桥梁工程课程设计.doc
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桥梁工程课程设计.doc
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《桥梁工程》课程设计任务书
一、题目:
装配式钢筋混凝土T型梁桥设计(上部结构)
二、课程设计的目的及任务
装配式钢筋混凝土T型梁桥设计是《桥梁工程》课程学习的必要环节,是梁式桥设计计算的一次综合性练习。
通过本次作业,使学生掌握以下内容:
1.进一步熟悉梁式桥的纵断面、横断面的布置,以及梁式桥上部结构主要构件主要尺寸的拟定,和细部构造要求。
2.巩固课堂讲授的有关公路桥梁荷载横向分布系数计算的知识。
3.熟悉有关梁式桥内力计算的方法。
4.熟悉梁桥纵向受拉钢筋、弯起钢筋、箍筋的配置及其相应的验算。
5.熟悉支座的设计计算。
三、适用专业
交通土建专业。
四、课程设计的基本要求
学生在2周时间内,需独立、认真地完成装配式钢筋混凝土T型梁桥设计计算书一份,图纸2张。
具体要求为:
1.计算书要求:
内容完整,叙述简洁,计算正确,字迹清楚、端正,图文并茂。
插图与公式应编辑规范。
2.插图质量要求:
内容齐全,尺寸无误,标注规范,布置合理。
3.图纸质量要求:
内容齐全,布置恰当,线形及字体规范,标注完整。
五、设计内容
1.设计资料
(1)桥梁横断面尺寸:
净-9+2×1.00m。
(2)可变荷载:
人群荷载2.5kN/m²;人行道+栏杆=5kN/m²;汽车荷载,公路-Ⅰ级(双学号)或公路-Ⅱ级(单学号),
(3)永久荷载:
桥面铺装层容重γ=23kN/m³。
其他部分γ=25kN/m²。
(4)材料:
主筋采用Ⅱ级钢,其他用Ⅰ级钢,混凝土标号C40。
(5)桥梁纵断面尺寸:
标准跨径Lb=25m,计算跨径L=24.5m(或根据构造要求确定),桥梁全长L,=24.96m(单学号);
或标准跨径Lb=30m,计算跨径L=29.5m(或根据构造要求确定),桥梁全长L,=29.96m(双学号)。
(6)混凝土弹性模量Eh=3.00×104MPa。
2.设计内容
(1)纵横断面设计
根据给定的原始资料,参考工程实例,合理进行桥梁纵断面和横断面的布置,选取适当的桥面铺装层,初步估算T形主梁、横隔梁等的细部尺寸。
绘制图1:
主梁构造图,图内包含桥梁横断面布置图、纵断面布置图,T形梁细部尺寸图。
(2)行车道板计算与配筋
根据行车道板的空间位置确定其类型,然后进行行车道板内力计算,并根据内力结果进行配筋。
(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。
其中进行主梁活载内力计算时,荷载横向分布系数的计算,要求根据主梁间连接刚度(根据主梁间连接构造的不同进行选定)的不同,采用恰当的方法进行计算。
然后根据计算结果进行主梁内力作用效应的组合计算(即承载能力极限状态基本组合、正常使用极限状态短期效应组合和长期效应组合),形成各片主梁的内力计算汇总表。
根据内力计算汇总表,绘制内力包络图(包含弯矩包络图、剪力包络图),确定主梁各截面的最不利内力值作为设计值。
(4)配筋及验算
根据弯矩包络图中主梁跨中最大弯矩设计值,进行主梁跨中截面纵向主筋的配置;根据剪力包络图,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、斜截面抗剪等的验算。
最后进行主梁挠度、裂缝的验算,并确定是否设置预拱度。
如果以上验算均满足要求,则绘制主梁钢筋布置图,弯起钢筋和箍筋布置图。
如果不满足,则重新进行以上
(1)
(2)(3)(4)的计算,直到满足为止。
最后根据构造要求,配置腹板分布钢筋和架立钢筋。
绘制图2:
主梁配筋图,图内包含主梁纵向配筋图、钢筋骨架图、行车道板配筋图、支座附近截面钢筋布置图、跨中截面钢筋布置图。
(5)裂缝宽度验算,挠度、预拱度的计算。
(6)支座的设计和计算。
六、主要参考书
