刘继辰桥梁工程课程设计说课讲解.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。刘继辰桥梁工程课程设计-装配式钢筋砼简支T形梁设计1设计资料与结构尺寸：1.1设计资料：1、桥面净空：净9+2×0.5m护栏；2、标准跨径：、全桥20孔、4孔一联、简支桥面连续结构；3、计算跨径：；4、主梁全长：；5、结构重要性系数：；6、设计荷载：公路级汽车荷载；7、材料规格：钢筋：主筋采用HRB335钢筋：抗拉强度标准值；抗拉强度设计值；弹性模量；相对界限受压区高度；箍筋采用R235钢筋：抗拉强度标准值；抗拉强度设计值；混凝土：主梁采用C30混凝土：抗压强度标准值；抗压强度设计值；抗拉强度标准值；抗拉强度设计值；混凝土弹性模量；8、设计依据：公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)；公路钢筋混凝土及预应力砼桥涵设计规范(JTGD62-2004)。9、计算方法：极限状态法。1.2结构尺寸：本桥按公路级桥梁净空进行设计，行车道为双向二车道，总宽度9.0m，由桥面铺装形成1.0%的横坡。桥面两侧各设0.5m防撞护栏；全桥各跨采用5根预制的钢筋混凝土简支T形梁，每根梁行车道板宽2.10m，边梁宽1.85m，腹板宽2.00m，沿主梁纵向布置5根横隔梁。图31为桥梁横断面布置及主梁一般构造。图31桥梁横断面和主梁纵断面图(尺寸单位：cm)2主梁的内力计算：2.1主梁的荷载横向分布系数计算：1、跨中荷载横向分布系数：本设计中装配式混凝土简支T梁的跨中荷载横向分布系数采用比拟正交异性板法(GM法)进行计算。（1）计算主梁的抗弯和抗扭惯矩和：求主梁截面的重心位置，主梁截面如图32所示。210行车道板平均厚度：图32（尺寸单位：cm）ax202720135T形截面抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即：式中：为矩形截面抗纽刚度系数，可由表31查出；为相应各矩形的宽度与厚度。矩形截面抗扭刚度系数表31t/b10.90.80.70.60.50.40.30.20.1<0.1C0.1410.1550.1710.1890.2090.2290.2500.2700.2910.3121/3查表可得：，故：单位抗弯及抗扭惯矩为：（2）横梁的抗弯惯矩和抗扭惯矩Iy和ITy：行车道板有效宽度的计算，横梁截面见图33。横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即：图33横梁截面，根据比值通过查表3-2，可求得：所以，表32c/l0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50/c0.9830.9360.8670.7890.7100.6350.5680.5090.4590.416求横梁截面重心位置：查表得，由于连续桥面板的单宽抗扭惯矩只有独立宽扁板的一半，故取。查表得C2=0.27；单位抗弯惯矩及抗扭惯矩为：各梁的横向分布系数：公路级:支点处荷载横向分布系数计算：利用G-M法计算所得荷载横向分布系数适用于跨中，因此还需采用杠杆法计算靠近支点处的荷载横向分布系数，见图36。公路级:根据上述计算，将各主梁荷载横向分布系数汇总在表35中：各主梁荷载横向分布系数汇总表35荷载跨中1/4跨mc支点m01号梁2号梁3号梁1号梁2号梁3号梁公路级0.5810.4930.4830.4520.7620.7622.2主梁内力计算：1、恒载作用内力计算：（1）横载集度：桥面铺装和防撞护栏：铺装层最小厚度取0.07m，桥中线处受横坡影响加厚，铺装层容重取25kN/m3(偏安全取值)，则每延米重量：钢筋砼防撞护栏的重量取用12.14kN/m(两侧)。为了简化计算，将桥面铺装和防撞护栏的重力平均分配给每根主梁，则：横隔梁重量：边主梁横隔梁产生的重量为：中主梁横隔梁产生的重量为：主梁重量：中主梁：；边主梁：则恒载作用下的总重量为：中主梁：边主梁：L=12.60mxRA=gl/2MxQxxABg（2）恒载内力：计算边主梁的弯矩和剪力。计算图式如右图a)和b)所示，a）则：b）根据总的荷载集度即可计算出恒载内力，见表36。恒载内力汇总表36主梁(kN/m)(m)M(kN·m)Q(kN)跨中跨支点支点中主梁25.1612.60499.30374.48158.5079.25边主梁22.8612.60453.66340.24144.0272.012、活载作用内力计算：计算活载作用内力，可直接在内力影响线上布置荷载。对于1号梁：（1）计算公路级汽车活载的跨中弯矩：桥梁自振频率的计算：桥梁的自振频率(基频)采用有限元方法计算，对于简支梁桥：，式中：结构的计算跨径(m)；E结构材料的弹性模量(N/m2)；Ic结构跨中截面的截面惯矩(m4)；mc结构跨中处的单位长度质量(kg/m)；G结构跨中处每延米结构重力(N/m)；g重力加速度，g=9.81m/s2。冲击系数的计算：当本桥横向布置设计车道数为2条，则横向折减系数为。