桥梁工程课程设计终板

1、桥梁工程课程设计任务书西南交通大学桥梁工程课程设计预应力混凝土简支梁桥设计计算书 姓名：学号：班级：指导教师：二一六年十月目录第一章 设计依据21.1 设计规范21.2 方案简介及上部结构主要尺寸31.3 基本参数41.4 计算模式及主梁内力计算采用的方法4第二章 荷载横向分布计算52.1 梁端的横向分布系数m062.2 跨中的横向分布系数mc6第三章 主梁内力计算93.1 主要计算参数93.2 单项荷载效应计算9第四章 预应力钢束设计（L=36.09m）164.1 钢束估算（1号梁）164.2 钢束布置（1号梁）184.3 预应力损失计算19第五章 主梁验算255.1 承载能力验算255.2

2、 抗裂性验算275.3 刚度验算295.4持久状况预应力混凝土构件应力验算305.5 短暂状况预应力混凝土构件应力验算32参考文献33第一章 设计依据1.1 设计规范1.中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；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（JTG D62-2004）。1.2 方案简介及上部结构主要尺寸本桥是某一级公路上的一座5梁式后张法预应力混凝土简支T梁桥，设计安全等级为二级，设计荷载等级采用公路-级。该桥按上下行分左右幅分离式布置，单幅桥面行车道宽度为10.5m（三车道），单幅桥面总宽度为11.50m，防撞栏杆宽度为50

3、cm。梁全长为37.29m，计算跨度为36.09m，梁高2.45米；主梁中心距2.5625m， T梁之间采用湿接缝连接，湿接缝宽度为50cm。T梁混凝土设计标号为C50。桥面铺装为8cm厚W8级C40防水混凝土铺装层+5cm厚沥青混凝土铺装层。桥台采用重力式U型桥台。T梁半立面图（单位：cm）1.3 基本参数1.3.1.设计荷载：公路-级，无人群荷载；设计安全等级为二级。1.3.2.跨径及桥宽本桥T梁长度为37.29m，T梁计算跨径为36.09m。桥梁单幅总宽度12.25m，由5根T梁组成，设置有两片端横隔板和三片中横隔板。桥面设计为三车道。1.3.3.主要材料(参数查规范)T梁混凝土：C50

4、混凝土；现浇横隔板接头混凝土：C50混凝土；桥面铺装：8cm C40防水混凝土铺装层+5cm 沥青混凝土铺装层。；预应力钢绞线：符合预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-2003的七股钢绞线，即直径15.2mm的高强度低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值fpk =1860 MPa。预应力张拉参数：张拉控制应力：con=0.75fpk =1395MPa，张拉锚固时龄期为28d和平均湿度90%，预应力钢绞线张拉顺序同钢束编号。普通钢筋：直径12mm采用HRB400钢筋，直径12mm采用HRB335钢筋。1.3.4.材料参数（1）C40 混凝土：查JTG D62-2004 第3.1.33.1.5 条，可得

5、弹性模量：Ec=34500MPa轴心抗压强度设计值：fcd=18.4MPa轴心抗拉强度设计值：ftd=1.65MPa轴心抗压强度标准值：fck=26.8MPa轴心抗拉强度标准值：ftk=2.40MPa容重：26.0kN/m3（2）C40 混凝土铺装层：查JTG D60-2004 第4.2.1 条，可得容重：25.0kN/m3（3）沥青混凝土铺装层：查JTG D60-2004 第4.2.1 条，可得容重：23.0kN/m3（4）钢绞线：查JTG D62-2004 第3.2.23.2.4 条，可得弹性模量： Ep=195000MPa抗拉强度设计值：fpd=1260MPa抗拉强度标准值：fpk=18

6、60MPa张拉控制应力：con=0.75 fpk =1395MPa1.4 计算模式及主梁内力计算采用的方法18cm 厚的40 号防水混凝土桥面铺装层完全不参与T 梁的受力；2T 梁的横桥向传力计算：梁端按“杠杆原理法”计算，跨中按“修正刚性横梁法”计算；3T 梁按A 类预应力混凝土构件设计；4在T 梁混凝土达到设计强度的100%后方可张拉预应力钢束，张拉顺序同钢束编号。第二章 荷载横向分布计算由于本桥各T梁之间采用混凝与湿接缝刚性连接，故其荷载横向分布系数，在梁端可按“杠杆原理法”计算（m0），在跨中按“修正刚性横梁法”计算(mc)。2.1 梁端的横向分布系数m0 根据桥规规定，在横向影响线确