1.中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004).北京:
人民交通出版社,2004
2.中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004).北京:
人民交通出版社,2004
3.刘夏平.桥梁工程.北京:
科学出版社,2005
4.姚玲森.桥梁工程.北京:
人民交通出版社,2008
装配式钢筋混凝土T型梁桥设计
课程设计说明书
一、纵横断面设计
1.桥梁横断面尺寸:
净-9+2×1.00m。
横断面布置见图1(a)。
2.可变荷载:
公路-Ⅰ级,人群荷载2.5kN/㎡,人行道+栏杆=5kN/㎡。
3.永久荷载:
桥面铺装层容重γ=23kN/m³。
其他部分γ=25kN/m³。
4.材料:
主筋采用Ⅱ级钢,其他用Ⅰ级钢,混凝土标号C40。
5.桥梁纵断面尺寸:
标准跨径Lb=30m,计算跨径L=29.5m,桥梁全长L,=29.96m。
纵断面布置见图1(b)。
图1(a)桥梁横断面布置
图1(b)桥梁纵断面布置
二、行车道板的计算
(一)恒载及其内力
以纵向1m宽的板条进行计算
1、每延米板上的恒载
沥青混凝土面层g1:
C40混凝土垫层g2:
T形梁翼板自重g3:
__________________________________________________________________
合计:
2、每米宽板条的恒载内力
弯矩:
剪力:
(二)车辆荷载产生的内力
将车辆荷载的后轮作用于铰缝轴线上,P=140kN,汽车荷载后轮的着地长度为a1=0.2m,宽度为b1=0.6m。
则得:
荷载对于悬臂根部的有效宽度:
单个车轮:
所以:
冲击系数:
作用于每米宽板条上的弯矩为:
(三)荷载组合
按D604.1.6条基本组合
弯矩组合:
剪力组合:
(四)行车道板配筋
钢筋:
HPB235,fy=195N/mm2,混凝土C40,fc=18.4N/mm2,ft=1.65N/mm2,,保护层厚度a=2cm
1.取1m长行车道板
悬臂根部厚度h=22cm,保护层厚度a=2cm,选用φ12
解得:
验算:
满足要求
2、由得
按间距15cm,每米板宽设置AS=7.536cm2>5.47cm2
3、截面验算
满足要求。
按构造配置箍筋,分布钢筋φ10@25。
4、强度验算
满足要求。
三、荷载横向分布系数计算
(一)杠杆原理法
假设桥面板在主梁上断开,而当做沿横向支撑在主梁上的简支梁或悬臂梁考虑
首先绘制1到4号梁的荷载横向影响线,如图2
图2杠杆原理法计算横向分布系数(尺寸单位:
cm)
1号梁
汽车荷载
人群荷载
2号梁
汽车荷载
人群荷载
3号梁
汽车荷载
人群荷载
4号梁
汽车荷载
人群荷载
(二)G-M法
将主梁和横隔梁的刚度换算成两向刚度不同的比拟弹性平板来求解
1、计算抗弯惯矩
(1)主梁抗弯惯矩
主梁的比拟单宽抗弯惯矩:
(2)横隔梁抗弯惯矩
每片横隔梁的尺寸,如图3
图3横隔梁尺寸图(单位cm)
确定翼板的有效作用宽度
横隔梁的长度取为两片边梁的轴线距离,即
查表得时,得
求横隔梁截面重心位置:
ay
故横隔梁抗弯惯矩为:
横隔梁比拟单宽抗弯惯矩为:
(3)主梁和横隔梁的抗扭惯矩:
对于主梁梁肋:
对于横隔梁梁肋:
,查得c=0.308
2、计算参数和
则
3、计算各主梁横向影响线坐标
已知:
,查表得影响系数K0和K1值,如表1
表1影响系数K0和K1的值表
系数
梁位
荷载位置
校核
B
3B/4
B/2
B/4
0
-B/4
-B/2
-3B/4
-B
K0
0
0.84
0.90
1.00
1.08
1.15
1.08
1.00
0.90
0.84
7.95
B/4
1.65
1.52
1.32
1.24
1.07
0.86
0.63
0.37
0.17
7.92
B/2
2.48
2.15
1.76
1.41
0.99
0.65
0.26
-0.17
-0.56
8.01
3B/4
3.31
2.71
2.10
1.52
0.95
0.41
-0.17
-0.60
-1.10
8.03
B
4.08
3.39
