整体式钢筋混凝土简支板桥设计计算书

整体式钢筋混凝土简支板桥设计一、设计标准1、公路等级：二级公路2、设计速度：60km/h3、路基横断面1）车道宽度：3.5m2）车道数：双向2车道3）右侧硬路肩宽：0.75m4）左侧硬路肩宽度：0.75m5）土路肩：0.75m4、汽车荷载：公路Ⅱ级5、标准跨径：k6mL6、桥梁横断面护轮安全带宽0.25m+硬路肩0.75m+2个行车道7m（20.35m）+硬路肩0.75m+护轮安全带宽0.25m7、桥面铺装为厚H0.07m水泥混凝土铺装。二、基本资料1、安全等级：本桥为小桥，安全等级为三级，结构重要性系数为00.9；2、环境条件：Ⅰ类，最小混凝土保护层厚度30mm；3、材料1）混凝土：C25ck16.7MPaf，cd11.5MPaf，tk1.78MPaf，td1.23MPaf，4c2.810MPaE；2）钢筋受力主筋：HRB335，sd280MPaf，5s2.010MPaE，b0.56分布钢筋：R235，直径10mm。三、设计依据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）4、许光辉，胡明义.公路桥涵设计手册.梁桥(上册).人民交通出版社，2000年7月四、主要尺寸拟定1、支承宽度：00.29mb2、伸缩缝宽度：0.01m3、板长：5.98m=6-20.014、计算跨径：5.982(0.29/2)5.69ml5、净跨径：05.9820.295.40ml6、行车道板厚：0.32mh7、护轮安全带高度：0.28m详细尺寸见板桥的一般构造图。五、作用及作用效应计算（一）永久作用及其作用效应本桥考虑的永久作用为结构的自重（即板的自重）与桥面铺装的附加重力。1、每米宽板带的延米重力311125kN/m1m0.32m=8kN/m;gh其中：1为钢筋混凝土板的容重，由《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）条文说明永久作用部分取325kN/m。2、每米宽板带的桥面铺装延米重力322124kN/m1m0.07m=1.68kN/m;gh其中：2为水泥混凝土路面的容重，由《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）条文说明永久作用部分取324kN/m。3、安全带自重分配到每米宽板带的延米重力3110.250.282/(8.50.252)2510.250.282/9=0.39kN/m;g4、每米宽板带的永久作用总集度123++=8+1.68+0.39=10.07kN/m;gggg5、每米宽板带的永久作用效应1)跨中弯矩：2212,G1110.075.6940.76kNm88Mgl；2)支点剪力：0,01110.075.427.19kN22GQgl。单位：cm（二）可变作用及其作用效应本桥涵考虑的可变作用为汽车荷载与汽车冲击力。1、汽车荷载的冲击系数1）每米宽板带的截面惯性矩33411110.320.0027307m1212Ih2）每米宽板带的延米质量33c1109.818109.81815.5kg/mmg3）每米宽板带的基频c2c10222.8100.002730725.69815.514.8484HzEIflm4）根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），则汽车冲击系数0.452、车道折减系数：根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），双车道不折减13、板的有效工作宽度1）车辆荷载后轮着地长度20.20ma，宽度20.60mb，则1220.2020.070.34maaH；1220.6020.070.74mbbH。2）车轮作用在跨径中间的有效分布宽度计算根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简支板桥横桥向设计车道数为2，布置双列车辆荷载，四个车轮，车轮间距有1.8m和1.3m两种情况。由于1.8m-0.74m(35.6931.897m)l1.3m-0.74m(35.6931.897m)l则横桥向各车轮的有效分布宽度均已重叠。A）按中载时（如图所示）11140.74(1.81.31.8)5.697.54m332(3.794.98.69m)3bbdlld则48.69mb。平均到单个车轮，则有效工作宽度为8.69/42.17mb。B）按偏载时（如图所示）11140.50.74(1.81.31.8)0.55.697.09m662(3.794.98.69m)3bbdlld则48.69mb。平均到单个车轮，则有效工作宽度为8.69/42.17mb。C）板的有效工作宽度取为2.17mbb行车方向b行车方向3）车轮作用在板的支承处的有效工作宽度'10.740.321.06mbbh4）车轮靠近板的支承处的有效工作宽度'2xbbx5）板的有效宽度沿跨长方向的变化情况如下图：行车方向4、汽车荷载效应计算1）车道荷载均布荷载：k0.7510.57.875kN/mq集中荷载：k180(5.695)/(505)*(360180)182.76kNp2）每米宽条上的车道荷载有了板的有效工作宽度以后，将布于沿跨径方向的车道荷载除以相应位置的有效工作宽度，作为每米宽简支板上分配的车道荷载来计算板的内力。