橋梁工程 課程設(shè)計(jì)

1、橋梁工程課程設(shè)計(jì)三跨一聯(lián)簡支轉(zhuǎn)連續(xù)橋梁設(shè)計(jì)及計(jì)算說明書指導(dǎo)教師：姓名：學(xué)號(hào)：1. 設(shè)計(jì)要求1 連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)要求1.1 橋跨布置跨徑布置選取3×L(m)，梁高H =2m，橋?qū)払 =25m。其中，L標(biāo)準(zhǔn)跨徑，L =27.7m。1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-I 級(jí)(2)橋梁橫斷面：0.5m（橋側(cè)護(hù)欄）+11.75m（車行道）+0.5m（中央分隔帶護(hù)欄）+11.75m（車行道）+0.5m（橋側(cè)護(hù)欄）。(3)橋面橫坡：1.5%(4)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 年(5)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)橋梁抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，反應(yīng)譜特征周期為0.35

2、s。 （6）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí) （7）防撞等級(jí)：橋側(cè)防撞護(hù)欄等級(jí)為SS 級(jí)；中央分隔墩防撞護(hù)欄為級(jí)。1.3 采用的主要規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)計(jì)主要參考的設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)：（1）工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB-/T50283-1999）；（2）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTGB01-2003）；（3）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004），簡稱通規(guī) ；（4） 公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 （JTG D61-2004）； （5） 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD62-2004），簡稱公 預(yù)規(guī) ； （6） 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63-2004）； （7） 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)

3、則（JTG/T B02-01-2008）； （8） 公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則（JTG/TD81-2006）； （9） 公路橋梁伸縮縫裝置（JT/T 327-2004）；（10）公路橋梁盆式橡膠支座（JT 391-1999）； （11）預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管（JT/T 529-2004）； （12）工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文公路工程部分建設(shè)部2002；（13）公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG/T F50-2011）。2. 結(jié)構(gòu)布置與尺寸擬定2.1.橋型確定根據(jù)要求，橋?yàn)槿缫宦?lián)連續(xù)梁橋，跨徑為3×27.7m，在滿足要求的前提下，為了便于設(shè)計(jì)與施工，主梁采用等截面箱梁。箱梁由于頂板和地板面

4、積均較大，能抵抗連續(xù)梁橋的正負(fù)彎矩；箱形截面閉合，具有較好的抵抗扭矩的性能；另外，箱梁整體性能好，截面效率指標(biāo)高，故本設(shè)計(jì)采用箱梁，主梁選用單箱單室箱梁。2.2.橋垮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跨徑設(shè)計(jì)：采用三等跨設(shè)計(jì)，每單跨標(biāo)準(zhǔn)跨徑為 27.7m。完成體系轉(zhuǎn)換后，中跨計(jì)算跨徑即為 27.7m，邊跨計(jì)算跨徑理論為 27.2m，計(jì)算中仍以 27.7m 計(jì)算；預(yù)制的主梁施工初期安裝在臨時(shí)支座上，預(yù)制箱梁梁長 27.7m，中墩臨時(shí)支座中心線距橋墩中心線0.5m，施工階段簡支梁計(jì)算跨徑為 26.7m。如圖： 體系轉(zhuǎn)換前橋跨結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖成橋后橋垮結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖2.3 橋面布置與構(gòu)造：車道布置：分車道布置，采用分離式主梁。橋面

