橋梁工程課程設(shè)計(jì)

1、橋梁工程課程設(shè)計(jì)+ 丁戰(zhàn)一，設(shè)計(jì)資料與結(jié)構(gòu)布置（一）設(shè)計(jì)資料1.橋面跨徑及橋?qū)挘?）標(biāo)準(zhǔn)跨徑：主梁采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為16m的裝配式鋼筋混凝土簡支梁。（2）主梁全長：伸縮縫采用5cm，則預(yù)制梁體長15.95m。（3）計(jì)算跨徑：相鄰支座中心間距取15.5m。（4）橋面凈寬：路面為雙向2車道，該橋的橫向分布為凈7（行車道）+2×1.0（人行道）。2.設(shè)計(jì)荷載（1）車輛荷載：公路II級。（3）人群荷載：3.5KN/。3.材料的初步選定（1）混凝土：主梁采用C40（重度為25KN/m³），人行道、欄桿及橋面鋪裝采用C25（重度為25KN/m³）。（2）鋼筋：直徑大于或等于12m

2、m時(shí)采用HRB500級鋼筋；直徑小于12mm時(shí)采用HPB235級鋼筋。4.設(shè)計(jì)依據(jù)（1）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D602004）。（2）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D622004）。（二）結(jié)構(gòu)布置（1）主梁高：經(jīng)濟(jì)分析表明，鋼筋混凝土T形簡支梁高跨比的經(jīng)濟(jì)范圍約在1/81/16之間，本橋取1/10，則梁高應(yīng)為1.60m。（2）主梁間距：裝配式鋼筋混凝土T形簡支梁的主梁間距一般選在1.5m2.2m之間，本設(shè)計(jì)選用1.8m。設(shè)5根主梁。（3）主梁肋寬：通常梁肋寬度取梁高的1/61/7之間，即23cm27cm，本設(shè)計(jì)取25cm。（4）翼緣板尺寸：根據(jù)主梁間距，翼緣板寬為1

3、.8m。與腹板交界處翼緣板厚度通常不小于主梁梁高的1/10，即16cm，為方便脫模，本設(shè)計(jì)中與腹板交界處翼緣板厚度取18cm，翼緣板懸臂端取14cm。（5）橫隔梁：在跨間等距離設(shè)置4道橫隔梁，連同橫隔梁在內(nèi)間距3×5.2m。梁高一般為主梁高的3/4左右，即1.2m，本設(shè)計(jì)取1.2m。橫隔梁厚度通常取在12cm16cm之間，為方便脫模，本設(shè)計(jì)橫隔梁上緣取19cm，下緣取16cm。（6）橋面鋪裝：橋面鋪裝上層采用2cm瀝青混凝土（重度為23KN/m³），下層為厚4cm-9cm的C25混凝土。說明：本設(shè)計(jì)如無特別說明，鋼筋直徑單位為mm，其余尺寸單位均為cm。橫斷面布置如下圖橫隔

4、梁布置如下圖二，主梁截面幾何特性計(jì)算計(jì)算公式（采用分塊面積法計(jì)算）截面面積：各分塊面積對上緣的靜矩：截面重心至梁頂?shù)木嚯x：截面抗彎慣性矩：截面抗扭慣性矩：式中分塊面積：分塊面積的重心至梁頂?shù)木嚯x；截面重心至梁頂?shù)木嚯x；各分塊對上緣的靜矩；分塊面積對自身重心的慣性矩；，單個(gè)矩形截面的寬度和高度；矩形截面抗扭剛度系數(shù)，按下表確定1.01.51.752.02.53.04.06.08.010.0c0.1410.1960.2140.2290.2490.2630.2810.2990.3070.3130.333梁截面劃分成單個(gè)矩形截面的個(gè)數(shù)。（一）梁的截面幾何特性預(yù)制梁和成橋階段梁的橫截面不一樣（如下圖），

