钢筋混凝土简支T梁桥设计.doc
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钢筋混凝土简支T梁桥设计.doc
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钢筋混凝土简支T型梁桥设计
湖南农业大学
课程设计说明书
课程名称:
《道路与桥梁工程设计》课程设计
题目名称:
钢筋混凝土简支T梁桥设计计算
班级:
2009级土木工程专业4班
姓名:
陈勇
学号:
200941933420
指导教师:
杨敬林
评定成绩:
教师评语:
指导老师签名:
2011年月日
目录
设计任务书
(1)
设计资料 (4)
一、行车道板的内力计算与组合 (5)
二、主梁的荷载横向分布系数计算 (7)
(一)、支点截面的横向分布系数计算 (7)
(二)、跨中截面的横向分布系数计算 (8)
三、主梁内力计算 (11)
(一)、恒载内力计算 (11)
(二)、活载内力计算 (13)
(三)、荷载组合 (18)
四、横隔梁内力计算 (19)
五、主梁变形验算 (21)
六、设计依据与参考文献 (23)
钢筋混凝土简支T梁桥设计计算课程设计任务书
题目:
钢筋混凝土简支T梁桥设计计算
1.课程设计教学条件要求
桥梁结构课程设计是土木工程专业桥梁工程实践环节课,通过设计进一步巩固桥梁结构基本原理和基本知识,以及桥梁构造,培养设计动手能力,初步学会运用桥梁设计规范,桥梁标准图,估算工程材料数量,完成桥梁总体布置图的技能。
并为毕业设计以及今后专业工作中奠定必要基础。
本课程设计要求学生在一周的时间内通过指导教师的指导,完成《任务书》中的全部内容,学生通过本课程的设计练习,使学生掌握钢筋混凝土简支T梁设计计算的步骤和方法,学会对T梁进行结构自重内力计算、汽车荷载和人群荷载内力计算、内力组合;在汽车和人群荷载内力计算时,学会用杆杠原理法、偏心受压法和G-M法求解荷载横向分布系数。
2.课程设计任务
2.1设计资料
1桥面净宽:
净-7或8或9+2×1.0或0.75或0.5m人行道(各人按表中数据查询)
2主梁跨径及全长
标准跨径:
lb=10或13或16或20.00m(墩中心距离)(各人按表中数据查询)
计算跨径:
l=9.50或12.50或15.50或19.50m(支座中心距离)(对应上面之数值)
主梁全长:
l全=9.96或12.96或15.96或19.96m(主梁预制长度)(对应上面之数值)
3设计荷载
汽车I级;人群荷载3.0kN/m2或4.0kN/m2或5.0kN/m2(各人按表中数据查询)
汽车Ⅱ级;人群荷载3.0kN/m2或4.0kN/m2或5.0kN/m2(各人按表中数据查询)
4材料x
钢筋:
主筋用Ⅱ级钢筋,其他用Ⅰ级钢筋。
混凝土:
20号或25号或30号(自选)
5桥面铺装:
沥青表面处厚2cm(重力密度为23KN/m3),C25混凝土垫层厚6~12cm(重力密度为24KN/m3),C30T梁的重力密度为25KN/m3。
6T梁简图如下:
主梁截面尺寸可参考已有设计数据自己拟定
(根据桥面净宽选取翼缘宽、主梁高、梁肋宽等)
2.2、计算内容
1行车道板的内力计算和组合;
2计算主梁的荷载横向分布系数
用杠杆原理法求支点截面的横向分布系数,用偏心压力法求跨中截面的横向分布系数。
3主梁内力计算;
4横隔梁内力计算;
5主梁配筋;
6主梁变形验算。
3.课程设计报告书主要内容
计算说明书包括:
行车道板的内力计算和组合;主梁的荷载横向分布系数的计算;主梁内力计算;横隔梁内力计算、配筋;主梁变形验算;钢筋布置图。
4.课程设计要求
(1)学生按时完成课程设计,遵守课程设计要求与纪律。
(2)学生独立完成课程设计任务。
指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。
(3)学生按时提交课程设计成果和打印或手写的课程设计报告书。
5.课程设计参考资料
[1]《公路桥涵设计通用规范》(JTG–D60-2004).人民交通出版社,2004
[2]《公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG–D60-2004).人民交通出版社,2004
[3]姚玲森,《桥梁工程》.出版社:
人民交通出版社,1993
[4]范立础,《桥梁工程》(上、下册).出版社:
人民交通出版社,1996
6.设计进度、时间安排
