橋梁工程1課程設(shè)計(jì)

1、橋梁工程（I）課程設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)：年 級(jí)：2013級(jí) 專(zhuān) 業(yè)：橋梁工程班 級(jí)：指導(dǎo)教師：2016年6月目錄2016年橋梁工程（I）課程設(shè)計(jì)- 2 -一、計(jì)算截面特性- 6 -二、主梁作用效應(yīng)計(jì)算- 6 -（一）永久作用效應(yīng)計(jì)算- 6 -1.永久作用集度- 6 -（二）可變作用效應(yīng)計(jì)算（修正剛性橫梁法）- 9 -1.沖擊系數(shù)和車(chē)道折減系數(shù)- 9 -2.計(jì)算主梁的荷載橫向分布系數(shù)- 9 -3.車(chē)載荷載的取值- 14 -4.計(jì)算可變作用效應(yīng)- 14 -（三）主梁作用效應(yīng)組合- 18 -三、橋面板計(jì)算- 18 -（一）懸臂板荷載效應(yīng)計(jì)算- 19 -1.永久作用- 19 -2.可變作用- 20 -

2、3.承載能力極限狀態(tài)作用基本組合- 20 -（二）連續(xù)板荷載效應(yīng)計(jì)算- 20 -1.永久作用- 21 -2.可變作用- 22 -3.作用效應(yīng)組合- 25 -2016年橋梁工程（I）課程設(shè)計(jì)一、如圖1為某二級(jí)公路橋梁橫斷面布置圖，主梁為裝配預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T形梁，圖2為主梁立面圖，圖3為預(yù)制T梁截面尺寸圖，圖4為人行道部分尺寸圖。二、設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)；人群荷載：人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2015）第4.3.6條取用。三、分別按懸臂板和多跨連續(xù)單向板計(jì)算橋面板內(nèi)力。四、按杠桿法、剛性橫梁法及修正剛性橫梁法計(jì)算各主梁的荷載橫向分布系數(shù)。五、按修正剛性橫梁法計(jì)算號(hào)梁跨中及

3、支點(diǎn)在一期恒載、二期恒載及活載作用下的組合內(nèi)力。（按正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)分別組合）六、橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑40m；計(jì)算跨徑（正交、簡(jiǎn)支）39.1m；預(yù)制梁長(zhǎng)39.96m。橋梁安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境條件為II類(lèi)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1。七、采用規(guī)范：公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTG B012014；公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D602015；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 D622004。八、材料：預(yù)制T梁、濕接縫采用C50（重度取26kN/m3），材料用量見(jiàn)表1；現(xiàn)澆鋪裝層采用C50（重度取25kN/m3），瀝青混凝土鋪裝層重度取24kN/m3，防水層厚度忽略不計(jì)（見(jiàn)圖1）；人行道欄

4、桿采用輕型鋼護(hù)欄（單側(cè)重量0.60kN/m），人行道板及縱梁采用C30混凝土(重度取25kN/m3)，抹面砂漿重度取21kN/m3（見(jiàn)圖4）。九、主梁計(jì)算時(shí)：?jiǎn)纹琓梁自重可視為縱向均布荷載；濕接縫對(duì)應(yīng)現(xiàn)澆部分橫隔梁按厚度16cm計(jì)算，濕接縫橋面板按厚度15cm計(jì)算（見(jiàn)圖4）。二期恒載按每片梁橫向?qū)挾壬系匿佈b就直接作用在該片梁上計(jì)算，人行道與欄桿的重量按平均分配到各片梁上計(jì)算。十、車(chē)道荷載沖擊系數(shù)按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D602015條文說(shuō)明第4.3.2條計(jì)算。一、計(jì)算截面特性主梁跨中截面特性根據(jù)CAD的計(jì)算結(jié)果：大毛面積： 面積: 10215.0000周長(zhǎng): 1024.8885慣性矩:

5、X: 83421063.8833 Y: 20365187.5000小毛面積： 面積: 9465.0000周長(zhǎng): 924.8885慣性矩: X: 77241682.7859 Y: 10833937.5000支點(diǎn)截面特性：面積: 14980.0000周長(zhǎng): 884.1597慣性矩: X: 93256619.0430 Y: 12700111.6667二、主梁作用效應(yīng)計(jì)算（一）永久作用效應(yīng)計(jì)算1.永久作用集度（1）預(yù)制梁自重 跨中截面段主梁自重（長(zhǎng)15.08m） G（1）=0.9465X26X15.085=371.2268(KN)馬蹄抬高與腹板變寬段梁的自重(長(zhǎng)3.37m)G（2）（1.498+0.9

