橋梁工程課程設計

1、橋梁工程課程設計三跨一聯(lián)簡支轉(zhuǎn)連續(xù)橋設計及計算說明書 指導教師：田立華 姓名：于函 學號：441208101設計要求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為標準跨徑，L=（A +每班的該同學學號×0.1）m A值，6班取25m，7班取38m，8班取31m。這里L=32m1.2 主要技術標準（1）橋梁荷載標準：公路-I 級（2）橋梁橫斷面：0.5m（橋側(cè)護欄）+11.75m（車行道）+0.5m（中央分隔帶護欄）+11.75m（車行道）+0.5m（橋側(cè)護欄）。（3）橋面橫坡：1.5%（4）設計基準期：100 年（5）抗震設計標準：橋梁抗震設防烈度

2、為7 度，設計基本地震加速度峰值為0.10g，設計地震分組為第一組，反應譜特征周期為0.35s。（6）橋梁設計安全等級：一級（7）防撞等級：橋側(cè)防撞護欄等級為SS 級；中央分隔墩防撞護欄為SA 級。1.3 采用的主要規(guī)范與標準（1）工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準（GB-/T50283-1999）；（2）公路工程技術標準（JTGB01-2003）； （3）公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004），簡稱通規(guī)；（4）公路圬工橋涵設計規(guī)范（JTG D61-2004）； （5）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTGD62-2004），簡稱公預規(guī)； （6）公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG

3、D63-2004）； （7）公路橋梁抗震設計細則（JTG/TB02-01-2008）； （8）公路交通安全設施設計細則（JTG/TD81-2006）； （9）公路橋梁伸縮縫裝置（JT/T327-2004）；（10）公路橋梁盆式橡膠支座（JT 391-1999）； （11）預應力混凝土橋梁用塑料波紋管（JT/T 529-2004）； （12）工程建設標準強制性條文 公路工程部分 建設部2002；（13）公路橋涵施工技術規(guī)范（JTG/TF50-2011）。2 總體設計2.1橋型設計 每跨為 32m的等高度梁，主梁選用四片單箱單室箱梁2.2 橋跨結(jié)構(gòu)設計 跨徑設計：采用三等跨設計，每單跨標準跨徑為3

4、2m。完成體系轉(zhuǎn)換后，中跨計 算跨徑即為32m，邊跨計算跨徑理論為31.5m，計算中仍以32m 計算；預制的主梁 施工初期安裝在臨時支座上，預制箱梁梁長 31.4m，中墩臨時支座中心線距橋墩中心線為0.5m，施工階段簡支梁計算跨徑為 31m。梁高：參考已有橋型和公路橋涵設計手冊，等跨布置的連續(xù)梁高跨比采用1/15-1/25，預應力簡支梁高跨比采用1/16-1/25，參考已有橋型，對比跨徑40米的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)，主梁采用箱形截面，選擇梁高H=2米，高跨比H/L=1/20。2.3 橋面布置與構(gòu)造橋面鋪裝：鋼筋混凝土80mm，=25kN / m3 ； 瀝青混凝土100mm ，=23kN/ m3 ；邊防撞

5、護欄15kN / m /側(cè)，中防撞護欄8kN / m橋面橫坡：1.5%2.4 橫斷面設計2.4.1橋?qū)捲O計橋梁橫斷面：0.5m（橋側(cè)護欄）+11.75m（車行道）+0.5m（中央分隔帶護欄）+11.75m（車行道）+0.5m（橋側(cè)護欄）。2.4.2 主梁尺寸設計底板厚度：跨中底板厚度取用18厘米，支點處底板厚度為32厘米。頂板厚度：頂板厚度為18厘米。腹板厚度：跨中截面梁肋總厚度不宜小于橋?qū)挼?1/12-1/20，故厚度定為 20cm；支點截面梁肋總厚度不宜小于橋?qū)挼?1/8-1/12，故選用與底板同厚度 32cm；2.4.3 截面設計圖如下截面變化從距離臨時支座 400cm 處開始至支座 2

