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1、-作者xxxx-日期xxxx桥梁工程课程设计【精品文档】设计条件:所选题号为18,五梁式,公路-级,标准跨径L=25m。根据设计条件,查阅公路桥涵设计通用规范JDG G60-2004(以下简称公桥规)第2页表1.0.11可知此桥属中桥;查阅公桥规第2页表1.0.9可知其设计安全等级为二级;查阅公桥规级时公路等级应为二级或三、四级公路,现假定为二级公路,且设计速度为60km/h,查阅公桥规第9页表3.3.1-1及表3.3.1-2,得车道宽度必须大于3.5m,该桥梁为双车道桥梁,为改善行车条件必须充分利用桥梁宽度增加行车道宽度,因此不设中间带。每车道宽度为(900/2)cm。取桥面横坡度为1.5%
2、。一、拟定上部结构尺寸根据公桥规第14页3.6.4条规定,取人行道桥面铺装厚为80mm,则桥面中心线处的桥面铺装的厚度为80mm+(9000/2)mm1.5%=148mm。桥面净宽为11m,结构形式为五梁式,可取主梁中距为2.0m,翼板宽200cm,主梁梁肋20cm。高跨比在1/15到1/25之间,即梁高在251/15m到251/25m之间,最后取定主梁高为1.5m。横隔梁高h=(3/4)H=1.1m=110cm,梁肋宽取15cm;设5道横隔梁,间距取612cm。计算跨径:L=2450cm。桥梁的横断面示意图及T梁的尺寸图如下:图(1)图(2)一、行车道板(翼缘板)的设计与计算行车道板采用铰接
3、悬臂板形式。桥面铺装层厚为cm,普通混凝土体积质量为,钢筋混凝土悬臂板体积质量取。1、 恒载及其内力(1) 每延米板体的恒载桥面铺装:T梁翼板:恒载合计为:(2) 每米宽板条每延米的恒载弯矩悬臂板的悬挑长度:每延米恒载弯矩:每延米恒载剪力:2、 公路-II级产生的内力根据公桥规第24页表4.3.1-2,汽车后轴重P=140KN,轴距为1.4m,轮距为1.8m。有效分布宽度为:根据公桥规,汽车冲击系数,则作用于每米宽板条上弯矩为:作用与每延米行车道板上的剪力:3、 设计内力计算按正常使用极限状态进行内力组合,弯矩设计值为: 剪力设计值为: 按承载能力极限状态进行内力组合,弯矩设计值为: 剪力的设
4、计值为:4、 行车道板截面强度及配筋计算拟采用混凝土的强度等级为C50,受力钢筋采用HRB335,查公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 (以下简称公预规)第25页表5.2.1可知混凝土强度等级为C50、钢筋种类为HRB335时相对极限受压区高度。 拟采用単筋矩形截面形式。假设,则有效受压区高度求得选用HRB33514间距100mm,取保护层厚度为30mm,配筋验算如下:=满足公预规25页5.2.2条要求。板的配筋同时也满足公预规9.2条的构造要求。斜截面验算:即满足,根据公预规条,当满足此式时可以不进行斜截面抗剪承载力验算,只需按9.3.13条构造要求配置箍筋。因此
5、,板内分布钢筋采用R2358)钢筋,间距按15cm配置,配筋率为,保护层取30 mm,各种参数都符合构造要求。一、 主梁内力计算1、 恒载计算沿主梁方向每延米桥面铺装恒载:;沿主梁方向每延米T梁翼板恒载:人行道板厚设计成平均厚度为10cm,则每延米恒载:;栏杆高1.2m,每延米恒载:;横隔梁间距为490cm,在主梁范围内总共设有5道,高110cm,梁肋宽15cm,每道横隔梁总长度为,重度取25KN /m,每延米恒载:主梁梁肋每延米恒载:最后得桥梁上部结构每延米恒载为: 每根主梁分担的每延米恒载:2、 活载内力计算(1) 各主梁横向分布系数的计算(注:主梁编号由左到右一次为15)(A)支座处各主
6、梁的横向分布系数在支座处或支座附近,荷载的绝大部分均通过相邻的主梁支座直接传到桥台。在从集中荷载直接作用在端横隔梁上的情形来看,虽然端横隔梁是连续与几根主梁相连接,但由于主梁的间距较小,且支座的弹性压缩和主梁的压缩变形微小,显然端横隔梁上荷载将主要传至相邻的两根主梁支座上。因此,用杠杆原理法计算支座处横向分布系数是完全可行的。按照杠杆原理绘制1、2、3号梁的荷载横向影响线如下三个图:图(3)车道荷载:人群荷载:图(4)车道荷载:人群荷载:图(5)车道荷载:人群荷载: (B)跨中各主梁横向分布系数该桥在跨中、四分之一跨度处及支座处均设有横隔梁,所以具有可靠的横向联结且桥的宽跨比。因此,可以用偏心
