橋梁工程課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上橋梁工程本科課程設(shè)計占玉林西南交通大學(xué)橋梁工程系第一章 課程設(shè)計任務(wù)概述1.1 課程設(shè)計目的 初步掌握橋梁設(shè)計的基本流程；通過課程設(shè)計學(xué)習(xí)，熟悉公路預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的設(shè)計過程;掌握簡支梁橋的荷載橫向分布系數(shù)的計算理論和方法；通過實(shí)際操作，掌握用結(jié)構(gòu)分析的基本方法；掌握預(yù)應(yīng)力鋼束配束的基本原則，并完成配束工作；掌握預(yù)應(yīng)力損失的計算理論和方法，并完成預(yù)應(yīng)力損失的計算；掌握橋梁在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的荷載組合方法及相關(guān)驗(yàn)算項(xiàng)目，并完成設(shè)計橋梁在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的各項(xiàng)驗(yàn)算工作。為畢業(yè)設(shè)計及今后的實(shí)際工作做理論和實(shí)踐上的準(zhǔn)備。1.2 設(shè)計

2、規(guī)范 1、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004，中華人民共和國交通部； 2、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004，中華人民共和國交通部。1.3 課程設(shè)計方案1.3.1 方案概述課程設(shè)計方案為汽車專用公路上裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋，上下行左右幅分離布置，單幅橋由5片T梁組成。單幅橋面行車道寬度為11.25m，單幅橋面總寬度為12.25m，防撞欄桿寬度為50cm，T梁之間采用濕接縫連接。單幅橋橫截面布置如圖1-1所示。 簡支T梁的跨度分別取25m、30m、35m和40m。T梁的基本尺寸數(shù)據(jù)如圖1-2所示。T梁按全預(yù)

3、應(yīng)力混凝土或A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計。圖1-1 單幅橋橫截面尺寸 (單位:cm)跨徑(m)梁長(m)計算跨徑(m)2524.9624.283029.9629.143534.9634.004039.9638.86注：尺寸單位cm跨徑(m)H(cm)H1(cm)H2(cm)2517511720302001332935225158294025017438圖1-2 T梁跨徑及橫截面尺寸1.3.2 主要材料 1、混凝土：T梁混凝土C50，濕接縫混凝土C50； 2、預(yù)應(yīng)力鋼絞線：7f5鋼絞線(fpk=1860MPa，單根面積140mm2)。 相關(guān)材料的材料參數(shù)查閱公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范J

4、TG D62-2004第3章(P10-13)。1.3.3 設(shè)計荷載本課程設(shè)計活荷載僅考慮公路-II級汽車荷載，關(guān)于汽車荷載的相關(guān)內(nèi)容查閱公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004的第4.3條(P23-27)。1.4 課程設(shè)計基本流程 1、根據(jù)橋型方案，確定結(jié)構(gòu)的相關(guān)基本尺寸； 2、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。對于本課程設(shè)計而言，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的主要工作包括荷載橫向分布系數(shù)和單根T梁的內(nèi)力計算。并完成在承載能力極限狀態(tài)下和正常使用極限狀態(tài)下的相應(yīng)內(nèi)力組合； 3、預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)計。按照結(jié)構(gòu)的受力及構(gòu)造等的要求，完成預(yù)應(yīng)力鋼束的布置工作，并完成預(yù)應(yīng)力損失的計算； 4、主要截面的驗(yàn)算。主要針對控制截面的承載能力、抗

5、裂性、應(yīng)力水平及結(jié)構(gòu)的變形等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算； 5、完成計算說明書并繪制主要施工圖紙。第二章 荷載橫向分布系數(shù)的計算 對于裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋而言，多片T梁通過橫隔板及橋面板聯(lián)系在一起形成一個整體受力結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)的空間整體性，當(dāng)橋上作用荷載時，各片主梁將共同參與工作，形成了各片主梁之間的內(nèi)力分布。從理論上講，對這類結(jié)構(gòu)的分析應(yīng)采用空間分析方法較為精確地得出控制截面的最不利內(nèi)力。但是，對于絕大多數(shù)工程設(shè)計人員而言，直接應(yīng)用空間分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計是不現(xiàn)實(shí)的。通常的做法是，通過荷載橫向分布計算方法求得每根主梁分?jǐn)偟臉蛏虾奢d，再按照平面結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法對單根主梁進(jìn)行內(nèi)力分析和設(shè)計。 目前，對

