打印最终上交版页肖栋天锦城学院桥梁工程课程设计桥梁工程课程设计

1、桥梁工程课程设计题目：装配式钢筋混凝土简支T 形梁桥设计（上部结构）专业：土木工程学号：100310107姓名：肖栋天指导老师：陈艳玮四川大学锦城学院1目录第一章设计任务书 .31.1 基本设计资料 .31.1.1跨度和桥面宽度 .31.1.2 技术标准 .31.1.3主要材料 .31.1.4构造形式及截面尺寸 .3第二章主梁的荷载横向分布系数计算 .42.1主梁荷载横向分布系数的计算 .42. 1.1 刚性横梁法计算横向分布系数 .42.1.2 杠杆原理法计算梁端剪力横向分布系数 .5第三章主梁的内力计算 .63.1永久作用效应 .63.1.1 永久荷载： .73.1.2 永久作用效应计算

2、.73.2可变作用效应 .83.2.1 汽车荷载冲击系数计算： .83.2.2 公路 -级均布荷载 q K .93.2.3 可变作用弯矩效应计算 .103.2.4 可变作用剪力效应计算 .11第四章主梁截面设计、配筋及验算 .144.1主梁受力钢筋配置 .144.2截面抗弯承载力验算 .164.3斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算 .164.3.1 斜截面抗剪承载力计算 .164.3.2 弯起钢筋设计 .174.3.3 箍筋设计 .194.3.4 斜截面抗剪验算 .21第五章主梁的裂缝宽度验算 .245.1 最大裂缝宽度按下式计算 .245.2 效应组合 .25第六章主梁的挠度验算 .276.1

3、抗弯刚度计算 .276.2 挠度验算 .28第七章设计总结 .30附 录设计人简介 .312第一章设计任务书1.1基本设计资料1.1.1跨度和桥面宽度1) 标 准跨 径： 20.7m （墩中 心 距离 ）2) 计 算跨 径： 20.2m （支座 中 心距 离 ）3) 主 梁全 长： 20.66m （ 主梁 预 制长 度）4) 桥 面宽 度 （桥 面净 空） ： 净 7m（行 车道 ） 2 1.0m 人 行道1.1.2技术标准1)设 计荷 载标 准：公 路 级，人行道和栏杆自重线密度按单侧6kN/m 计算 ，人 群荷 载 3kN/m 22)环境标准：类环境3）设计安全等级：二级1.1.3主要材料

4、1) 混凝土：混凝土简支 T梁及横梁采用 C40混凝土；桥面铺装上层采 用 0.03m 沥青 混凝 土， 下 层为 0.06 0.13m 的 C30 混 凝土 ，沥33青 混凝 土重 度按 23kN/m , 混 凝土 重度 按 25kN/m计。1.1.4构造形式及截面尺寸1007001003cm厚沥青混凝土613cmC30混凝土2%600018111141123451800184123487.5487.51996/2图 1.1桥梁横断面和主梁纵断面图（单位：cm）3如图 1.1 所示 ，全桥 共由 5 片 T 形 梁组 成，单片 T 形梁高 为 1.4m ，宽 1.8m ；桥上的横坡为双向 2

5、%，坡度由 C30混凝土混凝土桥面铺装控制；设有 5根横梁。第二章主梁的荷载横向分布系数计算2.1 跨中荷载横向分布系数的计算2.1.1刚性横梁法计算横向分布系数5（ 1）因为每一片 T 型梁的截面形式完全一样，所以：ij 1/ n2ai e/ aii 152222=32.4 m 2式中， n=5，（3.61.8ai=2）mi1表 2.1ij值计算表梁号i1i 2i 3i 4i510.60.40.20-0.220.40.30.20.1030.20.20.20.20.2（ 2）计算横向分布系数：根据最不利荷载位置分别布置荷载。布置荷载时， 汽车荷载距人行道边缘距离不小于 0.5m，人群荷载取 3