7、压力法计算跨中的横向分布系数。根据第2页T梁尺寸图,计算其截面参数如下:(1) 抗弯惯性矩和抗扭惯性矩: 翼缘板换算平均高度:截面面积:截面对上边缘的静矩:则主梁截面重心位置;主梁的抗弯惯性矩I:主梁的抗扭惯性矩:对于翼缘板:,对于梁肋:,用内插法求得,(2) 计算抗扭修正系数(2) 计算横向分布影响线竖标值 考虑抗扭修正后,1号梁的横向分布影响线竖标值为:图(6)车道荷载:人群荷载:考虑抗扭修正后,2号梁的横向分布影响线竖标值为:图(7)车道荷载:人群荷载:考虑抗扭修正后,3号梁的横向分布影响线竖标值为:图(8)车道荷载:人群荷载:由于桥梁结构的对称性,主梁4和主梁5分别与主梁2和主梁1对应
8、,故不需要另行计算。支座附近和跨中的荷载横向分布系数汇总如下:横向分布系数支座跨中汽车荷载人群荷载汽车荷载人群荷载1号梁2号梁0.6003号梁跨中弯矩是简支梁纵筋配筋控制因素,通过比较可知,1号主梁的跨中受力最不利,在跨中其横向分布系数为: 为了便于施工维护,设计时使5根主梁的尺寸、配筋完全相同,只要1号梁跨中能满足设计要求,则其他主梁也必然能满足要求,因此,只需对1号梁进行纵筋配筋设计和验算。横向分布系数沿主梁方向变化情况图(9)(3) 内力计算结构重力(恒载)内力计算在前面已经求得每根主梁分担的每延米恒载为:恒载产生的弯矩方程:列表计算恒载产生的弯矩如下:恒载弯矩值(KN/m)1/8跨度处
9、686 1/4跨度处1176 3/8跨度处1470 1/2跨度处1569 恒载产生的剪力方程:列表计算恒载产生的剪力如下:恒载剪力值(KN/m)支座处256 跨中0 可变作用(车道荷载及人群荷载)内力计算据公桥规4.3.1条,公路-II级车道荷载的均布荷载及集中荷载为公路-I级的0.75倍。下面先求计算跨径为24.5m时对应的均布荷载及集中荷载:内插法求集中荷载:均布荷载:时对应的公路-II级的车道荷载为:集中荷载:均布荷载:计算汽车荷载的冲击系数:结构跨中处的单位长度质量(KN/m):又已求得跨中截面惯性矩据公桥规条文说明4.3.2条简支梁桥的自振频率: 据公桥规4.3.2条,当时, 分别作
10、1/8、1/4、3/8、1/2跨度处截面的主梁弯矩影响线:图(10)图(11)图(12)图(13)汽车荷载及人群荷载都是移动荷载,其内力计算公式:式中:汽车冲击系数,人群=0;内力影响线的面积;内力影响线的最大竖标值;m荷载横向分布系数;其他符号意义同前所述。汽车荷载产生的弯矩列表计算如下:1号梁汽车荷载冲击系数横向分布系数m影响线最大竖标值(m)影响线面积()均布荷载(KN/m)集中荷载(KN)弯矩值(KNm)1/8跨度处2.680 639 1/4跨度处4.594 1095 3/8跨度处5.742 1369 1/2跨度处6.125 1460 人群荷载产生的弯矩列表计算如下:人群均布荷载标准值
11、为,跨中人群荷载的横向分布系数为。1号梁人群荷载横向分布系数m影响线最大竖标值(m)影响线面积()均布荷载(KN/m)弯矩值(KNm)1/8跨度处2.680 3.0 64 1/4跨度处4.594 3.0 110 3/8跨度处5.742 3.0 138 1/2跨度处6.125 3.0 147 作支座处及跨中截面的剪力影响线:图(14)图(15):1号梁汽车荷载冲击系数横向分布系数m影响线最大竖标值(m)影响线面积()均布荷载(KN/m)(KN)剪力值(KN)支座处 1.000 231 跨 中0.500 135 人群荷载产生的剪力列表计算如下:1号梁人群荷载横向分布系数m影响线最大竖标值(m)影响
12、线面积()均布荷载(KN/m)剪力值(KN)支座处 1.000 3.0 31 跨 中0.500 3.0 12 内力组合条,公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时可按如下组合极限设计:基本组合:安全等级为二级;。按公桥规4.1.7条,公路按正常使用极限状态设计时,采用一下两种组合:1、 作用短期效应组合2、 作用长期效应组合 各系数的意义详见公桥规4.1.6条及4.1.7条。将各个数代入公式,列表计算荷载组合如下:弯矩作用组合:1号梁弯矩组合恒载弯矩值(KNm)汽车荷载弯矩值(KNm)人群荷载弯矩值(KNm)基本组合(KNm)作用短期效应组合(KNm)作用长期效应组合(KNm)1/8跨度处686
