桥梁课程设计设计文件

1、一、设计资料1 .主梁跨径和全长 标准跨径：Lb=20.00m （墩中心距离）计算跨径：L = 19.50m （支座中心距离）主梁全长 L'= 19.96m （主梁预制长度）2. 桥面净空净16+ 2 X 0.75 （人行道）+ 2X 0.25（栏杆）车道数：4车道，横向折减系数：Z =0.673. 设计荷载公路-I 级：qk=10.5 kN/m , p k =238 kN人群：qr = 3.5KN/m2冲击系数：二0.3安全等级：2级，结构重要性系数：丫 0= 1.04. 材料钢筋一一直径12mm时采用II级钢筋，其余采用I级钢筋。 混凝土一一主梁采用C40,人行道、栏杆及桥面铺装采

2、用 C25。混凝土力学指标表项目F ck(MPaFtk(MPaFcd(MPaFtd(MPa弹性模量E（MPa剪切模量G（MPa泊松比热膨胀 系数aC4026.82.418.41.6532500130000.20.00001钢筋力学指标表项目HRB335R235f sk (MPa335235f sd( MPa280195fsd'( MPa280195弹性模量Es （ MPa2000002000005 主梁结构尺寸m >4成桥阶段梁的横裁胃(JTG D62-2004)。设计依据1、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范2、公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)。二、设计内

3、容以下内容为4号主梁的设计计算过程。（一）主梁作用效应计算1）永久作用效应计算结构自重集度主梁gi=0.18 X 1.3+ 0.2X 0.08X 2+ (0.14+ 0.08)/2 X 0.71 X 2 X 24=10.1kN/m横 隔 梁中 主 梁rt 0.18+ 0.16g2 =(2 0.18 )X(1.11-0.08 讯0.14 0.08)X0.91 JxX5 X24 H9.5 =1.969kN/m边主梁1g2 = g2 =°.985kN / m2桥 面 铺 装 层g3 =卩02 X16 X23 +(0.06 +°.1； "16 忽4号主梁的横向分布系数:

4、1、计算梁端横向分布系数 方法：杠杆原理法1= 4.658kN/m栏杆和人行道g4 =5X2 *9=1.11kN/m合计中主梁g =10.1+1.969 + 4.658+1.11 =17.837kN/m边主梁g' =10.1 +0.985 +4.658 +1.11 =16.853kN /m4号主梁结构自重产生的内力梁端支点处1/4跨截面处跨中截面处剪力Q (kN)173.9186.960弯矩 M (kN/m)0635.86847.81公路一I级：m°q' n _ 1 0.35 0.12 = 2=0.725人群荷载：mor = n = 02、计算跨中横向分布系数方法：修

5、正偏心受压法宽跨比：B/L = 18/19.5 = 0.923 >0.5故需考虑主梁的抗扭刚度，因此用修正偏心受压法计算(1)截面重心位置截面计算示意图2 2ay(200 18 )X11 一2+ 130 X18 一2(200-18 )X11+ 130 X18=37.57 cm(2)截面抗弯惯性矩01274(200-18 )X113I 二121+(取:G=0.425E , E =1.021)+182 Xllx 37.57-11J8*30 + 18 X130&65-3 7.5)7、 2.丿 124=0.07135 m4(3) 截面抗扭惯性矩mI l 八 cbt；i J对主梁翼缘：11

6、1t=0.055 <1故取：C1=b 2003对主梁肋部：t0.18 =0.151C2=0.301b 1.1913Il = X113 X20G0. 3 0111 91 83 34=0.002976 m(4) 横向分布系数的折减系数121 1.021 X0.425 10.00297 一0.07135 1 器=0.9792(5) 跨中横向分布系数l.3n 1.9n4350.1804 0.17634/6' a- = 8262 42 22 0i丄=240_ 1 Q a 4n44 n十卩9、a2i =1=吉 0.9792 X-240 = 0.12741Q a 4 a 6n 46二 十 p飞

