桥梁工程课程设计报告-钢筋混凝土T梁桥（或板梁桥）设计

./天津城市建设学院课程设计任务书2011—2012学年第2学期土木工程系土木工程专业道桥方向09道桥2班级课程设计名称：桥梁工程课程设计设计题目：钢筋混凝土T梁桥〔或板梁桥设计完成期限：自2012年6月4日至2012年6月15日共2周 指导教师〔签字：教研室主任〔签字：批准日期：2012年6月1日一、目的与要求桥梁工程课程设计是土木工程专业道桥方向《桥梁工程》专业课教学环节的有机组成部分,其目的在于通过桥梁工程设计实践的基本训练,深化掌握本课程的实用理论与设计计算方法,为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。学生应在教师的指导下,综合应用所学建筑材料、结构力学、弹性力学、结构设计原理、桥涵水文、桥梁工程、墩台基础等课程知识和桥梁实习所积累的工程实践经验,贯彻理论联系实际的原则,按时按量独立完成所规定的设计工作。具体要求如下：1.根据标准图、技术规范与经验公式,正确拟定各部结构尺寸,合理选择材料、标号。2.计算结构在各种荷载与其他因素作用下的内力,进行配筋设计与强度、稳定性、刚度的校核。3.正确理解《公路桥涵设计规范》有关条文,并在设计中合理运用。4.加强计算、绘图、文件编制、查阅与翻译有关技术文献等基本技能的训练。二、设计题目与基本资料1.设计题目：1>钢筋砼简支空心板桥2>钢筋砼简支T形梁桥3预应力砼简支空心板桥4预应力砼简支T形梁桥5>箱型截面简支梁桥,以上题目中任选其中之一。2.技术标准：桥面净空：净—7+2人行道〔根据自己的题目确定设计荷载：公路-I级,人群荷载3.5kN/m2〔根据自己的题目确定地震动峰值加速度为0.05g桥面铺装：表层为3cm厚沥青砼,下为6cm厚防水砼桥面横坡：双向1.5%三、设计内容1.上部结构横断面布置草图；2.荷载横向分布系数计算；3.板梁〔T梁内力计算与内力组合；4.板梁〔T梁正截面抗弯强度计算与配筋；5.板梁〔T梁斜截面抗剪强度核算与配筋；6.板梁〔T梁挠度计算与予拱度设置；7.板式橡胶支座设计；8．绘制板梁〔T梁一般构造图、板梁〔T梁配筋图。图幅尺寸按2#图纸绘制。四、设计规程与参考资料[1]交通部.公路桥涵设计通用规范〔JTGD60-2004.北京：人民交通出版社,2004[2]交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〔JTGD62-2004.北京：人民交通出版社,2004[3]交通部.公路工程技术标准〔JTGB01-2003.北京：人民交通出版社,2004[4]毛瑞祥,程翔云．公路桥涵设计手册-基本资料．北京：人民交通出版社,1995．[5]徐光辉,胡明义．公路桥涵设计手册-梁桥〔上册．北京：人民交通出版社,1996．[6]刘效尧,赵立成．公路桥涵设计手册-梁桥〔下册．北京：人民交通出版社,2000．[7]李自林.桥梁工程,XX：华中科技大学出版社,2008[8]邵旭东.桥梁工程,北京：人民交通出版社,2004[9]李运光.桥梁工程,天津：天津大学出版社,2005[10]张树仁,郑绍珪,黄侨等．钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理．北京：人民交通出版社,2004[11]交通部.装配式预应力砼空心板桥上部构造图.北京：人民交通出版社,2008．[12]交通部.装配式钢筋砼T梁桥上部构造图.北京：人民交通出版社,2008．[13]交通部.装配式预应力砼T梁桥上部构造图.北京：人民交通出版社,2008．桥梁工程课程设计说明书1.设计基本资料1.1跨径：标准跨径12m,计算跨径：11.60m；主梁全长：11.96m；1.2荷载：公路II级,人群荷载3.0KN/,地震动峰值加速度为0.05g；1.3桥面净空：净—11+2×1m人行道；1.4桥面铺装：表层为3cm厚的沥青混凝土,下层为6cm厚的防水混凝土；1.5桥面横坡：双向1.5%；1.6主要材料：主筋采用HRB335钢筋,构造筋采用R235,其技术指标见表1；混凝土强度采用C30,其技术指标见表2。表1-1钢筋强度标准值和设计值种类弹性模量Es抗拉强度标准值ƒsk抗拉强度设计值ƒsdR235钢筋2.1×105MPa235MPa195MPaHRB335钢筋2.0×105MPa335MPa280MPa表1-SEQ表－\*ARABIC2混凝土强度标准值和设计值强度等级弹性模量Ec轴心抗压强度设计值ƒcd轴心抗拉强度设计值ƒtd轴心抗拉强度标准值ƒtkC303.0×104MPa13.8MPa1.39MPa2.01MPa2.