030021桥梁工程课程设计.doc

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1、 桥梁工程课程设计是土木工程专业交通土建专业方向重 要的实践性教学环节，是修完 桥梁工程 课程后对梁式桥设计理论的一次综合性演练。 其目的是式桥的设计计算理论， 为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。 其任务是学生使学生深入理解梁通过本次课程设计，要求熟练掌握以下内容：1 梁式桥纵断面2梁式桥内力计算的原理，包括永久作用的计算、可变作用的计算( 特别是横向分布系数的计算) 、作用效应的组合。、横断面的布置，上部结构构件主要尺寸的拟定。各种荷载3梁式桥纵向受力主筋的配置、弯起钢筋和箍筋的配置，以及正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯和挠度的验算，预拱度的设置。4 板式橡胶支座的设计计算。交通土建

2、专业材料力学、弹性力学、结构力学、结构设计原理、地基与基础工程、交通规划与道路勘测设计、道路工程、桥涵水力水文本设计为装配式钢筋混凝土简支 T 型梁桥设计 ( 上部结构) ，其下部结构为重 力式桥墩和 U 型桥台，支座拟采用板式橡胶支座。学生在教师的指导下，在两 周 设计时间内，综合应用所学理论知识和桥梁工程实习所积累的工程实践经验， 贯彻理论联系实际的原则，独立、认真地完成装配式钢筋混凝土 T 型梁桥的设计。基本要求为： 计算书应内容完整， 计算正确， 格式规范， 叙述简洁， 字迹清晰、 端正，图文并茂；插图应内容齐全，尺寸无误，标注规范，布置合理。1题目：装配式钢筋混凝土简支 T 形梁桥设

3、计( 上部结构)2基本资料(1) 桥面净空：净 7+21 .5 m(2) 永久荷载：主梁容重 =26kN/m，桥面铺装层容重 =25kN/m。(3) 可变荷载：汽车荷载，公路- 级，人群荷载 3.0kN/m。(4) 材料：主筋采用级钢，其他用级钢，混凝土标号 C40。(5) 桥梁纵断面尺寸：标准跨径 Lb=20m，计算跨径 L=19.6m，桥梁全长 L， =19.96m(1) 纵横断面设计。根据给定的基本设计资料，参考标准图、技术规范与经验公式，正确拟定桥梁纵断面和横断面的布置，选取恰当的桥面铺装层，初步确定 T 形主梁、横隔梁、桥面铺装层等的细部尺寸。绘制桥梁横断面布置图、纵断面布置图， T

4、 形梁细部尺寸图。 ( 2) 行车道板计算。确定行车道板类型，进行行车道板恒载内力计算、活载内力计算、作用效应组合，获得行车道板最大设计内力值。( 3) 主梁内力计算。选取控制截面分别进行主梁恒载内力计算、活载内力计算，以及作用效应的组合计算( 含承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态的作用效应组合) 。其中进行主梁活载内力计算时， 荷载横向分布系数的计算， 要求根据主梁空间位置及主梁间连接刚度的不同，分别对各片主梁采用杠杆原理法、偏心压力法、修正的偏心压力法、铰接板法、 G-M法等来计算荷载横向分布系数， 并对荷载横向分布系数的计算结果进行汇总； 随后选取其中一种跨中荷载横向分布系数

5、的计算结果与杠杆原理法的计算结果进行主梁内力作用效应的组合计算( 含跨中最大弯矩值、跨中最大剪力值和支座截面的最大剪力值) ，形成各片主梁的内力计算汇总表。根据内力计算汇总表，确定主梁各截面的最不利内力值作为设计值。( 4) 配置钢筋及验算。根据主梁跨中最大弯矩设计值，进行主梁纵向受拉钢筋的配置；根据主梁跨中最大剪力设计值和支座截面的最大剪力设计值， 进行弯起钢筋和箍筋的配置。 根据以上钢筋配置进行主梁正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯，和变形、裂缝的验算，设置预拱度，保证主梁有足够的强度、 刚度、 稳定性和耐久性。 绘制跨中截面钢筋布置图， 弯起钢筋和箍筋布置图。( 5) 板式橡胶支座设计。