6、KN/m2 , 栏杆及人行道板每延米重取 6.0KN/m，人行道板重以横向分布系数的方式分配到各主梁上。10801080q板 q 人18001300q 人 q板500180018001800180018004图 2.1横向分布系数计算图式（单位：mm）从而可以得出各梁在不同荷载作用下的分布系数：汽车荷载： m1汽 =0.5 (0.5333+0.3333+0.1889-0.0111)=0.5222m2汽 =0.5 (0.3667+0.2667+0.1944+0.0944)=0.4611m3汽 =0.5 (0.2+0.2+0.2+0.2)=0.4人群荷载： m1人 =0.6444m2人 =0.42

7、11m3人 =0.2 2=0.4人行道板： m1板 =0.6489-0.2489=0.4 m2板 =0.4244-0.0244=4 m3板 =0.2+0.2=0.42.1.2杠杆原理法计算梁端剪力横向分布系数q人q人500180051 号梁2724262.0122180022.02 号梁-00.11000160018001300180050010003号梁40304 .341393.00图 2.2梁端剪力横向分布系数计算图式（尺寸单位：mm）5/=0.5 0.6475 = 0.3238m/=0.5 1.0=0.5汽车荷载： m1汽2汽m3/汽 =0.5 (0.9444+0.3333)=0.63

8、89人群荷载： m/=1.2222 m /=-0.2222m/=01人2 人3人第三章主梁的内力计算3.1永久作用效应3.1.1永久荷载：假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担，则永久荷载计算结果如下表所示表 3.1钢筋混凝土T 形梁永久荷载计算表构建名构件尺寸（ mm）单位长度体积重度每米延重1800主梁中梁横隔梁边梁000611810 0041180031000071091410.46262511.5650.06818251.7050.03501250.875218018000539前面铺装沥青混凝土（ 3cm） 0.054231.2420混凝土垫层(9.5cm)0.171254.275

9、061805.5170栏杆及人行道6人行道重力按人行道板横向分布系数分配至各梁的板重为：由于横向分布系数均相同，0.4 ，则板 q0.4x 6 2.4kN/m。表 3.2各梁的永久荷载值( 单位（ KN/m）梁号主梁横隔梁栏杆及人行桥面铺装层总计道1(5)11.5650.87522.45.51720.35722(4)11.5651.7052.45.51721.187311.5651.7052.48.51721.1873.1.2永久作用效应计算表 3.3影响线面积计算表项目计算面积影响线面积M1/2M1/4V1/ 2l401ll1 l 2 =51.005/248l613l32/1ll =38.2

10、5l0163232200/121l11 l =2.525/1(10222827111V00l20.2 10.122永久荷载效应计算见下表：表 3.4永久作用效应计算表M1/2M1/4V0梁号qqq0q 00q 00q 01（ 5）20.357251.0051038.319020.357238.25778.662920.357210.1205.607722（ 4）21.18751.0051086.161721.18738.25814.541421.18710.1215.0815321.18751.0051086.161721.18738.25814.541421.18710.1215.08153

11、.2可变作用效应3.2.1汽车荷载冲击系数计算：汽车荷载冲击系数计算：结构的冲击系数和结构的基频f相关，故应先计算结果的基频，简支梁桥的基频简化计算公式为（ 1）计算主梁的抗弯惯性矩I ：求主梁的重心位置 ：1翼缘板厚按平均厚度计算，其平均厚度为：h= （1016）=13cm2（-181318则， =22 =41.09cm（）14018180 - 18 13抗弯惯性矩 IC8I C =1 (180-18) 13 3 +(180-18) (41.09-13 ) 2 + 1 181403 +1814012212( 140 -41.09) 2cm4 =8771607 cm4

12、2（ 2） fEI c3.2510 100.087716Hz5.986Hz2l2mc220.21178.8992其中：mcG0.462625 103kgmkgmg9.81/1178.899/由于 1.5Hzf14Hz , 故可由下式计算：0.1767Inf0.01570.3005由此可得： 1+=1+0.3005=1.30053.2.2公路 - 级均布荷载 q K公路级车道荷载按照公路级车到荷载的0.75 倍采用，均布荷载标准值q K 和集中荷载 PK 为： q K =10.5 0.75KN/m=7.875KN/m计算弯矩时： PK =36018020.2 5 1800.75KN/m =180