6、0cm 處。2.3.4 橫隔梁布置中橫隔梁采用20厘米，端橫隔梁采用35厘米。2.5 施工工序（1）預制主梁，養(yǎng)生后張拉正彎矩區(qū)預應力鋼束； （2）設置臨時支座并安裝好永久支座，逐孔架設箱梁，連接橋面板鋼筋及橫隔板鋼筋； （3）連接連續(xù)接頭段鋼筋，綁扎橫梁鋼筋，澆筑連續(xù)接頭中橫梁及負彎矩區(qū)橋面板； （4）澆筑剩余橋面板濕接縫，拆除臨時支座，完成簡支到連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換3 內(nèi)力計算3.1 計算階段根據(jù)施工方法，該橋內(nèi)力計算分為以下階段計算： （1）施工階段簡支梁狀況臨時支座工作，計算跨徑：中跨 lcc =31m ；邊跨 lcs=31m ； 箱型截面梁翼緣有效寬度：依據(jù)公預規(guī)4.2.3 條計算邊跨及中

7、跨邊、中梁的跨中和支點截面都取實際寬度作為有效寬度。 （2）使用階段連續(xù)梁狀況完成體系轉(zhuǎn)換，使用永久支座，計算跨徑：中跨 lsc =32m ；邊跨 lss =31.5m 同樣依據(jù)公預規(guī)4.2.3 條，經(jīng)計算邊跨及中跨邊、中梁的跨中和支點截面都取實際寬度作為有效寬度。 3.2 截面幾何特性計算利用 Midas 截面特性值計算工具箱計算主梁橫截面各階段幾何特性由于中梁跨中與支點截面的抗彎慣性比為 1.23<2，依據(jù)規(guī)范，計算時采用跨中慣性距。3.3 橫活載換算3.3.1 荷載條件主梁橫隔板，濕接縫等采用C50的混凝土，重度為25kN/m3。由施工過程可知結(jié)構(gòu)橫載在分階段形成的，主要包括：預制

8、箱梁一期橫載集度g1' ，成橋后箱梁一期橫載集度g1 ，二期橫載集度g2 。橋面鋪裝：水泥混凝土80mm，=25kN / m3 ； 瀝青混凝土100mm ，=23kN/ m3 ；邊防撞護欄15kN / m /側(cè)，中防撞護欄8kN / m3.3.2 恒載計算由施工過程克制結(jié)構(gòu)橫載是分階段形成的，主要包括：預制箱梁一期橫載集度 g1' ，成橋后箱梁一期橫載集度 g1 ，二期橫載集度 g2 。以中跨中梁為例，并將二期橫載均攤。 （1）預制箱梁一期橫載集度 g1' 橫截面面積按各截面加權平均值計算，預制箱梁平均截面積為：A'=A中'23+A支'0.8+A

9、中'+A支'0.57.231=1.396m2則有：g1'=1.396×25=34.901 kN/m（2）成橋后箱梁一期橫載集度g1A=A中23+A支0.8+A中+A支0.57.231=1.504m2則有： g1 = 1.504×25=37.600kN/m一片端橫梁重=2.210×0.35×25=19.338 kN一片中橫梁重=2.210×0.2×25=11.050 kNg1=37.600+19.338+11.05031=38.580KN/m（3）成橋后二期橫載集度g2瀝青混凝土面層：0.10 ×12

10、×23 ÷4 =6.9kN/m水泥混凝土調(diào)平層： 0.08 ×12 ×25÷4 =6kN/m 邊防撞護欄：15÷4=3.75kN / m中防撞護欄：8÷4=2kN /m則有 g2= 6.9 +6+ 3.75 +2 =18.65kN / m合計： g =g1+g2=38.580+18.65=57.23kN/m3.3.3 活載大小及沖擊系數(shù)計算汽車活載按規(guī)范查得：均布荷載 qk =10.5kN/m ；車道荷載的集中荷載標準值經(jīng)內(nèi)插，Pk=180+（31-5）/50×（360-180）=273.6kN/m基頻計算：f1=

