桥梁项目工程课程教学设计.doc

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1、-!广东工业大学课程设计任务书题目名称钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计学生学院专业班级姓 名学 号一、 课程设计的内容1、 教学目的：学生通过桥梁工程设计的训练，可以进一步掌握在桥梁工程课本中所学到理论知识，并经过亲自做桥梁工程设计来熟悉设计方法、计算理论、计算公式，熟悉在桥梁设计中如何运用桥梁规范，为今后的毕业设计及走上工作岗位打下一个良好的专业基础。2、设计基本资料：说明：学生共分为四个小组，每个小组基本资料不同，简支梁主梁高H分别取为：130CM、133CM、135CM、139CM，见图1。1）桥面净宽：净7+20.75M2）设计荷载：汽车“公路级，人群荷载：3KN/M23）材料：主筋：级

2、，构造筋：级 混凝土：桥面铺装：C25，主梁：C304）结构尺寸：详见图1、图2 主梁：计算跨径：L=1950cm 全长：L=1996cm 人行道、栏杆每延米（两侧）重2.0KN/m（为每片主梁分到的值）。3、设计计算内容：1）计算行车道板内力，并据此计算和配置翼板主筋。行车道板按铰接板计算;汽车荷载：按车辆荷载计算。2） 主梁设计计算：、 计算主梁1、2、3在汽车、人群荷载作用下的横向分布系数。支点用杠杆法，跨中用GM法。、 桥梁沿跨长纵向按IL(影响线)布载求活载内力。、 计算活载跨中弯矩时，不考虑横向分布系数沿桥长方向的变化，计算支点活载剪力时，要计入横向分布系数沿跨长方向的变化的影响。

3、、 主梁控制截面：M中 、M1/4 、Q支点、 主梁跨中截面受拉主筋计算（其余钢筋不算）。、 计算活载挠度及预拱度。参见教材第172页公式。3） 横隔梁内力计算，并据此计算配置主筋（按T形截面配置下缘受拉主筋）。说明：、横隔梁内力计算采用“偏心法”，取中横隔梁计算。 、控制截面：M3、M2-3、Q1右、Q1-2右4、绘图内容：1）上部构造纵、横剖面图（纵断面只画主梁，参见教材第152页，图2-5-55，但尺寸要改变）。2） 主梁配筋图（参考教材第81页，图2-4-15绘制，但主筋按自己计算值配制，梁高按各组的H值计）。二、课程设计的要求与数据1、 必须严格执行各桥梁设计规范，每一设计步骤都必须

4、按规范的要求进行，要训练会查规范、会用规范。2、 设计中多参阅有关资料，特别是对于没有设计经验的初学者来讲，更应多借鉴前人的设计经验和实例。3、 绘制桥梁设计图时必须按桥梁设计图纸的规定进行绘制，从线形、布置、到标注方式都力求准确无误，不得自行、随意设定图中的各项参数。4、 养成科学的求真务实态度，要求计算准确，计算说明书格式要规范，计算中所取各种参数要有根有据。三、课程设计应完成的工作1、计算行车道板内力，并据此计算和配置板主筋。2、主梁设计计算，并据此计算配置主筋。3、横隔梁内力计算，并据此计算配置主筋4、绘图内容：上部构造纵、横剖面图主梁配筋图四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起

5、止日期周一布置任务、收集设计资料、借阅参考资料周一上午9：00在教2- 424布置任务第二周周二计算桥面行车道板内力及配筋教第二周周三主梁设计计算：主梁横向分布计算（G-M法）教第二周周四杠杆法计算横向分布系数求主梁活载内力教第二周周五主梁内力组合、计算教第二周周一主梁配筋设计、计算教第三周周二横隔梁内力计算、配筋教第三周周三绘制设计图：主桥上部构造纵、横断面图、主梁配筋图教第三周周四教第三周周五整理设计计算书,待上交教第三周五、应收集的资料及主要参考文献1、王序森等.桥梁工程.北京：中国铁道出版社，19952、公路桥涵施工技术规范实施手册(JTJ041-2000)3、姚玲森.桥梁工程.北京：

6、人民交通出版社，20054、凌治平等.基础工程.北京：人民交通出版社，20045、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）.北京：人民交通出版社19866、金成棣.预应力混凝土梁拱组合桥梁-设计研究与实践.北京：人民交通出版社，20017、马保林.高墩大跨连续刚构桥. 北京：人民交通出版社，20018、吴胜东等.斜拉桥-润扬长江公路大桥建设. 北京：人民交通出版社，20059、公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）. 北京：人民交通出版社，200410、雒文生.水文学.北京：中国建筑工业出版社，200411、易建国.混凝土简支梁(板)桥. 北京：人民交通出版社，201212、M