7、 Z a2i =1=j - 0.9792 X-240 = 0.09479荷载横向分布影响线的零点至4号梁位的距离x:x-40.0 94 7 9x " 0.1 2 7 4x = 15.627m影响线的零点至1号梁位的距离 X1=15.627+6 =21.627 m1号梁位处横向分布影响线的竖标值：2627 汇 0.1 274= 0.176315.627汽车荷载：4 Xf X 210-0.52.33.65.46.78.59.81 1.-12.-14.7=0.5717人群荷载:= 216270.5 O.1763= 0.180421.6273）汽车、人群作用效应计算4号主梁荷载横向分布系数何

8、载位置公路一I级人群何载计算方法跨中me0.57170.1804杠杆原理法支点mo0.7250修正偏心受压法均布荷载和内力影响线面积计算公路一I级中集中荷载计算计算弯矩效应是：Pk= 180 360 T8019.5-5= 238 kN/mIL 50 -5计算剪力效应是：Pk= 1.2X 238 = 285.6 kN/m根据规范，计算T梁时：冲击系数卩二0.3由图纸知，全桥设计车道为4车道，故取横向折减系数：Z =0.67计算公式:汽车荷载：S汽二 1 u ZmcqkmiPkW人群荷载：SA = mcqr Q主梁跨中截面及1/4跨截面处的弯矩和剪力截 面荷载类型qk or qr(kN/m )Pk

9、(kN)1 + umeZQ or yS (kN -m or kN)M I/2公路一I级10.52381.30.57170.6747.53370.91826.26P 4.875862.31人群3.50.180447.5330.0131.01M I/4公路一1级10.52381.30.57170.6735.648278.19619.673.656646.69人群3.50.180435.64822.5122.51Ql/4公路一1级10.5285.61.30.57250.675.48442.86135.54:0.75159.42人群3.50.17955.4843.453.45Ql/2公路一1级10.5

10、285.61.30.57170.672.4419.0483.860.5106.13人群3.50.18042.441.541.54Mo = 0梁端支点处的弯矩和剪力 由简支梁的受力性质可知: 支点处的剪力：4.9 E0.57170.7251 9.5 mC.1SO4Q均 =1.3 0.67 10.5 0.5717 9.75 4.9 0.725-0.5717 0.916 2=54.12 kNQ集= 1.3 0.67 0.725 285.6 1= 180.35 kN汽车荷载：Q0 = 54.12 180.35 二 234.47kN人群荷载；Q人二 3.519.5 0.1 804 2- 4.9 0.1

11、8 041.04 1 6 2=4.54 kN4号主梁内力组合序 号荷载类别弯矩 M (kN m)剪力Q (kN)0L/4L/20L/4L/2结构自重0635.86847.81173.9186.960汽车何载0619.67826.26234.47135.5383.86人群何载022.5130.014.543.451.54按承载能力极限状态组合（1.2X+1.4X +0.8X 1.4X ）01665.782207.75542.03297.96119.13按正常使用极限状态短期组合（+/1.3X 0.7+）01332.73按正常使用极限状态长期组合（+0.4X（/1.3+）01114.05按承载能力

12、极限状态设计时的控制内力：L/2 截面：M = 2207.75 kN m , Q = 119.13 kN 支点截面：Q = 542.03 kN（二）主梁截面配筋设计T梁受压翼缘有效宽度计算：a 按简支梁计算跨径的1/3考虑：19500/3 =6500 mmb、 按两梁平均间距考虑：2000 mmc、 按公式计算：bf 二b 20 12hf =180+12X 110 = 1500 mm1）T梁正截面设计、截面设计2 28（架立钢筋）iiimi122d3J4c566单位（mm）计算示意图 拟采用焊接钢筋骨架，故设as = 30+0.7h =30+0.7X 1300 =121 mm截面有效高度:h0