11、13.6162lsc2EIcmc=13.61623223.45×1010×0.6931.4391×25×103÷9.81=5.402Hz f2=23.6512lsc2EIcmc=23.65123223.45×1010×0.6931.4391×25×103÷9.81=9.383Hz沖擊系數(shù)：=0.1767lnf-0.0157用于正彎矩效應和剪力效應：1+1=1+0.1767lnf1-0.0157=1.282用于負彎矩效應：1+2=1+0.1767lnf2-0.0157=1.3803.4 行車道板內(nèi)

12、力計算：在下面內(nèi)力計算中均按照公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）規(guī)定的車輛 標準荷載進行最不利載位布載。由于橋面凈寬為 12m，由規(guī)范可知設計車道數(shù)為 3 道。對于行車道板下面只進行使用階段內(nèi)力計算。3.4.1 邊梁懸臂板內(nèi)力（1）恒載及其產(chǎn)生的內(nèi)力 恒載計算：瀝青混凝土面層：g1=0.1×1.0×23=2.3kN/m水泥混凝土：g2=0.08×1.0×25=2.0kN/m箱型邊梁翼板自重：g3=0.18+0.282×1.0×25=5.75kN/m合計：g=g1+g2+g3=10.05kN/m恒載內(nèi)力：彎矩：MAg=-1

13、2gl02=-12×10.05×0.572=-1.633kNm剪力：QAg=gl0=10.05×0.57=5.728kNl0為邊梁翼板長（2）活載（汽車）荷載產(chǎn)生的內(nèi)力 按照標準車輛在最不利位置時車輪仍不在懸臂板上，故不計入內(nèi)力計算中。 （3）荷載組合 恒+汽：MA=MAg+MAp=-1.633+0=-1.633kN/m QA=QAg+QAp=5.728+0=5.728kN/m3.4.2 單向板內(nèi)力計算通過標準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行控制計算（1）單向板有效工作寬度：單向板厚度 t =

14、0.18m ，跨度 l0=1.14m ，主梁梁肋厚度為0.20 0.32m ，則單向板計算跨徑 l =l0 + b, l0 +tmin =1.14+0.18=1.32m，鋪裝層厚度 H = 0.18m ，汽車荷載沖擊系數(shù)1+m取 1.3。a2=0.2m，b2=0.6m由公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(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： a=a2+2H+l3=0.2+0.36+1.32/3=1m(>23l=0.88,<后輪間距=1.4m）支撐處有效寬度：a'=a2+2H+t=0.2+0.36+0.18=0.74m(&g

15、t;l/3=0.44m)沿橫向分布邊長: b1=b2+2H=0.6+0.36=0.96m（2）恒載及其產(chǎn)生的內(nèi)力跨中彎矩：Mog=gl28=10.05×1.3228=2.189kNm支點剪力：Q支g=gl02=10.05×1.142=5.728kN（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: Mop=1+P8al-b12=1.3×1408×11.32-0.962=19.11kNm支點剪力：Q支p=1+A1y1+A2y2其中， A1=P2a=1402×1=70kN/m y1=1-b12l0=1-0.962×1.

16、14=0.579 A2=P8aa'b1(a-a')2=1.665 y2=1-a-a'6l0=0.962則 Q支p=1+0.370×0.579+1.665×0.962=54.771kN（4）荷載組合 恒+汽：M0=Mog+Mop=2.189+19.11=21.299kNm Q0=Q支g+Q支p=5.728+54.77=60.498kN又t/h=0.18/(2-0.18)=0.099<1/4,則有行車道板的設計內(nèi)力：跨中彎矩：M中=+0.5M0=0.5×21.299=10.65kNm支點彎矩：M中=-0.7M0=-0.7×21.

