橋梁工程課程設計.docx

湖南理工學院橋梁工程課程設計書姓名： 【海浪】班級： 土木四班學號： 1411260*指導老師： 王光輝專業(yè)： 土木工程院別： 土建學院20114年6月九日目錄 1 基本設計資料2 簡支T型梁橋的構(gòu)造和布置3 主梁間距與主梁片數(shù)擬定4 主梁截面相關主要尺寸的擬定5 T型梁橋的相關構(gòu)造圖示6 橫隔梁的設置及尺寸擬定7 截面幾何特性的計算8 主梁內(nèi)力計算9. 活載內(nèi)力計算（修正剛性梁法）10. 荷載組合11. 行車道板內(nèi)力計算12. 橫隔梁內(nèi)力計算13. 施工圖繪制預制裝配式鋼筋混凝土簡支T型梁橋設計 基本設計資料完成預制裝配式鋼筋混凝土公路簡支T梁橋設計。1、 標準跨徑： 30m2、 橋面凈寬： 凈9+21.5m3、 汽車荷載： 公路-級4、 人群荷載： 3.0kN/m2簡支T型梁橋的構(gòu)造和布置：結(jié)構(gòu)尺寸擬定上部結(jié)構(gòu)采用30m裝配式預應力混凝土T型梁主梁高度：2.0m 行車道板尺寸：9.0m梁肋尺寸：0.2m 梁間距：2.2m標準跨徑：30m 計算跨徑：29.16m主梁全長：29.96m 支點距端頂：0.40m主梁間距與主梁片數(shù)擬定在T型梁橋跨徑較大時，適當增大主梁高和加寬主梁間距能夠獲的較好的經(jīng)濟性，同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標很有效，因而在條件許可的情況下可適當加寬T梁翼板。同時根據(jù)設計資料要求：橋面凈寬：凈9+21.5m。因此，初擬定主梁間距為2.2m，共采用五片主梁。主梁截面相關主要尺寸的擬定對于梁高，預應力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/15-1/25之間。當建筑高度不受限制時，增大梁高是比較經(jīng)濟的方案，因為增大梁高可節(jié)省預應力鋼束用量，而增加梁高一般只是腹板加高，混凝土用量增加不多。本設計取用主梁高度為2.0m。本設計取預制T梁的翼板寬度為180cm,厚度取用20,翼板根部加厚到26,以抵抗翼緣根部較大的彎矩。由于腹板所受內(nèi)力很小，從腹板本身的穩(wěn)定條件考慮，腹板厚度不小于其高度的十五分之一，故取腹板厚度為16cm.對于馬蹄，其基本尺寸由布置預應力鋼束的需要確定的,且實踐表明,馬蹄面積占截面總面積的10%-20%為合適。據(jù)此初擬定馬蹄寬度56,高度30。馬蹄與腹板交接處做成45度斜坡，以增大局部折點出的局部承載力。在T型梁橋的設計中為減輕主梁的安裝重量，同時增強橋梁的整體性，在預制T梁間設置40cm的濕接縫。T型梁橋的相關構(gòu)造圖示根據(jù)上述確定的T梁橋的構(gòu)造參數(shù)及主梁截面相關尺寸，其相關構(gòu)造圖示如下：橫隔梁的設置及尺寸擬定為減小在荷載作用下對主梁起主要控制作用的彎矩和撓曲變形，同時也使得作用在主梁上的荷載均勻的分布和傳遞。通常在跨中設置一道橫隔梁，當跨度較大時，四分點處也可以設置橫隔梁。本設計在兩支座中心線間每隔4.86m設置一道橫隔梁，橫隔梁在沿T型梁橋縱向布置、截面尺寸及計算圖示如下所示： 【相關說明：本橋梁設計主梁采用登高形式，橫截面的T梁翼板厚度沿跨長不變，馬蹄部分和腹板為配合鋼束彎起而從第一道內(nèi)橫隔梁開始向支點逐漸抬高?！拷孛鎺缀翁匦缘挠嬎?T型梁橋跨中截面計算圖示（表格下方）根據(jù)截面尺寸跨中截面幾何特性利用Excel計算匯總?cè)缦拢骸?說明：內(nèi)梁截面形心至上緣距離外梁截面形心至上緣距離 】截面效率指標的檢驗 （的期望值在0.45-0.55之間）對于內(nèi)梁 ：上核心距 下核心距 截面效率指標 =對于外梁 ：上核心距 下核心距 截面效率指標 =綜上計算可知，對于初始擬定的主梁跨中界面尺寸是合理的。