5、橫坡：采用坡度為 1.5%的單向路拱設(shè)計(jì)。橋面鋪裝：由下向上分別布置 8cm 厚 C40 鋼筋混凝土調(diào)平層、10cm 厚瀝青混凝土橋面鋪裝。護(hù)欄：車道右側(cè)采用RC防撞護(hù)欄，左側(cè)采用鋼護(hù)欄。2.4 橫斷面設(shè)計(jì)：2.4.1 橋?qū)捲O(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)道路等級(jí)為公路 I 級(jí)，根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）要求，單車道寬度選定為 3.75m，右側(cè)路肩寬度選定為 0.5m，則橋面行車道凈寬為 11.75m。 左右兩側(cè)護(hù)欄寬度分別為左 0.5m，中央分隔帶護(hù)欄寬為0.5m。 考慮鋼筋混凝土箱梁肋間距通常不宜超過 2.5-3.0m，橫截面選用四個(gè)等截面單室主梁。2.4.2 主梁尺寸設(shè)計(jì)底板：對于連續(xù)

6、梁跨中箱型截面，底板厚度一般為20-25厘米，不應(yīng)小于板凈跨 徑的1/30，且不應(yīng)小于200毫米，故跨中取20厘米；對于支點(diǎn)處截面一 般 為梁高的1/10-1/12，取支點(diǎn)處底板厚度為32厘米。腹板：腹板厚度不應(yīng)小于14厘米。有預(yù)應(yīng)力束管道布設(shè)通過時(shí)采用20-30厘米， 有預(yù)應(yīng)力束錨固時(shí)采用35厘米左右，參考已有橋梁取支點(diǎn)截面，腹板厚 度為32厘米，跨中截面腹板厚度為20厘米。頂板：連續(xù)梁頂板截面18-20厘米，不應(yīng)小于板凈跨徑的1/30,且不小于200毫 米，取20厘米。2.4.3 橫隔梁布置 在每跨的支點(diǎn)和跨中處設(shè)置橫隔梁，中橫隔梁厚度為20厘米，端橫隔梁厚度為35厘米。2.5 施工工序（

7、1） 預(yù)制主梁，養(yǎng)生后張拉正彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束； （2） 設(shè)置臨時(shí)支座并安裝好永久支座，逐孔架設(shè)箱梁，連接橋面板鋼筋及橫 隔板鋼筋； （3） 連接連續(xù)接頭段鋼筋，幫扎橫梁鋼筋，澆筑連續(xù)接頭中橫梁及負(fù)彎矩區(qū) 橋面板； （4）澆筑剩余橋面板濕接縫，拆除臨時(shí)支座，完成簡支到連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換 3 內(nèi)力計(jì)算3.1 計(jì)算階段根據(jù)施工方法，該橋內(nèi)力計(jì)算分為以下階段計(jì)算： （1）施工階段簡支梁狀況 臨時(shí)支座工作，計(jì)算跨徑：中跨 l=26.7m ；邊跨 l=26.7m ；箱型截面梁翼緣有效寬度：依據(jù)公預(yù)規(guī)4.2.3 條計(jì)算邊跨及中跨邊、中梁的跨中和支點(diǎn)截面都取實(shí)際寬度作為有效寬度。 （2）使用階段連續(xù)梁狀況完成體系

8、轉(zhuǎn)換，使用永久支座，計(jì)算跨徑：中跨 l=27.7m ；邊跨 l=27.2m 同樣依據(jù)公預(yù)規(guī)4.2.3 條，經(jīng)計(jì)算邊跨及中跨邊、中梁的跨中和支點(diǎn)截面都取實(shí)際寬度作為有效寬度。3.2 截面幾何特性計(jì)算：本設(shè)計(jì)主梁截面變化不大，取跨中截面作為特征界面，使用Midas計(jì)算使用階段的相關(guān)截面的幾何特性。截面位置面積（）抗彎慣性矩（）抗扭慣性矩（）形心（距上邊緣）（）抗彎慣性比形心（距下邊緣）（）預(yù)制中梁跨中152507044327684303346831.2117支點(diǎn)20451846965329838546089111預(yù)制邊梁跨中165257624575484776646771.2123支點(diǎn)217269

