于表3.5中图3-7支点剪力计算简图表3.5可变作用效应汇总表剪力N(kN)应作应作跨中跨中支点车道荷载(两行)不计冲击系数石家庄铁道大学毕业设计人群荷载按《桥规》公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用于不同的计算项目。按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为：S——效应组合设计值；Sck——永久作用效应标准值；Solk——汽车荷载效应(含汽车冲击力)的标准值；Sgik——人群荷载效应的标准值。作用短期效应组合表达式：式中：S——作用短期效应组合设计值；Seuk——不计冲击的汽车荷载效应标准值；Squ——人群荷载效应的标准值。作用长期效应组合表达式：式中：各符号意义见上面说明。《桥规》还规定结构构件当需进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为：式中：S——标准值效应组合设计值；SGk,SQlk,Sqi——永久作用效应、汽车荷载效应(计入汽车冲击力)、人群荷载效应的标准值。根据计算得到的作用效应，按《桥规》各种组合表达式可求得各效应组合设计值，现将计算汇总于表3.6中。序号弯矩(kN.m)剪力(kN)跨中跨中支点作用效应值永久作000可变作车道不计冲击人群荷载So能力极限合S0正常使用极限期效应组合S0状态使用长期效应组合Sa0弹性阶段应力效应组0石家庄铁道大学毕业设计第4章截面配筋和复核计算由持久状况承载能力极限状要求的条件来确定受力主筋数量，空心板截面可换算成等效工字型截面来考虑。换算原则是面积相等、惯性矩相同，本设计令空心板中圆面积及惯性矩与工字型截面中开口部分面积和惯性矩相同。由得则得等效工字形截面的上翼缘板厚度h:等效工字形截面的下翼缘板厚度h:等效工字形截面的肋板厚度：b=b,-2b=174-2×47.8=78.4(等效工字形截面尺寸见图4-1。石家庄铁道大学毕业设计估算普通钢筋时，可先假定x≤h,,则由下式求得受压区高度x,设h₀=h-a₅=70-4=66(cm)=660由表3.6M=1403.5kN/m=1403.5×10⁶N/整理后得：x=62.8mm<h,=138mm,且x<5h₀=0.4h₀=264mm图4-1空心板换算等效工字形截面(尺寸单位：cm)选用24根直径为20mm的HRB335钢筋钢筋采用24根布置在空心板下缘一排(截面受拉边缘),沿空心板跨长直线布置，4.2持久状况截面承载能力极限状态计算4.3斜截面抗剪承载力计算fcu.k——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度，空心板为C40,则YoVa=0.9×288.65=259.7roVa≤0.51×10³√40×278×560=502.1由于y₀Va=0.9×288.65=259.79(kN)>1.25×0.5×10³×a₂fabh₀=160.55kN,并对照表3.6中沿跨中各截面的控制剪力组合设计值，在1/4至支点的部分区段内应按计算要求配置抗剪箍筋。为了构造方便和便于施工，本桥混凝土空心板不设弯起钢筋，计算剪力全部由混凝土及箍筋承受，则斜截面抗剪承载力按下式计算：Y₀Va≤VV=aq₁Q₂C₃×0.45×10⁻³bh,√(2+0.6P)√fkPwf。式中，各系数值按《公预规》5.2.7条规定取用：a₁——异号弯矩影响系数，简支梁α₁=1.0;α₂——预应力提高系数，本桥为部分预应力A类构件，偏安全取α₂=1.0;α₃——受压翼缘的影响系数，取α₃=1.1;h₀——等效工字形截面的肋宽及有效高度；P——纵向钢筋的配筋率，Psv.箍筋的配箍率，,箍筋选用双股φ10,(mm²),则写出箍筋间距s,的计算式为：fcu.,k=40MPa;箍筋选用HRB335,则f=280MPa;取箍筋间距s,=150mm,并按《公预规》要求，在支座中心向跨中方向不小于一倍梁高的范围内，箍筋间距取100mm。配箍率取s,=200mm。由图3-12,选取以下三个位置进行空心板斜截面抗剪承载力计算：①距支座中心h/2=350mm处截面，x=6000mm;②距跨中位置x=3300mm处截面(箍筋间距变化处);③距跨中位置x=3300+13×150=5250(mm)处截面(箍筋间距变化处)。计算截面的剪力组合设计值，可按表3.6由跨中和支点截面位置x(mm)支点跨中剪力组合设计值Va(kN)V=a₁a₂a₃×0.45×10³bh₀√(2+0.6P)JfckPwf则V=1.0×1.0×1.1×0.45×10³×784×660×J(2+0.6×0.93)√40×0.00V=1.0×1.0×1.1×0.45×10³×784×660×√(2+0.6×0.93)√40×0.00r₀Va=0.9×182.10=163.89(kN)<V₅=275.9斜截面抗剪承载力：V=1.0×1.0×1.1×0.45×10⁻³×784×660×J(2+0.6×0.93)√40×0.00377×280=318.46(kN)√计算表明均满足斜截面抗剪承载力要求。钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载能力不足而破坏的原因，主要是由于受拉区纵向钢筋锚固不好或弯起钢筋位置不当而造成。故当受弯构件的纵向钢筋和箍筋满足上述要求时，可不进行斜截面抗弯极限承载能力验算。第5章持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算最大裂缝宽度计算：式中C₁——钢筋表面形状系数，取C₁=1.0:;C₂——作用长期效应影响系数，长期荷载作用时，C₂=1+0.5N/Ns,N₁和Ns分别为按作用长期效应组合和短期效应组合计算的内力值；C₃——与构件受力性质有关的系数，取C₃=1.0;d——纵向受拉钢筋直径，d=20mmp——纵向受拉钢筋配筋率，对钢筋混凝土构件，当p>0.02时，取p=0.02;Es——钢筋弹性模量，对HRB335钢筋，Es=2.0×10⁵MPa;hr——构件受拉翼缘厚度；Oss——受拉钢筋在荷载作用下的应力，按下式计算Ms——按作用短期效应组合计算的弯矩值；As——受拉区纵向受拉钢筋截面面积。按照前面计算，取最不利荷载的2号板的跨中弯矩效应进行组合：短期效应组合：上式中，MQuk为汽车荷载效应(不含冲击)的标准值，Mok为人群荷载效应的标准值。受拉钢筋在短期效应组合作用下的应力为：把以上数据代入Wik公式得：结论：板梁的最大裂缝宽度满足规范要求。第6章持久状况正常使用极限状态下的挠度验算据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJD62—2004第6.5板梁挠度验算公式为：其中：S—挠度系数，5/48;B—刚度。γ——构件受拉区混凝土塑性影响系数；Io——全截面换算截面惯性矩；Icr——开裂截面换算截面的惯性矩；fik——混凝土轴心抗拉强度标准值，对C₄0混凝土，fk=2.4MPa;Wo——换算截面抗裂边缘的弹性抵抗矩。全截面换算截面对重心轴的惯性矩可近似用毛截面的惯性矩代替，由前文计算可全截面换算截面面积：=[7485.8+(6.154-1)×75式中：n——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比，为计算全截面换算截面受压区高度xo:计算全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩So:Mer=2fSo=2×2.4×61764392=2.9965×设开裂截面换算截面中性轴距梁顶面的距离为x(cm),由中性轴以上或以下换算截面面积矩相等的原则，按下式求解x。整理得解得x=14.2cm>h=13.8cm,故假设正确。可计算开裂截面换算截面惯性矩Icr为Bcr=EeIc=3.25×10⁴×1.5560×10¹⁰=5.057B₀=0.95EJ=0.95×3.25×10⁴×2.60×10¹⁰=8.03×则石家庄铁道大学毕业设计短期荷载组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算：自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算：消除自重产生的挠度，并考虑长期影响系数η后，正常使用阶段的挠度值为：计算结果表明，使用阶段的挠度值满足《公预规》要求。石家庄铁道大学毕业设计考虑到本桥采用的是板式橡胶支座，每块板在两端各布置两个支座，全桥共4×8×3=9(个)板式橡胶支座。由上述计算得：支座压力标准值R&=488.8kN,其中结构自重引起的支座反力标准值为208.2kN,公路—I级引起的支座反力标准值为269.9kN,人群荷载的支座反力标准值为10.7kN;公路—I级和人群荷载P,=3.5kN/m²作用下产生的跨中挠度f=864mm,根据当地的气象资料，主梁的计算温差△36。7.1确定支座平面尺寸选定支座的平面尺寸为a×b=18×20=360cm²,采用中间层橡胶片厚度t=0.5cm。(1)计算支座的平面形状系数SE,=5.4G.S²=5.4×1.0×9.5²=487.35(MPa)对于橡胶板式中：Rk——运营阶段的支座压力标准值，汽车荷载应计入冲击系数；[o]——橡胶支座使用阶段的平均压应力限值，形状系数S应在5≤S≤12范围内取用7.2确定支座的厚度(1)主梁的计算温差为△36,温度变形由两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移△为(2)为了计算汽车荷载制动力引起的水平位移△。