13、 = 1300 -121 = 1179 mm 判定T梁截面类型'rh；、f110、上Gbfhf h0 =18.4心500心10父 1179M0I 2 丿<2 '=3412.46 kN m > M (=2208 kN m)此截面属于第一类T形截面。 求受压区高度理'( x%Md 兰 Mu = fcdbfx he-I 2丿AfcdbfX 18.4 "500汇 70A fsd2802=6900 mm根据钢筋直径规格，梁受拉主筋采用：12 28截面面积As=7390 mm2 > 6900 mm2钢筋叠高层数为6层。混凝土保护层厚度取为：30 mm &

14、gt; d=28 mm及满足规范规定的30伽 的要求。钢筋间横向净距：Sn =180- 2X 30-2X 31.6=56.8 mm > 40 mm 及 1.25d=35 mm故满足构造要求。、截面复核已知设计受拉主筋面积：As=7390 mm2 , fsd = 280Mpa。由钢筋布置图求得as:as = 30 31.6 3 = 124.8mm : 125mm实际有效高度：h0=1300- 125 =1175 m 判定T形截面类型fcdbf h'f =18.4 1500 110 = 3.036kN mfsdAs =280 7390 =2.069kN mT fcdbf hf fsd

15、 As故此截面为第一类T形截面。 求受压区高度xfcd bf X = fsd AsfsdAs 280 7390Xrfcdbf18.4 1 500I=75 mm > hf (=110 mm) 正截面抗弯承载力(xMu = fcdbfX ho < 2丿=18.4X 1500X 75X( 1175- 75/2)=2355 kN m > 2208 kN m Mu 0M截面配筋率7390100% =3.5% 0.2%180 1175 'min故截面复核满足要求。2) T梁斜截面设计才 才计算剪力分配图(尺寸单位：mm，剪力单位：kN )腹筋设计 截面尺寸检查根据构造要求，梁最底

16、层钢筋 4生28通过支座截面，则支点截面有效高度：h°=1300( 30+31.6) =1238.4 mm0.51 10°、fckbh°= 0.51 10° .40 180 1238.4=719 kN >0Vd (=542 kN)截面尺寸符合设计要求。 检查是否需要根据计算配置箍筋跨中截面： 0.5 10 ftdbh0= 0.5 10“1.65 180 1175=174.49 kN支座截面： 0.5 10- ftdbh0= 0.5 10-1.65 180 1238.4=183.9 kN因 Vd/2（=119kN ）（0.5"0）ftdbh

17、c £%Vd,0（=542kN ），故可在 梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应按计算配置腹 筋。 计算剪力图分配由计算可知，在h =1297mm的长度区段内可按构造要求布置箍筋。 同时，根据规范规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高（h=1300 mm）范围内，箍筋的间距为 100mm。距支座中心线h/2处的计算剪力值V ：9750 650V542-119119=513.8 kN9750其中应由混凝土和箍筋共同承担计算剪力值V 的60%即：0.6V =308.28kN ;应由弯起钢筋（包括斜筋）承担计算剪力值V 的40%即：0.4V' =205.52kN，

18、设置弯起钢筋（包括斜筋）区 段的长度为4737 mm。 箍筋设计拟采用©8的双肢箍筋，则箍筋截面面积：入=2 50.3 = 1 0 06mm2计算支座截面和跨中截面的纵筋配筋率P和截面有效高度h0及其平均值：跨中截面：Pl/3.5 2.5，取 皿2=2.5 ;1175mm支座截面：p0 =1.1 ; h0 = 1238mm平均值：2.5 1.1p1.82厂 1175 1238h01206.5mm2箍筋间距Sv :2_ afa：（0.56 x 102 +0.6p hflAsvfsvbh；=1 汉1.12 汉（0.56汇 10° N2 +0.6 汉 1.8（40 汉100.6

