三跨一联简支转连续桥梁设计及计-算说明书课程设计

桥梁工程课程设计三跨一联简支转连续桥梁设计及计算说明书指导教师：姓名：学号：设计要求1连续梁桥设计要求1.1桥跨布置跨径布置选取3×L(m)，梁高H=2m，桥宽B=25m。其中，L标准跨径，L=27.7m。1.2主要技术标准(1)桥梁荷载标准：公路-I级(2)桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。(3)桥面横坡：1.5%(4)设计基准期：100年(5)抗震设计标准桥梁抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度峰值为0.10g，设计地震分组为第一组，反应谱特征周期为0.35s。（6）桥梁设计安全等级：一级（7）防撞等级：①桥侧防撞护栏等级为SS级；②中央分隔墩防撞护栏为级。1.3采用的主要规范与标准课程设计主要参考的设计规范与标准：（1）《工程结构可靠度设计统一标准》（GB-/T50283-1999）；（2）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简称《通规》；《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2004）；《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），简称《公 预规》；《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2004）；《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）；《公路交通安全设施设计细则》（JTG/TD81-2006）；（9）《公路桥梁伸缩缝装置》（JT/T327-2004）；（10）《公路桥梁盆式橡胶支座》（JT391-1999）；（11）《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T529-2004）；（12）《工程建设标准强制性条文公路工程部分》建设部2002；（13）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）。结构布置与尺寸拟定2.1.桥型确定根据要求，桥为三跨一联连续梁桥，跨径为3×27.7m，在满足要求的前提下，为了便于设计与施工，主梁采用等截面箱梁。箱梁由于顶板和地板面积均较大，能抵抗连续梁桥的正负弯矩；箱形截面闭合，具有较好的抵抗扭矩的性能；另外，箱梁整体性能好，截面效率指标高，故本设计采用箱梁，主梁选用单箱单室箱梁。2.2.桥垮结构设计跨径设计：采用三等跨设计，每单跨标准跨径为27.7m。完成体系转换后，中跨计算跨径即为27.7m，边跨计算跨径理论为27.2m，计算中仍以27.7m计算；预制的主梁施工初期安装在临时支座上，预制箱梁梁长27.7m，中墩临时支座中心线距桥墩中心线0.5m，施工阶段简支梁计算跨径为26.7m。如图：体系转换前桥跨结构计算简图成桥后桥垮结构计算简图2.3桥面布置与构造：车道布置：分车道布置，采用分离式主梁。桥面横坡：采用坡度为1.5%的单向路拱设计。桥面铺装：由下向上分别布置8cm厚C40钢筋混凝土调平层、10cm厚沥青混凝土桥面铺装。护栏：车道右侧采用RC防撞护栏，左侧采用钢护栏。2.4横断面设计：2.4.1桥宽设计：设计道路等级为公路I级，根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）要求，单车道宽度选定为3.75m，右侧路肩宽度选定为0.5m，则桥面行车道净宽为11.75m。左右两侧护栏宽度分别为左0.5m，中央分隔带护栏宽为0.5m。考虑钢筋混凝土箱梁肋间距通常不宜超过2.5-3.0m，横截面选用四个等截面单室主梁。