,首先要确定作用在每一支座上的制动力H。386.2(kN),则汽车制动力标准值为386.2×10%=38.6(kN);但《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)规定，不得小于90kN。经比较，取总制动力为90kN参与计算，8块板共24个支座，每个支座承受的水平力(3)确定需要的橡胶片总厚度t。不计汽车制动力t。≥2△=2×0.288=0.576(cm)计入汽车制动《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的其他规定选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚0.25cm,中间层厚0.5cm,薄钢板厚0.2cm,则橡胶片总厚度：h=te+4×0.2=2.0+0.8=2.式中δcm——平均压缩变形(忽略薄钢板的变形);E.——支座抗压弹性模量按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)规定，0.03≤0.07×2.0=0.140(cm)(合格)由关系式和可得设在结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路—I级荷载作用下的跨中挠度f=0.864cm,代入上式得7.4验算支座的抗滑稳定性μRk≥1.4H,+F则73.32>11(合格)第8章迈达斯电算图图8-1反力图gc:荷欲合文件：模国7图8-2内力图?图8-3位移图cB:考载起0第9章结论经过两个多月的努力，毕业设计终于如期顺利完成，按照设计要求，完成了对16m钢筋混凝土空心简支板桥的设计。结构力学以及钢筋混凝土结构等课程。通过这次设计，我们不仅对以前的知识有了更深一步的理解，而且明白了各课程之间的内在联系，以及它们的结合点。在一定的条件下能够综合应用，来解决实际问题。本次设计是以北京市某一公路为背景，主要对其进行设计与计算，重点解决内力计算与验算问题。根据有限元的知识，利用Midas软件建立相关部分的模型，进行相应部件的设计与检算。利用AutoCAD技术对桥梁的各个部件进行绘制编图。总之，这次设计是大学三年学习的一个完整总结，使我们对一般的施工设计有了比较全面的了解，并熟悉了有关的标准、规范、手册和工具书，有效的增强了我们毕业后到施工现场的工作能力。[1]刘自明.桥梁深水基础[M].北京：人民交通出版社，2003.[2]陈伟.桥梁施工临时结构设计[M].北京：中国铁道出版社，2002.[3]交通部第一公路工程公司编.公路施工手册(桥涵).北京：人民交通出版社，2003.[4]张鸿，刘先鹏.特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.[5]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.[6]王慧东.桥梁墩台与基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2005.[7]葛俊颖.桥梁工程[M].北京：中国铁道出版社，2007.[8]陈仲顾.周景星.土力学[M].北京：清华大学出版社，2006.[9]张志国，张庆芳.钢结构[M].北京：中国铁道出版社，2008.[10]周永兴，何兆益.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.[11]BrajaMDas.SoilMechanics[M].Oxf[13]中华人民共和国建设部.钢结构设计规范(GB5017-2003)[S].北京：中国计划出版社，2003.[14]中华人民共和国交通部.公路钢木设计规范(JTJ025-86)[S].北京：人民交通出版社，1986.[15]中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.[16]中华人民共和国交通部.公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)[S].北京：人民交通出版社，2007.[17]中华人民共和铁道通部.铁路桥涵混凝土及砌体结构设计规范(TB10002.4—2005)[S].北京：中国铁道出版社，2005.短短的三个月很快结束了，毕业设计也圆满完成了。当然本设计的完成与指导老师的辛勤工作以及同学们的热心帮助是分不开的。本论文的顺利完成首先要感谢赵曼老师，赵老师对论文工作给予了全力支持，并以自己的经验与学识精心指导我们。