橋梁工程課程設(shè)計

1、橋梁工程課程設(shè)計、設(shè)計資料1、橋面凈空：凈一7m （無人行道）；2、主梁跨徑和全長：標(biāo)準(zhǔn)跨徑LB=16m計算跨徑Lp=15.5m主梁全長L全=15.96m3、設(shè)計荷載公路一I級（無人群載荷）4、材料鋼筋：主筋用HRB335鋼筋，其他用R235鋼筋；混凝土： C40。5、計算方法極限狀態(tài)法。&結(jié)構(gòu)尺寸3.875m。如下圖所示，橫斷面五片主梁，間距1.6m?？v斷面五根橫梁，間距二、設(shè)計依據(jù)與參考書公路橋涵設(shè)計規(guī)范（合訂本）（JTJ021-85）人民交通出版社公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ022-85）結(jié)構(gòu)設(shè)計原理葉見曙主編，人民交通出版社橋梁計算示例集（梁橋）易建國主編，人民交通出版社橋梁工

2、程（1985）姚玲森主編，人民交通出版社公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖編制組，人民交通出版社三、橋梁縱橫斷面及主梁構(gòu)造橫斷面共5片主梁，間距1.6m?？v斷面共5道橫梁，間距3.875m。尺寸擬定見圖，T梁的尺寸見下表：T形梁尺寸表（單位：m）主梁計算主梁梁肋橫隔梁橫隔梁橫隔梁翼板翼板長度跨徑高度寬度高度寬度間距厚度寬度15.9615.501.300.181.000.150.163.8750.080.141.60橫斷血75TOO75160ISO1601 閒橋梁橫斷面圖AU砸-HHJ i113S7.5L.JL J1陽橋梁縱斷面圖主梁斷面圖橫梁斷面圖四、主梁計算(一)主梁荷載橫向分布系數(shù)i跨中荷載彎矩

3、橫向分布系數(shù)(按剛接梁法計算)(1) 主梁抗彎及抗扭慣矩lx和Itx求主梁形心位置平均板厚 h1=1/2(8+14)=11cmAx=(160-18 X 11X 11/2+130X 18X 130/2/(160-18X 11+130X 18=41.2cm lx=4/12 X 142 X 113+142X 11 X (41.2-11/2)2+1/12X 18 X 1303+18 X 130 X4(130/2-41.2)2=6627500cm4=6.62750.41+0.5)+0.498 60*0.152 =62.68 KNL/4 處：Mmax=1.2210.436 120 (2.906+2.556

4、)+0.585 70 0.056=351.22 KN.mQmax=1.2210.436 120 (0.75+0.66)+60 0.409 0.402 1.221=102.12 KN.m支座處：Qmax=1.221(0.594 1201+0.545 120 0.91+0.436 60 0.652)=180.53 KN掛車-100跨中：Mmax=0.244 250 (3.265+3.875)+0.251 2501.885+0.321 2501.285=656.95 KN.mQmax=0.244 250 (0.5+0.423)+0.3210.165 250+0.391 0.087 250=78.05

5、 KNL/4 處：Mmax=0.314 250 2.006+0.244 250 (2.906+1.906+1.606) =548.97 KN.mQmax=0.244 250 (0.75+0.673+0.415+0.337)=132.68KN支座處：Qmax=0.469 2501+0.399 250 0.923+0.244 (250 0.665+250 0.587)=285.69 KN人群荷載：跨中：M max=mcrqr 3其中：人群和載集度qr=3X 0.75=2.25 KN/m, 3為影響線面積，對于跨中彎距：3 =1/2 X 15.5 X 3.875=30.03M max=mcrqr 3

6、 =0.528 X 2.25 X 30.03=35.68 KN.mL/4 截面彎距： 3 =1/2 X 15.5X 2.906=22.5Mmax=mcrqr3 =0.528 X 2.25 X 22.5=26.73 KN.m跨中剪力： 3=1/2X 15.5/2 X0.5=1.94Qmax=mcrqr3 =0.528 X 2.25 X 1.94=2.3 KN.mL/4 截面剪力： 3 =1/2 X(15.5-3.875 )X 0.75=4.36Qmax=mcrqr3=0.528X2.25X4.36=5.18 KN.m支座處剪力影響線面積 3 =1/2 X 1 5.5 X 1 =7.75 ，荷載橫