2.45
1.66
0.84
0.19
-0.53
-1.11
-1.75
8.06
K1
0
0.95
0.98
1.00
1.02
1.04
1.02
1.00
0.98
0.95
7.99
B/4
1.04
1.04
1.06
1.06
1.01
0.99
0.95
0.88
0.84
7.93
B/2
1.20
1.17
1.12
1.05
1.00
0.95
0.89
0.82
0.77
7.99
3B/4
1.40
1.29
1.18
1.05
0.98
0.89
0.80
0.75
0.68
7.98
B
1.59
1.48
1.38
1.05
0.90
0.80
0.72
0.68
0.55
8.00
图4粱位关系图
因此:
对于1号梁:
对于2号梁:
对于3号梁:
对于4号梁:
现1、2、3、4号梁的横向影响线坐标值列表计算如表2。
表2计算表
梁
号
算式
荷载位置
B
B
B
B
0
-B
-B
-B
B
1
1.481
1.371
1.266
1.050
0.946
0.851
0.766
0.720
0.624
3.640
3.001
2.250
1.580
0.903
0.316
-0.324
-0.819
-1.379
-2.159
-1.630
-0.984
-0.530
0.043
0.536
1.090
1.539
2.003
-0.283
-0.214
-0.129
-0.069
0.006
0.070
0.143
0.202
0.263
3.357
2.788
2.121
1.511
0.908
0.386
-0.181
-0.617
-1.116
0.480
0.398
0.303
0.216
0.130
0.055
-0.026
-0.088
-0.159
2
22
1.257
1.204
1.137
1.050
0.994
0.933
0.864
0.800
0.744
2.717
2.310
1.857
1.441
0.979
0.581
0.137
-0.293
-0.714
-1.460
-1.106
-0.720
-0.391
0.016
0.351
0.727
1.093
1.459
-0.191
-0.145
-0.094
-0.051
0.002
0.046
0.095
0.143
0.191
2.526
2.165
1.763
1.390
0.981
0.628
0.232
-0.150
-0.523
0.361
0.309
0.252
0.199
0.140
0.090
0.033
-0.021
-0.075
33
1.063
1.059
1.069
1.059
1.009
0.984
0.941
0.871
0.830
1.769
1.610
1.383
1.264
1.059
0.830
0.577
0.293
0.066
-0.706
-0.551
-0.314
-0.206
-0.050
0.154
0.364
0.579
0.764
-0.093
-0.072
-0.041
-0.027
-0.007
0.020
0.048
0.076
0.010
1.676
1.538
1.342
1.237
1.052
0.850
0.625
0.369
0.166
0.239
0.220
0.192
0.177
0.150
0.121
0.089
0.053
0.024
44
0.950
0.980
1.000
1.020
1.040
1.020
1.000
0.980
0.950
0.840
0.900
1.000
1.080
1.150
1.080
1.000
0.900
0.840
0.110
0.080
0.000
-0.060
-0.110
-0.060
0.000
0.080
0.110
0.014
0.010
0.000
-0.008
-0.014
-0.008
0.000
0.010
0.014
0.854
0.910
1.000
1.072
1.136
1.072
1.000
0.910
0.854
0.122