三个多月来，赵老师不仅在设计工作上对我大力帮助，生活上也非常关心、照顾。赵老师正直热情、乐于助人的处世态度，认真严谨、实事求是的治学精神深深地影响着我，将使我终生受益。自毕业设计一开始，赵老师就严格的要求我们，为我们布置下每一周的任务，因此我们的毕业设计才能顺利完成。在此，谨向赵老师致以最衷心的感谢!感谢我的室友们，大家从五湖四海，为了一个共同的目标，来到这个天堂般的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再齐聚在一起了，有的可能从此无法联系上了吧!没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，辛苦栽培，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!朱建明2012年5月于石家庄铁道大学附录外文资料翻译局部轴压作用下的钢管混凝土性能韩林海，刘炜，杨富b五洲工程设计研究院，北京100053,中国c土木工程学院，福州大学，福建，350002,中国2007年6月27日，2007年10月2日在这个文件上有混凝土钢管(钢管)短柱的轴向局部压缩实验研究的行为。共有三十二个样本进行了测试。在测试不同的主要参数是：(1)截面类型：圆形和方形；(2)局部受压面积比(混凝土截面面积局部受压区):1.44和16;和(3)厚度的板：从2至12毫米。有限元分析模型用于分析钢管混凝土短柱的轴向局部受压，和2007爱思唯尔公司保留所有权利关键词：复合柱；局部受压；复合作用；混凝众所周知，混凝土钢管(钢管混凝土)正在越来越多地用于建筑施工由于其出色例如，该墩梁桥；下面轴承成员的刚性框架，网状框架或拱结构。图1示意鉴于钢管对组合柱的设计规范样这问题没有得到圆满的解决。预计，由于本地负载的影响，钢管混凝土的行为受到轴向本地压缩的列是不同的复合列满载。因此，本文件是试图研究轴向局部压迫下承式钢管混凝土短柱的行为。本文的主要目标有三个方面：第一，报告上承式钢管混凝土短柱在轴向局部受压的一系列的测试结果；第二，分析几个影响参数如分段式，局部受压面积比顶端终板的厚度，钢管混凝土标本对本地加载的行为；第三，分析了钢管混凝土短柱受轴向局部压缩的机制为有限元分析(FEA)建模。二.实验方案和测试结果2.1实验方案共有32个短柱受轴向压缩，包括28名当地装载标本和4个全载标本进行了测试，测试的主要参数分别是：分段类型：圆形和方形；局部受压面积比β(=ACIAl);其中，AC是混凝土的截面积，AL是当地的压缩面积，所示为inFig。1):1.44到16;符号AL局部受压面积B门外的方钢管的宽度CFST钢管混凝土钢管ǒ圆钢管外径DI延性指数EC混凝土的弹性模量ES钢的弹性模量fc混凝土筒体强度fcu混凝土立方体强度fY屈服强度钢H距离离列的顶部L试样的长度LN轴向负荷Nu轴向压缩满载钢管的能力NuLNuL钢管混凝土本地加载的轴向抗压能力SI实力指数β局部受压面积比(=ACIA1)△85%当负载下降到85%的轴向变形极限载荷在标本摘要图1中，圆钢管的外部宽度和直径的平方和分别是T钢材的壁厚管；李氏试样的长度，并选择有三倍直径(圆形标本)或宽度(方标本),以避免整体屈曲和结束的影响[4]。表中，标本标签包括“钢管”字是指满载钢管混凝土柱。管都是从轻度钢板制造(2.83毫米厚),与板被削减从表，钉焊接成一个圆形或服强度(fy),拉伸强度(fu),214,000分别兆帕。泊松比(微秒钢)是0.274。自我的一种组合密实混凝土(SCC)的抗压立方体强度在约28天时达到60兆帕。弹性模量(ec)的具体测量平局值为35300兆帕。混合比例分别为：水泥：428公斤/米，高炉渣：160公斤/米，水：176公斤/米，砂：758公斤/米测得的压立方体强度(Fcu)试验为74.3兆。在所有混凝土混合料，所用的细骨料石英砂和粗骨料碳石。SCC的混合物新鲜的属性如下：坍流(毫米):247单位重量(千克/米3):2454混凝土温度(℃):30.5流时间(s):53.3流速度(毫米/秒):15流动距离(mm):800。每个管子被焊接成一个环(圆形截面)或者矩形(正方形截面)底板的厚度为10mm。自密实混凝土成型时无需任何振捣。将试件平直的放置风干直至开始测试，直至开始试验。在凝固过程中，试件顶部会出现一条宽度大约为0.2mm左右的纵向收缩裂缝。为了使有钢筋的顶部混凝土表面光滑平顺常常使用一种高强度的环氧树脂来填补这条裂缝。同时将顶部的端板焊接。这项研究不仅仅要确定试件在局部轴向压力作用下的极限承载能力，还要确定试件在达到极限荷载时的破坏形式。所有试件的加载试验均在500吨压力机上进行。试件直接放在压力机的钢板平台上。图2给出了测试安排的图解。