[工学]桥梁课程设计.doc

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1、桥梁工程课程设计 钢筋混凝土简支T梁桥主梁设计 班级：08道交3 姓名：王 凯 学号：080736 组号：第四组 目 录 桥梁工程课程式设计任务书 2 第1章 主梁的计算 5 1.1 主梁的荷载横向分布系数 5 1.2 作用效应计算 11 1.3 持久状况下承载能力极限状态下截面设计配筋与验算 20 1.4 持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算 31 1.5 持久状况下正常使用极限状态下扰度验算 32 第2章 横梁的计算 34 2.1 横梁弯矩计算（G-M法） 342.2 横梁截面配筋与验算 37 2.3 横梁剪力效应计算及配筋 382.4 横梁接头钢板及焊缝计算 40第3章 行车道板计算

2、433.1 计算图式 433.2 永久荷载及其效应 433.3 截面设计、配筋与强度验算 453.4 连续板桥面计算 46第4章 支座计算 534.1 选定支座的平面尺寸 534.2 选定支座的厚度 544.3 验算支座的偏转 554.4 验算支座的抗滑稳定性 55参考文献 56设桥梁工程课程设计任务书一、课程设计题目钢筋混凝土简支T梁桥主梁设计二、课程设计目的桥梁工程课程设计是桥梁设计的入门，通过设计进一步巩固钢筋混凝土基本原理的主要理论知识，是学生掌握桥梁的设计原理和各种体系桥梁的受力特点，同时重点掌握结构计算基本理论。结合课程设计与习题加深对桥梁工程课堂理论教学内容的理解。培养学生的动手

3、能力。三、基本要求1 掌握钢筋混凝土桥梁结构的设计原理、步骤，结构构造和设计计算方法。2 熟悉并掌握桥梁工程现行规范运用。3 通过本课程的学习，具有设计一般桥梁结构的能力。四、基本资料标准跨径、桥面净宽、荷载等级、主梁及横隔梁数目（按照自己的数据填写）五、基本内容1、提供钢筋混凝土简支T形梁桥设计计算书一份，基本内容如下：（1） 拟定桥面铺装、主梁截面尺寸及各部分尺寸（2）主梁内力计算（3）配筋设计与各种验算2、完成下列图纸绘制（1） 桥梁一般布置（2）图主梁一般构造（3）图主梁钢筋布置图六、课程设计依据1 公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计

4、规范（JTG D622004）3 公路砖石及混凝土桥涵设计规范4 公路桥梁荷载横向分布计算七、要求1. 熟读规范、标准，理论联系实际；2 手工与计算机绘图相结合，至少一张手工图，均采用3号图纸；说明书用A4纸，打印。3 独立完成设计。设计资料1. 桥面净宽 净-8+20.75m人行道2. 主梁跨径及全长标准跨径LB=16m计算跨径LP=15.5m主梁全长L全=15.96m3. 设计荷载 汽车20级、挂100（验算用）；人群荷载3kN/m24. 材料x钢 筋：主筋用级钢筋，其他用级钢筋。混凝土：25号5. 计算方法：极限状态法6. 结构尺寸 参考原有标准图尺寸，选用如图所示，其中橫梁用五根。（一

5、）主梁的荷载横向分布系数1跨中荷载弯矩横向分布系数（按GM法）(1)主梁的抗弯及抗扭惯矩和求主梁截面的重心位置（图2)：.0平均板厚： T形截面抗矩惯柑近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即：=式中：为矩形截面抗任刚度系数(查表)；、为相应各矩形的宽度与厚度。查表可知：，故：单位抗弯及抗扭惯矩： (2) 横梁抗弯及抗扭惯矩翼板有效宽度计算（图12）：横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即：L，根据比值可查附表求得0.697所以：0.698C=0.6981.86=1.30m求横梁截面重心位置横梁的抗弯和抗扭惯矩和：=2h2，查表得 但由于连续桥面板的单宽抗扭惯矩只有独立宽扁板者的一半，可取c故单位抗

6、弯及抗扭惯矩(3)计算抗弯参数和扭弯参数:式中：桥宽的一半； 计算跨径。查桥规，取，则： (4)计算荷载弯矩横向分布影响线坐标已知，查图表，可得表l中数值。表 3-1梁位荷载位置0.910.951.001.061.091.061.000.950.911.071.101.091.121.050.970.880.810.741.271.311.211.101.000.880.770.690.611.611.451.271.080.930.800.720.620.541.901.601.311.080.890.770.630.560.450.700.850.991.131.201.130.990.8