3.10m3.10m3.10m3.10ma=3.2mL=12.6m157.8KN7.875KN/m公路级mc=0.5810.4930.483L/4=3.2Mc影响线为汽车荷载效应弯矩的标准值。（2）计算跨中截面公路级活载最大剪力：Qc影响线0.5mc=0.5810.4930.483公路级7.875KN/m157.8KN+-（3）计算1/4跨截面公路级活载最大弯矩：157.8KN7.875KN/m公路级ML/4影响线3L/16=2.3633.2mmc=0.5810.4930.4830.788（4）计算1/4跨截面公路级活载最大剪力：mc=0.5810.4930.4833.2m0.75QL/4影响线公路级7.875KN/m157.8KN0.25+-（5）计算支点截面公路级荷载最大剪力：3.2mQo影响线m0=0.5810.4930.483公路级7.875KN/m157.8KNmc=0.5810.4930.4830.9160.0841.000+对于2、3号主梁冲击系数的计算：当时，用同样的方法计算2、3号主梁的活载内力，现将计算结果汇总于表37中：主梁活载内力汇总表37梁号荷载类别弯矩M(kN·m)剪力Q(kN)跨中1/4跨跨中1/4跨支点1公路级荷载544.50402.0887.85139.40159.262公路级荷载459.08339.0074.07117.53241.513公路级荷载449.77332.1372.56115.15240.992.3主梁内力组合：按公路桥涵设计通用规范(JTGD602004)之规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用如下作用效应组合：1、基本组合（用于承载内力极限状态计算）：永久作用的设计值效应与可变作用的设计值效应相组合：式中：承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；结构重要性系数，安全等级二级取1.0；第i个永久作用效应的分项系数，取1.2；第i个永久作用效应的标准值；汽车荷载效应的分项系数，取；汽车荷载效应的标准值；在作用效应组合中除汽车荷载效应、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取；在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他第j个可变作用效应的标准值；在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其他可变作用效应的组合系数，取；2、作用短期效应组合（按正常使用极限状态设计时）：式中：作用短期效应组合设计值；第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载，人群荷载；第j个可变作用效应的频遇值。3、作用长期效应组合（按正常使用极限状态设计时）：式中：作用长期效应组合设计值；第j个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载；第j个可变作用效用的准永久值。各种情况下的组合结果见下表3-8：荷载内力计算结果表38梁号序号荷载类别弯矩M(kN·m)剪力Q(kN)跨中1/4跨跨中1/4跨支点11恒载453.66340.240.0072.01144.022公路级荷载544.50402.0887.85139.40159.263基本组合1306.69971.20122.99281.57395.794短期组合834.81621.7061.50169.59255.505长期组合671.46501.0735.14127.77207.7226恒载499.30374.480.0079.25158.507公路级荷载459.08339.0074.07117.53241.518基本组合1241.87923.98103.70259.64528.319短期组合820.66611.7851.85161.52327.5610长期组合682.93510.0829.63126.26255.10续表38梁号序号荷载类别弯矩M(kN·m)剪力Q(kN)跨中1/4跨跨中1/4跨支点311恒载499.30374.480.0079.25158.5012公路级荷载449.77332.1372.56115.15240.9913基本组合1228.84914.36101.58256.31527.5914短期组合814.14606.9750.79159.86327.5915长期组合679.21507.3329.02125.31254.903配筋设计与强度验算：3.1钢筋选择：1、判断截面类型：根据跨中截面正截面承载力极限状态计算要求，确定纵向受拉钢筋数量。拟采用湿接钢筋骨架配筋，设，则，。翼缘计算宽度按下式计算，并取其中较小者：；故取。首先由公式判断截面类型，得：即应按第一类T形计算。2、确定混凝土受压区的高度：，即：整理得：解得：且故符合要求。3、计算所需受拉钢筋截面积：将代入公式：采用10根28（外径31.6mm），供给=钢筋合力点到截面近边的距离。