合肥工业大学桥梁工程课程设计

1、课程设计设计题目装配式钢筋混凝土简支板桥学生姓名陈程2QA口-一学号2012217850专业班级土木5班指导教师汪避20162016年1 1月1313口1 .基本设计资料11.1设计资料11.2设计依据：12构造形式及截面尺寸22.1.构造布置：23板的毛横截面几何特性计算33.1预制板的截面几何特性：34主梁内力计算64.1永久作用效应计算64.2可变作用效应计算84.3作用效应组合185.持久状况承载力极限状态下截面设计、配筋与验算195.1配置主筋195.2持久状况截面承载能力极限状态计算215.3斜截面抗弯承载力计算225.4箍筋设计275.5斜截面抗剪承载力验算265.6持久状况斜截

2、面抗弯极限承载力验算296持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算297持久状况正常使用极限状态下的挠度验算318支座设计349桥墩桥台设计351 1. .基本设计资料1.1设计资料1 1).桥面跨径及桥面净宽根据该跨桥梁的方案比选，且该河流无通航要求，并根据公路桥涵设计通用规范第1.3.2条的新建桥梁标准跨径的要求，方案确定为标准跨径13米的钢筋混凝土空心简支板。主梁全长：标准跨径Lb=13m。计算跨径：根据公路桥涵设计通用规范第1.3.2条的规定，板的计算跨径取相邻两支承中心的距离，本桥取为12.6米。桥面宽度：根据公路桥涵设计通用规范确定桥面宽度为：净-7m+2父0.75m。2 2).设

3、计荷载：荷载等级：公路-n级，人群荷载3.0kN/m2o3.材料钢筋：主钢筋用HRB335钢筋，其他钢筋用R235钢筋混凝土：C404 .地形、地质条件桥址处在河道标高为0.0米；桥头路面标高为7.5米；河道边坡为1:2;相应标准跨径Lb=13m,河底宽B=60m。(如图1所示)桥址处4.0m高程以上为耕植土，4.0m高程以下为亚粘土，其基本承载力为200kpa,内摩擦角为20:5 .该河道无通航要求；设计洪水位为5.5m。1.2设计依据:(1).公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2015);(2).公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ062-2012)(3).结构设计原理第二版

4、人民交通出版社;(4).桥梁工程合肥工业大学出版社；(5).公路工程技术标准(JTGB01-2014);2 2构造形式及截面尺寸2.1.构造布置：1.板桥纵断面：由河面宽度及深度，采用等跨桥跨结构，全桥分七孔，每孔跨径分别为桥上纵坡为定2%,桥头引道纵坡为3%。如图2所示j3。 口口4咽41：加二小二泊儿$皿叩斗匚打刀小口工匚图2纵断面示意图2.板桥横断面：参考我国交通部制定的跨径613m空心板的标准图板厚的取值为0.40.8m,本设计板厚取0.7m,并采用空心截面以减轻结构的自重。采用装配法施工，即先预制，后吊装的方法。根据施工现象的吊装能力，预制板宽为0.99m。具体尺寸见下图图3横断面示

5、意图3.板梁尺寸：根据施工现场的吊装能力，预制板宽1.24m,其余尺寸见下图13米标准跨径。图4板梁尺寸示意图3 3板的毛横截面几何特性计算3.1预制板的摩面.何特性：1J/1图5横截面特性计算分块示意图(1)、补上挖空部分以后得到的截面，其几何特性为：面积Ab=12470=8680cm2重心至截面上缘的距离yi=35cm对上缘的面积矩：Sb=Abyi=868035=303800cm3(2)、各挖空分块的几何特性列表计算，见表1,本例仅对挖空部分分块并编号。由于预制横断面的对称性，分块面积也对称，为了便于下面计算，表1中各挖空分块几何特性均为左右两部分之和。表1横截面特性计算表分块号/2、A(

6、cm)Yi(cm)Si(cm3)bi(cm),4Ii(cm)Il=Ii+Ab；155027.5151258.27138645.83176216.92291934.774.510881.98315637.758761.923434.6723998.7842556.71416.6720.934.7210956.6653400351190000.77615778.67617768合计4140141426.67839823.052A=5父55M2=550cm2A2=3321/2=9cm2A=35221/2=156cmA4=551/22-25cm2A=7648-1281/24-3400cm2面积Am=8