0.130
0.143
0.153
0.162
0.153
0.143
0.130
0.122
4、计算各梁的荷载横向分布系数
绘制各梁的横向影响线图
1号梁
汽车荷载
人群荷载
2号梁
汽车荷载
人群荷载
3号梁
汽车荷载
人群荷载
4号梁
汽车荷载
人群荷载
图5G-M法计算横向分布系数计算图示(尺寸单位cm)
(三)荷载横向分布系数汇总
表3荷载横向分布系数汇总表
粱位
1
2
3
4
杠杆原理法
汽车荷载
0.25
0.500
0.594
0.594
人群荷载
1.125
0
0
0
G-M法
汽车荷载
0.459
0.408
0.350
0.304
人群荷载
0.445
0.339
0.267
0.250
四、主梁内力计算
(一)恒载内力的计算
1、恒载集度
主梁:
横隔梁:
对于边主梁:
对于中主梁
桥面铺装层
栏杆和人行道
作用于边主梁的全部恒载g为
作用于中主梁的全部恒载g为
2、恒载内力
表4边主梁(1;7号梁)恒载内力计算表
计算
数据
=29.50m=870.25㎡
项目
X=0
X=l/4
X=l/2
X=0
X=l/4
X=l/2
α
0
0.250
0.500
0
0.250
0.500
恒载
0
1806.0
2408.0
326.51
163.25
0
表5中主梁(2;3;4;5;6号梁)恒载内力计算表
计算
数据
=29.50m=870.25㎡
项目
X=0
X=l/4
X=l/2
X=0
X=l/4
X=l/2
α
0
0.250
0.500
0
0.250
0.500
恒载
0
1858.20
2477.60
335.95
167.97
0
(二)活载内力的计算
计算边主梁(1号梁)在汽车和人群荷载=2.5kN/㎡作用下的跨中最大荷载和最大剪力及支点截面的最大剪力,各主梁横向分布系数汇总于表6
表6各梁荷载和横向分布系数
荷载类别
1(7)
2(6)
3(5)
4
mc
m0
mc
m0
mc
m0
mc
m0
汽车荷载
0.459
0.250
0.408
0.500
0.350
0.594
0.304
0.594
人群荷载
0.445
1.125
0.339
0
0.267
0
0.250
0
公路I级车道荷载标准值为:
均布荷载qk=10.5kN/m
计算弯矩时的集中荷载
计算剪力时的集中荷载
简支梁的基频:
1号梁:
f1=3.341Hz
2、3、4号梁:
f1=3.294Hz
根据《公路桥涵设计通用规范》当时,
则可得:
1号梁:
2、3、4号梁:
1、计算车道荷载的跨中弯矩
双车道不折减:
ξ=1.0
车道均布荷载作用下:
故得
表7各梁车道均布荷载作用下弯矩
粱位
1(7)
2(6)
3(5)
4
mcq
0.459
0.408
0.350
0.304
(kNm)
1754.00
1556.51
1335.24
1159.75
2、计算人群荷载的跨中弯矩
纵向每延米人群荷载集度
P0r=2.5kN*m
表8各梁人群荷载作用下弯矩
粱位
1(7)
2(6)
3(5)
4
mcr
0.445
0.339
0.267
0.250
(kNm)
121.02
92.19
72.61
67.99
3、计算跨中截面车道荷载最大剪力
鉴于跨中剪力Q1/2影响线的较大坐标位于跨中部分,故采用全跨统一的荷载横向分布系数来计算。
表9各梁跨中截面车道荷载下最大剪力
粱位
1(7)
2(6)
3(5)
4
mcQ
0.459
0.408
0.350
0.304
(kN)
112.92
100.21
85.96
74.66
4、计算跨中截面人群荷载最大剪力
表10各梁跨中截面人群荷载下最大剪力
粱位
1(7)
2(6)
3(5)
4
mcr
0.445
0.339
0.267
0.250
(kN)
4.10
3.13
2.46
2.31
5、计算支点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
图6支点剪力计算图示
横向分布系数变化区段的长度a=0.5*29.5-7.30=7.45m
影响线面积Ω=0.5*29.5*1=14.75m
