预应力钢筋混凝土简支T形梁桥设计.pdf

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1、1/26 课程名称：桥梁工程概论设计题目：预应力钢筋混凝土简支T 形梁桥设计院系：专业：学号：姓名：元芳指导教师：联系方式：西南交通大学峨眉校区2012 年 6 月 2 日2/26 课程设计任务 书专业0 姓名学号开题日期：2012-5-15完成日期：2012-6-3题 目：预应力纲纪混凝土简支T 形梁桥设计一、设计的目的通过本次预应力纲纪混凝土简支T 形梁桥设计，掌握并巩固课堂所学知识二、设计的内容及要求设计内容：1、计算桥面板内力（最大弯矩和剪力）；2、计算主梁内力（跨中弯矩和剪力及支座处最大剪力），进行强度检算；要求：1、本课程设计须按教务对课程设计的排版格式要求，形成电子文档，并打印成

2、文本上交，同时电子文档也须上交。2、本课程设计期末考试时必须交三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日3/26 目录第一章设计资料.4 1.1 设计资料 .4 第二章 主要尺寸拟定.4 2.1 尺寸拟定 .4 第三章行车道板的计算.9 3.1 桥面板恒载计算 .9 3.2 铰接板的内力计算 .10第四章主梁内力计算.84.1 求横向分布系数 .8 4.2 主梁内力计算 .11第五章荷载效应组合.错误!未定义书签。5.1 承载力极限状态设作用效应组合.错误!未定义书签。5.2 正常使用极限状态设作用效应组合.错误!未定义书签。第六章截面验算.23 6.1 持久状况承载能力极限状态计算.23

3、 6.2 持久状况正常使用极限状态计算.23 6.3 挠度验算.24第七章设计小结.23 4/26 325/kNm12.14/kNm324/kNm323/kNm26.1pLm23.5/kNm43.45 10cEMPa一、设计资料1、计算跨径：2、设计荷载：公路级荷载；人群荷载人行道重力：预制横隔梁的重力密度为3、主要宽度尺寸：行车道宽度为 8.5m，人行道宽度为 0.75m，每片梁行车道板宽2.00m 4、行车道板间连接形式：刚性连接3、铺装层及其各项指标：桥面铺装层外边缘处为2cm的沥青表面处治（重力密度）和 6cm厚的混凝土三角垫层（重力密度），桥面横坡 1.5%4、其他数据：弹性模量5、

4、设计依据：公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTG D622004）8、设计方法：承载能力极限状态法二、主要尺寸拟定主梁高度公路普通钢筋混凝土梁高跨比的经济范围约为1/111/16；预应力混凝土梁的高跨比为1/151/25，随跨度增大而取较小值,本课程设计采用1350mm 的主梁高度梁肋厚度常用的梁肋厚度为15cm-18cm，视梁内主筋的直径和钢筋骨架的片数而定。当腹板内有预应力箍筋时，厚度不得小于腹板高度的1/20，无预应力箍筋时，不得小于1/15，经综合考虑，本课程设计采用梁肋厚度160mm 翼缘板的厚度根据受力特点，翼缘板的厚度通常都

5、做成变厚度的，即端部较薄,向根部逐渐加厚，为了保证翼缘板与梁肋联结的整体性，翼缘板与梁肋衔接处的厚度不应小于主梁高度的1/12。对铁路桥梁，板与梗腋相交处厚度不得小于梁高的1/10 本课程设计中，翼缘板厚度已给定5/26 马蹄尺寸马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄的总面积占总面积的10%-20%为宜。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范对钢束净距及预留管道的构造要求，初步拟定马蹄宽度为480mm，高度为220mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度160mm，以减小局部预应力，截面形式如下图所示横隔梁间距及厚度公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范中规定两横隔

6、梁之间间距不得大于10m,故沿在本设计中主梁纵向布置5道横隔梁。横隔梁的厚度拟定为150mm。横隔板间距=6525mm。横隔梁形式如下图所示男侧-t!.“”卢幅由dzvI i;.I I/980 且o.J6/26 1.8210.46+1.444.3758.096iggkN m3=0.5150200101 254.375gkN m自重=123=0.46gkN m沥青0.02=1 241.44gkN m垫层0.06变截面位置公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范中规定，当腹板宽度有变化时，其过渡段长度不应小于12 倍腹板宽度差，本设计主梁采用等高形式。横截面的T 梁翼板厚度沿跨长不变，为布置锚具的