6、465）X3.37X26/2=107.0935(KN)支點(diǎn)段梁的自重（長(zhǎng)1.53m）G（3）=1.498X26X1.53=59.5904(KN)邊主梁的橫隔梁中橫隔梁的體積：0.165X（1.97X0.9-0.4X0.1X0.5-0.15X0.15X0.5）=0.2874(m3)端橫隔梁的體積：0.17X(2.35X0.75-0.5X0.1X0.23)= 0.2977(m3)故半跨內(nèi)橫梁重力為：G（4）=（3.5X 0.2874+1X0.2977）X26=33.8936(KN)預(yù)制梁永久作用集度 g1=（371.2268+107.0935+59.5904+33.8936）/19.98=28.6

7、2(KN/m)g1=45.43X26/39.96=29.56(KN/m)(2)二期永久作用現(xiàn)澆T梁翼板集度g（5）=0.15X0.5X26=1.95(KN/m)邊梁現(xiàn)澆部分橫隔梁一片中橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：0.165X0.25X1.97=0.0812625(m3)一片端橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積：0.17X2.35X0.25=0.099875(m3)故：g（6）=（3X0.0812625+2X0.099875）X26/39.96=0.29(KN/m)g(5)+g(6)=2.35X26/39.96=1.53(KN/m)鋪裝8cm混凝土鋪裝：0.08X12.5X25=25（KN/m）10cm瀝青鋪裝

8、：0.1X9X24=21.6(KN/m)若將橋面鋪裝均攤給五片主梁，則：g（7）=（25+21.6）/5=9.32(KN/m)欄桿一側(cè)人行欄：0.60KN/m一側(cè)水泥砂漿抹面：1.48X(0.03+0.02)/2+0.02X0.02/2X21=0.7822（KN/m）一側(cè)人行道板及縱梁：（0.0792+0.0462+0.0765+0.1240）X25=8.1475（KN/m）g（8）=（0.6+0.7822+8.1475）X2/5=3.81（KN/m）邊梁二期永久作用集度為：g2=1.53+9.32+3.81=14.66（KN/m）2.永久作用效應(yīng)如圖5所示設(shè)x為計(jì)算截面離左支座的距離，并令a

9、=x/l。主梁彎矩和剪力的計(jì)算公式分別為： Ma= Qa= 圖5 永久作用效應(yīng)計(jì)算圖永久作用效應(yīng)計(jì)算見(jiàn)表21號(hào)梁永久作用效應(yīng)表2作用效應(yīng) 跨中 a=0.5四分點(diǎn) a=0.25支點(diǎn) a=0.0一期彎矩（kN·m)5648.952954236.7147130剪力（kN）0288.949577.898二期彎矩（kN·m)2801.5443252101.1582440剪力（kN）0143.3015286.603å彎矩（kN·m)8450.4972756337.8729560剪力（kN）0432.2505864.501（二）可變作用效應(yīng)計(jì)算（修正剛性橫梁法）1.沖

10、擊系數(shù)和車(chē)道折減系數(shù)按橋規(guī)4.3.2條規(guī)定，結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻有關(guān)，因此要先計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻。簡(jiǎn)支梁橋的基頻可采用下列公式估算： 3.41（Hz）其中 Ic=0.8342m4 mc =1.0215X25X1000/9.81=2603.21（kg/m）根據(jù)本橋的基頻，可計(jì)算出汽車(chē)荷載的沖擊系數(shù)為：按橋規(guī)4.3.1條，當(dāng)車(chē)道大于兩車(chē)道時(shí)，需進(jìn)行車(chē)道折減，三車(chē)道折減22%，四車(chē)道折減33%，但折減后不得小于用兩行車(chē)隊(duì)布載的計(jì)算結(jié)果。本例按三車(chē)道設(shè)計(jì)，因此在計(jì)算可變作用效應(yīng)時(shí)需要進(jìn)行車(chē)道折減。2.計(jì)算主梁的荷載橫向分布系數(shù)（1）跨中的荷載橫向分布系數(shù)mc本例橋跨內(nèi)設(shè)九道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)系