7、50.701.601.501.361.281.150.940.660.370.142.38 2.091.781.410.970.520.14-0.27-0.653.402.802.091.460.870.36-0.18-0.56-1.033.583.102.381.520.720.10-0.54-1.02-1.59用内插法求各梁位处值（图4）。 图4 （尺寸单位：cm）1号梁、5号梁：2号梁、4号梁：3号梁：（系梁位在0点的值）列表计算各梁的横向分布影响线坐标值（表2）。(5)绘制横向分布影响线图(图5)，求横向分布系数。梁号计算式荷载位置b3/4b1/2b1/4b0-1/4b-1/2b-3/

8、4b-b 1号K1=0.2K1b+0.8K13b/41.668 1.480 1.278 1.080 0.922 0.794 0.702 0.608 0.522 K0=0.2K0b+0.8K03b/43.436 2.860 2.148 1.472 0.840 0.308 -0.252 -0.652 -1.142 =K1-K0 -1.768 -1.380 -0.870 -0.392 0.082 0.486 0.954 1.260 1.664 1/2-0.269 -0.210 -0.132 -0.060 0.012 0.074 0.145 0.192 0.253 K=K0 +1/23.167 2.6

9、50 2.016 1.412 0.852 0.382 -0.107 -0.460 -0.889 =K/50.633 0.530 0.403 0.282 0.170 0.076 -0.021 -0.092 -0.178 2号K1=0.6K1b/2+0.4K1b/41.190 1.226 1.162 1.108 1.020 0.916 0.814 0.738 0.662 K0=0.6K0b/2+0.4K0b/42.068 1.854 1.612 1.358 1.042 0.688 0.348 -0.014 -0.334 =K1-K0 -0.878 -0.628 -0.450 -0.250 -0.0

10、22 0.228 0.466 0.752 0.996 1/2-0.133 -0.095 -0.068 -0.038 -0.003 0.035 0.071 0.114 0.151 K=K0 +1/21.935 1.759 1.544 1.320 1.039 0.723 0.419 0.100 -0.183 =K/50.387 0.352 0.309 0.264 0.208 0.145 0.084 0.020 -0.037 3号K1=K10 0.910 0.950 1.000 1.060 1.090 1.060 1.000 0.950 0.910 K0=K00 0.700 0.850 0.990

11、1.130 1.200 1.130 0.990 0.850 0.700 =K1-K0 0.210 0.100 0.010 -0.070 -0.110 -0.070 0.010 0.100 0.210 1/20.032 0.015 0.002 -0.011 -0.017 -0.011 0.002 0.015 0.032 K=K0 +1/20.732 0.865 0.992 1.119 1.183 1.119 0.992 0.865 0.732 =K/50.146 0.173 0.198 0.224 0.237 0.224 0.198 0.173 0.146 绘制横向分布影响线图（图3-5）求横向

12、分布系数。按照桥规4.3.1条和4.3.5条规定：汽车荷载距人行道边缘距离不小于0.5m，人群荷载取3kN/，人行道板以1.2kN竖向力集中作用在一块板上。各梁横向分布系数：公路级：1汽=1/2*（0.541+0.344+0.210+0.013）=0.5542汽=1/2*（0.356+0.287+0.228+0.106）=0.4893汽=1/2*（0.170+0.211+0.232+0.207）=0.410人群荷载：1人=0.6222人=0.3833人=0.149*2=0.298人行道板：1板=0.633-0.178=0.4552板=0.387-0.037=0.3503人=0.146*2=0.

13、2922. 梁端剪力横向分布系数计算（按杠杆法）公路级（图3-6）：1汽=1/2*0.944=0.4752汽=1/2*1.000=0.5003汽=1/2*（0.639+0.639）=0.639人群荷载（图3-7）：1人=1.2782人=-0.2783人=0（二）作用效应计算1. 永久作用效应（1） 永久荷载假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担，计算见表3-3。钢筋混凝土T行梁桥永久荷载计算表3-3构件名构件简图尺寸（尺寸单位：cm）单元构件体积及算式（m3）重度（kN/m3）每延米重力（kN/m）主梁250.41225=10.3横隔梁中梁边梁250.072125=1.800.036025=

14、0.9桥面铺装沥青混凝土：0.021.80=0.036防水混凝土：0.091.80=0.16223240.0423=0.8280.1624=3.888人行道部分缘石：2.50.320.15=0.120支撑梁：21.040.220.15=0.069人行道梁A：0.850.240.28=0.057人行道梁B：0.850.240.14=0.029人行道板：0.850.062.50=0.13镶面砖：0.850.022.50=0.043栏杆柱：1.00.180.14=0.025扶手：22.360.080.12=0.04523252525251825250.12023=2.760.06925=1.730.

