大學(xué)生橋梁工程課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T形梁橋的內(nèi)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一．目的任務(wù)通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)和研究，使學(xué)生對(duì)已學(xué)過(guò)的有關(guān)理論課程（如工程制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、橋梁工程等）內(nèi)容能整合在一起，使其加以鞏固深化和運(yùn)用，深入理解梁式橋的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，為今后獨(dú)立完成橋梁工程設(shè)計(jì)打下初步基礎(chǔ)。二．設(shè)計(jì)內(nèi)容1.橋面凈空：凈—7.00+2×0.75米（按兩車道）2.主梁跨徑和全長(zhǎng)：標(biāo)準(zhǔn)跨徑lb=16.00米計(jì)算跨徑l0=15.60米主梁全長(zhǎng)L=15.96米（主梁預(yù)制長(zhǎng)度）設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)荷載，人群荷載3.0kN/m2材料：主筋和箍筋HRB400，架立鋼筋HPB300，主梁混凝土C40，容重26kN/m3，橋面鋪裝瀝青混凝土容重23kN/m3，混凝土墊層容重24kN/m3。組成：全橋共有5片T形梁組成，單片T形梁為1.1m，寬1.5m；橋上橫坡；為雙向1.5%，坡度由C40混凝土鋪裝控制；設(shè)有4根橫梁6.結(jié)構(gòu)主要尺寸表1.1主梁設(shè)計(jì)參數(shù)表（按學(xué)號(hào)尾數(shù)數(shù)字區(qū)分）項(xiàng)目學(xué)號(hào)尾數(shù)預(yù)制梁長(zhǎng)(m)計(jì)算跨徑(m)梁高H(m)橋面鋪裝(m)每側(cè)人行道構(gòu)件及欄桿重力(kN/m)0和515.9615.601.108cmC40混凝土鋪裝(t1)+5cm瀝青混凝土鋪裝51和615.9615.601.1010cmC40混凝土鋪裝((t1)+5cm瀝青混凝土鋪裝72和715.9615.601.108cmC40混凝土鋪裝(t1)+10cm瀝青混凝土鋪裝53和815.9615.601.208cmC40混凝土鋪裝(t1)+10cm瀝青混凝土鋪裝74和915.9615.601.2010cmC40混凝土鋪裝(t1)+10cm瀝青混凝土鋪裝(t2)5主梁橫截面圖 7.計(jì)算方法極限狀態(tài)法8.設(shè)計(jì)依據(jù)(1)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG–D60-2015）。(2)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）。三．計(jì)算步驟3.1行車道板的計(jì)算(一)計(jì)算模式行車道板按照兩端固定中間鉸接的板來(lái)計(jì)算(二)荷載及其效應(yīng)1．每延米板上的恒載個(gè)g瀝青表面處置：混凝土墊層：T梁翼緣板自重：每延米跨寬板恒載合計(jì)：2．永久荷載產(chǎn)生的效應(yīng)彎矩：剪力：圖2.行車道板構(gòu)造3.2可變荷載產(chǎn)生的效應(yīng)以重車后輪作用于絞縫軸線上為最不利布置，此時(shí)兩邊的懸臂板各承受一半的車輪荷載根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.1條后輪著地寬度及長(zhǎng)度為：順行車方向輪壓分布寬度：垂直行車方向輪壓分布寬度：荷載作用于懸臂根部的有效分布寬度單輪時(shí)：圖3.車輪荷載計(jì)算圖根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.2條，局部加載沖擊系數(shù)：作用于每米寬板條上的彎矩為：?jiǎn)蝹€(gè)車輪時(shí)：取最大值：作用于每米寬板條上的剪力為：2、基本組合根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.1.6條恒+汽：故行車道板的設(shè)計(jì)作用效應(yīng)為：正常使用極限狀態(tài)內(nèi)力組合計(jì)算3.3行車道板的截面設(shè)計(jì)、配筋與強(qiáng)度驗(yàn)算界面設(shè)計(jì)與配筋懸臂板根部高度，凈保護(hù)層。若選用鋼筋，則有效高度為：根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.2條：化簡(jiǎn)：解得：。