时间:
第12周(11月14日~11月18日)
第一天上午(星期一):
布置设计任务,阅读设计任务书、指导书及设计例题,复习有关课程内容。
下午进行行车道板的内力计算;
第二天上午(星期二):
计算主梁的荷载横向分布系数;
下午进行主梁内力计算;
第三天(星期三):
横隔梁内力计算;
第四至五天(星期四、星期五):
主梁配筋和主梁变形验算,并绘制主梁配筋施工图,最后提交设计成果。
桥梁工程课程设计
设计资料
1桥面净宽净-9+2×0.75m人行道
2主梁跨径及全长
标准跨径lb=16.00m(墩中心距离)
计算跨径l=15.50m(支座中心距离)
主梁全长l全=15.96m(主梁预制长度)
3设计荷载汽车Ⅱ级;人群荷载5.0kN/m2。
4材料x
钢筋:
主筋用Ⅱ级钢筋,其他用Ⅰ级钢筋。
混凝土:
25号
5桥面铺装:
沥青表面处治厚2cm(重力密度为23KN/m3),C25混凝土垫层厚9cm(重力密度为24KN/m3),C30T梁的重力密度为25KN/m3。
6T梁简图如下:
图1.桥梁横剖图单位:
cm
图2.桥梁纵剖图单位:
cm
图3.主梁断面图(cm)图4.横梁断面图(cm)
一、行车道板的计算
1.恒载及其内力(以纵向1m宽的板条进行计算)
每延米板上的恒载g:
合计:
每米宽板条的恒载内力
T梁翼板所构成的铰接悬臂板如图5所示。
图5.行车道板构造
2.汽车车辆荷载产生的内力
将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上,后轴作用力为140kN,轮压分布宽度
如图6所示,车辆荷载后轮着地长度为,宽度则
图6.车轮荷载计算图
荷载对于悬臂梁根部的有效分布宽度:
由于这是汽车荷载局部加载在T梁的翼缘板上,故冲击系数取
作用于每米宽板条上的弯矩为
作用于每米宽板条上的剪力为:
3.内力组合
(1)承载能力极限状态内力组合计算
所以,行车道板的设计内力为
(2)正常使用极限状态内力组合计算
二、主梁的荷载横向分布系数计算
(一)、计算支点截面的横向分布系数(利用杠杆原理法)。
图7.支点处横向分布系数图单位:
cm
1号梁
对于汽车荷载
对于人群荷载
2号梁
对于汽车荷载
对于人群荷载(由于是出现负的,取零,出于安全考虑)
3号梁
对于汽车荷载
对于人群荷载
(二)、计算跨中截面的横向分布系数(利用偏心压力法)。
当荷载位于跨中时,此桥在跨度内设有横隔板,具有强大的横向联结刚性,且承重结构的长度比为
但此处仍按刚性横梁法绘制影响线并计算横向分布系数,本桥各根主梁的横向截面均相等,梁数n=5,梁间距为2米。
图8.荷载横向分布系数图单位:
cm
1号梁
由、绘制1#梁的横向影响线,如上图及最不利荷载位置。
进而由、计算横向影响线的零点位置,设零点至1号梁位的距离为x,则:
解得:
零点位置已知后,就可以求出各类荷载相应于各个荷载的横向影响线竖直坐标。
对于汽车荷载
对于人群荷载
2号梁
由、绘制2#梁的横向影响线,如上图及最不利荷载位置
对于汽车荷载
对于人群荷载
3号梁
由、绘制3#梁的横向影响线,如上图及最不利荷载位置
对于汽车荷载
对于人群荷载
横向分布系数
梁号
荷载位置
公路-Ⅱ级
人群荷载
1
跨中
0.71
0.6875
支点
0.55
1.438
2
跨中
0.555
0.444
支点
0.725
0
3
跨中
0.4
0.4
支点
0.725
0
三、 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:
栏杆和人行道:
作用于边主梁的全部恒载g为:
作用于中主梁的恒载强度为:
2.恒载内力
计算边主梁的弯矩和剪力,计算图式如图9所示,则
图9.恒载内力计算图式
主梁恒载内力计算表
剪力Q(kN)
弯矩M(kN·m)
(151.9)
M=0
(0)
(113.9)
(441.5)
(0)
(588.6)
注:
括号()内值为中主梁内力。
支点剪力
15梁
234梁
(二)、荷载内力计算
1.均布荷载和内力影响线面积计算
均布荷载和内力影响线面积计算表
公路-Ⅱ级
人群
影响线面积
影响线图式
2.公路-Ⅱ级中集中荷载计算
计算弯矩效应时
计算剪力效应时
3.计算冲击系数
结构跨中处的单位长度量:
主梁截面形心到T梁上缘的距离:
跨中截面惯性矩:
查表C25混凝土E取
则冲击系数
因双车道不折减,故
4.跨中弯矩计算
由于跨中弯矩横向分布系数1#、5#梁最大,所以只需计算1#、5#梁的弯矩,计算如下:
(1)对于1#梁和5#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩:
人群荷载的跨中弯矩:
(2)对于2#和4#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩:
人群荷载的跨中弯矩:
(3)对于3#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩:
人群荷载的跨中弯矩:
5.跨中剪力计算
(1)对于1#和5#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力:
人群荷载的跨中剪力:
(2)对于2#和4#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力:
人群荷载的跨中剪力:
(3)对于3#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力:
人群荷载的跨中剪力:
6.支点剪力计算
横向分布系数变化区段的长度
附加三角形重心影响线坐标:
(1)对于1#和5#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的支点剪力:
人群荷载的支点剪力:
(2)对于2#和4#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的支点剪力:
人群荷载的支点剪力:
(3)对于3#梁
公路—Ⅱ级汽车活载的支点剪力:
人群荷载的支点剪力:
(三)、 荷载组合
其中,,,,
跨中弯矩组合
梁#
恒载(KN·m)
活载(KN·m)
组合值(KN·m)
汽车
人群
1、5
558.26
855.73
77.42
1954.6
2、4
588.59
668.91
50.00
1698.8
3
588.59
482.10
45.05
1431.7
跨中剪力组合
梁#
恒载(KN)
活载(KN)
组合值(KN)
汽车
人群
1、5
0
111.79
5.00
162.1
2、4
0
87.38
3.23
125.9
3
0
62.98
2.91
91.4
支点剪力组合
梁#
恒载(KN)
活载(KN)
组合值(KN)
汽车
人群
1、5
144.1
201.73
25.01
438.4
2、4
151.9
247.59
9.93
540.0
3
151.9
237.64
8.95
525.0
四、横隔梁内力计算
1.作用在中横隔梁上的计算荷载:
对于跨中横隔梁的最不利荷载布置如图10所示。
图10.跨中横隔梁受载图单位:
cm
纵向一列车轮对于中横隔梁的计算荷载为:
计算弯矩时
计算剪力时
2.绘制中横隔梁的内力影响线
图11.中横隔梁内力影响线单位:
cm
P=1作用在1#梁时:
P=1作用在5#梁时:
P=1作用在3#梁时:
1#主梁处右截面剪力影响线:
P=1作用于1#梁截面的右边时
即
P=1作用于1#梁截面的左边时
即
绘成的影响线,如上图11所示。
3.截面内力的计算
公路-II级:
剪力的计算:
4.内力组合(鉴于横隔梁的结构自重内力甚小,计算中可略去不计)
五、主梁变形验算
跨中截面主梁结构自重产生的最大弯矩,汽车产生的最大弯矩(不计冲击系数)为,人群产生的最大弯矩为,主梁开裂构件等效截面的抗弯刚度
1.验算主梁的变形
可变荷载频遇值产生的跨中长期挠度:
2.预拱度计算
应设计预拱度
应做成平顺曲线
五、变形验算
按规范变形可按下列公式计算
,,
,
换算截面中性轴距T梁顶面的距离x
代入各数值后
解方程得:
算开裂截面的换算惯性矩
活载挠度计算,汽车荷载不计冲击系数时:
横载挠度计算
梁桥主梁跨中最大允许挠度:
变形验算满足要求。
六、设计依据与参考文献
1.《公路桥涵设计通用规范》(JTG–D60-2004).人民交通出版社,2004
2.《公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG–D60-2004).人民交通出版社,2004
3.姚玲森,《桥梁工程》.出版社:
人民交通出版社,1993
4.范立础,《桥梁工程》(上、下册).出版社:
人民交通出版社,1996
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