《橋梁工程》課程設計.doc

設計條件：所選題號為18，五梁式，公路-級，標準跨徑L=25m。根據設計條件，查閱公路橋涵設計通用規(guī)范JDG G60-2004（以下簡稱公橋規(guī)）第2頁表1.0.11可知此橋屬中橋；查閱公橋規(guī)第2頁表1.0.9可知其設計安全等級為二級；查閱公橋規(guī)第24頁表4.3.1-1可知當汽車荷載為公路-級時公路等級應為二級或三、四級公路，現假定為二級公路，且設計速度為60km/h，查閱公橋規(guī)第9頁表3.3.1-1及表3.3.1-2，得車道寬度必須大于3.5m，該橋梁為雙車道橋梁，為改善行車條件必須充分利用橋梁寬度增加行車道寬度，因此不設中間帶。每車道寬度為（900/2）cm。取橋面橫坡度為1.5%。一、擬定上部結構尺寸根據公橋規(guī)第14頁3.6.4條規(guī)定，取人行道橋面鋪裝厚為80mm，則橋面中心線處的橋面鋪裝的厚度為80mm+（9000/2）mm1.5%=148mm。橋面凈寬為11m，結構形式為五梁式，可取主梁中距為2.0m，翼板寬200cm，主梁梁肋20cm。高跨比在1/15到1/25之間，即梁高在251/15m到251/25m之間，最后取定主梁高為1.5m。橫隔梁高h=(3/4)H=1.1m=110cm，梁肋寬取15cm；設5道橫隔梁，間距取612cm。計算跨徑：L=2450cm。橋梁的橫斷面示意圖及T梁的尺寸圖如下：圖（1）圖（2）一、行車道板（翼緣板）的設計與計算行車道板采用鉸接懸臂板形式。橋面鋪裝層厚為cm，普通混凝土體積質量為，鋼筋混凝土懸臂板體積質量取。1、 恒載及其內力(1) 每延米板體的恒載橋面鋪裝：T梁翼板：恒載合計為：(2) 每米寬板條每延米的恒載彎矩懸臂板的懸挑長度：每延米恒載彎矩：每延米恒載剪力：2、 公路-II級產生的內力根據公橋規(guī)第24頁表4.3.1-2，汽車后軸重P=140KN，軸距為1.4m，輪距為1.8m。有效分布寬度為：根據公橋規(guī)，汽車沖擊系數，則作用于每米寬板條上彎矩為：作用與每延米行車道板上的剪力：3、 設計內力計算按正常使用極限狀態(tài)進行內力組合，彎矩設計值為： 剪力設計值為： 按承載能力極限狀態(tài)進行內力組合，彎矩設計值為： 剪力的設計值為：4、 行車道板截面強度及配筋計算擬采用混凝土的強度等級為C50，受力鋼筋采用HRB335，查公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范JTG D622004 (以下簡稱公預規(guī))第25頁表5.2.1可知混凝土強度等級為C50、鋼筋種類為HRB335時相對極限受壓區(qū)高度。查公預規(guī)表3.1.4和表3.2.3-1得 查公預規(guī)第5.1.5條得 擬采用単筋矩形截面形式。假設，則有效受壓區(qū)高度，根據公預規(guī)第25頁5.2.2公式5.2.2-1求得根據公預規(guī)第25頁5.2.2公式5.2.2-2選用HRB33514間距100mm，取保護層厚度為30mm，配筋驗算如下：根據公預規(guī)第25頁5.2.2公式5.2.2-2=滿足公預規(guī)25頁5.2.2條要求。板的配筋同時也滿足公預規(guī)9.2條的構造要求。斜截面驗算：即滿足，根據公預規(guī)5.2.10條，當滿足此式時可以不進行斜截面抗剪承載力驗算，只需按9.3.13條構造要求配置箍筋。