湖南农业大学课程论文--桥梁工程课程设计

1桥梁工程课程设计（一）设计资料1、桥面净宽:净7+2×0.75人行道2、主梁跨径及全长标准跨径：lb=13.00m（墩中心距离）计算跨径：l=12.50m（支座中心距离）主梁全长：l全=12.96m（主梁预制长度）3、设计荷载：汽车Ⅰ级；人群荷载4.02kN/m。4、材料:钢筋：主筋用Ⅱ级钢筋，其他用Ⅰ级钢筋。混凝土：25号。5、桥面铺装：沥青表面处厚2cm（重力密度为233kN/m），C25混凝土垫层厚9cm（重力密度为243kN/m），C30T梁的重力密度为253kN/m。6、T梁简图如下：图1横剖面图2纵剖面2图3主梁截面尺寸(尺寸单位：cm)（二）设计步骤方法一、行车道板计算（1）恒载及内力1、每延米板上的恒载g：沥青混凝土面层g1：0.021.0230.46kN/mC25混凝土垫层g2：0.091.0242.16kN/mT梁翼板自重g3:：0.080.141.0252.75kN/m2合计：5.37kN/migg2、每米宽板条的恒载内力弯矩220115.370.8-1.72kNm22AgMgl剪力05.370.84.30kNAgQgl（2）车辆荷载产生的内力将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上，后轴作用力为140kN，轮压分布宽度如图，车辆荷载后轮着地长度为m20.02a，宽度2b0.60m则：121220.220.110.4220.620.110.82aaHmbbHm恒载对于悬臂根部的有效分布宽度：1020.4220.81.43.42aaldm冲击系数：3.11作用于每米宽板条上的弯矩和剪力为：101400.8211.30.87.92kNm4443.424ApbPMla32214011.326.61kN443.42ApPQa（3）荷载组合恒+汽：udAgAg1.72(7.92)9.64kNmQQQ4.326.6130.91kNAAgAcMMM所以行车道板的设计内力为：A9.64kNmM30.91kNAQ二、主梁的荷载横向分布系数计算1、杠杆原理法求支点截面的横向分布系数1号梁的荷载横向分布影响线如图4（b）所示：图4杠杆原理法计算横向分布系数（尺寸单位：cm）对于车辆荷载，规定的车轮横向轮距为1.80m，两列汽车车轮的横向最小间距为1.30m，车轮距离人行道缘石最少为0.50m。求出相应于荷载位置的影响线竖标值后，就克得到横向所有荷载分布给1号梁的最大荷载值为：车辆荷载：人群荷载：1max0.751.422rrrorAPP所以1号梁在车辆荷载和人群荷载横向分布系数分别为：0.438oqm1.422orm42、偏心压力法求跨中截面的横向分布系数此桥在跨度内设有横隔梁，具有强大的横向连接刚性，且承重结构的长度比为：12.501.60425lB故可按偏心压力法来绘制横向影响线并计算横向分布系数mc。本桥各根主梁的横截面均相等，梁数5n，梁间距1.60m，则：522222222222123451(21.60)1.600(1.60)(21.60)25.6miiaaaaaa1号梁横向影响线的竖标值为：221112121112111(21.60)0.200.400.60525.610.200.400.20niiniianaana由11和15绘制1号梁横向影响线，如图5（b）所示，并确定汽车荷载的最不利荷载位置。设零点至1号梁位的距离为x，则：41.600.600.20xx解得:4.80mx设人行道缘石至1号梁轴线的距离为，则：(7.041.60)0.3m2所以1号梁的荷载横向分布系数为：车辆荷载：1234111234121()21()210.60(4.602.801.500.30)0.53824.80cqqqqqqqqqqmxxxxx人群荷载：110.600.75(4.800.30)0.6844.802crrmxx5图5偏心压力法横向分布系数（尺寸单位：cm）三、主梁内力计算（1）恒载内力计算1、恒载集度主梁：10.080.140.181.01.600.18258.41kN/m2g横隔梁：对于边主梁：20.080.141.600.180.750.155525220.71kN/m12.5g对于中主梁：1220.711.42kN/mg桥面铺装层：30.027.00230.097.00243.67kN/m5g栏杆和人行道：42g=5.0=2.00kN/m5作用于边主梁的全部恒载g为：8.410.713.672.0014.79kN/migg作用于中主梁的恒载强度为：18.411.423.672.0015.5kN/mg2、恒载内力计算边主梁的弯矩和剪力，计算图示如图6所示，则：6xlggxglQxlgxxgxxglMxx222222图6恒载内力计算式各计算截面的剪力和弯矩值，如表1所示。