6、于多主梁結(jié)構(gòu)的荷載橫向分布系數(shù)的計算方法有：剛性橫梁法、絞接板法、剛接梁法以及正交異性板法(G-M法)等。關(guān)于荷載橫向分布系數(shù)的計算方法可以參考相關(guān)專業(yè)書籍和文獻(xiàn)。在本課程設(shè)計中，在支座位置處荷載橫向分布系數(shù)可按“杠桿原理法”(關(guān)于杠桿原理的相關(guān)理論，可參考相關(guān)書籍，本課程設(shè)計不作專門介紹)進(jìn)行計算，而跨中位置處荷載橫向分布系數(shù)按“剛性橫梁法”進(jìn)行計算。下面主要介紹剛性橫梁法的計算原理。2.1 剛性橫梁法 根據(jù)試驗(yàn)和理論分析發(fā)現(xiàn)，對于具有可靠橫向聯(lián)系的橋，且橋的寬跨比小于0.5時，橋上荷載作用下中間橫梁的撓曲變形比主梁的撓曲變形要小很多。因而，可以將中間橫梁假設(shè)為一剛體，只產(chǎn)生剛體位移而不產(chǎn)生

7、彈性變形。這種把橫梁當(dāng)成支撐在各片主梁上的連續(xù)剛體計算荷載橫向分布系數(shù)的方法稱之為“剛性橫梁法”。 圖2-1所示為一由n片主梁組成的裝配式T梁橋，假設(shè)第i片T梁的抗彎慣性矩為Ii，第i片T梁到截面扭心O的水平距離為ai。單位荷載的作用位置到截面扭心的距離為e。圖2-1 裝配式T梁橋則，圖2-1可以等效為下圖所示兩種受力情況的疊加。圖2-2 荷載等效對于圖2-2(a)所示的受力模式，集中力通過截面的扭心，且假設(shè)橫梁為一剛體，則橫梁產(chǎn)生平行下?lián)?，各片主梁的撓度相同，?(2-1)對于簡支梁受胯中集中荷載，荷載與變形的關(guān)系可以寫為 (2-2)上式中，為第i片T梁分?jǐn)偟降暮奢d。由荷載平衡可得 (2-3

8、)則，由上式可得 (2-4)將上式代入式(2-2)可得如圖2-2(a)所示的受力模式，第i片T梁分?jǐn)偟降暮奢d為 (2-5)對于圖2-2(b)所示的受力模式，在偏心力矩的作用下，橫梁將繞扭心轉(zhuǎn)動一個角度q。則，第i片T梁的撓度可寫為 (2-6)由式(2-2)可得第i片T梁分?jǐn)偟降暮奢d為 (2-7)由力矩的平衡條件得 (2-8)由上式可以解出 (2-9)將式(2-9)代入式(2-7)，可得如圖2-2(b)所示的受力模式，第i片T梁分?jǐn)偟降暮奢d為 (2-10)綜合式(2-5)和(2-10)，可得如圖2-1所示的受力模式，第i片T梁分?jǐn)偟降暮奢d為 (2-11)若各片主梁的剛度相等，則上式進(jìn)一步簡化為

9、(2-12)例2-1 以圖1-1所示的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋?yàn)槔嬎愫奢d橫向分配系數(shù)。梁號1-512.50.25002-256.2565664.062530.000.00004256.2565664.06255512.50.2500.6250假定e=256.25cm，則各片梁的橫向分配系數(shù)為梁號10.20-0.200.0020.20-0.100.1030.200.000.2040.200.100.3050.200.200.401.002.2 橫向分配系數(shù)影響線以及最不利橫向荷載分配系數(shù) 根據(jù)反力互等原理，單位荷載作用在某一根主時，各主梁的反力等于單位荷載在這些主梁上移動時該主梁的反力變化

10、值，即該主梁的反力影響線(也即該主梁的荷載橫向分配系數(shù)影響線)。用此方法可以方便地做出各個主梁的橫向分配系數(shù)影響線。 由主梁的橫向分配系數(shù)影響線，就可以確定每片主梁的最不利荷載橫向加載位置，從而得出每片主梁的最不利橫向荷載分配系數(shù)。本課程設(shè)計移動荷載只考慮汽車荷載，關(guān)于車輛荷載的橫向布置要求參考規(guī)范公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004第4.3.1條的第6小條(P24)。 第三章 主梁內(nèi)力計算3.1 計算荷載 1、主梁自重及橋面鋪裝：以均布荷載的形式作用在梁上； 2、防撞護(hù)欄：采用荷載橫向分配系數(shù)的計算方法將防撞護(hù)欄分?jǐn)偟礁髌髁荷希?3、車道荷載：僅考慮公路-II級汽車荷載，關(guān)于車道荷

