桥梁工程课程设计

桥梁工程课程设计三跨一联简支转连续桥设计及计算说明书指导教师：田立华姓名：于函学号：441208101设计要求1.1桥跨布置跨径布置选取3*L（m），梁高H=2m，桥宽B=25m其中，L为标准跨径，L=（A+每班的该同学学号×0.1）mA值，6班取25m，7班取38m，8班取31m。这里L=32m1.2主要技术标准（1）桥梁荷载标准：公路-I级（2）桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。（3）桥面横坡：1.5%（4）设计基准期：100年（5）抗震设计标准：桥梁抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度峰值为0.10g，设计地震分组为第一组，反应谱特征周期为0.35s。（6）桥梁设计安全等级：一级（7）防撞等级：①桥侧防撞护栏等级为SS级；②中央分隔墩防撞护栏为SA级。1.3采用的主要规范与标准（1）《工程结构可靠度设计统一标准》（GB-/T50283-1999）；（2）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简称《通规》；（4）《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2004）；（5）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），简称《公预规》；（6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2004）；（7）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）；（8）《公路交通安全设施设计细则》（JTG/TD81-2006）；（9）《公路桥梁伸缩缝装置》（JT/T327-2004）；（10）《公路桥梁盆式橡胶支座》（JT391-1999）；（11）《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T529-2004）；（12）《工程建设标准强制性条文公路工程部分》建设部2002；（13）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）。2总体设计2.1桥型设计每跨为32m的等高度梁，主梁选用四片单箱单室箱梁2.2桥跨结构设计跨径设计：采用三等跨设计，每单跨标准跨径为32m。完成体系转换后，中跨计算跨径即为32m，边跨计算跨径理论为31.5m，计算中仍以32m计算；预制的主梁施工初期安装在临时支座上，预制箱梁梁长31.4m，中墩临时支座中心线距桥墩中心线为0.5m，施工阶段简支梁计算跨径为31m。梁高：参考已有桥型和《公路桥涵设计手册》，等跨布置的连续梁高跨比采用1/15-1/25，预应力简支梁高跨比采用1/16-1/25，参考已有桥型，对比跨径40米的简支转连续，主梁采用箱形截面，选择梁高H=2米，高跨比H/L=1/20。2.3桥面布置与构造桥面铺装：钢筋混凝土80mm，γ=25kN/m3；沥青混凝土100mm，γ=23kN/m3；边防撞护栏15kN/m/侧，中防撞护栏8kN/m桥面横坡：1.5%2.4横断面设计2.4.1桥宽设计桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。2.4.2主梁尺寸设计底板厚度：跨中底板厚度取用18厘米，支点处底板厚度为32厘米。顶板厚度：顶板厚度为18厘米。腹板厚度：跨中截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的1/12-1/20，故厚度定为20cm；支点截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的1/8-1/12，故选用与底板同厚度32cm；2.4.3截面设计图如下2400/2501050100标准横断面图截面变化从距离临时支座400cm处开始至支座20cm处。