荷载横向分布系数计算本桥取上部独立桥梁进行计算,桥面净宽11+2×1m,两侧为安全护栏,全桥采用13块1米宽的砼空心板,水泥砼铺装厚6cm,沥青砼厚3cm。标准横断面见图1所示。空心板的标准跨径为12m,计算跨径L＝11.6m。图1.桥梁横断面图〔尺寸单位：cm图2.空心板截面构造及尺寸〔尺寸单位：cm2.1计算截面抗弯惯性距空心板是上下对称截面,形心轴位于截面中心,故其抗弯惯矩为〔如图2所示半圆的几何性质：2.2计算截面抗扭惯性矩空心板截面可近似简化成图2所示的薄壁箱形截面来计算,则有：2.3计算刚度参数γ2.4计算跨中荷载横向分布影响线由铰接板荷载横向分布影响线计算用表中,根据γ值,在之间插值,求得时各块板轴线处的影响线竖标值,,,,,计算如下表2-1所示。表2-1y=0.0244的竖坐标影响线计算表板号单位荷载作用位置1234567891011121310.0223319114410882624736282218161510020.043062321541036946312114107540.0244249.06200.92146.2106.979.1458.4843.4832.724.9219.3615.5813.5812.5820.0219118615511788675139302420171610010.042322281801208053362416118650.0244200.02195.24160.5117.6686.2463.9247.735.726.9221.1417.3614.5813.5830.02144155159135102775945352823201810000.04154180194157105704731211510870.0244146.2160.5166.7139.84102.775.4656.3641.931.9225.1420.1417.3615.5840.02108117135144124947255433428242210000.0410312015717914798664430201511100.0244106.9117.66139.8151.7129.194.8870.6852.640.1430.9225.1421.4419.3650.0282881021241361199069544335302810000.046980105147172143956443302116140.024479.1486.24102.7129.06143.9124.391.167.951.5840.1431.9226.9224.9260.026267779411913211689695545393610000.04465370981431701419564443124210.024458.4863.9275.4694.88124.3140.4121.590.367.952.5841.9235.732.770.024751597290116131116907259514710010.04313647669514116914195664736310.024443.4847.756.3670.6891.1121.5139.412291.170.6856.3647.743.482.5计算横向分布系数设计车道为2车道,将公路—II级汽车荷载和人群荷载沿横向布置,找出最不利荷载位置如图4所示,由于桥梁横断面结构对称,所以只需计算1号板至7号板的横向分布影响线坐标值。对于1号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：对于2号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：对于3号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：对于4号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：对于5号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：对于6号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：对于7号板：双车道公路-II级：1×三车道公路-II级：人群荷载：表2-2跨中横向分布系数对比板位手算法电算法1号0.2180.2620.2180.2642号0.2270.2140.2290.2143号0.2320.1620.2300.1624号0.2370.1260.2370.1285号0.2200.1040.2200.1076号0.2110.0910.2110.0927号0.2070.0870.2070,086用电算得出结果,并列于表2-2,与手算结果相比较：相差最大的是5号板的,其相对误差=,满足规定要求。