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西南大学桥梁工程结构课程设计

第一部分设计资料1.结构形式及基本尺寸某公路装配式简支梁桥,双车道,桥面宽度为净-7+2x0.75m,桥梁位于直线上,两侧设人行道,宽度为0.75m装配式钢筋混凝土简支T 梁,标准跨径为20米,计算跨径为19.5m。

桥面铺装: C20防水混凝土2cm厚,容重24,4cm厚沥青面层,容重23,,设双面横坡,坡度为1.5% 。

(际桥面铺装层厚度为10-12cm,本设计只是计算参考)设计荷载:公路-Ⅱ级,人群荷载3kN/m图 1-1 桥面组成图 1-2 主梁横截面主要尺寸(单位:cm )2.桥面布置桥梁位于直线上,两侧设人行道,宽度为 1m,桥面铺装为2cm厚的沥青混凝土,其下为C25混凝土垫层,设双面横坡,坡度为1.5% 。

横坡由混凝土垫层实现变厚度,两侧人行道外侧桥面铺装厚度8cm(2cm厚沥青混凝土和6cm混凝土垫层)。

3.材料1)梁体主梁混凝土: C30横梁混凝土: C25钢筋混凝土容重:25kN/m32)钢筋主筋:热轧HRB335钢筋;构造钢筋:热轧R235钢筋3)桥面铺装沥青混凝土,容重为23kN /m 3;混凝土垫层C25,容重为24kN/m 3。

4)人行道人行道包括栏杆荷载集度为6 kN/m;4.设计荷载汽车荷载:公路—I级车道荷载和车辆荷载;人群荷载: 3.0 kN/m2;5.设计规范及参考书目1)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)3)《桥梁工程》4)《混凝土结构设计原理》5)《结构力学》6)《桥梁通用构造及简支梁桥》第二部分设计要求一、主梁1. 标准跨度: 20m;2 . 根据图1-2和表2-1确定主梁细部尺寸;装配式钢筋混凝土T形梁桥总体特征表2-13. 恒载内力计算;4.计算荷载横向分布系数;5.活载内力计算;6.计算各种荷载作用下的控制截面内力;7.进行作用效应组合,绘出弯矩和剪力包络图8.进行抗弯、抗剪钢筋设计计算;9.结构强度、挠度、裂缝验算;二、桥面板1.确定桥面板的类型;2.计算荷载有效分布宽度;3.桥面板内力计算;4.桥面板配筋设计;三、成果1、设计计算书一份。

2、配筋图一张(3号),包括:主梁正截面钢筋配筋图和全梁的纵向钢筋配筋图。

第三部分内力计算方法一、主梁内力计算(一)恒载内力计算计算恒载时,通常将跨内横隔梁的重量、桥面系的重量平均分配给各梁,因此,对于等截面梁桥的主梁,其计算荷载为均布荷载;在精确计算时,也可将恒载根据横向分布系数的计算原理进行横向分配的计算。

(1)各主梁恒载计算及汇总表3-1(2)恒载内力计算表3-2(二)活荷载内力计算kg g G m c 2653.15138.910002515932.0=⨯⨯⨯==210/100.3m N E c ⨯=42232310735.11)5.382150(1501815018121)2165.38(1620216202121m I c -⨯=-⨯⨯+⨯⨯+-⨯⨯+⨯⨯=)(3.62653.151310735.11100.35.19214.3221022HZ m I E l f c c c =⨯⨯⨯⨯==-π3.00157.01767.0=-=Inf u(1)有关系数及人群荷载 表3-3项目 依据数值 冲击系数μ 《桥规》1第4.3.2条 0.3 多车道折减系数ξ《桥规》1第4.3.1条1.0人群荷载R R q q r r 3== KN/m (R 为人行道宽)3(2)简支梁内力影响线面积 表3-4内力影响线图形 影响线面积Ω(m 或m 2)4L M35.652L M47.532L V2.44(3)计算荷载横向分布系数用杠杆法求支点截面的横向分布系数;用刚性横梁法求跨中截面的横向分布系数。

(ⅰ)计算支点处的荷载横向分布系数m 0按杠杆法在图3-1上绘出①、②、③号主梁的荷载横向分布影响线,并在其上布载,分别计算出汽车、人群的m 0q 和m 0r 值。

(ⅱ)计算跨中的荷载横向分布系数m c按刚性横梁法在图3-2上绘出①、②、③号主梁的荷载横向分布影响线,分别计算出汽车、人群的m cq 和m cr 值。

(4)计算主梁跨中活载弯矩当计算简支梁各截面的最大弯矩和最大剪力时,可近似取用不变的跨中横向分布系数 m c 计算。

车道荷载由均布荷载和集中荷载组成,为求得最大的内力,将集中荷载作用于影响线纵标最大的位置处,均布荷载引起的内力为均布荷载值乘以相应的影响线面积。

注意应考虑汽车冲击力的影响。

计算人群荷载引起的内力时,注意人群荷载集度按一侧人行道计算,这是因为在计算人群荷载的横向分布系数时按单侧人群计算的。

车道荷载 : )()1(Ω++=k k k cq q q y P m S ξμ 人群荷载: Ω=r cr r q m S 式中:q S 、 r S —跨中截面由车道荷载、人群荷载引起的弯矩或剪力;μ—汽车荷载冲击系数, 由桥梁自振频率确定;ξ—多车道桥梁的汽车荷载折减系数;cq m 、cr m —跨中截面车道荷载、人群荷载的横向分布系数;P K 和q k —车道荷载的集中荷载和均布荷载标准值。

k y —计算内力影响线纵标的最大值,也就是说,将集中荷载标准值作用于影响线纵标的最大的位置处,即为荷载的最不利布置;人q —人群荷载集度;Ω—跨中截面计算内力影响线面积;m cq 、m cr 汇总 表3-5100 900 100① ② ③ ④ ⑤②③图3-1 按杠杆法绘主梁的荷载横向分布影响线100 900 100①②③④⑤②③图3-2 按刚性横梁法绘主梁的荷载横向分布影响线主梁跨中活载弯矩表3-6(5)计算主梁活载剪力(ⅰ)计算主梁跨中截面活载剪力主梁跨中截面活载剪力表3-7(ⅱ)计算主梁支点截面活载剪力对于支点截面的剪力或靠近支点截面的剪力,需计入由于荷载横向分布系数在梁端区段内发生变化所产生的影响。