查表的=0.56驗(yàn)算：根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.2條：(3)配筋查有關(guān)板寬1m內(nèi)的鋼筋截面與間距表，當(dāng)選用φ12鋼筋時(shí)，需要鋼筋間距為160mm時(shí)，此時(shí)所提供的鋼筋截面積為：Ag=7.07cm2＞6.36cm2根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.9條，抗剪截面應(yīng)符合：滿足規(guī)范要求根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.10條故不需要進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算，僅按構(gòu)造要求配置箍筋。板內(nèi)分布鋼筋用，間距取20cm。4、行車道板的承載能力驗(yàn)算由可得：得x=mm承載能力滿足要求3.4主梁的計(jì)算主梁的荷載橫向分布系數(shù)跨中彎矩橫向分布系數(shù)(根據(jù)偏心受壓法計(jì)算，考慮主梁抗扭剛度修正）主梁的抗彎慣矩及抗扭慣矩平均板厚度：肋高：110-11=99主梁截面的重心距頂緣距離 =0.256870665=2.56870665對(duì)主梁截面對(duì)于翼板：，查表得對(duì)于梁肋：，查表得對(duì)橫隔梁梁肋對(duì)于翼板：，查表得對(duì)于梁肋：，查表得比較上述兩種情況的計(jì)算結(jié)果，抗扭慣矩取兩者中的大者2、抗扭修正系數(shù)根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1.6條，3、各主梁橫向分布系數(shù)1號(hào)主梁的橫向影響線具體見(jiàn)下圖1號(hào)主梁橫向影響線同理可求得2號(hào)主梁和3號(hào)主梁的影響線，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，4號(hào)主梁的影響線與2號(hào)主梁影響線對(duì)稱，5號(hào)主梁的影響線與1號(hào)主梁影響線對(duì)稱.2號(hào)主梁橫向影響線3號(hào)主梁橫向影響線對(duì)1、2、3號(hào)主梁進(jìn)行最不利加載以求得橫向分布系數(shù)，加載的位置見(jiàn)下圖1號(hào)主梁最不利加載2號(hào)主梁最不利加載3號(hào)兩的橫向影響線為直線，可直接計(jì)算對(duì)于公路I級(jí)1號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：2號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：3號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：對(duì)于人群1號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：2號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：3號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：對(duì)于人行道板和欄桿1號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：2號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：3號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：4、梁端剪力橫向分布系數(shù)(根據(jù)杠桿法計(jì)算)1號(hào)主梁加載2號(hào)主梁加載3號(hào)主梁加載對(duì)于公路I級(jí)1號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：2號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：3號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：對(duì)于人群1號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：2號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：3號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)：3.5作用效應(yīng)計(jì)算（1）永久作用效應(yīng)永久荷載假定橋面構(gòu)造各部分重力平均分配給主梁承擔(dān)主梁：中梁：邊梁：橋面鋪裝：人行道板及欄桿按照5.kN/m來(lái)計(jì)算，根據(jù)橫向分布系數(shù)分?jǐn)傊粮髦髁旱暮奢d