β123456789kpl-1-2kp1-2-1kp1-2-2kp1-3-1kp1-3-2kpl-4-1kp1-4-2kp2-1-2kp2-2-2kp2-3-1kp2-3-2ccft-2225522551.0251.0231.0500.3410.3890.4341.8712.0362.461N/AN/AN/Akpl-1-2kp2-1-2kp2-2-2225522550.8420.2810.3020.2980.2982.1412.342实验研究不仅确定了复合试样受轴向局部受压的最大承载能力，也调查了故障模式和超越极限荷载。在所有5000千牛容量测试机上进行测试。标本在刚性钢床机器上直接给出了表2的测试安排的示意图。通过对标本同心载荷应用机器加载RAM(满载标本)轴承钢板(本地加载的标本)。“轴承板的大小不同，获得不同的地方压缩面积比(β)。几个应变用于每个钢管的标本来衡量的变异株部分与从顶部的距离0.5Band1.5Baway试样。两个线性电压位移传感器(LVDT的)被用来衡量轴向变形，如下所示图2。标本被不断装载，直到失败。一个加载间隔估计有账面值的十分之一不到的负载能力。每个负载间隔保持约2-3分钟。变形的过程，模式的失败和标本采取的最大负荷被正式记录。研究发现钢管混凝土在局部压力作用下一般表现为可塑性。由钢管承受的轴向力随顶部端板厚度的增加而增大。图3的a和b,给出了顶部端板和局部受压面积率对试件破坏形式的影响。研究表明试件端板越厚，钢管顶部的变形越明显。然而，承压板下的端板越薄破坏越明显，局部受压面积比大的试件，钢管的屈曲位置则更接近顶端板。与全截面承载的试件相比，钢管屈曲位置的多少一般随顶部端板厚度的减少而减少(如图3c中所示),甚至由于支撑板底下顶部端板的局部下沉钢管没有屈曲出现 (如图3d所示)。t=12mmta=5mmL=(a)β=16.(b)β=1.44.(c)β=1.44.(d)β=16.N(kN)N(kN)N(kN)N(kN)N(kN)N(kN)4(mm)N(kN)N(kN)△(mm)图4显示测量的轴向负荷(N)与轴向形变(△),所有样品的曲线。这应该是指力量。标本测量的最终结果在表1上展示。结果发现，在一般情况下，最终的强度和弹性刚度随着Ta增加而增加。随着Ta增加高强度和弹性刚度可以被解释，,钢管最终变形克制均匀负载(所示图5),并在一定程度上扩大承载面积的实际负荷。为方便分析，钢管混凝土轴向局部受压短柱强Nu等，NuL是测量受轴向局部受压的极限强度的CFSTs,Nu是测试CFSTs满载时图6解释的是端板的厚度(Ta)和局部受压面积比(β)的强度指数(SI)。由此可些Ta更明显。一般来说，圆形SI标本是大于方形标本。这意味着，根据Ta和β,圆形复合标本和方标本具有相同的“强度损失”。它可以解释说，根据轴向局部压缩，钢筋混凝土使用内部是圆形钢筋更有效。它也可以从图6发现。为标本与小局部受压面积比(β=1.44),在方钢管混凝土核心的“综合行动”随着Ta的增加有效的显著提高和改善方钢管混凝土标本的承载能力。然而，Ta对钢管混凝土标本极限强度的影响是适中的循环，因为圆钢管混凝土核心约束比方钢管混凝土核心更有效。对于与标本较大的局部受压面积比(β=16),极限强度随着Ta的增加而增加。由于较高的局部压缩力(如图3(d)项)端板和局部受压区受到塑性变形。Fig.5.Aschematicviewofthelocalcompressiontransferringp其中使用的方法，以量化的延展性组合部分为延性指数(DI)[2]。它表示为：δue为在极限载荷下的轴向变形，△85%为当负载下降到极限载荷的85%时的轴向延性指数(DI)的确定是在表1中的图7显示终板厚度在DI(T)的影响。由此可以看出，在一般情况下，DI随着t的增加直接增加。据预计，更大下的壁厚意味着更高的终板下的刚性，根据轴向局部受压从而可以导致结构性能的组合部分的改善。图8显示了Ta在钢管标本横向应变和纵向在钢管中间和终端的影响，当达到极限强度时。可以发现，在一般情况下，纵向和横向钢管随着终板厚度(t)增加而增加。这意味着由钢管和钢管的“复合作用”的受力承担变得更加明显。从这些数据也可以被发现，,圆形钢管的应变是远远优于那些方形钢管的。这事实上归功于，圆钢管和其核心混凝土之间的相互作用优于方钢管及其核心混凝土之间的相互作用。t(mm)(a)Circularsection(β=1.44).(b)(c)Squaresection(β=1.44).(d)Squaresection(β=16Fg.8.StedstrainsofCFSTsat四.有限元分析(FEA)ABAQUS[5]软件用于上的CFSTs有限元分析(FEA)结构扭转。在分析中，破坏塑性模型的定义使用的是ABAQUS/标准6.4[5]。钢管采用4节点壳单元(S4)模拟，具体使用8节点砖元素(C3D8R)的核心来模拟的，