7、定荷载沿横向最不利的布置位置。对于汽车荷载，规定的汽车横向轮距为1.8m，两列汽车车轮的横向最小间距为1.30m,车轮距离人行道缘石最少为0.50m。求出相应于荷载位置的影响线竖标值后，就可得到横向所有荷载分布给1号梁的最大荷载值为： 1号梁影响线 式子中：汽车荷载轴重； 汽车车轮的影响线竖标。 由此可得：1号梁在汽车荷载作用下最不利荷载横向分布系数为 同理可得； 2.2 跨中的横向分布系数mc 2.2.1.计算I和IT 通过CAD计算得到主梁抗弯惯性矩：I=0.7092m2翼板主梁抗扭惯性矩 b1/t1=256.25/21=13.2010, 查表得c1=0.333梁肋b2=245-21=22

8、4cm b2/t2=224/31=7.2, 查表得c2=0.304 IT=cibiti3=0.333256.25213+0.303224313=1023452cm4=0.0112m42.2.2.计算抗扭修正系数 本桥各主梁的横截面均相等，计算跨度L=3929-10*32=3609cm，梁数n=5，梁间距为2.5625m，则 其中：混凝土弹性模量；混凝土剪切模量，。2.2.3.计算1号梁的荷载横向分布系数 对于1号边梁考虑抗扭修正厚的横向影响竖标值为： 刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离1号梁轴线的距离为x，则： 解得：1号梁的荷载横向分布系数为： 2.2.4.计算2号梁的荷载横向

9、分布系数 刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离1号梁轴线的距离为x，则： 解得：2号梁的横向影响和布载图如图所示:2.2.5.计算3号梁的荷载横向分布系数 3号梁的横向影响和布载图如图所示:根据对称性, 4、5号梁的横向分布系数：；故该T梁的荷载横向分布系数为：主梁梁号汽车梁端跨中10.64880.849420.89510.724730.89510.600040.89510.724750.64880.8494第三章 主梁内力计算3.1 主要计算参数主梁计算跨度：36.09m混凝土弹性模量：跨中截面惯性矩：跨中处单位长度质量：主梁基频：冲击系数：车道折减系数：对于单个T梁计算，偏安全

10、考虑不计入车道折减系数的影响3.2 单项荷载效应计算3.2.1 一期恒载及内力计算跨内均布荷载：支座处恒载集度：变截面区域平均恒载集度：支点截面1/4截面跨中截面3.2.2.二期恒载及内力计算横隔梁：对边梁，桥面铺装：防撞栏杆：边梁承担二期恒载：二期恒载为满跨的均布荷载，各控制截面内力计算如下：支点截面1/4截面跨中截面3.3 活载内力计算汽车冲击系数：公路二级荷载：支点截面：支点截面剪力计算需要考虑由于横向分布系数变化造成的影响支点剪力影响线面积：横向分布系数变化区段长度：1/4截面弯矩影响线面积：剪力影响线面积：跨中截面弯矩影响线面积：剪力影响线：3.4 内力计算成果如下：表1一期恒载作用

11、下边梁的内力计算截面位置弯矩M(kN.m)剪力Q（kN）支座截面01/4截面跨中截面0表2 二期恒载作用下边梁的内力计算截面位置弯矩M(kN.m)剪力Q（kN）支座截面01/4截面跨中截面0 表3 活载作用下边梁的内力计算截面位置弯矩Mmax(kN.m)对应剪力Q（kN）剪力Qmax(kN)对应弯矩M（kN.m）支座截面0001/4截面跨中截面3407.1690138.3560174.69721627.69743.5 荷载效应组合（不含预应力）3.5.1承载能力极限状态下荷载组合（对边梁而言）荷载基本组合设计值表达式为：上式中，由于本设计的设计安全等级为二级，故有，分项系数，见表1和表2，见表