5、本設(shè)計(jì)僅按成橋階段截面進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.成橋階段主梁的慣性矩面積：對上緣的靜矩：截面重心至梁頂?shù)木嚯x：截面慣性矩：2.成橋階段主梁的抗扭慣性矩：計(jì)算結(jié)果如下表：分塊名稱翼緣板18015.8611.350.3333239365腹板142275.260.2837909811030346即得：。三，主梁計(jì)算（一）橫向分布系數(shù)的計(jì)算1，跨中橫向分布系數(shù)的計(jì)算（修正偏心壓力法）對于跨中，在本設(shè)計(jì)中設(shè)置了4道橫隔梁，承重結(jié)構(gòu)的寬跨比為在此處仍用修正偏心壓力法計(jì)算橫向分布系數(shù)。（1）計(jì)算抗扭修正系數(shù)各主梁截面參數(shù)一致，因此抗扭修正系數(shù)為：式中,取。主梁間距相同時(shí)，有：式中橋面寬度；與主梁根數(shù)有關(guān)的系數(shù)，按下表

6、取值45671.0671.0421.0281.021可見，越大，抗扭剛度對橫向分布系數(shù)的影響越明顯。本設(shè)計(jì)中因?yàn)闃虻目缍容^大，而橋面寬度由比較小，這樣算得（2）按修正偏心壓力法計(jì)算橫向影響線豎坐標(biāo)值：式中=5， ；表示單位荷載P=1作用于號(hào)梁軸時(shí)，號(hào)梁軸上所受的作用，計(jì)算所得如下表梁號(hào)10.566520.383260.2000.01674-0.1665220.383260.291630.2000.108370.0167430.2000.2000.2000.2000.200(3)計(jì)算橫向分布系數(shù)根據(jù)最不利荷載位置分別進(jìn)行布載。布載時(shí)，汽車荷載距人行道邊緣距離不小于0.5m，人群荷載為。 橫向分布

7、系數(shù)計(jì)算圖示如下 各梁跨中的橫向分布系數(shù)：汽車荷載人群荷載，2.梁端剪力橫向分布系數(shù)計(jì)算（杠桿原理法）(1)端部剪力橫向分布系數(shù)計(jì)算圖式如下圖各梁支座附近的橫向分布系數(shù)：汽車荷載，人群荷載，（二）主梁內(nèi)力計(jì)算1.恒載內(nèi)力計(jì)算（1）主梁預(yù)制時(shí)的 自重（第一期恒載）此時(shí)翼緣板寬140cm，按跨中截面計(jì)算。中主梁：邊主梁：兩側(cè)橫隔梁重量：折算成每延米重量：每延米自重總和邊主梁：邊主梁：（2）橋面板間現(xiàn)澆接頭（第二期恒載）邊主梁：邊主梁：（3）欄桿、人行道、橋面鋪裝（第三期恒載）橋面橫坡采用厚6cm-13.5cm的C25混凝土找坡，人行道、欄桿每側(cè)重橋面鋪裝：邊主梁：中間主梁：（4）主梁恒載匯總?cè)缦卤?/p>

8、（單位：）第一期恒載第二期恒載第三期恒載總和邊主梁16.690.707.7725.16中間主梁16.481.403.7521.63（5）主梁恒載內(nèi)力計(jì)算設(shè)為計(jì)算截面距左支座的距離，令，則主梁的彎矩和剪力的計(jì)算公式為：，彎矩及剪力影響線 恒載內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下表：項(xiàng)目l/2L/4l/8l/4l/8支點(diǎn)75.056.332.86.139.1912.25邊主梁1252939548102153204中主梁12379275411011512022.活載內(nèi)力計(jì)算計(jì)算公式計(jì)算彎矩效應(yīng)時(shí)公路I級集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí)公路I級集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按計(jì)算彎矩效應(yīng)時(shí)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍取值。結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度

9、質(zhì)量：簡支梁的基頻：沖擊系數(shù)：采用汽車直接加載求汽車荷載內(nèi)力：采用直接加載求人群荷載內(nèi)力：支點(diǎn)附近內(nèi)力變化值：式中主梁的計(jì)算跨徑；重力加速度，?。换炷恋膹椥阅Ａ?，按下表取值：(單位)混凝土強(qiáng)度等級C15C20C25C30C35C40C452.202.552.803.003.153.253.35混凝土強(qiáng)度等級C50C55C60C65C70C75C803.453.553.603.653.703.753.80多車道橋涵的汽車荷載折減系數(shù)，按下表取值車道數(shù)23456781.000.780.670.600.550.520.50公路I級車道荷載每延米均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，取；人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值，??；對應(yīng)內(nèi)力影響線

