《桥梁工程》课程设计(20页).docx

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1、-桥梁工程课程设计-第 18 页目录设计正文31桥梁工程课程设计任务书41.1设计名称： 清水河简支梁桥设计41.2桥位及相关资料41.3设计基本资料41.3.1设计荷载41.3.2河床地面41.3.3材料容重41.3.4桥梁纵坡41.3.5其他相关数据41.4通现状调查资料41.5设计内容41.6要求完成的设计图及计算书41.7推荐参考资料41.8课程设计时间52设计资料63.预计未来十年累计交通量的计算及道路等级的确定63.1计算预计近来十年交通量累计当量轴63.2道路等级的确定74主梁计算74.1主梁内力计算74.1.1主梁荷载横向分布系数计算74.1.2 跨中截面荷载横向分布系数114

2、.2主梁内力计算134.2.1重力内力计算134.2.2 活载内力计算144.3主梁荷载内力汇总204.4作应效应组合（内力组合）204.4.1剪力组合值204.4.2弯矩组合值214.4.3荷载内力组合计算结果215.行车道板内力计算215.1每米板长的恒载集度215.2公路级车辆荷载产生的内力215.3内力组合225.4截面强度计算：236.横隔梁的内力计算236.1偏心压力法计算荷载横向分布系数236.2绘制剪力影响线256.3截面内力计算256.4内力组合256.5截面配筋设计267附图267.1桥梁横断面图267.2桥梁纵断面图267.3桥面构造图271 桥梁工程课程设计任务书1.1

3、设计名称： 清水河简支梁桥设计1.2桥位及相关资料：该桥位于正阳县内东南的清水河上，主要用方便村民出入，该地土层主要为粘性土，地质条件总体较好。1.3设计基本资料 1.3.1设计荷载：见下表，人群3.0KN/m2，每侧栏杆及人行道的重量按4.5 KN/m计。 1.3.2河床地面线为（从左到右）：0/0，3/5，4/12，3/17，2/22，2/27，0/35（分子为高程，分母为离第一点的距离，单位为m；此项内容自定义即可）地质条件总体较好。 1.3.3材料容重：水泥混凝土23 KN/m3，钢筋混凝土25 KN/m3，沥青混凝土21 KN/m3 1.3.4桥梁纵坡为0.3%。 1.3.5其他相关

4、数据见下表，其他未涉及到得数据自己设定。 表1.0桥面净宽标准跨径主梁宽度荷载情况7m20m1.8m公路级1.4通现状调查资料： 在不利季节调查的双向双车道平均日交通量： 表1.1车 型 总重（ KN ） 后轴重（ KN ） 后轴数 辆 / 日 解放 CA-10 B 80.25 60.0 1 1170 黄河 JN-150 150.60 101.6 1 688日野 KB-211 147.55 100 1 518东风 EQ-140 90.0 69.3 1 1339 黄河 JN362 190.0 127 1 28 跃进 230 48.5 33.3 1 455 预计未来十年，交通量年平均增长率为 7%

5、 。 1.5设计内容 1主梁的设计计算 2行车道板的设计计算 3横隔梁设计计算 4桥面铺装设计1.6要求完成的设计图及计算书 1桥梁总体布置图，主梁纵、横截面布置图 2桥面构造横截面图 3荷载横向分布系数计算书 4主梁内力计算书 5行车道板内力计算书 6横隔梁内力计算书1.7参考资料 1.周先雁，王解军.桥梁工程.北京：北京大学出版社，2008 2.石洞，石志源，黄东洲.桥梁结构电算.上海：同济大学出版社，2006. 3.中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范JTG D602004. 北京：人民交通出版社，2004. 4.中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG

6、 D602004.北京：人民交通出版社，2004. 5.中华人民共和国交通部.公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02012008，北京：人民交通出版社，2008. 6.中华人民共和国交通部.公路桥涵地基与基础设计规范JTG D632007，北京：人民交通出版社，2007. 7.陈宝春.桥梁工程.北京：人民交通出版社，2009. 8.邵旭东.桥梁工程.北京：人民交通出版社，2004. 9.邵旭东.桥梁设计百问.2版.北京：人民交通出版社，20031.8课程设计时间 共2周，即2013年5月13日（周一）至2013年5月24日（周五）。2 设计资料 1.跨径:标准跨径 lb=20m 2.计算跨径

7、L=19.50m3.设计荷载：公路一级荷载-级汽车荷载，人群荷载为3.0kN/m2，栏杆及人行道荷载为4.5 kN/m4.结构重要系数=1.0 5.桥面净宽:净-721m，主梁全长为l=19.96m 6.材料：主梁采用 号混凝土，桥面铺装采用沥青混凝土，主筋为HRB335级钢筋 7.纵横断面构造：横坡1.5，五片主梁，间距1.8m。设5道横隔梁，为4.88m表1.2 T形梁的拟定尺寸主梁长度计算跨径主梁高度梁肋宽度翼板厚度翼板宽度横隔梁 间距横隔梁 宽度横隔梁 高度19.9619.501.300.180.080.141.784.880.140.953.预计未来十年累计交通量的计算及道路等级的确

8、定： 3.1计算预计近来十年交通量累计当量轴次，交通量年平均增长率为7% ,计算未来十年该桥梁的累计当量轴次见下表：表1.3 预测交通量组成车型Pi（KN）C1C2ni(次日-1)C1C2ni(Pi/P)4.35/(次日-1)解放CA-10B后轴60111170126.81黄河JN-150前轴4916.4688197.75后轴101.611688737.18日野KB-211前轴47.5516.4518130.65后轴10011518518.00东风EQ-140后轴69.3111339271.63黄河JN-362前轴6316.42824.01后轴127112879.20跃进 230后轴33.31

9、14553.81N12089.04Ne52675143.2道路等级的确定： 从计算未来十年的交通量得，该桥处于级公路区段，但该桥处于经济开规划区未来几年该桥的交通量会变的十分繁重，所以该桥设计过程中应考虑未来因素的影响，以后的设计过程中采用公路一级荷载进行设计。4主梁计算 4.1主梁内力计算 4.1.1主梁荷载横向分布系数计算 1）.跨中荷载横向分布系数计算图1 T形梁的尺寸（单位：cm）图2 横隔梁断面形式a.计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩Ix和ITx 计算荷载横向分布系数。求主梁截面的形心位置ax。平均板 厚为:h1=1214+8=11cm静矩 S=（180-18）112+130181302=

10、161901cm3面积 A=180-1811+13018=4122cm2 ax=SA=1619014122=39.3cm则主梁截面竖向抗弯惯性矩： Ix=112180-18113+180-1839.3-1122+112181303+18130(1302-39.3)2=6.895106(cm4)T形截面抗扭惯性矩IT=i=1ncibiti3 ,ci查相关规范则 ITx=131.80.113+0.30141.3-0.110.183=2.8910-3(m4)则单位抗弯及抗扭惯性矩为： Jx=Ixb=6.89510-2180=3.83110-4(m4/cm) JTx=ITxb=2.8910-3180=

11、1.60610-5m4cmb.计算横梁抗弯及抗扭惯性矩：翼板有效宽度计算,横梁长度取为两边主梁的轴线间距，则 l=4b=4180=720(cm) c=12488-14=237cm h=95cm ，b=14（cm）cl=237720=0.329 ，查表得c=0.595 ，所以 =0.595237=141cm=1.41（m）求横梁截面重心位置有 ay=2h1h12+hbh22h1+hb=21411122+1214952214111+1495=18.1cm横梁的抗弯和抗扭惯性矩为：Iy=1122h13+2h1aY-h122+112bh3+hbh2-ay=1122141113+21411118.1-1