7、向分布系數(shù)變化段所 對應(yīng)影響線面積形心處的影響線豎直坐標(biāo)值為：y=1.0X(15.5-1/3 X3.875)/15.5=0.917Qmax=mcrqr3 +1/2XL/4X(m0-mc)qry=0.528X 2.25X 7.75=9.21 KN.m(7) 3號主梁內(nèi)力組合2號梁主梁內(nèi)力組合表序號何載類別彎距 M( KN.m)剪力 Q (KN.m)粱端L/4L/2梁端L/4L/2恒載0433.7578.4149.374.60.0汽車何載0351.22510.95180.53102.1262.68(3)掛車何載0548.97656.95285.69132.6878.05人群何載026.735.79

8、.25.22.3汽+人0378.0546.6189.7107.365.01.2 X恒載0520.5694.1179.189.60.0(7)1.4 X(汽 +人)0529.1765.3265.6150.291.0(8)1.1 X掛0603.9722.6314.3145.985.9(9)S1=(6)+01049.61459.3444.8239.891.0(10)S2=(6)+(8)01124.41416.7493.4235.585.9(11)(7)/(9)0.0%50.4%52.4%59.7%62.7%100.0%(12)(8)/(10)0.0%53.7%51.0%63.7%62.0%100.0%

9、(13)提高后的S101049.61459.3444.8239.891.0(14)提高后的S201146.81445.0508.2242.685.9控制設(shè)計的計算內(nèi)力01146.81459.3508.2242.691.0（8）各號梁內(nèi)力匯總各號梁的跨中截面、L/4截面及支點截面的Mmax和Qmax，計算結(jié)果匯總于下表中。各號梁內(nèi)力匯總表序號何載類別彎距 M( KN.m)剪力 Q (KN.m)粱端L/4L/2梁端L/4L/21（ 5）#提高后的S101140.11590.9407.1265.3108.7提高后的S201256.21607.6383.5290.899.6控制設(shè)計的內(nèi)力01256.2

10、1607.6407.1290.8108.72（ 4）#提高后的S101074.01495.0408.9248.996.8提高后的S201186.01494.9516.1253.691.1控制設(shè)計的內(nèi)力01186.01495.0516.1253.696.83#提高后的S101006.91397.7435.0229.485.9提高后的S201049.61459.3444.8239.891.0控制設(shè)計的內(nèi)力01146.81445.0508.2242.685.9控制設(shè)計的計算內(nèi)力01256.21607.6516.1290.8108.7（三）截面設(shè)計先估計出ho,試算出受拉鋼筋面積，最后進(jìn)行復(fù)核。先擬定

11、受拉鋼筋，再進(jìn) 行復(fù)核，必要時進(jìn)行調(diào)整的方法1主筋計算（1）計算資料由彎矩組合表可知，1號梁M值最大，偏安全的一律按1號梁計算彎距進(jìn) 行配筋。初擬跨中斷面受拉鋼筋為832（外徑35.8mm）設(shè)鋼筋凈保護(hù)層為3cm,受壓r150R-J1111164區(qū)鋼筋合力點至受壓邊緣的距離 a g 為3.3cmag=3+4/2 x 3.58=10.16cmho=13O-1O.16=119.84cmbi=18+12x h1=18+12x 11= 150cmA=8x 8.042=64.35cm2(2) 判斷界面類型RX A =320X 6435=2059.2KNRX b X h1=14.5 X 1500X 110

12、=2392.5KN由于Rx A V艮x b1X h1,按第一類T梁截面設(shè)計。(3) 承載能力計算RX Ag = RaX bxx=320X 6435/(14.5 X 1500)=94.68mm且需：RA=Rbx x 2X a g0.55 X h 0=0.55 X 1198.4=659.12mm 2 X a g=2X 33=66mm659.12 x=94.68 80故受拉區(qū)高度為 94.68mm其正截面強(qiáng)度按下列公式計算：Mj 1607.6 KN故可以采用U級鋼筋832,鋼筋面積64.35cm22、斜截面強(qiáng)度計算(1)尺寸檢驗0.051VRX bx ho=O.O51 xV25X 18X 119.8