10、的豎坐標(biāo)值；荷載橫向分布系數(shù)m的過渡段長度；m變化區(qū)荷載重心處對應(yīng)的內(nèi)力影響線坐標(biāo)。計(jì)算得簡支梁的基頻為：可見，按下式計(jì)算沖擊系數(shù)：沖擊系數(shù)車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算彎矩時(shí)：計(jì)算剪力時(shí)：對于1號(hào)梁（1）跨中截面彎矩：剪力：跨中剪力截面影響線面積：（2）1/4截面彎矩：剪力：1/4剪力截面影響線面積：（3）支點(diǎn)截面剪力截面影響線面積：一號(hào)梁的計(jì)算結(jié)果如下表序號(hào)荷載類別彎矩M（kN·m）剪力Q（kN）l/4l/2梁端l/4l/2恒載93912522041020汽車荷載1223.41630.7322.4244.4128.77人群荷載75.1100.7229.24.11.2×恒載1126

11、.81502.4244.8122.401.4×汽車荷載1712.762282.98451.36342.16180.2780.8×1.4×人群荷載84.112112.78424.6410.3044.592承載能力極限基本組合（4+5+6）2923.6723898.164720.8474.864184.870.7×汽車荷載/1.3658.75 878.07 173.60 131.60 69.34 0.4×汽車荷載/1.3376.81 502.26 99.30 75.28 39.66 0.4×人群荷載30.0440.288.83.681.6

12、4正常極限設(shè)計(jì)值短期組合（1+8+3）1672.85 2230.77 399.60 242.80 73.44 正常極限設(shè)計(jì)值長期組合（1+9+10）1345.85 1794.54 312.10 180.96 41.30 0.9×2631.30 3508.35 648.72 427.38 166.38 0.9×1505.57 2007.69 359.64 218.52 66.09 0.9×1211.26 1615.08 280.89 162.86 37.17 控制計(jì)算的設(shè)計(jì)內(nèi)力2631.30 3508.35 648.72 427.38 166.38 3.主梁內(nèi)力組合

13、1號(hào)梁的荷載組合計(jì)算過程和結(jié)果上文已經(jīng)給出，同理可得2、3號(hào)梁的跨中、l/4以及支點(diǎn)處的彎矩及剪力的計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚毫禾?hào)荷載類別彎矩M（kN·m）剪力Q（kN）l/4l/2梁端l/4l/2一號(hào)梁正常極限設(shè)計(jì)值短期組合1505.57 2007.69 359.64 218.52 66.09 正常極限設(shè)計(jì)值長期組合1211.26 1615.08 280.89 162.86 37.17 0.9×承載力極限設(shè)計(jì)值基本組合2657.11 3482.54 648.72 427.38 166.38 二號(hào)梁正常極限設(shè)計(jì)值短期組合1392.30 1857.33 321.63 190.45

14、7.95 正常極限設(shè)計(jì)值長期組合1145.71 1528.48 260.40 146.90 4.13 0.9×承載力極限設(shè)計(jì)值基本組合2385.09 3180.93 569.85 359.79 17.09 三號(hào)梁正常極限設(shè)計(jì)值短期組合1289.83 1720.74 314.95 173.07 46.81 正常極限設(shè)計(jì)值長期組合1090.95 1455.49 257.27 137.42 26.56 0.9×承載力極限設(shè)計(jì)值基本組合2151.84 2870.01 558.36 318.59 119.85 控制設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)力2657.11 3482.54 648.72 427.3

15、8 166.38 （三）主梁的正截面設(shè)計(jì)1.T形截面梁翼緣板計(jì)算寬度的確定對于內(nèi)梁翼緣板，翼緣板的計(jì)算寬度為：式中：為承托長度；為翼緣板懸臂端厚度。算得：。對于外梁翼緣板，翼緣板的計(jì)算寬度為：，算得：。因此，統(tǒng)一?。?.截面類型的確定查表，,先假設(shè)，則。本設(shè)計(jì)中，取橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為，則，取翼板的平均值屬于第一類T形截面梁。3.正截面配筋計(jì)算，滿足適筋條件。查表，則縱筋面積為：選用830，。鋼筋如下圖布置取保護(hù)層厚度為4cm，根據(jù)上圖的配筋布置，此時(shí)：，。重新確定中性軸的位置：代入數(shù)據(jù):則：滿足要求。配筋率，且，滿足要求。（四）梁的斜截面設(shè)計(jì)1.驗(yàn)算截面尺寸查表，,在支座截面：截面尺寸滿足要