19、汉195 汇180 汉 1206.52 =513.82 =257 mm取 Sv=250mm < h/2 (=650 mm)及 400 mm,满足规范要求。 箍筋配筋率：1 006sv 二瓦=1 80 250 1 0%=0.22% > 0.18% (满足要求)综上所述，在支座中心向跨径长度方向的1300 mm范围内设计箍筋间距Sv=100 mm，而后至跨中截面统一的箍筋间距取：Sv=250 mm 弯起钢筋及斜筋设计设架立钢筋为(HRB235)2 ©28，钢筋重心离主梁受压翼缘板上边缘距离：as =56mm 。弯起钢筋的弯起角为45°，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。

20、斜筋的弯起角同样为45°,其两端分别与主受拉钢筋和架立钢筋 焊接。弯起钢筋计算表弯起点1234Ahi (mm )1103107110401008距支座中心距离 xi (mm )1103217432144222分配的计算剪力值 Vsbi (kN )205.52188.87139.494.3需要的弯起面积人小(mm2 )13841252939635可提供弯筋面积 Abi (mm2 )1232(2 些8)123212321232弯筋与梁轴线 交点到支座中 心的距离1xUmm)552165527263766注：1、Ahi mm为弯起钢筋的弯起高度，即钢筋上下截面中心线距离。女口： Ah=13

21、00 - 30 31.6 2 56 31.6 1.5 =1103mm2、 Vsbi kN为弯起钢筋的计算剪力，按前一弯起点对应计算，Vsb1按h/2处对应计算，即：Vsbi = 205.52kN3、1333.33 VsbifsdSi n45°fsd = 280 Mpa1333.33 205.52280 0.7072=1384mm由计算表可知，弯起钢筋在梁端某一范围不足以满足斜截面的抗剪需求, 故须在梁上配制足够强度的斜筋。在满足正截面抗弯承载力和规范的要求下，对弯起钢筋和斜筋进行了重 新布置，如下图：跨M800 800 800 80072=9750N7: 32，N8: 28, N9:

22、 -25，N10: 20，N11: 32梁弯起钢筋和斜筋设计布置图（尺寸单位： mm斜截面抗剪承载力复核 示例：距支座中心h/2处斜截面抗剪承载力计算示意图（尺寸单位：mm） 选定斜截面顶点位置假设斜截面投影长度 C = h= 1238 mm。则得选择的斜截面顶端位置A，其横坐标：x = 9750-650-1238 = 7862mm 抗剪承载力复核A处正截面上的剪力 Vx及相应的弯矩Mx计算如下:Vx 二V/2 Vo V/2= 119542-119 2 786 460kN19500= 2207尸2 X4 汉 786221195002-772kN mA处正截面有效高度:ho = 1222 mm广

23、义剪跨比：m二Mx772=1.37 ： 3Vxho460 1.222斜截面投影长度：C=O.6mh0=O.6 1.7 1.222斜角：=1 m < 1.238 m:=tan，h0 c = ta n* 1.222.1=50.7°斜截面内纵向受拉主筋有428,相应的主筋配筋率:b 1 00bh°1 00 24 6 3i,;:：2.51801238取1.1箍筋配筋率:（取 & = 250mm ）svbSv100.6100% = 0.22% 二=0.18% 180x250与斜截面相交的弯起钢筋有 2N7 （2圭32）、2N4 （2空28）Vu二网2&30.45

24、 10bh。：20.6pfcu,kfsv0.7510”fsAsdSin &=1 1 1.1 0.45 10" 180 1222. 2 0.6 1.1400.22% 1 9 50.75 10”280 1 608 1232 0.7 0 7= 714.2kN Vx =460kN故距支座中心为h/2处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。 其余截面用类似的方法验算，得下表：斜截面抗剪承载力计算表斜截面XiCXXVXMOhmCpSv p100983212600JL727222.37111472-O53800322742833O12228 £1141 -100563502221002