7、需要，在距离梁端1350mm 开始设置变截面。沿桥梁纵向 3840mm范围内进行马蹄过渡，马蹄部分为配合钢筋束弯起开始向支点逐渐抬高在马蹄抬高，布置形式如下图变截面结构尺寸图（尺寸单位：mm）三、行车道板的计算本设计中行车道板的计算按铰接板计算一、恒载及内力计算1)人行道重力集度：=12.14 2 0.75(1.5 8.5)=1.821gkN m人行道2)桥面铺装重力集度：a、沥青b、混凝土三角垫层3)T 梁翼板自重则二、桥面板车辆荷载产生的内力02231120001608.096103.426222AgMglkNm?3020001608.096107.4482AgQglkN、/、w锡俐在是广

8、飞飞V剧结_j14/26 32224.081 102454.74/9.81cGmNsmg中32223.614102407.14/9.81cGmNsmg边计算公式：主梁恒载内力计算结果边主梁中主梁剪力（KN）弯矩（KN m）剪力（KN）弯矩（KN m）支点处308.163 0 314.257 0 跨中0 2010.762 0 2050.527/4l154.081 1508.071 157.128 1537.895/8l231.122 879.708 235.693 897.106 变截面起始处276.284 394.501 281.748 402.303 2、活载内力计算1）、计算基频f按桥规

9、4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。简支梁的基频可采用下列公式计算：22ccEIflm式中：边主梁中主梁则13.529()fHZ边13.247()fHZ中2）、计算冲击系数)1(根据桥梁规范，本桥的基频满足：HZfZH145.1，可计算出汽车荷载的冲击系数为：0.17671ln0.01570.17671ln3.5290.0157=0.207f边2()222(2)22xxglxglxglMlxglgQgxlxF 15/26 26.150.75180(1)198.3505kPkN0.753.52.625/qKNm1(1)(1.2)AikjkAQmq wP yQ

10、00(1)()1.2()2AckckaQmmq ymmP y0.17671ln0.01570.17671ln3.2470.0157=0.192f中3）求、号梁跨中截面的最大弯矩和最大剪力根据桥规，公路 II 级的均布荷载标准值kq和集中荷载标准值kP为：mkNqk/875.75.1075.0计算弯矩时计算剪力时，1.2 198.3237.96kPkN人群荷载因双车道不折减，故。截面弯矩计算的一般公式：)()1(yPqmSkjki式中：S所求截面的弯矩或剪力；)1(汽车荷载的冲击系数，对于人群荷载不计冲击系数；多车道桥涵的汽车荷载折减系数；kq车道荷载的均布荷载标准值；j使结构产生最不利效应的同

11、号影响线面积；kP车道荷载的集中荷载标准值；y所加载影响线中一个最大影响线峰值；截面弯矩计算的一般公式：对于人群荷载的内力计算，只需要按照上面的公式不计冲击系数和多车道折减系数，并将车道均布荷载集度换为人群荷载标准值，代入人群荷载的横向分布系数即可号梁的内力计算a、跨中弯矩（最大弯矩）：16/26 20.5y跨中弯矩最大，画出弯矩和剪力影响线如图22126.185.15188l126.16.52544ly车道荷载引起的最大弯矩：)525.63.198151.85875.7(66.01)207.01()()1(1max1kkcqqpmM边mkN?937.1564人群荷载引起的最大弯矩mkNpmM

12、rcrr?083.148151.8575.05.36625.0max1b、跨中剪力21126.10.53.262522)5.02.13.1982625.3875.7(66.01)207.01()2.1()1(21kkcqqpmQ边中车除198.3附Ql.7.875邸Im吓了一二二车道荷载1,:31g。.66s人群荷载-0.5 跨中剪力影响绕LI 旦ZE 旦主跨中弯矩影响钱;-L3田Iy-;l 9l6l 支座处剪力影响统17/26 0.9167y31ykN249.1152625.375.05.3(6625.021）中人kcqqmQkN674.5c、支座处剪力（最大剪力）在计算主梁的最大剪力时（梁

13、端截面），鉴于主要荷载位于所考虑一端的m变化区段内，而且相对应的内力影响线坐标均接近最大值，故应该考虑该段内横向分布系数变化的影响，对位于靠近远端的荷载，鉴于相应影响线坐标值的显著减小，则可进食取用不变的m来简化计算车道荷载引起的最大剪力：3126.1 113.052oqkkcqqqpmQ)2.1()1(max1边oqqkN1431.271)05.13875.713.1982.1(66.01)207.01(30012.1)()(2)1(yPmmyqmmauqkcqqkcqqoq边13.1982.1)66.04375.0(9167.0875.7)66.04375.0(2525.61)207.01