因此，板內分布鋼筋采用R2358（公稱截面面積50.27）鋼筋，間距按15cm配置，配筋率為，保護層取30 mm，各種參數都符合構造要求。一、 主梁內力計算1、 恒載計算沿主梁方向每延米橋面鋪裝恒載：；沿主梁方向每延米T梁翼板恒載：人行道板厚設計成平均厚度為10cm，則每延米恒載：；欄桿高1.2m，每延米恒載：；橫隔梁間距為490cm，在主梁范圍內總共設有5道，高110cm，梁肋寬15cm，每道橫隔梁總長度為，重度取25KN /m，每延米恒載：主梁梁肋每延米恒載：最后得橋梁上部結構每延米恒載為： 每根主梁分擔的每延米恒載：2、 活載內力計算(1) 各主梁橫向分布系數的計算（注：主梁編號由左到右一次為15）(A)支座處各主梁的橫向分布系數在支座處或支座附近，荷載的絕大部分均通過相鄰的主梁支座直接傳到橋臺。在從集中荷載直接作用在端橫隔梁上的情形來看，雖然端橫隔梁是連續(xù)與幾根主梁相連接，但由于主梁的間距較小，且支座的彈性壓縮和主梁的壓縮變形微小，顯然端橫隔梁上荷載將主要傳至相鄰的兩根主梁支座上。因此，用杠桿原理法計算支座處橫向分布系數是完全可行的。按照杠桿原理繪制1、2、3號梁的荷載橫向影響線如下三個圖：圖（3）車道荷載：人群荷載：圖（4）車道荷載：人群荷載：圖（5）車道荷載：人群荷載： (B)跨中各主梁橫向分布系數該橋在跨中、四分之一跨度處及支座處均設有橫隔梁，所以具有可靠的橫向聯(lián)結且橋的寬跨比。因此，可以用偏心壓力法計算跨中的橫向分布系數。根據第2頁T梁尺寸圖，計算其截面參數如下：（1） 抗彎慣性矩和抗扭慣性矩: 翼緣板換算平均高度：截面面積：截面對上邊緣的靜矩：則主梁截面重心位置；主梁的抗彎慣性矩I：主梁的抗扭慣性矩:對于翼緣板：，對于梁肋：，用內插法求得，(2) 計算抗扭修正系數(2) 計算橫向分布影響線豎標值 考慮抗扭修正后，1號梁的橫向分布影響線豎標值為：圖（6）車道荷載：人群荷載：考慮抗扭修正后，2號梁的橫向分布影響線豎標值為：圖（7）車道荷載：人群荷載：考慮抗扭修正后，3號梁的橫向分布影響線豎標值為：圖（8）車道荷載：人群荷載：由于橋梁結構的對稱性，主梁4和主梁5分別與主梁2和主梁1對應，故不需要另行計算。支座附近和跨中的荷載橫向分布系數匯總如下：橫向分布系數支座跨中汽車荷載人群荷載汽車荷載人群荷載1號梁0.5501.5000.6790.6532號梁0.725-0.5000.6000.4263號梁0.7250.0000.6000.400跨中彎矩是簡支梁縱筋配筋控制因素，通過比較可知，1號主梁的跨中受力最不利，在跨中其橫向分布系數為： 為了便于施工維護，設計時使5根主梁的尺寸、配筋完全相同，只要1號梁跨中能滿足設計要求，則其他主梁也必然能滿足要求，因此，只需對1號梁進行縱筋配筋設計和驗算。橫向分布系數沿主梁方向變化情況圖（9）(3) 內力計算結構重力（恒載）內力計算在前面已經求得每根主梁分擔的每延米恒載為：恒載產生的彎矩方程：列表計算恒載產生的彎矩如下：恒載彎矩值（KN/m）1/8跨度處686 1/4跨度處1176 3/8跨度處1470 1/2跨度處1569 恒載產生的剪力方程：列表計算恒載產生的剪力如下：恒載剪力值（KN/m）支座處256 跨中0 可變作用（車道荷載及人群荷載）內力計算據公橋規(guī)4.3.1條，公路-II級車道荷載的均布荷載及集中荷載為公路-I級的0.75倍。