9、16567969874401184116成橋中梁跨中172507984357284682577741.2126支點(diǎn)22451960264029862516582118成橋邊梁跨中175258054635384892261731.2127支點(diǎn)22726969510029891550981119中跨梁中與支點(diǎn)截面的慣性矩之比為1.2<2.根據(jù)公預(yù)規(guī)，不考慮截面慣性矩變化的影響，以等慣性矩梁計(jì)算分析，全跨均取跨中截面幾何特性。3.3 恒活載換算3.3.1 荷載條件一期恒載即結(jié)構(gòu)自重：預(yù)應(yīng)力混凝土容重和鋼筋混凝土容重均為。二期恒載：主梁橫隔板，濕接縫等均采用C50混凝土，重度為，調(diào)平層采用C40

10、混凝土，重度為，瀝青混凝土鋪裝，重度為，RC防撞護(hù)欄計(jì)算荷載為15kN/m，鋼護(hù)欄計(jì)算荷載為8kN/m；活載等級(jí)：公路一級(jí)。3.3.2 恒載計(jì)算 由施工過程克制結(jié)構(gòu)恒載是分階段形成的，主要包括：預(yù)制箱梁一期恒載集度 ，成橋后箱梁一期恒載集度 ，二恒恒載集度 。以中跨中梁為例，并將二期恒載均攤。預(yù)制箱梁一期恒載集度 計(jì)算：橫截面面積按各截面的加權(quán)平均值計(jì)算，預(yù)制箱梁平均截面面積為： 再有：（1） 成橋后箱梁一期恒載集度計(jì)算則有：（2）成橋后二期恒載集度g2計(jì)算：瀝青混凝土面層：C40水泥混凝土調(diào)平層：RC防撞護(hù)欄：鋼護(hù)欄：則有：合計(jì)：3.3.3 活載大小及沖擊系數(shù)計(jì)算汽車活載按規(guī)范查得：均布荷載

11、集中活載：基頻計(jì)算：沖擊系數(shù)：用于正彎矩效應(yīng)和剪力效應(yīng)：用于負(fù)彎矩效應(yīng)：3.4 行車道板內(nèi)力計(jì)算： 在下面內(nèi)力計(jì)算中均按照公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（ JTG D60-2004） 規(guī)定的車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載進(jìn)行最不利載位布載。 由于橋面凈寬為11.75m，由規(guī)范可知設(shè)計(jì)道數(shù)為 3道。對于行車道板下面只進(jìn)行使用階段內(nèi)力計(jì)算。3.4.1 邊梁懸臂板內(nèi)力（1） 恒載及其產(chǎn)生的內(nèi)力恒載計(jì)算：瀝青混凝土面層：混凝土防水層：箱形邊梁翼緣板自重：防撞護(hù)欄：合計(jì)：恒載內(nèi)力：彎矩：剪力：（說明：為邊緣翼板長，為防撞護(hù)欄簡化為集中力的作用點(diǎn)到懸臂根部距離）（2） 活載（汽車）荷載產(chǎn)生的內(nèi)力按照標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載橫向分布按照最不利布載

12、如圖：可判斷在最不利位置時(shí)車輪仍不在懸臂板上， 故不計(jì)入內(nèi)力計(jì)算中。（3） 荷載組合恒+汽： 彎矩： 剪力：3.4.2 單向板內(nèi)力計(jì)算通過標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖可知橋面板存在單一箱梁內(nèi)兩腹板間單向板和兩相鄰箱梁間的單向板兩種， 現(xiàn)在選用兩箱梁間的單向板進(jìn)行控制計(jì)算。（1） 單向板有效工作寬度：單向板厚度，跨度 ，主梁梁肋厚度， 則單向板計(jì)算跨徑 ， 鋪裝層厚度 ，汽車車荷載沖擊系數(shù) 取 0.3。由 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（ JTG D60-2004） 中對單向板的荷載有效分布寬度要求， 求得：跨中有效寬度：支撐處有效寬度：沿橫向分布邊長：（2） 恒載及其產(chǎn)生的內(nèi)力由 2.1.1 中的計(jì)