15、05725=1.430.02825=0.710.1325=3.10.04318=0.770.02525=0.630.04525=1.13一侧人行道部分每2.5m长时重12.35kN，1.0m长时重12.35/2.5=4.94（kN/m）。按人行道板横向分布系数分摊至各梁的板重为：1号、5号梁：1板=0.455，1板q=0.455*4.94=2.25（kN/m）2号、4号梁：2板=0.350，2板q=0.350*4.94=1.73（kN/m）3号梁：3板=0.292，3板q=0.292*4.94=1.44（kN/m）各梁的永久荷载汇总于表3-4。 各梁永久荷载（单位：kN/m）表3-4梁号主梁横

16、梁栏杆及人行道铺装层合计1（5）10.310.902.814.7218.742（4）10.311.801.544.7218.37310.311.801.104.7217.93（2） 永久作用效应计算影响线面积计算见表（3-5）影响线面积计算表3-5项 目计 算 面 积影响线面积永久作用效应计算见表（3-6）永久作用效应计算表表3-6梁号M0.5(kN/m)M0.25(kN/m)Q0(kN)qw0qw0qw0qw0qw0qw01（5）18.7430.03562.7618.7422.52422.0218.747.75145.242（4）18.3730.03551.6518.3722.52413.6

17、918.377.75142.37317.9330.03538.4417.9322.52403.7817.937.75138.962. 可变作用效应（1） 汽车荷载冲击系数 Mc=G/g=1.84简支梁的自振频率为： 介于1.5Hz和14Hz之间，按桥规4.3.2条规定，冲击系数按照下式计算： =0.1767lnf-0.0157=0.3169（2） 公路级均布荷载qk，集中荷载pk及其影响线面积（表3-7）按桥规4.3.1条规定，公路II级车道荷载按照公路I级车道荷载的0.75倍用即均布荷载。公路II级及其影响线面积W0表 表3-7项目顶点位置（kN/m）（kN/m）M1/2l/2处7.8751

18、78.530.03M1/4l/4处7.875178.522.52Q0支点处7.875178.57.75Q1/2l/2处7.875178.51.938可变作用（人群）（没延米）：（3）可变作用效应（弯矩）计算（表3-8表3-10） 公路II级产生的弯矩 （单位：kNm） 表3-8梁号内力 1（1）1+u（2）qk(3)w0(4) Pk(5)yk (6 )弯矩效应1 M1/20.554 1.3169 7.875 30.03 178.5 3.875 677.16 M1/40.554 22.52 2.906 507.82 2 M1/20.489 30.03 3.875 597.71 M1/40.489

19、 22.52 2.906 448.24 3 M1/20.410 30.03 3.875 501.15 M1/40.410 22.52 2.906375.83 人群产生的弯矩 （单位：kNm） 表3-9梁号内力1 (1)P人(2)w0(3)弯矩效应1 M1/20.622 2.25 30.03 42.03 M1/40.622 2.25 22.52 31.52 2 M1/20.383 2.25 30.03 25.88 M1/40.383 2.25 22.52 19.41 3 M1/20.298 2.25 30.03 20.14 M1/40.298 2.25 22.52 15.10 基本荷载组合：按桥

20、规4.1.6条规定，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的分项系数为：永久荷载作用分项系数：汽车荷载作用分项系数： 人群荷载作用分项系数：弯矩基本组合见表3-10 弯矩基本组合表（单位：kNm） 表3-10梁号内力永久荷载人群汽车r0Sud1M1/2562.7642.03 677.16 1503.37 M1/4422.0231.52 507.82 1127.41 2M1/2551.6525.88 597.71 1374.98 M1/4413.6919.41 448.24 1031.13 3M1/2538.4420.14 501.15 1233.27 M1/4403.7815.10 375.8

21、3 924.85 注：桥梁结构重要性系数，本题取=0.9； 与其它可变荷载作用效应的组合系数，本例取=0.8。 （4）可变荷载剪力效应计算计算可变荷载剪力效应应计入横向分布系数沿桥跨变化的影响。通常分两步进行，先按跨中的由等代荷载计算跨中剪力效应；再用支点剪力荷载横向分布系数并考虑支点至l/4为直线变化来计算支点剪力效应。剪力计算时，按照桥规4.3.1条规定，集中荷载标准值需乘以1.2的系数。 跨中剪力的计算（见表3-11表3-12） 公路II级产生的剪力V1/2 （单位：kN 表3-11梁号内力1 (1)1+u（2）qk(3)w0(4)Pk(5)yk(6 )弯矩效应1 V1/20.5541.