11、載的相關(guān)內(nèi)容查閱公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004的第4.3條(P23-27)。計算車道荷載時，應(yīng)參考該規(guī)范注意如下事項(xiàng)： (1)按照第二章計算得到每片主梁荷載橫向分配系數(shù)； (2)按照表4.3.1-4(P26)考慮車道橫向折減系數(shù)； (3)按照表4.3.1-5(P26)考慮車道縱向折減系數(shù)； (4)按照第4.3.2(P26)條考慮汽車荷載沖擊系數(shù)。其中，橋梁的基頻計算參考條文說明P83的式(4-3)和(4-4)。3.2 內(nèi)力計算按照材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。計算內(nèi)容包括：1、各片主梁的內(nèi)力計算結(jié)果(考慮對稱性，只給出3片梁的結(jié)果)；2、控制斷面(包括支座斷面、1/8跨斷面

12、、1/4跨斷面、3/8跨斷面和跨中斷面等)的彎矩和剪力；3、單獨(dú)列出自重、二期恒載和活載的計算結(jié)果；4、對于移動荷載(本課程設(shè)計中的車道荷載)應(yīng)按影響線進(jìn)行最不利加載。對于影響線的求法，可以參考結(jié)構(gòu)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容(如機(jī)動法)。3.3 內(nèi)力組合 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004給出了與承載能力極限狀態(tài)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合以及與正常使用極限狀態(tài)相對應(yīng)的作用短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合。關(guān)于荷載組合的相關(guān)內(nèi)容參考公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004的第4.1.6條和第4.1.7條(P18-19)。 根據(jù)相關(guān)規(guī)范條文的規(guī)定，給出控制斷面在幾種組合情況下的內(nèi)力組合結(jié)果。第四章 預(yù)應(yīng)力鋼筋估

13、束和布置4.1 預(yù)應(yīng)力鋼束的估束 對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁橋，控制結(jié)構(gòu)設(shè)計的通常是抗裂性驗(yàn)算。因而，可按照抗裂性驗(yàn)算原則完成估束工作。根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004的第6.3.1條(P58)規(guī)定：全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用(或荷載) 短期效應(yīng)組合下預(yù)制構(gòu)件： (4-1)式中，為作用(或荷載) 短期效應(yīng)組合下構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的拉應(yīng)力，為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)加力在構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力。 對于本課程設(shè)計，抗裂驗(yàn)算邊緣為截面下邊緣。根據(jù)材料力學(xué)知識，作用(或荷載) 短期效應(yīng)組合下構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的拉應(yīng)力按下式求得 (4-2)其中，是彎矩短

14、期效應(yīng)組合值，是毛截面抗彎慣性矩，是下邊緣距截面中性軸的距離。 預(yù)加力在構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力的計算按如下方式計算。將預(yù)加力等效為作用在截面中性軸位置處的軸力和一外加彎矩，如圖4-1所示。圖4-1 預(yù)加力等效則，預(yù)加力在構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)按下式計算 (4-3)上式中，是毛截面面積，是預(yù)應(yīng)力鋼絞線合力作用點(diǎn)距截面中性軸的距離，和的定義與式(4-2)一致，是預(yù)加力，按下式計算 (4-4)其中，和分別為預(yù)應(yīng)力鋼束的有效預(yù)應(yīng)力和面積。將式(4-2)(4-4)代入式(4-1)，并將式(4-1)取等號，得到預(yù)應(yīng)力鋼束面積估算公式 (4-5)上式中，預(yù)應(yīng)力鋼束的有效預(yù)應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力鋼絞線合力

15、作用點(diǎn)距截面中性軸的距離需要預(yù)先假定。一般而言，對于的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的控制張拉應(yīng)力取，在估束階段，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，考慮25%的預(yù)應(yīng)力損失，則有效預(yù)應(yīng)力的估計值為。對于跨中截面，可假設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線合力作用點(diǎn)距截面下邊緣15cm進(jìn)行試算。對跨中截面按式(4-5)求得預(yù)應(yīng)力鋼束面積后，除以單根鋼束面積140mm2，取整后即得到跨中需要布置的鋼束數(shù)量。對于預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，鋼絞線均錨固在梁端，因而其它截面可以通過調(diào)整鋼束位置滿足抗裂性要求。 以上鋼束數(shù)量結(jié)果只是一個估算值，如果在隨后的驗(yàn)算中發(fā)現(xiàn)某一驗(yàn)算指標(biāo)無法滿足，需進(jìn)行重新調(diào)整試算。4.2 預(yù)應(yīng)力鋼束的布置的構(gòu)造原則 通過理論計算得到預(yù)應(yīng)力鋼束