主梁內(nèi)力計算【總述：根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，并通過活載作用下的梁橋荷載橫向分布計算，可分別求得各主梁控制截面（取跨中、四分點、支點截面）的恒載和最大活載內(nèi)力，然后再進行主梁內(nèi)力組合?！亢爿d內(nèi)力計算【說明：預制T梁采用C40混凝土，重度為25KN/m3，瀝青混凝土重度取為24KN/m3】1恒載集度換算：(1)預制梁自重對于內(nèi)梁：a.跨中截面計算，主梁的恒載集度 =0.888025=22.2KN/mb.由于馬蹄抬高所增加重量折算成恒載集度 c.由于腹板加厚所增加的重量折算成恒載集度 主梁端截面面積=56200+62202+286=13848 m2 對于橫隔板：隔梁體積： 端橫隔梁體積 橫隔梁的重量換算成恒載集度為： 所以，預制內(nèi)梁總的恒載集度： =22.2+0.219+2.3464+1.9178=26.6832KN/m 同上算得：對于外梁： =0.904225=22.605N/m =0.219KN/m =2.3464 KN/m =(0.353885+0.2644562）22529.96=0.9589KN/m所以，預制外梁總恒載集度： =22.605+0.219+2.3464+0.9589=26.1293KN/m（2）二期恒載集度換算對于內(nèi)梁：現(xiàn)澆T梁翼板恒載集度 =0.200.425=2.0KN/m對于外梁：現(xiàn)澆T梁翼板恒載集度 =0.200.225=1.0KN/m擬定： 一側(cè)欄桿 1.86 KN/m 人行道 3.0 KN/m橋面鋪裝層：10cm瀝青混凝土： KN/m C40混凝土墊層：(0.03+0.0975)/2=0.06375 m 0.063759.025=14.34375 KN/m 若兩側(cè)欄桿，人行道和橋面鋪裝均平攤給5片主梁，則：g=(1.862+3.02+21.6+14.34375)/5=9.133 KN/m 所以：二期恒載集度內(nèi)梁：=2.0+9.133=11.133KN/m外梁：=1.0+9.133=10.133 KN/m2.恒載內(nèi)力計算簡支T型梁橋的內(nèi)力計算圖示如下所示：設左支點距內(nèi)力計算計算截面的距離為x,則在荷載集度作用下，主梁彎和剪力的計算公式分別為： Md=(1-)*l2g/2 =(1-2)*gl/2相關計算截面內(nèi)力利用excel計算匯總?cè)缦拢?活載內(nèi)力計算（修正剛性梁法）1沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)計算沖擊系數(shù)：結(jié)構(gòu)基頻 【其中：l-結(jié)構(gòu)計算跨徑（m）（l=29.16m）E-結(jié)構(gòu)材料的彈性模量(N/m2) E取為3.25104Mpa.Ic-結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣矩(m4)mc-結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度質(zhì)量(kg/m)G-結(jié)構(gòu)跨中處每延米結(jié)構(gòu)重力(N/m)g-重力加速度(m/s2)】Hz因為 則：又因為設計是雙車道，所以不需要考慮汽車荷載折減，即車道折減系數(shù)=1.02.計算主梁的荷載橫向分布系數(shù)跨中的荷載橫向分布系數(shù)mc本橋跨內(nèi)設有七道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)結(jié)，且承重結(jié)構(gòu)的長寬比為： L/B=29.16/（52.20）=2.652所以可按修正剛性橫梁法來繪制橫向影響線和計算橫向分布系數(shù)mca.