2.3.4横隔梁布置中横隔梁采用20厘米，端横隔梁采用35厘米。2.5施工工序（1）预制主梁，养生后张拉正弯矩区预应力钢束；（2）设置临时支座并安装好永久支座，逐孔架设箱梁，连接桥面板钢筋及横隔板钢筋；（3）连接连续接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，浇筑连续接头中横梁及负弯矩区桥面板；（4）浇筑剩余桥面板湿接缝，拆除临时支座，完成简支到连续的体系转换3内力计算3.1计算阶段根据施工方法，该桥内力计算分为以下阶段计算：（1）施工阶段——简支梁状况临时支座工作，计算跨径：中跨lcc=31m；边跨lcs=31m；箱型截中梁跨中中梁支点边梁跨中边梁支点3003030200181820300303020018323230030181820020183003018182003232湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝面梁翼缘有效宽度：依据《公预规》4.2.3条计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。（2）使用阶段——连续梁状况完成体系转换，使用永久支座，计算跨径：中跨lsc=32m；边跨lss=31.5m同样依据《公预规》4.2.3条，经计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。3.2截面几何特性计算利用Midas截面特性值计算工具箱计算主梁横截面各阶段几何特性由于中梁跨中与支点截面的抗弯惯性比为1.232，依据《规范》，计算时采用跨中惯性距。3.3横活载换算3.3.1荷载条件主梁横隔板，湿接缝等采用C50的混凝土，重度为25kN/m3。由施工过程可知结构横载在分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期横载集度g1'，成桥后箱梁一期横载集度g1，二期横载集度g2。桥面铺装：水泥混凝土80mm，γ=25kN/m3；沥青混凝土100mm，γ=23kN/m3；边防撞护栏15kN/m/侧，中防撞护栏8kN/m3.3.2恒载计算由施工过程克制结构横载是分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期横载集度g1'，成桥后箱梁一期横载集度g1，二期横载集度g2。以中跨中梁为例，并将二期横载均摊。（1）预制箱梁一期横载集度g1'横截面面积按各截面加权平均值计算，预制箱梁平均截面积为：A′̅=𝐴中′∙23+𝐴支′∙0.8+(𝐴中′+𝐴支′)∙0.5∙7.231=1.396𝑚2则有：g1'=1.396×25=34.901kN/m（2）成桥后箱梁一期横载集度g1A̅=𝐴中∙23+𝐴支∙0.8+(𝐴中+𝐴支)∙0.5∙7.231=1.504𝑚2则有：g1=1.504×25=37.600kN/m一片端横梁重=2.210×0.35×25=19.338kN面积（）抗弯惯性距（）抗扭惯性距（）抗弯惯性比形心（距上缘）（cm）形心（距下缘）（cm）跨中13310641037107542286081.3118.7支点17893787195708986758089.3110.7跨中14048663172226746305377.6122.4支点18756763463198348460085.8114.1跨中14391693489007583601075.8124.2支点18973853207009025296084.8115.2跨中14588768214766992721475.1124.9支点19296866941038659892983.6116.3截面位置预制中梁预制边梁成桥中梁成桥边梁1.231.151.231.132一片中横梁重=2.210×0.2×25=11.050kNg1=37.600+19.338+11.05031=38.580KN/m（3）成桥后二期横载集度g2沥青混凝土面层：0.10×12×23÷4=6.9kN/m水泥混凝土调平层：0.08×12×25÷4=6kN/m边防撞护栏：15÷4=3.75kN/m中防撞护栏：8÷4=2kN/m则有g2=6