（注意：一个车道荷载相当于一个车队，在横向布置两列车轮）跨中部分：k7.8751.81kN/m222.17qqbk182.76=42.05kN222.17PPb支点部分：'k'7.8753.17kN/m221.06qqb'k'182.76=103.45kN221.06PPb。3）汽车荷载效应（不考虑冲击系数）跨中弯矩：2'12,q21112()82641115.6911.815.692(3.711.81)0.560.5642.05826467.24kNmlMqlqqxxP支点剪力：''0,012()/2/2211103.451.815.42(3.711.81)0.56/2/22108.87kNqQPqlqqx（三）每米宽板带作用效应组合1、承载能力极限状态作用效应组合基本组合为12,12,G12,q1.21.4(1)1.240.751.4(10.45)67.24185.40kNmudMMM0,0,0,1.21.4(1)1.227.191.4(10.45)108.87253.63kNudGqQQQ2、正常使用极限状态作用效应组合短期效应组合为12,sd12,G12,q0.740.750.767.2487.82kNmMMM0,0,0,0.727.190.7108.87103.39kNsdGqQQQ长期效应组合为12,ld12,G12,q0.440.750.467.2467.646kNmMMM0,0,0,0.427.190.4108.8770.73kNldGqQQQ六、截面设计与验算（一）持久状况承载能力极限状态设计—正截面承载力计算1、控制截面：跨中截面；2、截面设计1）本桥为I类环境条件，绑扎钢筋骨架，假设25mmsa，则截面有效高度为032025295mmshha2）求受压区高度x012,ud200cd2b02,1m20.9185.40100029529511.5100054.15mm0.56295165.2mmMxhhbfbh为单位板宽为3）求钢筋面积2cds11.5100054.152224.22mm280sdfbxAf4）选择并配置钢筋构造要求：受力主钢筋的直径不宜小于10mm，间距不大于200mm，一般也不宜小于70mm。选择HRB335钢筋：公称直径20mmd，外径22.7mmd钢筋间距选为125mm，则根据《结构设计原理》（叶见曙主编）附表1-7可知，每米宽板内实际钢筋面积为2s2513mmA。钢筋的混凝土保护层厚度C=20mmmax30mm30mmd规范规定最小值：实际C+23022.7241.35mmsad，取45mmsa实际032045275mmshha配筋率为s0mintdsd25130.9134%10002750.2%min0.2%1450.198%100Abhff满足要求。3、截面复核1）求实际受压区高度xsdsb0cd280251361.186mm0.56275154mm11.51000fAxhfb2）求极限弯矩ucd00ud211.5100027561.1862=171.97KNm0.9185.4166.86KNmMfbxhxM满足要求。4、边缘板带跨中钢筋的布置构造要求：边缘板带主钢筋数量较中间板带（板宽2/3范围内）增加15%。钢筋截面积为：22513(115%)2889.95mm根据《结构设计原理》（叶见曙主编）附表1-7，边缘板带主钢筋间距取110mm，每米宽板内实际钢筋面积为22855mm，与22889.95mm相差在5%以内，满足要求。5、安全带宽度内钢筋的布置由于安全带宽度内，自重较大，则主钢筋间距取70mm，主钢筋与板边缘的间距为40mm，边缘钢筋混凝土保护层厚度为40-22.7/2=28.65mm。6、板内跨中截面钢筋布置见钢筋构造图。（二）持久状况承载能力极限状态设计—斜截面承载力计算按构造进行配筋设计即可满足。构造要求：主钢筋可在跨径的1/4~1/6处按450或300弯起，但通过支点不弯起的主钢筋每米板宽内应不少于3根，并不少于主钢筋面积的1/4。针对本桥，41根主筋通过支点截面，36根主筋弯起，具体情况见图纸。（三）持久状况正常使用极限状态设计1、缝宽度验算1）钢筋表面影响系数：主筋为HRB335带肋钢筋，11.0C2）作用长期效应影响系数：12,sd212,ld87.8210.510.51.64967.646MCM3）与构件受力性质有关的系数：本桥为板式受弯构件，31.15C4）纵向受拉钢筋配筋率：本桥截面无受拉翼缘，f0hs0ff25130.9134%0.02()1000275Abhbbh，取0.9134%5）由作用短期效应组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋在使用荷载作用下的应力：6sdsss087.8210146.066MPa0.870.872513275MAh6）纵向受拉钢筋的直径：本桥截面纵向受拉钢筋均为同一直径，20mmd7）最大裂缝宽度计算ssfk123s5fk300.2810146.06630201.01.6461.152.0100.28100.0091340.187mm=0.2mmdWCCCEW满足要求。2、变形验算1）开裂截面的截面特性（1）截面换算系数：s5sE4c2.0107.1432.810EE（2）开裂截面换算截面受压区高度ssEs0Es2117.1432513210002751110007.143251383.02mmAbhxbA（3）开裂截面换算截面惯性矩s23crEs02384131100083.027.143251327583.0231