桥梁工程课程设计

广东工业大学课程设计任务书

题目名称钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计学生学院专业班级姓名学号课程设计的内容教学目的：学生通过桥梁工程设计的训练，可以进一步掌握在桥梁工程课本中所学到理论知识，并经过亲自做桥梁工程设计来熟悉设计方法、计算理论、计算公式，熟悉在桥梁设计中如何运用桥梁标准，为今后的毕业设计及走上工作岗位打下一个良好的专业根底。2、设计根本资料：说明：学生共分为四个小组，每个小组根本资料不同，简支梁主梁高H分别取为：130CM、133CM、1〕桥面净宽：净7+2×0.75M2〕设计荷载：汽车“公路—Ⅰ级，人群荷载：3KN/M23〕材料：主筋：Ⅱ级，构造筋：Ⅰ级混凝土：桥面铺装：C25，主梁：C304〕结构尺寸：详见图1、图2主梁：计算跨径：L=1950cm全长：L=1996cm人行道、栏杆每延米〔两侧〕重2.0KN/m〔为每片主梁分到的值〕。3、设计计算内容：1〕计算行车道板内力，并据此计算和配置翼板主筋。行车道板按铰接板计算;汽车荷载：按车辆荷载计算。主梁设计计算：计算主梁1＃、2＃、3＃在汽车、人群荷载作用下的横向分布系数。支点用杠杆法，跨中用G—M法。桥梁沿跨长纵向按IL(影响线)布载求活载内力。计算活载跨中弯矩时，不考虑横向分布系数沿桥长方向的变化，计算支点活载剪力时，要计入横向分布系数沿跨长方向的变化的影响。主梁控制截面：M中、M1/4、Q支点主梁跨中截面受拉主筋计算〔其余钢筋不算〕。计算活载挠度及预拱度。参见教材第172页公式。横隔梁内力计算，并据此计算配置主筋〔按T形截面配置下缘受拉主筋〕。说明：①、横隔梁内力计算采用“偏心法”，取中横隔梁计算。②、控制截面：M3、M2-3、Q1右、Q1-2右4、绘图内容：1〕上部构造纵、横剖面图〔纵断面只画主梁，参见教材第152页，图2-5-55，但尺寸要改变〕主梁配筋图〔参考教材第81页，图2-4-15绘制，但主筋按自己计算值配制，梁高按各组的H值计〕二、课程设计的要求与数据必须严格执行各桥梁设计标准，每一设计步骤都必须按标准的要求进行，要训练会查标准、会用标准。设计中多参阅有关资料，特别是对于没有设计经验的初学者来讲，更应多借鉴前人的设计经验和实例。绘制桥梁设计图时必须按桥梁设计图纸的规定进行绘制，从线形、布置、到标注方式都力求准确无误，不得自行、随意设定图中的各项参数。养成科学的求真务实态度，要求计算准确，计算说明书格式要标准，计算中所取各种参数要有根有据。三、课程设计应完成的工作1、计算行车道板内力，并据此计算和配置板主筋。2、主梁设计计算，并据此计算配置主筋。3、横隔梁内力计算，并据此计算配置主筋4、绘图内容：上部构造纵、横剖面图主梁配筋图四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期周一布置任务、收集设计资料、借阅参考资料周一上午9：00在教2-424布置任务第二周周二计算桥面行车道板内力及配筋教第二周周三主梁设计计算：主梁横向分布计算〔G-M法〕教第二周周四杠杆法计算横向分布系数求主梁活载内力教第二周周五主梁内力组合、计算教第二周周一主梁配筋设计、计算教第三周周二横隔梁内力计算、配筋教第三周周三绘制设计图：主桥上部构造纵、横断面图、主梁配筋图教第三周周四教第三周周五整理设计计算书,待上交教第三周五、应收集的资料及主要参考文献1、王序森等.桥梁工程.北京：中国铁道出版社，19952、公路桥涵施工技术标准实施手册(JTJ041-2000)3、姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社，20054、凌治平等.根底工程.北京：人民交通出版社，20045、公路桥涵地基与根底设计标准〔JTJ024-85〕.北京：人民交通出版社19866、金成棣.预应力混凝土梁拱组合桥梁-设计研究与实践.北京：人民交通出版社，20017、马保林.高墩大跨连续刚构桥.北京：人民交通出版社，20018、吴胜东等.斜拉桥-润扬长江公路大桥建设.北京：人民交通出版社，20059、公路桥涵设计通用标准〔JTGD60-2004〕.北京：人民交通出版社，200410、雒文生.