7、an-Chung Tang.Cable-Stayed Bridges.2000 by CRC Press LLC13、Kenneth J. Fridley.Timber Bridges.2000 by CRC Press LLC14、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范.（JTG D62-2004）北京：人民交通出版社，2004发出任务书日期：2014年9月12日 指导教师签名：计划完成日期： 2014年9月26日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章 计算书(梁高139cm)一.荷载及其效应（一）每延米板上的恒载g沥青混凝土层面：C25混凝土垫层：T梁翼缘板自重：合计：（二）永久荷载产

8、生的效应弯矩：剪力：（三）车辆荷载产生的效应将后轮作用于铰缝轴线上，如1图所示：后轮轴载为，轮压分布宽度如1图所示：对于车轮荷载中后轮的着地长度为，宽度为由公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）查得.则得:荷载对于悬臂根部的有效分布宽度：图 1冲击系数取：作用于每米宽板条上的弯矩为：作用于每米宽板条上的剪力为：（四）荷载组合恒+汽：所以，行车道板的设计内力为：二主梁计算（一）主梁的荷载横向分布系数1跨中荷载弯矩横向分布系数（按G-M法）（1）主梁的抗弯及抗扭惯矩和求主梁截面的重心位置因桥面铺装层最厚与最薄处的厚度分别为8cm和14cm。故平均板厚：截面重心位置：图 2 主梁抗弯惯矩主

9、梁抗扭惯矩主梁抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即：，矩形截面抗扭惯矩刚度系数；，相应各矩形的宽度与厚度。查课本桥梁工程P126表2-5-2可知：，故单位宽度抗弯及抗扭惯矩：（2）横隔梁抗弯及抗扭惯矩翼板有效宽度计算：，图3根据比值可查附表，求得：，所以： 求横隔梁截面重心位置：横隔梁的抗弯惯矩横隔梁的抗扭惯矩，查表得，但由于连续桥面的单宽抗扭惯矩只有独立宽扁板者的翼板，可取。，查表得。故单位抗弯及抗扭惯矩、（3）计算抗弯参数和扭弯参数，桥宽一半；，计算跨径。（因为混凝土收缩系数很小，式中未计入横向收缩的影响。）按公预规3.1.6条，取，则：（4）计算荷载弯矩横向分布影响线坐标已求出

10、；查G-M图表，可得下表。 表1系数梁位荷载位置,=0.340校核B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-BK100.95 0.97 1.00 1.04 1.06 1.04 1.00 0.97 0.95 8.03 B/41.06 1.07 1.08 1.09 1.03 0.98 0.92 0.87 0.80 7.97 B/21.25 1.20 1.18 1.10 1.00 0.92 0.83 0.75 0.70 7.96 3B/41.43 1.33 1.20 1.03 0.95 0.85 0.80 0.75 0.68 7.97 B1.62 1.44 1.23 1.07 0.93 0

11、.83 0.75 0.68 0.58 8.03 K000.80 0.93 0.98 1.10 1.13 1.10 0.98 0.93 0.80 7.95 B/41.68 1.53 1.33 1.23 1.10 0.90 0.60 0.38 0.20 8.01 B/22.60 2.30 1.75 1.40 1.00 0.57 0.20 -0.23 -0.55 8.02 3B/43.30 2.75 2.10 1.50 0.92 0.38 -0.18 -0.58 -1.09 8.00 B4.20 3.30 2.44 1.64 0.83 0.18 -0.53 -1.09 -1.70 8.02 用内插法

12、求实际梁位处和值实际梁位与表列梁位的关系如图4所示。图4 因此：对于1号梁：对于2号梁：对于3号梁：列表计算各梁的横向分布影响线坐标值（见表2.2）各梁的横向分布影响线坐标值 表2 梁号计算式荷载位置b3b/4b/2b/40-b/4-b/2-3b/4-b1号K1=0.2K1.b+0.8K1.3/4b1.468 1.352 1.206 1.038 0.946 0.846 0.790 0.736 0.660 K0=0.2K0.b+0.8K0.3/4b3.480 2.860 2.168 1.528 0.902 0.340 -0.250 -0.682 -1.212 =K1-K0-2.012 -1.50

13、8 -0.962 -0.490 0.044 0.506 1.040 1.418 1.872 *sqrt(a)-0.318 -0.238 -0.152 -0.077 0.007 0.080 0.164 0.224 0.296 Ka=K0+*sqrt(a)3.162 2.622 2.016 1.451 0.909 0.420 -0.086 -0.458 -0.916 =Ka/50.632 0.524 0.403 0.290 0.182 0.084 -0.017 -0.092 -0.183 2号K1=0.6K1.b/2+0.4K1.1/4b1.174 1.148 1.140 1.096 1.012