6、确定支座的平面尺寸、确定支座的高度、验算支座的偏转情况，验算支座的抗滑稳定性。1房贞政主编. 桥梁工程. 北京：人民交通出版社， 2004，42范立础主编. 桥梁工程( 上册) M. 北京：人民交通出版社,2002.3顾安帮主编. 桥梁工程( 下册) M. 北京：人民交通出版社,2002.4姚玲森主编. 桥梁工程 M. 北京：人民交通出版社,1989.5易国安主编. 桥梁计算示例集( 钢筋砼简支梁、板桥) . 北京：人民交通出版社6公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) M. 北京：中华人民共和国交通部发布 ,2004.7公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2

7、004) M. 北京：中华人民共和国交通部发布,2004.二、 ( 一) 主梁的荷载弯矩横向分布系数( 二) 、内力计算1恒载内力2、活载内力计算1) 截面设计2) 截面复核4)跨中截面的纵向受拉钢筋计算5) 腹筋设计(4) 箍筋设计(5) 弯起钢筋及斜筋设计(6) 斜截面抗剪承载力的复核。1. 横隔梁弯矩计算2. 横隔梁截面配筋与验算.( 一) 设计资料 1、装配式钢筋混凝土简支 T 型梁桥设计( 1) 桥面净空净7+21.5m 人行道( 二) 设计荷载公路I 级和人群荷载标准值为 5 kN m 2( 三) 主梁跨径和全长= 标准跨径： l 20.00 ( 墩中心距离) ；mb 计算跨径：

8、l = 19.60 m ( 支座中心距离) ；= 主梁全长： l 19.96 ( 主梁预制长度) 。m全 ( 四 ) 材 料钢筋：主钢筋采用 HRB335，其它用钢筋采用 R235混凝土：C30( 五) 缝宽度限值：类环境( 允许裂缝宽度 0.02mm)。( 六) 设计依据公路桥涵设计通甩规范 (JTGD602004)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTGD622004)( 七) 参考资料1房贞政主编.桥梁工程.北京：人民交通出版社， 2004 ，42范立础主编. 桥梁工程( 上册) M. 北京：人民交通出版社,2002.3顾安帮主编. 桥梁工程( 下册) M. 北京：人民交通出版

9、社,2002.4姚玲森主编. 桥梁工程 M. 北京：人民交通出版社,1989.5易国安主编. 桥梁计算示例集( 钢筋砼简支梁、板桥) . 北京：人民交通出版社6公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) M. 北京：中华人民共和国交通部发布 ,2004.7公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) M. 北京：中华人民共和国交通部发布,2004 (8) 桥位断面见附件。二、任务与要求 1、结构尺寸拟定；2、主梁内力计算；3、主梁正截面、斜截面设计与复核，以及全梁承载能力校核；4、局部承压的计算；5、钢筋混凝土受弯构件的变形与裂缝计算；6、绘制桥型总体布置图和

10、主梁钢筋构造图；7、总说明书( 包括文件装订) 。主梁截面尺寸：根据公路桥涵设计通用规范 (JTGD60-2004)，梁的高跨比的经济范围在1/11到 1/16之间， 此设计中标准跨径为 20m，拟定采用的梁高为 1.80m，翼板宽1.80m，腹板宽 0.18m。15 07 0 0 15 0 1.5 %1.5 % = 16 2 2 L 00 811818181818 6 0 9 0 18 0 18 0 18 0 18 0 主梁间距和主梁片数：桥面净空： 净7+21.5m人行道， 采用 5 片 T 型主梁标准设计， 主梁间距为 1.80m。(一)考虑到主梁翼缘板接缝处沿纵向全长设置连接钢筋， 故

11、行车道板可按两端固结和中间铰接的板计算。1， 结构自重 及内力( 按纵向 1m 宽的板条计算)( 1) 每延米板上的结构自重 g0 .065 0 . 17 桥面铺装层自重 ： g1= 1 25=2.9375 ( KN/M)2 T 梁翼板自重 ： 1 26=4.42 (KM/M)2g=g=7.3575(KN/M)i(2)每米宽板条的恒载内力M =- 1 7.3575 0.812=-2.41 ( KN/M)2恒 Q =gl =7.3575 0.81=5.96 ( KN)0恒2， 汽车车辆荷载产生的内力将车辆荷载后轮作用域绞缝轴上，如图 1- 1，后轴作用力为 P=140KN，轮压分布宽度见图 1-