12、122+11214953+1495952-18.12=2.67106cm4=2.6710-2m4ITy=c1b1t13+c2b2t23 ,t1b1=11488=0.0230.1查表可得，c1=13，但是由于连续桥面板的单宽抗扭惯性矩只有独立宽扁板的一半，故取c1=16，t2b2=1495-11=0.17查表得c2=0.299，所ITy=c1b1t13+c2b2t23=16488113+0.29995-11143=1.77105(cm4)单位抗弯惯性矩及抗扭惯性矩为 Jy=Iyb1=2.67106488=0.55104cm3 JTy=ITyb1=1.77105488=362.7cm3c.计算抗弯

13、参数和抗扭参数: =BL4JxJy=4.519.543.3811040.55104=0.609式中 B主梁宽的一半； L计算跨径取G=0.43E，则 =G（JTx+JTy）2EJxJy=0.43（1.606103+362.7）23.38311040.55104=0.029 =0.029=0.17d.计算荷载弯矩横向分布影响线坐标：已知=0.609，查GM法各图表，可得表1.4表1.4 各梁位K值计算粱位荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-B校核K000.210.611.101.391.511.391.100.610.217.92B/41.101.311.491.511.

14、361.10.610.2-0.28.03B/22.082.071.911.511.040.610.2-0.19-0.527.983B/43.92.922.081.290.660.2-0.19-0.45-0.798.07B5.83.92.160.970.21-0.21-0.52-0.75-1.018.15K100.790.881.01.121.211.121.00.880.798.00B/41.091.121.221.231.110.970.790.670.577.94B/21.51.51.421.211.00.790.620.510.418.013B/42.011.791.51.140.890

15、.670.510.400.318.06B2.572.011.181.070.770.560.410.320.288.04经校核i=28Ki+12K1+K9=8，各梁位置如图所示用内插法求出实际粱位处的K0和K1值，实际梁位与列表粱位位置关系如图3示图3 各梁处K值计算则 对于号梁： K=K34B+KB-K34B22.5112.5=0.2KB+0.8K34B 对于号梁： K=K14B+K12B-K14B67.5112.5=0.6K12B+0.4K14B 对于号梁： K=K0 (K0指表列粱位在0号点的K值）表1.5 各主梁荷载横向分布影响线坐标值梁号算式荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-

16、B/2-3B/4-BK1=0.2K1B+0.8K13B42.121.831.501.130.870.650.490.380.30K0=0.2K0B+0.8K03B44.283.122.101.230.570.12-0.26-0.51-0.83K1-K0-2.16-1.28-0.6-0.40.300.530.750.891.14(K1-K0)-0.37-0.22-0.10-0.170.050.090.130.150.19K=K0+(K1-K0)3.912.901.991.210.620.21-0.13-0.36-0.6411=K50.780.580.400.240.120.04-0.03-0.0

17、7-0.13K1=0.6K1B2+0.4K1B41.341.351.341.221.040.860.690.570.47K0=0.6K0B2+0.4K0B41.751.771.741.511.170.810.36-0.03-0.39K1-K0-0.41-0.42-0.40-0.29-0.120.060.320.610.89(K1-K0)-0.07-0.07-0.07-0.05-0.020.010.050.100.15K=K0+(K1-K0)1.681.701.671.461.150.820.420.07-0.2521=K50.340.340.340.300.230.160.080.01-0.0

18、5K1=K100.790.881.01.121.211.121.00.880.79K0=K000.210.611.01.391.511.391.10.610.21K1-K00.580.270-0.27-0.3-0.27-0.10.270.58(K1-K0)0.100.050-0.05-0.05-0.05-0.020.050.10K=K0+(K1-K0)0.3090.661.01.31.461.31.080.660.3131=K50.060.130.20.270.290.270.220.130.06e.计算各梁的横向分布系数1）支点截面荷载横向分布系数由表六，做出支点荷载横向分布影响线图图4 支