7、680-4140=4540cm2对上缘面积矩Sm=303800-141426.67=162373.33Dm3毛截面重心至梁顶的距离：Sm=16237333=35.77cmAm45403bh12_355564=138645.83cmbh3333=2=36184=4.5cmbh33635334=23434.67cm18bh35533618434.72cmbh12-4bh36一一476461231283364=615778.67cm由各划分截面重心与毛截面重心的距离b=ys-y.且各划分截面对重心的惯性矩Ilinlj-Ab：计算可得I/=176216.92cm4ll2-10881.98cm444ll

8、3-23998.78cm4114,-10956.66cm4ll5-617768.70cm4I-I/I/I/1|5=839823.05川对毛截面行心惯性矩：一一31247024Im=-8680(35.77-35)-839823.05=2709590.72cm12抗扭惯性矩IT的计算IT在进行空心板抗弯惯性矩计算时，可将截面简化为如图中虚线所示的薄壁箱型截面计算，并略去中间肋桥。计算公式为图6抗扭惯性矩简化计算图4b2h24(124-24)2(70-12)2112h11b(1-)2h(124-24)()2(70-12)/24t1t2t31212=6258604.7cm44 4主梁内力计算4.1永久

9、作用效应计算分别考虑预制板自重（一期荷载）和湿接缝、桥面铺装、人行道、栏杆等（二期荷载）重力集度。（1）、空心板自重gi（一期恒载）_4,gi=A25=45401025=11.35kn/m（2）、桥面系自重g2及较缝重（二期恒载）本设计人行道和栏杆自重线密度按单侧8kN/m计算；桥面铺装上层采用0.08m厚沥青混凝土，下层采用0.10m厚C40混凝土。则全桥宽铺装层每延米重力为：a.桥面铺装：全桥宽铺每延米总重0.12370.11257=30.1kn/mb、栏杆每每延米总重8（0.752）-12kn/mg2=（30.112）/6=7.017kn/m（3）、较缝重自重计算.八八八八八八八1/=1

10、7055523323522552222一一一一一一一270550915625=810cm镀缝重度：g3=81010425=2.025kn/m由上计算可得空心板每延米总重力为：G1=A25=4540M10MM25=11.35kn/m（一期结构自重）G2=g2+g3=7.017+2.2025=9.0417kn/m（二期结构自重）G=G1G2=9.041711.35=20.392kn/m永久作用效应结果见表2见下表：表2简直空心板永久作用效应计算表项目作用(kn/m)计算跨径(m)弯矢巨M(kn/m)剪力Q(kn)跨中1跨4支点1跨4g111.3512.6225.24168.93171.5135.7

11、2g27.01712.6139.246104.43444.2121.102g32.02512.640.18630.14012.766.38合计20.39212.6367.84274.37128.4764.23附：上表计算公式M=gx(l-x)M中=g-Ml=3g28432八gi八gigiQ=gxQ支=一Ql=22443.2可变作用效应计算汽车荷载采用公路n级荷载，它由车道荷载及车辆荷载组成。桥规4.3.1规定,汽车荷载由车和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载。公路n级车道荷载均布荷载标准值为qk=10.50.75=7.875kn/

12、m集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，R=135kn;桥梁计算跨径等于或者大于50m时，R=270kN;桥梁计算跨径在5m50m之间时，Pk值采用直线内插求得。本桥单跨计算跨径为12.6m,则集中荷载标准值为270-135kNkLS0-5计算剪力效应时，集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数，即计算剪力时Pk=1.2R=256.68kN。(1).汽车荷载冲击系数计算桥规规定，汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准乘以冲击系数基频f的不同而不同，对于简支板桥当f1.5Hz时，然=0.05;当1.5Hzf14Hz时，N=0.45。由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(以下

13、简称公预规)查得C40混凝土的弹性模量E=3.25父104MPa,代入公式得:则N=0.17671nf-0.0157=0.3134则1+N=1.3134按桥规规定车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个重大影响线峰值处。考虑多车道折减，每幅桥面设双车道，按桥规双车道折减系数E=1.0。(2).汽车荷载横向分布系数计算空心板跨中和l/4处的荷载横向分布系数按较接板发计算，支点处按杠杆原理计算。支点至l/4点之间的荷载横向分布系数按直线内插求得。1)跨中及l/4处的荷载横向分布系数计算空心板的刚度参数丫：vn2EI%,I%y5.84

