桥梁工程课程设计

1桥梁工程课程设计第1章设计资料及构造布置1.1设计资料一设计的主要技术指标：道路等级：公路二级（靠近城镇）设计荷载：汽车荷载为公路二级，人群荷载为3.0KN/m标准跨径：30m；主梁全长：29.96m；计算跨径：29.16m；桥面坡度：不设纵坡，车行道双向横坡为2%，人行道单向坡为1.5%；桥面横向布置：0.25m（栏杆）+1m（人行道）+1m(路肩宽度)+7m(行车道宽度)+1m(路肩宽度)+1m（人行道）+0.25m（栏杆）；桥轴平面线形：直线。二、设计参考规范1.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）三、主要参考书目1.《结构设计原理》（人民交通出版社，邵容光编）2.《桥梁工程（上册）》（人民交通出版社，范力础编）3.《桥梁计算示例集，混凝土简支梁板桥》（人民交通出版社，易建国编）4.《公路桥涵设计手册，梁桥（上册）》（人民交通出版社，徐光辉等编）1.1.3材料及施工工艺混凝土：主梁C50，人行道、栏杆、桥面铺装及混凝土三角垫层用C30；行车道板采用HRB335钢筋，一类环境，安全等级为二级。预应力钢筋：采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》（JTGD62—2004）的2.15s钢绞线，每束7根，全梁配6束，pkf=1860MPa。按后张法工艺制作主梁，采用70mm金属波纹管成孔，预留孔道直径为75mm和OVM锚。2图1.1.11.2横截面布置1.2.1主梁间距与主梁片数主梁间距通常应随着梁高与跨径的增加而加宽为经济，由此可提高主梁截面效率指标值，然而为了防止桥面和翼缘开裂，间距也不易过大，故采用主梁间距1.92m，预制宽度为1.5m,吊装后现浇0.42m的湿接缝。考虑设计资料给定的桥面净宽选用6片主梁，其横截面布置形式图1.2.1。图1.2.11.2.2主梁截面尺寸拟定主梁高度：3对于常用的等截面预应力混凝土简支梁桥，其跨高比的取值范围在1/15～1/25之间，对于预应力混凝土T形梁一般可取1/16～1/18左右。所以梁高取用175cm。主梁腹板的厚度：预应力混凝土梁，国外要求装配式梁的腹板厚度不能小于165mm,国内要求较低，规定不小于160mm，故取腹板厚度180mm.马蹄宽度约为肋宽的2—4倍，故取马蹄宽度500mm。马蹄全宽部分的高度加1/2斜坡区高度约为梁高的0.15—0.20倍，斜坡易陡于45度，取为250mm.翼板尺寸拟定：为保证翼板与梁肋连接的整体性，翼板与梁肋衔接处的厚度应不小于主梁高度的1/10。取为200mm。翼板悬臂端的厚度一般不应小于100mm,取为100mm。横隔梁尺寸：跨中横隔梁的高度应保持具有足够的抗弯刚度，通常可取为主梁高度的3/4左右。这里取130mm。横隔梁的宽度最常用的为15—17cm，这里取170mm。第2章行车道板的计算2.1行车道板内力计算荷载为公路Ⅱ级。桥面铺装为5cm沥青混凝土（重度为233/mkN）和9cm厚的C30混凝土垫层（重度为243/mkN），T梁翼板材料的重度为253/mkN。（一）恒载及其内力（以纵向1m宽的板条进行计算）1.、每一米板上的恒载g：沥青混凝土面层1g：mkN/15.1230.105.0C30混凝土垫层2g：mkN/16.2240.109.0T梁翼板自重3g：mkN/75.3250.122.01.0合计：mkNggi/83.62、每米宽板条的荷载内力弯矩mkNglMAg59.287.083.62121220剪力kNlgQAg94.587.083.60（二）车辆荷载产生的内力将后轮作用于铰缝轴线上，后轴作用力为kNP140。对于车轮荷载中后轮4的着地长度为ma20.02，宽度为mb60.02[由《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）查得]，则得：mHbbmHaa86.014.0260.0246.014.0220.022121荷载对于悬臂根部的有效分布宽度：mdlaa6.34.187.0246.0201冲击系数：3.11作用于每米宽板条上的弯矩为：mkNblaPMAp56.16)486.087.0)(6.3414023.1()4(42)1(10作用于每米宽板条上的剪力为：kNaPQAp28.256.3414023.142)1(（三）荷载组合按承载能力极限状态进行的内力组合计算，基本组合为：kNQQQmkNMMMApAgAApAgA52.4228.254.194.52.14.12.1292.26)56.16(4.159.22.14.12.1）（所以，行车道板的设计内力为：kNQmkNMAA87.3161.202.2行车道板配筋计算、强度验算C50混凝土cdf=22.4Mpatdf=1.83Mpasdf=280Mpa设a=30，则有效高度h=200-30=170mmA=(26.292KNm)/(22.4×1500×200×200)=0.02=1-A2-1=0.02b=0.562480200150002.02804.22mbhffAsdcds选择钢筋布置：现取板的受力钢筋为HRB12钢筋，查表可得钢筋间距为110mm时，单位板宽的钢筋面积为21028mAs截面实际配给率：5%29.0%34.020015001028min符合要求按《桥规》第5.2.9条规定，矩形截面受弯构件的截面尺寸应符合下列要求：KNKNbhfQkcu00.44)(59.17425.610030051.0051.00,j满足要求。