装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计 桥梁工程课程设计.doc

桥梁工程课程设计装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计姓名：陈冬雨学号：0805010121班级：土木08-1 完成日期：2011-7-5大连交通大学土木与安全工程学院隧道与桥梁教研室1.1 基本设计资料1.跨度和桥面宽度（1）标准跨径：18m （2）计算跨径：17.5m（3）主梁全长：17.96m（4）桥面宽度（桥面净空）：净11m（行车道）+21.5（人行道）。2.技术标准设计荷载：公路级，人行道和栏杆自重线密度按照单侧6KN/m计算，人群荷载为3KN/m。环境标准：类环境。设计安全等级：二级。3主要材料混凝土：C25,C30 (容重为25KN/m3)主筋： 级钢筋构造钢筋：级钢筋桥面铺装： 沥青混凝土（容重为23KN/m3）；混凝土垫层C25(容重为25KN/m3)人行道： 人行道包括栏杆何在集度为6KN/m设计荷载：汽车荷载：车辆荷载和车道荷载；人群荷载：3.0KN/m;4结构的基本尺寸：某公路装配式简支梁桥，双车道，主梁为T型梁，桥面宽度为14m，顶板宽度采用2.2m，跨径为18m，设置5根横隔梁。如图所示主梁图 11横隔梁图 1-21.2 主梁的计算1.2.1主梁的横向分布系数的计算计算跨宽比所以采用比拟正交板法计算。图 13h=1/2(10+16)=13cm主梁的抗弯惯矩：主梁的比拟单宽抗弯惯矩：横隔梁抗弯惯矩：每根横隔梁的尺寸如图14图 14查表得 时，所以求横隔梁截面重心位置y故横隔梁抗弯惯矩为：横隔梁的比拟单宽抗弯惯矩：主梁和横隔梁的抗扭惯矩:对于主梁肋：,查表得c=0.3074对于横隔梁梁肋：，查表得c=0.3036则2.计算参数和 式中B=6220/2=660cm则 3.计算各主梁横向影响线坐标已知=0.429，从附录“G-M法”计算图表查得影响系数K1和K0的值，如下表系数梁位荷载位置校核B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-BK100.92 0.96 1.02 1.05 1.08 1.05 1.02 0.96 0.92 8.06 B/41.08 1.09 1.12 1.14 1.05 0.98 0.88 0.79 0.75 7.97 B/21.12 1.28 1.24 1.30 1.00 0.88 0.80 0.70 0.64 8.08 3B/41.16 1.46 1.30 1.13 0.97 0.83 0.71 0.63 0.55 7.89 B2.09 1.68 1.35 1.08 0.88 0.75 0.63 0.52 0.46 8.17 K000.68 0.87 1.00 1.20 1.27 1.20 1.00 0.87 0.68 8.09 B/41.56 1.47 1.38 1.30 1.14 0.92 0.64 0.33 0.10 8.01 B/22.40 2.10 1.80 1.42 0.99 0.60 0.21 -0.22 -0.60 7.80 3B/43.50 2.79 2.08 1.45 0.80 0.38 -0.18 -0.48 -1.07 8.06 B4.70 3.50 2.35 1.50 0.68 0.08 -0.53 -1.00 -1.55 8.16 对于1号梁：对于2号梁：对于3号梁：4.计算各梁的荷载横向分布系数：梁号算式荷载位置B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-B1K11.467 1.533 1.317 1.114 0.940 0.804 0.684 0.594 0.520 K03.896 3.024 2.169 1.467 0.760 0.281 -0.296 -0.652 -1.228 K1-K0-2.429 -1.492 -0.853 -0.353 0.180 0.523 0.979 1.245 1.749 （K1-K0）*-0.344 -0.211 -0.121 -0.050 0.025 0.074 0.139 0.176 0.248 Ka3.552 2.813 2.048 1.416 0.786 0.355 -0.157 -0.475 -0.981 1i0.592 0.469 0.341 0.236 0.131 0.059 -0.026 -0.079 -0.163 2K11.12 1.28 1.24 1.30 1.00 0.88 0.80 0.70 0.64 K02.40 2.10 1.80 1.42 0.99 0.60 0.21 -0.22 -0.60 K1-K0-1.280 -0.820 -0.560 -0.120 0.010 0.280 0.590 0.920 1.240 （K1-K0）*-0.181 -0.116 -0.079 -0.017 0.001 0.040 0.084 0.130 0.176 Ka2.219 1.984 1.721 1.403 0.991 0.640 0.294 -0.090 -0.424 2i0.370 0.331 0.287 0.234 0.165 0.107 0.049 -0.015 -0.071 3K11.027 1.047 1.087 1.110 1.060 1.003 0.926 0.846 0.806 K01.270 1.272 1.255 1.267 1.183 1.012 0.759 0.508 0.291 K1-K0-0.242 -0.225 -0.168 -0.157 -0.123 -0.009 0.167 0.338 0.515 （K1-K0）*-0.034 -0.032 -0.024 -0.022 -0.017 -0.001 0.024 0.048 0.073 Ka1.235 1.240 1.231 1.245 1.165 1.011 0.783 0.556 0.364 3i0.206 0.207 0.205 0.207 0.194 0.169 0.130 0.093 0.061 对于1号主梁：汽车荷载：人群荷载：对于2号主梁：汽车荷载：人群荷载：对于2号主梁：汽车荷载： 人群荷载：2.2作用效应计算1.永久作用效应（1）永久荷载：假定桥面构造各部分中立平均分配给各主梁承担，则永久荷载计算结构见下表构件名构件尺寸/cm构建单位体积/m3重度/(KN/m3)每延米重/(KN/m)主梁0.5506 2513.7650 横隔梁中梁0.0926 252.3158 边梁0.0463 251.1580 桥面铺装沥青混凝土（厚2cm）0.044251.0120 混凝土垫层（平均厚10.1）0.222255.5500 6.5620 栏杆及人行道部分6人行道重力：6*2/6=2KN/m各梁的永久荷载值梁号主梁横隔梁栏杆及人行道桥面铺装层总计1（6）13.765 1.1580 26.562 23.4850 2（5）13.765 2.3158 26.562 24.6428 3（4）13.765 2.3158 26.562 24.6428 （2）永久作用效应计算影响线面积计算见下表项目 计算面积影响线面积（）梁号qqqqqq123.4850 38.28 899.0058 23.4850 28.71 674.2544 23.4850 8.75 205.4938 224.6428 38.28 943.3264 24.6428 28.71 707.4948 24.6428 8.75 215.6245 324.6428 38.28 943.3264 24.6428 28.71 707.4948 24.6428 8.75 215.6245 永久作用效应计算表2.可变作用效应：（1）汽车荷载冲击系数计算：其中：由于，故：=0.45（2）公路级均布荷载、集中荷载、及其影响线面积计算表如下：均布荷载和其中荷载 =10.5KN/m计算弯矩时，计算剪力时，=1.2*230=276KN按最不利的方式布载可计算影响线面积：其中处按最不利方式布置荷载项目顶点位置l/2处10.523038.28l/4处10.523028.71支点处10.52768.75l/2处10.52762.188可变作用弯矩效应计算：其中由于只能布置两车道，故横向折减系数=1.0.计算跨中和l/4处弯矩时，可以近似认为荷载横向分布系数沿跨长方向均匀变化，故各主梁值沿跨长方向相同。公路级车道荷载产生的弯矩计算表梁号内力1+10.59901.4510.5038.28230.004.37501223.0834 0.599028.713.2813917.3226 20.513038.284.37501047.4821 0.513028.713.2813785.6202 30.414038.284.3750845.3365 0.414028.713.2813634.0092 人群荷载产生的弯矩梁号内力10.566338.2864.9994 0.56628.7148.7496 20.36238.2841.5721 0.36228.7131.1791 30.20638.2823.6570 0.20628.7117.7428 永久作用设计值与可变作用设计值的分项系数为：永久荷载：=1.2汽车荷载：=1.4人群荷载：=1.4基本组合公式：式中 ： 桥梁结构重要性系数，取1.0. 在作用效应组合中除了汽车荷载效应的其他可变作用效应的组合系数，人群荷载的组合系数取为0.8.