11、，且承重結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比為：所以可以按修正的剛性橫梁法來(lái)繪制橫向影響線和計(jì)算橫向分布系數(shù)mc計(jì)算主梁抗扭慣矩IT對(duì)于T形梁截面，抗扭慣矩可近似按下式計(jì)算：式中：bi，ti 相應(yīng)為單個(gè)矩形截面的寬度和高度； ci 矩形截面抗扭剛度系數(shù) m 梁截面劃分成單個(gè)矩形截面的個(gè)數(shù)對(duì)于跨中截面，翼緣板的換算平均厚度： 16.6(cm)馬蹄部分的換算平均厚度： 圖6 IT計(jì)算圖式（尺寸單位：cm）圖6示出了IT的計(jì)算圖式，IT的計(jì)算見(jiàn)表3IT計(jì)算表表3分塊名稱(chēng)bi（cm）ti（cm）bi/ticiITi=ci·bi·ti3（×10-3m4）翼緣板25016.615.06020.333

12、3.80810142腹板187.9209.39500.3104.65992馬蹄5045.51.09890.1527.1589245å15.62694592計(jì)算抗扭修正系數(shù)b對(duì)于本例主梁的間距相同，并將主梁近似看成等截面，則得：式中：G=0.4E；l=39.1m, =5X0.01562694592=0.0781347296m4；a1=5m，a2=2.5m,a3=0.0m,a4=-2.5m,a5=-5m; =0. 83421063 m4 。解得：b=0.929按修正的剛性橫梁法計(jì)算橫向影響線豎坐標(biāo)值式中：n=5，=2X（5.02+2.52）=62.5（m2）。計(jì)算所得的值列于表4內(nèi)。hi

13、j表4梁號(hào)hi1hi2hi3hi4hi510.5716 0.3858 0.2000 0.0142 -0.1716 20.3858 0.2929 0.2000 0.1071 0.0142 30.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)1號(hào)梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖7所示 圖7 跨中的橫向分布系數(shù)mc計(jì)算圖式（尺寸單位：cm） 可變作用（汽車(chē)公路級(jí)）： 三車(chē)道：0.468 兩車(chē)道：0.6304故取可變作用（汽車(chē)）的橫向分布系數(shù)為：=0.6304可變作用（人群）：0.5902（2）支點(diǎn)截面的荷載橫向分布系數(shù)m0如圖8所示，按杠桿原理法繪制荷載橫向

14、分布影響線并進(jìn)行布載。1號(hào)梁可變作用的橫向分布系數(shù)可計(jì)算如下：圖8 支點(diǎn)的橫向分布系數(shù)m0計(jì)算圖式（尺寸單位：cm）可變作用（汽車(chē)）：可變作用（人群）：（3）橫向分布系數(shù)匯總（見(jiàn)表5）1號(hào)梁可變作用橫向分布系數(shù)表5可變作用類(lèi)型mcm0公路級(jí)0.63040.3人群0.59021.13.車(chē)載荷載的取值根據(jù)橋規(guī)4.3.1條，公路級(jí)的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk為：qk=10.5（KN/m）計(jì)算彎矩時(shí)： （kN）計(jì)算剪力時(shí)：4.計(jì)算可變作用效應(yīng)在可變作用效應(yīng)計(jì)算中，本例對(duì)于橫向分布系數(shù)的取值作如下考慮：支點(diǎn)處橫向分布系數(shù)取m0，從支點(diǎn)到第一根橫梁段，橫向分布系數(shù)從m0直線過(guò)渡到mc，其余梁段

15、均取mc。（1）求跨中截面的最大彎矩和最大剪力計(jì)算跨中截面最大彎矩和最大剪力采用直接加載求可變作用效應(yīng)，圖9示出跨中截面作用效應(yīng)計(jì)算圖式，計(jì)算公式為：式中：所求截面汽車(chē)（人群）標(biāo)準(zhǔn)荷載的彎矩或剪力 車(chē)道均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值車(chē)道集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值影響線上同號(hào)區(qū)段的面積影響線上最大坐標(biāo)值可變作用（汽車(chē)）標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)：=X0.6304X39.1X9.775X10.5-(0.6304-0.3)X4.55X0.7583X10.5+0.6304X338.2X9.775 =3337.01(KN·m) 圖9 跨中截面作用效應(yīng)計(jì)算圖式=X0.6304X19.55X0.5X10.5-X(0.6304-0.3)X4.5