為：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：各梁的永久荷載為：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：（2）永久作用效應(yīng)計(jì)算1號(hào)主梁跨中彎矩：支點(diǎn)剪力：2號(hào)主梁跨中彎矩：支點(diǎn)剪力：3號(hào)主梁跨中彎矩：支點(diǎn)剪力：（3）可變作用效應(yīng)汽車荷載沖擊系數(shù)取沖擊系數(shù)可變作用產(chǎn)生的彎矩公路—=1\*ROMANI級(jí)車道荷載：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值:qk=10.5kN/m集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：橋梁計(jì)算跨徑≤5m，Pk=270kN，5m＜橋梁計(jì)算跨徑＜50m，得橋梁計(jì)算跨徑≥50m，Pk=360kN，采用直線內(nèi)插求即均布荷載，求的1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：人群荷載人群荷載：各主梁的跨中彎矩：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：彎矩基本組合根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.1.6條規(guī)定，永久作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)為：永久荷載作用分項(xiàng)系數(shù)：汽車荷載作用分項(xiàng)系數(shù)：人群荷載作用分項(xiàng)系數(shù)：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：組合系數(shù)：各主梁的彎矩基本組合：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：（4）可變作用產(chǎn)生的跨中剪力按照跨中的橫向分布系數(shù)來(lái)計(jì)算跨中的剪力，橫向分布系數(shù)沿橋跨沒(méi)有變化，計(jì)算剪力時(shí)，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.1條規(guī)定，集中荷載標(biāo)注值需乘以1.2的系數(shù)，即a．公路I級(jí)各主梁的跨中剪力：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：人群荷載各主梁的跨中剪力：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：跨中剪力基本組合各主梁的跨中剪力基本組合：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：（5）可變作用產(chǎn)生的支點(diǎn)剪力計(jì)算支點(diǎn)剪力時(shí)荷載橫向分布系數(shù)是沿橋跨變化的，支點(diǎn)處的橫向分布系數(shù)由杠桿法求得，第一道橫隔板采用跨中的橫向分布系數(shù)，支點(diǎn)到第一道橫隔板處采用線性變化。根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果，公路I級(jí)和人群荷載相對(duì)應(yīng)的1、2、3號(hào)主梁的橫向分布系數(shù)沿跨長(zhǎng)的變化見(jiàn)下圖：公路I級(jí)人群荷載公路I級(jí)各主梁的支點(diǎn)剪力：橫向系數(shù)變化區(qū)段長(zhǎng)度：影響線面積：附加三角形重心處影響線坐標(biāo)為：梁號(hào)荷載位置公路-I級(jí)人群荷載備注1號(hào)邊主梁跨中支點(diǎn)0.5080.3340.5921.222按G-M法計(jì)算按杠桿法計(jì)算2號(hào)邊主梁跨中支點(diǎn)0.4520.50.397-0.222按G-M法計(jì)算按杠桿法計(jì)算3號(hào)邊主梁跨中支點(diǎn)0.40.6390.40按G-M法計(jì)算按杠桿法計(jì)算計(jì)算支點(diǎn)截面車道荷載最大剪力按式：其中1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：計(jì)算支點(diǎn)截面人群荷載最大剪力由式和式可得人群荷載的點(diǎn)剪力為：人群荷載各主梁的支點(diǎn)剪力：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁支點(diǎn)剪力基本組合各主梁的支點(diǎn)剪力基本組合：1號(hào)主梁：2號(hào)主梁：3號(hào)主梁：進(jìn)行作用效應(yīng)組合，繪出彎矩和剪力包絡(luò)圖3.6汽車荷載沖擊系數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的基頻f有關(guān)，故應(yīng)先計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻，簡(jiǎn)支梁橋的基頻簡(jiǎn)化計(jì)算公式為=其中，由于1.5《《14，故可由下式計(jì)算汽車荷載的沖擊系數(shù)：3.7恒載內(nèi)力1.