弯矩基本组合计算值梁号内力永久荷载人群荷载汽车荷载弯矩基本组合值1899.005864.99941223.08342863.92674.254448.7496917.32262147.962943.326441.57211047.48212645.03707.494831.1791785.62021983.783943.326423.657845.33652341.96707.494817.7428634.00921756.48可变作用的剪力效应计算：跨中截面剪力的计算：公路-级车道荷载产生的跨中剪力计算表梁号内力1+剪力效应/kN10.5991.4510.502.1882760.5139.814020.5131.4510.502.1882760.5119.740530.4141.4510.502.1882760.596.6327人群荷载产生的跨中弯矩剪力表梁号内力剪力效应/kN10.56632.19 3.7152 20.36232.19 2.3762 30.20632.19 1.3522 剪力横向分布系数：对于1号主梁：汽车荷载： 人群荷载：对于2号主梁：汽车荷载： 人群荷载：对于2号主梁：汽车荷载： 人群荷载：汽车荷载产生的支点剪力效应计算图示人群荷载产生的支点剪力效应计算图示（2）支点处截面剪力的计算：之点剪力效应横向分布系数的取值为：支点处按杠杆原理法求得的。l/43l/4段位跨中荷载的横向分布系数。支点到l/4及3l/4到另一支点段在和之间按照直线规律变化，如图所示梁端剪力效应计算：汽车荷载作用及横向分布系数取值1号梁：2号梁3号梁人群荷载作用及横向分布系数沿桥跨方向取值如图，计算过程如下：1号梁：2号梁3号梁剪力效应基本组合： 公式各分项系数取值同弯矩基本组合计算。剪力效应基本组合表梁号内力永久荷载人群荷载汽车荷载基本组合值1205.493819.94194.909541.8003.7152139.814199.902215.62455.9757379.146796.2502.3762119.7405170.303215.62454.0556375.8328789.4601.352296.6327136.802.3持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算1配置主梁受力筋由弯矩基本组合计算表壳看出1号梁值最大，考虑设计施工方便，并留有一定的安全措施，故对1号梁计算弯矩进行配筋。设钢筋净保护乘为3cm，钢筋中心到底边距离为a=18cm，则=h-a=160-18=142cm。已知1号梁跨中弯矩Md=2863.92KN.m,下面判别主梁为第几类T型截面，若满足，则受压区全部位于翼缘内，为第一类T行截面，否则位于腹板内，为第二类T行截面。混凝土为C40，=13.8Mpa, 为形截面受压区医院有效宽度，一下取最小值：计算跨径：l/3=1750/3=583cm相邻两梁的平均距离d=220cm=b+2bh+12hf=18+12*13=174cm此处b为梁腹板宽度，其值为18cm，bh=0，hf为受压区翼缘悬出板的平均厚度，其值为13cm。所以=180cm。左边：右边：因此，受压区位于翼缘内，属于第一类T型截面。应按宽度为的矩形截面抗弯承载力计算。设混凝土受压区高度为x，则利用计算：整理得 解得x=0.087m0.13m根据公式则选用8根直径为36mm的HRB335钢筋，则钢筋部属图如图所示钢筋中心位置查表可知，故x=0.0870.233%故配筋率满足规范要求。2持久状况截面承载能力极限状态验算按截面实际配筋面积计算截面受压区高度x为截面抗弯极限状态承载力为 =13.8*103*1.74*0.09495*(1.438-0.09495/2)=3170.31KN*m2863.92KN*m抗弯承载力满足要求。3.斜截面抗剪承载能力验算支点剪力以2号梁为最大，考虑安全因素，一律采用2号梁剪力值进行抗剪计算。跨中剪力效应应以1号梁伟最大，一律以1号梁剪力进行计算=796.25KN=199.9KN假设最下排2跟钢筋没有弯起而通过支点，则有；A=4.8cm, (160-4.8)=155.2cm根据式故端部抗剪截面尺寸满足要求。若满足条件,可不需要进行斜截面抗剪强度计算，仅按构造要求设置钢筋。本题中=79.25KN=0.5*0.001*1.39*180*1552=194.16KN因此，应进行持久状况斜截面抗剪承载力牙酸。(1)弯起钢筋配置及计算图示由内插可得，距离支座中心h/2处的剪力效应Vd为则=0.6=445.036KN=0.4=296.6906KN弯起钢筋位置与承担的剪力值计算表：斜筋排次弯起点距支座中心的距离承担的剪力11.418296.690622.76254.57134.026163.10845.21676.825各排弯起钢筋的计算，与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载能力按下式计算：式中=280Mpa,=45,故相应于各牌弯起钢筋的面积按下式计算：计算得每排弯起钢筋的面积见下表弯起排次每排弯起钢筋计算面积弯起钢筋数目每排弯起钢筋实际面积11997.03842N362035.821346.48992N372035.83730.86092N382035.84150.10432N392035.8在靠近跨中处，增设的辅助斜钢筋，=2035.8 。