17、299=-14.909kNm支點剪力：Q支=Q0=60.498kN3.5 第一施工階段主梁內(nèi)力計算第一施工階段主梁處于間支狀態(tài)，受預制梁自重作用，考慮吊裝施工，對自重作用 乘以 1.1 的加速度效應。以中跨中梁為例計算：3.6 活載橫向分布系數(shù)計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)；采用杠桿原理法計算支點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行計算。3.6.1 跨中截面處橫向分布系數(shù) 修正偏心壓力法中主梁所受荷載橫向分布影響線豎標值： =1n±eaiIiai2Ii其中 =11+nlsc212GE&

18、#183;CCw·ITCIC·1ai2C為抗扭慣性矩換算系數(shù)，等截面梁取C=1;Cw為抗彎慣性矩換算系數(shù)，對于等截面三跨連續(xù)梁中跨Cw中=1.818、Cw邊=1.429則有：中跨=11+4×32212×0.45EE×11.818×0.7580.693×12×（4.52+1.52）=0.327邊跨=11+4×32212×0.45EE×11.429×0.7580.693×12×（4.52+1.52）=0.255（1） 邊跨梁：1#梁：11=14+4.522&#

19、215;（4.52+1.52）×0.255=0.365 14=14-4.522×（4.52+1.52）×0.255=0.1352#梁：21=14+4.5×1.52×（4.52+1.52）×0.255=0.288 24=14-4.5×1.52×（4.52+1.52）×0.255=0.212影響線及活載最不利布載圖：車道折減系數(shù)：根據(jù)通規(guī)表4.3.1-4中的規(guī)定，四車道的橫向折減系數(shù)為 =0.67，三車道的折減系數(shù)為 =0.78。1#梁汽車荷載橫向分布系數(shù)mcq=0.78×12×（0.37

20、8+0.332+0.298+0.252+0.219+0.173）=0.6442#梁汽車荷載橫向分布系數(shù)mcq=0.78×12×（0.292+0.277+0.266+0.251+0.240+0.225）=0.605（2） 中跨梁：1#梁：11=14+4.522×（4.52+1.52）×0.327=0.397 14=14-4.522×（4.52+1.52）×0.327=0.1032#梁：21=14+4.5×1.52×（4.52+1.52）×0.327=0.299 24=14-4.5×1.52

21、5;（4.52+1.52）×0.327=0.201影響線及活載最不利布載圖： 1#梁汽車荷載橫向分布系數(shù)mcq=0.78×12×（0.413+0.354+0.312+0.253+0.211+0.152）=0.6612#梁汽車荷載橫向分布系數(shù)mcq=0.78×12×（0.304+0.285+0.271+0.251+0.237+0.217）=0.6103.6.2 支點截面處橫向分布系數(shù)采用杠桿法求支點截面處橫向分布系數(shù)，對于邊跨與中跨并無區(qū)別。1#梁汽車荷載橫向分布系數(shù)moq=12×1+0.648=0.8242#梁汽車荷載橫向分布系數(shù)mo

22、q=12×1+1=0.53.7 使用階段主梁內(nèi)力計算參考公路橋涵設計手冊基本資料，根據(jù)控制截面內(nèi)力影響線進行最不利布載，由基本資料中的影響線參數(shù)表求控制截面內(nèi)力，進而繪制出整個橋垮結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖。 圖為活載內(nèi)力計算控制截面3.7.1 結(jié)構(gòu)重力恒載內(nèi)力3.3.2 中已經(jīng)求出主梁恒載集度為57.23kN/m，進行全跨布置，參考公路橋涵設計手冊基本資料，由控制截面內(nèi)力影響線求控制截面內(nèi)力。M0，GK=gA=0V0，GK=Q0，GK=gA=57.23×0.4×32=732.544kNQ5，GK=gA=57.23×(-0.1)×32=-183.136kNM

23、5，GK=gA=57.23×0.0750×322=4395.264kN·mV10，GK=A=57.23×1.1×32=732.544kNQ10左，GK=gA=57.23×(-0.6)×32=-1098.816kNQ10右，GK=gA=57.23×(0.5)×32=-915.68kNM10，GK=gA=57.23×0.0750×322=4395.264kN·mQ15，GK=gA=0M15，GK=gA=57.23×0.0250×322=1465.088kN&#

24、183;m3.7.2 汽車活載內(nèi)力M0，GK=gA=0V0，GK=Q0，GK=gA=57.23×0.4×32=732.544kNQ5，GK=gA=57.23×(-0.1)×32=-183.136kNM5,GKmax=1+1mc1A1+A3qk+Pkymax=1.235×0.644×0.0917+0.0083×10.5×322+273.6×0.2×32=2606.190kN·mM5,GKmin=1+2mc1A2·qk+Pkymin=-1.345×0.644×