19、点荷载横向分布影响线图则 对于号梁 m1=x12=0.334 m2=1.25 对于号梁 m1=121=0.5 m2=0 对于号梁 m1=1+0.282=0.64 m2=04.1.2 跨中截面荷载横向分布系数按公路与桥涵设计通用规范规定，汽车荷载距人行道边缘距离不小于0.5m。在各主梁的荷载最不利位置进行布载，如图所示图4.1 跨中横向分布系数计算图公路级： M1汽=120.55+0.252+0.1167-0.0048=0.457 M2汽=120.338+0.295+0.223+0.109=0.483 M3汽=120.154+0.264+0.290+0.233=0.471人群荷载： M1=0.6

20、93 m2=0.337 m3=0.0932=0.1864.1.3各主梁荷载横向分布系数汇总 表1.6 各主梁荷载横向分布系数汇总荷载跨中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0.4570.4830.4710.3340.500.64人群荷载0.6930.3370.1861.2500荷载分布系数沿桥垮方向的变化按下述方法进行：跨中部分采用不变的跨中荷载横向分布系数,从第一根横隔梁向支点荷载横向分布系数过渡。图5 m值沿桥垮变化 在实际应用中，当求跨中、1/4跨中截面处的弯矩和剪力时，一般为了简化计算，均采用不变的mc；在计算梁端剪力时，在在主要荷载所在端需考虑何在横向分布系

21、数沿桥垮的变化。而离主要荷载较短的一端，由于相应影响线竖标值的显著减小，则可近似地采用不变的mc简化计算。图示为号主梁荷载横向分布系数沿桥垮的变化。4.2主梁内力计算4.2.1重力内力计算 a.重力集度主梁：0.181.30+0.14+0.081.80-0.182=10.305kNm外主横隔梁：0.180.840.1452519.2=0.611kNm内主横隔梁：0.180.840.14525219.5=1.222kNm桥面铺装：720.07+3.51.522115+0.0272315=3.474kNm栏杆及人行道：4.525=1.8KNm则 作用于边主梁的全部恒载集度为： 10.305+0.6

22、11+3.474+1.80=16.19kNm 作用于中主梁的全部恒载集度为： 10.305+1.222+3.474+1.80=16.801kNm表1.7 各梁重力集度汇总（单位：kNm-1）梁号主梁横梁栏杆及人行道铺装层合计10.3050.6111.83.47416.1910.3051.2221.83.47416.80110.3051.2221.83.47416.801b. 重力引起的内力：表1.8 重力内力计算表主梁g/(kNm-1)l/mM/(kNm)Q/kNM12(kNm)M14(kNm)Q0/kNQ14/kN16.1919.5769.5577.11587916.80119.5798.6

23、598.9163.881.916.80119.5798.6598.9163.881.94.2.2 活载内力计算1). 对于号梁 计算公路级汽车活载的跨中弯矩图6 跨中弯矩桥梁结构的基频为： F=2l2EIcmc=219.523.010106.89510-216.191039.81=4.63Hz =0.1767ln4.63-0.0157=0.26 1+=1+0.26=1.26=1 ,双车道，不折减。 MQ1k，l2=1+Pkmcyk+1+qkmcc=1.2612580.4574.875+1.26110.50.4574.87519.52=1011.62kNm计算人群荷载跨中弯矩：此时mc=mcr=

24、0.693 ,且没有集中力作用，故 MQ2k，l2=mcqr=0.6933.04.87519.52=98.82kNm计算跨中截面公路级荷载的最大剪力图7 跨中剪力Qq1k,l2=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.260.45711.22580.5+1.2610.45710.50.519.54=103.87kN计算跨中截面人群荷载最大剪力： QQ2k，l2=mcrqr=0.6933.00.519.54=5.07kN计算支点截面公路级荷载最大剪力图8计算支点截面公路级荷载最大剪力 QQ1k，0=1+Pkmcyk+1+qkmcc-1+qkmc-m020.913+mc-m020.087=1.