水文学.北京：中国建筑工业出版社，200411、易建国.混凝土简支梁(板)桥.北京：人民交通出版社，201212、Man-ChungTang.Cable-StayedBridges.2000byCRCPressLLC13、KennethJ.Fridley.TimberBridges.2000byCRCPressLLC14、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计标准.〔JTGD62-2004〕北京：人民交通出版社，2004发出任务书日期：2014方案完成日期：2014年9月26日基层教学单位责任人签章：主管院长签章计算书(梁高139cm)一.荷载及其效应〔一〕每延米板上的恒载g沥青混凝土层面：C25混凝土垫层：T梁翼缘板自重：合计：〔二〕永久荷载产生的效应弯矩：剪力：〔三〕车辆荷载产生的效应将后轮作用于铰缝轴线上，如1图所示：后轮轴载为，轮压分布宽度如1图所示：对于车轮荷载中后轮的着地长度为，宽度为[由《公路桥涵设计通用标准》〔JTGD60-2004〕查得].那么得:荷载对于悬臂根部的有效分布宽度：图1冲击系数取：图1作用于每米宽板条上的弯矩为：作用于每米宽板条上的剪力为：〔四〕荷载组合恒+汽：所以，行车道板的设计内力为：二．主梁计算〔一〕主梁的荷载横向分布系数1跨中荷载弯矩横向分布系数〔按G-M法〕〔1〕主梁的抗弯及抗扭惯矩和①求主梁截面的重心位置因桥面铺装层最厚与最薄处的厚度分别为8cm和14cm。故平均板厚：截面重心位置：图2图2②主梁抗弯惯矩③主梁抗扭惯矩主梁抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即：，矩形截面抗扭惯矩刚度系数；，，相应各矩形的宽度与厚度。查课本《桥梁工程》P126表2-5-2可知：，，故④单位宽度抗弯及抗扭惯矩：〔2〕横隔梁抗弯及抗扭惯矩①翼板有效宽度计算：，图3根据比值可查附表，求得：图3，所以：②求横隔梁截面重心位置：③横隔梁的抗弯惯矩④横隔梁的抗扭惯矩，查表得，但由于连续桥面的单宽抗扭惯矩只有独立宽扁板者的翼板，可取。，查表得。故⑤单位抗弯及抗扭惯矩、〔3〕计算抗弯参数和扭弯参数，桥宽一半；，计算跨径。〔因为混凝土收缩系数很小，式中未计入横向收缩的影响。〕按《公预规》3.1.6条，取，那么：〔4〕计算荷载弯矩横向分布影响线坐标①已求出；查G-M图表，可得下表。表1系数梁位荷载位置,θ=0.340校核B3B/4B/2B/40-B/4-B/2-3B/4-BK100.950.971.001.041.061.041.000.970.958.03B/41.061.071.081.091.030.980.920.870.807.97B/21.251.201.181.101.000.920.830.750.707.963B/41.431.331.201.030.950.850.800.750.687.97B1.621.441.231.070.930.830.750.680.588.03K000.800.930.981.101.131.100.980.930.807.95B/41.681.531.331.231.100.900.600.380.208.01B/22.602.301.751.401.000.570.20-0.23-0.558.023B/43.302.752.101.500.920.38-0.18-0.58-1.098.00B4.203.302.441.640.830.18-0.53-1.09-1.708.02②用内插法求实际梁位处和值实际梁位与表列梁位的关系如图4所示。