22、3169 7.875 1.938 214.20 0.50 89.27 2 V1/20.48978.80 3 V1/20.41066.07 人群荷载的剪力V1/2 （单位：kN 表3-12梁号内力1 (1)P (2)w0 (3)弯矩效应1 V1/20.6222.25 1.938 2.712 V1/20.3831.673 V1/20.2981.30支点剪力的计算（见表3-13表3-15） 计算支点剪力效应的横向分布系数的取值为： a.支点处按杠杆法计算的 b.l/43l/4按跨中弯矩的横向分布系数（同前） c.支点l/4处在和之间按照直线变化（图3-8） 支点剪力效应计算式为：式中：相应于某均布活

23、载作用处的横向分布图纵坐标； 相应于某均布活载作用的数值； 相应的某集中活载的数值。 人群均布荷载长生的支点剪力效应计算式为： P=式中：-跨中横向分布系数；-支点处横向分布系数。汽车荷载作用下的计算结果如表3-13所示 公路II级产生的剪力效应计算表 （单位：kN） 表3-13梁号1+uiyipi剪力效应11.3169214.2*0.475+7.875*(15.5/2*0.554-0.75*15.5/4*0.188*0.5)-0.25*19.5/8*188*2/3=139.1173.82214.2*0.5+7.875*(19.5/2*0.509-0.75*19.5/4*0.09*0.5)-0

24、.25*19.5/8*0.09*2/3=144.85181.083214.2*0.675+7.875*(19.5/2*0.416+0.75*19.5/4*0.259*0.5)+0.25*19.5/8*0.259*2/3=180.36225.43人群荷载作用下的计算结果如表3-14所示剪力效应基本组合（见表3-15）由表3-15可知：剪力效应以3号梁（最大）控制设计。 可变作用产生的剪力效应计算表 （单位：kN） 表3-14梁号123计算值0.5*15.5*0.622*2.25+1/8*15.5*(1.278-0.622)*2.25*0.917=17.620.5*19.5*0.386*2.25+

25、1/8*19.5*(-0.25-0.386)*2.25*0.917=5.270.5*19.5*0.322*2.25+1/8*19.5*(0-0.322)*2.25*0.917=5.44剪力效应组合表（单位kN）表3-15梁号剪力效应永久荷载人群汽车1 139.8913.81178.74 390.09 0.00 2.63 93.53120.50 2 143.693.41181.53 387.35 0.00 1.67 80.44 103.04 3 141.674.06 216.86 430.34 0.00 1.32 68.00 87.01 注：-桥梁结构重要性系数，本例取=0.9； -与其它可变荷

26、载作用效应的组合系数，本例取=0.8。(三)持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算1.配置主筋由弯矩基本组合表3-10可知，1号梁值最大，考虑到施工方便，偏安全地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。主梁尺寸如图3-10。设钢筋净保护层为3cm，钢筋重心至底边距离a=10.5cm，则主梁有效高度=h-a=130-10.5=119.5（cm）。已知1号梁跨中弯矩=1520.3kNm，按 公预规 5.2.3公式（5.2.3-2）：式中：-受压区钢筋面积，=0；-混凝土轴心抗压设计强度，C25混凝土，=11.5MPa；b-T型截面腹板厚度，b=0.18m；-T型截面受压区翼缘板设计宽度L/3=155

27、00/3=51666，7mm;b+12=18+12*11=150cm；故取=1.5m； -结构重要性系数，取0.9。按公预规5.2.3条：=选用828钢筋：=4926mm24560mm2钢筋布置如图3-10所示。钢筋重心位置为：=31.62=63.2(mm)=6.32(cm)实际有效高度=h-a-=130-3-6.32=120.68（cm）按公预规9.1.12要求，含筋率满足规范要求：=/()=49.26/(150*120.68)=0.27%0.20%2.持久状况截面承载能力极限状态计算按截面实际配筋值计算受压区高度x为：x=/()=49.26280/(11.5150)=8.00(cm)截面抗

28、弯极限状态承载力为：=x（-0.5x）=11.51.50.08（1.207-0.5*0.08）=1610.46（kNm）1520.3（kNm）满足规范要求。3.根据斜截面抗剪承载力进行斜筋配置由表3-15可知，支点剪力效应以3号梁为最大，为偏安全设计，一律用3号梁数值。跨中剪力效应以1号梁最大，一律以1号梁为准。=430.34kN=120.5 kN假定有232通过支点。按公预规9.3.10条的构造要求：a=0.53.16+3=4.58（cm）=h-a=130-4.58=125.42（cm）根据公预规5.2.9条规定，构造要求需满足：0.51=0.511801254.2=575.68（kN）43