14、GITlJIT22mm钢筋间距：1240-235-1825.1Sn二二42mm17sn=42mm.40mm及1.25d=1.2522=27.5故满足构造要求。25.1as=35+=47.55mm,Was=48mm2则有效高度：h0=700-48=652mm.最小配筋计算:45lIcd.V45xl：65=0.265即配筋率应不小于0.265%,且不应小于0.2%。故fsd280Pmin=0.265%。实际配筋率:Am6842、2=1.507%.:min=0.244%1240652105.2持久状况截面承载能力极限状态计算2设计的受拉钢筋中，18根直径为22的面积人=6842mm,fsd=280M

15、Pa,as=48mm。则实际有效高度h0=70048=652mm。a判定T形截面类型fcdbfhf=18.41240116.90=2667298Nm=2.667KNmcfsdAs=2806842V19158688Nm由于fcdbfhffsdA.,故为第一类T形截面。b求受压区高度x,-A-II 一由式fcdbfx=fsdAs求得x,即fsdA2806842x=83.97mm：hf=116.90mmfcdbf18.41240c正截面极限抗弯承载力Mu=Qbfxx1|=18.4父1240M83.97父6522JVd,0=525.94KN故截面尺寸符合设计要求。b检查是否符合需要根据计算配置斜筋根据

16、？公桥规？第5.2.10条,在进行受弯构件斜截面抗剪承载力配筋设计时，若满足式(5.2.10)条件:VdH0.510d2的可以不进行斜截面抗剪承载力计算，仅按构造要求配置钢筋即可Vd-524.69KN0.510”ftdbh0=0.51041.65520.68652.45-280.27KN对于板式构件，上式右边计算值可乘以1.25的提高倍数。则1.250.510“ftdbh0=350.337KN斜筋排次弯起钢筋距离支座中心距离10.6049米斜筋排次弯起钢筋距离支座中心20%3力6941.43493127承担剪力值KN146.5998626因0Vd=472.226KN1.250.510，bho=

17、350.337KN故需要进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。C、斜截面配筋的计算图式：1）最大剪力Vd;取用距支座中心h/2（梁高一半）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度弯起）承担的剪力Vsd不大于40%乂。2）计算第一排（从支座向中计算）弯起钢筋时，取用距离前支座中心h/2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，取用前一排弯起筋面弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。内插可得，距支座中心h/2处的剪力效应Vd为,-V07/2（l/2-h/2）+2J52”。一改87）+90.87=500.594KN其中应由l

18、/212600/2混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为Vcs=0.6V=300.356KN；应由弯起钢筋（斜筋）承担的剪力值最多Vsd=0.4V=200.238KN图14弯起钢筋配置及计算图式表7弯起钢筋的位置及承担的简历计算值承担剪力值KN20.8949米183.459774751.7049128.828119231.1649米164.371605961.9749111.05637582x男力计算公式Vx=V2 0-力2)1(2)各排弯起钢筋的计算：与斜筋面相交的弯起钢筋的抗弯承载能力按公桥规第计算得每排弯起钢筋的面积见表8表8弯起钢筋面积计算表弯起排次每排弯起筋计算囿积弯起数目实际弯起面积1

19、1008.534B221520.532924.034B221520.533827.884B221520.534738.374B221520.535648.864B221520.536559.354B221520.53(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：由于主筋只有靠近支座的一排钢筋弯起，故只需验算该排钢筋弯起点的正截面承载力o4B22钥筋的抵抗弯矩M,近似计算为X3M1=4fsAs1(h0-)=4280106082102跨中截面的抵抗弯矩为寸.x30.08399“M=fcdbfx(h0-)=18.41031.240.08397(0.652-)=1168.71kn.m22第