13、算可知每延米上的恒載，則有：跨中彎矩： 支點(diǎn)剪力：（3） 車輛荷載產(chǎn)生內(nèi)力分別按照最不利載位布置車輪荷載，可得：跨中彎矩：支點(diǎn)剪力：（4） 荷載組合恒+汽：M0=3.77+23.34=27.11KN*m Q0=7.86+54.75=62.61 KN由于 則設(shè)計(jì)內(nèi)力為： 跨中彎矩： 支點(diǎn)彎矩： 支點(diǎn)剪力：3.6 活載橫向分布系數(shù)計(jì)算 由于主梁間采用濕接，并有可靠的橫梁，所以采用修正偏心壓力法計(jì)算連續(xù)梁跨中截面處的橫向分布系數(shù)； 采用杠桿原理法計(jì)算支點(diǎn)截面處的橫向分布系數(shù)。將變截面梁偏安全地使用跨中截面作為等截面進(jìn)行計(jì)算。3.6.1 跨中截面處橫向分布系數(shù)采用考慮主梁抗扭剛度的修正偏心壓力法：其中

14、為與主梁片數(shù)有關(guān)的系數(shù)，取。對于等截面三跨連續(xù)梁中跨剛度修正系數(shù)Cw中=1.818 、邊跨剛度修正系數(shù)Cw邊=1.429。（1） 邊跨梁： 1#梁： 2#梁： 1#梁活載橫向分布系數(shù)計(jì)算（可作出其影響線）：2#梁活載橫向分布系數(shù)計(jì)算（2） 中跨梁： 1#梁： 2#梁： 1#梁活載橫向分布系數(shù)計(jì)算（可作出其影響線）：2#梁活載橫向分布系數(shù)計(jì)算3.6.2 支點(diǎn)截面處橫向分布系數(shù) 采用杠桿法求支點(diǎn)截面處橫向分布系數(shù)， 對于邊跨與中跨并無區(qū)別。 按照 1#、 2#梁的影響線分別進(jìn)行最不利布載，1#梁活載橫向分布系數(shù)2#梁活載橫向分布系數(shù)綜合上述結(jié)果，列結(jié)構(gòu)橫向分布系數(shù)如下表：截面位置跨中支點(diǎn)邊跨1#0

15、.7741.1252#0.6591.127中跨1#0.8141.1252#0.6661.1273.7 使用階段主梁內(nèi)力計(jì)算 參考公路橋涵設(shè)計(jì)手冊基本資料，根據(jù)控制截面內(nèi)力影響線進(jìn)行最不利布載，由基本資料中的影響線參數(shù)表求控制截面內(nèi)力，進(jìn)而繪制出整個(gè)橋垮結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。（控制界面分別為邊支點(diǎn)截面1，邊跨跨中截面2，中支點(diǎn)截面3，中跨跨中截面4.）3.7.1 結(jié)構(gòu)重力恒載內(nèi)力前面已經(jīng)求出主梁恒載集度為80.99kN/m,進(jìn)行全跨布置，由控制截面內(nèi)力影響線求控制截面內(nèi)力。結(jié)果如下表特征截面彎矩kN*m剪力kN反力kN左邊跨00894.13894.1324627.12-223.53中跨3左-1400.8

16、8-1341.192458.863右1117.6641542.3703.7.2 汽車活載內(nèi)力汽車活載按規(guī)范查得均布荷載，集中荷載：結(jié)果如下特征截面彎矩kN*m剪力反力kN*mmaxminmaxminmaxmin左邊跨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 溫差作用效應(yīng)計(jì)算根據(jù)通規(guī) 4.3.10 規(guī)定，混凝土上部結(jié)構(gòu)的豎向日照反溫差=正溫差*（ -0.5