下面先求計算跨徑為24.5m時對應的均布荷載及集中荷載：內插法求集中荷載：均布荷載：計算跨徑為24.5m時對應的公路-II級的車道荷載為：集中荷載：均布荷載：計算汽車荷載的沖擊系數：結構跨中處的單位長度質量（KN/m）：查公橋規(guī)表3.1.5得標號為C50的混凝土彈性模量又已求得跨中截面慣性矩計算跨徑L=24.5m據公橋規(guī)條文說明4.3.2條簡支梁橋的自振頻率： 據公橋規(guī)4.3.2條，當時， 分別作1/8、1/4、3/8、1/2跨度處截面的主梁彎矩影響線：圖（10）圖（11）圖（12）圖（13）汽車荷載及人群荷載都是移動荷載，其內力計算公式：式中：汽車沖擊系數，人群=0；內力影響線的面積；內力影響線的最大豎標值；m荷載橫向分布系數；其他符號意義同前所述。汽車荷載產生的彎矩列表計算如下：1號梁汽車荷載沖擊系數橫向分布系數m影響線最大豎標值(m)影響線面積()均布荷載(KN/m)集中荷載(KN)彎矩值(KNm)1/8跨度處0.2110.6792.680 32.8267.875193.5639 1/4跨度處0.2110.6794.594 56.2737.875193.51095 3/8跨度處0.2110.6795.742 70.3427.875193.51369 1/2跨度處0.2110.6796.125 75.0317.875193.51460 人群荷載產生的彎矩列表計算如下：人群均布荷載標準值為，跨中人群荷載的橫向分布系數為0.653。1號梁人群荷載橫向分布系數m影響線最大豎標值（m）影響線面積()均布荷載(KN/m)彎矩值(KNm)1/8跨度處0.6532.680 32.8263.0 64 1/4跨度處0.6534.594 56.2733.0 110 3/8跨度處0.6535.742 70.3423.0 138 1/2跨度處0.6536.125 75.0313.0 147 作支座處及跨中截面的剪力影響線：圖（14）圖（15）汽車荷載產生的剪力列表計算如下（集中荷載取1.2）：1號梁汽車荷載沖擊系數橫向分布系數m影響線最大豎標值（m）影響線面積()均布荷載(KN/m)集中荷載1.2(KN)剪力值(KN)支座處0.211 1.000 12.257.875232.2231 跨 中0.2110.500 6.1257.875232.2135 人群荷載產生的剪力列表計算如下：1號梁人群荷載橫向分布系數m影響線最大豎標值（m）影響線面積()均布荷載(KN/m)剪力值(KN)支座處 1.000 12.253.0 31 跨 中0.500 6.1253.0 12 內力組合按公橋規(guī)4.1.6條，公路橋涵結構按承載能力極限狀態(tài)設計時可按如下組合極限設計：基本組合：安全等級為二級；按表4.6.1；。按公橋規(guī)4.1.7條，公路按正常使用極限狀態(tài)設計時，采用一下兩種組合：1、 作用短期效應組合2、 作用長期效應組合 各系數的意義詳見公橋規(guī)4.1.6條及4.1.7條。