图图4因此：对于1号梁：对于2号梁：对于3号梁：③列表计算各梁的横向分布影响线坐标值〔见表2.2〕各梁的横向分布影响线坐标值表2梁号计算式荷载位置b3b/4b/2b/40-b/4-b/2-3b/4-b1号K'1=0.2K1.b+0.8K1.3/4b1.4681.3521.2061.0380.9460.8460.7900.7360.660K'0=0.2K0.b+0.8K0.3/4b3.4802.8602.1681.5280.9020.340-0.250-0.682-1.212Δ=K'1-K'0-2.012-1.508-0.962-0.4900.0440.5061.0401.4181.872Δ*sqrt(a)-0.318-0.238-0.152-0.0770.0070.0800.1640.2240.296Ka=K'0+Δ*sqrt(a)3.1622.6222.0161.4510.9090.420-0.086-0.458-0.916η=Ka/50.6320.5240.4030.2900.1820.084-0.017-0.092-0.1832号K'1=0.6K1.b/2+0.4K1.1/4b1.1741.1481.1401.0961.0120.9440.8660.7980.740K'0=0.6K0.b/2+0.4K0.1/4b2.2321.9921.5821.3321.0400.7020.3600.014-0.250Δ=K'1-K'0-1.058-0.844-0.442-0.236-0.0280.2420.5060.7840.990Δ*sqrt(a)-0.167-0.133-0.070-0.037-0.0040.0380.0800.1240.156Ka=K'0+Δ*sqrt(a)2.0651.8591.5121.2951.0360.7400.4400.138-0.093η=Ka/50.4130.3720.3020.2590.2070.1480.0880.028-0.0193号K'1=K1.00.9500.9701.0001.0401.0601.0401.0000.9700.950K'0=K0.00.8000.9300.9801.1001.1301.1000.9800.9300.800Δ=K'1-K'00.1500.0400.020-0.060-0.070-0.0600.0200.0400.150Δ*sqrt(a)0.0240.0060.003-0.009-0.011-0.0090.0030.0060.024Ka=K'0+Δ*sqrt(a)0.8240.9360.9831.0911.1191.0910.9830.9360.824η=Ka/50.1650.1870.1970.2180.2240.2180.1970.1870.165汽车荷载：图5人群荷载：图5图52.梁端剪力横向分布系数计算〔按杠杆法〕〔1〕按杠杆原理绘制1、2、3号梁的荷载横向影响线。如下图：汽车荷载：图6图图6人群荷载：图7图图7〔二〕作用效应计算1永久作用效应永久荷载边主梁：横隔梁：中主梁：桥面铺装层：栏杆和人行道板：各梁的永久荷载汇总各梁的永久荷载表3梁号主梁横梁栏杆及人行道铺装层合计1〔5〕10.160.612.004.1916.962〔4〕10.161.222.004.1917.57310.161.222.004.19〔2〕永久作用效应计算计算主梁的弯矩和剪力，计算公式如下：各计算截面的剪力和弯矩值，列于下表永久作用效应计算表表4梁号M1/2(kN·m)M1/4(kN·m)Q0(kN)qw0qw0qw0qw0qw0qw01〔5〕16.9647.53805.9916.9635.65604.5316.969.75165.342〔4〕17.5747.53834.8617.5735.65626.1917.579.75171.26317.5747.53834.8617.5735.65626.1917.579.75171.262.可变作用效应〔1〕汽车荷载冲击系数简支梁的自振频率为：，介于1.5Hz和14Hz之间，按《桥规》4.3.2条规定，冲击系数按照下式计算：〔2〕可变作用效应计算①公路—Ι级均布荷载，集中荷载取值均布荷载，集中荷载公路—Ⅰ级产生的跨中弯矩〔单位：〕表5梁号内力mcq1+μqkw0Pkyk弯矩效应1M1/20.5011.261710.547.532384.8751048.87M1/40.50135.653.656786.632M1/20.46847.534.875979.79M1/40.46835.653.656734.823M1/20.41247.534.875862.55M1/40.41235.653.656646.89②人群荷载〔每延米〕人群荷载产生的跨中弯矩〔单位：〕表6梁号内力mcrprw0弯矩效应1M1/20.6182.2547.5366.09M1/40.61835.6549.572M1/20.40847.5343.63M1/40.40835.6532.733M1/20.33647.5335.93M1/40.33635.6526.95③.