13、4=550.1 KN 516.1 KN故截面尺寸可滿足要求。0.038RlX bXh o=O.O38 X 1.55 X 18X 119.84=127.05 KNv516.1 KN 故應(yīng)進(jìn)行剪力鋼筋設(shè)計。( 2)求不需設(shè)剪力鋼筋的區(qū)段和距支座中心h/2 處截面的最大剪力。Xh=(127.05- 108.7) X775/(516.1 -104.6)=34.56cmQ j=108.7+(775- 65) X (516.1 -108.7)/775=481.9 KN(3)箍筋設(shè)計采用封閉式雙肢箍筋nk=2,箍筋直徑二8mm(I級鋼筋)，鋼筋截面積為：0.503 X 2= 1.006cm2 縱筋平均配筋率

14、取最大和最小配筋率的均值：P=100卩=100X 64.35/(18 X 119.84)+16.09/(18 X 126.6)/2=1.84 Sk=0.0033X(2+1.84) XV25X1.006X240X18X22(119.84/2+126.6/2)2/481.9 2=18cm故選用s=15cm此時配筋率為：卩 k=1.006/(15 X 18) = 0.373 % 0.18 %滿足最小配筋率要求。箍筋間距為15cm,且第一道箍筋設(shè)置在距梁端一個保護(hù)層的距離處。在支座中心截面兩側(cè)h/2 = 65的范圍內(nèi)，箍筋間距不大于10cm,( 4)箍筋與混凝土共同承擔(dān)的剪力 極限抗力：Qhk=0.0

15、349X18X126.6V(2+1.84) X5X0.00373X240=329.7 KN v 481.9KN需設(shè)彎起筋分擔(dān)剪力。Qk=0.6 Q =0.6 X 481.9 = 289.14 KN v 329.7 KN 所以箍筋滿足要求，此時斜筋分擔(dān)剪力：Qw=481.9-329.7=152.2 KN（5）斜截面配筋設(shè)計a、最大剪力取用距支座中心 h/2（梁高一半）處截面的數(shù)值，其中混凝土與 箍筋共同承擔(dān)60%，彎起鋼筋（按45 彎起）承擔(dān)40%;b、 計算第一排（從支座向跨中計算）彎起鋼筋時，取用距支座中心h/2處 由彎起鋼筋承擔(dān)的那部分剪力值；c、計算以后每一排彎起鋼筋時，取用前一排彎起鋼

16、筋彎起點處由彎起鋼筋承擔(dān)的那部分剪力值。彎起鋼筋配置計算圖式如圖。1眺3 mo設(shè)曲愜與抵抗彎j瞇合團(tuán)架立鋼筋采用16 (U級鋼筋)，上凈保護(hù)層厚2.5cm。 需設(shè)置斜筋的區(qū)段長度X= (516.1-289.1 ) X 775/ (516.1-108.7 ) =431.8cm 第一排QWa= Q w=152.2 KNA w1=0.06RaAwsin a=152.2/(0.06 X 320X 0.707)2=11.21cm2于是，在B點將232彎起，實際鋼筋面積Aw=16.09 cm2，此時AB=130- (2.5+3+3.58+3.58/2+1.8 )=117.3cm由于A w1 A w2,所以

17、第二排彎起232;第三、四排補焊鋼筋232便可。 此時：BC=AB-3.58=113.7cmCD=BC-3.58=110.1cmDE=CD-3.58=106.6cm至此 AF=AB+BC+CD+DE=117.3+113.7+110.1+106.6=447.7cm436.2cm 故四排斜筋已滿足要求。( 6)正截面抗彎檢驗各截面設(shè)計彎距 M(x)由 M/2=1571.4 KN.m，M/4=1227.71 KN.m，M=0 KN.m 擬合的四次拋物線： y=ax 4+bx2+c貝U: C=1607.61256.2=3.8754a+3.8752b+1607.6420=7.754a+7.752b+16