根据《桥规》第5.2.10条规定KNKNbhfQtdj00.44)(59.475.62100039.10.11050.01050.03023故不需要进行斜截面抗剪强度验算，仅按构造要求配置箍筋。板内分布钢筋采用R235,8钢筋，间距为200mm。强度验算：bxfAfcdssd)(023.00.18.13001131.0280mbfAfxtdSsd)(57.31023.00.1)2023.0625.0(108.13)2(30mKNbxxhRMapmKNmKNMp51.21)(26.2525.157.3125.1满足要求。第3章主梁的作用效应计算3.1主梁恒载内力计算3.1.1恒载集度（按最不利情况计算）(1)主梁：KN/m2.7225)5.092.1(23.075.10.5g)1(】）（【横隔梁：对于边主梁：mkNg/71.016.29255215.018.0)218.092.1()]22.01.0(3.1[2）（对于中主梁：mkNg/42.171.0212桥面铺装层：mkNg/965.460.2400.909.00.2300.905.03栏杆和人行道：6mkNg/67.162144）（作用于边主梁的全部恒载g为：mkNggi/545.3467.1965.471.02.27作用于中主梁的恒载强度为：mkNg/255.3567.1965.442.12.2713.1.2恒载内力计算边主梁的弯矩和剪力，计算图示如图3.1.2所示，则：图3.1.2)(222xlgxxgxxglMx)2(22xlggxglQx各计算截面的剪力和弯矩值，列于下表边主梁恒载内力截面位置x内力剪力Q（kN）弯矩M(mkN)0xQ=519.8M=04lx260)416.29216.29(2545.34Q2842)416.2916.29(416.292545.34M73.2用偏心压力法计算横向荷载分布系数跨中的荷载横向分布系数，本设计内设5道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为：l/B=29.16/11.5=2.52，按修正的刚性横梁法来绘制影响线。并计算横向分布系数。各根主梁的横截面均相等，梁数n=6，梁间距1.92m，则：2222222262524232221612512.64)96.05()96.03()96.0(96.0)96.092.1()96.092.12(maaaaaaaii由式2-5-28,1号梁横向影响线的竖标值为：19.0512.64)96.05(611524.0512.64)96.05(61121221162122111niiniiaanaan由1711和绘制1号梁横向影响线，如图3.2.1所示，图中按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置。2lxQ=02.378916.29545.34812M8图3.2.1进而由1711和计算横向影响线的零点位置，设零点至1号梁位的距离为x，则：mxxx0.719.092.15524.0解得：零点位置已知后，就可以求出各类荷载相应于各个荷载位置的横向影响线竖标值r和q。设人行道缘石至1号梁轴线的距离为m6.0,于是，1号梁的何在横向分布系数可计算如下（以rqixx和分别表示影响线零点至汽车车轮和人群荷载集度的横坐标距离）：车辆荷载：561.0)097.0232.0329.0464.0(21)(21)(21214321114321qqqqqqqqqcqxxxxxm人群荷载：可查得为55.0crm用杠杆原理法求横向分布系数首先绘制1号梁的荷载横向影响线，如图3.2.2所示9图3.2.21号梁车辆荷载：604.0oqm人群荷载：182.1orm3.3计算公路-Ⅰ级荷载的跨中弯矩3.3.1荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置汽车荷载人群荷载边主梁跨中cm0.5610.550支点0m0.6041.182（1）公路Ⅱ级车道荷载标准值均布荷载标准值mknk/875.775.05.10q计算弯矩时的集中荷载标准值KNPK48.20775.064.276计算剪力时的集中荷载标准值KNPK976.24875.064.2762.12.1计算主梁截面抗弯惯性矩：10cmas8.75)50175(15)50150(2/175501752/151550150(）主梁抗弯惯性矩：4232330553977)8.752/175(5017512/17550)8.752/15(151001215)50150(cmIC50混凝土的弹性模量2104/1045.31045.3mNMPaE221/4.370681.9545.34msNggmc（2）计算冲击系数基频：HzmEIlfcc114.34.370630553977.01045.316.29214.3210221根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中第4.3.2条之5，当1.5Hz≤f≤14Hz时，0157.0ln176.0f，则可得：185.1)0157.0ln176.0(1)1(1f（3）计算公路—Ⅱ级车道荷载的跨中弯矩2车道不考虑折减，1kNPmkNqkk48.207;/875.722229.10616.298181ml；29.7416.294ly故得车道荷载跨中弯矩：mkNyPqmMkkcqql1562)29.748.20729.106875.7(561.01185.1)()1(,2（4）计算人群荷载的跨中弯矩：mkNpmMrcrrl7.20129.106)1