25、0.025×10.5×322+273.6×0.04×32=-536.172kN·mM10,GKmax=1+1mc1A3·qk+Pkymax=1.235×0.644×0.0167×10.5×322+273.6×0.0256×32=321.072kN·mM10,GKmin=1+2mc1A1qk+Pkymin+mc2A2·qk=-1.345×0.6440.0667×10.5×322+273.6×0.1024×32

26、+0.661×0.05×10.5×322=-1443.266kN·mM15,GKmax=1+1mc2A2·qk+Pkymax=1.235×0.661×0.0750×10.5×322+273.6×0.1750×32=1909.048kN·mM15,GKmin=1+2mc1A1+A3qk+Pkymax=-1.345×0.644×0.0250+0.0250×10.5×322+273.6×0.0384×32=756.868k

27、N·mQ0，QKmax=（1+1）mc1A3qk+1.2m0Pkymax+m0A1左qk+mc1A1-A1左qk=1.235×0.644×0.0167×10.5×32+1.2×0.5×273.6×1.0+0.5×0.346×10.5×32+0.6440.4333-0.346×10.5×32=298.068kNQ0，QKmin=-（1+1）mc2A2·qk+1.2Pkymax=-1.235×0.661×0.05×10.5

28、5;32+1.2×273.6×0.08=-35.156kNQ5，QKmax=（1+1）mc1A1+A3qk=1.235×0.644×0.0875+0.0167×32×10.5=27.864kNQ5，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=-1.235×（0.644×0.1542×10.5×32+0.661×0.05×32×10.5）=-54.441kNQ10左，QKmax=（1+1）mc1A3qk=1.235×0.644×0.01

29、67×10.5×32=4.463kNQ10左，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=-1.235×（0.644×0.5667×10.5×32+0.661×0.05×32×10.5）=-165.156kNQ10右，QKmax=（1+1）m0A2qk+mc1A1qk+1.2m0Pkymax=1.235×0.5×0.5×10.5×32+0.644×0.0833×10.5×32+1.2×0.5×273.6&

30、#215;1.0=328.738 kNQ10右，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk+1.2mc1Pkymin=-1.235×（0.644×0.5667×10.5×32+0.661×0.05×32×10.5+1.2×0.644×273.6×0.128）=-198.580kNQ15，QKmax=（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=1.235×（0.644×0.0833×32×10.5+0.661×0.1146×32

31、×10.5）=53.694kNQ15，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=1.235×（0.644×0.0833×32×10.5+0.661×0.1146×32×10.5）=-53.694kNV10,QKmax=(1+)mc1A1-A1右qk+m0A1右+A2左qk+mc2A2+A2左qk+1.2m0Pk=1.235×0.644×0.650-0.458×32×10.5+0.5×0.458+0.415×32×10.5+0.661

32、×0.550-0.415×10.5×32+1.2×0.5×273.6=472.206kNV10,QKmax=-(1+) mc1A3qk+1.2Pkymin=-1.235×0.644×（0.10×10.5×32+1.2×273.6×0.1536）=-67.459kN3.7.3 溫差作用效應計算根據(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）， 梁高大于 300mm，A 選為 300mm。橋面采用 10cm 瀝青混凝土和 8cm 的水泥混凝土調(diào)平層，查通規(guī)表 3.3.10-3，T1=14, T2=5.5,按直線插入得豎向梯度溫度圖如圖三跨連續(xù)梁為超靜定結(jié)構(gòu)，溫差作用效應由溫度自內(nèi)力和溫度次內(nèi)力組成，下面分別計算：（1） 溫度自內(nèi)力參考公預規(guī)附錄 B 計算： Nt=AytycEc Mt0=AytycEcey其中: c混凝土線膨脹系數(shù)，取 c=0.00001 Ec混凝土彈性模量，取Ec=3.45×104MPaAy單元面積ey單元面積重心至換算截面重心軸的距離ty單元面積內(nèi)溫差平均值Nt=1507.372k