①由车道荷载的集中荷载P k 引起的支点截面剪力当 q m 0 >cq m 时,将车道荷载的集中荷载P k 作用于支点截面处,引起的支点截面剪力最大;当 q m 0 <cq m 时,设车道荷载的集中荷载P k 作用于距左支点 x 位置处,x 值越大,P K作用位置处的横向分布系数值kq m 越大,而对应于P k 作用位置处剪力影响线的纵标越小,写出由车道荷载的集中荷载P K引起的支点剪力计算式,利用高等数学求极值的方法,确定最不利的荷载布置。

②由车道荷载的均布荷载q K 引起的支点截面剪力求解按不变的 m c 计算由车道荷载均布荷载标准值q k 引起的内力值,与考虑横向分布系数变化区段均布荷载标准值q k 引起的内力变化值之和。

注意后者合力点位置极其相应的影响线纵标的取值。

③车道荷载引起的支点截面剪力车道荷载引起的支点截面剪力等于集中荷载 P K 与均布荷载q K 引起的支点截面剪力之和。

支点截面车道荷载剪力:])(2[)1(1010kq k k k cq q k cq q m y p q y m m l q m V +-+Ω+=ξμ 式中 Ω——剪力影响线面积; 1l ——m 变化点至支点截面距离;1y ——在1l 范围内,m 由m c 改变形成的图形形心对应的剪力影响线竖标值;k y ——与P k 位置对应的剪力影响线竖标值;k m ——与P k 位置对应的荷载横向分布系数值。

图 3-3 荷载横向分布系数沿全桥的分布支点截面最大车道荷载剪力q V 0max 表3-8计算图形梁号 Ωkcq q mkcq q q y m m l 101)(2-kq k k m y p)1(max 0μ+=q V ξ[①+②+③]① ② ③④169.82-6.43116.81234.262 55.38 6.00 227.19 375.153 40.95 9.32 227.19 360.69(4)人群荷载人群荷载为均布荷载,由其引起的支点剪力与由车道荷载的均布荷载 q K引起的支点截面剪力计算方法相同。

支点截面最大人群荷载剪力rVmax表3-9 计算图形梁号Ωrcrqmrcrrqymml11)(2-rVmax①②③=①+②119.164.16 23.32212.49 -2.879.6235.85-1.354.50(三)内力组合根据《桥规》(JTG D60)有关规定,本设计采用以下作用效应组合。

(1)基本组合弯矩 r q G r q G d M M M M M M M 008.126.108.1)4.18.04.12.1(9.00++=⨯++=γ 剪力 r q G r q G d V V V V V V V 008.126.108.1)4.18.04.12.1(9.00++=⨯++=γ (2)短期效应组合弯矩 r q G s M M M M +++=)1/(7.0μ 剪力 r q G s V V V M +++=)1/(7.0μ (3)长期效应组合弯矩 ])1/([4.0r q G l M M M M +++=μ 剪力 ])1/([4.0r q G l V V V M +++=μ弯矩组合 表3-10项目组合弯矩M KN/m四分点截面 跨中截面 ①梁②梁 ③梁 ①梁 ②梁③梁恒载G M 897.20934.27934.271196.271245.70 1245.70车道荷载q M1103.33 875.22 647.12 1471.15 1167.00 862.84剪力组合表3-11(二)行车道板的内力计算(一)确定行车道板的类型实际工程中桥面板可能计算图式有梁式单向板、悬臂板、铰接悬臂板、双向板;本桥桥面板之间为铰接。

(二)计算每延米板上的恒载表3-12(三)车辆轮载在板上的分布 计算假定:① 充气车轮与桥面的接触面为 a 1×b 1的矩形面其中,a 1为行车向的着地长度,a 1=0.2m ; b 1为车轮着地宽度, b 1=0.6m 。

② 轮压荷载通过桥面铺装按45°扩散轮压荷载分布面积= )2()2(11H b H a +⨯+ 其中,H 为铺装层厚度。

(四)翼缘板计算跨度及荷载分布宽度表3-13车辆轮载在板上的分布平行于板跨方向Hb21+0.82 2)第4.1.3条轮载对于悬臂板根部的分布宽度4.1≤a m时12)2(lHaa++= 2.442)第4.1.5条4.1>a m时4.12)2(1+++=lHaa 3.84a取值 3.84注:l为悬臂板净跨度。

(五)每延米板内力计算图 6 悬臂板内力计算简图表3-14 荷载项目单位计算值恒载悬臂板根部弯矩221iGglM-=KN-M -3.38悬臂板根部剪力glVG=KN 6.69μ+1 1.3轮载对于悬臂板根部的分布宽度a m 3.84第四部分配筋计算一、控制内力值汇总控制内力值汇总表4-1二、行车道板的配筋计算(一)正截面设计表4-2(二)斜截面抗剪承载力验算表4-3若满足x d V V ≤0γ,可不进行斜截面抗剪承载力验算,仅需按构造要求配置箍筋。

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