14、0.944 0.866 0.798 0.740 K0=0.6K0.b/2+0.4K0.1/4b2.232 1.992 1.582 1.332 1.040 0.702 0.360 0.014 -0.250 =K1-K0-1.058 -0.844 -0.442 -0.236 -0.028 0.242 0.506 0.784 0.990 *sqrt(a)-0.167 -0.133 -0.070 -0.037 -0.004 0.038 0.080 0.124 0.156 Ka=K0+*sqrt(a)2.065 1.859 1.512 1.295 1.036 0.740 0.440 0.138 -0.0

15、93 =Ka/50.413 0.372 0.302 0.259 0.207 0.148 0.088 0.028 -0.019 3号K1=K1.00.950 0.970 1.000 1.040 1.060 1.040 1.000 0.970 0.950 K0=K0.00.800 0.930 0.980 1.100 1.130 1.100 0.980 0.930 0.800 =K1-K00.150 0.040 0.020 -0.060 -0.070 -0.060 0.020 0.040 0.150 *sqrt(a)0.024 0.006 0.003 -0.009 -0.011 -0.009 0.0

16、03 0.006 0.024 Ka=K0+*sqrt(a)0.824 0.936 0.983 1.091 1.119 1.091 0.983 0.936 0.824 =Ka/50.165 0.187 0.197 0.218 0.224 0.218 0.197 0.187 0.165 汽车荷载：图5人群荷载：图52.梁端剪力横向分布系数计算（按杠杆法）（1）按杠杆原理绘制1、2、3号梁的荷载横向影响线。如图所示：汽车荷载：图6 图6人群荷载：图7图7（二）作用效应计算1永久作用效应（1） 永久荷载边主梁：横隔梁：中主梁：桥面铺装层：栏杆和人行道板：各梁的永久荷载汇总各梁的永久荷载 表3梁号主梁横

17、梁栏杆及人行道铺装层合计1（5）10.16 0.61 2.00 4.19 16.96 2（4）10.16 1.22 2.00 4.19 17.57 310.16 1.22 2.00 4.19 17.57（2）永久作用效应计算计算主梁的弯矩和剪力，计算公式如下：各计算截面的剪力和弯矩值，列于下表 永久作用效应计算表 表4梁号M1/2(kNm)M1/4(kNm)Q0(kN)qw0qw0qw0qw0qw0qw01（5）16.96 47.53 805.99 16.96 35.65 604.53 16.96 9.75 165.34 2（4）17.57 47.53 834.86 17.57 35.65 6

18、26.19 17.57 9.75 171.26 317.57 47.53 834.86 17.57 35.65 626.19 17.57 9.75 171.26 2.可变作用效应（1）汽车荷载冲击系数简支梁的自振频率为：， 介于1.5Hz和14Hz之间，按桥规4.3.2条规定，冲击系数按照下式计算：（2）可变作用效应计算公路级均布荷载，集中荷载取值均布荷载，集中荷载 公路级产生的跨中弯矩（单位：） 表5 梁号内力mcq1+qkw0Pkyk弯矩效应1M1/20.5011.261710.547.532384.8751048.87 M1/40.50135.653.656786.63 2M1/20.4

19、6847.534.875979.79 M1/40.46835.653.656734.82 3M1/20.41247.534.875862.55 M1/40.41235.653.656646.89 人群荷载（每延米）人群荷载产生的跨中弯矩（单位：） 表6梁号内力mcrprw0弯矩效应1M1/20.6182.25 47.5366.09 M1/40.61835.6549.57 2M1/20.40847.5343.63 M1/40.40835.6532.73 3M1/20.33647.5335.93 M1/40.33635.6526.95 .基本荷载组合按桥规4.1.6条规定，永久作用设计值效应与可变

20、作用设计值效应的分项系数为：永久荷载作用分项系数：；汽车荷载作用分项系数：；人群荷载作用分项系数：。弯矩基本组合表 表7梁号弯矩效应永久荷载汽车人群1M1/2805.99 1048.87 66.09 2509.63 M1/4604.53 786.63 49.57 1882.25 2M1/2834.86 979.79 43.63 2422.40 M1/4626.19 734.82 32.73 1816.83 3M1/2834.86 862.55 35.93 2249.65 M1/4626.19 646.89 26.95 1687.27 注：桥梁结构重要性系数，本设计取；与其他可变荷载作用效应的组