20、一排钢筋弯起点处的正截面承载力力：MJ=1168.71415.54=?kNm,W该处的弯矩设计值通过内插可求得：Md=188.54kN.m故第一排钢筋弯起点处的正截面承载力满足要求，见图155.2.7条中式(527-3)计算。Vsb=0.7510fsdA5bsin%Asb-0.7510fsdsinus乂0.08397(0.652-)=415.54kn.m图15正截面承载力验算5.4箍筋设计根据公桥规第5.2.11条，预先选择箍筋种类和直径，可按下式计算箍筋间距：aM0.5610上20.6P匕卜AsvfsJbh；&二V-379.91mm式中：a1一异号弯矩影响系数，本例取现=1.0a3一斜截面内

21、纵向受拉钢筋的配筋百分率人丫一同一箍筋的总截面面积（mm2）ifsv一箍筋的抗拉强度设计值，选用HRB335箍筋，则fsv=280MPa;b一用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的梁腹宽度（mm）;A一用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的有效高度（mm）;V用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值确定箍筋间距Sv的设计值沿应考虑公路桥规的构造要求。若箍筋计算值取8V=300mm1h=350及400mm,是满足规范要求。但采用*10双肢箍筋，箍筋配筋率2-A、，157一匕=叱=0.0803%0.12%,取Sv=100mm计算箍筋配筋率652200一157sv=0.241%0.18%,均满足最小配筋配筋率要求。65

22、21000=100mm,尔后至跨中截面统一的箍筋间距取0=200mm。5.5斜截面抗剪承载力验算公桥规第5.2.6条规定，进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复核时，其复核位置应按下列规定采用：(1)距支座中心h/2(梁高一半)处截面。(2)受拉区弯起钢筋弯起点处截面。(3)锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面。(4)箍筋数量或间距有改变处的截面。(5)构件腹板宽度改变处的截面。因此，本算例要进行斜截面抗剪强度验算的截面包括(见图)；(1)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=524.695KN.Md=111.408kn.m。(2)距支座中心0.6049m处的截面2-2

23、(第一排弯起钢筋弯起点)，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd=483.04KN.Md=188.539kn.m。(3)距支座中心1.8m处的截面3-3(箍筋间距变化处)，相应的剪力和弯矩设计值分别为Vd=400.75KN.Md=505.137kn.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。在计算出斜截面水平投影长度C值后，最大剪力可内插求得，相应的弯矩可按比例绘制的弯矩图上量取。受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为0VdMVsbVw=0.7510FdAsin%Vcs-1：30.4510”bh0.(20.6P).圣：

24、vfsv式中：Vcs一斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力(kN);综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的1.8m范围内，设计箍筋间距乂b一与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪能力(kN);Asb一斜截面内在同一弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积(mm2);叫一异号弯矩影响系数，简支梁取为1.0;汽3一受压翼缘的影响系数，取为1.1；VCs箍筋的配筋率，Psv=Asv/(Svb)。根据公桥规式(5.2.8)，计算斜截面水平投影长度C为：C=0.6mg式中：Vcs一斜截面受压端正截面处的广义剪跨比，m=Md/(Vdho),m3.0时，取m=3.0;Vcs通过斜截面受压端正截面内由使用荷载产生的最大剪力

25、组合设计值(kN);Ms一相应于上述最大剪力时的弯矩组合设计值(kN.m);Vcs通过斜截面受压区顶端正截面上的有效高度，自受拉纵向主钢筋的合力点至受压边缘的距离(mm)。为了简化计算，可近似取C值为：C定、(ho可采用平均值)，则有C=35.5mm。由C值可内插求得各个截面顶端处的最大剪力和相应的弯矩。斜截面1-1:斜截面内8根纵向受拉钢筋，则纵向受拉钢筋的配筋百分率为：-5322P=100：-=100=1.568652520.68:sv=Asv/(Svb)=157100%/(100520.68)=0.3015%Vcs1=1.01.10.45104520.68652.(20.61.568)4

26、00.3015%280-655.886kn截割2组弯起钢筋4B22+4B22,故.3_、,Vsb1=0.7510280(15212)sin45=543.57knVcs1Vsb1=655.886543.57=1209.460kn524.7Ckn斜截面2-2:纵向受拉钢筋的配筋百分率为5322P=100：；=100=1.568652520.68：sv-Asv/(Svb)-157100%/(100520.68)=0.3015%Vcs2=1.01.10.4510，520.68652.(20.61.568),400.3015%280=655.886kn截割2组弯起钢筋4B22+4B22,注意第三排弯起钢