14、(kN231.70kNQ20.201231.70431.271max1人群荷载引起的最大剪力：ypmmapmQrcrorrcqr)(23max19167.0)75.05.3()6625.03125.1(2525.605.13)75.05.3(6625.0kN798.27号梁的内力计算a、最大弯矩跨中弯矩最大，画出弯矩和剪力影响线如图18/26 20.5y22126.185.15188l126.16.52544ly车道荷载引起的最大弯矩：)525.63.198151.85875.7(53.01)192.01()()1(1max2kkcqqpmM中mkN?075.1241人群荷载引起的最大弯矩mk

15、NpmMrcrr?349.96151.8575.05.343125.0max2b、跨中剪力21126.10.53.262522)5.02.13.1982625.3875.7(53.01)192.01()2.1()1(22kkcqqpmQ中中车kN245.912625.375.05.3(43125.022）中人kcqqmQkN693.3Pk叫98.31(:;qk7.875KX/co p-二寸车道衔载/人群街载o.s 咱，6跨中剪力影响线飞飞飞飞JLJJJJ.a.-ill跨中彗笙鳖咀些,-1。隅，.比：？支座处剪力盟主u向线19/26 0.9167y31yc、支座处剪力（最大剪力）车道荷载引起的最

16、大剪力：3126.1 113.052oqkkcqqqpmQ)2.1()1(max2中oqqkN2259.215)05.13875.713.1982.1(53.01)192.01(30022.1)()(2)1(yPmmyqmmauqkcqqkcqqoq中13.1982.1)53.07125.0(9167.0875.7)53.07125.0(2525.61)192.01(kN889.56kNQ148.272889.56259.215max1人群荷载引起的最大剪力：ypmmapmQrcrorrcqr)(23max29167.0)75.05.3()43125.00(2525.605.13)75.05.

17、3(43125.0kN387.11号梁的内力计算a、最大弯矩跨中弯矩最大，画出弯矩和剪力影响线如图Pkl9S.3附r 一寸车道荷载20/26 20.5y0.9167y31y22126.185.15188l126.16.52544ly车道荷载引起的最大弯矩：)525.63.198151.85875.7(4.01)192.01()()1(1max3kkcqqpmM中mkN?660.936人群荷载引起的最大弯矩mkNpmMrcrr?704.44151.8575.05.32.0max3b、跨中剪力21126.10.53.262522)5.02.13.1982625.3875.7(4.01)192.01

18、()2.1()1(23kkcqqpmQ中中车kN980.682625.375.05.3(2.023）中人kcqqmQkN713.1c、支座处剪力（最大剪力）车道荷载引起的最大剪力：3126.1 113.052二卢 飞飞飞人群荷载飞飞飞飞J：JJJJLCell 支座处费力影响绕21/26 oqkkcqqqpmQ3max3)2.1()1(中oqqkN3899.161)05.13875.713.1982.1(4.01)192.01(30032.1)()(2)1(yPmmyqmmauqkcqqkcqqoq中13.1982.1)4.0725.0(9167.0875.7)4.0725.0(2525.61)

19、192.01(kN310.101kNQ209.263310.101899.161max1人群荷载引起的最大剪力：ypmmapmQrcrorrcqr)(23max39167.0)75.05.3()2.00(2525.605.13)75.05.3(2.0kN281.5五、荷载效应组合一、按照承载力极限状态设计时的作用效应组合)(211100njKQQcKQQmiKGGudjJjiSSSS其中结构重要性系数0按照公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）表 1.0。9 规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级、三级分别取1.1、1.0、和0.9 二、按照正常使用极限状态设计时作用

20、效应的组合a、作用短期效应组合minjKQjKGsdjiSSS111其中1指可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）7.01、人群荷载0.11、风荷载75.01、温度梯度作用8.01、其他作用0.11b、作用长期效应组合22/26 minjKQjKGldjiSSS112其中1指可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）4.02、人群荷载4.02、风荷载75.01、温度梯度作用8.01、其他作用0.11结合本课程设计、对应、号梁的荷载组合采用下列公示计算按照承载力极限状态设计时的作用效应组合（组合1）RQGudSSSS4.18.04.12.1作用短期效应组合（组合2）RQGsdSS