25、2611.22580.4571+1.2110.50.457119.5-1.26110.50.457-0.3345.12=286.41kN计算支点截面人群荷载最大剪力图9 计算支点截面人群荷载最大剪力 QQ2k，0=mcqr+qrmc-m020.913+mc-m020.087=3.00.693119.52+3.01.25-0.6935.102=24.53kN计算1/4跨截面公路级荷载弯矩图10计算1/4跨截面公路级荷载弯矩 MQ1k，l4=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.2611.22580.4573.656+1.26110.50.45719.53.6562=867.29kNm计算1

26、/4跨截面人群荷载弯矩图11计算1/4跨截面人群荷载弯矩 MQ2k，l4=mr,l4qr=0.6933.03.65619.52=74.11kNm计算1/4跨截面公路级荷载最大剪力图12计算1/4跨截面公路级荷载最大剪力 QQ1k，l4=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.2611.22580.4570.75+1.26110.50.4570.7519.50.50.75=166.86kN计算1/4跨截面人群荷载最大剪力图13 1/4跨截面人群荷载最大剪力 QQ2k，l4=mcqc=0.6933.00.75319.58=11.4kN对于号梁计算公路级汽车活载的跨中弯矩 MQ1k，l2=1+P

27、kmcyk+1+qkmcc=1.262580.4834.875+1.26110.50.4834.87519.52=1069.17kNm计算人群荷载跨中弯矩： MQ2k，l2=mcqr=0.3373.04.87519.52=48.05 kNm计算跨中截面公路级荷载的最大剪力 Qq1k,l2=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.260.48311.22580.5+1.2610.48310.50.519.54=109.78kN计算跨中截面人群荷载最大剪力： QQ2k，l2=mcrqr=0.3373.00.519.54=2.46kN计算支点截面公路级荷载最大剪力 QQ1k，0=1+Pkmcyk

28、+1+qkmcc-1+qkmc-m020.913+mc-m020.087=1.2611.22580.51+1.26110.50.5119.5-1.26110.50.483-0.525.1=324.61kN计算支点截面人群荷载最大剪力 QQ2k，0=mcqr+qrmc-m020.913+mc-m020.087=3.00.337119.52+3.00-0.33725.1=7.28kN计算1/4跨截面公路级荷载弯矩 MQ1k，l4=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.2611.22580.4833.656+1.26110.50.48319.53.6562=916.63 kNm计算1/4跨截面

29、人群荷载弯矩 MQ2k，l4=mr,l4qr=0.3373.03.65619.52=36.04kNm计算1/4跨截面公路级荷载最大剪力 QQ1k，l4=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.2611.22580.4830.75+1.26110.50.4830.7519.50.50.75=176.36kN计算1/4跨截面人群荷载最大剪力 QQ2k，l4=mcqc=0.3373.00.75319.58=5.54kN 对于号梁计算公路级汽车活载的跨中弯矩 MQ1k，l2=1+Pkmcyk+1+qkmcc=1.262580.4714.875+1.26110.50.4714.87519.52=10

30、42.61kNm计算人群荷载跨中弯矩： MQ2k，l2=mcqr=0.1863.04.87519.52=26.52kNm计算跨中截面公路级荷载的最大剪力 Qq1k,l2=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.260.47111.22580.5+1.2610.47110.50.519.54=107.06kN计算跨中截面人群荷载最大剪力： QQ2k，l2=mcrqr=0.1863.00.519.54=2.72kN计算支点截面公路级荷载最大剪力 QQ1k，0=1+Pkmcyk+1+qkmcc-1+qkmc-m020.913+mc-m020.087=1.2611.22580.51+1.26110

31、.50.36119.5-1.26110.50.471-0.3625.1=284.18kN计算支点截面人群荷载最大剪力 QQ2k，0=mcqr+qrmc-m020.913+mc-m020.087=3.00.1867119.52+3.00-0.18625.1=4.02kN计算1/4跨截面公路级荷载弯矩 MQ1k，l4=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.2611.22580.4713.656+1.26110.50.487119.53.6562=893.86 kNm计算1/4跨截面人群荷载弯矩 MQ2k，l4=mr,l4qr=0.1863.03.65619.52=19.89kNm计算1/4跨