16、求。2.箍筋設(shè)計(jì)選用直徑為10mm的HPB235級雙肢箍筋，對于簡支梁，箍筋間距為：式中異號(hào)彎矩影響系數(shù)，??；受壓翼緣影響系數(shù)，取；距支座中心處的最大剪力設(shè)計(jì)值，通過內(nèi)插得到混凝土和箍筋共同承擔(dān)的剪力分配系數(shù)，??；斜截面內(nèi)縱向受拉主筋的配筋百分率計(jì)算箍筋間距：查表，得，則箍筋間距為：結(jié)合規(guī)范要求，在距離支座1.5米范圍內(nèi)取，其余段取3.斜筋設(shè)計(jì)計(jì)算各種配筋梁段的長度當(dāng)剪力設(shè)計(jì)值滿族下式：此時(shí)，可以僅需按構(gòu)造配箍筋。式中 預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，對于鋼筋混凝土構(gòu)件，取。代入數(shù)據(jù)，得：作如下剪力圖：可以查出，距跨中4.26m左右范圍內(nèi)僅需按構(gòu)造配筋，其余段按抗剪要求計(jì)算配置斜筋。最大剪力取用距離支座中心處

17、的數(shù)值，其中混凝土與箍筋共同承擔(dān)60%彎起鋼筋承擔(dān)40%。本設(shè)計(jì)中鋼筋彎起角度取。距支座中心處截面的剪力為：。斜筋承受的剪力為：由箍筋和混凝土承受的剪力為：根據(jù)上圖，在梁段內(nèi)，不設(shè)斜筋只設(shè)箍筋的梁段長度為0.91+4.26=517.2m，需要設(shè)置斜筋的梁段長度為l=12.75-5.17=7.58m。取架立筋中心距梁頂5cm，斜筋在梁軸線上的投影長度為：C=1.6-0.05-0.055=1.495m。斜筋的排數(shù)為n=l/C=7.58/1.459=5.20,取n=6，即設(shè)置6排斜筋。彎起鋼筋所承擔(dān)的剪力值為：計(jì)算第一排彎起鋼筋時(shí)，取距支座中心處截面的剪力，則第一排所需要的截面面積為：各排鋼筋所承擔(dān)

18、的剪力可按下式計(jì)算：式中。算得斜筋截面積如下表截面剪力（kN）面積（mm²）1246.9 1070 2227.1 984 3207.3 899 4187.6 813 5167.8 727 6148.0 641 斜筋按相鄰兩排斜筋起彎點(diǎn)間距1.26m布置。主梁腹板底部縱筋彎起6根，第4、5、6排鋼筋由焊接附加筋來提供，斜筋布置圖如下： （五）主梁承載能力極限狀態(tài)1.斜截面抗剪強(qiáng)度復(fù)核斜截面按下式進(jìn)行復(fù)核式中斜截面內(nèi)箍筋配箍率，。實(shí)際彎起鋼筋總面積。距支座中心處截面：， l/4處， 滿足斜截面抗剪要求。2.正截面強(qiáng)度復(fù)核抵抗彎矩按下式確定：對于跨中截面： 繪制抵抗彎矩圖如下：正截面滿足要