2.4.2主梁尺寸设计底板：对于连续梁跨中箱型截面，底板厚度一般为20-25厘米，不应小于板净跨 径的1/30，且不应小于200毫米，故跨中取20厘米；对于支点处截面一般 为梁高的1/10-1/12，取支点处底板厚度为32厘米。腹板：腹板厚度不应小于14厘米。有预应力束管道布设通过时采用20-30厘米， 有预应力束锚固时采用35厘米左右，参考已有桥梁取支点截面，腹板厚 度为32厘米，跨中截面腹板厚度为20厘米。顶板：连续梁顶板截面18-20厘米，不应小于板净跨径的1/30,且不小于200毫 米，取20厘米。2.4.3横隔梁布置在每跨的支点和跨中处设置横隔梁，中横隔梁厚度为20厘米，端横隔梁厚度为35厘米。2.5施工工序预制主梁，养生后张拉正弯矩区预应力钢束；设置临时支座并安装好永久支座，逐孔架设箱梁，连接桥面板钢筋及横 隔板钢筋；连接连续接头段钢筋，帮扎横梁钢筋，浇筑连续接头中横梁及负弯矩区 桥面板；（4）浇筑剩余桥面板湿接缝，拆除临时支座，完成简支到连续的体系转换3内力计算3.1计算阶段根据施工方法，该桥内力计算分为以下阶段计算：（1）施工阶段——简支梁状况临时支座工作，计算跨径：中跨l=26.7m；边跨l=26.7m；箱型截面梁翼缘有效宽度：依据《公预规》4.2.3条计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。（2）使用阶段——连续梁状况完成体系转换，使用永久支座，计算跨径：中跨l=27.7m；边跨l=27.2m同样依据《公预规》4.2.3条，经计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。3.2截面几何特性计算：本设计主梁截面变化不大，取跨中截面作为特征界面，使用Midas计算使用阶段的相关截面的几何特性。截面位置面积（）抗弯惯性矩（）抗扭惯性矩（）形心（距上边缘）（）抗弯惯性比形心（距下边缘）（）预制中梁跨中152507044327684303346831.2117支点20451846965329838546089111预制边梁跨中165257624575484776646771.2123支点21726916567969874401184116成桥中梁跨中172507984357284682577741.2126支点22451960264029862516582118成桥边梁跨中175258054635384892261731.2127支点22726969510029891550981119中跨梁中与支点截面的惯性矩之比为1.2<2.根据《公预规》，不考虑截面惯性矩变化的影响，以等惯性矩梁计算分析，全跨均取跨中截面几何特性。3.3恒活载换算3.3.1荷载条件一期恒载即结构自重：预应力混凝土容重和钢筋混凝土容重均为。二期恒载：主梁横隔板，湿接缝等均采用C50混凝土，重度为，调平层采用C40混凝土，重度为，沥青混凝土铺装，重度为，RC防撞护栏计算荷载为15kN/m，钢护栏计算荷载为8kN/m；活载等级：公路一级。3.3.2恒载计算由施工过程克制结构恒载是分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期恒载集度，成桥后箱梁一期恒载集度，二恒恒载集度。以中跨中梁为例，并将二期恒载均摊。预制箱梁一期恒载集度计算：横截面面积按各截面的加权平均值计算，预制箱梁平均截面面积为：再有：成桥后箱梁一期恒载集度计算则有：（2）成桥后二期恒载集度g2计算：沥青混凝土面层：C40水泥混凝土调平层：RC防撞护栏：钢护栏：则有：合计：3.3.3活载大小及冲击系数计算汽车活载按规范查得：均布荷载集中活载：基频计算：冲击系数：用于正弯矩效应和剪力效应：用于负弯矩效应：3.4行车道板内力计算：在下面内力计算中均按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定的车辆标准荷载进行最不利载位布载。由于桥面净宽为11.75m，由规范可知设计道数为3道。对于行车道板下面只进行使用阶段内力计算。3.4.1边梁悬臂板内力（1）恒载及其产生的内力