25、260630627821 O687364O56622282543251062653185686365O7550624544819019 £4279646062146439981726957901O76230 O217578096从表中计算数据可以看出，每个斜截面的抗剪承载力都符合要求。3）其它钢筋设计因梁高h=1300mm为防止梁纵向水平收缩裂缝和梁整体刚度的考虑: 故在梁两腰处设置水平分布钢筋，HRB335 2_ 20 。（三）主梁的变形及裂缝计算 梁跨中挠度及预拱度计算C40 混凝土弹性模量：Ec = 3.25X 104 Mpa5U级钢筋弹性模量：Es =2X 10 Mpa截面换

26、算系数： es二空二3.25 150 =6.154Ec2x10在进行梁变形计算时，应取梁与相邻梁横向连接后截面的全宽度受 压翼板计算：即 bf = 2000mm; hf = 110mm T梁换算截面的惯性矩Icr和I。计算a判断T梁开裂截面类型1 2bfX 二 EsAs ho -x21 2-2000 x2 =6.15 73901 1 75xX245.4x -5 3 4 0=20解得合适解：x = 210mm hf = 110mm此截面为第二类T形截面。b、1"和丨0的计算:EsAs b'f -b h'fA =-b=6.15 73902000-180 110 _ 136

27、5- 180 -c 2GEsAsh°+（bf bhf 2B 二-b_ 2 6.15 7390 11752000 -1801102180= 715699.86开裂截面受压区高度：xA2 B - Ah；13652 715699.86 -1365开裂截面的换算截面惯性矩Icr为：151.5475 "015'3bfxI fcr''3bf_bhf : EsAshx2332000 241 - 2000 -180241 一1106.15 7390 1175 -241 2154= 4.7615 10 mmT梁全截面换算截面面积：A =bh b； -b hf ： es

28、 -1 A=180 13002000-1801106.15 -17 3902= 472258.5mm全截面换算截面受压区高度：申 bh2 寺 bf -b hf；寥es -1 Ashx 二Aq1 180 22000 -1801105.15 73901 1 75=440mm全截面换算截面惯性矩I。:"gbh3 bhx Ebbh；bbhfhfx-一2丿1 180 13003 180 130012130022 1-44012110 YI23.(2000180/110 +(2000 180110 江 440 5.15 73901175 -440 2计算开裂构件的抗剪刚度全截面抗剪刚度:Bo =

29、O.95EJo410154= 0.95 3.25 109.3711 10=2.8933 10 mm开裂截面抗剪刚度:Bcr- Ec I cr= 3.25 104 4.7615 1O10 =1.5475 1015mm4全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩:W。 I0h x109.3711 10831.09 10 mm1300 440全截面换算截面面积矩：1 ' 2 V '' 2S0 bfXbf -b x-hf2 2=1 2000440-12 0 0 01 8 0 4401 1 69.45 107mm3塑性影响系数:= -2So2.8933 “015*453.61 丄，+

30、1一VI322.73 丿453.61 2<1322.73；、.2.89330WoC3 二1152= 1.6371 10 N mm 主梁跨中截面的长期挠度值对C40混凝土，挠度长期增长系数-1.45。受弯构件在使用阶段跨中截面的长期挠度值:51322.73 106 195002481.6371 10151.446.4mm在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值:WgMgL248B6 25847.81 101950015481.6371 101.45 二 29.7mm按可变荷载频遇值计算的长期挠度值:Wq 二Wi -Wg ：=33mm2a b=24 18=43Cm故符合规范要求。 预拱度设置 在

31、荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下主梁跨中处产生 的长期挠度为w =46mm 12mm，故需设置预拱度。16001预拱度：二WgWq21=3017 = 42mm2主梁跨中截面处的预拱度为 42m m,沿梁长按二次抛物线设置。 梁裂缝宽度验算荷载短期效应组合弯矩:Ms =1322.73kN m系数：因采用带肋钢筋，故：01C2 =10.5 =1 0.5 1114.05 =1.42M s1322.73荷载长期效应组合弯矩:Ml =1114.05kN m钢筋应力二ssJ ssMs0.87 h° As6= 175.1M p a1322.73 100.87 1175 7390换算直径d