13、639 64 17901/4跨度处1176 1095 110 3/8跨度处1470 1369 138 1/2跨度处1569 1460 147 剪力作用组合:1号梁剪力组合恒载剪力(KN)汽车荷载剪力(KN)人群荷载剪力(KN)基本组合(KN)短期效应组合(KN)长期效应组合(KN)支座处256 231 31 664.9 420.5 344.7 跨 中0 135 12 202.6 90.1 49.4 注:作用短期效应和作用长期效应组合时汽车荷载不计冲击力,可由计入冲击力时的设计值除以(1+)即可(=0.211)。二、 截面设计1、抗弯纵筋设计根据公预规条,;翼缘板宽度。据公预规表3.1.4,C5
14、0混凝土,;据表3.2.3-1,HRB335钢筋的;据表9.1.1,环境为I混凝土保护层厚度取30 mm。假设,。当受压区高度时说明可按第一类T梁进行配筋设计。由公预规公式-1的变形公式得,取。代入公式求得,钢筋选用1036和232 ,代入得。采用多层焊接骨架钢筋形式,焊缝宽度为2.5mm,由此可计算代入下式:满足跨中抗弯设计要求。跨中纵筋配筋率:,穿过支座的纵筋不少于总纵筋的20%,因此必须有4条36穿过支座。对于支座处:支座处纵向配筋率:,平均有效高度:平均纵向配筋率:符合公预规9.1.12条对纵筋配筋率的要求。2、 抗剪斜截面设计符合主梁抗剪截面的要求。由剪力包络图得剪力方程:距支座0.
15、5H处剪力值:混凝土和箍筋承担的剪力:在剪力包络图中作水平线V=382.0KN,水平线以上的剪力由弯起钢筋承担,需要设置弯起钢筋的范围:箍筋采用双肢形式,直径为10,单根截面积。平均纵向配筋率:,代入下式时取2.50,取箍筋间距为150mm,配筋率为:箍筋配置完全符合公预规9.3.13条的要求。 在支座到跨度为H处的梁段由于剪力较大,为加强主梁抗剪能力,箍筋间距取100mm。斜筋设计第一排斜筋,在距支座0.5H处:,设置两根36的斜筋,斜筋水平投影长度。有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值:由,得;第二排弯起钢筋弯起两根36的纵筋,斜筋水平投影长度1314.5mm。有效高度。此截面纵筋面
16、积为抗弯承载力设计值同上,即第三排弯起钢筋 弯起两根36的钢筋,斜筋水平投影长度1276mm。有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值:由,得;第四排弯起钢筋 弯起两根36的钢筋,斜筋水平投影长度mm。为简化计算并偏于安全考虑,有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值:由,得;第五排弯起钢筋 弯起两根32的钢筋,斜筋水平投影长度1201mm。有效高度取跨中时的有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值:由,得;第六排斜筋设置两根20的斜筋,斜筋水平投影长度1201mm。有效高度为跨中时的有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值等于跨中抗弯承载弯矩值。此时配有斜筋的梁段长度为:不需要再设斜
17、筋。绘制弯矩包络图及剪力图如下:图(16)图(17)三、 裂缝宽度验算及挠度验算公预规6.1.1条规定,进行抗裂、裂缝宽度和挠度验算时,短期效应组合及长期效应组合可不计汽车冲击系数,跨中弯矩短期效应组合,长期效应组合。1、裂缝宽度验算:据公桥规6.4.3条,裂缝最大宽度计算公式: (mm)式中: ; ; ;把各个参数代入裂缝最大宽度公式得符合公预规6.4.2条要求。2、挠度验算:(1)T型截面的几何特征参数计算A、全截面换算截面惯性矩:抗裂边缘的弹性惯性矩:换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩:换算截面积:B、开裂截面换算截面惯性矩:据公预规6.5.1条,受弯构件的刚度计算公式: 式中: 代入刚度计算公式得按短期荷载效应组合,简支梁跨中最大挠度:,据公预规条,考虑挠度长期效应的影响,简支梁最大挠度:即,符合公预规条的要求,据6.5.5条,必须设预拱度。3、预拱度设置结构自重产生的跨中弯矩为1569KNm,1/2可变荷载频遇值对应的弯矩为,预拱度的计算:。【精品文档】
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