根本荷载组合按《桥规》4.1.6条规定，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的分项系数为：永久荷载作用分项系数：；汽车荷载作用分项系数：；人群荷载作用分项系数：。弯矩根本组合表表7梁号弯矩效应永久荷载汽车人群1M1/2805.991048.8766.092509.63M1/4604.53786.6349.571882.252M1/2834.86979.7943.632422.40M1/4626.19734.8232.731816.833M1/2834.86862.5535.932249.65M1/4626.19646.8926.951687.27注：—桥梁结构重要性系数，本设计取；—与其他可变荷载作用效应的组合系数，本设计取〔3〕可变荷载剪力效应计算跨中截面剪力计算计算公式：公路—Ⅰ级产生的跨中剪力〔单位：KN〕表8梁号内力mcq1+μqkw0Pkyk弯矩效应1V1/20.5011.261710.52.438285.60.5106.442V1/20.46899.433V1/20.41287.53人群荷载产生的跨中剪力〔单位：KN〕表9梁号内力mcrprw0弯矩效应1V1/20.6182.252.4383.392V1/20.4082.243V1/20.3361.84支点剪力的计算：计算支点剪力效应的横向分布系数的取值为：a.支点处按杠杆法计算的b.~按跨中弯矩的横向分布系数c.支点~处在和之间按照直线变化〔如图8.图9〕图8图8可得相应荷载的剪力效应值公路—Ⅰ级产生的交点剪力效应计算表表10梁号剪力效应11.2617220.672241.573272.64人群荷载图9图9可得相应荷载的剪力效应值人群荷载产生的支点剪力效应计算表表11梁号剪力效应117.6026.9035.68剪力根本组合见表2.15。表12剪力效应永久荷载人群汽车V0165.3417.60220.67470.20V1/20.003.39106.44123.96V0171.266.90241.57485.73V1/20.002.2499.43114.50V0171.265.68272.64518.82V1/20.001.8487.53100.61注：—桥梁结构重要性系数，本设计取；—与其他可变荷载作用效应的组合系数，本设计取。〔三〕持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算1配置主筋由弯矩根本组合表可知，1号梁跨中弯矩最大，考虑施工方便，偏平安地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。①受压区高度设钢筋净保护层为，钢筋重心至底边距离，那么主梁有效高度。1号梁跨中弯矩；C30混凝土，，。主筋为HRB335钢筋，T形截面受压区翼缘板计算宽度取；T形截面受压区翼缘板平均厚度取。因为所以该T形截面为第一类T形截面。受压区不布置钢筋，那么有公式解得；②受拉区钢筋面积解得；选用和钢筋，布置如图10：图图10那么实际有效高度。按《公预规》9.1.12要求，含筋率满足标准要求2持久状况截面承载能力极限状态计算〔1〕按截面实际配筋值计算受压区高度，截面抗弯极限状态承载力为：满足标准要求。〔四〕持久状况正常使用极限状态下挠度验算1.T梁换算截面的惯性矩和计算对T梁的开裂截面，由下计算式可知梁跨中截面为第二类T形截面。这时，受压区高度：开裂截面的换算截面惯性矩为T梁的全截面换算截面面积为受压区高度为全截面换算惯性矩为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塑性影响系数为开裂弯矩作用短期效应组合值开裂构件的抗弯刚度为3.受弯构件跨中截面处的长期挠度值短期荷载效应组合下跨中截面弯矩标准值，结构自重作用下跨中截面弯矩标准值。对于C30混凝土，挠度长期增长系数。受弯构件在使用阶段的跨中截面长期挠度值为在结构自重作用下跨中截面的长期