13、.6KN/m505计算剪力是： PK =180.6 1.2=216.72KN/m按最不利方式布载可计算车道荷载影响线面积，计算过程见表5，其中 V1/2 的影响线面积取半跨布载为最不利，表 3.5公路 - 级车道荷载及其影响线面积计算表项目顶点位置q KP K0M1/2l/2处7.875180.651.005M1/4l/4处7.875180.638.25V1/2l/2处7.875216.7210.1V0支点处7.875216.722.525可变作用人群（每延米）荷载：q 人 =31KN/m=3KN/m93.2.3可变作用弯矩效应计算弯矩计算公式： M1q K0PK yk，由于只能布置两车道，则

14、车道荷载横向折减系数=1.0 ，计算跨中和L/4 处弯矩时，可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。表 3.6公路 - 级车道荷载产生的弯矩计算表梁号内力m1+q K0P Ky kMM1/ 20.522251.0055.05910.60891M1/ 40.522238.253.7875682.9362M1/ 20.46111.30057.87551.005180.65.05787.59982M1/ 40.461138.253.7875590.6822M1/ 20.451.0055.05683.38383M1/ 40.438.253.7875512.5225表 3

15、.7人群荷载产生的弯矩计算表梁号内力mq 人0MM1/20.644451.00598.54171M1/40.644438.2573.8990M1/20.4211350.564.57232M1/40.421137.8848.4245M1/20.450.561.20603M1/40.437.8845.9000永久作用设计值与可变作用设计值的分项系数为：10永久荷载作用分项系数：Gi1.2汽车荷载作用分项系数： Q 11.4人群荷载作用分项系数：Qj1.4基本组合公式如下：mn0 =1.0， c 0.80 Sud0gi SgikQ1 SQ1kcQj SQjk其中：i 1j 2表 3.8 弯矩基本组合

16、计算表梁号内力永久荷载人群荷载汽车荷载弯矩基本组合M1/ 21038.319097.6266883.29782631.20201M1/ 4778.662973.2296664.81771973.2730M1/ 21086.161763.7967779.94762478.35472M1/ 4814.541447.8538587.03081858.6402M1/ 21086.161760.6676.59732265.68213M1/ 4814.541445.456509.23781746.389183.2.4可变作用剪力效应计算在进行可变作用的剪力计算时，应计入横向分布系数沿主梁纵向桥跨方向的影响

17、。通常按如下方法处理：先按跨中的由等代荷载计算跨中剪力效应; 再用支点剪力荷载分布系数/ 并考虑支点至 l/4为直线变化来计算剪力效应。1） 跨中截面剪力 Vl / 2 的计算公式为： V m 1qk 0Pk yk表 3.9公路 - 级车道荷载产生的跨中剪力计算表Vl / 2梁号内力1+q K0PK剪力y k1vl / 20.52227.87588.89472vl / 20.46111.30057.8752.525216.7276.88640.5113vl / 20.47.87566.7127表 3.10人群荷载产生的剪力计算表梁号内力mq 人0剪力效应1vl / 20.64444.87832

18、vl / 20.422532.5253.19673vl / 20.43.03002） 支点处剪力 V0 的计算图 3.1汽车荷载产生的支点剪力效应计算图式12图 3.2人群荷载产生的支点剪力计算图式（单位：cm）在汽车荷载作用下，横向分布系数如图4 所示 , 支点处剪力计算如下：1 号梁：V0 =216.72 1.0 0.334+7.875 20.20.533 -110.5330.33420.2 11120.22120.5330.334 =110.82KN4212242 号梁：V0 =216.72 1.0 0.5+7.875 20.20.4611 110.5 0.4611 21220.2 11