16、數(shù)量及偏心位置后，在布置鋼束時，還應(yīng)遵從規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造原則，詳細(xì)的構(gòu)造原則可以參考公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004的第9.4條(P102)。 一般而言，鋼束布置應(yīng)遵從以下構(gòu)造原則： 1、直線管道的凈距不應(yīng)小于40mm，且不宜小于管道直徑的0.6倍；對于預(yù)埋的金屬或塑料波紋管和鐵皮管，在豎直方向可以將兩管道疊置； 2、管道至構(gòu)件頂面或側(cè)面的凈距不應(yīng)小于45mm，至構(gòu)件底面的不應(yīng)小于50mm； 3、曲線鋼絞線的彎曲半徑不宜小于4m，彎起角不宜大于30度。 本課程設(shè)計建議采用9f15.2和7f15.2兩種規(guī)格的預(yù)應(yīng)力鋼束，對應(yīng)管道直徑為80mm和70mm。具體布置可以

17、參考圖4-2。(a)半立面(b)跨中截面(c)1/4跨截面(d)支座截面圖4-2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置示意4.3 預(yù)應(yīng)力損失的計算 對于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，需考慮以下幾種預(yù)應(yīng)力損失：1、預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩阻損失；2、錨具回縮、鋼筋回縮和接縫壓縮損失；3、混凝土彈性壓縮損失；4、預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛損失；5、混凝土收縮徐變損失。 關(guān)于預(yù)應(yīng)力損失的計算理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計原理里面有詳細(xì)介紹，在課程設(shè)計過程中，除了參考結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教材外，還應(yīng)仔細(xì)閱讀公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004的第6.2條(P54-58)的相關(guān)內(nèi)容。計算時需注意如下事項(xiàng)： 1、需計算每根鋼束在跨中斷面、

18、1/4跨斷面和支座斷面的各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失值； 2、本課程設(shè)計預(yù)應(yīng)力管道選用金屬波紋管，在計算預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩阻損失時，摩阻系數(shù)與管道偏差系數(shù)按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004表6.2.2選??；3、本課程設(shè)計預(yù)應(yīng)力錨具選用夾片錨，錨具變形值按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004表6.2.3選取； 4、計算混凝土彈性壓縮損失時，可按如下簡化公式計算所有預(yù)應(yīng)力鋼束的彈性壓縮損失 (4-6)其中，是鋼絞線張拉批次，是鋼絞線與混凝土彈性模量比，是在1/4跨截面預(yù)應(yīng)力筋合力點(diǎn)處由預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土壓應(yīng)力； 5、計算各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失后，還應(yīng)按照公

19、路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004表6.2.8計算第一批和第二批預(yù)應(yīng)力損失。第五章 T梁驗(yàn)算 本課程設(shè)計驗(yàn)算工作主要包括：正截面抗彎承載能力驗(yàn)算、正截面抗裂性驗(yàn)算、混凝土正截面壓應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力驗(yàn)算以及結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算。在實(shí)際設(shè)計工作中，驗(yàn)算內(nèi)容較上述內(nèi)容為多，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求驗(yàn)算每一項(xiàng)指標(biāo)。在課程設(shè)計中，僅對若干典型斷面 (跨中斷面、1/4跨斷面以及支座斷面等)完成上述驗(yàn)算內(nèi)容。5.1 正截面抗彎承載能力驗(yàn)算 關(guān)于正截面抗彎承載能力驗(yàn)算，在結(jié)構(gòu)設(shè)計原理里對其計算原理有詳細(xì)介紹。在課程設(shè)計過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵從公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004的第5.1.5條和第5.2條的相關(guān)規(guī)定。計算時需注意如下事項(xiàng)： 1、對于承載能力極限狀態(tài)，荷載組合按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004規(guī)定的與承載能力極限狀態(tài)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合(P18)； 2、確定結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)時，應(yīng)結(jié)合規(guī)范公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004的表1.0.9(P2)； 3、材料的設(shè)計強(qiáng)度按公路鋼筋混凝土