12、3，没有值。则有：，计算结果如表4所示。表3中的计算数值需要除以冲击系数表4承载能力极限状态荷载组合截面位置弯矩Mmax(kN.m)对应剪力Q（kN）剪力Qmax(kN)对应弯矩M（kN.m）支座截面0.0000773.27411064.32920.00001/4截面 6427.1632511.6938532.19845378.6952跨中截面7586.3748159.0168200.78495541.17313.5.2 正常使用极限状态下荷载短期效应组合（对边梁而言）荷载短期效应组合设计值表达式：上式中，见表1和表2，见表3， 频域值系数，则有：，计算结果如表5所示。表5 正常使用极限状态荷

13、载短期效应组合截面位置弯矩Mmax(kN.m)对应剪力Q（kN）剪力Qmax(kN)对应弯矩M（kN.m）支座截面0.0000644.3951789.92260.00001/4截面4376.9780322.0455332.30323852.7440跨中截面5016.657579.5084100.39243994.05663.5.3 正常使用极限状态下荷载长期效应组合（对边梁而言）荷载长期效应组合设计值表达式：上式中，见表1和表2，见表3， 准永久值系数，则有：，计算结果如表6所示表6 正常使用极限状态荷载长期效应组合截面位置弯矩Mmax(kN.m)对应剪力Q（kN）剪力Qmax(kN)对应弯矩

14、M（kN.m）支座截面0.0000644.3951727.553701/4截面3747.6264280.6823282.73083448.0641跨中截面4177.522239.655647.68913593.17883.5.4 持久状况应力计算的荷载组合（对边梁而言）组合设计值表达式：上式中，见表1和表2，见表3，则有：，计算结果如表7所示。表3中的计算数值需要除以冲击系数表7 持久状况应力计算时的荷载组合截面位置弯矩Mmax(kN.m)对应剪力Q（kN）剪力Qmax(kN)对应弯矩M（kN.m）支座截面0.0000644.3951852.29160.00001/4截面5006.329638

15、9.1321403.78604257.4238跨中截面5855.7927113.5834143.41794394.9343第四章 预应力钢束设计（L=36.09m）4.1 钢束估算（1号梁）4.1.1 按正截面抗弯承载力估算预应力混凝土梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压强度设计值，受拉区钢筋达到抗拉强度设计值。本桥为简支梁桥，全梁承受正弯矩作用，仅需在T 梁截面下缘配置预应力钢筋。对于图3-1 所示的仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁，所需预应力筋数量按下式计算：图4-1 单筋截面梁受弯构件正截面承载力计算图假定跨中预应力钢筋重心距梁底为 15cm，则可得h0=2.3m。假定

16、中性轴位于T 形截面的翼板内，则由图4-1 有：解上两式得受压区高度：上式中：（见第3章表4）Ra=fcd=22.4MPab=2.5625m将各参数代入x的表达式，得到：x=0.0683m翼板厚度0.16m，假定正确。支点截面预应力钢筋重心距梁底为103.26cm，可得h0=1.4674m。1/4 跨截面预应力钢筋重心距梁底为66.14cm，可得h0=1.8386m。跨中截面预应力钢筋重心距梁底为15.40cm，可得h0=2.3460m。变截面处预应力钢筋重心距梁底为28.74cm，可得h0=2.2126m。使用钢绞线的C40混凝土对应的b=0.40，可见：x=0.117m0.5ftk 区段，箍筋间距Sv 需满足：由于本设计没有设置竖向预应力钢筋，根据JTG D62-2004 第6.3.3 条规定：本设计仅验算T 梁马蹄顶面处（即距梁底41cm 处）的主应力，其他位置的主应力可参照执行。同斜截面主拉应力抗裂计算一样，采用最大的剪应力和正应力叠加。混凝土主压应力和主拉应力验算结果见表5-8：表5-8 混凝土主压应力与主压应力验算结果项目NpesinpMkVkpccxTcptp跨中0.0010166.50188.2417.083.760.333.79-0.03合格变截面528.823590.891300.2616.2515.340.6515.38-0.05合格四分点256.