27、筋4B22虽与2-2截面相交，但由于其交点靠近受压区边缘，其实际开裂斜截面可能不与第三排4B22相交，故近似忽略骑抗剪承载力贡献。_，_3,Vsb1=0.7510280(15212)sin45=543.57knVcs1Vsb1-655.886543.57-1209.460kn524.7Ckn斜截面3-3(箍筋间距变化处)：纵向受拉钢筋的配筋率为P=100：；=1006842-=2.016652520.68:sv=Av/(Svb)=157100%/(200520.68)=0.151%Vcs3=1.01.10.4510，520.68652(20.62.016)400.151%280=491.90k

28、n5.6持久状况斜截面抗弯极限承载力验算钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载力不足而破坏的原因，主要是由于受拉区纵向钢筋锚固不好或弯起钢筋位置不当而造成。故当受弯构件的纵向钢筋和箍筋满足公桥规中的构造要求时，可不进行斜截面抗弯承载力计算。6 6持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算根据公桥规第6.4.3条，最大裂缝宽度可按下式计算：cd=C1c2c1()Es0.301.4：le式中.G一钢筋表面形状系数，取C1=1.0;C2长期效应影响系数，长期荷载作用时，C2=1+0.5N1/N2,N1和N2分别为按作用效应准永久组合和作用效应频遇组奋计算的内力值；C3一与构件受力性质有关的系数，当为钢筋混凝

29、土板式受弯构件时，取C3=1.15；d一纵向受拉钢筋直径，d=22mmiC混凝土保护层厚度，取c=30_;Re一级向受拉钢筋的有效配筋率，对钢筋混凝土构件，当Ple0.1时，取ple=0.1；当ple0.01时，取Re=0.01;Es一钢筋的弹性模量，对HRB335钢筋，Es=2x105Mpa;A；一受拉区纵向受拉钢筋截面面积（mm2）;Ae一有效受拉混凝土截面面积（mm2）:对受弯构件，取2asb,as为受拉钢筋重心至受拉区边缘的距离，b为受拉区有效翼缘宽度；仃ss一作用效应频遇组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋的应力，按公桥规第6.4.4条的规定计算Ms二ss二-0.87Ah。Ms按作用效应频

30、遇组合计算的弯矩值（kNm）。按照前面计算，取最不利荷载的1号板的跨中弯矩效应进行组合：作用效应频遇组合mnMs=SGik,-1Qik?，qjQjk）=MG0.7MQ1k0.4MQ2ki1j=2WfkleAs院=404.670.7286.790.417.5=612.43KN.m上式中，MQ1k为汽车荷载效应（不含冲击）的标准值；MQ2k为人群荷载效应的标准值。作用效应准永久组合mnMi-SQGk-M）=MG0.4MQik0.4MQ2ki1j4=404.670.4286.790.417.5=526.39KN.m受拉钢筋在作用效应频遇组合作用下的应力为C2-10.5N1/N2-10.5526.39

31、/612.43=1.430把以上数据代入公式（I类环境）得15.781042235Wfk=1.11.4301.158-()=0.194mmhf=11.7cm,故假设正确。I可计算开裂截面换算截面惯性矩Icr为CI2bfxbf-bx-hf294Icr=-3ESASh0-x=9.3155410mm33全截面抗弯刚度：_4_9_14B0=0.95ECI0=0.953.251042.709109=8.365810Nmm0C0开裂截面抗弯刚度：_4_9_14Bcr-ECIcr=3.251049.31554109=3.02810NmmB。/二一/%21cmcr+1mcrBQms)ms)Bcr8.365910142.3086父1082+1_2.3086又108；18.3659父10141243M108,日飞.1243M108)3.0276M1014=3.04491014Nmm2根据上述计算结果，结构跨中由自重产生的弯矩为MG=404.67KN.M公路-II级可变车道荷载qk=7.875kn/m,R=213.9kn,跨中横向分布系数“=0.3455.人群荷载=2.265mm=0.951mm式中，中为作用效应频遇组合的频遇值系数，对汽车中=0.7,对人群甲=1.0。根据公桥规第6.5.3条规定，受弯构件在