《橋梁工程(I)》課程設(shè)計

橋梁工程（I）課程設(shè)計任務書目錄第1章設(shè)計資料及構(gòu)造布置………………11．1設(shè)計資料……………………11．2橫截面布置…………………21．3橫截面沿跨長的變化…………………31．4橫隔梁布置…………………3第2章主梁作用效應計算…………………42．1永久作用效應計算…………42．2可變作用效應計算（修正剛性橫梁法）………………52．3主梁作用效應組合………………………6第3章計算主梁截面幾何特性……………63．1截面面積及慣矩計算……………………133．2截面凈矩計算………………223．3截面幾何特性匯總………………………23第4章行車道板計算……………………254．1行車道板計算........................................................254.2人行道板計算..........................................................26第5章支座得設(shè)計5.1確定支座平面尺寸.....................................................275.2確定支座高度........................................................27.5.3支座偏轉(zhuǎn)情況驗算.....................................................28.5.4板式橡膠支座抗滑試驗..................................................29第1章設(shè)計資料及構(gòu)造布置1.1設(shè)計資料1.1.1橋跨及橋?qū)挊藴士鐝剑嚎傮w方案選擇裝配式預應力混凝土T形簡支梁，計算跨徑：按照梁式橋計算跨徑的取法，取相鄰支座中心間距為29.5m主梁長：設(shè)置4cm的伸縮縫，取梁長29.96m橋面凈空：凈一1.1.2設(shè)計荷載：公路一Ⅱ級，車道均布荷載標準值7.875KN/m,集中荷載標準值人群荷載：，欄桿及人行道每側(cè)重力取。1.1.3材料及工藝混凝土：主梁用C40，欄桿及橋面鋪裝用C25。預應力鋼筋應采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）的鋼絞線，抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值。彈性模量；錨具采用夾板式群錨。普通鋼筋直徑大于和等于的采用HRB335鋼筋，直徑小于的均采用HRB235鋼筋。按后張法施工工藝制作橋梁，預制主梁時，預留孔道采用預埋金屬波紋管成型，鋼絞線采用TD雙作用千斤頂兩端同時張拉，主梁安裝就位后現(xiàn)澆40cm寬的濕接縫。最后施工60mm厚的瀝青橋面鋪裝層。1.1.4設(shè)計依據(jù)1.《公路工程技術(shù)指標》（JTGB01-2003）；2.《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）；3.《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》（人民交通出版社）；4.《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）.1.2構(gòu)造布置1.2.1主梁間距采用裝配式施工，根據(jù)橋面截面尺寸及經(jīng)濟因素等考慮，主梁間距一般在1.8-2.3m之間，本設(shè)計采用2.0m，整個橫橋向共4片主梁，設(shè)計梁寬均為2.0米。預制時邊梁寬1.6m，主梁之間留0.4m的后澆段即鉸接縫寬0.4m，減輕吊裝質(zhì)量，同時加強橫向整體性。1.2.2主梁高根據(jù)預應力砼T型梁界面設(shè)計經(jīng)驗，梁高選取在跨徑之間，本設(shè)計取大值：，取1.9m。1.2.3橫隔板間距為了增強主梁之間的橫向連接剛度，除設(shè)置端橫隔梁外，還設(shè)置5片中橫隔梁，間距4.9m,共計7片。端橫隔板距支承線0.05m。1.2.4梁肋根據(jù)抗剪剛度需要，肋寬由構(gòu)造和施工要求決定，但不得小于140mm，本設(shè)計選用200mm。在梁端在一個橫隔板間距內(nèi)腹板中按直線加厚至馬蹄寬400mm，馬蹄高度由25cm在一個橫隔板間距內(nèi)直線加高至梁上梗肋處。