梁的实际高度。截面最小宽度。配筋率：满足要求。3.2截面强度验算：按截面配筋值为：且截面抗弯强度：故跨中截面的正截面承载力满足要求。3.3斜截面抗剪承载力计算：1、抗剪强度上，下限复核：对于腹板宽度不变的等高度简支梁，距支点处的第一个计算截面的截面尺寸控制设计，应满足下列要求：根据构造要求，仅保持最下面二根钢筋（）通过支点，其余各钢筋在跨间不同位置弯起或截断。支点截面的有效高度：将有关数据代入上式得：距支点的剪力组合设计值（其数值参见剪力图按比例关系确定）。计算结果表明，截面尺寸满足要求，但应按计算要求配置箍筋和弯起钢筋。2、设计剪力图分配：支点剪力组合设计值：；跨中剪力组合设计值：；其中部分可不进行斜截面承载能力计算，箍筋按构造要求配置。距支点处的设计剪力值为，其中应由混凝土和箍筋承担的剪力组合设计值为：应由弯起钢筋承担的剪力组合设计值为：3、箍筋设计：由公式确定箍筋配筋率：式中：纵向钢筋配筋百分率，按伸入支点计算，得：受压翼缘影响系数，取；箍筋抗拉强度设计值，取。选用直径为8mm的双肢箍筋，单肢箍筋的截面面积，箍筋间距为：，取。在支承截面处自支座中心至一倍梁高的范围内取。4、弯起钢筋设计：根据桥规(JTG-D62)规定，计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心处，应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，即第一排弯起钢筋的截面面积由公式求得：由纵筋弯起，提供的。计算第二排弯起钢筋时，应取第一排弯起钢筋起弯点处（即距支座中心，其中为架立钢筋的净保护层厚度，为架立钢筋外径，为纵向钢筋的净保护厚度，为纵向钢筋的外径），应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，由图按比例关系求得。第二排弯起钢筋的截面面积为：由纵筋弯起的钢筋提供的。计算第三排弯起钢筋时，应取第二排弯起钢筋起弯点处（即距支座中心），应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，由图按比例关系求得。第三排弯起钢筋的截面面积为：由纵筋弯起钢筋提供的。计算第四排弯起钢筋时，应取第三排弯起钢筋起弯点处，（即距支座中心）应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，由图上按比例关系求得：。故第四排不需要弯起。各排弯起钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载力计算如表39。正截面抗弯承载力计算表表39梁区段截面纵筋有效高度（）T形截面类型受压区高度抗弯承载力支座中心1点1034.2第一类10.20354.891点2点1016.3第一类20.40693.932点3点998.4第一类30.601017.103点4点980.5第一类40.801324.414点5点962.6第一类51.001615.85图38全梁承载力校核（尺寸单位：mm）3.4全梁承载力校核：1、斜截面抗剪承载能力校核：根据公预规（JTGD622004）给出的适用于T形截面等高度钢筋混凝土简支梁的斜截面抗剪承载力计算表达式，即可写成如下形式：异号弯矩影响系数，取；受压翼缘影响系数，取；P斜截面内纵向受拉钢筋配筋百分率，当p>2.5时，取p=2.5；其它符号同前。对于11截面：斜截面抗剪承载力为：故距支座中心处的斜截面抗剪强度满足设计要求。对于22截面：斜截面抗剪承载力为：故22截面抗剪强度满足设计要求。对于33截面：斜截面抗剪承载力为：故33截面抗剪强度满足设计要求。2、斜截面抗弯承载力校核：由全梁承载力校核图可以看出，钢筋弯起后各截面的正截面抗弯承载力是足够的。各钢筋的弯起点距其充分利用点的距离均大于h/2，故斜截面抗弯承载力亦满足要求。3.5裂缝宽度验算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。恒载弯矩标准值，汽车荷载弯矩标准值（不计冲击力）其中包括冲击系数()。跨中截面配置，。荷载短期效应组合：荷载长期效应组合：跨中截面裂缝宽度按如下公式计算：式中：钢筋表面形状系数，对带肋钢筋；作用（或荷载）长期效应影响系数；与构件受力特征有关的系数，取；短期荷载效应作用下，开裂截面受拉钢筋应力；纵向受拉钢筋直径；截面配筋率；将以上数据代入公式得：计算裂缝宽度小于允许值，所以满足规范要求。3.6主梁变形验算：荷载短期效应作用下的跨中截面挠度按下式近似计算：其中：；为全截面抗弯刚度，按全截面参加工作计算，取，换算截面重心至受压缘的距离：至受拉边缘的距离。换算截面惯性矩：对受拉边缘的弹性抵抗矩，换算截面重心以上部分面积对重心轴的面积矩为：取，将有关数据代入得：。为开裂截面的抗弯刚度，开裂截面的换算截面几何特征值，按公式求得：混凝土受压区高度，换算截面惯性矩：开裂弯矩：，代入上式得：将以上数据代入公式得：荷载短期效应作用下跨中截面挠度为：长期挠度为：计算挠度小于规范限值，满足规范要求。-