21、SS0.17.00.1作用长期效应组合（组合3）RQGsdSSSS4.04.00.1各组合值如下表所示梁号内力值项目跨中弯矩（最大）)(maxmkNM?组合 1)(mkNMud?组合 2)(mkNMsd?组合 3)(mkNMld?恒载车辆人群号梁2010.762 1564.937 148.083 4618.308 2909.456 2351.125 号梁2050.527 1241.075 96.394 4306.099 2685.387 2255.228 号梁2050.527 936.660 44.704 3822.025 2420.607 2112.786 梁号内力值项目跨中剪力)(maxk

22、NM组合 1)(kNQud组合 2)(kNQsd组合 3)(kNQld恒载车辆人群号梁0 115.249 5.674 167.703 86.348 48.369 号梁0 91.245 3.693 131.879 67.565 37.975 号梁0 68.980 1.713 98.491 49.999 28.277 23/26 梁号内力值项目支座剪力（最大）)(maxkNQ组合 1)(kNQud组合 2)(kNQsd组合 3)(kNQld恒载车辆人群号梁308.163 201.200 27.798 682.609 423.951 346.912 号梁314.257 272.148 11.387

23、770.869 465.529 377.052 号梁314.257 263.209 5.281 751.516 453.166 371.034 第六章截面验算一、持久状况承载能力极限状态计算),0ddafRRRS（其中结构重要性系数0按照公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）表 1.0。9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级、三级分别取 1.1、1.0、和0.9此截面属于第一类T形截面，所以mKNmKNhhbfMffc.308.4618.75.14720)22751400(27520001.210.1)2(01又mmhmmxab2.72509.10820所以满足要求

24、二、持久状况正常使用极限状态计算正截面抗裂验算：（作用）短期效应组合：085.0pcst（作用）长期效应组合：0pclt24/26)()(00nlltnsstWWMWWM260/796.1431212487010308.4618mmNWMsst260/796.1431212487010308.4618mmNWMllt26332/293.3331212487010308.461831212487037.85010046.42509.61439810046.4250mmNWMWeNANnpnpnpnppc0503.13293.3385.0796.1485.0pcst0497.18293.33796

25、.14pclt满足要求三、挠度验算钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土受弯构件，在正常使用极限状态下的挠度，可根据给定的构件刚度用结构力学的方法计算。预应力混凝土构件刚度：0095.0IEBc如果已知某钢筋混凝土简支梁的短期荷载作用弯矩为M，则该构件在短期荷载作用下的挠度如果已知某钢筋混凝土简支梁的短期荷载作用弯矩为M，则该构件在短期荷载作用下的挠度300)(60095.04850悬臂长或llIEMlfc60095.0384504lIEqlfc采用第一个公式验算：1540010315.41035.31355776895.095.0IEBc300)(6001045.210315.495.02210308

26、.461848595.048531560悬臂长或llmIEMlfc满足要求25/26 综上，该设计满足要求。26/26 六、设计小结通过对预应力混凝土简支梁T 形梁桥设计计算，使我对桥梁的结构中各个组成部分有了一个更加清晰的认识，对构件设计的认识有了更进一步的理解。对计算荷载的理解（1）荷载设计值是根据已知荷载值算出的构件所受的荷载效应，是对实际荷载的等效代替；荷载承载力是计算出所设计出来的结构所能承受的最大荷载效应值；用荷载设计值代入公式中计算出来的配筋值应该适当扩大，因为计算时取的钢筋的屈服强度，按计算值配筋钢筋构件承载力很接近屈服强度，这样承载力验算常常达不到要求。（2）在计算荷载时，特

27、别是在计算梁的挠度时，在材料力学和结构力学中都涉及了相关的内容，在以往的学习过程中，老师讲解说，某个公式在什么地方运用时，对这些概念都是一知半解。通过这次课程设计任务，现在有了比较清晰的认识。设计中存在的问题1）设计理论知识的缺乏在做设计的过程中，由于理论知识的不牢固，在公式的运用上，出现了很多疑问。桥梁的公式建立起来的理论基础是考虑了拉弯剪扭以及组合受力，在实际的运算过程中，由于不熟练，往往陷入繁杂的反复计算中。而且许多公式还是第一次使用，今后还需要加强这些方面的训练。2）计算设计过程中的大量计算曾经困扰了自己一段时间，这源自于对工具运用的不熟悉。许多的数据运算过程都可以用AUTOCAD画图从而计算惯性矩。在之前一直对AUTOCAD的大批量操作功能不是很熟悉。同时，在该课程设计中，还应用到了MIDAS，和 ANSYS 进行了结构的分析结语本课程设计还有很多不足之处，所计算的被容也是比较简单的，真正地想要学好桥梁，还必须认真下来学习公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范以及相关文献资料