21、合系数，本设计取（3）可变荷载剪力效应计算 跨中截面剪力计算计算公式：公路级产生的跨中剪力（单位：KN） 表8梁号内力mcq1+qkw0Pkyk弯矩效应1V1/20.5011.261710.52.438 285.60.5106.44 2V1/20.46899.43 3V1/20.41287.53 人群荷载产生的跨中剪力（单位：KN） 表9梁号内力mcrprw0弯矩效应1V1/20.6182.252.438 3.39 2V1/20.4082.24 3V1/20.3361.84 支点剪力的计算：计算支点剪力效应的横向分布系数的取值为：a.支点处按杠杆法计算的b.按跨中弯矩的横向分布系数c.支点处在

22、和之间按照直线变化（如图8.图9）图8可得相应荷载的剪力效应值公路级产生的交点剪力效应计算表 表10梁号剪力效应11.2617220.672241.573272.64 人群荷载图9可得相应荷载的剪力效应值人群荷载产生的支点剪力效应计算表 表11梁号剪力效应117.6026.9035.68 剪力基本组合见表2.15。 表12剪力效应永久荷载人群汽车V0165.34 17.60 220.67 470.20 V1/20.00 3.39 106.44 123.96 V0171.26 6.90 241.57 485.73 V1/20.00 2.24 99.43 114.50 V0171.26 5.68

23、272.64 518.82 V1/20.00 1.84 87.53 100.61 注：桥梁结构重要性系数，本设计取；与其他可变荷载作用效应的组合系数，本设计取。（三）持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算1配置主筋由弯矩基本组合表可知，1号梁跨中弯矩最大，考虑施工方便，偏安全地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。受压区高度设钢筋净保护层为，钢筋重心至底边距离，则主梁有效高度。已知1号梁跨中弯矩；C30混凝土，。主筋为HRB335钢筋，T形截面受压区翼缘板计算宽度取；T形截面受压区翼缘板平均厚度取。因为所以该T形截面为第一类T形截面。受压区不布置钢筋，则有公式解得；受拉区钢筋面积解得；选用和钢

24、筋， 布置如图10：图10则实际有效高度。按公预规9.1.12要求，含筋率满足规范要求2持久状况截面承载能力极限状态计算（1）按截面实际配筋值计算受压区高度，截面抗弯极限状态承载力为：满足规范要求。（四）持久状况正常使用极限状态下挠度验算1.T梁换算截面的惯性矩和计算对T梁的开裂截面，由下计算式可知梁跨中截面为第二类T形截面。这时，受压区高度：开裂截面的换算截面惯性矩为T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开裂弯矩作用短期效应组合值开裂构件的抗弯

25、刚度为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C30混凝土，挠度长期增长系数。受弯构件在使用阶段的跨中截面长期挠度值为在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值（）为符合公路桥规的要求4.预拱度设置在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下梁跨中处产生长期挠度，故跨中截面需要设置预拱度。根据公路桥规对预拱度设置的规定，计算得出梁跨中截面处的预拱度为三、横隔梁的计算（一） 横隔梁内力计算（用偏心法）对于具有多根横隔梁的桥梁，由于主梁跨中处的横隔梁受力最大，横隔梁跨中截面受力最不利，故通常只要计算跨

26、中横隔梁的内力，其他横隔梁可偏安全地仿此设计。1.绘制中横隔梁的内力影响线1号梁：2号梁：3号梁：（1）绘制弯矩影响线弯矩M3、M2-3影响线计算如下：P=1作用在1号梁轴上时，P=1作用在5号梁轴上时，P=1作用在3号梁轴上时，绘出M3、M2-3影响线如右图11图11（2）绘制剪力影响线：Q1右影响线计算如下：P=1作用在1号梁以右时，P=1作用在1号梁以左时，P=1作用在5号梁时，Q1-2影响线计算如下：P=1作用在1号梁：P=1作用在5号梁：P=1作用在3号梁：绘出Q1右、Q1-2影响线图12如右图122.截面内力计算（1）车轮荷载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

27、布置，如图13所示。图13纵向一行车轮荷载对中横隔梁的计算荷载为：将求得的计算荷载在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响，则得：弯矩：剪力：（2）综合上述，进行荷载组合：因横隔梁弯矩影响线的正负面积很接近，并且系预制架设，恒载的绝大部分不产生内力，故组合时不计入恒载内力。按桥规4.1.6条，荷载安全系数的采用如下：最大正弯矩：；最大剪力：3横隔梁配筋与承载力验算（1）正弯矩配筋以3cm计入桥面铺装层，梁高；横隔梁翼板的有效宽度为的跨径：；或按规范要求取小者，即；暂取，则有效高度。因为所以套用公预规5.2.2条规定公式： 解得则由公式，得选用，。采取焊接骨架方式，钢筋布置如图14此时，有，图14 ，满足适筋要求；验算截面抗弯承载力：吧 满足要求。