12、2，车辆荷载后轮着地长度为 a =0.2m，宽度为 b =0.6m，则：2 2a =a +2H=0.2000. 11=0.42 ( m)12b =b +2H=0.6+20. 11=0.82 ( m)12荷载对于悬臂根部的有效分布宽度： a=a +d+2l=0.42+1.4+20.81=3.44 ( m)10犹豫这事汽车荷载局部加载在 T 梁的翼板上故冲击系数取 1+ =1.3作用域每米宽板条上的弯矩为：M =- ( 1+) 2p ( l - b1) =- ( 1.3 4 ) ( 0.81- 0 .82 ) =- 16.0012knm4 4a 0 活作用与每米宽板条上的剪力为；Q = ( 1+)

13、 2 p =1.3 2 140 =26.45kn活 4 a 4 3.44 3，内力组合承载能力极限内力组合计算：基本组合：M =1.2M +1.4M =1.2 ( -2.41) +1.4( 16) =-25.29 ( kn m) Q =1.2Q +1.4Q =1.2 5.96+1.426.45=44. 18 ( kn) 总 恒活总恒活 ( 二 )主梁计算1，恒载强度及内力假定桥面构造各部份重 力平均分配给各跟主梁分担，以此计算作用于主梁的每延米恒载强度，计算见表 1-3 ，1-4结构自重 集度计算表 1-30 . 12 + 0 .22g =0. 18( 1.8-3.6 ) + () (21.8

14、-0. 18) + ( 0.360.36 )主梁 1 1-2 0.090.09) =17.06KN/M 2 对于边梁横隔梁 0 . 12 + 0 .22 1 . 80 一 0 . 18)0.15526 ) (g = 1.00- (2 22/19.60=0.67KN/M 对于中主梁g 1=20.67=1.34KN/M 2桥面铺装层1g =( 0.065+0. 17 ) 725/5=4. 11KN/M32人行道2=2KN/M5g =54对于边梁g= g=17.06+0.67+4. 11+2=23.84KN/Mi合计 g=17.06+1.34+4. 11+2=24.51KN/M 对于中主梁 主梁自重

15、 产生的内力值表 1-4内力 剪力 Q =(KN) 弯矩 M (KN M)xx Q = g 2 (l-2x)gx M = ( l-x)xx 2 截面位置 x 边主梁 中主梁 边主梁 中主梁 x=0 233.6 240.2 116.8 120.1 0 0 x= 4l 858.6 882.7 l 2 0 0 1144.8 1176.9 x=2. 活载内力3 号梁的影响曲线1 号梁 公路I 级0 .667M = oq =0.33352 人群： M = =1.361or r2 号梁 公路I 级M = 1 .000 oq=0.50002 2 号梁人行道荷载引起负反力，不考虑布载3 号梁 公路I 级1M(

16、 0.333+0.944) =0.6385oq=2 M =0or 荷载位于跨中时，按修正刚性横梁法计算 1 号、 2 号、 3 号梁的荷载横向分布系数，见图 1-61 ， 计算 I 和 I T求主梁截向重 心位置 a翼板的换算平均高度： xh=17cma =x=35.3cm主梁抗弯矩：1 18 1 I= (178-18) 17 +(178-18) 17(35.3- ) 2+ 18(180-36) 3+18(180-36)312 2 12 180 一 6 1 36 (-41.2) + 3636 +3636 ( 180-36+ ) -35.322 32 12 2 =65506.66667+1881

17、396.8+4478976+2458874.88+139968+20804545.44=29829267.79cm4 =0.2982926779m4 t1 0 . 17 =b1 1 .78 主梁抗扭惯矩，按式( 2-5-41) 查表 2-5-2 计算：对于翼板，=0.09550. 1，查表得 C = 1 1 3 对于单肋， t 2 0 . 18 = =1. 141 查表得 C =0.303b 2 1 .27 2 对于马蹄加宽， t 3 0 .36 = =1 查表得 C =0. 141 b 3 0 .363 I = 1 17817 3 +0.303 12718 3 +0. 1413636 33