1.2.5橋面鋪裝采用厚度為6cm的瀝青混凝土，坡度由6-12cm的C25的混凝土三角墊層形成.1.2.6橫斷面圖具體尺寸見下圖（單位：cm）1.2.7馬蹄尺寸基本由布置預應力鋼束的需要確定的，設(shè)計實踐表明，馬蹄的總面積占總面積的10%-20%為宜。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》對鋼束凈距及預留管道的構(gòu)造要求，初步擬定馬蹄寬度為400mm，高度為250mm，馬蹄與腹板交接處作三角過渡，高度150mm，以減小局部預應力。圖1-1橋梁橫斷面圖第2章主梁截面幾何特性計算2.1截面幾何特性中主梁跨中毛截面的幾何特性在預制階段如圖（a）及表1-1，在使用階段如圖1-2及表1-3. 圖2-1預制梁跨中截面圖圖2-2成橋階段跨中橫截面圖2-3L/4截面圖2-4L/8截面圖2-5支座截面預制時翼緣板寬為1.6m,使用時為2.0m，分別計算這二者的截面特性，可以采用分塊面積法、節(jié)線法。本設(shè)計采用分塊面積法，計算公式如下：毛截面面積：各分塊面積對上緣的面積矩：毛截面重心至梁頂?shù)木嚯x：毛截面慣性矩計算用移軸公式：幾何特性計算結(jié)果見下表同理可知根據(jù)及支座截面的幾何特性，匯總與表1-3.預制階段中主梁跨中截面幾何特性如下表：表2-1分塊（）（cm）()(cm)()124007.5180004500092852162300082.5247500562500049152031000177.517750052083.311620840420016.673334277.8562436.1851501602400018751223113.5675047033469.75724236.123183125.68=5724236+23183125.68=28907361.68預制階段邊主梁跨中截面幾何特性如下表：表2-2分塊（）（cm）()(cm)()127007.520250506259568316.432300015.472475005625000717962.731000177.517750052083.312203620.9420016.673334277.8507225.9251501602400018751296513.135705047258467.035729861.124293639.09=5729861.1+24293639.09=30023500.19各截面的幾何特性匯總于下表：表2-3截面（）()(cm)()跨中(L/4)中主梁預制675047033469.728.910.51邊主梁預制705047258467.0330.020.517使用階段735047483464.631.050.52L/8中主梁預制7505.92567160.0875.5631.630.48邊主梁預制7805.92569410.0872.9532.830.49使用階段8105.92571660.0870.5234.030.498支點中主梁預制9512.5737328.1477.5134.63.0.42邊主梁預制9812.5739578.1375.3735.940.42使用階段10112.5741828.1373.3637.240.432．2界面效率指標（以跨中為例）上核心距：下核心距：界面效率指標從經(jīng)濟形考慮，通常希望在0.45—0.55以上，由上述計算可知此截面較為合理。第3章主梁內(nèi)力計算根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱橫截面的布置，并通過可變荷載作用下的梁橋荷載橫向分布計算，可分別求出各主梁控制截面（一般取跨中，四分點，變化點截面和支點截面）的永久作用和最大可變作用效應，然后再進行主梁作用效應組合。3.1恒載內(nèi)力計算3.1.1主梁預制時的自重（第一期恒載）此時翼板寬度為1.6m1.按跨中截面計算，主梁每延米自重（即先按等截面計算）中主梁：邊主梁：2.由馬蹄增高與梁端加寬所增加的重量折成每延米重重新設(shè)計計算思路如下：圖3-1腹板加寬計算簡圖用整體補全的等截面梁體積，減去與的體積，既是加寬增高后端部梁體積若求增加的體積，用，即為圖3-2端橫隔梁尺寸圖圖3-3中橫隔梁尺寸圖3.橫隔梁折成每延米重橫隔梁布置見圖見下，中、端橫隔梁擬布置相同的高度以保證橫隔梁底部與主梁底梁之間有一定的空隙，對安裝和檢查支座有利，橫隔梁寬度為10-16cm，且內(nèi)寬外窄的楔形，以便脫模。