桥梁工程课程设计30m钢筋混凝土简支T梁设计.doc

桥梁工程课程设计 一、设计资料 1 桥面净宽：净 荷载： 公路级 人群3.0KN/m 人行道每侧重3.6KN/m 栏杆每侧1.52KN/m2 跨径及梁长：标准跨径 计算跨径 主梁全长 3 材料 钢筋：反直径大于或等于12毫米者用级钢筋，直径小于12毫米者一律用 级钢筋。 混凝土： 主梁：50# 人行道及栏杆：25# 桥面铺装：25#4 技术规范：公路桥涵设计通用规范（JTGD602004） 公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（GTGD622004）二、 桥梁尺寸拟定1 主梁高度：h=1.00m梁间距：采用5片主梁，间距1.6m。2 横隔梁：采用五片横隔梁，间距为7.25m3 梁肋：厚度为18cm4 桥面铺装：分为上下两层，下层为25#砼，路缘石边处厚4.0cm ；上层为沥青砼， 厚4.0cm。桥面采用1.5%横坡。5 桥梁横断面及具体尺寸：（见作图）主梁横剖面主梁纵剖面三、桥梁计算 一、主梁的计算 1、主梁的抗弯惯性矩Ix 求主梁界面的重心位置ax（图1-1） 图1-1（尺寸单位：cm） 平均板厚： H=1/2（10+14）=12（cm） ax=28.6 Ix=3215111.04（cm4）=3.2151（cm4） 2. 计算结构自重集度（表1-1） 结构自重集度计算表 表1-1主梁g1=【0.18×1.00（）×（1.60-0.18）】×26=9.11KN/m横隔梁对于边主梁g2=【0.75-（）】×（）××5×26/29.16=0.29KN/m对于中主梁g2'=2×0.29=0.58KN/m桥面铺装层g3=【0.04×7.00×23+（0.04+0.0925）×7.00×24】/5=3.51KN/m栏杆及人行道g4=（1.52+3.60）×2/5=2.05KN/m合计对于边主梁g=9.11+0.29+3.51+2.05=14.96KN/m对于中主梁g'=9.11+0.58+3.51+2.05=15.25KN/m3. .结构自重内力计算（表1-2） 边中主梁自重产生的内力 表1-2截面位置x内力剪力Q（KN）弯矩（KN·m）X=0Q=×29.16=218.1 （222.3）M=0 （0）X=Q=×（29.16-2×）=109.1 （111.2） M=××（29.16-）=1192.6 （1215.7）X=Q=0 （0）M=×14.96×29.162=1590.1 （1620.9）主：括号（）内值为中主梁内力4. 汽车、人群荷载内力计算 （1）支点处荷载横向分布系数（杠杆原理法） 按桥规4.3.1条和4.3.5条规定：汽车荷载距人行道边缘不小于0.5m，人群荷载取3KN/m。在横向影响线上确定荷载横向最不利的布置位置（图1-2） 图（1-2） 支点处各主梁的横向分布情况各梁支点处相应于公路级和人群荷载的横向分布系数计算（表13）表13梁号公路级人群荷载1（5）号梁m0q1=0.875/2=0.438mor1=1.6562（4）号梁m0q2=1.000/2=0.500mor2=03号梁m0q3=0.594mor3=0（2） 、跨中荷载横向分布系数（偏心压力法） 此桥没有刚度强大的横隔梁，且承重结构的跨宽比为： >2 故可按偏心压力法来计算横向分布系数mc，其步骤如下：1>、求荷载横向分布影响线坐标 本桥梁各根主梁的横截面均相等，梁数n=5，梁间距为1.60m，则： =（2×1.6）2+（1.6）2+0+（-1.6）2+（-2×1.6）2=25.6m2 1号梁在两边主梁处的横向影响线竖标值为： = 2（4）号梁在两边主梁处的横向影响线的竖标值为： 3号梁在两边主梁处的横向影响线的竖标值为： 2>、画出各主梁的横向分布影响线，并按最不利位置布置荷载，如（图1-3）图1-3 3>、计算荷载横向分布系数mc（表1-4）梁号汽车荷载人群荷载1（5）号梁Mcq=（0.575+0.350+0.188-0.038）=0.538Mcr=0.7312（4）号梁mcq=（0.388+0.275+0.194+0.181）=0.469Mcr=0.4663号梁mcq=（0.200+0.200+0.200+0.200）=0.400Mcr=0.200×2=0.400（3） 、荷载横向分布系数汇总（表1-5） 荷载横向分布系数 表1-5梁号荷载位置 公路级人群荷载备注1（5）号梁跨中mc0.5380.731按“偏心压力法”计算支点mo0.4381.656按“杠杆法”计算2（4）号梁跨中mc0.4690.466按“偏心压力法”计算支点mo0.5000按“杠杆法”计算3号梁跨中mc0.4000.400按“偏心压力法”计算支点mo0.5940按“杠杆法”计算（4） 、均布荷载和内力影响线面积计算（表1-6） 均布荷载和内力影响线面积计算表 表1-6截面类型公路级均布荷载（KN/m）人群（KN/m）影响线面积（m2或m）影响线图线M1/210.5×0.75=7.8753.0×0.75=2.25=2=×29.162=106.29m2M1/47.8752.25=79.72Q1/27.8752.25=3.645Q07.8752.25=××1=14.58（5） 、公路级集中荷载Pk计算 计算弯矩效应时：Pk=0.75【180+（29.16-5）】=0.75×276.64=207.48KN 计算剪力效应时: Pk=1.2×207.48=248.976 (6)、计算冲击系数A=0.3504 m2 Ic=3.2151×10-2m2 G=0.3504×26=9.1104 KN/m mc=G/g=9.1104/9.81=0.929 KNs2/m2C50混凝土E取3.45×1010 N/m2 f=2.018（Hz） 介于1.5Hz和14Hz之间，按桥规2.3.4条规定，冲击系数按照下式计算： =0.1767lnf-0.0157=0.1084 1+=1.1084（7） 、各梁的弯矩M1/2、M1/4和剪力Q1/2计算 因双车道不折减，故=1。