（3）主筋弯起后持久状况承载能力极限状态正截面承载力验算：钢筋的抵抗弯矩M为跨中截面的钢筋抵抗弯矩 M为全梁抗弯承载力校核图第一排钢筋弯起处正截面承载力为=3170-3*792.633=792.1KN*m第二排钢筋弯起处正截面承载力为=3170-2*792.633=1584.7341 KN*m第三排钢筋弯起处正截面承载力为=3170-792.633=2377.367 KN*m第四排钢筋弯起处正截面承载力为=3170 KN*m4.箍筋的设置选双肢箍筋，则面积 =1.57；距支座中心h/2处的主筋为，As=20.36；有效高度ho=160-3-3.6/2=155.2； =20.36*100%/（18*155.2）=0.729%，则P=100 =0.729，最大剪力设计值Vd=796.25KN。所以选用Sv=150.在支座中心向跨中方向长度不小于1倍梁高（160cm）范围内，箍筋间距取100mm。根据上述计算，箍筋配置如下：全梁箍筋的配置为双肢箍筋，在由支座中心至距支点3m段，箍筋间距可以取100mm，其他梁段箍筋间距为150mm。箍筋配筋率为：当间距Sv=100mm时=157*100%/（100*180）=0.872%当间距Sv=150mm时，=157*100%/（150*180）=0.582%均满足最小配筋率R235钢筋不小于0.18%的要求。5.斜截面抗剪承载力验算斜截面抗剪强度验算位置为：距支点h/2处截面1-1，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd=741.7266KNMd=570KN*m距离支座中心1.418m处的截面2-2，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd=699.607KNMd=950KN*m距离支座中心2.67m处的截面3-3，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd=608.144 KNMd=1540KN*m距离支座中心4.026m处的截面4-4，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd=521.861KNMd=2000KN*m距离支座中心4.402m处的截面5-5，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd= 386.234KNMd=2340KN*m验算斜截面抗剪承载力时，应该计算通过斜截面顶端正截面内的最大剪力Vd和相应于上述最大剪力时的弯矩Md。最大剪力在计算出斜截面水平投影长度C值后，可内插求得，相应的弯矩可从按比例会治的弯矩图上量取。受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面强度验算公式为：为了简化计算可以近似取C 则有C=（143.8+155.2）/2=149.5cm斜截面1-1：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为P=100=100*（10.179*2）/（18*149.5）=0.757=1.57*100%/（10*18）=0.872%则 截面割两组弯起钢筋，故=636.8+604.5=1241.3KN741.7266KN斜截面2-2：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为P=100=100*（10.179*2）/（18*149.5）=0.757=1.57*100%/（10*18）=0.872%则斜截面截割2组弯起钢筋，故=636.8+604.5=1241.3KN699.607KN斜截面3-3：斜截面内有纵向钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为P=100=100*（10.179*2*2）/（18*149.5）=1.514=1.57*100%/（15*18）=0.581%斜截面截割2组弯起钢筋2-36+2-32，故斜截面4-4：斜截面内有纵向钢筋，则受拉钢筋的钢筋百分率为P=100=100*（10.179*2*3）/（18*149.5）=2.271=1.57*100%/（15*18）=0.581%则斜截面内截割1组弯起钢筋，故所以斜截面抗剪承载力符合要求。