17、），梁高大于 300mm， A 選為 300mm。橋面采用 10cm 瀝青混凝土和8cm C40的水泥混凝土調(diào)平層，整體升溫20，查通規(guī)表 3.3.10-3，升溫：T1=14, T2=5.5，降溫：T1=-7,T2=-2.75.三跨連續(xù)梁為超靜定結(jié)構(gòu)，溫差作用效應(yīng)由溫度自內(nèi)力和溫度次內(nèi)力組成，下面分別計(jì)算：（1)溫度自應(yīng)力： 參考公預(yù)規(guī)附錄B計(jì)算：其中：為混凝土線膨脹系數(shù)，取0.00001 為混凝土彈性模量，取 為單元面積 為單元面積重心至換算截面中性軸的距離 為單元面積內(nèi)溫差平均值計(jì)算結(jié)果如下表：面積/cm2te/cmNt/KNMt/KN*m134009.7569.81144-7982271

18、44.7660.81446-27136863.4053.2481-4349611.3943.5046-201714-1132 (2） 溫度次內(nèi)力使用力法解溫度次內(nèi)力，將中間支座處彎矩約束解除，成三段簡支梁的基本結(jié)構(gòu)。列力法方程為:因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、荷載均對稱，故有X1=X2,解得：X1=X2=1360kN*m溫度次內(nèi)力為：溫度應(yīng)力為: ， 具體各截面剪力及彎矩溫差作用計(jì)算結(jié)果見下表特征截面彎矩kN*m剪力kNmaxmin maxmin邊跨1566-113237.5-18.72226-45239.5-18.7中跨3左228-11439.5-18.73右004228-114003.7.4 基礎(chǔ)沉降內(nèi)力計(jì)算

19、基礎(chǔ)不均勻沉降使得超靜定連續(xù)梁產(chǎn)生次內(nèi)力，因此當(dāng)橋建在非巖石地基上時(shí)， 必須計(jì)入次內(nèi)力的影響。相鄰墩臺(tái)沉降差為 l/3000cm，采用位移法計(jì)算支座沉降，計(jì)算時(shí)分別取左側(cè)邊支座，中支座分別沉降 1.0cm，然后組合。（1） 邊支座沉降： 位移法方程： 其中： 又有：，則 解得：,。根據(jù) （2） 中邊支座沉降： 位移法方程： 其中： 又有：，則 解得：,。根據(jù)綜上，整理由支座位移引起的橋跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值最小值匯總?cè)缦拢嚎刂平孛鎻澗丶袅axminmaxmin邊跨10017.2-7.62311.5-13817.2-7.6中跨3左623-27617.2-7.63右9.4-18.04103.5-104

20、9.4-18.03.8 使用階段主梁內(nèi)力計(jì)算根據(jù)通規(guī)中的規(guī)定，對橋梁內(nèi)力進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用的短期、長期效應(yīng)組合：（1）荷載組合：承載能力極限狀態(tài)組合。其中，橋梁重要性系數(shù)；一二期結(jié)果重力載分項(xiàng)系數(shù)，基礎(chǔ)變位分項(xiàng)系數(shù);汽車荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)；溫度效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，其組合系數(shù)（2） 正常使用極限狀態(tài)-短期效應(yīng)組合其中，汽車荷載作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)（不計(jì)沖擊力），溫度梯度作用效應(yīng)頻遇值系數(shù)（3） 正常使用極限狀態(tài)-長期效應(yīng)組合其中，汽車荷載作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)（不計(jì)沖擊力），溫度梯度作用效應(yīng)頻遇值系數(shù)。計(jì)算表如下：1894.1-223.54627.12458.9-1341.21117.7-14

21、00.90.01542.42max793.728.02120.51134.84.5958.8300.653.61858.1min-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承載能力極限狀

22、態(tài)5max8.68.6155.88.58.64.7311.54.752.0min-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-26.2-26.2-632.8-26.2-26.20.0-159.60.0-159.69max2458.2-193.89823.15048.9-1705.3295