恒载计算：沥青混凝土面层：混凝土防水层：箱形边梁翼缘板自重：防撞护栏：合计：恒载内力：

弯矩：剪力：（说明：为边缘翼板长，为防撞护栏简化为集中力的作用点到悬臂根部距离）活载（汽车）荷载产生的内力按照标准车辆荷载横向分布按照最不利布载如图：可判断在最不利位置时车轮仍不在悬臂板上，故不计入内力计算中。（3）荷载组合

恒+汽：弯矩：剪力：3.4.2单向板内力计算

通过标准横断面图可知桥面板存在单一箱梁内两腹板间单向板和两相邻箱梁间的单向板两种，现在选用两箱梁间的单向板进行控制计算。

（1）单向板有效工作宽度：单向板厚度，跨度，主梁梁肋厚度，则单向

板计算跨径，铺装层厚度，汽车车荷载冲击系数取0.3。

由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD60-2004）中对单向板的荷载有效分布宽度要求，求得：跨中有效宽度：支撑处有效宽度：沿横向分布边长：（2）恒载及其产生的内力

由2.1.1中的计算可知每延米上的恒载，则有：

跨中弯矩：支点剪力：（3）车辆荷载产生内力

分别按照最不利载位布置车轮荷载，可得：

跨中弯矩：支点剪力：（4）荷载组合

恒+汽：M0=3.77+23.34=27.11KN*mQ0=7.86+54.75=62.61KN由于则设计内力为：跨中弯矩：支点弯矩：支点剪力：3.6活载横向分布系数计算

由于主梁间采用湿接，并有可靠的横梁，所以采用修正偏心压力法计算连续梁跨中截面处的横向分布系数；采用杠杆原理法计算支点截面处的横向分布系数。将变截面梁偏安全地使用跨中截面作为等截面进行计算。3.6.1跨中截面处横向分布系数

采用考虑主梁抗扭刚度的修正偏心压力法：其中为与主梁片数有关的系数，取。对于等截面三跨连续梁中跨刚度修正系数Cw中=1.818、边跨刚度修正系数Cw边=1.429。（1）边跨梁：

1#梁：2#梁：1#梁活载横向分布系数计算（可作出其影响线）：2#梁活载横向分布系数计算（2）中跨梁：

1#梁：2#梁：1#梁活载横向分布系数计算（可作出其影响线）：2#梁活载横向分布系数计算3.6.2支点截面处横向分布系数

采用杠杆法求支点截面处横向分布系数，对于边跨与中跨并无区别。按照1#、2#梁的影响线分别进行最不利布载，1#梁活载横向分布系数2#梁活载横向分布系数综合上述结果，列结构横向分布系数如下表：截面位置跨中支点边跨1#0.7741.1252#0.6591.127中跨1#0.8141.1252#0.6661.1273.7使用阶段主梁内力计算

参考《公路桥涵设计手册——基本资料》，根据控制截面内力影响线进行最不利布载，由《基本资料》中的影响线参数表求控制截面内力，进而绘制出整个桥垮结构的内力图。（控制界面分别为边支点截面1，边跨跨中截面2，中支点截面3，中跨跨中截面4.）

3.7.1结构重力恒载内力前面已经求出主梁恒载集度为80.99kN/m,进行全跨布置，由控制截面内力影响线求控制截面内力。结果如下表特征截面弯矩kN*m剪力kN反力kN左边跨00894.13894.1324627.12-223.53中跨3左-1400.88-1341.192458.863右1117.6641542.3703.7.2汽车活载内力汽车活载按规范查得均布荷载，集中荷载：结果如下特征截面弯矩kN*m剪力反力kN*mmaxminmaxminmaxmin左边跨100793.69-39.16733.69-39.1622120.49-495.8927.99-55.62中跨3左300.56-1714.424.49-166.411134.82-72.383右958.78-199.7341858.11-684.7853.61-166.413.7.3温差作用效应计算根据《通规》4.3.10规定，混凝土上部结构的竖向日照反温差=正温差*（-0.5），

梁高大于300mm，A选为300mm。桥面采用10cm沥青混凝土和8cmC40的水泥混凝土调平层，整体升温20℃，查《通规》表3.3.10-3，升温：T1=14℃,T2=5.5℃，降温：T1=-7℃,T2=-2.75℃.三跨连续梁为超静定结构，温差作用效应由温度自内力和温度次内力组成，下面分别计算：（1)温度自应力：参考《公预规》附录B计算：其中：为混凝土线膨胀系数，取0.00001为混凝土弹性模量，取为单元面积为单元面积重心至换算截面中性轴的距离为单元面积内温差平均值计算结果如下表：面积/cm2te/cmNt/KNMt/KN*m134009.7569.81144-798227144.7660.81446-27136863.4053.2481-4349611.3943.5046-201714-1132

(2）温度次内力

使用力法解温度次内力，将中间支座处弯矩约束解除，成三段简支梁的基本结构。

列力法方程为: 因为结构、荷载均对称，故有X1=X2,,解得：X1=X2=1360kN*m温度次内力为：温度应力为:，具体各截面剪力及弯矩温差作用计算结果见下表特征截面弯矩kN*m剪力kNmaxminmaxmin边跨1566-113237.5-18.72226-45239.5-18.7中跨3左228-11439.5-18.73右004228-114003.7.4基础沉降内力计算