2.4持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算短期效应组合长期效应组合受拉钢筋在短期效应组合作用下的应力为把以上数据带入的计算公式中得=0.163mm130mm可计算开裂截面换算截面惯性矩Icr为带入数据计算得Icr=7.0818*1010mm4Bcr=EcIcr=3*104*7.0818*1010=2.1245*1015N*mm2B0=0.95EcIcr=0.95*3*104*48.1844*1010=1.3733*1016N*mm2将以上数据带入整理求得B=4.7522*1015N*mm2根据上述计算结果，结构跨中由自重产生的弯矩为M=899.01KN*m,公路I级可变车道荷载q=10.5KN/m,Pk=230KN,跨中横向分布系数=0.599；人群荷载q人3KN/m，跨中横向分布系数=0.566永久作用可变作用（汽车）可变作用（人群）式中对于汽车荷载取0.7，对于人群荷载取1.0.本设计采用C30混凝土，挠度长期增长系数=1.7，通过施工消除永久作用挠度，消除结构自重应力产生的最大挠度应小于计算跨径1/600。=1.7*(3.397+0.436)=3.83317500/160010.94mm故应设置预拱度，跨中预拱度为=1.45*6.035+0.5*(3.397+0.436)=13.52mm，支点=0,预拱度眼顺桥向做成平顺的曲线。3横隔梁的配筋计算3.1确定作用在跨中横隔梁上的可变作用桥梁结构的局部加载计算应采用车辆荷载，下图为跨中横梁纵向最不利荷载布置。汽车：=1/2（140*0.678+140*1.0）=117.46KN跨中横梁受力影响线的面积=1/2*(2*4.35)*1=4.35人群荷载=3*4.35=13.05KN/m3.2跨中横隔梁的作用效应影响线计算一般横梁弯矩在靠近桥中线的截面较大，二剪力则在靠近两侧边缘处的截面较大。因此，如图所示的跨中横梁，本设计可取A-A（2、3号梁的重点）、B-B（靠近3号主梁）两个截面计算横梁的弯矩，去1号梁右侧C-C截面和2号主梁右侧D-D截面计算剪力。下面做出相应的影响线。1.弯矩影响线（1）计算公式，根据弯矩平衡可求得：当P=1，作用在截面A-A的左侧时当P=1，作用在截面A-A的右侧时（2）在前面已经计算出横向影响线竖向坐标值可知：=0.51，=0.341，=0.2，=0.083，=-0.026，=0.107，=0.344，=0.287，=0.211，=0.126，=0.049，=-0.034。弯矩影响线计算如下：=-1.2386，=0.4125，=-0.0319弯矩影响线计算如下：=-1.3919,=0.632,=-0.00782.剪力影响线（1）1号主梁右截面的剪力影响线计算：当P=1，作用在截面以右时：当P=1，作用在截面以左时：2）1号主梁右截面的剪力影响线计算：当P=1，作用在截面以右时：计算得=0.209，=0.023当P=1，作用在截面以左时：=-0.1463.3截面作用计算公式为 横隔梁内力计算结果见下表汽车117.46横梁冲击系数1.45人群13.05车道折减系数11.0790.816一车道322.7507 -0.1851.0790.8160.453两车道368.3957 -0.1890-32.1899 -1.846-0.866-76.9767 0.450.3350.2510.136两车道199.6115 000.0000 0.5810.4290.3190.167两车道254.7942 荷载组合515.7539 -45.0659 356.7119 3.4横隔梁截面配筋与验算 1.正弯矩配筋把铺装层3m计入截面，则横隔梁高度为123cm，横梁翼缘板有效宽度为：计算跨径的1/3：1120/3=373cm相邻两横梁的平均间距：435cmb+12h=15+12*(13+3)=207cm所以=207cm，假设a=8cm，则得横隔梁的有效高度为=123-8=115cm。代入数据整理得x=0.0126m0.233%故配筋率满足规范要求。带入数据计算得535.97KN*m515.794 KN*m2负弯矩配筋（如图所示）取a=4cm,则h0=107-4=103cm,其中a为钢筋重心到上缘距离。10.4*45.065913.8*103*0.15x(1.03-x/2)解得x0.0128m。=13.8*0.15*0.128/280=0.946cm2选用2根直径16的HRB335钢筋，=4.022cm2此时x=280*4.022/13.8*15=5.44cm验算截面抗弯承载力=13.8*103*0.15*0.0544*(1.03-0.0544/2)=150.084=45.0659KN*m横梁正截面配筋计算=4.022/（15*107.5）*100%=0.23%=18.81/（16*180+（107-16