計算主梁的抗扭慣矩IT對于T形梁截面，抗扭慣矩可近似按下式計算：= 【其中：bi和ti相應為單個矩形截面的寬度和厚度；Ci矩形截面抗扭剛度系數(shù)； M梁截面劃分成單個矩形截面的個數(shù)。】對于跨中截面，主梁的抗扭慣性矩IT計算圖示如下圖，IT相關計算數(shù)據(jù)見下表：b.計算抗扭修正系數(shù)主梁的間距相同，同時將主梁近似看成等截面，則：= 【其中： G材料的剪切摸量，G=0.425EL材料的計算跨徑，l=29.16mIT主梁抗扭慣矩，IT=0.016863m4I截面慣性矩，I內(nèi)=45886644.065cm4 】則： =0.897c.按修正的剛性橫梁法計算橫向影響線豎標值： ij=+ 其中：n=5 則：=4.422+2.222=48.4m2d.計算荷載橫向分布系數(shù)1，2，3號梁的橫向影響線和最不利布載，見下圖對于1號梁： 汽車荷載：mcq=(0.5263+0.3801+0.2746+0.1284)=0.6547人群荷載：mcr=0.6278對于2號梁：汽車荷載：mcq=(0.3612+0.2794+0.2203+0.1385)=0.4997人群荷載：mcr=0.4180對于3號梁：汽車荷載：mcq=(0.2+0.2+0.2+0.2)=0.4人群荷載：mcr=0.2支點的荷載橫向分布系數(shù)m0按杠桿原理法繪制荷載橫向影響線并進行布載，1、2、3號梁的橫向影響線和最不利不載圖示：支點的橫向分布系數(shù)m0計算圖示 對于1號梁：汽車荷載：m0q=（0.8182+0）=0.4091人群荷載：m0r=1.3864對于2號梁：汽車荷載：m0q=(0.1818+1.0+0.4091)=0.79545人群荷載：m0r=0對于3號梁：汽車荷載：m0q=(0.1818+1.0+0.4091)=0.79545人群荷載：m0r=0橫向分布系數(shù)匯總3.計算活載內(nèi)力 【說明：為了簡化計算，當有多道內(nèi)橫隔梁時，設mc從第一道內(nèi)橫隔梁向m0直線性過渡,橫向分布系數(shù)沿跨內(nèi)部分的變化不大,一般按不變化的mc計算?！?按橋規(guī)規(guī)定：公路級車道均布荷載為： qk=10.5 KN/m集中荷載為：Pk=(360-180)(50-5)29.16-5+180=276.64KN 計算剪力時: PK=276.641.2=331.968 KN人群荷載: qr=3.01.5=4.5 KN/m活載內(nèi)力計算公式為： a. 計算跨中截面最大彎矩和最大剪力 計算圖示如下圖：（表格下面）對于集中力、均布荷載作用下各計算截內(nèi)力利用excel計算匯總?cè)缦卤恚?b. 四分點截面的最大彎矩和最大剪力計算圖示如下：對于集中力、均布荷載作用下各計算截內(nèi)力利用excel計算匯總?cè)缦卤恚?c. 支點截面的最大剪力計算圖示如下：對于集中力、均布荷載作用下各計算截內(nèi)力利用excel計算匯總?cè)缦卤恚?2號梁: Qmax=4.50.399714.58=26.22 KN荷載組合1按承載能力極限狀態(tài)設計時作用效應的組合 永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相結(jié)合（基本組合），其效應組合表達式為如下：0Sud=0(i=1mGiSGik+Q1SQ1k+cj=2mQiSQ1k)其中：0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本橋梁設計按安全等級二級取0=1.0 Gi為永久作用分項系數(shù)，取值為Gi=1.2 Q1為汽車荷載作用分項系數(shù)，取值為Q1=1.4 Qi為人群荷載作用分項系數(shù)，取值為Qi=1.4 c為人群荷載組合系數(shù)，取值為c=0.82按正常使用極限狀態(tài)設計時作用效應的組合 a.作用短期效應組合其效應組合表達式為：Ssd=(i=1mSGik+j=1n1jSQjk) 其中：1j為第j個可變作用效應頻遇值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊力）取1=0.7 ，人群荷載取1=1.0。 