端橫隔梁重量中橫隔梁重量4.每延米自重總和：中主梁：邊梁：3.1.2面板間頭（第二期恒載）中主梁：邊主梁：3.1.3欄桿、人行道、橋面鋪裝（第三期恒載）按要求各梁均攤橋面鋪裝層：欄桿和人行道：按照相應的規(guī)范可知，每側(cè)欄桿及人行道作用力為，則圖3-4橫隔梁縱向布置圖3.1.4主梁恒載總和恒載總和見表3-1表3-1荷荷載梁第一期恒載第二期恒載第三期恒載總和中主梁20.1751.58.69530.37邊主梁20.0250.758.69529.473.1.5梁恒載內(nèi)力計算計算公式：設(shè)為計算截面離支座的距離，并令，則主梁彎矩和剪力的計算公式分別為：恒載內(nèi)力計算結(jié)果見下表，根據(jù)任務書要求只需計算L/2、L/4、支點，現(xiàn)加入L/8截面的計算，因主梁在L/4處截面為改變，考慮到驗算的準確性而加入。主梁恒載內(nèi)力值見表3-2：3.2主梁活載橫向分布系數(shù)的計算3.2.1支點位置處，采用杠桿原理法進行計算對主梁從左到右依次編號為①②③④表3-2項目L/2L/4L/8L/4L/8支點108.7881.5947.597.37511.06314.75第一期恒載中主梁2194.61646.1960.1148.8223.2297.6邊主梁2178.31633.8953.0147.7221.6295.4第二期恒載中主梁163.2122.471.411.116.622.2邊主梁81.661.235.75.68.311.1第三期恒載中主梁945.9709.4413.864.196.2128.3邊主梁945.9709.4413.864.196.2128.3中主梁3303.72477.91445.3224.0336.0448.0邊主梁3205.82404.51402.5217.4326.0434.7圖3-5荷載布置主梁簡化圖對于①號梁汽車荷載人群荷載對于②號梁對于汽車荷載對于人群荷載=0圖3-6支座處荷載橫向分布系數(shù)計算圖3.2.2跨中的橫向分布系數(shù)在此橋跨度內(nèi)設(shè)有橫隔梁，具有強大的橫向連接性，且承重結(jié)構(gòu)的跨寬比所以可按修正的偏心壓力法繪制影響線。由于在靠近支點附近馬蹄部分逐漸加高的，故其抗扭慣性矩較大，因而取成橋階段橫截面進行分析。1.計算主梁抗扭慣性矩對于T形梁，抗扭慣性矩可近似等于各個矩形截面的抗扭慣性矩之和式中——相應位單個矩形截面的寬度和厚度；——矩形截面抗扭剛度系數(shù)，根據(jù)比值計算；——梁截面劃分成單個進行截面的塊數(shù)。主梁截面重心位置，根據(jù)之前結(jié)果：圖3-7主梁截面近似計算圖跨中截面，翼緣板的厚度取15，忽略加厚三角形區(qū)域的面積對于翼板，查表可知=對于梁肋，故=0.305對于馬蹄，故所以計算主梁抗扭慣性矩。各根主梁的橫截面變化趨勢相同，梁根數(shù)為4，梁間距為2m,則2.計算抗扭修正系數(shù)取3.按修正的剛性橫梁法計算橫向影響線豎坐標值：對于①號梁1號梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖3-8所示進而由和計算橫向影響線的零點位置，設(shè)零點至4號梁的距離為則：，對于汽車荷載：，，，，圖3-81號邊梁的橫向影響線和布載圖對于人群荷載：即對于②號梁2號梁的橫向影響線和最不利布載圖式如圖3-9所示設(shè)零點至4號梁的距離為則：，，在2號梁外側(cè)2.77m處對于汽車荷載：，，，即對于人群荷載：，（略）即圖3-92號邊梁的橫向影響線和布載圖通過上述計算可知，荷載橫向分布系數(shù)匯總于下表：（2-3）表3-3荷載類別1234車輛荷載0.6470.5500.5480.5500.5480.5500.6470.550人群0.7671.4380.41800.41800.7671.4381號梁沿橋跨方向荷載橫向分布系數(shù)的變化：見圖圖3-101號梁沿橋跨方向荷載橫向分布系數(shù)的變化3.3活載內(nèi)力計算采用直接加載求汽車荷載內(nèi)力及人群荷載內(nèi)力，計算公式為：——所求截面的彎矩或剪力-——汽車荷載的沖擊系數(shù)——多車道橋涵的汽車荷載折減系數(shù)，雙車道不進行折減，故=1.00；——汽車和人群的跨中荷載橫向分布系數(shù)——集中荷載作用處的橫向分布系數(shù)——車道荷載中的均布荷載及人群荷載——車道荷載中的集中荷載——彎矩或剪力影響線的面積——與車道荷載的集中荷載對應的影響線面積公路—