19、120.20.50.4611 =156.43KN4212243 号梁：V0 =216.72 1.0 0.6389+7.875 20.20.4 0.7520.20.63890.4 x 1242+0.2520.20.63890.42 =174.66KN83在人群荷载作用下，横向分布系数如图5 所示，支点处剪力计算如下：1 号梁：V0 1人 = 0.520.2 0.6444 3+0.5 20.21.22220.6444311+0.5 41220.21.22220.64441=23.89KN43122 号梁：V02 人（20.21= 0.53.15 0.4211 30.8038+0.42110.5 3

20、3.15 0.42112230.1963 ）KN=8.3873KN3号梁： 0=（ 0.520.10.43-0.5 20.20.4 3 11-0.5 20.2 0.4V 3 人4124 3 1 ） KN=9.09KN123) 剪力效应基本组合nn基本组合公式为：0 Sud 0Gi SGikQ 1k SqikcQj SQjki1j2各分项系数和弯矩基本组合相同。13表 3.11 剪力效应节本组合表( 单位： KN)梁号内力永久荷载人群汽车荷载基本组合值V0205.8077223.89144.1214475.2651V1/ 204.878388.8947129.9163V0215.08158.38

21、73203.4372552.30372V1/ 203.196776.8864111.2213V0215.08159.09227.1453586.28203V1/ 203.0366.712796.7914第四章主梁截面设计、配筋及验算4.1主梁受力钢筋配置由弯矩基本组合计算表9 可以知道， 1 号梁 Md 最大，考虑到设计施工方便，并留有一定安全储备，故按1 号梁的弯矩进行配筋。设钢筋净保护层厚度为3cm，钢筋重心至底边距离为as =18cm，则主梁的有效截面高度为： h0 =h- as =140-18=122cm。已知 1 号梁跨中弯矩 Md =2578.22kN.m，下面判别主梁为第一类T

22、形截面或第二类T形截面：若满足 o M d f cd bf/ hf/（ ho1 hf/ ) ，则受压区全部位于翼缘内， 为第一类截面，2否则为第二类截面形式。式中 o为桥跨结构重要性系数，取为1.0 ； fcd 为混凝土轴心抗压强度设计值，故其值为 18.4MPa；T 形梁受弯构件翼缘计算跨度b/f 的确定 , 取下列三者中的最小值：1）按计算跨度 l 0 的 1/3 ： l 0 /3=2020/3=673cm142) 按相邻梁的平均间距： d=180cm3） b/f b+2bh +12h/f =(18+2x18+12x13)=210cm此处， b 为梁腹板宽度，其值为180cm， bh 为承

23、托长度，其值为81cm， h /f 为受压区翼缘悬出板的平均厚度， 其值为 13cm。由于 h /bh6/ 81 1/ 13.5 1/3，故，hbh =3hh =18cmhh 为承托根部厚度，其值为6cm。所以，取 b/f =180cm判别式左端：o M d =1.0x2631.2020=2631.2020kN.m判别式右端：f cd bf/ hf/（h o1 h f/ ) =18.4x 10 3 x1.8x0.13 （ 1.22-0.13 ）=4972.97KN.m22因此，受压区位于翼缘内，属于第一类T 形截面。应按宽度为 bf/ 的矩形截面进行正截面抗弯承载力计算。设混凝土截面受压区高度

24、为x , 则利用下式计算：=/（1o M df cd b fxho)2即 1.0 2631.2020=18.4 103 1.8 x （1.22- 1 x ） 2整理得 x2 -2.44 x +0.1589=0解得x =0.067m1.3m根据式子： ASf cd bf18.4x1.8x0.067cm2x =79.25f sd280选用 6 根直径为 36mm和 4 根直径为 28mm的 HRB335钢筋，则：2图 4.1钢筋布置图（单位：cm ）15钢筋布置图如图6 所示，钢筋的重心位置：as =asi yi =2（ 35.6 4.91+28.6 4.91+21 10.18+12.9 10.1