16、5X0.0388X10.5+0.6304X405.84X0.5=159.97（KN）可變作用（汽車(chē)）沖擊效應(yīng)： M=3337.01X0.186=620.68(KN·m) V=159.97X0.186=29.75（KN）可變作用（人群）效應(yīng)：人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范取3.0KN/ q=1.5X3.0=4.5(KN/m)= 0.5X0.5902X39.1X9.775X4.5+(1.1-0.5902)X4.55X0.7583X4.5 =515.46(KN·m)= 0.5X0.5902X19.55X0.5X4.5+0.5X(1.1-0.5902)X4.55X0.0388

17、X4.5=13.18（KN）(2)求四分點(diǎn)截面的最大彎矩和最大剪力圖10為四分點(diǎn)截面作用效應(yīng)計(jì)算圖式。可變作用（汽車(chē)）標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)：=0.5X0.6304X39.1X7.33125X10.5-(0.6304-0.3)X4.55X0.5X(1.1375+0.3792)X10.5+0.6304X338.2X7.33125 =2499.76(KN·m)=0.5X0.6304X29.325X0.75X10.5-0.5X(0.6304-0.3)X4.55X0.0388X10.5+0.6304X405.84X0.75=264.37（KN）可變作用（汽車(chē)）沖擊效應(yīng)： M=2499.76X0.186=4

18、64.96 (KN·m) V=264.37X0.186=49.17（KN）可變作用（人群）效應(yīng)：= 0.5X0.5902X39.1X7.33125X4.5+(1.1-0.5902)X4.55X0.5X(1.1375+0.3792)X4.5 =388.58(KN·m)= 0.5X0.5902X29.325X0.75X4.5+0.5X(1.1-0.5902)X4.55X0.0388X4.5=29.41（KN） 圖10 四分點(diǎn)截面作用效應(yīng)計(jì)算圖式（3）求支點(diǎn)截面的最大剪力圖11示出支點(diǎn)截面最大剪力計(jì)算圖式。 可變作用（汽車(chē)）標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)：=0.5X0.6304X39.1X1X10.5

19、-0.5X(0.6304-0.3)X4.55X0.5X(0.0388+0.9612)X10.5+0.6304X405.84X0.8836=351.52（KN）可變作用（汽車(chē)）沖擊效應(yīng)： V=351.52X0.186=65.38（KN）可變作用（人群）效應(yīng)：= 0.5X0.5902X39.1X1X4.5+0.5X(1.1-0.5902)X4.55X0.5X(0.0388+0.9612)X4.5 =54.53（KN） 圖11 支點(diǎn)截面剪力計(jì)算圖（三）主梁作用效應(yīng)組合本例按橋規(guī)4.1.64.1.8條規(guī)定，根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用效應(yīng)選擇了三種最不利效應(yīng)組合：短期效應(yīng)組合、標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合和承載能力極限狀態(tài)

20、基本組合，見(jiàn)表6.主梁作用效應(yīng)組合表6序號(hào)荷載類(lèi)型跨中截面四分點(diǎn)截面支點(diǎn)MmaxVmaxMmaxVmaxVmax(kN·m)(kN)(kN·m)(kN)(kN)（1）第一期永久作用5648.953 0.000 4236.715 288.949 577.898 （2）第二期永久作用2801.544 0.000 2101.158 143.302 286.603 （3）總永久作用=（1）+（2）8450.497 0.000 6337.873 432.251 864.501 （4）可變作用（汽車(chē)）公路級(jí)3337.010 159.970 2499.760 264.370 351.52

21、0 （5）可變作用（汽車(chē)）沖擊620.680 29.750 464.960 49.170 65.380 （6）可變作用（人群）515.460 13.180 388.580 29.410 54.530 （7）標(biāo)準(zhǔn)組合=（3）+（4）+（5）+（6）12923.647 202.900 9691.173 775.201 1335.931 （8）短期組合=（3）+0.7×（4）+（6）11301.864 125.159 8476.285 646.720 1165.095 （9）極限組合=1.2×（3）+1.4×(4)+(5)+0.75×1.4×(6)1

22、6222.596 279.447 12164.065 988.537 1678.318 三、橋面板計(jì)算考慮到主梁翼緣板內(nèi)鋼筋是連續(xù)的，故橋面板可按懸臂板（邊梁）和兩端固結(jié)的連續(xù)板（中梁）兩種情況來(lái)計(jì)算。（一）懸臂板荷載效應(yīng)計(jì)算由于寬跨比大于2，故按單向板計(jì)算，懸臂長(zhǎng)度為1.15m。1.永久作用（1）主梁架設(shè)完畢時(shí)橋面板可看成90cm長(zhǎng)的單向懸臂板，計(jì)算圖式見(jiàn)圖12b）。 圖12 懸臂板計(jì)算圖式（尺寸單位：mm）計(jì)算懸臂根部一期永久作用效應(yīng)為：彎矩：=-0.5X0.15X1X26X1.15X1.15-1/3X0.5X0.1X1X26X1.15X1.15 =-3.152（KN·m)剪力：