32、截面公路级荷载最大剪力 QQ1k，l4=1+Pkmc1.2yk+1+qkmcc=1.2611.22580.4710.75+1.26110.50.4710.7519.50.50.75=171.986kN计算1/4跨截面人群荷载最大剪力 QQ2k，l4=mcqc=0.1863.00.75319.58=3.06kN则 将计算结果汇总可得表1.94.3 主梁内力汇总：表1.9 主梁荷载内力汇总表梁号荷载类别弯矩M/(kNm)剪力Q/kN跨中1/4跨支点跨中1/4跨公路级荷载1011.62867.29286.41103.87166.86人群荷载98.8274.1124.535.0711.4公路级荷载10

33、69.17916.63324.61109.78176.36人群荷载48.0536.047.282.465.54公路级荷载1042.61893.86284.18107.06171.98人群荷载26.5219.894.022.723.064.4作应效应组合（内力组合）根据公路桥涵设计通用规范，作应效应组合公式为：此处设计安全等级为二级，故结构重要性系数取1.0。作应效应组合见下表：4.4.1剪力组合值表1.10 剪力组合值汇总表跨中1/4跨支点跨中1/4跨支点跨中1/4跨支点SG0791.58081.9163.8081.9163.81.2SG094.8189.6098.28196.56098.28

34、196.56SQ103.87166.86286.41109.78176.36324.61107.06171.98284.181.4SQ145.42233.6400.97153.69246.9454.45149.88240.77397.85SQi5.0711.424.532.465.547.282.723.064.02SQirQ5.8612.7727.472.766.28.152.543.434.5组合值151.1341.17618.04156.45351.38659.16152.42342.48598.914.4.2弯矩组合值 表1.11 弯矩组合值汇总表跨中1/4跨支点跨中1/4跨支点跨中1

35、/4跨支点SG769.5577.10798.6598.90798.6598.901.2SG923.4692.520958.32718.680958.32718.680SQ1011.62867.2901069.17916.6301042.61893.8601.4SQ1416.271214.2101496.841283.2801459.651251.40SQi98.8274.11048.0536.04026.5219.890SQirQ110.6883.0053.8240.32029.722.280组合值2450.351989.7302508.982042.3202447.671992.360比较1

36、、2、3号梁弯矩和剪力组合值，1号梁的组合值最大，故设计时按1号梁设计，将一号梁的弯矩和剪力组合值列与下表。4.4.3荷载内力组合计算结果1.12 荷载内力组合计算结果汇总表梁号序号荷载类别弯矩M/(kNm)剪力Q/kN跨中1/4跨跨中1/4跨支点（1）恒载923.4692.52094.8189.6（2）公路级荷载1416.271214.21145.42233.6400.97（3）人群荷载98.8274.115.0711.424.53（4）基本组合2450.351989.73151.1341.17618.045.行车道板内力计算：5.1每米板长的恒载集度：沥青混凝土：0.07121=1.47k

37、Nm防水混凝土：7.50.015+0.02+0.022123=1.75kNmT型翼板：0.11125=2.75KNm合计：1.47+1.75+2.75=5.97KNm每米板条的结构重力引起的内力：Msg=-12gl02=-125.971.8-0.1822=-1.96kNmQsg=gl0=5.971.8-0.182=4.836kN5.2公路级车辆荷载产生的内力：由公路桥涵设计通用规范查得车后轮着地长度a2=0.2m，着地宽度b2=0.6m，车轮在板上的布置及分布如图，铺装层总厚H=0.07+0.02=0.09m，则a1=a2+2H=0.2+20.09=0.38m b1=b2+2H=0.6+20.09=0.79m，得：a=a1+d+2l0=0.38+1.4+21.8-0.182=3.4m图14 车轮在板上的布置及分布作用于每米宽板条上的