25、8+4.8 10.18 ）/(4asi 4.91+6 10.18)=17.57cmh0 =h- as =（140-17.57 ）=122.43cm查表可知，b =0.56 ，故 x =0.067m0.2%cm故配筋率b f ho180122.434.2 截面抗弯承载力验算按照截面实际配筋面积计算截面受压区高度x 为：满足规范要求。xf sd As=28080.71 cm=6.823cmf cd bf/18.4180截面抗弯 极限状态 承载力 为 ： M f c b/f x h0x=18.4 210 31.80.067 （1.2243 - 0.067 ）=2642.43kN.m2631.2020

26、kN.m 所以抗弯承载力满足要2求。4.3 斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算4.3.1斜截面抗剪承载力计算由表 11 剪力基本组合表可以知道，支点剪力以3 号梁为最大，考虑安全因素，一律采用 3 号梁的剪力值进行抗剪计算，跨中剪力以1 号梁为最大，一律以1 号梁的剪力值进行计算。Vd 0 =586.2820KNVd1 / 2 =129.9163KN假设最下排 2 根钢筋没有弯起而直接通过支点，则有：a=4.8cm， ho =h-a=140-4.8=135.2cm根据式：0.5110 3f cu,k bh 0 0.51 10 340 180 1352 784.96KN0Vd1.0583.27 58

27、6.2820KN端部抗剪截面尺寸满足要求。16若满足条件0Vd0.5 10 32f tdbho ，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0Vd1.0 583.2820 586.2820KN0.510 32 f td bh o0.5 10 3 1.0 1.65 180 1352 200.77KN因此， 0Vd 0.510 32 f td bh0 ，应进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。4.3.2弯起钢筋设计（1）最大剪力 Vd/ 取用距支座中心 h/2 处截面的数值， 其中混凝土与箍筋共同承担的剪力 VCS/ 不小于 60%Vd/ ，弯起钢筋（按 45弯起）承担剪力 Vsb/ 不大于

28、 40%Vd/ 。（2）计算第一排（从支座向跨中计算）弯起钢筋时，取用距支座中心h/2 处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。（ 3）计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋下面弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。弯起钢筋配置及计算图式如下图：图 4.2 弯起钢筋配置及计算图式（尺寸单位：mm）由内插法可得，距支座中心h/2 处的剪力效应 Vd 为Vd586.2820 129.916310.1 0.7129.9163KN=553.5173KN10.05则， Vcs0.6Vd =0.6 553.5173KN=332.1104KNVsb0.4Vd =0.4 553.5173KN=2

29、21.4069KN相应各排弯起钢筋的位置见图41 及承担的剪力值见于下表：17表 4.1弯起钢筋的位置与承担的剪力值计算表钢筋排次弯起钢筋距支座中心距离（ m）承担的剪力值（ KN）11.213221.406922.345197.62633.400144.78244.38294.51655.37849.372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力按下式计算：Vsb0.75 10 3 f sdsin s式中，f cd 弯起钢筋的抗拉设计强度（MPa）Asb 在一个弯起钢筋平面内弯起钢筋的总面积（mm2）s 弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角f sd =300MPa，s =45，所以各排

30、弯起钢筋的面积计算公式如下：oVsbVsbVsbAsb3 f sd sin s0.75 10 3300 sin450.148570.75 10计算得每排弯起钢筋的面积如下表：表 4.2每排弯起钢筋面积计算表每排弯起钢筋计算面积每排弯起钢筋实际面积弯起排数Asb （ mm2）弯起钢筋数目Asb （ mm2）11516.71812036.521358.79792036.531005.4015225983.24705.2985225983.25394.6813403.62在靠近跨中处，增设2 16 的辅助斜钢筋，面积为402.1mm18主筋弯起后持久状况承载力极限状态正截面承载力验算：计算每一弯起截面的抵抗弯矩时，由于钢筋根数不同，则钢筋的重心位置也不同，有效高度ho 的值也不同。为了简化计