23、=0.15X1X26X1.15+0.5X0.1X1X26X1.15 =5.98 (KN)（2）總永久作用效應(yīng)彎矩：=-3.152 (KN·m)剪力：=5.98 (KN)2.可變作用在邊梁懸臂板出，只作用有人群，計(jì)算圖式為12c）彎矩：=-0.5X3.0X0.9X0.9=-1.22(KN·m)剪力：=3.0X0.9=2.7(KN)3.承載能力極限狀態(tài)作用基本組合按橋規(guī)4.1.6條：=1.2+1.4X0.75X=-(1.2X3.152+1.4X0.75X1.22)=- 5.0634 (KN·m)=1.2+1.4X0.75X=1.2X5.98+1.4X0.75X2.7=

24、10.011 (KN)（二）連續(xù)板荷載效應(yīng)計(jì)算對(duì)于梁肋間的行車(chē)道板，在橋面現(xiàn)澆部分完成后，行車(chē)道板實(shí)質(zhì)上是一個(gè)支承在一系列彈性支承上的多跨連續(xù)板，實(shí)際受力很復(fù)雜。目前，通常采用較簡(jiǎn)便的近似方法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于彎矩，先計(jì)算出一個(gè)跨度相同的簡(jiǎn)支板在永久作用和活載作用下的跨中彎矩M0，再乘以偏安全的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)加以修正，以求得支點(diǎn)處和跨中截面的設(shè)計(jì)彎矩。彎矩修正系數(shù)可視板厚t與梁肋高度h的比值來(lái)選用。本例，即主梁抗扭能力較大，取跨中彎矩：；支點(diǎn)彎矩。對(duì)于剪力，可不考慮板和主梁的彈性固結(jié)作用，認(rèn)為簡(jiǎn)支板的支點(diǎn)剪力即為連續(xù)板的支點(diǎn)剪力。下面分別計(jì)算連續(xù)板的跨中和支點(diǎn)作用效應(yīng)值。1.永久作用（1）主梁架設(shè)完畢時(shí)

25、橋面板可看成90cm長(zhǎng)的懸臂單向板，計(jì)算圖式見(jiàn)圖12b），其根部一期永久作用效應(yīng)為：彎矩：=-3.152 (KN·m)剪力：=5.98 (KN)（2）成橋后先計(jì)算簡(jiǎn)支板的跨中彎矩和支點(diǎn)剪力值。根據(jù)公預(yù)規(guī)4.1.2條，梁肋間的板，其計(jì)算跨徑按下列規(guī)定取用：計(jì)算彎矩時(shí) ，但不大于；本例計(jì)算剪力時(shí)，；本例。式中板的計(jì)算跨徑板的凈跨徑板的厚度梁肋寬度計(jì)算圖式見(jiàn)圖13。圖13中，為現(xiàn)澆部分橋面板自重； ，是二期永久作用，包括8cm混凝土鋪裝層和10cm厚瀝青層。 計(jì)算得到簡(jiǎn)支梁跨中二期永久作用彎矩及支點(diǎn)二期永久作用剪力為：=（0.6125+0.55）X0.25X3.75+0.5X2.45X0.

26、6125X4.4=4.4295 (KN·m)=0.25X3.75+1.15X3.15=4.56(KN) 圖13 簡(jiǎn)支板二期永久作用計(jì)算圖式（尺寸單位：cm）(3)總永久作用效應(yīng)綜上所述，支點(diǎn)截面永久作用彎矩為：=-3.152-0.7X4.4295=-6.25265 (KN·m)支點(diǎn)截面永久作用剪力為：=5.98+4.56=10.54 (KN)跨中截面永久作用彎矩為：=0.5X4.4295=2.21475(KN)2.可變作用根據(jù)橋規(guī)4.3.1條，橋梁結(jié)構(gòu)局部加載時(shí)，汽車(chē)荷載采用車(chē)輛荷載。根據(jù)橋規(guī)表4.3.1-2，后輪著地寬度b1及長(zhǎng)度a1為：a1=0.2m，b1=0.6m平行于板的跨徑方向的荷載分布寬度：b=b1+2h=0.6+2X0.18=0.96m（1）車(chē)