19、求。（六）主梁裂縫寬度驗(yàn)算對于受彎構(gòu)件，荷載短期效應(yīng)組合引起的開裂截面縱向受拉鋼筋應(yīng)力按下式計(jì)算：式中為正常極限設(shè)計(jì)值短期組合的設(shè)計(jì)值。 代入數(shù)據(jù)，得：構(gòu)件的最大裂縫寬度為：， 式中鋼筋表面形狀系數(shù)，對于帶肋鋼筋，；荷載長期效應(yīng)影響系數(shù)；正常極限設(shè)計(jì)值長期組合的設(shè)計(jì)值；鋼筋的彈性模量，對于HRB500級鋼筋，取；與構(gòu)件受力特性有關(guān)的系數(shù)，對于梁式受彎構(gòu)件，??；縱向受拉鋼筋直徑。對于短期荷載：對于長期荷載：不符合I類環(huán)境下對裂縫的要求，因此，該主梁不符合適用性要求，故不作撓度驗(yàn)算。需要設(shè)置預(yù)拱度再進(jìn)行裂縫寬度以及撓度的驗(yàn)算。關(guān)于預(yù)拱度的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)略去。四、橫隔梁的計(jì)算(一)橫隔梁內(nèi)力計(jì)算本設(shè)計(jì)配

20、置4道橫隔梁，中間橫隔梁受力較兩邊不利，這里只計(jì)算中間橫隔梁的內(nèi)力，兩邊可偏安全地仿此設(shè)計(jì)。跨中橫隔梁的最不利荷載布置如下圖 對于1-1截面1確定作用在中橫隔梁上的計(jì)算荷載?？v向一列車道荷載對中橫隔梁的計(jì)算荷載為：汽車荷載計(jì)算彎矩時(shí)：計(jì)算剪力時(shí)：2繪制中橫隔梁的內(nèi)力影響線在例3中已經(jīng)算得號(hào)梁的橫向影響線豎坐標(biāo)值為：=0.53，=-0.13同理可算得號(hào)梁和號(hào)梁的橫向影響線豎坐標(biāo)值為：=0.37，=0.03,=0.20，=0.20(1)繪制彎矩影響線 P=1作用在號(hào)梁軸上時(shí)：P=1作用在號(hào)梁軸上時(shí)：P=1作用在號(hào)梁軸上時(shí)：P=1作用在號(hào)梁軸上時(shí)：有了這三個(gè)豎標(biāo)值和已知影響線折點(diǎn)位置(即所計(jì)算截面的

21、位置)，就可繪出M2-3影響線。(2)繪制剪力影響線對于號(hào)主梁處截面的影響線可計(jì)算如下：P=1作用在計(jì)算截面以右時(shí)： 即 P=1作用在計(jì)算截面以左時(shí)： 即 繪成的內(nèi)力影響線如下圖所示：3截面內(nèi)力計(jì)算將求得的計(jì)算荷載Poq在相應(yīng)的影響線上按最不利荷載位置加載，對于汽車荷載并計(jì)入沖擊作用(l+)，則得：彎矩M2-3：汽車荷載剪力：汽車荷載 鑒于橫隔梁的恒載內(nèi)力甚小，計(jì)算中可略去不計(jì)，并考慮到汽車荷載效應(yīng)占總效應(yīng)的百分比，則按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)力為：基本組合：短期效應(yīng)組合：（二）橫隔梁配筋與強(qiáng)度驗(yàn)算1.彎矩配筋與強(qiáng)度驗(yàn)算（1）正彎矩配筋有效寬度的確定：橫梁翼板有效寬度b為：按規(guī)范要求取小者，即b2

22、08cm。截面類型的確定：不考慮C25級混凝土鋪裝層，則，橫隔板的厚度取平均值，翼板取其最小厚度。屬于第一類T形截面梁。正截面配筋計(jì)算，滿足適筋條件。受拉縱筋面積為：選用225，。取保護(hù)層厚度為4cm，根據(jù)上圖的配筋布置，此時(shí)：，。滿足要求。（2）負(fù)彎矩配筋取 a3cm，滿足適筋條件。受拉縱筋面積為：選用225，。鋼筋如下圖布置（3）驗(yàn)算：配筋率，且，滿足要求。2，橫隔梁剪力配筋與強(qiáng)度演算因而橫隔梁需要配置抗剪力鋼筋。假設(shè)抗剪鋼筋全部采用箍筋，選用直徑為6mm的HPB235級雙肢箍筋，。箍筋間距為：(對于連續(xù)梁，)結(jié)合構(gòu)造要求，箍筋間距為200mm。五、行車道板的計(jì)算（一）行車道板的計(jì)算圖式邊梁按懸臂板計(jì)算，主梁肋間按多跨連續(xù)單向板計(jì)算。（二）行車道板的內(nèi)