b.作用長期效應組合其效應組合表達式為：Sld=i=1mSGik+j=1n2jSQjk其中：2j為第j個可變作用的準永久值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊力）取2=0.4 ，人群荷載取2=0.4。根據(jù)前面計算所得簡支T梁的內(nèi)力值，按設計所需進行各種內(nèi)力效應組合計算，進而求得控制設計的計算內(nèi)力。其組合計算利用excel計算匯總?cè)缦拢盒熊嚨腊鍍?nèi)力計算【橋面構(gòu)造：10cm瀝青混泥土面層，平均6.375cm厚的混泥土墊層，橋面縱坡設置為1.5%，橋面橫坡設置為1.5%，人行道寬1.5m，路緣石高26cm，欄桿寬度為25cm。】（一） 恒載及其內(nèi)力（以縱向1m寬的板條進行計算）1、 每延米的板的恒載g:10cm瀝青混凝土面層 g1:0.10124=2.40KN/mC40混凝土墊層g2:(0.03+0.0975)2125=1.594KN/mT梁翼緣板自重g3：（0.540.22+0.230.462+0.20.4）2.21.025=5.768KN/m合計: g=gi=2.40+1.594+5.768=9.762 KN/m2、 每米寬板條的恒載內(nèi)力彎矩 MAg=-12gl02=-129.7621.02=-4.881KNm剪力 QAg=gl0=9.7621.0=9.762 KN（二） 車輛荷載產(chǎn)生的內(nèi)力將后輪作用于翼緣板邊緣軸線上【見下圖】，后軸作用力為P=140KN/m，輪壓分布寬度如下圖所示。對于車輪荷載中后輪的著地長度為a2=0.20m,寬度為b2=0.60m【由公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D602004）查得】，則得a1=a2+2H=0.20+20.16375=0.5275m b1=b2+2H=0.60+20.16375=0.9275m荷載對于懸臂根部的有效分布寬度：a=a1+2l0+d=0.5275+21.0+1.40=3.9275m沖擊系數(shù)：1+=1.243作用于每米寬板條上的彎矩為： MAp=-1+2P4al0-b14= -1.243214043.92751.0- 0.92754=-17.017KNm作用于每米寬板條上的剪力為： QAp=1+2P4a=1.243214043.9275=22.154KN （三） 荷載組合1、 承載能力極限狀態(tài)內(nèi)力組合計算基本組合：Mud=1.2MAg+1.4MAp=1.2-4.881+1.4-17.017=-29.681 KNmQud=1.2QAg+1.4QAp=1.29.762+1.422.154=42.73 KN因此，行車道板的設計內(nèi)力為：Mud=-29.681 KNm Qud=42.73 KN2、 正常使用極限狀態(tài)內(nèi)力組合計算短期效應組合：Msd=MAg+0.7MAp=-16.7929 KNmQsd=QAg+0.7QAp=25.2698 KN橫隔梁內(nèi)力計算 【 說明：橫隔梁的內(nèi)力計算方法和主梁內(nèi)力計算方法一致，由于中橫隔梁承受內(nèi)力最大，故可以騙安全的依據(jù)中橫隔梁的彎矩和剪力進行強度以及配筋驗算。 】1、確定作用在中橫隔梁上的計算荷載 縱向列車輪對于中橫隔梁的計算荷載為： 計算彎矩時：=121401+121400.711=119.77 KN2、繪制中橫隔梁內(nèi)力影響線按偏心壓力法算得1、2、3號梁的荷載橫向分布影響線豎坐標值，則的影響線豎標可計算如下：=0.5588 =0.1588 =0.3794 =0.0206； =0.2， =0.2 ；繪制彎矩影響線：P=1作用在1號梁軸上時：=1.5d+0.5d1