32、:由于主梁骨架为焊接钢筋骨架故 d =1.3 x 28 = 36.4mm 纵向受拉钢筋配筋率：As7390bh0 一 180 1175= 0.0350.02取：t =0.02最大裂缝宽度:«JCCWfk = C1C2C3 Es30+d0.28 + 10P 丿175 1=1 1.42 152"030+36.4I10.28 + 10 7.02 丿=0.17mm ： Wf ' 0.2mm故满足规范要求。（四）主梁支座设计支座形式：板式橡胶支座设计计算已知：支座压力标准值 恵=412.92kN，其中由结构自重引起的反力标准值Rck =173.91kN，由公路一I级和人群荷载

33、引起的支座反力标准值分别为234.47kN和4.54kN。由公路一1级和人群荷载 p= 3.5kN /m2作用下产生的跨中挠度f = 1.7cm。假设主梁的设计计算温差 At 30C确定支座平面尺寸 选定支座的平面尺寸：采用中间层橡胶片厚度t = 0.5cm 计算支座的平面形状系数：abS2t a b18x242 0.518 24= 10.3 8橡胶支座的平均容许应力-10000kpa计算橡胶支座的弹性模量：Ej =5.4GeS25.4 1 10.32 =5729M p a验算橡胶支座的承压强度:Rckab9 55kpaL_J（验算合格）0.247.18 确定支座厚度主梁的计算温差为 = 30

34、°C，温度变形由梁两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移 Ag:1 g = tl21_510 30 1950 24 = 0.2961cm计算汽车荷载制动力Ht :按规范规定，对于19.5m桥跨，一个设计车道上公路一I级车道 荷载总量为：10.5 19.5 238 二 442.75kN。则其制动力标准值为 442.75 10%=44.3kN，但规范规定，其 制动力不的小于90 kN。经比较，取总制动力：Ht =90kN九根梁共18个支座，则每一个支座承受的水平力: 经比选，确定采用4层薄钢板和5层橡胶片组成的支座，上、下层橡 胶片厚0.25cm，中间层0.5 cm，薄钢板厚0.2 c

35、m。90 =5kN18确定需要的橡胶片总厚度te :te_2 ：g=2 0.2961= 0.592cm0.29615000二 0.461cm0.7 2Geab 0.7 2 100 18 24规范规定：te 乞0.2a =0.2 2 4.8cm则：橡胶片总厚度 a t=3 0.5 2 0.25=2cm 0.592cmM ： 4.8cm支座总厚度h 八 t 4 0.2 二 2.8cm 验算支座的偏转情况 支座平均压缩变形:Rckt e Rckt eabEe abEb413 0.02413 0.02+0.24 0.18 573 0.24 0.18 2000 =0.43mm ： 0.07te = 1.

36、4mm满足规范要求 梁端转角二:16f5l16 1.75 1950-2.8 10rad验算偏转情况:0.43mm2.4 2.8 102=0.336mm（合格）故支座偏转验算满足规范要求 验算支座的抗滑稳定性 由温度变化引起的水平力：Ht0.2961-18 24 1006.4kN2验算滑移稳定性：讥k N p,min)=0.3汇 174+汽234 !=87.3kN1.4Ht Fbk =1.4 6.4 5=13.96kN 87.3kN13.96kN 合格以及：Ng =0.3 174 = 52.2kN1.4Ht = 89.6kN故支座抗滑稳定性满足规范要求。综上所述，主梁采用4层薄钢板和5层橡胶片组成的支座，上、下层橡 胶片厚0.25cm，中间层0.5 cm，薄钢板厚0.2 cm。（五）主梁结构构造图见附件1。四、参考资料桥梁工程（第2版）邵旭东，武汉理工大学出版社 结构设计原理（第二版），叶见曙，人民交通出版社。 桥梁工程，姚