18、07.6得出: a=-0.074664b=-22.2805542即 M(x)=1607.6- (0.074664 x +22.28055 x )插值計算得出；各截面抵抗彎距近似按與該截面的鋼筋面積成正比的關(guān)系進(jìn) 行計算，比例因子由跨中截面的已知條件確定，計算結(jié)果見表設(shè)計彎距與抵抗彎距對照表斷面位置跨中距離X (cm)設(shè)計彎距(KN.m抵抗彎距(KN.m跨中01607.61896.3B點657.7504.1948.2C點544882.81422.2D點433.91161.71896.3E點327.31360.41896.3由表可得，設(shè)計彎距均小于抵抗彎距，滿足正截面強(qiáng)度要求(7) 全梁斜截面抗剪

19、強(qiáng)度復(fù)核Qj 458.3 KNL/4處：偏安全地，P仍按h/2處的值計算，取P=1.85卩 k=1.006/(15 X 18) = 0.373 %Q=0.0349 X 18X 119.84 xV( 2+1.84) X 0.00373 X 240 XV 25 + 0.06 X 320X( 16.09 X sin45 )=530.96 KN 516.1 KN驗算結(jié)果，全梁各處均滿足斜截面抗剪強(qiáng)度要求。(8) 斜截面抗彎檢驗彎距圖上任一彎距Md(x) =L/2 V 1-Mc(x)/M(l/2)起彎點BCD點的斜截面抗彎強(qiáng)度檢驗如下：Xb-Xb =657.7- 775XV 1-948.2/1607.6

20、=161.4cmXc-Xc =544- 775XV 1-1422.2/1607.6=280.8cm顯然大于ho/2,故滿足斜截面抗彎強(qiáng)度要求3、裂縫寬度驗算卩=Ag/bh +(bi-b)h i=64.35/(18 X 119.84)=0.03 0.02，故取卩=0.02(T g=M/0.87Agho=1607.6/0.87 X 64.35 X 119.84 = 239.61 MPa 靜活載作用下的最大彎曲裂縫寬度：S fmax=CC2C3(T g/Eg(30+d)/(0.28+10卩)5=1X1.2X1X239.61/2 X 105X (30+32)/(0.28+10 X0.02) =0.18

21、6mm v S f=0.2mm故滿足要求。4、預(yù)拱度計算( 1 )開裂截面的中性軸位置 先假定中性軸在翼緣板內(nèi)。n g= 1 0跨中截面 Ag=64.35X10-4m2,h0=1.1984m21/2b1 x = n gAg(hox)1/2 X 1.5 xX= 10X64.35 X 10-4(1.1984-x)x= 0.281 m0.11 m所以中性軸在腹板中。Q?1/2bx +(b1 -b)h 1 (x-h 1 /2) = ngAg(h 0-x)1/2X0.18Xx2+(1.5-0.18)X0.11X(x- 0.11/2)=10 X64.35X10-4X(1.1984-x)解得： X=35.2

22、6cm2) 換算慣性距I01=b1/3 Xx 3-b 1-b/3(x-h 1) 3+nAg(h 0-x)=150/3X35.263-(150- 18)/3 X(35.26 -11)3+10X64.35X(119.8 -35.26)=2191880.779-628239.250+4603455.113=0.0617 m43) 計算剛度B=0.85EhX I 0142=0.85X2.85X104 X0.0617=1.495KN.m24) 撓度計算2S =(aX ML2)/(0.85 X EnI 01)Mh=578.4 KN.mM=817.2 KN.m恒載撓度：S h=5/48 X 578.4 X

23、15.5 2/1.495 X 106=0.00968m=0.968cm汽車荷載撓度：S q=5/48 X 817.2 X 15.5 7l.495 X 106=0.0136m=1.36cm撓度 S h、S q均小于 L/600=2.583cm總撓度：S = S q+S h = 0.968+0.808 = 1.776cm L/1600=0.969cm 所以應(yīng)設(shè)預(yù)拱度：S = S h+S q/2=0.968+1.36/2=1.648cm五、行車道板的計算（一）行車道板的計算圖式卩匚?17130(二)行車道板的內(nèi)力計算1. 恒載及其內(nèi)力(1) 荷載瀝青砼面層：g = 1.0X 0.06X 23= 1.