恒載集度主梁：橫隔梁中梁邊梁橋面鋪裝瀝青混凝土 混凝土墊層人形道和欄桿：根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，我們就可以得到相應(yīng)邊主梁和中主梁所有恒載邊主梁中主梁恒載內(nèi)力在恒載作用下，該結(jié)構(gòu)體系為兩跨相同的簡(jiǎn)支梁，計(jì)算跨徑為15.6m,計(jì)算圖示如圖恒載內(nèi)力計(jì)算圖示內(nèi)力彎矩M剪力QX=00167.4X=l/4489.6129.5X=l/2652.80(2)恒載內(nèi)力計(jì)算影響線面積計(jì)算見(jiàn)2-5表2-5表項(xiàng)目計(jì)算圖式影響線面積3.8進(jìn)行主梁正截面、斜截面設(shè)計(jì)及全梁承載力驗(yàn)算；1.配置主梁受力設(shè)計(jì)由彎矩基本組合表可知，1號(hào)梁值最大，考慮施工方便，偏于安全設(shè)計(jì)，一律按2號(hào)梁計(jì)算彎矩進(jìn)行配筋。已知1號(hào)梁的跨中彎矩，下面判斷主梁為第一類T形截面或第二類T形截面：若滿足，則受壓區(qū)全部位于翼緣板內(nèi)，為第一類T形截面，否則位于腹板內(nèi)，為第二類T形截面。式中，為橋跨結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0；為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本次設(shè)計(jì)采用C40混凝土，故；為T形截面受壓翼緣有效寬度，《公路橋規(guī)》規(guī)定，T形截面內(nèi)梁（2號(hào)梁屬于內(nèi)梁）的受壓翼板有效寬度用下列三者中最小值：計(jì)算跨徑的1/3：相鄰兩梁的平均間距：d=150cm所以取。因采用的是焊接鋼筋骨架，故設(shè)則截面有效高度判別式左端為判別式右端為因此，受壓區(qū)位于翼緣板內(nèi)，屬于第一類T形截面。應(yīng)按寬度為的矩形截面進(jìn)行正截面抗彎承載力計(jì)算。設(shè)混凝土截面受壓區(qū)高度為x，則利用下式計(jì)算：即整理得解得根據(jù)公式現(xiàn)選鋼筋為，截面面積。鋼筋疊層高為5層，布置如圖所示：圖5-1鋼筋布置圖（單位cm）混凝土保護(hù)層厚度取33mm>d=31mm及規(guī)范規(guī)定30mm，鋼筋間橫向凈距=180-233-238.5=42.4mm>40mm及1.25d=1.2532=40mm。滿足構(gòu)造要求。5.2持久狀況承載能力極限狀態(tài)下截面設(shè)計(jì)、配筋與驗(yàn)算已設(shè)計(jì)的受拉鋼筋中，的面積為，的面積為，。則實(shí)際有效高度：判定T型截面類型由于，故為第一類T形截面。求受壓區(qū)高度x截面抗彎極限狀態(tài)承載力又故截面復(fù)合滿足要求。（3）根據(jù)斜截面抗剪承載力進(jìn)行斜筋配置根據(jù)剪力基本組合，3號(hào)梁的支點(diǎn)剪力最大，1號(hào)梁的跨中剪力最大，偏安全計(jì)，支點(diǎn)剪力以3號(hào)梁為準(zhǔn)，跨中剪力以1號(hào)梁為準(zhǔn)：，假定有通過(guò)支點(diǎn)，根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.9條，抗剪截面需滿足構(gòu)造要求：根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.10條：介于兩者之間，應(yīng)進(jìn)行持久狀況斜截面抗剪極限狀態(tài)承載力驗(yàn)算。截面據(jù)跨中截面距離可由剪力包絡(luò)圖按比例求的計(jì)算圖式如下圖所示：內(nèi)插得到距離梁高處的剪力則由混凝土和箍筋承擔(dān)的部分：由彎起鋼筋承擔(dān)的部分：設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長(zhǎng)度：第一排彎起鋼筋：其余各排鋼筋的計(jì)算方法與第一排相同各排鋼筋的彎起位置與承擔(dān)的剪力見(jiàn)下表：彎起鋼筋排次彎起點(diǎn)距支座中心距離(m)承擔(dān)的剪力值(kN)11.3223.122.5172.833.7122.644.972.356.122.1各排彎起鋼筋的計(jì)算：根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.7條，與斜截面相交的彎起鋼筋的抗剪承載能力為：在這里，，故相應(yīng)于各排彎起鋼筋的面積：則每排彎起鋼筋的面積為：彎起：，能夠滿足工程上的要求彎起：彎起：彎起：彎起：彎起：在近跨中處增設(shè)輔助斜筋，，根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.11條，彎起鋼筋的彎起點(diǎn)，應(yīng)設(shè)在按抗彎強(qiáng)度計(jì)算不需要該鋼筋的截面以外不小于處，滿足要求4.