18、T有表 2-5-1 知： n=5时， =1.042，并取 G=0.425E带入式子( 2-5- 1) 得1 =1+ 1 .042 ( 0 .425 E 0 .0752751714 7 ) / ( E 0.29829677 9 ) ( 19 .60 / 8 .9 )21 =1 + 1 .042 0.10725 4.85=0.663， 计算横向影响线竖标值a21 +1=0.2+.66 0.4=0.464y 丶 =11 n n a 2 i i = 1 1a 2y 、 = 15 =0.2-0.6 60.4=-0.064 1n a 2n i i = 1 设影响线零点离 1 号梁轴线的距离为x ，则：、x

19、 、 0 .064= x 、=6.33m4， 计算荷载横向分布系数 1 号边梁的横向影响线和布载如上下图所示，车辆荷载： 11( 0.420+0.288+0. 193+0.061) =0.481m = q cq = 22人群荷载：m = = 0 .515 n cr r 对于 2 号梁考虑抗扭修正后的横向影响线坐标值为： 1 a a n b 0 .2 0 .66 0 .2 = 0 .332 = + = + 1 2 n21 n a 2 i i = 1 1 a a = n b = + 0 .2 0 .66 0 .2 = 0 .068 25n 25 n a 2i i = 1 ，则：设影响线零点离 2

20、号梁轴线的距离为 x、x 、 + 1 .8 x5 .4、 0 .332 = 0 .068x 、=7.25m2 号梁的横向影响线和布载如上图所示1 1 车辆荷载：人群荷载：M 、 = y 、 = ( 0 .30 + 0 .244 + 0 . 196 + 0 . 130 ) = 0 .435 cq 2 2q M 、 = n 、 = 0 .358 r r对于 3 号梁考虑抗扭 之后的横向影响线坐标值为：1a a = + 0 .2 0 .66 0 = 0 .2 y 、= + 31 b 1 3 n2n ai = 1 i a a 1y 、 = b2 5 = 0 .2 0 .66 0 = 0 .2 n35

21、n a 2i i = 1 车辆荷载： 1 1M = n = (0 .2 + 0 .2 + 0 .2 + 0 .2 ) = 0 .4 2 2q cq 人群荷载： M = n = 0 .2 + 0 .2 = 0 .4 r r ( 2) 公路I 级均布荷载和集中荷载的计算 公路I 级均布荷载： q = 10 .5 KN / Mk p 180 360 p = p = 223 KN 公路I 级集中荷载：19k .6 550 5 kk计算剪力效应时： P = 1 .2p = 1 .2 223 = 268 .3 KN k k 人群荷载： P = 3KN / M k EI简支桥梁 f1 m c 2l= 2c

22、Gg9.76m9.81= 0.995 10 3 Ns 2 /m2= =c C40 混凝土 E 取 3.25 1010N/m23 . 14 3 .25 10 0 .2982926779 10 12 .757 f = 则：2 19 .6 2 0 .995 10 3 = 0 . 1767 ln f 0 .0157 = 0 . 1767 ln 12 .757 0 .0157 = 0 .434 所以： 1 + = 1 .434 ( 4) 影响线面影响线面影响线面积计算积计算如下图所示 积计算 类型 影响线图示 影响线面积( m 或者 m) 2截面1 1M = 8 8 l = 19 .6 = 4 . 8(

23、m 2 ) 221 2 1 1Q = 19 .6 0 .5 = 2 .45 (m ) 1 2 2 2 1 = Q 0 19 .6 1 = 9 . 8(m ) 2 ( 5) 计算跨中截面弯矩支点和跨中剪力计算 1 因为双车道不折减，所以= ，内力计算如下 对于 1 号梁荷载横向分布导数 M = 0 .481 M = 0 .5 1 5 M = 0 .3 3 4 M = 1 .3 6 1 cq cr o , q o , r 汽车荷载的跨。 m q = (1 + ) m ( q + p y ) 1 cq k k 2 = 1 .434 1 0 .481 (0 .5 48 .02+ 223 .6 19 .