如（表1-7）梁号截面荷载类型qk或qr（KN/m）Pk(KN)1+mc或yS（KN·m或KN）S汽=（1+）（mcqk+miPkyi）S人=mcqkS1或5号梁M1/2公路级7.875207.481.10840.538106.29499.141401.09y=7.29901.95人群2.25/0.731106.29 174.82 M1/4公路级7.875207.481.10840.53879.72374.371050.89y=5.468676.52人群2.25/0.73179.72131.12Q1/2公路级7.875248.9761.10840.5383.64517.1291.350.574.23人群2.25/0.7313.6456.00 2或4号梁M1/2公路级7.875207.481.10840.469106.29435.121221.39y=7.29786.27人群2.25/0.466106.29 111.45 M1/4公路级7.875207.481.10840.46979.72326.35916.11y=5.468589.76人群2.25/0.46679.7283.77Q1/2公路级7.875248.9761.10840.4693.64514.9279.630.564.71人群2.25/0.4663.6453.823号梁M1/2公路级7.875207.481.10840.400106.29371.061041.65y=7.29670.59人群2.25/0.400106.29 95.66 M1/4公路级7.875207.481.10840.40079.72278.34781.33y=5.468502.99人群2.25/0.40079.7271.75Q1/2公路级7.875248.9761.10840.4003.64512.7367.920.555.19人群2.25/0.4003.6453.28（8） 、计算支点截面汽车荷载最大剪力绘制各梁的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1-4a）、b）、c） (a) (b) (c) 图1-4 各梁支点计算简图（尺寸单位：m） 其中a) 图表示1和5号梁，b）图表示2和4号梁，c）图表示3号梁。1> 1和5号梁 Q0均=（1+）mc+（m0-mc）=1.1084×1×7.875× =65.54KN Q0集=1.1084×1×0.438×248.976×1=120.87KN则公路级作用下，1和5号梁支点的最大剪力为： Q0=Q0均+Q0集=186.41KN则支点截面人群荷载最大剪力为： Q0r=mcqr+=0.731×2.25×14.58+×（1.656-0.731）×2.25 ×0.916=23.98+6.99=30.97KN2> 2和4号梁 Q0均=（1+）mc+（m0-mc）=1.1084×1×7.875× =60.60KN Q0集=1.1084×1×0.500×248.976×1=137.98KN 则公路级作用下，1和5号梁支点的最大剪力为： Q0=Q0均+Q0集=198.58KN 则支点截面人群荷载最大剪力为： Q0r=mcqr+=0.466×2.25×14.58+×（0-0.466）×2.25 ×0.916=15.29-3.52=11.77KN3> 3号梁 Q0均=（1+）mc+（m0-mc）=1.1084×1×7.875× =56.59KN Q0集=1.1084×1×0.594×248.976×1=163.92KN 则公路级作用下，1和5号梁支点的最大剪力为： Q0=Q0均+Q0集=220.51KN 则支点截面人群荷载最大剪力为： Q0r=mcqr+=0.400×2.25×14.58+×（0-0.400）×2.25 ×0.916=13.12-3.02=10.10KN （9）、内力组合 1> 承载能力极限状态内力组合计算（表1-8） 永久荷载作用分项系数: =1.2 汽车荷载作用分项系数：=1.4 人群荷载作用分项系数：=1.4 弯矩（KN·m）剪力（KN）组合表 表1-8梁号内力结构自重汽车荷载人群荷载1或5M1/21590.11401.09174.823658.89996M1/41192.61050.89131.122744.29836Q1/2091.356.00121.149Q0218.6186.4130.97502.182362或4M1/21620.91221.39111.453401.865M1/41215.7916.1183.772551.69476Q1/2079.633.82104.18436Q0222.3198.5811.77502.158963M1/21620.91041.6595.663159.47628M1/41215.7781.3371.752369.7558Q1/2067.923.2888.88544Q0222.3220.5110.10528.1074注：桥梁结构重要性系数，本例取为0.9 与其它可变荷载作用效应组合系数，本例取为0.8 2> 正常使用极限状态内力组合计算（表1-9） 可变作用效应的频遇值系数：汽车荷载（不计冲击力）取0.7，人群荷载取1.0。 