24、38 KN/m混凝土墊層：g2= 1.0X 0.1 X 24= 2.4 KN/m恒載：翼板 g 3 = 25X 1X 0.11 =2.75 KN/m藝=1.38+2.4+2.75=6.53 KN/m(2) 內(nèi)力彎距：MAh=- 1/2 X g(l-b) 2=- 1/2 X 6.53 X (1.60 -0.18) 2=-6.584 KN.m剪力：Qah= gX (I - b)/2=6.53 X (1.6 -0.18)=4.636 KN/m(3) 活載產(chǎn)生的內(nèi)力汽-20級：以重車后輪作用于鉸縫線上為最不利荷載布置，此時兩邊的懸臂板各承受 半的車輪荷載。按“橋規(guī)”，后車輪著地寬度b2及長度a2為：a

25、 2=0.2m b2=0.6mPl=p/(4abl)/IIIIbl/2順車方向輪壓部分寬度：a1= a2+2H=0.2+2X 0.11=0.42m垂直行車方向輪壓部分寬度：b1= b 2+2H=0.6+2X 0.11= 0.82m荷載作用于懸臂根部地有效分布寬度：a=a+1.4+2Lo=0.42+1.4+2 X 0.71=3.24m單輪時：a =a1+2L)=0.42+2 X 0.71=1.84m沖擊系數(shù)：1 + 卩=1.3作用于，每米寬板條上的剪力為：MAp=-(1+ 卩)X P/4a X( Lo-b4) X 2=-1.3 X 120/(4 X 3.24) X (0.71 - 0.82/4)

26、 X 2=-12.04 KN.m單個車輪時:MAp=-1.3 X 32.5/1.82 X( 0.71-0.21 )=11.61 KN.m取大值：MAp=-12.04 KN.m作用于每米寬板條上的剪力為：Qp=(1+ 卩)x 2P/4a=1.3 X 60/3.24=24.07KN掛-100：按“橋規(guī)”，車輪著地寬度b2及長度a2為：a2=0.2m b2=0.5mbi= b2+2H=0.5+2X 0.11 = 0.72mai= a2+2H=0.2+2X 0.11=0.42m鉸縫處 2 個輪重對于懸臂根部的有效分布寬度為：2a=a1+1.2+2L0=0.42+1.2+2X0.71=0.34m懸臂根部

27、處的車輪尚有寬度為 c 的部分輪壓作用于需計算的鉸接懸臂板上： C=b1/2-(0.9- L 0)=0.72/2-(0.9-0.71)=0.17ma=a+2C=0.42+2X 0.1 7=0.76m懸臂根部每米板寬的彎距為：MAg=-P1Xb1/2X(L0-b1/4)-P 2XC2/2 P1 =2 X P/4X 1/(2a X b1)=P/(4a Xb1)P2=P/4X 1/(a X b1 )=P/(4a Xb1)帶入后得：MAg=- P/(4a Xb1) Xb1/2X(L0-b1/4)- P/(4a Xb1) XC2/22=-250/4/3.04 X( 0.71-0.72/4 ) -250/

28、 (8X 0.76 X 0.72 ) X 0.17 =-12.55 KN.m作用在每米寬板條上得剪力為：QAg=P1 X b1/2+P2C=P/(8 X a)+PC/4aXb12 =-250/(4X3.04) X(0.71 -0.72/4)- 250/(8X0.76X0.72) X 0.172=39.98KN( 4)荷載組合：恒+汽：1.2MAH+1.4MAp=-(1.2X6.584+1.4X12.04)=-24.757 KN.m1.2Q Ah+1.4QAp=1.2X4.636+1.4X24.07=39.261 KN恒+掛：1 .2MAH+ 1 .4MAg=- (1 .2 X6.584+1.1 X12.55)= -21.706 KN.m 1.2QAg+1.4QAg=1.2X4.636+1.1 X39.98=49.54 KN故行車道板得設(shè)計內(nèi)力為：Mj=-24.757 KN.mQ j