29、0.34（kN）按公预规5.2.10条规定：0.5=0.51.39180*1254.2=156.9（kN）=144.78/0.14875=975()弯起228：= 1232（） =102.42/0.14875=690()弯起228：= 1232（） =60.07/0.14875=405()弯起228：= 1232） （3）主筋弯起后持久状况承载能力极限状态正截面承载能力校核：计算每一次弯起截面的抵抗弯矩时，由于钢筋根数不同，其钢筋的重心亦应不同，则有效高度大不相同。此处系估算，可用同一数值，其影响不会很大。228钢筋的抵抗弯矩为：=2（-）=22806.158（1.207-0.080.5）=4

30、02.44（kNm）跨中截面的钢筋抵抗弯矩为：=28049.26（1.207-0.080.5）=1609.62（kNm）全梁抗弯承载力校核见图3-12。1.箍筋配置按公预规5.2.11条规定，箍筋间距的计算公式为式中：-异号弯矩影响系数，取=1.0； -受压翼缘的影响系数，取=1.1 -距支座中心处截面上的计算剪力（kN）； P-斜截面内纵向受拉主筋的配筋率，P=100； -同一截面上箍筋的总截面面积（mm）； -箍筋的抗拉设计强度； -滚凝土和钢筋的剪力分担系数，取=0.6选用28的双肢箍筋（R235, =195MPa），则面积=1.006cm；距支座中心h/2出的主筋为228，A=12.3

31、2cm；h=130-3-0.53.16=125.42（cm）；P=100=0.546,计算剪力=430.3kN。带入上式可得：选用=200mm。根据公预规9.3.13条规定，在支座中心向跨径方向长度不小于1倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。综上所述，全梁的箍筋配置为28双肢箍筋箍筋间距为10cm,其余地方箍筋间距为20cm。则配置箍筋=/(Sb)分别为当S=10cm时：=/(Sb)=1.006/（1810）=0.0056当S=20cm时：=/(Sb)=1.006/（1820）=0.0028大于规范规定的最小配筋率：R235钢筋不小于0.18%的要求。5.倾斜面抗剪承载能力验算按桥预规5

32、.2.6条规定，斜截面抗剪强度验算位置为：（1）距支座中心h/2（梁高一半）处截面；（2）受拉区弯起钢筋弯起点处的截面；（3）锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面；（4）钢筋数量或间距有改变处的截面；（5）受弯构件腹板宽度改变处的截面。据此，本示例斜截面抗剪强度的验算截面如图3-13所示。即有：（1）距支座h/2处截面1-1，相应的V= 405.27kN，M= 246 kNm；（2）距离支座中心1.2米处截面2-2（弯起钢筋弯起点），相应的V= 384.09kN，M= 435.85 kNm；（3）距离支座中心2.3米处截面3-3（弯起钢筋弯起点），相应的V= 341.73kN，M=769.6

33、4kNm；（4）距离支座中心3.4米处截面4-4（弯起钢筋弯起点），相应的V= 299.38kN，M=1042.21kNm；应注意的是：此时的V，M为计算的通过斜截面顶端正截面内的最大剪力（kN）和相应于上诉最大剪力时的弯矩。最大剪力在计算出C值后，可内插求得；相应的弯矩可从按比例绘制的弯矩图上量取。按公预规5.2.7条规定：受弯构件配有箍筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为：=0.75式中：-斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力（kN）； -箍筋的配筋率，=/（b）； -与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪能力（kN）； -斜截面内在同一弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积（mm）。斜截面水平投影长度C按

34、下式计算：C=0.6mh式中：m-斜截面受压端正截面处的剪跨比，m=，当m3时，取m=3。为了简化计算可近似取C值为：Ch（h可用平均值），即：C=（125.42+120.68）0.5=123.05（cm）由C值可内插求得各个斜截面顶端处的最大剪力和相应的弯矩按公预规取=1，=1.1。斜截面1-1：截割一组弯起钢筋，则纵向钢筋的含筋率；=0.0056。斜截面2-2：截割一组弯起钢筋，；=0.0028。斜截面3-3：截割二组弯起钢筋，；=0.0028。斜截面4-4：截割一组弯起钢筋，；=0.0028。6.持久状态斜截面抗弯极限承载能力验算钢筋混凝土梁斜截面抗弯承载能力不足而破坏的原因，主要是由于受拉区纵向钢筋锚固不好或弯起钢筋位置不当造成的。根据设计经验，如果纵向受拉钢筋与弯起钢筋在结构上注意按规范构造要求配置，斜截面抗弯承载能力可以得到保证不必进行验算。作为示例，现验算一个斜截面。验算斜截面抗弯承载能力的位置，按