表1边主梁恒载内力内力截面位置x剪力Q(kN)弯矩M(kNm)0x14.7912.592.44Q0M14x14.7912.5(12.52)46.2224Q14.7912.512.5(12.5)216.65244M12x14.7912.5(12.52)022Q14.7912.512.5(12.5)288.87222M（2）活载内力计算1、荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置公路-Ⅰ级人群荷载边主梁跨中cm0.5380.684支点om0.4381.4222、计算公路-Ⅰ级荷载的跨中弯矩翼梁的换算平均高度：81411cm2h主梁截面重心位置：711100(16080)11100182229.3cm(16080)1110018xa结构跨中截面的惯矩：323231111100(16080)11(16080)11(29.3)1810018100(29.3)1221220.031718mcI结构跨中处单位长度质量：332214.79101.50810Ns/m9.81cmC30混凝土弹性模量：1023.010N/mE所以简支梁桥的基频：102233.143.0100.0317187.94Hz2212.51.50810ccEIflm因为1.5Hz14Hzf，所以0.1767ln0.0157f(1)1(0.1767ln7.940.0157)1.35双车道不折减，1k12.5510.5kN/m,P180(1)210kN505kq2221112.519.53m88wl，13.1254yl得到：12(1)()1.3510.538(10.519.532103.125)625.57kNmcqkkqMmqwPy3、计算人群荷载的跨中弯矩：120.684(40.75)19.5340.08kNmcrrrMmpw4、计算跨中截面车道活载的最大剪力鉴于跨中剪力12Q影响线的较大坐标位于跨中部分，如图7，故也采用全跨统一的荷载横向分布系数cqm来计算。12Q的影响线面积：1112.50.51.563m22w8故得：1,21.3510.538(10.51.5631.22100.5)103.43kNqQ5、计算跨中截面人群荷载最大剪力1,20.684(4.00.75)1.5633.21kNrQ6、计算支点截面车道荷载最大剪力作荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化图形和支点剪力影响线，如图8所示。横向分布系数变化区段长度：112.52.853.4m2a对应于支点截影响线的荷载布置，如图8（a）所示。影响线面积为：112.516.25m2w因此，,,,,(1)(1.2)1.3510.538(10.56.251.22101)230.69kNoqckkoqoqoqQmqwPyQQQ附加三角形荷载重心处的影响线坐标为：11(12.53.4)30.94212.5y,且ocmm所以可得：,3.41.351(0.4380.538)10.50.942(0.4380.538)1.2210136.29kN2oqQ故公路-Ⅰ级荷载的支点剪力为：,230.69(36.29)194.4kNoqQ7、计算支点截面人群荷载最大剪力人群荷载横向分布系数如图8（b）所示。人群荷载的支点剪力为：()23.40.684(4.00.75)6.25(1.4220.684)(4.00.75)0.942216.38kNorcrocraQmpwmmpy9图7跨中剪力计算图示图8支点剪力计算图示10图9效应组合设计值包络图四、横隔梁内力计算（1）确定作用在中横隔梁上的计算荷载对于跨中横隔梁的最不利荷载布置，如图10所示。纵向一行车轮荷载对重横隔梁的计算荷载为：11(14011400.509)105.63kN22oqiiPPy图10跨中横隔梁的受载图示（尺寸单位：m；轴重单位：kN）（2）绘制中横隔梁的内力影响线1号梁的横向影响线竖标值为：11150.60,0.202号梁的横向影响线竖标值为：21250.40,03号梁的横向影响线竖标值为：31350.20,0.201、绘制弯矩影响线对于2号和3号主梁之间截面的弯矩23M影响线课计算如下：P=1作用在1号梁轴上时：11(23)111211.50.511.50.61.51.60.40.51.61.51.60.64MdddP=1作用在5号梁轴上时：(23)515251.50.5(0.20)1.51.600.51.60.48MddP=1作用在3号梁轴上时：(23)313231.50.50.201.51.60.200.51.60.64Mdd绘制出的弯矩影响线如图11（a）所示。2、绘制剪力影响线对于1号主梁处截面的1Q右影响线可计算如下：P=1作用在计算截面以右时：11QR右，即111i右P=1作用在计算截面以左时：111QR右，即111iiQ右绘制得出的剪力影响线如图11（b）。（3）截面内力计算将求得的计算荷载oqP在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响(1)1.35，则：弯矩23M：23(1)1.351105.63(0.920.29)172.55kNmoqMPy剪力1Q右：1(1)1.351105.63(0.5730.350.1880.038)153kNoqQPy右鉴于横隔梁的恒载内力甚小，计算中可略去不记，则按极限状态设计的计算内力为：max,(23)01.4172.55241.57kNmMmax,01.4153214.2kNeQ右12图11中横隔梁内力影响线（尺寸单位：m）五、横隔梁内力计算跨中截面主梁结构自重产生的最大弯矩mkN87.288GKM，汽车产生的最大弯矩（不及冲击系数）为m25.57kN6，人群产生的最大弯矩为m0.08kN4，主梁开裂构件等效截面的抗弯刚度29mN10750.1