24、6 )4= 1103 .5knm人群荷载的跨中弯矩 mr= mp= 0 .515 3 1 .5 48 .02= 111 .3 KN mlcrr2 跨截面汽车荷载最大剪力 Q q = (1 + ) m ( q + 1 .2 p y ) 1 c k k 2 = 1 .434 1 0 .481 (10 .5 2 .45+ 1 .2 268 .3 19 .6 )4= 1105 .9 kn m 跨中截面人群荷载的最大剪力 Q r = 0 .515 (3 1 .5) 2 .45 = 5 .68 kn 1 2 与截面汽车荷载最大剪力 作荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化图形和支点剪力影响线，如图所示 横向分布

25、系数变化区段长度： 1 a = 19 .6 4 .9 = 4 .9 m 2 = 9 .8 m ，则 影响线面积 Q = (1 + ) m ( q + 1 .2 p y ) + Q o , q c k k o , q 19 .6= 1 .434 1 0 .481 (10 .5 9 . 8 + 1 .2 268 .3 ) + Q 4 o , q= 1159 . 1 + Q o , q 附加三角形荷载重 心处的影响线左边为： 131 (19 .6y= 4 .9 )= 0 .916 且 m m 19 .60c19 .6 4 .9(0 .334 0 .481 ) 10 .5 0 .916 + (0 .3

26、34 0 .481 ) 1 .2 268 .3 Q = 1 .434 1 o , q 24= 337 .5 kn 故公路I 级荷载的支点剪力为 Q = 1159 . 1 + ( 337 .5 ) = 821 .6 kn o , q 支点截面人群荷载最大剪力 aQ= m p+ 2 ( m m ) p yor c r 0 c r= 0 .515 3 1 .5 9 .8+ 4 .9(1 .361 0 .515 ) 3 1 .5 0 .9162= 26 .02 kn对于 2 号梁荷载横向分布系数 m = 0 .435 m = 0 .358 m = 0 .5 m = 0 cq cr o , q o ,

27、r 汽车荷载的跨中弯矩 M q = (1 + ) m ( q + p y ) 1 cq k k 2 = 1 .434 1 0 .435 (10 .5 48 .2+ 223 .6 19 .6 )4= 997 .9 kn 穖 人群荷载的跨中弯矩 M q = M p = 0 1 cr r 2 跨中截面汽车荷载最大剪力 Q q= (1+ )m ( q + 1 .2 p y )1 c k k 2 = 1 .434 1 0 .435 (10 .5 2 .45+ 1 .2 268 .3 19 .6 )= 1000 . 1kn4跨中截面人群荷载的最大剪力 Q r = 01 2 支点截面汽车荷载最大剪力 作荷载

28、横向分布系数沿桥跨方向的变化图形和支点剪力影响线，如图所示 Q q= (1+ )m ( q + 1 .2 p y )+ Q1 c k k o , q 2 19 .6= 1 .434 1 0 .435 (10 .5 9 . 8+ 1 .2 268 .3)+ Q4o , q= 1048 .3kn+ Qo , q 21 (19 .64 .9 )3y = = 16 .3 19 .6 4 .9 19 .6 Q = 1 .434 1 (0 .5 0 .435 ) 10 .5 0 .916 + (0 .5 0 .435 ) 1 .2 268 .3 2 4o , q = 149 .2 kn 故公路I 级荷载支

29、点剪力为 Q = 1048 .3 + 149 .2 = 1197 .5 kn o , q 支点截面人群荷载最大剪力 aQ = m p + (m m ) p y2OR C r = 0 .358 3 1 .5 9 .8+ 4 .9= 126 .3kn0 c r(0 0 .358 ) 3 1 .5 16 .32对于 3 号梁荷载横向分布系数 m= 0 .4m = 0 .4 m= 0 . 1m= 0 .2crcq o , q o , r 汽车荷载的跨中弯矩 M q = (1 + ) m ( q + p y ) 1 cq k k 2 = 1 .434 1 0 .4 (10 .5 48 .02 + 223 .6 19 .6)4= 917 .7 kn m 人群荷载的跨中弯矩