Ⅱ級車道荷載標準值為：均布荷載=0.75×10.5=7.875，計算彎矩時集中荷載=210，計算剪力時集中荷載應乘以1.2的系數(shù)簡支梁橋結(jié)構(gòu)基頻可用下式計算式中——結(jié)構(gòu)計算跨徑——結(jié)構(gòu)材料的彈性模量——結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣矩——結(jié)構(gòu)跨中處的單位長度質(zhì)量——結(jié)構(gòu)跨中處延米結(jié)構(gòu)重力——重力加速度根據(jù)橋梁規(guī)范，可計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為：。沖擊系數(shù)：以1號梁為例進行計算，計算各截面的彎矩和剪力當計算簡支梁橋各截面的最大彎矩和跨中最大剪力時，可以近似取用不變的跨中橫向分布系數(shù);對于支點截面的剪力或靠近支點截面的剪力，尚需計入由于荷載橫向分布系數(shù)在梁端區(qū)段內(nèi)發(fā)生變化產(chǎn)生的影響3.3.1跨中截面圖3-11L/2截面內(nèi)力計算圖示1.彎矩跨中截面彎矩影響線面積：=2.剪力跨中截面剪力影響線面積：3.3.2截面彎矩和剪力的計算1.彎矩L/4截面彎矩影響線面積：圖3-12L/4內(nèi)力計算圖示2.剪力L/4截面剪力影響線面積：3.3.3截面圖3-13L/8截面計算圖示1.彎矩L/8截面彎矩影響線面積：2.剪力L/8截面剪力影響線面積：3.3.4支座截面處的彎矩和剪力計算支座截面處的彎矩為0，故只需計算其剪力即可。支點截面作用效應截面圖如下所示：圖3-14支座截面內(nèi)力計算橫向分布系數(shù)變化區(qū)段的長度影響限額面積3.4號梁的計算過程同2號梁，具體見手稿2號梁沿橋跨方向荷載橫向分部系數(shù)變化見圖3-15圖3-152號梁沿橋跨方向荷載橫向分布系數(shù)變化3.5主梁內(nèi)力組合根據(jù)橋梁的跨徑可知，此橋位中橋，故結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.03.5.1按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計作用效應組合，基本組合時：查表可知，，，3.5.2按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，長期效應組合時：，主梁內(nèi)力組合1號梁組合值如下表3-4表3-4序號荷載類別彎矩剪力L/8L/4L/2梁端L/8L/4(1)恒載1402.52404.53205.8434.7326.0217.4(2)汽車荷載692.021186.371581.79242.75203.47167.27(3)人群荷載44.7676.74102.3111.6710.627.81(4)1.2×恒載16832885.43846.96521.64391.2260.88(5)1.4×人群荷載62.66107.44143.2316.3414.8710.93(6)0.8×1.4×人群荷載50.1385.95114.5813.0711.908.74(7)承載能力極限基本組合4+5+61795.83078.84104.8551.05417.97280.55(8)0.7×汽車荷載/1.3372.63638.81851.73130.71109.5690.07(9)0.4×汽車荷載/1.3212.93365.04486.7074.6962.6151.47(10)0.4×人群荷載17.9030.7040.924.674.253.12(11)正常極限設(shè)計值短期組合1+8+31819.93120.14159.8577.1446.2315.3(12)正常極限設(shè)計值長期組合1+9+101633.32800.23733.4514.1392.9272.0控制設(shè)計的計算內(nèi)力1819.93120.14104.8577.1446.2315.32號梁組合值見表3-5表3-5序號荷載類別彎矩剪力L/8L/4L/2梁端L/8L/4(1)恒載1445.32477.93303.7448.0336.0224.0(2)汽車荷載817.041400.691867.55254.36240.22197.49(3)人群荷載58.89100.97134.6228.9813.9710.27(4)1.2×恒載1734.362973