.9+6+3.75+2=18.65kN/m合计：g=g1+g2=38.580+18.65=57.23kN/m3.3.3活载大小及冲击系数计算汽车活载按规范查得：均布荷载qk=10.5kN/m；车道荷载的集中荷载标准值经内插，Pk=180+（31-5）/50×（360-180）=273.6kN/m基频计算：𝑓1=13.6162𝜋𝑙𝑠𝑐2√𝐸𝐼𝑐𝑚𝑐=13.6162𝜋∙322√3.5×1010×0.6931.391×25×103÷9.81=5.402Hz𝑓2=23.6512𝜋𝑙𝑠𝑐2√𝐸𝐼𝑐𝑚𝑐=23.6512𝜋∙322√3.5×1010×0.6931.391×25×103÷9.81=9.383Hz冲击系数：𝜇=0.1767𝑙𝑛𝑓−0.0157用于正弯矩效应和剪力效应：1+𝜇1=1+0.1767𝑙𝑛𝑓1−0.0157=1.282用于负弯矩效应：1+𝜇2=1+0.1767𝑙𝑛𝑓2−0.0157=1.3803.4行车道板内力计算：在下面内力计算中均按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定的车辆标准荷载进行最不利载位布载。由于桥面净宽为12m，由规范可知设计车道数为3道。对于行车道板下面只进行使用阶段内力计算。3.4.1边梁悬臂板内力（1）恒载及其产生的内力恒载计算：沥青混凝土面层：g1=0.1×1.0×23=2.3kN/m水泥混凝土：g2=0.08×1.0×25=2.0kN/m箱型边梁翼板自重：g3=0.18+0.282×1.0×25=5.75kN/m合计：g=g1+g2+g3=10.05kN/m恒载内力：弯矩：𝑀𝐴𝑔=−12𝑔𝑙02=-12×10.05×0.572=−1.633𝑘𝑁∙𝑚剪力：𝑄𝐴𝑔=g∙𝑙0=10.05×0.57=5.728kN𝑙0为边梁翼板长（2）活载（汽车）荷载产生的内力按照标准车辆在最不利位置时车轮仍不在悬臂板上，故不计入内力计算中。（3）荷载组合恒+汽：𝑀𝐴=𝑀𝐴𝑔+𝑀𝐴𝑝=−1.633+0=−1.633𝑘𝑁/𝑚𝑄𝐴=𝑄𝐴𝑔+𝑄𝐴𝑝=5.728+0=5.728𝑘𝑁/𝑚3.4.2单向板内力计算通过标准横断面图可知桥面板存在单一箱梁内两腹板间单向板和两相邻箱梁间的单向板两种，现在选用两箱梁间的单向板进行控制计算（1）单向板有效工作宽度：单向板厚度t=0.18m，跨度𝑙0=1.14m，主梁梁肋厚度为0.20~0.32m，则单向板计算跨径l{l0b,l0t}min=1.14+0.18=1.32m，铺装层厚度H0.18m，汽车荷载冲击系数1+取1.3。𝑎2=0.2𝑚，𝑏2=0.6𝑚由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD60-2004）中对单向板的荷载有效分布宽度要求，求得：跨中有效宽度：a=𝑎2+2𝐻+𝑙3=0.2+0.36+1.32/3=1m(23𝑙=0.88,后轮间距=1.4𝑚）支撑处有效宽度：𝑎′=𝑎2+2𝐻+𝑡=0.2+0.36+0.18=0.74𝑚(l/3=0.44m)沿横向分布边长:𝑏1=𝑏2+2𝐻=0.6+0.36=0.96𝑚（2）恒载及其产生的内力跨中弯矩：𝑀𝑜𝑔=𝑔𝑙28=10.05×1.3228=2.189kN∙支点剪力：𝑄支𝑔=𝑔𝑙02=10.05×1.12=5.728𝑘𝑁（3）车辆荷载产生内力分别按照最不利载位布置车轮荷载，可得：跨中弯矩:𝑀𝑜𝑝=(1+𝜇)𝑃8𝑎(𝑙−𝑏12)=1.3×108×1(1.32−0.962)=19.11𝑘𝑁∙𝑚支点剪力：𝑄支𝑝=(1+𝜇)(𝐴1𝑦1+𝐴2𝑦2)其中，𝐴1=𝑃2𝑎=102×1=70𝑘𝑁/𝑚𝑦1=1−𝑏12𝑙0=1−0.962×1.1=0.579𝐴2=𝑃8𝑎𝑎′𝑏1(𝑎−𝑎′)2=1.665𝑦2=1−a−𝑎′6𝑙0=0.962则𝑄支𝑝=(1+0.3)(70×0.579+1.665×0.962)=54.771𝑘𝑁（4）荷载组合恒+汽：𝑀0=𝑀𝑜𝑔+𝑀𝑜𝑝=2.189+19.11=21.299𝑘𝑁∙𝑄0=𝑄支𝑔+𝑄支𝑝=5.728+54.77=60.498𝑘𝑁又t/h=0.18/(2-0.18)=0.0991/4,则有行车道板的设计内力：跨中弯矩：𝑀中=+0.5𝑀0=0.5×21.299=1