3.板梁的内力计算和内力组合3.1结构重力产生的内力计算结构重力集度分别考虑预制梁自重〔第一期荷载和湿接缝、桥面铺装、人行道栏杆等〔二期荷载重力集度。空心板自重<一期恒载>图3.1、2、3、4、5号板的荷载横向分布影响线〔单位：cm桥面系自重及铰缝重<二期恒载>1桥面铺装：全桥宽铺装每延米总重,2防撞护栏：由桥涵设计通用图之<<桥涵公用构造图>>查得,桥上栏杆的荷载密集度为,。3铰缝重：由于前面在计算一期恒载时采用的是毛截面计算,已经算入了铰缝中混凝土的质量,所以在此铰缝重量不再重复计算。故,3.2结构重力产生的内力跨中弯矩：,支点剪力：3.3恒载内力计算结果见表3-1。表3-1重力内力计算表项目g<kN/m>L<m>M<kN.m>Q<kN>跨中〔1/4跨〔支点〔1/4跨〔一期恒载7.8211.6131.5398.6545.3622.68二期恒载3.5511.659.7144.7820.5910.30恒载合计11.3711.6191.24143.4365.9532.973.4计算支点荷载横向分布系数用铰接板法计算的横向分布系数适用于跨中,因此,还需要用杠杆法计算靠近支点处的横向分布系数。由下图可得：图4.支点处横向分布影响线及不利荷载布置图公路-II级：人群荷载：支点到L/4处的荷载横向分布系数按直线内插求得。并将空心板的荷载横向分布影响汇总于下表。表3-2空心板荷载横向分布系数板位跨中至l/4处支点1号0.2180.262012号0.2270.2140.503号0.2320.1620.504号0.2370.1260.505号0.2200.1040.506号0.2110.0910.507号0.2070.0870.503.5冲击系数计算根据《公路桥涵设计通用规范》<JTGD60—2004>条文说明4.3.2,简支梁桥的自振频率〔基频可采用下式计算：——结构材料的弹性模量；——结构跨中截面的截面惯性矩；——结构跨中处的单位质量kg；G——结构跨中处每延米结构重力。式中：,,。空心板毛截面面积:,空心板第一阶段自重:将上列数据代入公式根据《公路桥涵设计通用规范》<JTGD60—2004>,有：,,双车道,不折减。3.6荷载内力的计算以1号板为例,分别计算跨中的剪力1计算公路-II级荷载跨中最大弯矩2计算公路-II级荷载跨中最大剪力图5.公路-II级荷载跨中最大弯矩计算图图6.公路-II级荷载跨中最大剪力计算图3计算人群荷载跨中最大弯矩4计算人群荷载跨中最大剪力图7.公路-II级荷载1/4跨截面最大弯矩计算图图8.公路-II级荷载1/4跨截面最大剪力计算图5计算公路-II级荷载1/4跨截面最大弯矩6计算公路-II级荷载1/4跨截面最大剪力7计算人群荷载1/4跨截面最大弯矩图9.人群荷载1/4跨截面最大弯矩计算图图10.人群荷载1/4跨截面最大剪力计算图8计算人群荷载1/4跨截面最大剪力图11.公路-II级荷载支点截面最大剪力计算图图12.公路-II级荷载支点截面最大剪力计算图9计算公路-II级荷载支点截面最大剪力10计算公路-II级荷载支点截面最大剪力3.7主梁内力组合根据公路桥涵设计通用规范〔JTGD60-2004,基本组合、短期效应组合、长期效应组合分别按下式进行组合,其结果见表3-3。由该表可知,4号板梁的弯矩组合值和剪力组合值最大,将其作为设计效应组合的设计值进行设计。4.板梁正截面抗弯强度计算与配筋4.1已知数据及要求：见前所述,荷载内力见表3-3。4.2边板跨中截面的纵向受拉钢筋计算1确定中性轴的位置形心位置：空心板是上下对称截面,形心轴位于截面中心,即：形心离下缘高度为30cm,面积为：3064,惯性矩：1391000。2将空心板截面按抗弯等效的原则,换算为等效工字形截面的方法是在保持截面面积、惯性矩和形心位置不变的条件下,将空心板的圆孔〔直径为D换算为、的矩形孔。