將各個數代入公式，列表計算荷載組合如下：彎矩作用組合：1號梁彎矩組合恒載彎矩值(KNm)汽車荷載彎矩值(KNm)人群荷載彎矩值(KNm)基本組合(KNm)作用短期效應組合(KNm)作用長期效應組合(KNm)1/8跨度處686 639 64 17901119.9922.991/4跨度處1176 1095 110 3068.61919.81582.33/8跨度處1470 1369 138 3835.72399.71977.81/2跨度處1569 1460 147 4091.42559.72109.7剪力作用組合：1號梁剪力組合恒載剪力(KN)汽車荷載剪力(KN)人群荷載剪力(KN)基本組合(KN)短期效應組合(KN)長期效應組合(KN)支座處256 231 31 664.9 420.5 344.7 跨 中0 135 12 202.6 90.1 49.4 注：作用短期效應和作用長期效應組合時汽車荷載不計沖擊力，可由計入沖擊力時的設計值除以（1+）即可（=0.211）。二、 截面設計1、抗彎縱筋設計根據公預規(guī)4.2.2條，；翼緣板寬度。據公預規(guī)表3.1.4，C50混凝土，；據表3.2.3-1，HRB335鋼筋的；據表9.1.1，環(huán)境為I混凝土保護層厚度取30 mm。假設，。當受壓區(qū)高度時說明可按第一類T梁進行配筋設計。由公預規(guī)公式5.2.2-1的變形公式得，取。代入公式求得，鋼筋選用1036和232 ，代入得。采用多層焊接骨架鋼筋形式，焊縫寬度為2.5mm，由此可計算代入下式：滿足跨中抗彎設計要求?？缰锌v筋配筋率：，穿過支座的縱筋不少于總縱筋的20%，因此必須有4條36穿過支座。對于支座處：支座處縱向配筋率：，平均有效高度：平均縱向配筋率：符合公預規(guī)9.1.12條對縱筋配筋率的要求。2、 抗剪斜截面設計符合主梁抗剪截面的要求。由剪力包絡圖得剪力方程：距支座0.5H處剪力值：混凝土和箍筋承擔的剪力：在剪力包絡圖中作水平線V=382.0KN，水平線以上的剪力由彎起鋼筋承擔，需要設置彎起鋼筋的范圍：箍筋采用雙肢形式，直徑為10，單根截面積為78.54。平均縱向配筋率：，代入下式時取2.50，取箍筋間距為150mm,配筋率為：箍筋配置完全符合公預規(guī)9.3.13條的要求。 在支座到跨度為H處的梁段由于剪力較大，為加強主梁抗剪能力，箍筋間距取100mm。斜筋設計第一排斜筋，在距支座0.5H處:,設置兩根36的斜筋，斜筋水平投影長度。有效高度。此截面縱筋面積為抗彎承載力設計值：由，得；第二排彎起鋼筋彎起兩根36的縱筋，斜筋水平投影長度1314.5mm。有效高度。此截面縱筋面積為抗彎承載力設計值同上，即第三排彎起鋼筋 彎起兩根36的鋼筋，斜筋水平投影長度1276mm。有效高度。此截面縱筋面積為抗彎承載力設計值：由，得；第四排彎起鋼筋 彎起兩根36的鋼筋，斜筋水平投影長度1237.5mm。為簡化計算并偏于安全考慮，有效高度。此截面縱筋面積為抗彎承載力設計值：由，得；第五排彎起鋼筋 彎起兩根32的鋼筋，斜筋水平投影長度1201mm。有效高度取跨中時的有效高度。此截面縱筋面積為抗彎承載力設計值：由，得；第六排斜筋設置兩根20的斜筋，斜筋水平投影長度1201mm。有效高度為跨中時的有效高度。此截面縱筋面積為抗彎承載力設計值等于跨中抗彎承載彎矩值。此時配有斜筋的梁段長度為：不需要再設斜筋。繪制彎矩包絡圖及剪力圖如下：圖（16）圖（17）三、 裂縫寬度驗算及撓度驗算公預規(guī)6.1.1條規(guī)定，進行抗裂、裂縫寬度和撓度驗算時，短期效應組合及長期效應組合可不計汽車沖擊系數，跨中彎矩短期效應組合，長期效應組合。1、裂縫寬度驗算：據公橋規(guī)6.4.3條，裂縫最大寬度計算公式： （mm）式中： ； ； ；把各個參