基础不均匀沉降使得超静定连续梁产生次内力，因此当桥建在非岩石地基上时，必须计入次内力的影响。相邻墩台沉降差为l/3000cm，采用位移法计算支座沉降，计算时分别取左侧边支座，中支座分别沉降1.0cm，然后组合。边支座沉降：位移法方程：其中：又有：，，则解得：,。根据中边支座沉降：位移法方程：其中：又有：，，则解得：,。根据综上，整理由支座位移引起的桥跨结构内力最大值最小值汇总如下：控制截面弯矩剪力maxminmaxmin边跨10017.2-7.62311.5-13817.2-7.6中跨3左623-27617.2-7.63右9.4-18.04103.5-1049.4-18.03.8使用阶段主梁内力计算根据《通规》中的规定，对桥梁内力进行承载能力极限状态和正常使用的短期、长期效应组合：

（1）荷载组合Ⅰ：承载能力极限状态组合。其中，桥梁重要性系数；一二期结果重力载分项系数，基础变位分项系数;汽车荷载效应分项系数；温度效应分项系数，其组合系数正常使用极限状态----短期效应组合其中，汽车荷载作用效应的频遇值系数（不计冲击力），温度梯度作用效应频遇值系数正常使用极限状态----长期效应组合其中，汽车荷载作用效应的频遇值系数（不计冲击力），温度梯度作用效应频遇值系数。计算表如下：1894.1-223.54627.12458.9-1341.21117.7-1400.90.01542.42max793.728.02120.51134.84.5958.8300.653.61858.1min-39.2-55.6-495.9-72.4-166.4-199.7-1714.4-166.4-684.83max37.539.5226.037.539.50.0228.00.0228.0min-18.7-18.7-452.0-18.7-18.70.0-114.00.0-114.04max17.217.2311.517.017.29.4623.09.4104.0min-7.6-7.6-138.0-35.2-7.6-18.0-276.0-18.0-104.0承载能力极限状态5max8.68.64.7311.54.752.0min-3.8-3.8-69.0-17.6-3.8-9.0-138.0-9.0-52.06max1081.5-259.65708.32959.2-1600.81345.9-1369.64.71902.9min1069.1-272.05483.52933.1-1613.21332.2-1819.1-9.01798.97max1111.239.22968.71588.76.31342.3420.875.02601.3min-54.9-77.8-694.3-101.4-233.0-279.6-2400.2-233.0-958.78max52.555.3316.452.555.30.0319.30.0319.3min-26.2-26.2-632.8-26.2-26.20.0-159.60.0-159.69max2458.2-193.89823.15048.9-1705.32957.0-762.787.75235.6min1092.6-407.84711.33091.8-2053.91157.9-4781.7-266.2783.810max596.821.11594.4853.23.4720.9226.040.31397.1min-29.5-41.8-372.9-54.4-125.1-150.2-1289.0-125.1-514.9正常使用极限状态短期效应11max417.814.81116.1597.22.4504.6158.228.2978.0min-20.7-29.3-261.0-38.1-87.6-105.1-902.3-87.6-360.412max30.031.6180.830.031.60.0182.40.0182.4min-15.0-15.0-361.6-15.0-15.00.0-91.20.0-91.213max1529.3-213.27005.23586.4-1566.81850.5-1029.032.93063.3min1033.4-316.34860.92880.0-1715.81227.1-2812.6-96.61347.3长期效应14max238.78.4637.8341.31.4288.490.416.1558.8min-11.8-16.7-149.2-21.8-50.4-60.1-515.6-50.0-206.015max1350.2-219.66526.93330.5-1567.81634.3-1096.820.82644.1min1042.2-303.74972.72896.3-1678.61272.1-2425.9-59.01501.73.9内力包络图由所求控制截面内力组合设计表绘制弯矩、剪力包络图如下：基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计HYPERLINK"/detail.ht