.483964.44537.60403.20268.80(5)1.4×人群荷載82.45141.36188.4740.5719.5614.38(6)0.8×1.4×人群荷載65.96113.09150.7832.4615.6511.50(7)承載能力極限基本組合4+5+61882.83227.94303.7610.6438.4294.7(8)0.7×汽車荷載/1.3439.94754.221005.60136.96129.35106.34(9)0.4×汽車荷載/1.3251.40430.98574.6378.2673.9160.86(10)0.4×人群荷載23.5640.3953.8511.595.604.12(11)正常極限設(shè)計值短期組合1+8+31944.13333.14443.9613.9479.3340.6(12)正常極限設(shè)計值長期組合1+9+101720.32949.33932.2537.9415.5289.0控制設(shè)計的計算內(nèi)力1944.13333.14443.9613.9479.3340.6各截面正常極限設(shè)計值短期、長期組合值及控制設(shè)計的計算內(nèi)力和，匯總于下表表3-6梁號荷載類別彎矩剪力L/8L/4L/2梁端L/8L/41號邊梁正常極限設(shè)計值短期組合1944.13333.14443.9613.9479.3340.6正常極限設(shè)計值長期組合1720.32949.33932.2537.9415.5289.0承載力極限設(shè)計值基本組合1944.13333.14443.9613.9479.3340.62號邊梁正常極限設(shè)計值短期組合1819.93120.14159.8577.1446.2315.3正常極限設(shè)計值長期組合1633.32800.23733.4514.1392.9272.0承載力極限設(shè)計值基本組合1819.93120.14104.8577.1446.2315.3控制設(shè)計的計算內(nèi)力1944.13333.14443.9613.9479.3340.6第4章行車道板計算及人行道板計算4.1行車道板的計算4.1.1構(gòu)件自重橋面鋪裝為6cm的瀝青混凝土面層和平均厚度為9cm的C25混凝土墊層，則：瀝青混凝土面層：=0.06×1.0×23=1.38C25混凝土墊層：T形梁翼板自重：合計4.1.2每米寬板條的恒載內(nèi)力為,其中的20為肋板寬4.1．3車輛荷載產(chǎn)生的內(nèi)力汽車后軸作用力，著地長度，寬度則荷載對于懸臂根部的有效分布寬度故作用于每米寬板條上的彎矩和剪力分別為：4.2人行道板計算人群荷載，在人行道板上鋪設(shè)2cm的砂漿抹面。人行道板的高度為h=21cm4.2.1簡支板在成橋后的跨中彎矩剪力混凝土的保護層厚度取,,所以代入數(shù)據(jù)可知縱向鋼筋的布置：選用25根12mm的HRB335級鋼筋，實際鋼筋面積4.2.2截面復核,滿足要求；配筋率,滿足要求。4.2.3裂縫寬度驗算最大裂縫寬度裂縫滿足要求。通過上述計算可知人行道板滿足設(shè)計要求。支座的設(shè)計5.1.1確定支座的平面尺寸由于主梁肋寬為16cm，故初步選定支座的尺寸為,，則按構(gòu)造最小尺寸確定為,。首先，根據(jù)橡膠支座的壓應力限值確定支座是否滿足要求，支座壓力標準值如下所示：恒載支點反力標準值；人群荷載作用下最大支點反力；車道集中荷載作用下；車道均布荷載作用下。故，，支座應力為，滿足規(guī)范要求。通過驗算可知，混凝土局部承壓強度也滿足要求，因此所選定的支座平面尺寸滿足設(shè)計要求。5.1.2確定支座高度計算溫度為，引起的溫度變形由主梁兩端均攤，則每一支座的水平位移為因此不計入制動力時，?？v向折減系數(shù)，雙車道不折減，車道荷載制動力按同向行駛時的車道荷載（不計入沖擊系數(shù)）計算，故計算制動力時按一個車道計算，一個車道上由車道荷載產(chǎn)生的制動力為在加載長度上的車道荷載標準值的總重力的10%，故制動力為：由于小于公路II級汽車荷載制動力的最低限值，故取，由于有4根主梁，每根T形梁有兩個支座，共有8根支座，且假設(shè)橋墩為剛性墩，各支座抗推剛度相同，因此制動力可平均分配，則一個支座的制動力為：因此，計入制動力時，橡膠厚度的最小值為此外，從保證受壓的穩(wěn)定性考慮，矩形板式橡膠支座的橡膠厚度應滿足：由上述計算可知，按計入制動力和不計入制動力計算的橡膠厚度最大值為1.17cm，小