弯矩（KN·m）剪力（KN）组合表 表1-9梁号内力结构自重汽车荷载人群荷载Ssd=1或5M1/21590.11401.09174.822745.683M1/41192.61050.89131.122059.343Q1/2091.356.0069.945Q0218.6186.4130.97380.0572或4M1/21620.91221.39111.452587.323M1/41215.7916.1183.771940.747Q1/2079.633.8259.561Q0222.3198.5811.77373.0763M1/21620.91041.6595.662445.715M1/41215.7781.3371.751834.381Q1/2067.923.2850.824Q0222.3220.5110.10386.757二、 横隔梁的计算 对于具有多根内横隔梁的桥梁，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隔梁中间的内力，其它横梁可偏安全的仿此设计。 1、确定作用在中横隔梁上的计算荷载：对于跨中横隔梁的最不利荷载布置如图2-1所示。图2-1 跨中横隔梁的受载图示（尺寸单位：m） 纵向一列车轮对于中横隔梁的计算荷载为： 计算弯矩时： Poq= 计算剪力时：Poq=1.2×132.29=158.752、 绘制中横隔梁中间的内力影响线 由前面偏心压力法可计算得1、2号梁的荷载横向分布影响线竖坐标值如图2-2a，则Mr的影响线竖标可计算如下： P=1作用在1号梁轴上时（）： =0.600×2×1.6+0.400×1×1.6-1×2× 1.6= P=1作用在5号粱轴上时： =（）×2×1.6+0×1×1.6= Mr的影响线竖标可计算如下： p=作用在2号粱轴上时（）： =0.400×2×1.6+0.300×1.0× 1.61×1×1.6=0.16由已学影响线的知识可知，Mr影响线必在r-r截面处有突变，根据和连线延伸至r-r截面，即为值（0.96），由此可绘出Mr影响线如图2-2b所示。3、 绘制剪力影响线 剪力最不利位置位于靠近1号梁的右边（或靠近5号梁的左边）。对于1号梁处截面的影响线可计算如下： P=1作用在计算截面以右时： =R1即 P=1作用在计算截面以左时： =R11即 绘成影响线如图2-2c所示 图2-2 中横隔梁内力计算（尺寸单位：m） 4、截面内力计算 将求得的计算荷载Poq在相应的影响线上按最不利位置加载，对汽车荷载并计入冲击 影响()，则得到表2-1所示结果。 表2-1公路二级弯矩M3M3=1.1084×1×132.29×（0.96+0.06）=149.56KN·m剪力=1.1084×158.75×（0.575+0.350+0.188-0.038）=189.16KN5、 内力组合（鉴于横隔梁的结构自重内力甚小，计算中可略去不计）： 、承载能力极限状态内力组合（见表2-2） 表2-2基本组合=0+1.4×149.56=209.384KN·m=0+1.4×189.16=264.824KN、正常使用极限状态内力组合（见表2-3） 表2-3基本组合=0+0.7×149.56/1.1084=94.45KN·m=0+0.7×189.16/1.1084=119.46KN 三、行车道板的计算 T梁横截面如图3-1所示 图3-1 T梁横截面图（尺寸单位：m） (一) 结构自重及其内力（按纵向1m宽板条计算） 1、每延米板上的结构自重g（表3-1） 板的结构自重g 表3-1沥青表面处治g10.04×1.0×23=0.92KN/m C25混凝土垫层g20.0625×1.0×24=1.50KN/mT梁翼板自重g3×1.0×26=3.12KN/m合计g=5.54KN/m 2、每米宽板的恒载内力 （二）汽车车辆荷载产生的内力 将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上（图3-1），后轴作用力为P=140KN，轮压分布宽度如图3-2所示。车辆荷载后轮着地长度为a2=0.20m，宽度为b2=0.60m，则 a1=a2+2H=0.20+2×0.11=0.42m b1=b2+2H=0.60+2×0.11=0.82m 荷载对于悬臂根部的有效分布宽度： a=a1+d+20=0.42+1.4+2×0.71=3.24m 由于这是汽车荷载局部加载在T梁的翼板上，故冲击系数取1+=1.3。 作用于每米宽板条上的弯矩为： KN·m 作用于每米宽板条上的剪力为： 图3-2 汽车车辆荷载的计算图式（尺寸单位：m） （三）内力组合 承载能力极限状态内力组合计算（表3-2）： 表3-2基本组合KN·mKN 正常使用极限状态内力组合计算（3-3） 表3-3基本组合KN·mKN 18 / 18