本板的等效图形如图13。图13.空心板换算等效工字型截面图14.空心板跨中截面钢筋布置,得到〔1〔2把〔2式代入〔1式,得到在保持原截面高度、宽度及圆孔形心位置不变的情况下,等效工字形截面尺寸为：表3-3荷载内力组合计算表板号序号荷载类别弯矩剪力1/4截面跨中截面支点截面跨中截面1/4截面1号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载126.61167.5563.8930.2847.923人群荷载13.6813.227.771.142.564基本组合364.69478.86177.2943.67109.525短期组合245.74321.75108.4422.3469.076长期组合199.55263.5594.6112.5753.162号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载131.84174.4766.5331.5449.893人群荷载11.1710.87.140.932.094基本组合369.20485.84180.2845.20111.755短期组合246.54324.17119.6623.0169.986长期组合200.64265.3595.4212.9953.763号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载134.74179.6669.3332.2350.113人群荷载8.468.176.460.71.594基本组合370.23490.16183.4445.91112.205短期组合246.21325.17120.9423.2669.996长期组合200.71266.3796.2713.1753.854号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载128.36184.3069.7533.0653.213人群荷载6.586.365.990.551.234基本组合359.19494.63183.546.9115.445短期组合239.86326.61120.7723.6971.456长期组合197.41267.5096.26413.4454.755号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载128.36171.1464.7730.7048.573人群荷载5.435.255.70.451.024基本组合357.90474.96176.2043.48108.705短期组合238.71316.29116.9921.9467.996长期组合196.95211.8094.1412.4652.816号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载122.55163.4061.8429.3146.326号3人群荷载4.754.595.530.40.894基本组合349.01463.39171.9141.48105.415短期组合233.97310.21114.7720.9266.286长期组合194.35258.4492.9011.8851.857号1恒载143.43191.2465.950.0032.972公路二级荷载120.50160.6759.9228.8245.63人群荷载4.544.395.480.380.854基本组合345.90459.34169.1740.47104.365短期组合232.32308.10113.3420.5565.746长期组合193.45257.2692.1111.6851.55上翼缘厚度下翼缘厚度腹板厚度4.3正截面抗弯计算1空心板采用绑扎钢筋骨架,一层受拉主筋。假设,则有效高度为。2判断截面类型：属于第二类T型截面。3计算受压区高度整理得：；方程的合适解4受拉钢筋的面积计算：现选择9φ22钢筋,钢筋面积为；混凝土保护层C=30mm＞d=20mm,故,取,则。最小配筋计算：,即最小配筋率应不小于0.22%。且不应小于0.2%,故取,实际配筋率经复核,梁截面可以承受弯矩。4.4构造设计架立筋采用5Φ10,均匀布置。水平纵向钢筋的面积取系数为0.0015,由于,即采用6Φ8,间距为135mm,符合100-150mm的构造要求。5.板梁斜截面抗剪强度核算与配筋5.1截面抗剪强度上下限复核选取距支点h/2处截面进行斜截面抗剪承载力计算。