支点截面的剪力为:
附加三角形荷载重心的影响线坐标为
,且m0 附加车道荷载剪力为: 故车道荷载作用下的支点剪力为 =268.38-77.21=191.17kN 其他梁的支点剪力见表11 表11各梁支点截面汽车荷载下剪力 参数粱位 1(7) 2(6) 3(5) 4 mc 0.459 0.408 0.350 0.304 m0 0.250 0.500 0.594 0.594 (kN) 191.17 272.15 294.45 284.59 6、计算支点截面人群荷载最大剪力 人群荷载的横向分布系数如图6(b)所示。 附加三角形荷载重心的影响线坐标为 表12各梁支点截面人群荷载下剪力 参数粱位 1(7) 2(6) 3(5) 4 mc 0.445 0.339 0.267 0.250 m0 1.125 0 0 0 (kN) 22.21 9.61 7.57 7.09 (三)内力组合 按极限状态设计的计算内: 1、基本组合如下: 表13各梁内力基本组合 参数粱 1(7) 2(6) 3(5) 4 M恒(kNm) 2408.0 2477.6 2477.6 2477.6 M车(kNm) 1754.0 1556.5 1355.2 1159.8 M人(kNm) 121.0 92.2 72.6 68.0 V恒(kN) 326.5 336.0 336.0 336.0 V车(kN) 191.2 272.1 294.4 284.6 V人(kN) 22.2 9.6 7.6 7.1 (kNm) 5480.7 5255.5 4923.8 4672.9 (kN) 684.3 794.8 823.8 809.5 注: 正截面验算以及纵向受力主筋的配置采用1(7)号梁的弯矩组合值,斜截面验算、箍筋及弯起钢筋的配置采用3(5)号梁的剪力组合值。 2、作用短期组合 表14各梁内力短期组合 参数粱 1(7) 2(6) 3(5) 4 M恒(kNm) 2408.0 2477.6 2477.6 2477.6 (kNm) 1465.3 1302.5 1134.1 970.5 M人(kNm) 121.0 92.2 72.6 68.0 V恒(kN) 326.5 336.0 336.0 336.0 (kN) 159.7 227.7 246.4 238.2 V人(kN) 22.2 9.6 7.6 7.1 (kNm) 3554.7 3481.6 3344.1 3225.0 (kN) 460.5 505.0 516.1 510.0 注: 挠度验算及裂缝宽度验算采用短期组合弯矩值为上表中加粗字体。 3、作用长期组合 表15各梁内力长期组合 参数粱 1(7) 2(6) 3(5) 4 M恒(kNm) 2408.0 2477.6 2477.6 2477.6 (kNm) 1465.3 1302.5 1134.1 970.5 M人(kNm) 121.0 92.2 72.6 68.0 V恒(kN) 326.5 336.0 336.0 336.0 (kN) 159.7 227.7 246.4 238.2 V人(kN) 22.2 9.6 7.6 7.1 (kNm) 3042.5 3035.5 2960.3 2893.0 (kN) 399.3 430.9 437.6 434.1 注: 裂缝宽度验算中使用的弯矩长期组合值为表中加粗字体。 五、钢筋配筋及验算 (一)主筋配置及验算 1、配筋计算 (1)按照规范,梁的保护层c取50mm,C40混凝土fc=18.4MPa,ft=1.65MPa,=1,设受拉钢筋双排布置,ho=h-200=1800mm,HRB335钢筋: fy=280MPa, (2)、判断T型截面类型 属于第一类型T形截面。 (3)、计算钢筋截面面积 查表得: < 选用4φ36+6φ40的钢筋 2、配筋验算 (1)验算最小配筋率 ,满足要求 (2)防止超筋的适用条件 ,满足要求 3、布置纵向受力主筋 按焊接钢筋骨架进行设置从下到上分别为: φ40、φ40、φ4
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