箍筋配置根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.11條，箍筋的間距為：在這里，，，選用雙肢箍筋，，，距離支座中心處的主筋為，，，，，計(jì)算剪力，計(jì)算可得：選用。根據(jù)《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》9.3.13條，在支座中心向跨徑方向長(zhǎng)度不小于一倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距不宜大于100mm。綜上所述，全梁箍筋的配置為雙肢箍筋，由支點(diǎn)至距支座中心2.5處，為10cm，其余地方箍筋間距為15cm。則配箍率分別為：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，3.9持久狀況正常使用極限狀態(tài)下裂縫寬度驗(yàn)算取1號(hào)梁的彎矩進(jìn)行組合，對(duì)于1號(hào)梁，永久作用產(chǎn)生的彎矩：，公路II荷載產(chǎn)生的彎矩：(不計(jì)沖擊力)，人群荷載產(chǎn)生的彎矩：根據(jù)《公路橋路》規(guī)定計(jì)算得到的梁受壓翼板的有效高度，而受壓翼板平均厚度為，有效高度最大裂縫寬度按下式計(jì)算：式中——鋼筋表面形狀系數(shù)，取；——作用長(zhǎng)期效應(yīng)影響系數(shù)，長(zhǎng)期荷載作用時(shí)，分別為按長(zhǎng)期效應(yīng)組合和短期效應(yīng)組合計(jì)算內(nèi)力值；——與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，取；——縱向受拉鋼筋的直徑，當(dāng)用不同鋼筋時(shí)，改用換算直徑，本設(shè)計(jì)中的值為：——縱向受拉鋼筋的配筋率，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件，當(dāng)當(dāng)<0.06時(shí)，?。弧摻畹膹椥阅Ａ?，對(duì)HRB400鋼筋，；——構(gòu)件受拉翼緣寬度；——構(gòu)件受拉翼緣厚度；——受拉鋼筋在使用荷載作用下的應(yīng)力，按下式計(jì)算，即——按作用短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值；——受拉區(qū)縱向受拉鋼筋的截面面積。由前面的計(jì)算可知，取1號(hào)梁的跨中彎矩效應(yīng)進(jìn)行組合：短期效應(yīng)組合：式中——汽車荷載效應(yīng)（不含沖擊）的標(biāo)準(zhǔn)值；——人群荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。長(zhǎng)期效應(yīng)組合：在這里，，，受拉鋼筋在短期效應(yīng)組合下的應(yīng)力為：>0.02,取把以上數(shù)據(jù)代入的計(jì)算公式得：裂縫寬度滿足要求，同時(shí)在梁腹高的兩側(cè)應(yīng)設(shè)置的防裂鋼筋，以防止產(chǎn)生裂縫。若用，則，可得，介于0.001~0.002之間，滿足要求。3.10持久狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)下?lián)隙闰?yàn)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可按給定的剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算。其抗彎剛度B可按下式計(jì)算：式中——全截面抗彎剛度，；——開(kāi)裂截面的抗彎剛度，；——開(kāi)裂彎矩；——構(gòu)件受拉區(qū)混凝土塑性影響系數(shù)；——全截面換算截面慣性矩；——開(kāi)裂截面換算截面慣性矩；——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)C40混凝土，；——全截面換算截面重心以上（或以下）部分對(duì)中心軸的面積矩；——換算截面開(kāi)裂邊緣的彈性抵抗拒；全截面換算截面對(duì)重心軸的慣性矩可近似用毛截面的慣性矩代替，由前文計(jì)算可知：全截面換算截面面積：