首先进行抗剪强度上下限复核,根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》〔JTGD62-2004第5.2.9条：在距支点h/2处a=45mm,=555mm,b=282mm,=30MPa,,代入上式：,计算结果表明,空心板截面尺寸满足要求。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》〔JTGD62-2004第5.2.10条：并对照表3-3。沿跨长各截面的控制剪力组合设计值,在距跨中l/4至支点的部分区段内应按计算,要求配置抗剪箍筋,其他区段可按构造要求配置箍筋。为了构造方便和便于施工,该空心板不设弯起钢筋,计算剪力全部由箍筋承受,则斜截面承载力按下式计算：,,异号弯矩影响系数,预应力提高系数,受压翼缘影响系数,箍筋选用HRB335,。选用直径为8mm的双肢箍筋,箍筋截面积,配箍率,纵向钢筋配筋率,则箍筋间距的计算式为：取箍筋间距,并按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》〔JTGD62-2004要求,在制作中心向跨中方向不小于一倍的梁高范围内,箍筋间距取100mm,则该处的配箍率在组合设计剪力值的部分区段内,可只按照构造要求配置箍筋,设箍筋仍选用直径为8mm的双肢箍筋,配箍率取,则由此可得,构造配置的箍筋间距。取。经比较综合考虑,箍筋沿空心板跨长布置如图15。.图15.空心板箍筋布置图5.2斜截面承载力计算1距支座中心h/2=300mm处截面,x=5500mm。2距跨中位置x=5500mm处截面〔箍筋间距变化处。计算截面的剪力组合值,可按表5由跨中和支点的设计值内插得到,计算结果如下表所示。距支座中心h/2=300mm处截面,x=5500mm。由于空心板的普通钢筋是直线配筋,故截面的有效高度沿跨长不变,即,其等效工字型截面的肋宽b=282mm,由于不设弯起钢筋,因此,斜截面抗剪承载力按下式计算：式中,各个系数的取值如下：,,,,,,,,,代入得到：故距支座中心h/2=300mm处截面抗剪承载力满足要求。距跨中位置x=5500mm处截面〔箍筋间距变化处。计算同上,各个系数取值为：,,,,,,,,,代入得到：故距跨中位置x=4450mm处截面抗剪承载力满足要求。6.板梁挠度计算与预拱度设置6.1裂缝验算由表3-3可知,荷载短期效应组合值为：荷载长期效应组合弯矩计算值为：跨中截面裂缝计算值为：钢筋表面形状系数,主钢筋为带肋钢筋,取作用〔或荷载长期效应影响系数,与构件受力性质有关的系数,该板为钢筋混凝土受弯构件,取钢筋应力,受弯构件,得纵向受拉钢筋直径,该板的钢筋直径相同,取d=25mm纵向受拉钢筋配筋率,对于混凝土构件,当取当取。对于该构件,取计算可得,6.2板梁跨中挠度验算在进行板梁变形计算时,应取板与板之间横向连接后,全宽度受压翼缘板计算,即,而6.2.1.板梁换算截面的惯性矩和计算构件截面的换算系数由下式计算：对于该板梁开裂截面：,即,得板梁跨中截面为第二类T型截面,此时,受压区高度由下式确定,即开裂截面的换算截面的惯性矩〔为全截面的换算面积〔受压区高度为全截面换算惯性矩为6.2.2计算开裂构件的抗弯刚度全截面抗弯刚度开裂截面抗弯刚度全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为全截面换算截面的面积矩为则塑性影响系数为开裂弯矩开裂构件的抗弯刚度为受弯构件跨中截面处的长期挠度值受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为:在自重作用下的跨中截面的长期挠度值为:则可变荷载频遇值计算值长期挠度值为符合《公路桥规》的要求。预拱度设置在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下板梁跨中处产生的长期挠度值为,故跨中需要设置预拱度。根据《公路桥规》对预拱度的设置规定,跨中截面的预拱度为7.板式橡胶支座设计7.1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。该桥为装配式钢筋混凝土板桥,每跨布置两个支座。支座处剪力标准组合为1计算支座的平面形状系数,由于,符合形状系数的取值。计算橡胶支座的弹性模量3验算橡胶支座的承压强度,符合要求7.2确定支座厚度主梁